Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

електричного поля, Поле надає руху вільним електронам у провіднику і 
тим самим проявляє себе. Тепер можна твердити, що й без провідника цс 
поле існує, маючи запас енергії. 

Суть явища електромагнітної індукції не стільки у виникненні ін-

дукованого струму, скільки у виникненні вихрового електричного 

поля. 

Це фундахментальне положення електродинаміки встановив Максвелл 

як узагальнення закону електромагнітної індукції Фарадея. 

На відміну

 від

 електростатичного поля індуковане електричне по-

ле є потенціальним, бо робота, яка виконується в індукованому елек-
тричному полі, при переміщенні одиничного позитивного заряду 110 
замкненому контуру дорівнює ЕРС індукції, а не нулю. 

Напрям вектора напруженості вихрового електричного поля встанов-

люють за законом електромагнітної індукції Фарадея і правила Ленца. 

Оскільки вихрове електричне поле існує і без провідника, то його мо-

жна застосовувати для прискорення заряджених частинок до швидкостей, 
порівнянних із швидкістю світла. Саме на використанні цього принципу 
ґрунтується дія прискорювачів електронів -

 бетатронів. 

§ 154. Вихрові струми 

Якщо масивний провідник, опір якого малий, рухається в маг-

нітному полі, то в ньому виникають короткозамкнені індуковані струми. 
Ці струми, сила яких може досягати великих значень,

 вихрові.

 Відкрив і 

дослідив ці струми французький фізик Ж. Фуко, ім'ям якого їх і назвали 

(струми Фуко). Напрям вихрових, як і всяких 
індукованих струмів, визначають за правилом 

Ленца, тобто їх напрям такий, що створюване 
ними магнітне поле протидіє руху провідника. 
Розглянемо такий експеримент. Нехай масив-
ний маятник

 Р

 (рис. 17.2), виготовлений із су-

цільного куска алюмінію або міді, коливається 
між полюсами потужного електромагніта

 М. 

Якщо електромагніт не ввімкнений, то маятник, 

перш ніж зупинитися, виконає досить багато 
коливань. Якщо ввімкнуги струм, то маятник, 

дійшовши до електромагніта, різко гальмується 

і зупиняється. Це відбувається тому, що в ньо-
му виникає індукований струм, який, за прави-

лом Ленца, створює магнітне поле, що проти-

Рис.

 17.2 Діє руху маятника. Якщо в цьому маятнику 

390 

«робити прорізи, то вихрові струми зменшаться і маятник гальмувати-

меться слабше. 

Гальмівну дію вихрових струмів

 використовують

 для гасіння коливань 

І грілок в електровимірювальних приладах. 

Сила вихрового струму

 залежить

 від форми куска металу, який руха-

• гься в магнітному полі, від властивостей матеріалу, з якого його виго-

товлено, та від швидкості зміни магнітного потоку. Вихрові струми вини-

кають і в нерухомих провідниках, розміщених у змінному магнітному 
полі. Вихрові струми можуть нагрівати провідники, в яких вони виника-
ють. Цю властивість використовують в індукційних печах для значного 
нагрівання або навіть плавлення металів. 

§ 155. Значення магнітних полів 

для явищ, які відбуваються на Сонці 

Сонячна активність 

Під сонячною активністю розуміють періодичне виникнення 

сонячних плям, факелів, спалахів, протуберанців, збільшення випроміню-
вання в ультрафіолетових і рентгенівських областях спектра, зростання 
корпускулярного випромінювання і т. д.

 Ці явища тісно пов'язані між собою 

і, як правило, виникають разом у деякій активній області Сонця. Період 

сонячної активності становить приблизно одинадцять років. 

