Конспект урока: Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Открытие электромагнитной индукции. ЭДС индукции в движущемся проводнике

Открытие электромагнитной индукции

После того как учёные поняли, что электрический ток порождает магнитное поле, возник законный вопрос: а магнитное поле может порождать электрический ток? Но ответ очень задержался. Доказать это было не так просто. Молодой английский физик Майкл Фарадей десять лет ставил эксперименты и в 1831 году, наконец-то, экспериментально обнаружил, что в катушке, подключённой к гальванометру, возникает электрический ток, когда магнит вдвигают в катушку или выдвигают. Оказалось, что именно изменяющееся магнитное поле в катушке порождало ток! Ток, который возникает при изменении магнитного поля в катушке (в замкнутом контуре), назвали индукционным.

Опыты Фарадея

Сегодня опыты Фарадея может провести каждый ученик с помощью катушки индуктивности, постоянного магнита, гальванометра и соединительных проводов. Рассмотрим данные опыты подробней.

Выводы катушки с большим числом витков подключим к гальванометру с помощью соединительных проводов. Возьмём магнит и будем вдвигать его северным полюсом в катушку (рис. 1). Увидим, что стрелка гальванометра отклонится, следовательно, в катушке появился электрический ток. Когда магнит неподвижен, стрелка гальванометра не отклоняется, тока нет. Начнём выдвигать магнит — снова заметим отклонение стрелки гальванометра, но уже в другую сторону. Эксперименты с катушкой, гальванометром и магнитом показывают, что:

• при увеличении скорости движения магнита возрастает сила тока в катушке;
• при изменении направления движения магнита относительно катушки вдоль её оси изменяется направление тока в катушке;
• если вдвигать магнит не северным полюсом, а южным — поменяется направление отклонения стрелки гальванометра (изменится направление возникающего тока в катушке).

Рис. 1. Возникновение индукционного тока в катушке: а) магнит вдвигают в катушку; б) магнит выдвигают из катушки

Результаты этого эксперимента не поменяются, если двигать катушку относительно неподвижного магнита. 

Можно провести эксперимент с двумя катушками, одна из которых подключена к гальванометру, а другая к источнику тока. Двигая катушки друг относительно друга, увидим, что в катушке, подключённой к гальванометру, возникает индукционный ток (рис. 2). Фарадей установил, что вместо магнита можно использовать любой другой источник магнитного поля, например, катушку с током.

Рис. 2. Возникновение индукционного тока в катушке, подключённой к гальванометру: а) катушку, подключённую к источнику тока вдвигают; б) катушку, подключённую к источнику тока выдвигают

При проведении опыта с двумя катушками Фарадей обнаружил, что стрелка гальванометра отклоняется и при неподвижных друг относительно друга катушках, если в одной из них меняется сила тока. Если меняется сила тока в первой катушке, то меняется её магнитное поле, а во второй катушке возникает индукционный ток. Это можно реализовать, увеличивая или уменьшая силу тока с помощью реостата (рис. 3). 

Рис. 3. Возникновение индукционного тока в первой катушке 1 при изменении силы тока во второй катушке 2 с помощью реостата

Чем быстрее изменяется сила тока во второй катушке, тем больше будет сила индукционного тока в первой катушке. 

Явление электромагнитной индукции

Таким образом, магнитное поле может воздействовать на электроны в проводниках и приводить их к направленному движению, т. е. создавать электрический ток. Явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре в опытах Фарадея называют электромагнитной индукцией.

Обратим внимание на то, что изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутый проводящий контур, может быть обусловлено двумя причинами: 1) движение самого замкнутого контура относительно источника магнитного поля; 2) изменение магнитного поля в неподвижном контуре.