Происхождение явления электромагнитной индукции


Еще около двухсот лет назад Ганс Христиан Эрстед заметил, что протекающий в цепи ток вызывает отклонение магнитной стрелки, лежащей неподалеку. Отсюда и пошло развитие идеи о том, что электричество и магнетизм взаимосвязаны. Особенно сильно эта мысль заняла М. Фарадея, который и положил начало опытам, приведшим к открытию закона электромагнитной индукции. В одном из своих опытов он обнаружил, что при выдвигании полосового магнита из катушки, подключенной к гальванометру, в катушке наводится некоторая электродвижущая сила. В чем же тут секрет?

Собственно явление электромагнитной индукции


Начнем с того, что любой магнит порождает вокруг себя магнитное поле. Если это полосовой магнит, как в опыте Фарадея, то важно заметить, что поле вблизи магнита отличается от того, что вдали от него. Если вы подносите магнит к катушке, то магнитное поле пронизывает ее. Причем в зависимости от того, как глубоко вы задвинули магнит в катушку, катушку будет пронзать разное магнитное поле.

Но каким же образом возникает Э.Д.С.? Возникновение напряжения в катушке обусловлено перемещением зарядов (электронов) в какую-либо одну сторону, то есть возникают полярно противоположные концы с избытком зарядов одного знака. Значит, переменное магнитное поле фактически перемещает заряды.

Строгое объяснение явления электромагнитной индукции


Изначально предполагалось, что магнитное и электрическое поле взаимосвязаны таким образом, что переменное магнитное поле оказывается способным перемещать электрические заряды, а переменное электрическое – так называемые магнитные. Однако на самом деле это оказалось не совсем так.


Дело в том, что переменное магнитное поле порождает вокруг себя переменное электрическое поле и наоборот. И именно это электрическое поле и перемещает заряды в катушке Фарадея. Этот факт о такой взаимосвязи полей отражен в уравнениях Джеймса Клерка Максвелла. А само явление электромагнитной индукции, проявляющееся в появлении Э.Д.С. в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него – это частный случай, вытекающий из этих уравнений.

Не стоит также забывать о том, что электромагнитная индукция предполагает изменение магнитного потока не только посредством изменения магнитного поля. Другой способ изменить поток – это менять площадь контура. В этом случае напряжение также появляется, то есть заряды также перемещаются по той причине, что само изменение площади означает перемещение контура, что фактически подразумевает собой макроскопическое перемещение зарядов внутри него. Движущиеся таким образом электрические заряды становятся магнитными, что и обуславливает их взаимодействие с внешним магнитным полем.