Зла чення магнітних полів 

Циклічність

 сонячної активності

 пов'язана з магнітними по-

ними. На початку циклу плям майже немає. Потім плями з'являються да-

леко від сонячного екватора, поступово їх кількість збільшується, і вони 
виникають дедалі ближче до екватора. Через три-чотири роки настає мак-

симум сонячних плям, за якого на Сонці буває найбільша кількість актив-
них утворень. Потім сонячна активність поступово спадає, і приблизно 
через одинадцять років настає мінімум. 

Сонячна активність пов'язана із складною взаємодією іонізованої речо-

вини Сонця і його загального магнітного поля. Результати цієї взаємодії -
періодичне підсилення магнітних полів, що призводить до появи сонячних 
плям та інших активних угворень. 

Головна особливість

 сонячних плям -

 наявність у них маг нітних полів, 

напруженість яких досягає порядку (3 н»4) • 10

5

 А/м. Як правило, серед 

і руни плям є дві особливо великі плями: одна - на західному, а друга - на 

391 

східному боці групи. Магнітна полярність їх протилежна. Протягом пев-
ного циклу в кожній з півкуль Сонця полярності всіх провідних плям, як 
правило, однакові, але в різних півкулях вони протилежні. Через кожні 
одинадцять років усі полярності в парах плям змінюються на протилежні. 

Магнітні поля мають дуже важливе значення у

 сонячній атмосфері, 

великою мірою впливаючи на рух плазми, її густину і температуру. Зок-

рема, збільшення яскравості фотосфери у факелах і значне її зменшення 

(до 10 раз) в області плям спричинені відповідно підсиленням конвектив-
них рухів у слабкому магнітному полі і значним їх подавленням при ве-
ликій напруженості магнітного поля. 

У короні спостерігаються ще грандіозніші за розмірами активні утво-

рення - протуберанці. Форма протуберанців і їх рух пов'язані з магнітни-

ми полями, які проникають із фотосфери в корону. 

§ 156. Самоіндукція 

Самоіндукція 

Розглянемо коло (рис. 17.3), яке складається з батареї Е, рео-

стата

 Я,

 котушки індуктивності

 Ь,

 гальванометра

 Г

 і ключа

 К. 

Якщо коло замкнене, то по гальванометру

 Г

 і котушці індуктивності

 Ь 

проходить електричний струм. У момент розмикання кола стрілка гальвано-
метра різко відхиляється у протилежний бік. Причина цього в тому, що при 

розмиканні кола магнітний потік у котушці зменшується, спричинюючи в 
ній ЕРС самоіндукції. Струм самоіндукції /

сі

, за законом Ленца, перешкод-

жає спаданню магнітного потоку, тобто він напрямлений у котушці так само, 
ж і спадний струм /

2

 . Цей струм цілком проходить через гальванометр, але 

його напрям протилежний напряму /

1

.

 Явище виникнення індукованого 

струму в колі внаслідок зміни струму в ньому називають самоіндукцією. 

Самоіндукція - це окремий випадок явищ елект-

ромагнітної індукції. 

З'ясуємо, від чого залежить ЕРС самоіндукції. Ін-

дукція В пропорційна силі струму в котушці, тому ма-
гнітний потік, який виникає в котушці, також пропор-
ційний силі струму: 

Ф = ЬІ.

 (17.7) 

Рис 17 3

 Коефіцієнт пропорційності

 Ь

 називають

 індуктив-

ністю контуру. 

Із зміною власного магнітного потоку в контурі, згідно з законом електро-

магнітної індукції, виникає ЕРС самоіндукції: 

392 

§

сі

 = -</Ф/А. (17.8) 

Підставивши у вираз (17.8) формулу (17.7), знаходимо, що ЕРС само-

індукції пропорційна швидкості зміни сили струму: 

< п 9> 

Індуктивність 

З формули (17.9) випливає, що

 індуктивність - це фізична 

величина, яка чисельно дорівнює

 ЕРС

 самоіндукції, яка виникає в контурі 

при зміні сили струму на

 1 А

 за

 1 с. Індуктивність

 Ь

 контуру залежить від 

мого

 геометричної форми, розмірів і магнітних властивостей середовища, 

н якому він розміщений. Наприклад, для соленоїда завдовжки / і площею 
перерізу витка 5 у вакуумі або повітрі 

І

 =

 р

0

ІУЛ$7/,

 (17.10) 

де

 N -

 загальна кількість витків соленоїда; р

0

 - магнітна стала. 

