92. НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА. ПРАВИЛО ЛЕНЦА
Выясним важный вопрос о направлении индукционного тока.
Присоединив катушку, в которой возникает индукционный ток, к гальванометру, обнаружим, что направление этого тока зависит от того, приближается ли магнит к катушке (например, северным полюсом) или удаляется от нее (рис. 240, б).
Возникающий индукционный ток того или иного направления взаимодействует с магнитом. Катушка с протекающим по ней током подобна магниту с двумя полюсами северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки играет роль северного полюса (линии магнитной индукции выходят из него), а какой — южного (линии магнитной индукции входят в него). Опираясь на закон сохранения энергии, можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких — отталкивать его.
Взаимодействие индукционного тока с магнитом. Если магнит приближать к катушке, то появляющийся в проводнике индукционный ток будет обязательно отталкивать магнит. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к движущемуся магниту. Одноименные же полюсы отталкиваются.
Представьте себе, что дело обстояло бы наоборот. Вы подвинули магнит к катушке, и он сам собой устремился бы внутрь нее. При этом нарушился бы закон сохранения энергии. Ведь кинетическая энергия магнита увеличивалась бы и одновременно возникал бы ток, для чего необходима затрата энергии. Кинетическая энергия магнита и энергия тока возникали бы из ничего, без затраты энергии.
При удалении магнита, наоборот, в соответствии с законом сохранения энергии требуется, чтобы появилась сила притяжения.
Справедливость этого вывода можно продемонстрировать на опыте, показанном на рисунке 242. На концах стержня, свободно вращающегося вокруг вертикальный оси, закреплены два проводящих алюминиевых кольца. Одно из них с разрезом.
Если поднести магнит к кольцу без разреза, то в нем возникнет индукционный ток и направлен он будет так, что кольцо оттолкнется от магнита и стержень повернется. Если удалять магнит от кольца, то оно, наоборот, притянется к магниту. С разрезанным кольцом магнит не взаимодействует, так как разрез препятствует
Рис. 242
Рис. 243
возникновению в кольце индукционного гока. Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от направления индукцион ноготока. Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукцион ного тока.
В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, увеличивается (рис 243, а), а во втором случае — уменьшается (рис. 243, б). Причем в первом случае линии магнитной индукции выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 243 изображены пунктиром.
Правило Ленца. Теперь мы подошли к главному: при увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое нм магнитное поле препятствует нарастанию магнитного потока через витки катушки. Ведь вектор индукции этого поля В направлен против вектора индукции В, порождающего электрический ток. Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией В, увеличивающей магнитный поток через витки катушки.
В этом состоит существо общего правила определения направления индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Ленцем.
Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которое вызывает данный ток.
