"Физика", Кабардин О.Ф.
Правило Ленца помогает определить направление индукционного тока — тока, который появляется в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля через него. Сам ток создаёт собственное магнитное поле, направленное так, чтобы противодействовать изменению, вызвавшему ток. Поэтому нужно выяснить не только, где расположен магнит, но и приближается ли он или удаляется. Это правило используют при разборе опытов с магнитом и катушкой и при изучении генераторов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электромагнитная индукция — возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля через него. Например, ток может появиться в катушке, если рядом двигать магнит. Это понятие объясняет, почему движение магнита способно вызвать электрическое явление.
Индукционный ток — ток, возникающий в проводнике вследствие электромагнитной индукции. Он появляется не из-за подключённой батарейки, а потому, что меняется магнитное поле через контур. Название помогает отличать такой ток от тока, созданного источником электрической энергии.
Правило Ленца — правило, по которому определяют направление индукционного тока: его магнитное поле противодействует изменению, вызвавшему этот ток. Иначе говоря, ток создаёт поле, которое мешает изменению магнитного потока. Это правило нужно, чтобы понять, в какую сторону потечёт ток.
Магнитный поток — характеристика магнитного поля, проходящего через поверхность контура. В задачах по правилу Ленца обычно не требуется вычислять его численное значение: достаточно выяснить, увеличивается поток или уменьшается. Контуром может быть, например, один виток катушки или замкнутая проволочная рамка.
Индукционный ток возникает, когда магнитное поле через замкнутый контур меняется. Причина в том, что изменение поля вызывает движение зарядов в проводнике, а их направленное движение и есть электрический ток. Если магнит неподвижен относительно катушки и поле через неё не меняется, такого воздействия нет, поэтому индукционный ток не появляется. Значит, для появления тока важен не просто магнит рядом с проводником, а изменение магнитного потока.
У индукционного тока есть собственное магнитное поле, потому что любой электрический ток создаёт магнитное поле вокруг проводника. Это поле можно использовать, чтобы определить направление самого тока: сначала выясняют направление поля, а затем применяют правило правой руки. Без этого шага трудно установить направление тока только по тому, что магнит движется. Сначала нужно понять, как именно меняется поток через контур.
Поле индукционного тока противодействует именно изменению магнитного потока. Если внешний поток увеличивается, поле тока направлено против внешнего поля и мешает потоку расти. Если внешний поток уменьшается, поле тока направлено в ту же сторону, что и внешнее: так оно стремится поддержать ослабевающий поток. Поэтому утверждение «поле тока всегда направлено против поля магнита» неверно: направление зависит от того, растёт поток или убывает.
Направление тока удобно находить в два шага. Сначала выясни, увеличивается магнитный поток через контур или уменьшается: обычно приближение магнита увеличивает поток, а удаление уменьшает. Затем определи, в какую сторону должно быть направлено поле тока, чтобы противодействовать этому изменению. Такой порядок помогает не перепутать действие правила Ленца с простым определением полюса магнита.
Когда направление поля индукционного тока уже известно, направление тока находят с помощью правила правой руки. Обхвати катушку правой рукой так, чтобы согнутые пальцы показывали направление тока в её витках; тогда отставленный большой палец укажет направление магнитного поля внутри катушки. Можно рассуждать и наоборот: направить большой палец вдоль нужного поля, а согнутые пальцы покажут ток. Правило Ленца определяет требуемое направление поля, а правило правой руки связывает его с током.
| Изменение магнитного потока | Поле индукционного тока | Как применить правило Ленца |
|---|---|---|
| Поток увеличивается | Направлено против внешнего поля | Определить, какое поле мешает увеличению потока |
| Поток уменьшается | Направлено в ту же сторону, что и внешнее поле | Определить, какое поле поддерживает уменьшающийся поток |
| Поток не изменяется | Индукционного тока нет | Изменение отсутствует, поэтому правило не задаёт направления тока |
Сначала найди в таблице строку, которая соответствует изменению потока в задаче. По ней определи направление поля индукционного тока, а затем, если требуется, установи направление тока с помощью правила правой руки. Для последней строки проверь, действительно ли поток постоянен: при его неизменности индукционный ток не возникает.
