[latexpage] Для наилучшего понимания момента взаимодействия кольца и магнита, который будет рассмотрен ниже, рассмотрим вначале картину силовых линий постоянных магнитов.
Картинка линии магнитного поля магнитов
Как известно, одноименные полюса отталкиваются, разноименные — притягиваются. Получается, если мы будем приближать друг к другу два магнита и их линии магнитного поля будут направлены одинаково, то магниты притягиваются (смотри рисунок ниже). Если же линии магнитного поля направлены противоположно друг другу, то магниты отталкиваются. Понимание (образное представление) этих фактов поможет нам дальше.
Картинка притяжение магнитов
Рассмотрим теперь следующий опыт. Прикрепим к стержню два кольца: сплошное и имеющее разрез. Стержень закрепим так, чтобы он мог свободно вращаться. Будем подносить к кольцам магнит и наблюдать происходящее. Что получается в результате эксперимента можно увидеть на видео.
Видео опыт Ленца
Из этого опыта можно сделать вывод, что индукционный ток, который возникает в катушке имеет определенное направление и в зависимости от направления он взаимодействует с магнитом (притягивается или отталкивается). То есть катушка с индукционным током ведет себя как магнит с двумя полюсами — северным и южным. Направление же индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса (линии магнитной индукции выходят из него). При этом кольцо с разрезом никак не реагирует на движение магнита, поскольку индукционный ток в нем не возникает.
При приближении магнита к кольцу происходит увеличение магнитного потока, а при удалении магнита от кольца магнитный поток уменьшается. Получается, что в тот момент, когда происходит увеличение магнитного потока через замкнутый контур, индукционный ток будет иметь такое направление, что магнитное поле этого тока будет препятствовать усилению магнитного потока через замкнутый контур. Это следует из того, что при увеличении магнитного потока магнит и контур отталкиваются, а значит их линии направлены противоположно. В случает, если магнитный поток через замкнутый контур уменьшается, то магнит и контур притягиваются, значит линии магнитных полей тока и магнита направлены одинаково, т.е. индукционный ток создает магнитное поле с индукцией увеличивающее магнитный поток через витки катушки. В этом и заключается суть общего правила для нахождения направления индукционного тока, которое можно применять во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Э. X. Ленцем и носит название — правило Ленца.
Правило Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре своим магнитным полем препятствует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Или, более кратко, индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.
Для того, чтобы определить направление индукционного тока в контуре по правилу Ленца, необходимо придерживаться следующего алгоритма:
1. Вначале определяем направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.
2. Установить характер изменения магнитного потока пронизывающего контур: увеличивается (ΔФ > 0) или уменьшается (ΔФ < 0).
3. Если ΔФ > 0, то линии магнитного поля индукционного тока направлены противоположно линиям внешнего магнитного поля. Если ΔФ <0, то линии магнитного поля индукционного тока имеют одинаковое направление с линиями внешнего магнитного поля.
4. По направлению линий магнитного поля индукционного тока, определить направление индукционного тока, используя правило правой руки или правило буравчика.
Теперь вернемся к началу пункта и вспомним то о чем мы говорили: если направление линий магнитного поля (векторов магнитной индукции взаимодействующих полей) будет совпадать, то магниты (равно как и катушка и магнит) будут притягиваться; если линии магнитного поля (векторы магнитной индукции взаимодействующих полей) направлены противоположно, то магниты (катушка с током и магнит) будут отталкиваться. Получается, что при возрастании магнитного потока через замкнутый контур, он будет отталкиваться от магнита, а при уменьшении магнитного потока — притягиваться.