95. ЭДС ИНДУКЦИИ В ДВИЖУЩИХСЯ ПРОВОДНИКАХ

Если проводник движется в постоянном по времени магнитном поле, то ЭДС индукции в проводнике обусловлена не вихревым электрическим полем, а другой причиной.

При движении проводника его свободные заряды движутся вместе с ним. Поэтому на заряды со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца. Она-то и вызывает перемещение зарядов внутри проводника. ЭДС индукции, следовательно, имеет «магнитное происхождение».

На многих электростанциях земного шара именно сила Лоренца вызывает перемещение электронов в движущихся проводниках.

Вычислим ЭДС индукции в прямоугольном контуре, помещенном в однородное магнитное поле (рис. 249). Пусть сторона контура скользит с постоянной скоростью вдоль сторон и оставаясь все время параллельной стороне Вектор магнитной индукции однородного поля перпендикулярен проводнику и составляет угол а с направлением его скорости.

Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу (см. § 89), равна по модулю:

Направлена эта сила вдоль проводника Работа силы Лоренца на пути составляет:

Электродвижущая сила индукции в проводнике представляет

Рис. 249

Рис. 250

собой отношение работы по перемещению заряда к этому заряду:

Эта формула справедлива для любого проводника длиной движущегося со скоростью в однородном магнитном поле.

В других проводниках контура ЭДС равна нулю, так как проводники неподвижны. Следовательно, ЭДС во всем контуре равна , и остается неизменной, если скорость движения постоянна. Электрический ток при этом будет увеличиваться, так как при смещении проводника вправо уменьшается общее сопротивление контура.

С другой стороны, ЭДС индукции можно вычислить с помощью закона электромагнитной индукции (12.2). Действительно, магнитный поток через контур равен:

где угол 90° — а есть угол между вектором В и нормалью к поверхности контура (рис. 250), а S - площадь контура Если считать, что в начальный момент времени проводник находится на расстоянии от проводника (рис. 249), то при перемещении проводника площадь изменяется со временем следующим образом:

За время площадь контура меняется на Знак минус указывает на то, что она уменьшается. Изменение магнитного потока за это время равно Следовательно,

как это и было получено выше (см. формулу 12.4).

Если весь контур движется в однородном магнитном поле, сохраняя свою ориентацию по отношению к вектору В, то ЭДС индукции в контуре будет равна нулю, так как поток Ф через площадь, ограниченную контуром, не меняется. Объяснить

это можно так. При движении контура в проводниках и возникают силы (12.3), действующие на электроны в направлениях от и от Суммарная работа этих сил при обходе контура по часовой стрелке или против нее равна нулю.

1. Какова природа сторонней силы, вызывающей появление индукционного тока в неподвижном проводнике? 2. В чем отличие вихревого электрического поля от электростатического или стационарного? 3. Какова природа сторонней силы, вызывающей появление индукционного тока в движущемся проводнике?