Содержание

Обозначение

Магнитное поле

Сила Лоренца

Электромагнитная индукция

Закон электромагнитной индукции

Самоиндукция. Индуктивность

Энергия магнитного поля

Электродвижущая сила индукции

Направление индукционного тока

Условия возникновения индукционного тока

Магнитная индукция

Линии индукции магнитного поля

Полная индукция

Неполная индукция

Научная индукция

 Индукция - это электрическая и магнитная, физические величины, характеризующие (наряду с напряжённостями электрического и магнитного полей) электромагнитное поле. В вакууме эти характеристики совпадают с соответствующими напряжённостями, если пользоваться СГС системой единиц (Гаусса); в Международной системе единиц (СИ) они различаются постоянными множителями.

Электромагнитная индукция. В замкнутом контуре, находящемся в изменяемом магнитном потоке, возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией («индукция» означает «наведение»).

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток вызванный этой ЭДС называется индукционным током.

Магнитная индукция — векторная величина, показывающая, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью . Более совершенно точно, — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая на заряд , движущийся со скоростью , равна.

Является основной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора. Такое исследование позволяет представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной.

В системе СГС магнитная индукция поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ — в теслах (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Магнитная индукция В - это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь.

Подвесим горизонтальный прямолинейный проводник АС, являющийся частью электрической цепи, между полюсами широкого постоянного подковообразного магнита. Магнитное поле между полюсами магнита направлено сверху вниз. При замыкании цепи магнитные поля тока и магнита начинают взаимодействовать. Если ток в проводнике течет от А к С, как показано на рисунке , то проводник АС втягивается в промежуток между полюсами магнита, занимая положение А1С1, если же направление тока изменить на обратное, то проводник АС выталкивается из этого промежутка.

Следовательно, сила, с которой внешнее магнитное поле действует на прямолинейный проводник с током, расположенный перпендикулярно линиям магнитной индукции этого поля, направлена перпендикулярно как линиям индукции, так и проводнику. Направление этой силы определяется правилом левой руки: если положить левую руку на проводник так, чтобы четыре пальца указывали направление тока, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник. А. Ампер установил на основании опытов что сила ΔF, действующая в магнитном поле с индукцией В на небольшой прямолинейный участок Δl проводника с током I, перпендикулярна проводнику и магнитному полю и численно равна

ΔF = IΔlBsinα,

Сила, действующая на прямолинейный участок проводника с током в магнитном поле, равна силе тока, умноженной на векторное произведение длины этого участка и магнитной индукции. Если α = 90°, то действующая на проводник с током сила магнитного поля максимальна.

Магнитная индукция – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на единицу длины прямолинейного проводника с током, равным единице силы тока, расположенном перпендикулярно направлению поля.

За единицу магнитной индукции в системе СИ принята тесла (Тл), равная индукции однородного магнитного поля, действующего с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника с током 1 А, если проводник расположен перпендикулярно направлению поля. Размерность единицы магнитной индукции

[Т] = [Н]/[А]·[м] = кг · с-2 · А-1.

Вектор В направлен в каждой точке линии магнитной индукции по касательной к ней. Индукция В характеризует силовое действие магнитного поля на ток. Аналогичную роль играет напряженность Е электростатического поля, характеризующая его силовое действие на заряд.

Если α = 0 (или 180°), то ΔF = 0, т. е. при движении прямолинейного проводника с током параллельно линиям магнитной индукции, он не испытывает действия магнитного поля. 

Электростатическая индукция — явление наведения собственного электростатического поля, при действии на тело внешнего электрического поля. Явление обусловлено перераспределением зарядов внутри проводящих тел, а также поляризацией внутренних микроструктур у непроводящих тел. Внешнее электрическое поле может значительно исказиться вблизи тела с индуцированным электрическим полем. Электростатическая индукция в проводниках

Перераспределение зарядов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле внутри тела. При этом на противоположных сторонах  проводящего тела появятся противоположные наведённые(индуцированные) заряды.

Электростатическая индукция в диэлектриках

Диэлектрики в электростатическом поле поляризуются.

Наиболее массовое применение находит основанная на данном явлении электростатическая защита приборов и соединительных цепей.

Данный эффект используется в ряде приборов, например в генераторе Ван де Граафа.

