Работа по перемещению провода с током в магнитном поле

Пусть имеются два металлических рельса, по которым может катиться металлический стерженек (рис. 4.54). Если к рельсам подключить источник тока и поместить все в магнитное поле В, как показано на рисунке, то на стерженек будет действовать сила Ампера ?_А• Она, передвигая стерженек, может совершать работу:

где ДФ — это поток вектора В через заштрихованную площадку или изменение потока Ф, пронизывающего весь контур с током. То есть работа силы Ампера в магнитном поле равна произведению силы тока на изменение магнитного потока через контур.

Электромагнитная индукция. Правило Ленца

Опыт показывает, что если в катушку, соединенную с гальванометром, вдвигать постоянный магнит (рис. 4.55, а), то гальванометр покажет ток тогда, когда магнит двигается. Если магнит, наоборот, удалять из катушки, то в ней идет ток обратного направления.

Это явление, открытое Фарадеем, называется электромагнитной индукцией, возникающий ток называется индукционным током, а распределенная по катушке ЭДС, под действием которой течет ток, называется ЭДС индукции.

Причем ЭДС индукции возникает в контуре всегда, а ток — только если контур замкнут и является проводником.

Рассмотрим внимательно направление возникающего индукционного тока. Можно заметить, что при приближении северного полюса магнита ток в катушке возникает такого направления, что на стороне, обращенной к магниту, образуется тоже северный полюс. Если рукоятку правого буравчика вращать по току, то его поступательное движение будет вверх. Силовые линии поля В, создаваемого катушкой, будут направлены вверх, северный полюс катушки будет сверху.

Иными словами, направление тока в катушке получается таким, что образующийся полюс препятствует приближению магнита.

Если же постоянный магнит удалять от катушки, ток получается такого направления, что на стороне, обращенной к магниту, образуется южный полюс, что препятствует удалению магр_ис 4 55 нита. То есть индуцированный ток всегда образуется такого направления, что своим магнитным действием препятствует движению магнита.

Оказывается важно не движение магнита, а только то, что при приближении или удалении магнита меняется магнитный поток Ф через катушку, в которой возникают ЭДС индукции и индукционный ток. В опыте, изображенном на рисунке 4.55, б, во внутреннем контуре возникает индукционный ток, если во внешнем с помощью реостата менять силу тока, получаемого от внешнего источника. Причем, если во внешнем контуре ток увеличивать, так что поток Ф, создаваемый этим током, растет, то во внутреннем контуре возникает индукционный ток противоположного направления. Он своим магнитным потоком Ф, будет препятствовать нарастанию потока Ф.

Если же силу тока в одном из контуров и, следовательно, поток Ф уменьшать, например разомкнув цепь внутреннего контура на рисунке 4.55, в, то в другом контуре возникнут индукционный ток и Ф₍ того же направления, чтобы препятствовать уменьшению потока Ф.

Рис. 4.56.

Ленц обобщил это в такой формулировке (правило Ленца): индукционный ток возникает такого направления, что он своим магнитным действием препятствует той причине, в результате которой он возник.

Правило Ленца связано с законом сохранения энергии. Вернемся к рисунку 4.55, а. Индукционный ток нагревает провод, по которому течет. Для этого необходимо совершать работу. Работа будет положительной, если для приближения магнита к катушке надо преодолевать какую-то силу. Следовательно, в катушке со стороны магнита должен возникать одноименный полюс, так как одноименные полюса отталкиваются.