Использованием основного закона электромагнитной индукции можно объяснить

Использованием основного закона электромагнитной индукции можно объяснить

Электромагнитная индукция

Возникновение в проводнике ЭДС индукции

Если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции .

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией .

Электромагнитная индукция — это обратный процесс, т. е. превращение механической энергии в электрическую.

Явление электромагнитной индукции нашло широчайшее применение в электротехнике. На использовании его основано устройство различных электрических машин.

Величина и направление ЭДС индукции

Рассмотрим теперь, каковы будут величина и направление индуктированной в проводнике ЭДС.

Величина ЭДС индукции зависит от количества силовых линий поля, пересекающих проводник в единицу времени, т. е. от скорости движения проводника в поле.

Величина индуктированной ЭДС находится в прямой зависимости от скорости движения проводника в магнитном поле.

Величина индуктированной ЭДС зависит также и от длины той части проводника, которая пересекается силовыми линиями поля. Чем большая часть проводника пересекается силовыми линиями поля, тем большая ЭДС индуктируется в проводнике. И, наконец, чем сильнее магнитное поле, т. е. чем больше его индукция, тем большая ЭДС возникает в проводнике, пересекающем это поле.

Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = Blv,

где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.

Следует твердо помнить, что в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, ЭДС индукции возникает только в том случае, если этот проводник пересекается магнитными силовыми линиями поля. Если же проводник перемещается вдоль силовых линий поля, т. е. не пересекает, а как бы скользит по ним, то никакой ЭДС в нем не индуктируется. Поэтому приведенная выше формула справедлива только в том случае, когда проводник перемещается перпендикулярно магнитным силовым линиям поля.

Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.

Если держать ладонь правой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец указывал бы направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление действия индуктированной ЭДС и направление тока в проводнике.

Правило правой руки

ЭДС индукции в катушке

Мы уже говорили, что для создания в проводнике ЭДС индукции необходимо перемещать в магнитном поле или сам проводник, или магнитное поле. В том и другом случае проводник должен пересекаться магнитными силовыми линиями поля, иначе ЭДС индуктироваться не будет. Индуктированную ЭДС, а следовательно, и индукционный ток можно получить не только в прямолинейном проводнике, но и в проводнике, свитом в катушку.

При движении внутри катушки постоянного магнита в ней индуктируется ЭДС за счет того, что магнитный поток магнита пересекает витки катушки, т. е. точно так же, как это было при движении прямолинейного проводника в поле магнита.

Если магнит опускать в катушку медленно, то возникающая в ней ЭДС будет настолько мала, что стрелка прибора может даже не отклониться. Если же, наоборот, магнит быстро ввести в катушку, то отклонение стрелки будет большим. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от скорости движения магнита, т. е. от того, насколько быстро силовые линии поля пересекают витки катушки. Если теперь поочередно вводить в катушку с одинаковой скоростью сначала сильный магнит, а затем слабый, то можно заметить, что при сильном магните стрелка прибора будет отклоняться на больший угол. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от величины магнитного потока магнита.

И, наконец, если вводить с одинаковой скоростью один и тот же магнит сначала в катушку с большим числом витков, а затем со значительно меньшим, то в первом случае стрелка прибора отклонится на больший угол, чем во втором. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от числа ее витков. Те же результаты можно получить, если вместо постоянного магнита применять электромагнит.

Направление ЭДС индукции в катушке зависит от направления перемещения магнита. О том, как определять направление ЭДС индукции, говорит закон, установленный Э. X. Ленцем.

Закон Ленца для электромагнитной индукции

Всякое изменение магнитного потока внутри катушки сопровождается возникновением в ней ЭДС индукции, причем чем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем большая ЭДС в ней индуктируется.

Если катушка, в которой создана ЭДС индукции, замкнута на внешнюю цепь, то по виткам ее идет индукционный ток, создающий вокруг проводника магнитное поле, в силу чего катушка превращается в соленоид. Получается таким образом, что изменяющееся внешнее магнитное поле вызывает в катушке индукционный ток, которой, в свою очередь, создает вокруг катушки свое магнитное поле — поле тока.

Изучая это явление, Э. X. Ленц установил закон, определяющий направление индукционного тока в катушке, а следовательно, и направление ЭДС индукции. ЭДС индукции, возникающая в катушке при изменении в ней магнитного потока, создает в катушке ток такого направления, при котором магнитный поток катушки, созданный этим током, препятствует изменению постороннего магнитного потока.

