Định luật cảm ứng điện từ. Quy tắc Lenz và Faraday

Điện Và từ trườngđược tạo ra bởi cùng một nguồn - điện tích, vì vậy chúng ta có thể cho rằng có một mối liên hệ nhất định giữa các trường này. Giả định này đã được xác nhận bằng thực nghiệm vào năm 1831 trong các thí nghiệm của nhà vật lý xuất sắc người Anh M. Faraday. Anh ấy đã mở hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hiện tượng cảm ứng điện từ làm nền tảng cho hoạt động của máy phát điện cảm ứng, tạo ra toàn bộ lượng điện được tạo ra trên thế giới.

• từ thông

Đặc tính định lượng của quá trình biến đổi từ trường thông qua một vòng kín là một đại lượng vật lý gọi là từ thông. Từ thông (F) qua một vòng kín có diện tích (S) là một đại lượng vật lý bằng tích độ lớn của vectơ cảm ứng từ (B) với diện tích vòng dây (S) và cosin của góc giữavectơ B và pháp tuyến của bề mặt: Φ = BS cos α. Đơn vị từ thông F - weber (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 m 2.

vuông góc tối đa.

Nếu vectơ cảm ứng từ song song diện tích đường viền thì từ thông bằng không.

• Định luật cảm ứng điện từ

Định luật cảm ứng điện từ được xác lập bằng thực nghiệm: suất điện động cảm ứng trong mạch kín có độ lớn bằng tốc độ biến thiên của từ thông qua bề mặt giới hạn bởi mạch: Công thức này được gọi là định luật Faraday .

Sự chứng minh kinh điển về định luật cơ bản của cảm ứng điện từ là thí nghiệm đầu tiên của Faraday. Trong đó, bạn di chuyển nam châm qua các vòng của cuộn dây càng nhanh thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trong nó càng lớn và do đó xuất hiện lực điện động cảm ứng.

• Quy tắc Lenz

Sự phụ thuộc của hướng của dòng điện cảm ứng vào bản chất của sự thay đổi từ trường thông qua một vòng kín đã được nhà vật lý người Nga E.H. Lenz thiết lập bằng thực nghiệm vào năm 1833. Dựa theo Quy tắc Lenz , dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín có từ trường của nó sẽ chống lại sự thay đổi từ thông mà nó gây ra gọi điện. Nói ngắn gọn hơn, quy tắc này có thể được xây dựng như sau: dòng điện cảm ứng được định hướng sao cho ngăn ngừa nguyên nhân gây ra nó. Quy tắc Lenz phản ánh một thực tế thực nghiệm là chúng luôn có dấu trái dấu (trừ dấu trong Công thức Faraday).

Lenz đã thiết kế một thiết bị gồm hai vòng nhôm nguyên khối và được cắt, gắn trên một thanh ngang bằng nhôm. Chúng có thể xoay quanh một trục giống như một chiếc bập bênh. Khi một nam châm được đưa vào một vòng đặc, nó bắt đầu “trốn chạy” khỏi nam châm, làm quay cánh tay đòn tương ứng. Khi nam châm được lấy ra khỏi vòng, nó cố gắng “bắt kịp” nam châm. Khi nam châm di chuyển bên trong vòng cắt thì không có chuyển động nào xảy ra. Lenz giải thích thí nghiệm này bằng cách nói rằng từ trường của dòng điện cảm ứng tìm cách bù đắp cho sự thay đổi của từ thông bên ngoài.

Quy tắc Lenz có ý nghĩa vật lý sâu sắc - nó thể hiện định luật bảo toàn năng lượng.

Còn cách nào tốt hơn để đọc về những điều cơ bản vào tối thứ Hai? điện động lực học. Đúng vậy, bạn có thể tìm thấy nhiều thứ tốt hơn. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn khuyên bạn nên đọc bài viết này. Không mất nhiều thời gian và những thông tin hữu ích sẽ đọng lại trong tiềm thức. Ví dụ, trong một kỳ thi, khi bị căng thẳng, người ta có thể trích xuất thành công định luật Faraday từ sâu trong trí nhớ. Vì có một số định luật Faraday, chúng ta hãy làm rõ rằng ở đây chúng ta đang nói về định luật cảm ứng Faraday.

Điện động lực học– một nhánh của vật lý nghiên cứu trường điện từ dưới mọi hình thức biểu hiện của nó.

Điều này bao gồm sự tương tác của điện trường và từ trường, dòng điện, bức xạ điện từ và ảnh hưởng của trường lên các vật tích điện.