Урахувавши, що об'єм соленоїда

 V -18

 ,а

 п~ N11 -

 кількість витків, 

які

 припадають на одиницю довжини, формулу (17.10) можна переписати 

у вигляді 

Ь = іх

0

п

2

¥. (17.11) 

З формули (17.7) випливає, що і  - Ф / / . З цієї формули можна визна-

чити одиницю індуктивності -

 генрі

 (Гн): 

1Гн = 1Вб/А = 1В-е/А. 

Як випливає з дослідів, індуктивність усякого контуру залежить від 

властивостей середовища, в якому розміщений контур. У цьому можна 
впевнитись на досліді, схему якого зображено на рис. 17.3. Якщо в коту-
шку

 І

 внести залізне осердя, то сила струму самоіндукції зростає в багато 

разів. Це свідчить про те, що збільшилась індуктивність котушки. 

Величина, яка дорівнює відношенню індуктивності Ь

 контуру в одно-

рідному середовищі до індуктивності Ір контуру у вакуумі, є магнітною 
проникністю середовища: 

р = (17.12) 

Магнітна проникність, яка характеризує магнітні властивості речовини, -

величина безрозмірна. З формули (17.11), (17.12) випливає, що

 Ь

 =

 \х\і

0

п

2

У. 

393 

Взаємна індукція 

НН 

а 

5 ! 

Рис. 17

.4 

Якщо контур, який складається з провідника

 2

 (рис. 17.4), 

помістити поблизу контуру 1 із струмом, що змінюється з часом, то в 
провіднику

 2

 ми зареєструємо індуковане електричне поле. Явище виник 

нення індукованого електричного поля в 
провідниках, розміщених поблизу інших 
провідників, по яких проходить змінний у 

часі електричний струм, називають

 взаєм-

ною індукцією

. ЕРС взаємної індукції ви-

значимо за законом електромагнітної ін-
дукції: 

є

21

 =-</Ф

2 1

/А. (17.13) 

У цій формулі с/Ф

2

] - потік магнітної індукції, який створюється маг-

нітним полем струму І

х

, що проходить по контуру і пронизує площу по-

верхні, яку охоплює контур. 

Магнітний потік Й?Ф

2і

 пропорційний струму І

х

, що проходить по 

першому контуру: 

Ф

2

І=

£2

І'І* (17.14) 

Коефіцієнт пропорційності

 1

1Х

 називають

 взаємною індуктивністю 

контурів 1

 і

 2;

  І

2 !

 залежить від розмірів, геометричної форми, відносної 

магнітної проникності середовища і взаємного розміщення контурів. З фор-
мул (17,7) і (17.14) видно, що 1

2}

 вимірюють тими самими одиницями, що 

й індуктивність, тобто в

 генрі

 (Гн)> 

На явищі взаємної індукції ґрунтується дія

 трансформатора -

 при-

строю, призначеного для перетворення напруги і сили змінного струму. 

§ 157. Енергія магнітного поля 

Енергія магнітного поля струму 

Розглянемо коло (рис. 17.5), яке складається з батареї ре-

зистора

 Я

, соленоїда ключа

 К.

 Якщо ключ буде в положенні і, то че-

рез соленоїд проходить постійний за значенням і напрямом струм  /

0

. 

Усякий електричний струм завжди оточений магнітним полем, Виникає 
запитання: де локалізована власна енергія струму - всередині проводів, 
по яких дрейфують електрони, або в магнітному полі, тобто в середо-

394