В 1820—21 гг. благодаря опытам Эрстеда и Ампера было установлено, что проводники с током порождают магнитное поле. Так была установлена связь между электричеством и магнетизмом.

Но связь была «односторонней». Постоянный электрический ток создавал постоянное магнитное поле, но постоянное магнитное поле (сколь бы сильным оно ни было!) не «хотело» создавать электрический ток. Многие физики пытались установить «обратную» связь. И только в 1831 году, после десятилетних упорных поисков, выдающемуся английскому физику Майклу Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество». Он экспериментально доказал, что магнитное поле может порождать электрический ток, открыв явление электромагнитной индукции.

Рис. 1. Фарадей (1791—1867)

Рассмотрим с помощью компьютерной модели знаменитые опыты Фарадея.

Опыт 1. При вдвигании и выдвигании магнита возникает индукционный ток в катушке. Ток возникает также при движении катушки относительно магнита. Обратите внимание, что величина тока зависит от скорости относительного движения магнита и катушки.

Опыт 2. При включении или выключении тока в первичной катушке, создающей магнитное поле, в цепи индикаторной катушки также протекает короткий импульс тока.

Фарадей заметил в своих опытах общую закономерность: индукционный ток в катушке возникает тогда, когда изменяется число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку. Чтобы количественно описать эту закономерность, введем понятие потока магнитной индукции (магнитного потока).

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину

где B — модуль вектора магнитной индукции, α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура.

Рис. 2. Магнитный поток через замкнутый контур

Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м²:

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции _инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

ЭДС индукции в системе СИ измеряется в вольтах (В).

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение называется правилом Ленца (1833 г.).

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что _инд и всегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл — оно выражает закон сохранения энергии. При внесении магнита в кольцо (см. рисунок) происходит преобразование механической энергии в энергию магнитного поля.