Магнитное поле северного полюса проходит через катушку, а при приближении магнита поток увеличивается. Катушка должна создать поле, которое мешает этому увеличению. Чтобы оттолкнуть приближающийся северный полюс, ближайшая сторона катушки тоже должна стать северным полюсом.
Ответ: катушка будет обращена к магниту северным полюсом.
Когда северный полюс удаляется, магнитный поток через катушку уменьшается. Поле индукционного тока должно поддержать этот поток, поэтому ближайшая сторона катушки должна притягивать удаляющийся северный полюс. Значит, эта сторона становится южным полюсом.
Ответ: если смотреть со стороны магнита, индукционный ток направлен по часовой стрелке.
Пока магнит движется относительно катушки, магнитный поток через неё меняется, поэтому возникает индукционный ток. После остановки магнита поток перестаёт изменяться, и ток прекращается. Если изменить направление движения, изменится и характер изменения потока: вместо увеличения будет уменьшение или наоборот, поэтому поле и направление тока поменяются.
Ответ: ток возникает во время движения магнита относительно катушки, прекращается при остановке и меняет направление при смене направления движения.
Считать, что поле индукционного тока всегда направлено против внешнего поля, — ошибка: правило относится к изменению потока. Так думают, если запоминают только случай приближения магнита. Проверь себя: при уменьшении потока поле тока должно быть направлено так же, как внешнее.
Определять направление тока только по полюсу магнита рядом с катушкой — недостаточно: один и тот же полюс может приближаться или удаляться. Ошибка возникает, когда забывают учесть движение магнита. Для проверки сначала укажи, увеличивается поток или уменьшается.
Путать увеличение и уменьшение потока — значит неверно выбрать направление поля тока. Часто внимание сосредоточено на полюсе магнита, а не на том, что происходит с потоком. Проверь рассуждение вопросом: поле тока должно мешать росту потока или поддерживать его уменьшение?
Искать индукционный ток при неизменном магнитном поле через контур — значит забыть условие его возникновения. Магнит может находиться рядом, но при отсутствии изменения потока ток не появляется. Проверь, меняется ли положение магнита относительно катушки или само поле; если изменений нет, индукционного тока нет.
Для понимания правила Ленца нужно знать, что электрический ток создаёт магнитное поле, а у магнита есть северный и южный полюса. Эти сведения позволяют представить поле катушки и определить, как взаимодействуют её полюс и магнит. Правило Ленца связано с электромагнитной индукцией: оно помогает находить направление индукционного тока в катушках и других проводниках. Позже это рассуждение пригодится при изучении генераторов электрического тока и закона электромагнитной индукции.
Что именно противодействует правилу Ленца — магнитному полю или его изменению?
Поле индукционного тока противодействует изменению магнитного потока через контур, а не обязательно самому внешнему полю. Поэтому при увеличении потока оно направлено против внешнего поля, а при уменьшении — в ту же сторону.
Почему при удалении магнита направление индукционного тока меняется?
При удалении магнита магнитный поток через катушку уменьшается, тогда как при приближении он увеличивается. Чтобы противодействовать изменению, поле тока меняет направление; вместе с ним меняется и направление тока.
Возникает ли индукционный ток, если магнит неподвижен относительно катушки?
Если магнит и катушка неподвижны друг относительно друга и магнитное поле через катушку не меняется, индукционный ток не возникает. Само наличие магнита рядом с катушкой недостаточно: нужен изменяющийся магнитный поток.
Как определить направление тока, если известно направление магнитного поля катушки?
Используй правило правой руки: направь большой палец по магнитному полю внутри катушки. Согнутые пальцы покажут направление тока в витках.
Почему поле индукционного тока иногда направлено так же, как поле магнита?
Так бывает, когда магнитный поток через контур уменьшается, например при удалении магнита. Поле тока поддерживает убывающий поток, поэтому направлено так же, как поле магнита.
§ 22. Правило Ленца
