Электромагнитная индукция

Изменяющийся магнитный поток индуцирует электродвижущую силу и электрическое поле, что является принципом работы генераторов и трансформаторов.

Definition

Электромагнитная индукция — это генерация электродвижущей силы и циркулирующего электрического поля изменяющимся магнитным потоком, количественно описываемая законом Фарадея, при этом индуцированные эффекты противодействуют изменению согласно правилу Ленца.

Scope

Эта тема охватывает закон электромагнитной индукции Фарадея, правило Ленца и направление индуцированных эффектов, ЭДС движения и трансформаторную ЭДС, самоиндукцию и взаимную индукцию, а также энергию, запасенную в магнитных полях. В ней рассматриваются индуцированные электрические поля как неконсервативные и вводятся вихревые токи, при этом излучение оставляется для последующих тем.

Core questions

• Как изменяющийся магнитный поток вызывает ток в цепи?
• Почему индуцированные токи противодействуют изменению, которое их вызывает?
• Как определяются индуктивность и запасенная магнитная энергия?

Key concepts

• магнитный поток
• электродвижущая сила
• закон Фарадея
• правило Ленца
• самоиндукция
• взаимная индукция
• вихревые токи
• магнитная энергия

Key theories

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Электродвижущая сила по замкнутому контуру равна скорости изменения магнитного потока через него со знаком минус; в дифференциальной форме ротор электрического поля равен производной магнитного поля по времени со знаком минус.

Правило Ленца

Индуцированный ток течет таким образом, чтобы противодействовать изменению потока, которое его вызывает, что является следствием сохранения энергии, фиксирующим знак в законе Фарадея.

Clinical relevance

Индукция является принципом работы электрических генераторов, трансформаторов, индукционных двигателей и варочных панелей, беспроводной и индукционной зарядки, а также градиентных и радиочастотных катушек магнитно-резонансной томографии.

History

Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, при этом Джозеф Генри независимо наблюдал связанные эффекты. Ленц сформулировал правило направления в 1834 году, а Максвелл включил индукцию в свои уравнения поля как роторное уравнение для электрического поля.

Key figures

• Michael Faraday
• Joseph Henry
• Heinrich Lenz

Seminal works

• maxwell1873
• jackson1998

Frequently asked questions

В чем разница между ЭДС движения и трансформаторной ЭДС?

ЭДС движения возникает, когда проводник движется в статическом магнитном поле, тогда как трансформаторная ЭДС возникает из-за изменяющегося во времени поля через неподвижную цепь; оба явления объединены правилом потока Фарадея.

Почему в правиле Ленца присутствует знак минус?

Индуцированный ток противодействует изменению потока для сохранения энергии; если бы он усиливал изменение, он создавал бы энергию из ничего, поэтому знак минус в законе Фарадея отражает это противодействие.