Про электромагнитную индукцию каждый из нас слышал еще со школьной скамьи, однако как показывает практика, сегодня мало кто представляет себе, что это такое. Мы живем в мире электричества – это основной вид энергии, питающий бесчисленную армию бытовых электроприборов, двигатели электротранспорта, промышленное оборудование. Поставку электроэнергии осуществляют генераторы электростанций, преобразующие различные виды энергии, в частности механическую в электричество. В основе возникновения электрического тока как раз и лежат результаты явления электромагнитной индукции.
Прообразом современных генераторов следует назвать диск (генератор) Фарадея, посредством которого он впервые получил электричество путем вращения медного диска в магнитном поле. Исследования М. Фарадея как раз и лежат в основе открытия закона электромагнитной индукции, автором которого является английский физик. Попробуем разобраться в причинах возникновения индукционных токов, и каким образом человечеству удалось обуздать это явление.
Электромагнитная индукция – суть явления
Каждому из нас знаком электродвигатель, превращающий электричество в механическую энергию, выражаясь простыми словами, электромагнитную индукцию можно рассматривать как процесс противоположный, и происходит это следующим образом. При помещении проводника в магнитное поле так, чтобы он пересекался потоком векторов этого поля, в проводнике будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС индукции). В случае замкнутого через внешнюю цепь проводника можно вести речь об электрическом токе, протекающем через проводник.
Основным условием возникновения ЭДС считается взаимное изменение в пространстве положения проводника и магнитных потоков относительно друг друга. Это может быть, к примеру, перемещение проводника в постоянном магнитном поле, при этом направление тока (ЭДС) в замкнутом контуре будет определяться по правилу «правой руки». При вхождении векторов магнитной напряженности в ладонь, большой палец будет указывать на направление перемещения проводника, а вытянутые пальцы укажут направление ЭДС. Модуль индукции (B) в таком случае связан с ЭДС (E) длиной (l) и скоростью перемещения (v) проводника следующим выражением:
E = B·l·v.
Другим условием появления ЭДС следует считать «облучение» неподвижных проводников переменным магнитным полем. Типичным примером взаимной индукции можно привести обмотки трансформатора, когда переменный электрический ток первичной обмотки наводит переменное магнитное поле в сердечнике, заставляя возникать ЭДС во вторичных обмотках.
Открытый Фарадеем закон электромагнитной индукции тесно связывает ЭДС со скоростью изменения магнитного потока (\(\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\)), при этом формулу Фарадея можно представить следующим выражением:
$$E = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$
Знак «−» здесь указывает на направление индукционного тока, в замкнутых контурах пытающегося восстановить изменение системы. Для проводников (контуров) связанных с индуктивностью катушки вышеприведенная формула должна учитывать количество витков (N) и выглядит следующим образом:
$$E = -N \cdot \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$$
Закон Фарадея – базовый закон электродинамики. Он лежит в основе работы трансформаторов, электродвигателей, генераторов, словом всего того, что обуславливает взаимоотношения человечества с электричеством. Объясняет он появление вихревых токов в массивных проводниках, что приводит, например, к разогреву сердечников трансформаторов. Для борьбы с ними сердечники трансформаторов и магнитопроводы электрических машин делают наборными. Правда и вихревые токи человек смог направить в созидательное русло, например, они используются в работе сталеплавильных печей.
Вклад Фарадея в изучение и последующее использование явления электромагнитной индукции трудно переоценить. Именно его открытие дало толчок дальнейшему использованию электричества.