Закон Ленца справедлив для всех случаев индуктирования тока в проводниках, независимо от формы проводников и от того, каким способом достигается изменение внешнего магнитного поля.

При движении постоянного магнита относительно проволочной катушки, присоединенной к клеммам гальванометра, или при движении катушки относительно магнита возникает индукционный ток.

Индукционные токи в массивных проводниках

Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти так называемые вихревые токи распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем.

Сердечники трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники трансформаторов делают не массивными, а состоящими из тонких листов, изолированных один от другого бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь распространения вихревых токов по массе проводника.

Читайте так же:  Погудин прокурор

Но иногда на практике вихревые токи используются и как токи полезные. На использовании этих токов основана, например, работа индукционных нагревательных печей, счетчиков электрической энергии и так называемых магнитных успокоителей подвижных частей электроизмерительных приборов.

electricalschool.info

План-конспект урока по физике (9 класс) по теме:
Решение задач на применение закона ЭДС индукции и определение энергии магнитного поля тока. 9 класс

Решение задач на применение закона ЭДС индукции и определение энергии магнитного поля тока.

Цель урока: проверить знания учащихся на применение закона Фарадея, определение энергии магнитного поля тока.

Предварительный просмотр:

Урок №39 9 класс

Тема: Решение задач на применение закона ЭДС индукции и определение энергии магнитного поля тока.

Цель урока: проверить знания учащихся на применение закона Фарадея, определение энергии магнитного поля тока.

Оборудование: раздаточный материал на каждую парту.

Основное содержание урока:

2. Проверка домашнего задания:

— энергия магнитного поля

— явление электромагнитной индукции

— магнитный поток, изменение магнитного потока

— индукционный ток, условия его возникновения и существования

4. Решение задач:

1. На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведенному графику.

В какие промежутки времени амперметр покажет наличие тока в левой катушке?

1) от 1 с до 2 с и от 2,5 с до 5 с
2) только от 1 с до 2 с
3) от 0 с до 1 с и от 2 с до 2,5 с
4) только от 2,5 с до 5 с

2. Квадратная рамка вращается в однородном магнитном поле вокруг одной из своих сторон. Первый раз ось вращения совпадает с направлением вектора магнитной индукции, второй раз перпендикулярна ему. Ток в рамке

1) возникает в обоих случаях
2) не возникает ни в одном из случаев
3) возникает только в первом случае
4) возникает только во втором случае

3. Плоский контур из проводника подключен к гальванометру и помещен в постоянное однородное магнитное поле.

Стрелка гальванометра отклонится,

1) если контур неподвижен
2) если контур вращается
3) если контур движется поступательно
4) ни при каких условиях

4. Для наблюдения явления электромагнитной индукции собирается электрическая схема, включающая в себя подвижную проволочную катушку, подсоединенную к амперметру и неподвижный магнит. Индукционный ток в катушке возникнет

1) только если катушка неподвижна относительно магнита
2) только если катушка надевается на магнит
3) только если катушка снимается с магнита
4) если катушка надевается на магнит или снимается с магнита

5. В момент замыкания электрической цепи, содержащей катушку,

1) индукционный ток не появится
2) появится индукционный ток, помогающий установлению тока
3) появится индукционный ток, препятствующий установлению тока
4) появится постоянный индукционный ток

6. К кольцу из алюминия приближают магнит, как показано на рисунке.

7. К кольцу из алюминия приближают магнит, как показано на рисунке.

Направление магнитной индукции магнитного поля, возникшего в кольце, правильно показано стрелкой

8. С использованием основного закона электромагнитной индукции ( ) можно объяснить

1) взаимодействие двух параллельных проводов, по которым идет ток
2) отклонение магнитной стрелки, расположенной вблизи проводника с током параллельно ему
3) возникновение электрического тока в замкнутой катушке при увеличении силы тока в другой катушке, находящейся рядом с ней
4) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

9. По прямому проводнику течет увеличивающийся во времени ток. В замкнутых контурах А и Б индукционные токи направлены в стороны

1) 1 и 4 2) 1 и 3 3) 2 и 3 4) 2 и 4

10. Первое кольцо сделано из медной проволоки, а второе — из стальной. Радиусы колец одинаковы. Сечения медной и стальной проволок одинаковы. Магнитный поток через каждое из колец равномерно изменяется на 2 Вб за 1 с. Можно утверждать, что

1) через кольца протекут одинаковые электрические заряды
2) в кольцах будет протекать одинаковый индукционный ток
3) в кольцах будет наводиться одинаковая ЭДС индукции
4) все три приведённых выше утверждения будут истинны

11. Какой из перечисленных ниже процессов объясняется явлением электромагнитной индукции?

