Номер 3, страница 123 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 4. Электромагнитная индукция. Параграф 22. Вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Вопросы - номер 3, страница 123.

Условие.

3. Как можно объяснить явление электромагнитной индукции, используя идеи Максвелла?

Решение.

3. Как можно объяснить явление электромагнитной индукции, используя идеи Максвелла?

Решение

Явление электромагнитной индукции, экспериментально открытое Майклом Фарадеем, получило своё полное теоретическое объяснение в рамках единой теории электромагнетизма, созданной Джеймсом Клерком Максвеллом. До Максвелла считалось, что электрические и магнитные поля существуют независимо друг от друга. Максвелл же выдвинул гипотезу о их взаимосвязи, которая и легла в основу объяснения.

Ключевая идея Максвелла заключается в том, что любое изменение магнитного поля во времени порождает в окружающем пространстве электрическое поле. Это не то же самое электрическое поле, которое создается статическими электрическими зарядами (электростатическое поле). Электрическое поле, порожденное переменным магнитным полем, является вихревым. Его силовые линии представляют собой замкнутые кривые, в отличие от силовых линий электростатического поля, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Рассмотрим процесс возникновения индукционного тока с точки зрения этой идеи:

1. Когда изменяется магнитный поток, пронизывающий замкнутый проводящий контур (например, при движении магнита относительно катушки или при изменении тока в соседней катушке), в пространстве вокруг проводника возникает вихревое электрическое поле.

2. Это индуцированное электрическое поле существует независимо от того, есть ли в этом пространстве проводник или нет.

3. Если же в этом пространстве расположен проводник, то вихревое электрическое поле действует на свободные носители заряда в нём (электроны) с силой $ \vec{F} = q\vec{E} $ (где $ q $ — заряд носителя, $ \vec{E} $ — напряженность индуцированного электрического поля).

4. Под действием этой силы свободные заряды приходят в упорядоченное движение вдоль проводника, образуя индукционный электрический ток. Работа, совершаемая этим полем по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура, и есть электродвижущая сила (ЭДС) индукции.

Математически эта идея выражается одним из фундаментальных уравнений электродинамики — уравнением Максвелла-Фарадея, или законом электромагнитной индукции. В интегральной форме оно гласит, что ЭДС индукции $ \mathcal{E} $ в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока $ \Phi_B $ через поверхность, ограниченную этим контуром, взятой со знаком минус:

$ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $

Таким образом, теория Максвелла объясняет явление электромагнитной индукции не как некое "действие на расстоянии" от магнита к проводнику, а как последовательный процесс: изменение магнитного поля порождает вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, является непосредственной причиной возникновения индукционного тока в проводнике.

Ответ: Согласно идеям Максвелла, явление электромагнитной индукции объясняется тем, что любое изменяющееся во времени магнитное поле порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Если в области действия этого поля находится проводящий контур, то вихревое электрическое поле действует на свободные заряды в проводнике, вызывая их упорядоченное движение — индукционный ток. Первопричиной индукционного тока является не само магнитное поле, а порождаемое его изменением вихревое электрическое поле.