"Физика", Хижнякова Л.С., Синявина А.А.
Индукционный ток возникает в замкнутом проводящем контуре, когда изменяется магнитный поток через его поверхность. Изменить поток можно движением магнита или катушки, изменением силы тока в соседнем электромагните, площади контура или его положения в магнитном поле. Неподвижный магнит в неподвижной катушке тока не создаёт. Чем быстрее меняется магнитный поток, тем заметнее ток, который обнаруживают гальванометром.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Индукционный ток — ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через него. Иначе говоря, магнитное поле меняется так, что в цепи появляется направленное движение зарядов. Это понятие нужно, чтобы отличать ток, созданный электромагнитной индукцией, от тока обычного источника.
Электромагнитная индукция — явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока. Причиной служит не само магнитное поле, а изменение его воздействия на контур. С помощью этого термина описывают целую группу опытов с магнитами, катушками и проводниками.
Магнитный поток — физическая величина, характеризующая магнитное поле, пронизывающее поверхность контура. Он зависит от силы поля, площади контура и его ориентации относительно линий магнитного поля. Понятие потока помогает установить, изменилось ли магнитное воздействие на контур.
Замкнутый проводящий контур — проводящий путь, по которому может протекать возникший ток. В него входят, например, витки катушки и соединительные провода, образующие непрерывную цепь. Если путь разорван, ток не сможет пройти, хотя на концах разомкнутого участка может появиться напряжение.
Если приближать магнит к замкнутой катушке, линии магнитного поля начинают сильнее пронизывать её витки, поэтому магнитный поток увеличивается. При удалении магнита поток уменьшается, и в катушке снова появляется ток, но его направление меняется. Когда магнит остановлен, поле и поток через катушку постоянны, поэтому стрелка гальванометра возвращается к нулю.
Движение катушки в магнитном поле действует по той же причине. Пока катушка входит в область поля или выходит из неё, меняется число линий поля, проходящих через её поверхность. Если катушка перемещается внутри однородного поля и её положение относительно линий не меняется, поток может оставаться постоянным, поэтому одного движения недостаточно.
Изменить поток можно и без перемещения магнита. Рядом с замкнутой катушкой размещают другую катушку, по которой проходит ток. Когда ток в первой катушке включают, выключают или изменяют, меняется создаваемое ею магнитное поле, а вместе с ним меняется поток через вторую катушку.
Если ток в первой катушке уже постоянен, её магнитное поле тоже постоянно. Поэтому во второй катушке ток возникает только в моменты изменения тока в первой, а не всё время её работы. Такой опыт показывает, что магнитное поле электромагнита может заменить постоянный магнит, если оно изменяется.
Поток меняется также при изменении площади контура или его повороте. При увеличении площади через контур проходит больше линий поля, а при уменьшении — меньше; поворот меняет угол между плоскостью контура и полем. В каждом случае в замкнутом контуре возникает ток, который можно обнаружить прибором.
В таблице указано, какое изменение вызывает ток и как его получить на опыте. При решении задач сначала найдите, меняется ли магнитный поток, затем проверьте, замкнут ли контур.
| Способ | Что изменяется | Как осуществить | Условие появления тока | Пример установки |
|---|---|---|---|---|
| Перемещение магнита относительно катушки | Магнитное поле и магнитный поток через катушку | Вводить магнит в катушку или выдвигать его из неё | Магнит должен двигаться относительно катушки | Катушка, постоянный магнит и гальванометр |
| Перемещение катушки в магнитном поле | Положение проводника в магнитном поле и магнитный поток | Вносить катушку в область поля или выводить из неё | Катушка должна пересекать линии магнитного поля | Катушка, магнит и гальванометр |
| Изменение тока в соседней катушке | Магнитное поле, создаваемое первой катушкой | Замыкать, размыкать или изменять ток в электромагните | Ток возникает в другой катушке только во время изменения поля | Две расположенные рядом катушки |
| Изменение площади или поворот контура | Магнитный поток через контур | Раздвигать части контура, вращать его или изменять его ориентацию | Должен изменяться поток через замкнутый контур | Подвижная рамка в магнитном поле |
Условие. Магнит приближают к замкнутой катушке, а затем оставляют неподвижным. Нужно определить, в какие моменты в катушке возникает индукционный ток и объяснить ответ.
