Электромагнитная индукция: от Эрстеда к Фарадею

Открытие Фарадея. Явление электромагнитной индукции Природа магнитного поля в постоянных магнитах Ампер высказал идею, что магнитное поле в постоянных магнитах (железо, никель) создаётся упорядоченным движением заряженных частиц внутри вещества — молекулярными токами . Во внутреннем объёме тела эти токи взаимно компенсируются, а на поверхности складываются, образуя эквивалентный ток намагничивания. Экспериментальное подтверждение этой идеи стало возможным лишь спустя 100 лет, когда была установлена атомарная структура вещества. Опыты Фарадея Два соленоида располагались на общем сердечнике: через первый пропускался ток от батареи, второй был подключён к гальванометру. При постоянном токе гальванометр показывал нуль. При замыкании или размыкании цепи первого соленоида гальванометр регистрировал кратковременный всплеск тока; знаки тока при замыкании и размыкании противоположны. Аналогичная картина наблюдалась при движении постоянного магнита относительно катушки: пока магнит движется — есть ток; остановился — тока нет; направление движения определяет знак тока. Вывод : ток в катушке возникает только при изменении магнитного поля (или положения источника поля). Постоянное (в том числе нулевое) поле тока не индуцирует. Магнитный поток. Закон Фарадея Количественной характеристикой, определяющей возникновение тока, является магнитный поток через контур катушки. Для $N$ витков площадью $S$ в однородном поле $B$: $$ \Phi = N B S \cos\theta, $$ где $\theta$ — угол между вектором $\mathbf{B}$ и нормалью к площадке витков. Поток можно изменять: меняя $B$ (поднося/убирая магнит или включая/выключая соленоид), меняя $S$ (деформируя катушку), меняя угол ориентации катушки, меняя число учитываемых витков $N$. Закон электромагнитной индукции Фарадея : $$ \mathcal{E} = -\dot{\Phi} = -\frac{d\Phi}{dt}. $$ ЭДС $\mathcal{E}$ (в вольтах) равна взятой со знаком минус скорости изменения магнитного потока. Знак «минус» отражает правило Ленца : индукционный ток имеет такое направление, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.