 Магнитное поле

Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов согласно представлениям теории поля объясняется следующим образом: всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле, способное действовать на другие движущиеся электрические заряды.

В - физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Она называется магнитной индукцией (или индукцией магнитного поля).

Магнитная индукция - векторная величина. Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине:

Единица магнитной индукции. В Международной системе единиц за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (сокращенно: Тл), в честь выдающегося югославского физика Н. Тесла.

Магнитное поле постоянного электрического тока и постоянного магнита.

округ неподвижных электрических зарядов существует только электрическое поле. Движущиеся электрические заряды и изменяющиеся электрические поля создают в окружающем пространстве магнитное поле. Через магнитное поле осуществляются взаимодействия электрических токов, постоянных магнитов и токов с магнитами. Электрические взаимодействия токов пренебрежимо малы по сравнению с их магнитными взаимодействиями.

В современной физике магнитное поле характеризуют векторной величиной, называемой магнитной индукцией B, точное определение которой дано ниже. Принято считать, что вектор B в любой точке А магнитного поля совпадает по направлению с силой, действующей на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в А: на полюсы этой стрелки действует пара сил, устанавливающая ее в направлении B. Поэтому магнитные поля изучают с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые, намагничиваясь в нем, как бы превращаются в маленькие магнитные стрелочки.

 Магнитное поле прямолинейного тока наблюдают, продев сквозь расположенный горизонтально лист картона вертикальный прямолинейный провод, представляющий собой часть электрической цепи. Опилки-стрелочки при замыкании тока в цепи и после легкого постукивания по листу образуют цепочки в виде окружностей с общим центром на оси тока. Поэтому магнитное поле электрического тока графически изображают в виде линий магнитной индукции, аналогичных линиям напряженности электростатического поля. Линии магнитной индукции представляют собой окружности с центрами на оси тока, расположенные в плоскостях, перпендикулярных направлению тока. Их направление определяют по правилу правого винта: при поступательном движении винта в направлении тока его вращение указывает направление магнитного поля этого тока.

Различие между линиями магнитной индукции и линиями напряженности электростатического поля: первые замкнуты и окружают электрический ток; вторые – разомкнуты, начинаются на поверхности положительно заряженных тел и оканчиваются на поверхности отрицательно заряженных. 

Магнитное поле витка с током, или контура тока, показано рисунке (кружок с точкой означает, что в этом сечении ток направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам, а кружок с крестом - что ток направлен от нас). Направление линий магнитной индукции вдоль оси витка укажет магнитная стрелка, помещенная в его центре. Две противоположные стороны обтекаемой током поверхности можно сопоставить с двумя полюсами магнитной стрелки: сторону, из которой линии магнитной индукции выходят – с северным полюсом магнитной стрелки, а в которую они входят – с южным.

Направление магнитного поля витка с током можно определить также по правилу правого винта: если поместить острие винта в центре витка и вращать винт в направлении тока, то его поступательное движение укажет направление линий магнитной индукции.

Таким образом, существует взаимная связь направлений тока в замкнутом проводнике и его магнитного поля, их «сцепленность».

 Линии магнитной индукции катушки с током, или соленоида, входят в катушку со стороны ее южного магнитного полюса и выходят из северного. Внутри катушки, длина которой во много раз больше ее диаметра, магнитное поле однородно, т. е. линии магнитной индукции параллельны и плотность их одинакова.

Магнитное поле постоянного магнита можно наблюдать, насыпав железные опилки на лист картона, положенный на магнит. Вне прямого магнита оно похоже на магнитное поле катушки с током. С помощью железных опилок можно наблюдать магнитное поле только вне постоянного магнита.

Но линии магнитной индукции продолжаются и внутри постоянного магнита и замыкаются, как показано на рисунке. Из средней линии, проведенной через так называемую нейтральную область магнита, не выходят и в нее не входят линии индукции. К нейтральной области магнита железные и стальные предметы не притягиваются.

Магнитное поле соленоида.

Пусть соленоид длиной l, во много раз превышающей его диаметр, имеет N витков, по которым течет ток силой I. Если соленоид находится в вакууме (или воздухе), то магнитная индукция поля в нем численно равна

B0 = μ0 IN / l = μ0 In,

где n = N/l; In – число ампер-витков, приходящихся на единицу длины соленоида; μ0 – магнитная постоянная, характеризующая магнитное поле в вакууме.

