Закон електромагнітної індукції. Вихровий електричне поле.

У першому типі електромагнітної індукції ЕРС виникає в нерухомому замкненому провіднику при будь-якій зміні магнітного поля.

З іншого боку, відомо, що виникнення електрорушійної сили в будь-який ланцюга пов'язане зі сторонніми силами, що діють на заряди в цьому ланцюзі. Під сторонніми силами маються на увазі сили неелектростатіческого характеру. Яка ж природа цих сил в даному випадку?

Результати різних експериментів з електромагнітної індукції показали, що ЕРС індукції не залежить ні від матеріалу провідника (метал, електроліт і т. Д.), Ні від його стану (наприклад, величини і розподілу температури ). Звідси випливає висновок, що сторонні сили пов'язані з самим магнітним полем .

Аналіз явища електромагнітної індукції привів Дж. Максвелла до висновку, що причиною появи ЕРС індукції є електричне поле , Що відрізняється від електростатичного поля наступними особливостями.

1. Виникнення поля ніяк не пов'язане з наявністю провідників; воно існує в просторі, що оточує змінне магнітне поле, незалежно від наявності в ньому провідників; провідники є лише індикаторами поля (якщо провідник замкнутий, по ньому тече струм ).

2. Це поле не є електростатичним, оскільки силові лінії електростатичного поля завжди розімкнуті, вони починаються і закінчуються на зарядах, і напруга по замкнутому контуру в електростатичному полі дорівнює нулю; електростатичне поле не може підтримувати рух зарядів в замкнутому контурі, т. е. привести до виникнення ЕРС.

3. На противагу останньому індуковане змінним магнітним полем електричне поле є вихровим (як і магнітне поле); воно має замкнуті силові лінії, призводить до виникнення ЕРС індукції, що приводить в рух заряди по замкнутим проводам.

4. На відміну від електростатичного поля, робота сил вихрового електричного поля і електрична напруга по замкнутому контуру не рівні нулю, а значення напруги між двома точками визначається не тільки їх взаємним становищем, а й формою контуру, що з'єднує ці точки.

Все вищевикладене дозволяє зробити висновок, що виражає перша основна положення теорії Максвелла: будь-яка зміна магнітного поля викликає появу вихрового електричного поля.

Напрямок силових ліній напруженості збігається з напрямком індукційного струму. Робота вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції в цьому провіднику. Чим швидше змінюється індукція магнітного поля, тим більше напруженість індукованого електричного поля.

У масивному провіднику, що знаходиться в змінному магнітному полі, вихровий електричне поле викликає індукційний струм. Оскільки лінії напруженості замкнуті, то і лінії струму всередині цього масивного провідника замкнуті, тому вони називаються вихровими струмами, або струмами Фуко. У 1855 р Ж. Б. Л. Фуко виявив нагрівання феромагнітних сердечників, а також інших металевих тел в змінному магнітному полі. Він пояснив цей ефект порушенням індукційних струмів. Фуко запропонував спосіб зменшення втрат енергії за рахунок нагріву - виготовляти сердечники і інші магнітопроводи у вигляді пластин, розділених тонкими ізолюючими плівками, і орієнтувати поверхні цих пластин перпендикулярно вектору напруженості вихрового електричного поля (т. Е. Щоб вони перетинали можливі лінії вихрових струмів).

Нагрівання вихровими струмами масивних провідників використовується в індукційних печах для плавки металів і виготовлення сплавів.