§ 44. Электромагнитная индукция

Связь между электрическими и магнитными явлениями подтверждается тем, что при движении проводника (витка) в магнитном поле или при изменении магнитного потока вокруг него в проводнике (витке) индуктируется (наводится) электродвижущая сила. Под действием индуктированной э. д. с. в замкнутом проводнике возникает электрический ток. Возникновение э. д. с. индукции можно проследить на следующем опыте.
Между полюсами магнита будем перемещать проводник АБ, пересекая магнитные линии (рис. 42, а). Стрелка электроизмерительного прибора, присоединенного к этому проводнику, отклонится. Если проводник остановить между полюсами магнита или перемещать его вдоль магнитных линий, то стрелка прибора не отклонится. Из этого опыта следует, что при пересечении проводником магнитных линий в нем индуктируется э. д. с. индукции.

Проделаем еще один опыт. Поместим магнит в проволочную катушку и присоединим к ней гальванометр (рис. 42, б). Если быстро вынуть магнит из катушки, то стрелка прибора отклонится и затем станет в исходное положение. Если также быстро вставить магнит в катушку, то стрелка прибора вновь отклонится, но в противоположном направлении. Следовательно, и в случае перемещения магнита относительно проводника в последнем возникает э. д. с. индукции.
Направление э. д. с. индукции можно определить по правилу правой руки (рис. 43), которое заключается в следующем: если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее, а большой палец указывал направление движения проводника в магнитном поле, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной э. д. с.

Величина индуктированной э. д. с., возникающей в проводнике при пересечении им магнитных линий, зависит от магнитной индукции В, рабочей длины l проводника и скорости его движения в магнитном поле. Эту зависимость можно выразить формулой

E = B l v, (36)

где E - э. д. с. индукции, в;
B - магнитная индукция, тл;
l - длина проводника, м;
v - скорость движения проводника в магнитном поле, м/сек.
Эта формула справедлива для случая, когда проводник пересекает магнитные линии под прямым углом. Если проводник пересекает магнитный поток под каким-либо другим углом, то величину э. д. с. индукции определяют по другой формуле:

E = B l v sinα,

где α — угол между направлением движения проводника и направлением магнитного потока.

Пример. Магнитная индукция проводника В = 2 тл. Проводник длиной l = 0,4 м движется под углом 90° к магнитным линиям со скоростью V = 15 м/сек. Определить индуктируемуюмую в нем э. д. с.
Решение.

E = B l v = 2 · 0,4 · 15 = 12 в.

В простейшем случае, когда α = 90° и проводник движется с равномерной скоростью в равномерном магнитном поле, то скорость перемещения проводника

где Δх — отрезок пути, пройденного проводником за время Δt.
Следовательно, электродвижущая сила индукции

Так как l · Δх = ΔS — площадь, которую пересекает проводник за время Δt, а BΔS = Δ Φ — магнитный поток, который этот проводник пересекает за отрезок времени Δt, то электродвижущая сила индукции в проводнике

Таким образом, электродвижущая сила, индуктируемая в проводнике, равна отношению магнитного потока Δ Φ, пересеченного проводником, к времени за которое произошло это пересечение. Следует иметь в виду, что величина э. д. с. индукции не зависит от того, движется ли проводник по отношению к магнитному полю или магнитное поле перемещается по отношению к проводнику. Выражение э. д. с. индукции (38) используется широко для рассмотрения электромагнитных явлений. Действие ряда электрических машин и приборов основано на использовании явления электромагнитной индукции, которое было открыто Фарадеем. К таким машинам относятся генераторы, трансформаторы, электродинамические микрофоны, звукосниматели и др.

Электродинамический микрофон (рис. 44, а) состоит из сильного постоянного магнита 1, мембраны 2 из алюминиевой фольги и подвижной катушки 3. Концы обмотки катушки подключены к первичной обмотке трансформатора. Когда звуковые волны попадают на мембрану микрофона (рис. 44, б), она вместе с подвижной катушкой перемещается вниз и вследствие пересечения магнитных линий в катушке индуктируется э. д. с. Под действием э. д. с. по первичной обмотке трансформатора протекает ток.
При разрежении пространства вокруг мембраны (рис. 44, в) она вместе с подвижной катушкой перемещается вверх, при этом в катушке также индуктируется э. д. с., которая создает ток, протекающий в противоположном направлении. Возникающий в обмотке микрофона ток, изменяющийся по величине и направлению, пройдя через усилитель, поступает в громкоговоритель.