Поле внутри длинного соленоида однородно и направлено от южного полюса (S) к северному (N). Модуль магнитной индукции поля в соленоиде пропорционален числу ампервитков, приходящихся на единицу его длины.

Магнитная постоянная

μ0 = 4π · 10-7 кг · м/(с2 · А2).

Сила Лоренца

Движение проводника с током в магнитном поле показывает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. На проводник действует сила Ампера FА = IBlsin a , а сила Лоренца действует на движущийся заряд:

где a - угол между векторами B и v .

Движение заряженных частиц в магнитном поле. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует силам , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости.Под действием магнитной силы частица приобретает ускорение, модуль которого равен:

В однородном магнитном поле эта частица движется по окружности. Радиус кривизны линии движения, по которой движется частица, определяется из условияоткуда следует,

Радиус кривизны линии движения является величиной постоянной, поскольку сила, перпендикулярная вектору скорости, меняется только ее направление, но не модуль. А это и означает, что данная линия движения является окружностью.

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:

Последнее выражение показывает, что период обращения частицы в однородном магнитном поле не зависит от скорости и радиуса линии движения ее движения.

Если напряженность электрического поля равна нулю, то сила Лоренца л равна магнитной силе м.

 Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции открыл Фарадей, который установил, что в замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при любом изменении магнитного поля, пронизывающего контур.

Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S - величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла а между вектором и нормалью к поверхности:

Ф=BScos

В СИ единица магнитного потока 1 Вебер (Вб) - магнитный поток через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно направлению однородного магнитного поля, индукция которого равна 1 Тл:

Электромагнитная индукция-явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Возникающий в замкнутом контуре, индукционный ток имеет такое направление, что своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван (правило Ленца).

Закон электромагнитной индукции

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока Ii в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции , пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Поэтому сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Известно, что если в цепи появился ток, это значит, что на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного заряда вдоль замкнутого контура называется электродвижущей силой (ЭДС). Найдем ЭДС индукции εi.

По закону Ома для замкнутой цепи ЭДС индукции совпадает по направлению с индукционным током, а этот ток в соответствии с правилом Ленца направлен так, что созданный им магнитный поток противодействует изменению внешнего магнитного потока.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна взятой с противоположным знаком скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур. Основной закон электромагнитной индукции.     

Основной закон электромагнитной индукции гласит, что индукционный ток возникает в проводящем контуре при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, охваченную этим контуром. Однако, производя

совершенно одинаковое изменение магнитного потока в различных контурах, отличающихся только материалом, из которого сделаны эти контуры, мы обнаружим, что в них индуцируются токи различной силы. Изготовим, например, две катушки, совершенно одинаковые по размерам, форме и числу витков, одну из медной проволоки, а другую из нихромовой проволоки того же сечения и длины, и поместим их в одно и то же магнитное поле, например внутрь длинного соленоида, одинаково ориентировав катушки по отношению к направлению поля. Выключая магнитное поле, мы обнаружим в обеих катушках индукционные токи, но сила тока в медной катушке будет в 70 раз больше, чем в нихромовой. Проводя разнообразные опыты подобного рода, мы убедимся, что индукционный ток тем больше, чем меньше электрическое сопротивление катушки, если все остальные условия опыта вполне одинаковы.

Это обстоятельство приводит к мысли, что при неизменных условиях опыта в катушке индуцируется определенная э. д. с, а сила тока, возникающего благодаря этому, определяется законом Ома и поэтому оказывается обратно пропорциональной электрическому сопротивлению цепи.

