Опыты Фарадея
Вы знаете, что когда по проводнику идет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле. Великий английский физик Майкл Фарадей в начале прошлого столетия поставил перед собой вопрос: а нельзя ли с помощью магнитного поля создать электрический ток? Благодаря многолетним исследованиям Фарадей открыл явление, которое называется явлением электромагнитной индукции. Мы сейчас посмотрим некоторые из опытов Фарадея.
Первый опыт следующий. Катушка подсоединена к клеммам гальванометра. Цепь замкнута, но в цепи сейчас тока нет, стрелка гальванометра покоится, стоит на нуле. Опустим в катушку полосовой магнит. Вначале будем опускать магнит его южным полюсом. Вы видели, что стрелка гальванометра дала отброс вправо и возвратилась к нулю. Извлечем магнит из катушки. Стрелка при этом опять отклоняется и вновь возвращается к нулю, но теперь уже отклоняется влево. Еще раз проведем тот же опыт. Вправо - влево.
Перевернем магнит и опустим его теперь внутрь катушки северным концом. Теперь стрелка отклоняется влево при опускании магнита, а когда мы извлекаем магнит из катушки, она отклоняется вправо. Если медленно опускать магнит в катушку или извлекать его из катушки (медленно!), то вы увидите, что при этом стрелка гальванометра почти не отклоняется. Вот я опускаю магнит в катушку. Сейчас я его извлекаю из катушки, отклонение стрелки очень мало. При резком движении магнита отброс гальванометра достаточно велик.
Что мы наблюдаем в данном опыте? Когда мы перемещаем магнит, то при этом магнитное поле магнита перемещается вместе с ним и витки катушки пересекаются магнитными линиями этого магнитного поля. При этом пересечении магнитными линиями витков катушки в катушках возникает ЭДС, а поскольку катушка замкнута на гальванометр, то в этой замкнутой цепи возникает ток. Эта ЭДС называется индукционной ЭДС, ЭДС индукции, а ток называется током индукции. Мы наблюдали с вами явление электромагнитной индукции, которое состоит в том, что при всяком пересечении магнитными линиями проводника в нем возникает ЭДС, а если проводник замкнут, то в цепи возникает индукционный ток. При этом направление ЭДС индукции, направление индукционного тока зависит от направления движения магнитного поля (мы это наблюдали на опыте). А сила индукционного тока зависит от скорости перемещения этого магнитного поля.
В нашем первом опыте магнитное поле создавалось с помощью постоянного магнита. Можно создать магнитное поле иначе. Попробуем провести следующий опыт. Для этого мы используем вторую катушку, мы будем называть ее вторичной катушкой, которая подключена к клеммам выпрямителя - источника постоянного напряжения. Когда мы будем пропускать по этой катушке ток (я сейчас замыкаю цепь выпрямителя, по катушке пошел ток), то вокруг этой катушки возникает магнитное поле. Если я опущу в эту катушку сердечник, то сердечник намагнитится, и это магнитное поле катушки с сердечником станет достаточно большим.
Попробуем опускать теперь катушку вместе с сердечником, вот эту вторичную катушку, внутрь первичной, внешней катушки, которая подключена к клеммам гальванометра. При опускании катушки стрелка отклоняется вправо, а если вынимать катушку, то стрелка отклоняется влево. При этом если медленно перемещать катушку, опускать ее медленно, то вновь отклонение стрелки невелико, индукционный ток, возникающий во внешней катушке мал. Если медленно извлекать эту катушку из внешней катушки, внутреннюю катушку, то опять мал индукционный ток.
Опустим вторичную катушку внутрь первичной, внешней катушки и поступим следующим образом: разомкнем цепь выпрямителя. Мы видим, что стрелка гальванометра дала в этот момент отброс. Менялось магнитное поле при размыкании цепи внутренней катушки - оно исчезало. Замкнем цепь выпрямителя. Опять появлялось магнитное поле. Оно и сейчас существует, но сейчас оно уже не меняется, уже линии магнитного поля не пересекают витки внешней катушки. Мы можем не замыкать и размыкать цепь, а мы можем уменьшать или увеличивать ток внутри внешней катушки, изменять величину тока, протекающего по внутренней катушке. Вот я уменьшаю ток во внутренней катушке, вот я увеличиваю ток во внутренней катушке, и в обоих случаях возникает индукционный ток в цепи внешней катушки. А когда величина тока, текущего по внутренней катушке, перестает меняться, то исчезает индукционный ток во внешней катушке.
Мы можем менять величину магнитного поля, извлекая сердечник или опуская его во внутрь катушек. Вот я вынимаю сердечник из катушек - стрелка гальванометра дала отброс вправо. Я погружаю сердечник в катушку - и стрелка гальванометра дает отброс влево. Если я медленно буду извлекать сердечник из катушки, то отброс будет значительно меньше. То же самое получается, если я медленно буду погружать сердечник внутрь этой катушки. При быстром резком извлечении или резком опускании сердечника индукционный ток возрастает.
Во всех этих опытах мы с вами наблюдали явление электромагнитной индукции.
