Индукция, в физике

Определение "Индукция, в физике" в словаре Брокгауза и Ефрона

Индукция, в физике — слово "индукция" употребляется в физике для обозначения явлений возбуждения в телах магнитного или электрического состояния, а также возникновения в них электрических токов — под влиянием других тел, находящихся на расстоянии от первых и представляющих собой намагниченные или наэлектризованные тела или, наконец, проводники, по которым проходят электрические токи. Различают поэтому три рода И.: магнитную, электрическую и И. токов.

а) И. магнитная. Всякое тело, будет ли оно твердое, жидкое или газообразное, обнаруживает магнитное состояние, когда помещается в магнитное поле, т. е. вносится в пространство, в котором магнитная стрелка испытывает действие особых направляющих сил, так называемых магнитных сил. Такое магнитное поле возбуждается или магнитами, или проводниками с электрическими токами, или, наконец, как это следует из теории, оно возникает вокруг наэлектризованного тела при изменении электрического состояния этого тела или при приведении его в движение. Магнитное поле характеризуется так называемыми магнитными силовыми линиями. Силовыми линиями называются линии, касательные к которым совпадают с направлениями магнитных сил, испытываемых северным магнитным полюсом, помещаемым в точках, в которых проведены касательные. Число силовых линий, воображаемых в каком-либо месте поля и отнесенных к единице поверхности, перпендикулярной к этим линиям, должно равняться величине магнитной силы, какую испытывает в этом месте поля единица магнетизма. Таким образом, число силовых линий, отнесенное к единице поперечного сечения пучка их, выражает напряжение магнитного поля в данном месте. Тело, помещенное в магнитное поле, приходит в магнитное состояние, причем подвергается изменению и направление силовых линий в пространстве, окружающем тело. На двух противоположных частях поверхности тела, соответствующих местам входа и выхода из этого тела магнитных силовых линий, обнаруживается присутствие магнетизма. При этом в некоторых телах, названных Фарадеем парамагнитными, в месте входа силовых линий в тело появляется южный магнетизм, в месте выхода этих линий из тела обнаруживается северный магнетизм. В других телах, названных Фарадеем диамагнитными, явление получается прямо противоположное. В этих телах северный магнетизм обнаруживается в местах входа силовых линий внутрь тела и южный магнетизм — в местах выхода их из тела. Железо, сталь, чугун, никель и кобальт — наиболее характерные тела первой категории, т. е. парамагнитные. Висмут представляет собой наиболее типичное тело из группы диамагнитных. Возникновение магнитной индукции во всех телах природы было открыто Фарадеем в 1845 г. В телах изотропных отношение магнитного момента единицы объема тела, являющегося вследствие И., иначе — напряженность временного намагничивания тела (J) — к величине магнитной силы Н, которую должна испытывать единица магнетизма, находящаяся в рассматриваемом месте тела, т. е. там, где определяется магнитный момент, носит название магнитной восприимчивости тела (х). Итак, х = J/H или, иначе, J = хН. Магнитная восприимчивость характеризует свойства тела в отношении магнитной И. (см. Магнетизм). В теории магнетизма выражение "магнитная И." употребляется еще в другом, более узком смысле. По Максвеллу, словами "магнитная И." обозначается величина магнитной силы, действующей на единицу северного магнетизма, когда эта единица магнетизма будет помещена мысленно внутри намагничиваемого тела в центре пещерки, воображаемой в теле и имеющей форму бесконечно тонкого полого диска, перпендикулярного к направлению намагничивания в этом месте тела. В изотропном теле величина магнитной И. (B) выражается через B = H + 4π J = (1 + 4 π х)Н = μH, а направление ее параллельно направлению магнитной силы Н. Коэффициент μ носит название магнитной "проницаемости" тела. (Томсон). Максвелл называет этот коэффициент "магнитной проводимостью тела". Магнитная И., подобно магнитным силам, может быть представлена графически при посредстве так называемых линий магнитной И. Линии магнитной И. внутри изотропных веществ совпадают по направлению с магнитными силовыми линиями, но различаются от последних числом. В телах кристаллических магнитная И. и магнитная сила составляют между собой вообще некоторый угол. В абсолютной пустоте, для которой х = 0, магнитная И. тождественна с магнитной силой.

