Нужна помощь в написании работы?

Написание данной части реферата осуществлялось с использованием материалов сайта профессора К.Б. Канна

Два закона электромагнитной индукции

После открытия закона электромагнитной индукции Фарадей сформулировал условие возникновения явления, заключающееся в том, чтобы свободные заряды пересекали линии магнитного поля. Через некоторое время был сформулирован количественный закон:

Электрический заряд, который протекает по замкнутой цепи за некоторое время, пропорционален магнитному потоку, который проводник пересекает за это время, и обратно пропорционален электрическому сопротивлению цепи.

Когда Дж. Максвелл в середине 19 века приступил к обобщению всей накопленной экспериментальной базы, он положил в основу физический закон электромагнитной индукции Фарадея:

В таком виде закон электромагнитной индукции вошёл в систему уравнений Максвелла. Хоть он и получен с помощью простых тождественных преобразований, но в итоге уравнения (1) и (2) описывают принципиально разные физические процессы.

Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Зависимость (2) абсолютно не отражает того важного факта, что индукционная ЭДС определяется скоростью пересечения магнитных линий проводящим контуром, более того, она вообще не предусматривает пересечение проводником магнитных линий. По этому закону ЭДС возникает в результате изменения магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур. Схематически такой процесс, соответствующий уравнению (2),  представляют так и называют «способом индукции»:

изменение магнитного потока → возникновение ЭДС → перемещение зарядов (индукционный ток)

А процесс электромагнитной индукции, соответствующий уравнению (1), «с пересечением» можно схематически представить так:

пересечение → возникновение силы Лоренца → перемещение зарядов → образование ЭДС

 «Парадокс»  Геринга

В середине XX века был поставлен эксперимент, в котором нарушался закон электромагнитной индукции. Результат этого эксперимента получил название «Парадокса Геринга».

                               

Рис.3.1. Схема экспериментального устройства Геринга

Экспериментальное устройство Геринга  (рис. 1) состоит из тороидального (постоянного) магнита и двух упругих пластин. Вместе с гальванометром они образуют замкнутую цепь, охватывающую магнитопровод. При перемещении этой цепи вправо магнитопровод  как бы «выскальзывает» из пространства, охваченного цепью. При этом благодаря пружинному контакту между пластинами цепь гальванометра все время остается замкнутой (через металлический «мостик» — магнитопровод). Согласно закону электромагнитной индукции при удалении магнитопровода в цепи должна возникать ЭДС индукции. «Парадокс» заключается в том, что этой ЭДС гальванометр никак не фиксирует.

Испанский «парадокс» двух контуров

Экспериментальное устройство испанских физиков включает две соосные катушки, вложенные одна в другую (рис.2).

Рис.3.2. Схема лабораторного устройства

Первичная цепь состояла из внутренней катушки (I), источника постоянного тока U и реостата R. Вторичной цепью служил внешний соленоид (II) – реостат, к движку которого был подключен баллистический гальванометр G.

По закону электромагнитной индукции:

Дифференцируя выражение справа, имеем:

           В частности, если магнитный поток через соленоид не изменяется, ЭДС всё равно должна обнаруживаться. Однако её не было.

.«Парадокс»  Фарадея

 Один из вариантов машины Фарадея изображён на рис. Вращается сам цилиндрический магнит, а диск неподвижен, но ЭДС в контуре с гальванометром создаётся.

Рис. 3.3. Схема машины Фарадея

Этот парадоксальный результат вызвал в XIX веке оживленную дискуссию по странному вопросу: а вращается ли магнитное поле вместе с его материальным носителем – магнитом? За полтора века ученые так и не пришли к единому мнению по этому вопросу.

Разрешение парадоксов

Итак, индукционная ЭДС возникает лишь в том случае, когда электрические заряды (проводник) пересекают линии магнитного поля. На электрические заряды действует сила Лоренца, способная совершить работу. Когда такое пересечение отсутствует, работа не совершается, не возникает индукционный ток и не создается ЭДС индукции. Если обратиться к двум первым экспериментам, которые дают парадоксальные» результаты, то во всех этих случаях пересечение проводниками линий магнитного поля отсутствует.

Наиболее трудным для понимания является «Парадокс Геринга». Хотя цепь гальванометра остается замкнутой, магнитное поле все-таки из нее «выскальзывает». Почему же гальванометр «молчит»? Причина в том, что магнитное поле «выскальзывает» из контура вместе с электронами на этом участке цепи (металлическом мостике через магнитопровод). То есть и в этом случае электроны не пересекают линии магнитного поля.

Теперь о машине Фарадея. Если признать, что магнитное поле связано с магнитом, то очевидно, что в объеме магнита никакая ЭДС возникнуть не может. Ток генерируется там, где линии поля пересекают контур, то есть в проводах на участке контура АС.

Представления о механизме электромагнитной индукции по «способу пересечения» позволяют разрешить многие «парадоксы» электромагнитного взаимодействия. Они оставались непонятыми потому, что физики неверно (более 100 лет!) представляли себе сам процесс электромагнитной индукции. Экспериментальная зависимость Фарадея была заменена ее математически тождественным выражением Максвелла, из которого исчезли главные участники процесса – электрические заряды. Вера в безграничные возможности математики привела к чрезмерному изобилию математики в физике. Академик Петровской Академии науки искусств Ю. Г. Марков назвал эту тенденцию «математической инфляцией»: «Подобно тому, как в экономике мы замещаем натуральные ценности денежными знаками, так и в физике мы замещаем физические объекты математическими знаками... В условиях математической инфляции в физике возникает феномен виртуальных физических объектов, процессов, отдельных свойств, за которыми не скрывается, в общем-то, никакой объективной реальности»

 


Поделись с друзьями