Ở đây chúng tôi không nhằm mục đích xem xét tất cả các điện động lực học. Chúa cấm! Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một trong những định luật cơ bản của nó, được gọi là Định luật cảm ứng điện từ Faraday.

Lịch sử và định nghĩa

Faraday cùng với Henry phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ vào năm 1831. Đúng, tôi đã công bố kết quả sớm hơn. Định luật Faraday được sử dụng rộng rãi trong công nghệ, trong động cơ điện, máy biến thế, máy phát điện và cuộn cảm. Nói một cách đơn giản, bản chất của định luật Faraday đối với cảm ứng điện từ là gì? Vấn đề là như thế này!

Khi từ thông thay đổi trong vòng dây dẫn kín sẽ xuất hiện dòng điện trong vòng dây. Nghĩa là, nếu chúng ta xoắn một khung bằng dây và đặt nó trong một từ trường thay đổi (lấy một nam châm và xoắn quanh khung), dòng điện sẽ chạy qua khung!

Faraday gọi hiện tượng này là cảm ứng dòng điện và bản thân hiện tượng này cũng được mệnh danh là cảm ứng điện từ.

Cảm ứng điện từ- xuất hiện dòng điện trong mạch kín khi từ thông chạy qua mạch thay đổi.

Việc xây dựng định luật cơ bản của điện động lực học – định luật cảm ứng điện từ Faraday, hình dáng và âm thanh như sau:

EMF, phát sinh trong mạch tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông F thông qua mạch.

Bạn hỏi điểm trừ đến từ đâu trong công thức? Để giải thích dấu trừ trong công thức này có một ý nghĩa đặc biệt Quy tắc Lenz. Nó nói rằng dấu trừ, trong trường hợp này, cho biết hướng của lực điện động mới xuất hiện. Thực tế là từ trường được tạo ra bởi dòng điện cảm ứng được định hướng theo cách ngăn cản sự thay đổi từ thông gây ra dòng điện cảm ứng.

Ví dụ về giải quyết vấn đề

Đó dường như là tất cả. Ý nghĩa cơ bản của định luật Faraday là cơ bản, bởi vì nền tảng của hầu hết toàn bộ ngành điện được xây dựng dựa trên việc sử dụng định luật này. Để giúp bạn hiểu nhanh hơn, hãy xem một ví dụ về giải quyết vấn đề bằng định luật Faraday.

Và hãy nhớ nhé các bạn! Nếu một nhiệm vụ như nghẹn lại trong cổ họng và bạn không thể chịu đựng được nữa, hãy liên hệ với tác giả của chúng tôi! Bây giờ bạn biết . Chúng tôi sẽ nhanh chóng cung cấp giải pháp chi tiết và làm rõ mọi thắc mắc!

Nhờ nhiều thí nghiệm, Faraday đã thiết lập được định luật định lượng cơ bản của cảm ứng điện từ. Ông đã chỉ ra rằng bất cứ khi nào có sự thay đổi trong từ thông cảm ứng từ trong mạch thì xuất hiện một dòng điện cảm ứng trong mạch. Sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng chứng tỏ có một suất điện động trong mạch gọi là suất điện động cảm ứng điện từ. Faraday đã chứng minh rằng giá trị suất điện động của cảm ứng điện từ E i tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông:

E i = -K, (27.1)

trong đó K là hệ số tỷ lệ chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn đơn vị đo.

Trong hệ đơn vị SI, hệ số K = 1, tức là

E tôi = - . (27.2)

Công thức này thể hiện định luật cảm ứng điện từ Faraday. Dấu trừ trong công thức này tương ứng với quy tắc (định luật) Lenz.

Định luật Faraday cũng có thể được phát biểu theo cách này: emf cảm ứng điện từ E i trong một mạch điện bằng về số lượng và ngược dấu với tốc độ biến thiên của từ thông qua bề mặt giới hạn bởi mạch điện này. Định luật này có tính phổ quát: EMF E i không phụ thuộc vào độ biến thiên của từ thông.

Dấu trừ trong (27.2) chỉ ra rằng sự tăng thông lượng ( > 0) gây ra suất điện động E i< 0, т.е. магнитный поток индукционного тока направлен навстречу потоку, вызвавшему его; уменьшение потока ( < 0) вызывает E i >0 tức là chiều từ thông của dòng điện cảm ứng và từ thông gây ra nó trùng nhau. Dấu trừ trong công thức (27.2) là một biểu thức toán học của định luật Lenz - quy tắc tổng quát để tìm chiều của dòng điện cảm ứng (và do đó là dấu và sức điện động của cảm ứng), được suy ra từ năm 1833. Quy tắc Lenz: dòng điện cảm ứng luôn bằng nhằm mục đích chống lại nguyên nhân gây ra nó. Nói cách khác, dòng điện cảm ứng tạo ra một từ thông ngăn cản sự thay đổi của từ thông gây ra lực điện động cảm ứng.