Для индукционных токов закон Ома сохраняет значение. Присоединим концы катушки, в которой индуцируется ток, к какой-нибудь цепи, сопротивление которой можно изменять, и выполним соответствующие измерения. Включим, например, катушку в сеть городского переменного тока, который, как известно, 100 раз в секунду изменяет свое направление и, следовательно, 100 раз в секунду уменьшается до нуля и вновь достигает максимального значения. Так как ток в катушке I, а значит, и его магнитное поле непрерывно изменяются, то в катушке II будет все время индуцироваться переменная э. д. с, направление которой также будет изменяться. В цепь индукционной катушки II включим в качестве индикатора тока лампочку накаливания и последовательно с ней реостат. Индукционный ток, переменный по силе и направлению, проходя через нить лампочки, будет ее нагревать и может довести до яркого накала. Не меняя ни катушек, ни их взаимного расположения, увеличим сопротивление индукционной цепи в два-три раза, передвигая движок реостата. Мы увидим, что лампочка будет светиться значительно более слабым, красноватым накалом, что указывает на уменьшение тока, идущего через нее.

Заменив лампочку тепловым амперметром, мы можем измерить силу индукционного тока; измеряя, кроме того, полное сопротивление всей цепи, мы убедимся в том, что и для индукционных токов справедлив закон Ома:

где I — сила тока, R — полное сопротивление цепи, т. е. сумма сопротивления индукционной катушки и сопротивления остальных частей цепи (реостата, лампочки, амперметра и т. д.), а через обозначена э. д. с. Индукции, остающаяся неизменной при изменении сопротивления цепи в наших опытах.

С понятием э. д. с. мы встречались уже раньше при рассмотрении вопроса об условиях возникновения и поддержания электрического тока в цепи. Существенное различие между случаями, рассмотренными ранее (гл. VI), и э. д. с. Индукции заключается в следующем. В случае гальванического элемента, аккумулятора или термоэлемента мы могли установить, что э. д. с. возникает в определенных местах цепи тока, именно, в пограничном слое между металлом и электролитом или в месте контакта двух различных металлов. В случае же индукции э. д. с. не сосредоточена в том или ином участке цепи, но действует во всей индукционной цепи в целом, т. е. во всех точках цепи, где изменяется поток магнитной индукции.

В случае витка, охватывающего линии поля, э. д. с. возникает во всех точках витка и может быть подсчитана для витка в целом. В случае нескольких витков то же происходит в каждом из них: э. д. с. катушки складывается из э. д. с. отдельных витков.

Закон Фарадея – закон, устанавливающий взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями. ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

Пусть в однородном магнитном поле В помещен прямолинейный отрезок проводника. При передвижении его перпендикулярно силовым линиям (заряды под действием магнитной силы начнут передвигаться вдоль проводника перпендикулярно к направлению и к вектору поля В.  Направление тока легко установить по правилу правой руки. Ток будет течь до тех пор, пока на концах проводника не образуются заряды противоположного знака, которые создадут электрическое поле Е, направленное против силы, действующей на заряд. Электрические и магнитные силы уравновесят друг друга, и движение зарядов прекратится. Заряды накапливаются на концах проводника. Если поместить в магнитное поле замкнутый контур и двигать его так, чтобы плоскость рамки была перпендикулярна линиям однородного магнитного поля В, то ток потечет по стороне ab от a к b, и по dc от d к c . Две другие стороны можно не рассматривать, так как сила, действующая на заряды, расположенные в проводнике, перпендикулярна к проводу, и движение зарядов прекращается. Если токи в сторонах ab и dc текут навстречу друг другу, что приводит к накоплению заряда, замкнутый ток по рамке не пойдет. Величина ЭДС вдоль рамки равна нулю.

При движении рамки в том же направлении dc выйдет из области, занимаемой магнитным полем, и поток магнитного поля через плоскость рамки начнет уменьшаться. В этом случае сила, действовавшая на заряды, принадлежащие стороне dc, исчезнет, и заряды, движущиеся от a к b, ничто уравновешивать не будет. По рамке пойдет замкнутый ток. То же самое будет наблюдаться при движении, например, соленоида относительно неподвижно лежащей рамки.

Наведенная в проводе ЭДС электромагнитной индукции пропорциональна величине магнитной индукции поля, в котором движется проводник, длине провода и скорости его движения в направлении, перпендикулярном к магнитным силовым линиям.

При изменении магнитного потока через контур начинает идти ток (индукционный или наведенный), который обязан своим возникновением электрическому полю. Величина ЭДС поля зависит от скорости изменения магнитного потока.

