Warto przeczytać

Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej?

Ogólnie mówiąc: na wytwarzaniu prądu elektrycznegoPrąd elektryczny w przewodnikachprądu elektrycznego za pomocą pola magnetycznegoPole magnetycznepola magnetycznego.

Od 1820 roku (prace Oersteda) wiadomo było, że prąd elektryczny jest źródłem pola magnetycznego (e‑materiał „Badanie wpływu przewodników z prądem na zachowanie igły magnetycznej”). Faraday zadał sobie pytanie, czy nie jest też odwrotnie – czy pole magnetyczne nie może być źródłem (przyczyną) prądu elektrycznego. Sprawa nie okazała się jednak prosta. Dopiero w 1831 roku uczony zaobserwował to zjawisko w pewnych szczególnych okolicznościach. Okazało się, że w stabilnych warunkach prąd nie powstaje.

Dlaczego tak się dzieje? Nawet w bardzo silnym, ale stałym w czasie polu magnetycznym prąd w zamkniętym obwodzie „sam z siebie” nie popłynie. Popłynie dopiero wtedy, gdy poruszymy odpowiednio obwód albo zmienimy pole magnetyczne, w którym ten obwód się znajduje.

Kiedy Faraday dostrzegł warunki, przy których powstaje prąd w obecności pola magnetycznego, przeprowadził dziesiątki eksperymentów, które uogólnił i z których wyciągnął ilościowe wnioski w postaci prawa indukcji elektromagnetycznej (e‑materiał „Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya”). Nie będziemy tu mówić o tym prawie, skupimy się jedynie na istocie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Spróbujemy dostrzec dwoistość tego zjawiska, czyli to, że posiada ono dwie odmiany i odpowiedzieć na pytanie, dlaczego w pewnych warunkach popłynie prąd.

Zastanowimy się, jakie siły powodują prąd indukcyjny, tj. jakie siły działają na swobodne ładunki w przewodniku, powodując ich ruch. Wykorzystamy w tym celu animację.

R16uHblFH9dFk

Na rysunku znajdują się dwie cewki, czyli walce puste w środku, na które nawinięte są izolowane przewody elektryczne. Cewka znajdująca się wyżej, oznaczona literą wielkie A, połączona jest przewodami z baterią umieszczoną z prawej strony. Na rysunku widoczna jest ręka, trzymająca tę cewkę i wsuwająca ją do wnętrza drugiej szerszej cewki znajdującej się poniżej. Szersza cewka oznaczona jest literą wielkie B i połączona przewodami z galwanometrem umieszczonym z lewej strony. Galwanometr oznaczony literą wielkie G składa się z metalowego, pionowego pręta i zawieszonego na nim mniejszego pręcika, który odchyla się w momencie pojawienia się na prętach ładunku elektrycznego.

Słowniczek

Elektryczne pole wirowe

Elektryczne pole wirowe

pole wektorowe o strukturze pokazanej na rysunku obok. Takie pole nie jest polem zachowawczym (potencjalnym), gdyż praca wykonana przez silę elektryczną nad ładunkiem wzdłuż obwodu zamkniętego nie jest równa zeru. Realizacją takiej sytuacji jest wzbudzenie prądu indukcyjnego w zamkniętym przewodniku, gdy pole magnetyczne przechodzące przez powierzchnię na nim rozpiętą jest zmienne w czasie.

R9COoTvw1DQOp

Na rysunku znajduje się pionowy prostoliniowy przewód z prądem. Kierunek przepływu prądu wskazuje strzałka skierowana do góry. Natężenie prądu oznaczone jest literą wielkie i. W płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika narysowano 3 współśrodkowe okręgi ze strzałkami skierowanymi przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, gdy patrzymy od góry. Okręgi o środkach leżących na przewodniku symbolizują linie pola magnetycznego. Wartość indukcji magnetycznej oznaczona jest literą wielkie B.