§ 95. Объяснение возникновения э. д. с. индукции в неподвижном проводнике

Английский физик Д. Максвелл, руководствуясь идеей М. Фарадея о единой природе электрических и магнитных явлений, пришел к выводу о существовании единого электромагнитного поля и предсказал его свойства. В частности, магнитное поле, изменяясь во времени, вызывает появление индукционного изменяющегося электрического поля как в том месте, где находится магнитное поле, так и в окружающем пространстве (рис. 142, а). При этом вектор напряженности электрического поля и вектор индукции магнитного поля все время изменяются.

Рис. 142. К объяснению возникновения э. д. с. индукции в неподвижном проводнике

Одновременное проявление электромагнитным полем электрического и магнитного действий можно наблюдать на таком опыте (рис. 142, б). Когда по обмотке катушки В проходит переменный ток, то вокруг нее образуется переменное магнитное поле (переменный магнитный поток). При этом в витке А с лампочкой возникает электрический ток, и она горит. Причиной возникновения тока является э. д. с. индукции, появляющаяся на зажимах лампочки. Виток неподвижен, поэтому в этом случае причиной возникновения э. д. с. индукции не является сила Лоренца. Согласно теории Максвелла, изменяющееся магнитное поле вызвало в витке электрическое поле, которое и привело к накоплению электронов на одном зажиме и их недостаток на другом, другими словами, вызвало возникновение э. д. с. индукции.

В опыте, изображенном на рис. 139, источником э. д. с. индукции на зажимах катушки С также является индукционное электрическое поле, которое возникло в витках катушки вследствие изменения магнитного поля вокруг нее. Источником э. д. с. индукции в неподвижном проводнике являются силы индукционного электрического поля, действующие на свободные электроны покоящегося проводника. В этом случае э. д. с. индукции измеряется работой, совершенной силами индукционного электрического поля по накоплению на каждом из концов (полюсов) проводника по 1 к заряда. При. разомкнутой цепи на концах проводника имеется э. д. с. (рис. 142, в), при замкнутой цепи в ее проводах образуется стационарное электрическое поле, которое приводит в направленное движение свободные электроны, образуя электрический ток (рис. 142, г).

Индукционное электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, отличается от электростатического тем, что оно не связано непосредственно с электрическими зарядами и его линии напряженности, подобно линиям индукции магнитного поля, являются замкнутыми линиями. Электрическое поле, у которого линии напряженности замкнуты, и магнитное поле, у которого линии индукции замкнуты, называются вихревыми полями.

Итак, изменяющееся магнитное поле вызывает проявление изменяющегося индукционного (вихревого) электрического поля, которое в нашем случае является причиной э. д. с. индукции. Вообще существование вихревого электрического поля не зависит от того, есть ли в этом месте проводящий контур, например катушка, антенна, или его нет. Проводник благодаря наличию в нем свободных электронов лишь дает возможность обнаружить существование в пространстве переменного электрического поля.