1) взаимное отталкивание двух параллельных проводников с током, по которым токи протекают в противоположных направлениях
2) самопроизвольный распад ядер
3) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током
4) возникновение тока в металлической рамке, находящейся в постоянном магнитном поле, при изменении формы рамки

12. Во сколько раз надо уменьшить индуктивность катушки, чтобы при неизменном значении силы тока в ней энергия магнитного поля катушки уменьшилась в 4 раза?

1) в 2 раза 2) в 4 раза 3) в 8 раз 4) в 16 раз

13. По катушке индуктивностью 4 мГн протекает постоянный ток 3 А. Энергия магнитного поля катушки равна

1) 12 мДж 2) 12 Дж 3) 18 мДж 4) 18 Дж

14. Через катушку течёт электрический ток, сила которого зависит от времени так, как показано на графике. Индуктивность катушки 10 . Какая энергия будет запасена в катушке в момент времени ?

1) 15 мДж 2) 30 мДж 3) 45 мДж 4) 180 мДж

15. Через катушку течёт электрический ток, сила которого зависит от времени так, как показано на графике. В момент времени с в катушке запасена энергия 40 мДж. Чему равна индуктивность катушки?

1) 40 мГн 2) 10 мГн 3) 20 мГн 4) 160 мГн

16. На рисунке показана зависимость энергии W магнитного поля катушки от силы I протекающего через неё тока.

Индуктивность этой катушки равна

1) 0,01 Гн 2) 0,02 Гн 3) 0,03 Гн 4) 0,06 Гн

nsportal.ru

«Двуликая» индукция

Подмена экспериментальной зависимости Фарадея «Основным законом электромагнитной индукции» Максвелла стало поворотным пунктом в развитии электродинамики. Из процесса взаимодействия магнитного поля с электрическими зарядами электромагнитная индукция (ЭМИ) превратилась в процесс взаимодействия полей. Это было самой большой мистификацией в электродинамике, определившей все ее развитие в 20-ом веке. В частности, исследования ЭМИ пошло по двум принципиально отличным путям.

Электромагнитная индукция в движущемся проводнике

Эксперименты показывают, что ЭДС индукции возникает в любом отрезке проводника, движущемся в магнитном поле и пересекающем линии магнитной индукции. ЭДС индукции в таком «микрогенераторе» можно рассчитать с помощью схемы, представленной на Рис.1. По параллельным металлическим «рельсам», замкнутым с одной стороны проводящей перемычкой AB, в однородном поле с магнитной индукцией B с постоянной скоростью v скользит проводящий «мостик» CD длиной l . За время dt магнитный поток, пронизывающий контур ABCD, возрастает на величину dФ = Bvl·dt, откуда

Согласно основному закону электромагнитной индукции ЭДС, индуктируемая в контуре, определяется соотношением

Читайте так же:  Образец приказ о фотографии рабочего дня

Так как все элементы контура, кроме «мостика», неподвижны относительно магнитного поля, то (2) — это и есть ЭДС, возникающая в движущемся проводнике.

Эта же ЭДС возникает и в незамкнутом проводящем отрезке, движущемся в магнитном поле (Рис. 2). Считается, что при перемещении проводящего отрезка в магнитном поле силой, «разделяющей» заряды q в проводнике и создающей на концах такого «микрогенератора» индукционную ЭДС, является магнитная составляющая силы Лоренца:

Если скорость движения проводника постоянна, то и ЭДС индукции остается постоянной. В момент остановки заряды в проводнике под действием кулоновских сил «схлопываются» и микрогенератор практически мгновенно разряжается.

ЭДС в таком индукционном микрогенераторе возникает вследствие того, что проводник пересекает линии магнитного поля с некоторой скоростью v. Назовем (для краткости) такой способ генерации ЭДС электромагнитной индукции «способом пересечения». Процесс электромагнитной индукции «с пересечением» можно схематически представить так:

пересечение → возникновение силы Лоренца → перемещение зарядов → образование ЭДС

Электромагнитная индукция в замкнутом контуре

В неподвижном недеформируемом контуре пересечение линий магнитного поля проводниками отсутствует. Изменение магнитного потока, пронизывающего контур, происходит вследствие изменения магнитной индукции В. Как же возникает индукционная ЭДС в этом случае? Вот как описан этот процесс в учебнике [1]: «В этом случае объяснение возникновения ЭДС оказывается в принципе (курсив мой — К.К.) другим. Изменяющееся со временем магнитное поле порождает вихревое электрическое поле Е… Под действием поля Е носители тока в проводнике приходят в движение — возникает индуцированный ток». Назовем такой способ генерация ЭДС «способом индукции».