б) И. электрическая (или электростатическая). Всякое тело, помещенное в электрическое поле, т. е. в пространство, в котором обнаруживаются электрические притяжения и отталкивания, приходит само в электрическое состояние. Электрическое поле возбуждается наэлектризованными телами или, как это показывает теория, может образоваться и без присутствия наэлектризованных тел; оно возникает и от действия намагниченных тел, т. е. получается из магнитного поля, когда напряжение последнего претерпевает изменение. Подобно магнитному полю, электрическое поле весьма удобно характеризуется электрическими силовыми линиями. Тело, внесенное в электрическое поле, обнаруживает отрицательное электричество в местах входа электрических силовых линий внутрь тела и положительное электричество в местах выхода этих линий наружу. При этом тело изменяет направление силовых линий в окружающем пространстве. Если тело обладает способностью проводить электричество, появляющееся в нем электричество наблюдается только на внешней поверхности тела. Количества положительного и отрицательного электричества, получающиеся на поверхности этого тела, равны между собой. В таком проводящем теле возможно удалить одно из электричеств и тем дать возможность этому телу остаться в электрическом состоянии и после того, как будет уничтожена причина, вызвавшая образование электрического поля, которое подействовало на тело. Для этого достаточно хотя бы на самое короткое время соединить тело с землей при помощи каких-либо проводников электричества. Если тело не проводит электричества, т. е. представляет собой изолятор или диэлектрик, оба электричества, положительное и отрицательное, в равном количестве появляются в каждом элементе объема тела.

В теории электричества, предложенной Максвеллом, выражение "электрическая И. через поверхность S " обозначает собой , где F — величина электрической силы, испытываемой единицей положительного электричества в точках элемента поверхности dS, ε — угол, составляемый направлением этой силы с нормалью к поверхности, K — так называемая диэлектрическая постоянная (или, лучше, диэлектрическая характеристика) среды, прилегающей к рассматриваемой поверхности, и интеграл распространен по всей поверхности S (см. Электричество, теория).

в) И. токов, или И. электродинамическая. Явления индукции токов открыты Фарадеем в 1831 г. Электродинамическая индукция заключается в том, что во всяком проводнике, находящемся в магнитном поле, является электродвижущая сила, стремящаяся возбудить электрический ток во всех случаях, когда вследствие движения проводника или тех тел, которые создают магнитное поле, или, наконец, вследствие изменения магнитного состояния этих тел или силы тока в них подвергается изменению напряжение магнитного поля в месте, занимаемом проводником. Такая электродвижущая сила называется электродвижущей силой И. и вызываемые ею токи — индукционными токами (см. Электрический ток). Электродвижущая сила И. существует только в течение времени изменения напряжения магнитного поля. Она исчезает, как только напряжение поля около проводника делается постоянным. Характеризуя магнитное поле линиями магнитной индукции, можно следующим образом выразить основной закон электродинамической индукции. Правило Фарадея: электродвижущая сила индукции (е), являющаяся в какой-либо части проводника в данный момент времени, пропорциональна числу линий магнитной индукции, перерезываемых этой частью проводника в единицу времени. Выражая электродвижущую силу и напряжение магнитного поля в абсол. единицах (см. Единицы), мы имеем е = dn/dt. Здесь dt обозначает бесконечно малый элемент времени и dn — число линий магнитной индукции, перерезываемых рассматриваемой частью проводника в этот элемент времени. Направление появляющегося при этом индукционного тока определяется следующим образом. Воображая себя плывущим по направлению магнитных силовых линий с лицом, обращенным в сторону относительного движения проводника, мы заметим ток, являющийся от И. в рассматриваемой части проводника, по направлению слева направо.

Для замкнутых проводников удобнее другая формулировка закона И., предложенная Максвеллом: электродвижущая сила индукции (е), возбуждающаяся в замкнутом проводнике в какой-либо момент времени, равняется скорости изменения числа линий магнитной И. (N), пронизывающих поверхность, ограниченную рассматриваемым проводником, как контуром, взятой с обратным знаком — т. е. е = — dN/dt. При этом, смотря на проводник по направлению вдоль линий магнитной И., мы будем наблюдать индукционный ток по направлению движения часовой стрелки, если число линий магнитной И., пронизывающих поверхность внутри проводника, уменьшается, и по направлению, обратному движению часовой стрелки, если это число возрастает (см. Электрический ток).

И. Боргман.