Открытие Фарадея
В 1831 году Майкл Фарадей обнаружил: при движении магнита рядом с катушкой в ней возникает электрический ток. Неподвижный магнит тока не даёт. Важно изменение магнитного потока, а не само поле.
Магнитный поток и ЭДС
Магнитный поток Φ = B · S · cos α (Вб) — «количество» силовых линий, пронизывающих площадь контура. ЭДС индукции по закону Фарадея:
Знак «−» выражает правило Ленца: индукционный ток направлен так, чтобы противодействовать изменению потока, его вызвавшему. Если поле растёт — ток создаёт встречное поле; если убывает — ток поддерживает убывающее.
Правило Ленца на практике
Бросьте магнит в медную трубку — он падает медленнее, чем в обычную. Правило Ленца: индукционные токи в трубке создают поле, тормозящее магнит. Это же явление лежит в основе электромагнитных тормозов на поездах (вихревые токи Фуко).
Генераторы и трансформаторы
В генераторе рамка вращается в магнитном поле — угол α меняется, поток меняется, ЭДС возникает. Так тепловые электростанции, ГЭС и ветрогенераторы вырабатывают переменный ток.
В трансформаторе переменный ток в первичной обмотке создаёт меняющийся поток в сердечнике — во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Напряжение меняется пропорционально числу витков: U₁ / U₂ = N₁ / N₂.
Почему ЭМИ важна для цивилизации
Вся электрическая энергия на Земле вырабатывается благодаря электромагнитной индукции. Кроме того, беспроводная зарядка смартфонов и индукционные плиты работают по тому же принципу — меняющееся поле катушки индуцирует токи в приёмнике.