Сравнивая «способ индукции» со «способом пересечения», автор [2] замечает, что «в результате изменения индукции на элементе проводника dl появляется ЭДС индукции Фарадея, которая не зависит от индукции B и скорости v движения этого элемента, а зависит только от dB/dt. Это и доказывает, что физическая природа ЭДС индукции в этих двух случаях различна». И даже так: «… оба эти явления (два механизма генерации ЭДС индукции — К.К.) … независимы друг от друга, и, тем не менее — что удивительно — ЭДС индукции в контуре всегда равна скорости изменения магнитного потока сквозь контур» [3].

Индукционный процесс по «способу индукции» можно представить так:

изменение магнитного потока → возникновение ЭДС → перемещение зарядов (индукционный ток)

Таким образом, сегодня электромагнитная индукция имеет «два лица», абсолютно непохожие друг на друга. Сравнив схематическое представление обоих процессов, можно заметить, что они в чем-то даже смотрятся «шиворот—навыворот»: в «способе пересечения» движение зарядов предшествует возникновению индукционной ЭДС, а по «способу индукции» — наоборот. Если вдуматься, то в «двуличии» индукционного процесса просматривается извечная проблема: «что первично — яйцо или курица», то есть — заряды или поля. Попробуем решить эту вечную проблему в одном частном случае.

Многочисленные эксперименты показывают, что ЭДС индукции в замкнутом контуре не зависит от того, каким способом изменяется пронизывающий его магнитный поток. Поскольку движение относительно, то во многих случаях возникновение ЭДС в замкнутом контуре можно свести к механизму пересечения проводниками магнитного потока. Этим механизмом можно объяснить возникновение в контуре индукционной ЭДС при приближении или удалении постоянного магнита, при вращении контура в однородном (или его поступательном движении — в неоднородном) магнитном поле, при деформации контура, приводящей к изменению его площади и/или ориентации, и во многих других случаях. И только один случай не удается описать этим механизмом — возникновение ЭДС в замкнутом неподвижном и недеформируемом контуре вследствие изменения магнитной индукции в потоке, пронизывающем контур.

Уже то обстоятельство, что только один экспериментальный факт не удается объяснить механизмом, безотказно работающим во всех остальных случаях (в том числе — и в замкнутом контуре), заставляет поискать другой способ описания процесса генерации ЭДС по «способу индукции».

Большинство авторов, по-видимому, представляет себе механизм изменения магнитного потока так: по мере увеличения магнитной индукции вновь появляющиеся линии магнитного поля как бы «расталкивают» уже существующие линии, увеличивая их плотность. Кстати, именно так представлял себе процесс возрастания магнитного потока в замкнутом контуре Максвелл: «… по мере возрастания… тока появляются новые линии и постепенно распространяются вовне, так что вся система развертывается изнутри» [4].

Представление магнитного поля совокупностью линий поля — это лишь модель непростого физического объекта, позволяющая дать его математическое описание. Предполагаемый механизм изменения магнитного поля — не единственный. Среди множества других вариантов описания этого процесса можно поискать и такой, который примирил бы оба способа генерации индукционной ЭДС.

На рис. 3 показан замкнутый проводящий контур в бесконечном однородном магнитном поле. Процесс увеличения магнитной индукции можно представить себе, как сгущение поля за счет поступления в поток, пронизывающий контур, новых линий поля извне — из окружающего пространства. При этом «вновь прибывающие» линии в своем движении «проникают» в контур, создавая в нем ЭДС индукции по «механизму пересечения». Такая модель сводит все случаи электромагнитной индукции к одному механизму — процессу пересечения магнитного потока проводником. Если, конечно, она не противоречит основному закону электромагнитной индукции. В этом еще нужно убедиться…