Emf cảm ứng được biểu thị bằng vôn (V). Thật vậy, xét đơn vị của từ thông là weber (Wb), chúng ta thu được:

Nếu mạch kín trong đó sức điện động cảm ứng được tạo ra gồm N vòng dây thì E i sẽ bằng tổng sức điện động cảm ứng trong mỗi vòng dây. Và nếu từ thông bao phủ mỗi vòng dây bằng nhau và bằng Ф thì tổng từ thông qua bề mặt của N vòng dây bằng (NF) - từ thông toàn phần (liên kết từ thông). Trong trường hợp này, emf cảm ứng là:

E i = -N× , (27.3)

Công thức (27.2) biểu diễn định luật cảm ứng điện từ ở dạng tổng quát. Nó áp dụng cho cả mạch đứng yên và dây dẫn chuyển động trong từ trường. Đạo hàm theo thời gian của từ thông có trong nó thường bao gồm hai phần, một phần là do sự thay đổi cảm ứng từ theo thời gian và phần còn lại là do chuyển động của mạch so với từ trường (hoặc biến dạng của nó). Hãy xem xét một số ví dụ về việc áp dụng luật này.

Ví dụ 1. Một dây dẫn thẳng có chiều dài l chuyển động song song với chính nó trong từ trường đều (Hình 38). Dây dẫn này có thể là một phần của mạch kín, các phần còn lại là bất động. Hãy tìm emf phát sinh trong dây dẫn.

Nếu giá trị tức thời của tốc độ dây dẫn là v, thì trong thời gian dt nó sẽ mô tả diện tích dS = l× v×dt và trong thời gian này sẽ đi qua tất cả các đường cảm ứng từ đi qua dS. Do đó, độ biến thiên từ thông qua mạch điện, trong đó có một dây dẫn chuyển động, sẽ là dФ = B n ×l× v×dt. Ở đây B n là thành phần cảm ứng từ vuông góc với dS. Thay thế giá trị này vào công thức (27.2), chúng ta thu được giá trị của emf:

E i = Bn ×l× v. (27.4)

Chiều của dòng điện cảm ứng và dấu của EMF được xác định theo định luật Lenz: dòng điện cảm ứng trong mạch luôn có hướng sao cho từ trường do nó tạo ra ngăn cản sự biến đổi của từ thông sinh ra dòng điện cảm ứng này. Trong một số trường hợp, có thể xác định chiều của dòng điện cảm ứng (cực tính của lực điện động cảm ứng) theo một công thức khác của định luật Lenz: dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn chuyển động được định hướng sao cho lực Ampe sinh ra là ngược với vectơ vận tốc (nó làm chuyển động chậm lại).

Hãy xem xét một ví dụ bằng số. Một dây dẫn thẳng đứng (ăng ten ô tô) có chiều dài l = 2 m chuyển động từ đông sang tây trong từ trường Trái đất với tốc độ v= 72 km/h = 20 m/s. Hãy tính hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn. Vì dây dẫn hở nên sẽ không có dòng điện chạy qua và điện áp ở hai đầu dây sẽ bằng suất điện động cảm ứng. Xét rằng thành phần nằm ngang của cảm ứng từ của trường Trái đất (tức là thành phần vuông góc với hướng chuyển động) đối với các vĩ độ trung bình bằng 2 × 10 -5 T, sử dụng công thức (27.4) chúng ta tìm thấy

U = Bn×l× v= 2×10 -5 ×2×20 = 0,8×10 -3 V,

những thứ kia. khoảng 1mV. Từ trường của Trái đất có hướng từ nam lên bắc. Do đó, chúng tôi thấy rằng emf được hướng từ trên xuống dưới. Điều này có nghĩa là đầu dưới của dây sẽ có điện thế cao hơn (tích điện dương) và đầu trên sẽ có điện thế thấp hơn (tích điện âm).

Ví dụ 2. Có một mạch dây kín đặt trong một từ trường, có từ thông F xuyên qua. Giả sử từ thông này giảm về 0 và tính tổng lượng điện tích chạy qua mạch. Giá trị tức thời của sức điện động trong quá trình biến mất của từ thông được biểu thị bằng công thức (27.2). Do đó, theo định luật Ohm, giá trị tức thời của dòng điện là

trong đó R là điện trở tổng cộng của mạch.

