Правило Ленца. Вихревое электрическое поле

Правило Ленца является обобщением закона электромагнитной индукции, дающим общие критерии предсказания результата многоступенчатых процессов, возникающих в системах, где наблюдается явление электромагнитной индукции. Это обобщение базируется на законе сохранения энергии и позволяет определить направление индукционного тока, возникающего при явлении электромагнитной индукции.

Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим.

Рис. 10

Так, если в контуре ABCD, находящемся в однородном магнитном поле, где вектор магнитной индукции направлен вертикально вниз (рис. 10), возникает индукционный ток при движении стержня AB вправо, то причиной, породившей это явление, оказывается сила, потянувшая стержень вправо. Тогда в контуре ABCD возникает ток, имеющий такое направление, при котором возникают силы, воздействующие на рамку влево. Такой силой является сила Ампера, действующая на проводник с током, а правило левой руки позволяет определить направление индукционного тока. В перемычке АВ он будет направлен от В к А, что можно установить на основании закона электромагнитной индукции. Действительно, при таком движении магнитный поток внешнего поля через контур АВСD возрастает, следовательно, индукционный ток должен породить внутри контура АВСD магнитное поле, вектор индукции которого направлен против внешнего поля. Только в таком случае магнитный поток порождаемого поля скомпенсирует нарастание магнитного потока внешнего поля. Такое направление вектора внутри контура АВСD возможно только тогда, когда индукционный ток течет так, как указано на рисунке 10.

Если бы нарушалось правило Ленца и индукционный ток протекал бы в противоположном направлении, то сила Ампера заставляла бы перемычку двигаться с нарастающей скоростью после легкого толчка вправо. Мы имели бы аналог вечного двигателя, в котором кинетическая энергия перемычки увеличивалась бы без других изменений во внешних телах, что противоречит закону сохранения энергии.

Так как движение электрических зарядов происходит под действием электрического поля, то возникновение ЭДС в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, в которое он помещен, можно трактовать как появление вихревого электрического поля, вызванного изменением во времени индукции магнитного поля. Такое электрическое поле в отличие от электростатического не является потенциальным, т.е. его работа по замкнутому контуру не равна нулю. Подобное поле возникает и в вакууме. На этом основано ускорение заряженных частиц в ускорителе, называемом бэтатроном.