Ответ. Индукционный ток возникает только во время приближения магнита. После остановки магнита тока нет, хотя магнит остаётся внутри катушки.
Условие. Две катушки расположены рядом, к первой подключена цепь с источником тока, а ко второй — гальванометр. В первой катушке изменяют силу тока. Нужно установить, когда отклоняется стрелка прибора.
Ответ. Стрелка отклоняется при включении, выключении или изменении силы тока в первой катушке. При неизменном токе стрелка не отклоняется.
Условие. Требуется предложить способы увеличить индукционный ток при движении магнита относительно катушки. Объясним каждый способ через изменение магнитного потока.
Ответ. Ток увеличивают ускорением движения, усилением магнитного поля и увеличением числа витков. Общая причина во всех случаях — более быстрое или более значительное изменение магнитного потока.
Ошибка — считать, что ток возникает при любом наличии магнитного поля. Её допускают, потому что путают причину явления с условием эксперимента. Проверьте себя вопросом: изменяется ли поток через контур, или поле просто постоянно?
Ошибка — ожидать ток в разомкнутом контуре. При изменении потока на концах разрыва может появиться напряжение, но непрерывного пути для движения зарядов нет. Проверьте, образует ли цепь замкнутую линию от одного вывода прибора к другому.
Ошибка — связывать результат с движением магнита или катушки само по себе. Важна относительная скорость и изменение положения системы магнит — контур, поэтому неподвижная относительно катушки катушка не даёт тока. Сравните, меняется ли число линий поля, проходящих через контур.
Ошибка — считать, что ток во второй катушке будет постоянным при постоянном токе в первой. Постоянный ток создаёт постоянное поле, а индукция появляется главным образом при включении, выключении или изменении силы тока. Проверьте, продолжается ли изменение поля в данный момент.
Для понимания темы нужны знания об электрическом токе и замкнутой электрической цепи, а также о магнитном поле тока и действии магнита на проводник с током. Эти представления позволяют связать изменение поля с движением зарядов.
В опытах кратковременный ток обнаруживают по отклонению стрелки гальванометра. Дальше явление приводит к закону электромагнитной индукции и правилу Ленца.
Принцип используется в генераторах электрического тока и трансформаторах. В них магнитный поток изменяется организованно, чтобы получать или передавать электрическую энергию.
Почему ток не возникает, если магнит просто находится внутри неподвижной катушки?
В неподвижной катушке магнит создаёт постоянное магнитное поле, поэтому магнитный поток через неё не меняется. Для появления индукционного тока нужно именно изменение потока, а не просто наличие магнита.
Можно ли получить индукционный ток без постоянного магнита?
Да. Источником изменяющегося магнитного поля может быть электромагнит, в котором изменяют силу тока. Индукционный ток также получают изменением площади или положения контура в магнитном поле.
Почему при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется в разные стороны?
При приближении магнита магнитный поток увеличивается, а при удалении уменьшается. Направление индукционного тока при этих изменениях противоположно, поэтому стрелка отклоняется в разные стороны.
Возникает ли индукционный ток в разомкнутой цепи?
В разомкнутой цепи может появиться индукционное напряжение, но непрерывный ток по ней не течёт. Чтобы обнаружить ток стрелкой гальванометра, контур должен быть замкнут.
Как увеличить индукционный ток в катушке?
Нужно быстрее изменять магнитный поток: двигать магнит или катушку с большей скоростью. Также помогают более сильное магнитное поле, большее число витков и более эффективное пересечение линий поля.
Способы получения индукционного тока