Lượng điện tích được truyền bằng

q = = - = . (27,6)

Mối quan hệ thu được biểu thị định luật cảm ứng điện từ dưới dạng được tìm thấy bởi Faraday, người từ thí nghiệm của mình đã kết luận rằng lượng điện tích truyền qua mạch tỷ lệ thuận với tổng số đường cảm ứng từ đi qua dây dẫn (tức là độ biến thiên trong từ thông Ф 1 -Ф 2), và tỷ lệ nghịch với điện trở của mạch R. Mối quan hệ (27.6) cho phép xác định đơn vị của từ thông trong hệ SI: weber - từ thông, khi nó giảm về 0, một điện tích 1 C chạy qua một mạch điện có điện trở 1 Ohm.

Theo định luật Faraday, lực điện động cảm ứng điện từ cũng có thể xảy ra trong trường hợp mạch điện đứng yên đặt trong từ trường xoay chiều. Tuy nhiên, lực Lorentz không tác dụng lên các điện tích đứng yên nên trong trường hợp này nó không thể là nguyên nhân gây ra lực điện động cảm ứng. Để giải thích lực điện động cảm ứng trong dây dẫn đứng yên, Maxwell cho rằng bất kỳ từ trường xoay chiều nào cũng kích thích một điện trường xoáy trong không gian xung quanh, đó là nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng trong dây dẫn. Sự hoàn lưu của vectơ cường độ của trường này dọc theo đường viền L cố định bất kỳ của dây dẫn là EMF của cảm ứng điện từ:

E tôi = = - . (27,7)

Các đường cường độ của điện trường xoáy là những đường cong khép kín, do đó, khi một điện tích chuyển động trong điện trường xoáy dọc theo một đường bao kín thì công thực hiện khác 0. Đây là sự khác biệt giữa điện trường xoáy và trường tĩnh điện, các đường sức căng của chúng bắt đầu và kết thúc tại các điện tích.

Fedun V.I. Bài giảng vật lý Điện từ

Bài giảng 26.

Cảm ứng điện từ. khám phá của Faraday .

Năm 1831, M. Faraday thực hiện một trong những khám phá cơ bản quan trọng nhất trong điện động lực học - hiện tượng này được phát hiện cảm ứng điện từ .

Trong mạch dẫn kín, khi từ thông (vectơ thông lượng) chứa trong mạch này thay đổi sẽ xuất hiện dòng điện.

Dòng điện này được gọi là hướng dẫn .

Sự xuất hiện dòng điện cảm ứng nghĩa là khi từ trường thay đổi

Faraday phát hiện ra rằng dòng điện cảm ứng có thể được tạo ra theo hai cách khác nhau, có thể giải thích một cách thuận tiện bằng sơ đồ.

Cách 1: di chuyển khung trong từ trường của cuộn dây đứng yên (xem hình 26.1).

Phương pháp thứ 2: thay đổi từ trường , được tạo ra bởi cuộn dây , do sự chuyển động của nó hoặc do sự thay đổi cường độ dòng điện trong đó (hoặc cả hai cùng nhau). Khung trong khi bất động.

Trong cả hai trường hợp này, điện kế sẽ chỉ ra sự hiện diện của dòng điện cảm ứng trong khung .

Hướng của dòng điện cảm ứng và dấu của suất điện động. hướng dẫn được xác định theo quy tắc Lenz.

Quy tắc Lenz.

Dòng điện cảm ứng luôn được định hướng theo hướng chống lại nguyên nhân gây ra nó. .

Quy tắc Lenz thể hiện một tính chất vật lý quan trọng - mong muốn của một hệ thống chống lại những thay đổi trong trạng thái của nó. Thuộc tính này được gọi là quán tính điện từ .

Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday).

Bất kể lý do gì dẫn đến sự thay đổi từ thông bao phủ bởi mạch dẫn kín phát sinh trong mạch điện từ. cảm ứng được cho bởi công thức

Bản chất của cảm ứng điện từ.

Để làm rõ nguyên nhân vật lý dẫn đến sự xuất hiện của emf. Bằng quy nạp, ta xét lần lượt hai trường hợp.

1. Mạch chuyển động trong từ trường không đổi.

lực lượng hành động

Sức điện động do từ trường này tạo ra gọi là suất điện động cảm ứng . Trong trường hợp của chúng ta

Dấu trừ được đặt ở đây vì trường của bên thứ ba hướng vào đường rẽ dương của mạch được xác định theo quy tắc vít bên phải. Công việc là tốc độ tăng diện tích đường viền (tăng diện tích trên một đơn vị thời gian), do đó

Ở đâu
- Từ thông trong mạch tăng dần.