Разобьем замкнутый контур, представленный на рисунке 3, на n участков, изолированных друг от друга. При возрастании индукции в магнитном потоке по предлагаемому механизму магнитные линии, «проникая» в контур, пересекают его со скоростью v по направлению к центру. При этом выделенный на рисунке участок контура находится в тех же условиях, что и одиночный участок на рисунке 2. На каждый заряд в проводнике действует сила Лоренца F L (3), с той лишь разницей, что скорость v — это скорость движения линий поля относительно неподвижного проводника. Как и на рисунке 2, сторонние силы «разносят» электрические заряды на концы участка, создавая на нем разность потенциалов Δφk = φ1φ2. При этом на каждый заряд q действует кулоновская сила

где Ek — напряженность электрического поля на k-том участке контура. Эта сила равна по модулю и направлена навстречу силе Лоренца:

Полагая, что векторы v, B и элемент длины контура Δlk взаимно перпендикулярны, соотношение (3) можно записать в скалярной форме:

Подставив (4) и (6) в (5), получаем

Если теперь соединить все участки в замкнутый контур, получим результирующую ЭДС в контуре

Разность потенциалов на участке определяется зависимостью

Подставляя (7) в (9) и далее в (8), получаем

В пределе (при n и Δlk→0) эта сумма переходит в интеграл

«Приток» линий магнитного поля в контур за время dt составляет, очевидно,

Сравнивая (12) и (2), получаем основной закон электромагнитной индукции.

Таким образом, предлагаемый механизм не противоречит основному закону электромагнитной индукции. Но он позволяет исключить «исключения» и свести все индукционные процессы к механизму пересечения.

Читайте так же:  Пыть-ях нотариусы

Должен, однако, признаться, что идея описывать процесс возникновения индукционной ЭДС в замкнутом контуре способом пересечения принадлежит не мне. Меня опередил… Майкл Фарадей! Вот что писал по этому поводу ветеран электротехнического образования профессор МГУ С. Г. Калашников: «… если проводник находится в покое, но изменяется магнитная индукция, то при усилении поля густота линий индукции будет увеличиваться, и они будут стягиваться друг к другу, а при ослаблении поля — расходиться друг от друга. И в этом случае произойдет пересечение некоторого числа линий индукции проводником. Поэтому Фарадей заключил, что индукционный ток возникает в проводнике в том случае, если проводник или какая-либо его часть пересекает линии магнитной индукции» [5].

Разрешение «парадоксов»

Таким образом, физическая природа электромагнитной индукции («способ пересечения») — едина: Индукционная ЭДС возникает лишь в том случае, когда электрические заряды (проводник) пересекают линии магнитного поля.

Теперь можно вернуться к «парадоксам» электромагнитной индукции.

Расчёт, приведенный выше, сделан для того, чтобы показать, что возникновение индукционной ЭДС в замкнутом контуре по методу пересечения не противоречит и «максвелловской» формулировке закона электромагнитной индукции. Но «парадоксальные» схемы, приведенные здесь, ведут себя парадоксально лишь по отношению к «максвелловской» формулировке закона. Если же оценивать результаты этих экспериментов с точки зрения закона электромагнитной индукции Фарадея, то никаких парадоксов не возникает.

Начнём с того, что только при пересечении проводником линий поля на электрические заряды действует сила (сила Лоренца), способная совершить работу (создать ЭДС) (см. далее). Когда такое пересечение отсутствует, работа не совершается, не возникает индукционный ток и не создается ЭДС индукции.

Если обратиться к тем экспериментам (схемам), которые дают «парадоксальные» результаты, то во всех этих случаях пересечение проводниками линий магнитного поля отсутствует, в чем читатель может убедиться самостоятельно.

Наиболее трудным для понимания является сам «Парадокс Геринга». Хотя цепь гальванометра остается замкнутой, магнитное поле все-таки из нее «выскальзывает». Почему же гальванометр «молчит»? Причина в том, что магнитное поле «выскальзывает» из контура. вместе с электронами на этом участке цепи (металлическом «мостике» через магнитопровод). То есть и в этом случае электроны не пересекают линии магнитного поля. Поэтому ток в цепи и не возникает.

И еще один «парадокс»

В заключение этого раздела рассмотрим еще один — классический пример, который называют «Парадоксом Фарадея». Речь идет о так называемых «униполярных генераторах», которые уже много десятилетий используются в качестве сильноточных низковольтных электрогенераторов.

