§ 94. Объяснение возникновения э. д. с. индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле

Объясним возникновение э. д. с. индукции в движущемся проводнике электронной теорией. Пусть проводник АВ движется в магнитном поле вдоль оси координат X вправо (рис. 141). При движении проводника поверхность, описываемая им, все время изменяется (увеличивается), а поэтому все время изменяется и магнитный поток через эту поверхность. Вместе с проводником в том же направлении (со скоростью v) перемещаются свободные электроны и положительные ионы, находящиеся в узлах кристаллической решетки. На каждый электрон и ион действует сила Лоренца F_Л. Применяя правило левой руки, находим, что сила Лоренца, действующая на ионы, направлена к концу В проводника, а при действии на электроны - к концу А. Под ее действием свободные электроны накапливаются на конце А проводника. Ионы, будучи несвободными, не перемещаются силой Лоренца. Поэтому на конце А будет отрицательный потенциал -φ_а, а на конце В, где недостаток электронов,- положительный потенциал +φ_в. Разность потенциалов φ_в - φ_а = Е на концах разомкнутого проводника равна э. д. с. индукции. В этом случае проводник является источником тока, а его концы - полюсами.

Рис. 141. К объявлению возникновения э. д. с. индукции в движущемся проводнике

Итак, изменение магнитного потока вызывает появление в проводнике сил Лоренца (сторонней силы), которые разделяют разноименные заряды и накапливают их на концах проводника, т. е. являются источником э. д. с индукции. Накопленные на концах проводника заряды создают внутри проводника электрическое поле. Если проводник разомкнут, то движение зарядов под действием сил Лоренца будет происходить до тех пор, пока электрические силы притяжения между разноименными зарядами не уравновесят силы Лоренца.

Если изменить направление движения проводника АВ на противоположное, то силы Лоренца соберут свободные электроны на конце В и индукционный ток в цепи изменит свое направление на обратное. Изменение магнитного потока вызовет появление силы Лоренца, которая создаст э. д. с. индукции, а последняя, в свою очередь,- индукционный ток.

Э. д. с. индукции измеряется работой, совершенной силами Лоренца по накоплению на каждом из концов (полюсов) проводника по 1 к заряда. При замыкании цепи источник тока (движущийся проводник АВ в магнитном поле) образует в проводах стационарное электрическое поле и передает ему свою энергию, накопленную зарядами за счет э. д. с. индукции на его концах А и В. За счет этой энергии стационарное электрическое поле совершает работу по образованию тока, передавая ему свою энергию.