Kết quả thu được có thể khái quát hóa cho trường hợp vectơ cảm ứng từ trường có hướng tùy ý so với mặt phẳng đường viền và với bất kỳ đường viền nào chuyển động (và/hoặc biến dạng) một cách tùy ý trong một từ trường bên ngoài không đều không đều.

Vì vậy, sự kích thích của emf. cảm ứng khi mạch chuyển động trong từ trường không đổi được giải thích bằng tác dụng của thành phần từ của lực Lorentz tỉ lệ với
, xảy ra khi dây dẫn chuyển động.

2. Mạch điện đứng yên trong từ trường xoay chiều.

Sự xuất hiện bằng thực nghiệm của dòng điện cảm ứng cho thấy rằng trong trường hợp này, các ngoại lực xuất hiện trong mạch điện, hiện liên quan đến từ trường biến thiên theo thời gian. Bản chất của họ là gì? Câu trả lời cho câu hỏi cơ bản này được đưa ra bởi Maxwell.

Vì dây dẫn đứng yên nên tốc độ chuyển động có thứ tự của các điện tích
và do đó một lực từ tỉ lệ với
, cũng bằng 0 và không thể làm cho các điện tích chuyển động nữa. Tuy nhiên, ngoài lực từ, lực duy nhất có thể tác dụng lên điện tích là điện trường, bằng . Vì vậy, vẫn còn phải kết luận rằng dòng điện cảm ứng được tạo ra bởi điện trường , phát sinh khi từ trường ngoài thay đổi theo thời gian. Chính điện trường này là nguyên nhân gây ra sự xuất hiện của emf. cảm ứng trong mạch đứng yên. Theo Maxwell, từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra một điện trường trong không gian xung quanh. Sự xuất hiện của điện trường không liên quan đến sự hiện diện của mạch dẫn điện, điều này chỉ giúp phát hiện sự tồn tại của trường này bằng sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong đó.

công thức định luật cảm ứng điện từ , do Maxwell đưa ra, là một trong những khái quát hóa quan trọng nhất của điện động lực học.

Bất kỳ sự thay đổi nào của từ trường theo thời gian đều kích thích một điện trường trong không gian xung quanh .

Công thức toán học của định luật cảm ứng điện từ theo cách hiểu của Maxwell là:

Sự tuần hoàn của vectơ căng thẳng của trường này dọc theo bất kỳ đường viền khép kín cố định nào được xác định bởi biểu thức

Ở đâu - Từ thông xuyên qua mạch .

Dấu đạo hàm riêng dùng để biểu thị tốc độ thay đổi của từ thông cho biết mạch đang đứng yên.

Vectơ dòng chảy qua một bề mặt được giới hạn bởi một đường viền , bằng nhau
, do đó, biểu thức định luật cảm ứng điện từ có thể được viết lại như sau:

Đây là một trong những phương trình thuộc hệ phương trình Maxwell.

Việc sự hoàn lưu của điện trường được kích thích bởi một từ trường biến thiên theo thời gian là khác 0 có nghĩa là điện trường đang xét không có tiềm năng.Nó, giống như từ trường, là xoáy nước.

Nói chung, điện trường có thể được biểu diễn bằng tổng vectơ của điện thế (trường điện tích tĩnh, độ tuần hoàn của nó bằng 0) và điện trường xoáy (do từ trường biến thiên theo thời gian).

Dựa trên cơ sở của các hiện tượng mà chúng ta đã xem xét, giải thích định luật cảm ứng điện từ, không có nguyên lý chung rõ ràng nào cho phép chúng ta thiết lập điểm chung về bản chất vật lý của chúng. Do đó, những hiện tượng này nên được coi là độc lập và định luật cảm ứng điện từ là kết quả của hành động chung của chúng. Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là emf. Cảm ứng trong mạch luôn bằng tốc độ biến thiên của từ thông trong mạch. Trong trường hợp trường cũng thay đổi và vị trí hoặc cấu hình của mạch điện trong từ trường, emf. cảm ứng nên được tính bằng công thức

Biểu thức ở vế phải của đẳng thức này biểu thị đạo hàm tổng của từ thông theo thời gian: số hạng thứ nhất liên quan đến sự thay đổi của từ trường theo thời gian, số hạng thứ hai liên quan đến chuyển động của mạch điện.

Có thể nói rằng trong mọi trường hợp dòng điện cảm ứng là do lực Lorentz tổng cộng gây ra

Phần nào của dòng điện cảm ứng là do dòng điện gây ra và thành phần từ tính nào của lực Lorentz phụ thuộc vào lựa chọn hệ quy chiếu.