После того как в начале XIX века было установлено, что электрические токи порождают магнитные поля, ученые заподозрили, что должна наблюдаться и обратная закономерность: магнитные поля должны каким-то образом производить электрические эффекты. В 1822 году в своей записной книжке Майкл Фарадей записал, что должен найти способ «превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи у него ушло почти десять лет.

Не раз за эти годы он возвращался к этой проблеме, пока не придумал серию экспериментов, кажущихся крайне незамысловатым по современным меркам. На железную катушку в форме бублика, например, он с одной стороны намотал плотные витки длинного, заизолированного от железного сердечника проводника, подключаемые к сильной электрической батарее, а с другой — плотные витки электрического проводника, подключенного к гальванометру — прибору для обнаружения электрического тока. Железный сердечник был нужен для «поимки» силовых линий образующегося магнитного поля и передачи их внутрь контура второй обмотки.

Первые результаты пришли не сразу. Сначала, сколько Фарадей ни наблюдал за своей установкой, при протекании электрического тока по первичной обмотке тока во вторичной обмотке не возбуждалось. Могло показаться, что предположения Фарадея относительно «преобразования» электроэнергии в магнетизм и обратно ошибочны. И тут на помощь пришел случай: обнаружилось, к полному удивлению Фарадея, что стрелка гальванометра в цепи вторичной обмотки скачкообразно отклоняется от нулевого положения лишь при подключении или отключении батареи. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Самого по себе присутствия магнитного поля недостаточно. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Повторяя свои опыты и анализируя результаты, Фарадей вскоре пришел к выводу, что протекающий по контуру электрический заряд пропорционален изменению т. н. магнитного потока, проходящего через него. Представьте себе, что замкнутый электропроводящий контур положен на лист бумаги, через который проходят силовые линии магнитного поля. Магнитным потоком называется произведение площади контура на напряженность (условно говоря, число силовых линий) магнитного поля, проходящего через эту площадь перпендикулярно ей. В первоначальной формулировке закон электромагнитной индукции Фарадея гласил, что при изменении магнитного потока, проходящего через контур, по проводящему контуру протекает электрический заряд, пропорциональный изменению магнитного потока, который возбуждается без всякого внешнего источника питания типа электрической батареи. Не будучи до конца удовлетворенным формулировкой, в которой фигурировала столь трудноизмеримая величина, как электрический заряд, Фарадей вскоре объединил свой закон с законом Ома и получил формулу (иногда ее принято называть вторым законом электромагнитной индукции Фарадея) для определения электродвижущей силы, возникающей в результате изменения магнитного потока через контур.

Изменить магнитный поток через контур можно тремя способами:

изменить площадь контура;

изменить интенсивность магнитного поля;

изменить взаимную ориентацию магнитного поля и плоскости, в которой лежит контур.

Последний метод работает, поскольку при таком движении изменяется проекция магнитного поля на перпендикуляр к площади контура, хотя ни напряженность магнитного поля, ни площадь контура не меняются. Это очень важно с практической точки зрения, поскольку именно это явление лежит в основе действия любого электрогенератора. В самом простом варианте генератора проволочный контур вращается между полюсами сильного магнита. Поскольку в процессе вращения магнитный поток, проходящий через контур, постоянно меняется, по нему всё время протекает электрический ток. Согласно правилу Ленца, на протяжении одного полуоборота контура ток будет течь в одну сторону, а на протяжении следующего полуоборота — в другую. Собственно, по этому принципу и вырабатывается так хорошо нам знакомый переменный ток, который поступает в дома жителей всего мира по сетям энергоснабжения. И не важно, что частота его в Америке равна 60 герц, а в Европе — 50 герц; важен сам принцип его получения. А тот факт, что американские генераторы совершают 60 оборотов в секунду, а европейские — 50 оборотов в секунду, — это уже дань исторической традиции.

Электрогенераторы играли, играют и будут играть важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электричества — и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т. п.

Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей, демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу (John Peel), Канцлеру казначейства Англии, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, всё это очень интересно, а какой от всего этого толк?»

Самоиндукция. Индуктивность

Опыт показывает, что магнитный поток Ф , связанный с контуром, прямо пропорционален силе тока в этом контуре:

Ф = L*I .

Индуктивность контура L - коэффициент пропорциональности между проходящим по контуру током и созданным им магнитным потоком.

