Первое уравнение Максвелла

На этой странице мы объясним значение 1-го уравнения Максвелла, закона Фарадея. Более подробную информацию вы можете найти на сайте meanders.ru в статье про первое уравнение Максвелла https://meanders.ru/uravnenija-maksvella.shtml

Фарадей был ученым, экспериментирующим с цепями и магнитными катушками еще в 1830-х годах. Его экспериментальная установка, которая привела к закону Фардея, показана на рисунке 1:

Сам эксперимент несколько прост. Когда аккумулятор отключен, у нас нет электрического тока, протекающего через провод. Следовательно, нет никакого магнитного потока, наведенного в Железе (Магнитное ядро). Железо подобно шоссе для Магнитных полей — они очень легко текут через магнитный материал. Таким образом, цель ядра — создать путь для прохождения Магнитного потока.

Когда переключатель замкнут, электрический ток будет течь в проводе, присоединенном к батарее. Когда этот ток течет, с ним связано магнитное поле (или магнитный поток). Когда провод наматывается вокруг левой стороны магнитного сердечника (как показано на рисунке 1), внутри сердечника создается магнитное поле (магнитный поток). Этот поток движется вокруг ядра. Таким образом, магнитный поток, создаваемый проводной катушкой слева, существует внутри проводной катушки справа, которая подключена к амперметру.

Теперь происходит забавная вещь, которую заметил Фарадей. Когда он замкнет выключатель, ток начнет течь, и амперметр будет всплывать в одну сторону (скажем, измерение +10 А с другой стороны). Но это было очень кратко, и ток на правой катушке пошел бы в ноль. Когда переключатель был разомкнут, измеренный ток переместился бы на другую сторону (скажем, было бы измерено -10 ампер), а затем измеренный ток на правой стороне снова был бы равен нулю.

Фарадей понял, что происходит. Когда переключатель был первоначально изменен с разомкнутого на замкнутый, магнитный поток внутри магнитопровода увеличился с нуля до некоторого максимального значения (которое было постоянным значением в зависимости от времени). Когда поток увеличивался, на противоположной стороне существовал индуцированный ток.

Точно так же, когда переключатель был открыт, магнитный поток в сердечнике уменьшился бы от его постоянного значения до нуля. Следовательно, уменьшающийся поток внутри сердечника вызывал противоположный ток на правой стороне.

Фарадей понял, что изменяющийся магнитный поток в цепи (или замкнутый контур провода) вызывает наведенную ЭДС или напряжение в цепи. Он написал это как:

В уравнении [2] магнитный поток в цепи, а ЭДС — электродвижущая сила, которая в основном является источником напряжения. Тогда уравнение [2] говорит о том, что наведенное напряжение в цепи противоположно скорости изменения магнитного потока во времени. Для получения дополнительной информации о производных, смотрите страницу частичных производных .

Уравнение [2] известно как закон Ленца . Ленц был парнем, который разобрался со знаком минус. Мы знаем, что электрический ток порождает магнитное поле, но благодаря Фаради мы также знаем, что магнитное поле в петле вызывает электрический ток. Вселенная любит симметрию, и в уравнениях Максвелла ее много.