Về công của lực Lorentz và Ampere.

Ngay từ định nghĩa của công, ta suy ra rằng một lực tác dụng trong từ trường lên một điện tích và vuông góc với tốc độ của nó thì không thể sinh công. Tuy nhiên, khi một dây dẫn có dòng điện chuyển động, mang theo các điện tích thì lực Ampe vẫn tác dụng. Động cơ điện là một minh chứng rõ ràng cho điều này.

Mâu thuẫn này biến mất nếu xét rằng chuyển động của dây dẫn trong từ trường chắc chắn sẽ kèm theo hiện tượng cảm ứng điện từ. Vì vậy, cùng với lực Ampe, công tác dụng lên điện tích còn được thực hiện bởi suất điện động cảm ứng sinh ra trong dây dẫn. Như vậy, tổng công của lực từ trường bao gồm công cơ học do lực Ampe gây ra và công của lực điện động gây ra bởi chuyển động của dây dẫn. Cả hai công việc đều có độ lớn bằng nhau và trái dấu nên tổng của chúng bằng 0. Thật vậy, công do lực ampe thực hiện trong chuyển động cơ bản của một dây dẫn có dòng điện trong từ trường bằng
, trong cùng thời gian emf. cảm ứng không hoạt động

sau đó làm việc đầy đủ
.

Lực ampe hoạt động không phải do năng lượng của từ trường bên ngoài, năng lượng này có thể không đổi, mà do nguồn sức điện động duy trì dòng điện trong mạch.

Định luật cảm ứng điện từ Faraday.

Thoạt nhìn, chúng tôi đã xem xét đủ chi tiết ba biến thể khác nhau của hiện tượng cảm ứng điện từ, sự xuất hiện của dòng điện trong mạch dẫn dưới tác dụng của từ trường: khi dây dẫn chuyển động trong từ trường không đổi; khi nguồn từ trường chuyển động; khi từ trường thay đổi theo thời gian. Trong mọi trường hợp, định luật cảm ứng điện từ là như nhau:
Emf của cảm ứng điện từ trong mạch bằng tốc độ biến thiên của từ thông trong mạch, lấy dấu ngược lại

bất kể lý do dẫn đến sự thay đổi trong dòng chảy này.
Hãy để chúng tôi làm rõ một số chi tiết của công thức trên.
 Đầu tiên. Từ thông qua mạch có thể thay đổi theo bất kỳ cách nào, nghĩa là hàm Ф(t) không phải lúc nào cũng phải tuyến tính, nhưng có thể là bất cứ thứ gì. Nếu từ thông thay đổi theo quy luật tuyến tính thì suất điện động cảm ứng trong mạch không đổi, trong trường hợp này là giá trị của khoảng thời gian Δt có thể tùy ý, giá trị của quan hệ (1) trong trường hợp này không phụ thuộc vào giá trị của khoảng này. Nếu dòng chảy thay đổi theo cách phức tạp hơn thì độ lớn của suất điện động không phải là hằng số mà phụ thuộc vào thời gian. Trong trường hợp này, khoảng thời gian đang xem xét phải được coi là vô cùng nhỏ, khi đó hệ thức (1) theo quan điểm toán học sẽ trở thành đạo hàm của hàm từ thông theo thời gian. Về mặt toán học, quá trình chuyển đổi này hoàn toàn tương tự với quá trình chuyển đổi từ tốc độ trung bình sang tốc độ tức thời trong động học.
 Thứ hai. Khái niệm dòng trường vectơ chỉ áp dụng được cho một bề mặt, do đó cần làm rõ bề mặt nào đang được thảo luận khi xây dựng định luật. Tuy nhiên, từ trường xuyên qua bất kỳ bề mặt kín nào đều bằng không. Do đó, đối với hai bề mặt khác nhau nằm trên đường bao thì từ thông là như nhau. Hãy tưởng tượng một dòng chất lỏng chảy ra từ một cái lỗ. Dù bạn chọn bề mặt nào, ranh giới của nó là ranh giới của lỗ, dòng chảy qua chúng sẽ giống nhau. Một sự tương tự khác cũng thích hợp ở đây: nếu công của một lực dọc theo một đường bao kín bằng 0, thì công của lực này không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo mà chỉ được xác định bởi điểm bắt đầu và điểm kết thúc của nó.
 Ngày thứ ba. Dấu trừ trong việc xây dựng định luật có ý nghĩa vật lý sâu sắc, trên thực tế nó đảm bảo việc thực hiện định luật bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng này. Dấu hiệu này là biểu hiện của quy tắc Lenz. Có lẽ đây là trường hợp duy nhất trong vật lý mà một dấu hiệu được đặt tên riêng.
Như chúng tôi đã chỉ ra, trong mọi trường hợp bản chất vật lý của hiện tượng cảm ứng điện từ là như nhau và được trình bày ngắn gọn như sau: từ trường xoay chiều tạo ra một điện trường xoáy. Theo quan điểm trường này, định luật cảm ứng điện từ được thể hiện thông qua đặc tính của trường điện từ: sự chuyển động của vectơ cường độ điện trường dọc theo mạch bất kỳ bằng tốc độ biến đổi của từ thông qua mạch đó

