Электромагнитная индукция — физическое явление, при котором в замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.
Открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. Лежит в основе работы генераторов, трансформаторов, индукционных устройств.
Ключевые понятия
- Индукционный ток — ток, возникающий в контуре вследствие изменения магнитного потока.
- ЭДС индукции
(ℰi)— электродвижущая сила, порождающая ток в контуре. - Магнитный поток
(Φ)— мера количества магнитных силовых линий, проходящих через площадь контура.
Условия возникновения индукционного тока
- Изменение магнитного поля (
B) вблизи контура. - Изменение площади контура (
S) или его ориентации. - Движение контура в магнитном поле или поля относительно контура.
- Влияние внешнего переменного тока (наводимая индукция в соседней цепи).
Правило Ленца
Индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению первоначального магнитного потока. Это отражает закон сохранения энергии.
Формулы
- Магнитный поток:
Φ = B ⋅ S ⋅ cosα
гдеB— магнитная индукция (Тл),S— площадь (м²),α— угол между векторомBи нормалью к поверхности. - Закон Фарадея (для ЭДС индукции):
ℰi = -ΔΦ/Δt
гдеΔΦ— изменение магнитного потока,Δt— время изменения. - Связь ЭДС и тока:
ℰi = Ii ⋅ R
гдеR— сопротивление контура.
Физический смысл
Изменение магнитного потока нарушает электромагнитное равновесие в проводнике, что вызывает появление ЭДС. Возникающий ток стремится компенсировать внешнее воздействие, создавая противоположное магнитное поле.
Примеры и применение
- Генерация переменного тока (вращение катушки в магнитном поле).
- Работа трансформаторов (индукция между обмотками).
- Индукционные плиты и печи.
- Бесконтактные зарядные устройства.
- Торможение в электровозах и эскалаторах (вихревые токи).
Дополнительно
Единицы измерения:
- Магнитная индукция
B— Тесла (Тл) - Магнитный поток
Φ— Вебер (Вб) - ЭДС
ℰ— Вольт (В) - Индукционный ток
Ii— Ампер (А)