После открытия электромагнитной индукции М. Фарадей предложил несколько устройств с использованием этого явления. Одним из таких устройств был индукционный генератор, получивший название «Диск Фарадея». Устройство представляло вращающийся металлический диск 1 (см. Рис. 4), который пронизывал магнитный поток от постоянного магнита 2. Электрический контур, содержавший электроизмерительный прибор (3), подключался к диску двумя скользящими контактами — на оси диска (4) и на ободе (5). При вращении диска прибор показывал в цепи постоянный ток, зависящий от скорости вращения. Возникновение индукционной ЭДС в контуре объяснялось воздействием силы Лоренца на свободные электроны вращающегося диска при пересечении ими линий магнитного поля.

В XIX веке было опробовано много вариантов «машины Фарадея». Один из них озадачил исследователей. Оказалось, что ЭДС индукции возникает в контуре и в том случае, если магнит… вращается вместе с диском. Казалось бы, при этом сила Лоренца на электроны не действует, но прибор показывал ток в контуре. На рисунке 5 схематически представлен вариант такой модификация «машины Фарадея». Конструкция отличается от «Диска Фарадея» тем, что вместо диска вращается сам цилиндрический магнит.

Этот парадоксальный результат вызвал в XIX веке оживленную дискуссию по странному вопросу: а вращается ли магнитное поле вместе с его материальным носителем — магнитом? За полтора века ученые так и не пришли к единому мнению по этому вопросу. Сегодня эта тема активно обсуждается на Интернет-форумах. Один из участников этого форума привел простой аргумент, который (по моему мнению) дает логичный и исчерпывающий ответ на этот вопрос: «Ведь никто … не сомневается, что когда мы переносим магнит из комнаты в комнату, то с ним вместе перемещается и его магнитное поле. Почему же при вращении должно быть не так?!» [6].

Согласиться с этим простым и очевидным заключением, диктуемым здравым смыслом, мешает лишь… закон ЭМИ в максвелловской формулировке. Круг замкнулся…

История науки в XX веке изобилует примерами, когда, зайдя в тупик, «научная мысль» прибегала к услугам «палочки-выручалочки» — представлениям релятивизма. В 1929 году академик И. Е. Тамм, обсуждая принцип работы униполярного генератора, писал: «В движении силовых линий , пересекающих неподвижный проводник … усматривалась причина возникновения в этом проводнике электродвижущих сил индукции. Нечего и говорить, что такая интерпретация не выдерживает никакой критики…» [7, §112]. Но если магнитное поле неподвижно, как возникает ЭДС в контуре? Объяснить работу униполярного генератора удалось лишь с помощью… представлений теории относительности. Такое объяснение уже тогда не встретило у специалистов ни восторга, ни понимания, ни согласия.

В 1956 году С. Г. Калашников снова привел описание работы униполярного генератора [5, с. 324]. В отличие от варианта, рассмотренного И. Е. Таммом, автор считал линии магнитной индукции вращающегося магнита направленными не вдоль оси магнита, а радиально («наподобие жестких спиц»). Но магнитное поле по-прежнему предполагалось неподвижным в пространстве. И хотя это — принципиально другая конструкция, тем не менее, теория относительности объяснила работу и такого устройства! Ну чем не «палочка-выручалочка»! Такое объяснение «униполярной индукции» сегодня доказательно оспаривается участниками Интернет-форумов.

Как же работает униполярный генератор? Если признать, что магнитное поле связано с магнитом, то очевидно, что в объеме магнита никакая ЭДС возникнуть не может. Это тот же механизм, который отвечает за «Парадокс Геринга»: в обоих случаях электроны магнита движутся вместе с его магнитным полем, отсутствует пересечение линий поля электрическими зарядами, а, следовательно, и индукционная ЭДС. Где же генерируется ток в контуре? Ответ очевиден: там, где линии поля пересекают контур, то есть в проводах на участке контура АС (см. рис. 5).

Так представления о механизме электромагнитной индукции по «способу пересечения» позволяют разрешить многие «парадоксы» электромагнитного взаимодействия, в том числе и классический «Парадокс Фарадея».

Таким образом, «парадокс» в том, что уже более 100 лет ошибочно трактуется физическая природа самого процесса электромагнитной индукции. Экспериментальная зависимость Фарадея заменена ее математически тождественным выражением Максвелла, из которого исчезли главные участники процесса — электрические заряды. Почему так произошло, почему этот «парадокс» больше века оставался не замеченным? На эти вопросы отвечать не физикам, а психологам…

Чтобы понять природу электромагнитных взаимодействий, познакомимся поближе с «участниками» этих взаимодействий – магнитным и электрическим полем.

electrodynamics.narod.ru


Обсуждение закрыто.