Theo cách giải thích hiện tượng này, điều cần thiết là điện trường xoáy phát sinh khi từ trường thay đổi, bất kể có một dây dẫn (mạch) kín thực sự trong đó dòng điện phát sinh hay không. Mạch thực này có thể đóng vai trò như một thiết bị phát hiện trường cảm ứng.
Cuối cùng, chúng tôi nhấn mạnh một lần nữa rằng điện trường và từ trường là tương đối, nghĩa là các đặc tính của chúng phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu trong đó mô tả của chúng được đưa ra. Tuy nhiên, sự tùy tiện trong việc lựa chọn hệ quy chiếu, trong việc lựa chọn phương pháp mô tả không dẫn đến bất kỳ mâu thuẫn nào. Các đại lượng vật lý đo được là bất biến và không phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu. Ví dụ, lực tác dụng lên một vật tích điện từ trường điện từ không phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu. Nhưng khi nó được mô tả trong một số hệ thống, nó có thể được hiểu là lực Lorentz, trong những hệ thống khác, lực điện có thể được “thêm” vào nó. Tương tự (thậm chí như một hệ quả), lực điện động cảm ứng trong mạch (cường độ dòng điện cảm ứng, lượng nhiệt tỏa ra, khả năng biến dạng của mạch, v.v.) không phụ thuộc vào việc lựa chọn hệ quy chiếu.
Như mọi khi, quyền tự do lựa chọn được cung cấp có thể và nên được sử dụng - luôn có cơ hội chọn phương pháp mô tả mà bạn thích nhất - là phương pháp đơn giản nhất, trực quan nhất, quen thuộc nhất, v.v.

Hiện tượng cảm ứng điện từ được phát hiện bởi một nhà vật lý xuất sắc người Anh M. Faraday vào năm 1831. Nó bao gồm sự xuất hiện của dòng điện trong một mạch dẫn kín khi thay đổi theo thời gian từ thông xuyên qua đường viền.

Từ thông Φ qua diện tích Sđường viền được gọi là giá trị

Ở đâu B– mô-đun vectơ cảm ứng từ, α là góc giữa vectơ và pháp tuyến của mặt phẳng đồng mức (Hình 1.20.1).

Định nghĩa từ thông dễ dàng khái quát hóa cho trường hợp từ trường không đều và mạch không phẳng. Đơn vị SI của từ thông được gọi là Weber (Wb). Từ thông có giá trị 1 Wb được tạo ra bởi một từ trường có cảm ứng 1 T, xuyên qua theo phương pháp tuyến một đường viền phẳng có diện tích 1 m2:

Faraday đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng khi từ thông thay đổi trong mạch dẫn thì xuất hiện một suất điện động cảm ứng, bằng tốc độ biến thiên của từ thông qua bề mặt giới hạn bởi mạch, lấy dấu trừ:

Công thức này được gọi là định luật Faraday .

Kinh nghiệm cho thấy dòng điện cảm ứng được kích thích trong một vòng kín khi từ thông thay đổi luôn có hướng sao cho từ trường do nó tạo ra ngăn cản sự thay đổi của từ thông gây ra dòng điện cảm ứng. Tuyên bố này, được đưa ra vào năm 1833, được gọi là Quy tắc Lenz .

Cơm. 1.20.2 minh họa quy tắc Lenz bằng ví dụ về một mạch dẫn đứng yên đặt trong một từ trường đều, mô đun cảm ứng của nó tăng theo thời gian.

Quy tắc Lenz phản ánh một thực tế thực nghiệm là ind và luôn có dấu trái dấu (dấu trừ trong công thức Faraday). Quy tắc Lenz có ý nghĩa vật lý sâu sắc - nó thể hiện định luật bảo toàn năng lượng.

Sự thay đổi từ thông xuyên qua mạch kín có thể xảy ra vì hai lý do.

