3.3.11 Электромагниттік индукция құбылысы. Ленц ережесі
Кез келген тұйық өткізгіш контурмен шектелген ауданды қиып өтетін магнит ағыны өзгергенде контурда электр тоғы пайда болады. Бұл тоқты индукциялық тоқ, құбылысты электромагниттік индукция құбылысы деп атайды.
Электромагниттік индукция құбылысын 1831 жылы Фарадей ашты. Электромагниттік индукция құбылысын мынадай тәжірибелерден көруге болады:
1) Гальванометрмен тұйықталған соленоид алып оған тұрақты магнитті жақындатайық (3.3.11.1 – сурет). Сонда соленоидта тоқ пайда болады.
ІІІ.3.27 – сурет
3.3.11.1 – сурет. Электромагниттік индукция
құбылысының пайда болуы
Тоқтың пайда болғандығын гальванометр көрсетеді. Егер гальванометрді соленоидтан қашықтатсақ онда да алғашқы тоққа кері бағытта тоқ пайда болады. Дәл осындай жағдайлар магнитті қозғамай соленоидты магнитке жақындатса немесе алыстатса да байқалады. Егер магнитті де және соленоидты да қозғамаса тоқ болмайды және неғұрлым жылдам қозғалтсақ гальванометр стрелкасы көбірек ауытқиды.
2) Екі А және В соленоидтарын алып біреуін (А) гальванометрмен тұйықтап, ал екіншісін (В) тоқ көзі және К кілтпен тұйықтайық (3.3.11.2 – сурет).
3.3.11.2 – сурет. Екі соленоидпен тәжірибе
Егер К кілтпен В соленоидты тұйықтасақ, онда А соленоидында қысқа мерзімде тоқ пайда болады. Ал енді В соленоидындағы тізбекті ажыратсақ тағы да қысқа мерзімде тоқ пайда болады. Сонымен, А соленоидындағы тоқ В соленодындағы тізбекті тұйықтау немесе ажырату мезетінде ғана байқалады.
Осы тәжірибелердің нәтижелеріне тоқталайық.
Бірінші тәжірибеде тұрақты магнитті соленоидқа жақындатқанда немесе алыстатқанда магнит өрісі өзгереді. Тоқ тек осы уақыттарда ғана пайда болады. Егер магниттің қозғалысын тоқтатсақ болды, контур маңындағы магнит өрісі өзгермейді, ендеше тоқта пайда болмайды. Дәл осындай құбылыс магнитті қозғамай, соленоидты магнитке жақындатқанда немесе алыстатқанда да болады. Екінші тәжірибеде магнит өрісінің өзгеруі В соленоидын тұйықтау немесе ажырату кезінде болады. Екі жағдайда да өткізгіш тұйық контурды қиятын магнит ағыны өзгергенде ғана контурда тоқ пайда болады екен. Егер өткізгіш тұйық контурды біртекті магнит өрісінде айналдырсақ, онда контурды қиятын магнит ағыны өзгереді де (жалпы магнит ағыны тұрақты) контурда индукциялық тоқ пайда болады. Индукциялық тоқтың бағытын анықтайық (3.3.11.1)- суреттегі бірінші тәжірибеде тұйық контурға магниттің солтүстік полюсін жақындатқанда соленоидтағы тоқ сағат тіліне қарса бағытталады. (магнит жағынан қарағанда). Бұл жағдайда тұрақты магниттің тудыратын магнит индукциясының ағыны сыртқа қарай бағытталады және соленоидқа жақындатқан сайын артады. Ал соленоидтағы индукциялық тоқтың тудыратын магнит индукциясының ағыны соленоидтан сыртқа қарай бағытталады (магнит қозғалысы бағытына қарай). Яғни, магниттің өрісінің артуына қарсы әсер жасайды. Ал магнитті соленоидтан алыстатқанда ондағы тоқ сағат тілімен бағыттас болады мұның тудыратын магнит өрісі соленоид ішіне бағытталады. Магнитті қашықтатқанда тұрақты магниттің магнит өрісінің бағыты өзгермейді, бірақ магнит ағыны азая бастайды. Ендеше индукциялық тоқтың магнит өрісі тұрақты магниттің магнит өрісінің азаюына қарсы әсер жасайды. Сонымен, индукциялық тоқ өзінің магнит өрісі мен өзін тудыратын магнит өрісінің өзгеруіне қарсы әсер жасайтындай болып бағытталады. Яғни, соленоид маңындағы өріс арта бастаса, оны кемітуге ұмтылады, ал кеми бастаса, оны арттыруға ұмтылады. Бұны Ленц заңы деп атайды.
Қарастырылған тәжірибелерден тағы мынадай қорытынды жасауға болады. Cоленоидқа магниттің солтүстік полюсін жақындатқанда соленоидтың магнитке жақын жағынан солтүстік полюс пайда болады да магнит пен соленоид тебіліске ұшырайды, яғни олардың арасында индукциялық тоқты
а) б)
3.3.11.3-сурет. Контурда индукциялық тоқтың пайда болуы. а-контурға магнитті жақындатқанда; в-контурдан магнитті алыстатқанда
тудырушы қозғалысқа қарсы әсер ететін күш пайда болады. Aл магниттің солтүстік полюсін соленоидтан қашықтата бастағанда соленоидтың магнитке жақын жағында оңтүстік полюс пайда болады. (3.3.11.3)-суретте осы айтылған мәселелер көрсетілген.
Магнит жақындағанда контурды қиятын магнит ағыны көбейе бастайды. Контурдағы индукциялық тоқ сағат тіліне қарсы бағытта болады, ал магнитті қашықтатқанда контурды қиятын магнит ағыны азая бастайды. Контурда пайда болған индукциялық тоқ сағат тілімен бағыттас болады. Индукциялық тоқтың тудыратын өрісі пунктирмен көрсетілген.
3.3.12 Фарадей заңы. Фарадей заңын энергияның сақталу заңы және электрондық теория бойынша шығару
Тұйық тізбек контурын өзгермелі магнит ағыны қиып өткенде контурда индукциялық тоқ пайда болады. Ал тоқ тудыру үшін электр қозғаушы күш ( э.қ.к.) қажет. Сондықтан контурды қиятын магнит ағыны өзгергенде контурда индукциялық э.қ.қ. пайда болады деп есептеу керек. Осы э.қ.к-ін анықтайық. Ол үшін тоқ көзімен тұйықталған жылжымалы АС бөлігі бар тұйық тізбек алайық (3.3.12.1 – сурет).
Тізбектегі э.қ.к.  – нің жұмысы  Джоуль–Ленц жылуына  жұмсалады. Енді осы тізбек магнит өрісіне орналастырылсын. Өріс біртекті және бағыты өріс жазықтығына перпендикуляр болсын. Сонда тізбектің АС бөлігіне әсер етуші Ампер күші солға қарай бағытталады да dt уақыт ішінде өткізгіш A1 C1 жағдайына келеді. Бұл уақытта істелген жұмыс (3.3.10.3)-формуласы бойынша  -ке тең болады. Mұндағы dФ (АСA1C1) ауданынан өтетін магнит индукциясының ағыны. Сонымен э.қ.қ. – нің толық жұмысы
Достарыңызбен бөлісу: | 
