Фарадеем в 1831 г. был установлен закон электромагнитной индукции, который гласит: при пересечении проводником любой формы, размеров и материала магнитных линий в этом проводнике возникает э. д. c., равная числу магнитных линий, пересекаемых проводником в одну секунду, т. е. равная скорости пересечения проводником магнитных линий.
Воспользуемся этим законом для определения э. д. с. индуктируемой в проводнике, передвигающемся в однородном магнитном поле, при условии, что направление движения перпендикулярно магнитным линиям и оси проводника и, кроме того, ось проводника перпендикулярна магнитным линиям (рис. 1).
Рис. 1
Количество магнитных линий, пересекаемых таким проводником в 1 сек, равно Blv, где l — длина проводника в м, v — скорость движения проводника в м/сек, В — число магнитных линий, приходящихся на квадратный метр. Следовательно, индуктируемая э. д. с. е = Blv.
Для возникновения э. д. с. необходимо, чтобы проводник пересекал магнитные линии. Поэтому безразлично, движется ли проводник в неподвижном магнитном поле или движется магнитное поле, а проводник остается неподвижным.
Направление индуктируемой э. д. с. определяется по правилу правой руки.
Если расположить ладонь правой руки так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а отставленный большой палец указывал направление движения проводника относительно магнитного поля, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной э. д. с.
Максвелл, развивая математическую теорию электромагнитной индукции, установил другую формулировку закона электромагнитной индукции, распространив его на любой замкнутый контур: электродвижущая сила, индуктированная в контуре (витке), равна скорости изменения магнитного потока внутри контура, взятой с обратным знаком.
Если за промежуток времени Δt (буквой Δ обычно обозначают изменение величины) магнитный поток Ф, охватываемый контуром (вследствие внесения магнита в контур), равномерно увеличивается на величину ΔФ, то скорость изменения магнитного потока равна ΔФ/Δt, т. е. ΔФ — величина изменения потока за время Δt.
Рис. 2
Знак минус (—), стоящий перед правой частью равенства, показывает, что индуктируемая э. д. с. всегда имеет такое направление, при котором вызванный ею ток противодействует изменению потока, охватываемого контуром.
Этот знак введен в формулу в соответствии с известным правилом Ленца.
При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в контуре возникают электрические и механические силы, препятствующие изменению магнитного потока.
Определим направление тока в замкнутом витке, в который вводится северный полюс постоянного магнита (рис. 2). Поскольку поток внутри контура (витка) при движении магнита увеличивается, то, согласно правилу Ленца, индуктируемый ток создает поток, направленный против потока постоянного магнита. Значит, магнитные линии тока направлены так, как показано на рис. 2, а ток в соответствии с правилом буравчика течет в направлении, указанном стрелкой.
Э. X. Ленц, установил, что возникновение механической силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитном поле, и создание э. д. с. при движении проводника в магнитном поле — два проявления одного и того же физического явления. Ленцем, таким образом, была установлена обратимость электрических машин, т. е. установлено, что каждая электрическая машина может работать в режиме двигателя и в режиме генератора.
С явлением электромагнитной индукции связаны и дополнительные потери, имеющие место во всех цепях переменного тока, если в поле, образуемом переменным током, находятся проводники в виде сплошных масс. В таких проводниках возникают э. д. с. и появляются токи.
Эти токи, замыкающиеся в толще проводников, называются вихревыми токами. Они вызывают нагрев проводника и связанные с этим нагревом потери и поэтому в подавляющем большинстве машин и аппаратов являются вредными токами. Вихревые токи используются при индукционной закалке и плавке металлов токами высокой частоты.