1. Từ thông thay đổi do chuyển động của mạch điện hoặc các bộ phận của nó trong từ trường không đổi theo thời gian. Đây là trường hợp khi các dây dẫn và cùng với chúng là các hạt mang điện tự do chuyển động trong từ trường. Sự xuất hiện của lực điện động cảm ứng được giải thích là do tác dụng của lực Lorentz lên các điện tích tự do trong dây dẫn chuyển động. Lực Lorentz trong trường hợp này đóng vai trò của một lực bên ngoài.

Ví dụ, chúng ta hãy xem xét sự xuất hiện của lực điện động cảm ứng trong một mạch điện hình chữ nhật đặt trong một từ trường đều vuông góc với mặt phẳng của mạch điện. Để một trong các cạnh của đường viền có độ dài tôi trượt với tốc độ dọc theo hai phía còn lại (Hình 1.20.3).

Lực Lorentz tác dụng lên các điện tích tự do trong đoạn mạch này. Một trong những thành phần của lực này gắn liền với cầm tay tốc độ của điện tích hướng dọc theo dây dẫn. Thành phần này được thể hiện trong hình. 1.20.3. Cô đóng vai trò là một thế lực bên ngoài. Mô-đun của nó bằng nhau

Theo định nghĩa của EMF

Để thiết lập dấu trong công thức nối ind và cần chọn hướng pháp tuyến và hướng dương đi qua đường viền phù hợp với nhau theo quy tắc gimlet bên phải, như thực hiện trên Hình 2. 1.20.1 và 1.20.2. Nếu điều này được thực hiện thì bạn sẽ dễ dàng đạt được công thức Faraday.

Nếu điện trở của toàn mạch bằng nhau R thì một dòng điện cảm ứng chạy qua nó có giá trị bằng TÔI ind = ind / R. Trong thời gian ∆ t về sức đề kháng R sẽ nổi bật nhiệt lượng Joule

Câu hỏi đặt ra: năng lượng này đến từ đâu, vì lực Lorentz không hoạt động! Nghịch lý này nảy sinh vì chúng ta chỉ xét đến công của một thành phần lực Lorentz. Khi một dòng điện cảm ứng chạy qua một dây dẫn đặt trong từ trường, một thành phần khác của lực Lorentz, liên kết với liên quan đến tốc độ chuyển động của điện tích dọc theo dây dẫn. Thành phần này chịu trách nhiệm về sự xuất hiện Lực ampe. Đối với trường hợp được hiển thị trong Hình. 1.20.3, mô đun lực Ampe bằng F A= tôi và tôi. Lực của Ampe hướng vào chuyển động của dây dẫn; do đó nó thực hiện công cơ âm. Trong thời gian ∆ t công việc này MỘT lông bằng nhau

Một vật dẫn chuyển động trong từ trường có dòng điện cảm ứng chạy qua phanh từ . Tổng công do lực Lorentz thực hiện bằng không. Nhiệt Joule trong mạch được giải phóng do tác dụng của ngoại lực giữ cho tốc độ của dây dẫn không thay đổi hoặc do động năng của dây dẫn giảm.

2. Nguyên nhân thứ hai làm cho từ thông xuyên qua mạch thay đổi là do sự thay đổi thời gian của từ trường khi mạch đứng yên. Trong trường hợp này, sự xuất hiện của lực điện động cảm ứng không còn có thể giải thích được bằng tác dụng của lực Lorentz nữa. Electron trong vật dẫn đứng yên chỉ có thể được điều khiển bởi một điện trường. Điện trường này được tạo ra bởi một từ trường biến thiên theo thời gian. Công của trường này khi di chuyển một điện tích dương dọc theo một mạch kín bằng suất điện động cảm ứng trong một dây dẫn đứng yên. Do đó, điện trường sinh ra do từ trường biến thiên không phải tiềm năng . Anh ấy được gọi điện trường xoáy . Khái niệm điện trường xoáy được nhà vật lý vĩ đại người Anh đưa vào vật lý J. Maxwell vào năm 1861

Hiện tượng cảm ứng điện từ trong dây dẫn đứng yên xảy ra khi từ trường xung quanh thay đổi cũng được mô tả bằng công thức Faraday. Như vậy, hiện tượng cảm ứng trong vật dẫn chuyển động và vật dẫn đứng yên tiến hành theo cách tương tự, nhưng nguyên nhân vật lý gây ra dòng điện cảm ứng hóa ra lại khác nhau trong hai trường hợp này: trong trường hợp dây dẫn chuyển động, suất điện động cảm ứng là do lực Lorentz; trong trường hợp dây dẫn đứng yên, lực điện động cảm ứng là hệ quả của tác dụng lên các điện tích tự do của điện trường xoáy xảy ra khi từ trường thay đổi.