Закон индукции Фарадея
Когда магнитное поле сквозь виток провода меняется, в витке создаётся напряжение — даже без подключённой батареи. Быстрее изменение поля — больше напряжение; именно так генераторы превращают движение в электричество.
Формула
ε = −ΔΦ / Δt
- ε — наведённая ЭДС (V): напряжение, созданное в витке
- Φ — магнитный поток (Wb): количество магнитного поля, проходящего сквозь виток
- t — время (s): как долго длится изменение потока
Решённый пример
Магнитный поток сквозь виток падает на 6 webers за 3 seconds. Какое напряжение это наводит?
- ΔΦ = 6 Wb
- Δt = 3 s
- ε = −ΔΦ / Δt
- ε = −(6 Wb) / (3 s)
ε = −2 V
Проверьте себя
Поток по-прежнему меняется на 6 webers, но теперь за 2 seconds вместо 3. Какова величина наведённого напряжения?
- 2 V
- Правильный ответ: 3 V
- 12 V
Верно! Более быстрое изменение означает большее напряжение: 6 Wb ÷ 2 s = 3 V.
По правилу Ленца, ток, наведённый изменяющимся потоком, создаст собственное магнитное поле, которое…
- Правильный ответ: противодействует изменению потока
- совпадает с изменением потока
- не влияет на поток
Точно — наведённый ток всегда борется с изменением, его создавшим, поэтому в формуле стоит знак минус.
Где вы это видите
Каждая электростанция на Земле — это этот закон в промышленном масштабе: вращающиеся магниты проводят меняющийся поток сквозь катушки, и наружу выходит напряжение, которое доходит до вашей розетки. Велосипедный генератор — карманная версия: педали вращают магнит, и фара светит без всякой батареи в цепи.
Частые ошибки
Главное здесь — изменение: огромное, идеально постоянное магнитное поле сквозь виток не наводит ничего — напряжение создаёт только меняющийся поток, ε = −ΔΦ / Δt. Далее, важна скорость, а не количество: то же изменение 6 Wb, сделанное за 2 s вместо 3 s, поднимает напряжение с 2 V до 3 V. А знак минус — это правило Ленца: наведённый ток всегда противодействует изменению, которое его создало, — бесплатного обеда не будет.
Как это связано
Это завершает пару, которую начала сила Лоренца: поля толкают заряды, а теперь меняющиеся поля создают напряжения, приводящие заряды в движение, — батарея не нужна. Противодействие по Ленцу — это голос закона сохранения энергии, а резонанс в цепи переменного тока, следующая тема, — то, что происходит, когда это наведённое напряжение встречает конденсатор в цепи, которую качают туда-сюда.