Индуктивность проводника зависит от его формы, размеров и свойств окружающей среды.

Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении магнитного потока, вызванном изменением тока, проходящего через сам контур.

Самоиндукция - частный случай электромагнитной индукции.

Индуктивность - величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на единицу за единицу времени. В СИ за единицу индуктивности принимают индуктивность такого проводника, в котором при изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В. Эта единица называется генри (Гн).

 Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции аналогично явлению инерции. Индуктивность при изменении тока играет ту же роль, что и масса при изменении скорости тела. Аналогом скорости является сила тока.

Значит энергию магнитного поля тока можно считать величиной, подобной кинетической энергии тела :

Предположим, что после отключения катушки от источника,ток в цепи убывает со временем по линейному закону.

ЭДС самоиндукции имеет в этом случае постоянное значение:

где I - начальное значение тока, t - промежуток времени, за который сила тока убывает от I до 0.

За время t в цепи проходит электрический заряд q = Icpt . Так как Icp = (I + 0)/2 = I/2 , то q=It/2 . Поэтому работа электрического тока:

Эта работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки. Таким образом, снова получаем:

Пример. Определите энергию магнитного поля катушки, в которой при токе 7,5 А магнитный поток равен 2,3*10 -3 Вб. Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшиться вдвое?

Энергия магнитного поля катушки W 1 = LI 1 2 /2. По определению, индуктивность катушки L = Ф/I 1. Следовательно,

Ответ: энергия поля равна 8,6 Дж; при уменьшении тока вдвое она уменьшится в 4 раза.

 Доставки от 1 кг: сборный груз Киров. Экспедирование. Упаковка., Услуги: доставка из Москвы в Свободный. Упаковка груза. Доставки от 1 кг: сборный груз Киров. Экспедирование. Упаковка., Услуги: доставка из Москвы в Свободный. Упаковка груза.

Возникновение э. д. с. Индукции в телах, движущихся в магнитном поле, может быть легко понято с точки зрения представления о силе Лоренца. Представим себе какое-нибудь тело, например стержень ab, движущийся в магнитном поле с индукцией В. Для простоты предположим, что направления стержня ab, магнитной индукции В и скорости движения v взаимно перпендикулярны . Движение стержня есть в то же время движение положительных и отрицательных зарядов, входящих в состав молекул этого стержня. И те и другие движутся в одну сторону, в сторону движения самого стержня ab. Магнитное поле действует на эти заряды, согласно, силой Лоренца, стремясь передвигать положительные заряды в одну сторону, к концу 6, а отрицательные в другую, к концу а. Таким образом, действие силы Лоренца приводит к возникновению э. д. с, которую мы и называем э. д. с. Индукции.

В случае движения металлического стержня положительные ионы, составляющие остов стержня, не могут перемещаться вдоль него, а отрицательные заряды — подвижные электроны — будут скапливаться

К объяснению электромагнитной индукции при помощи силы Лоренца. Между точками а и b стержня индуцируется э. д. с, направленная от точки b к точке а

в избытке у конца а; конец b будет характеризоваться недостатком электронов. Возникшее напряжение Uab и определяет собой э. д. с. Индукции. В случае движения столба электролита положительные и отрицательные ионы накапливаются под действием сил Лоренца на противоположных концах столба. В случае же движения диэлектрика разделение зарядов под действием силы Лоренца приводит к поляризации диэлектрика . Эти представления особенно удобны при исследовании возникновения э. д. с. Индукции в незамкнутых контурах, например в стержне, падающем в магнитном поле Земли.

Само собой разумеется, что, пользуясь правилами разложения векторов и указанием  относительно направления силы Лоренца, мы без труда разберем и те случаи, когда направление движения и направление поля составляют между собой или с направлением проводника углы, отличные от прямого. В частности, как легко видеть, э. д. с. Индукции равна нулю, если проводник движется параллельно направлению поля, т. е. угол между направлением скорости зарядов V и направлением индукции магнитного поля В равен нулю.

Конечно, для наглядного истолкования возникновения э. д. с. Индукции нельзя пользоваться силами Лоренца в тех случаях, когда индукция обусловлена изменением поля В в неподвижных проводниках. Но в случае индукции в движущихся проводниках, когда способ рассмотрения с помощью силы Лоренца применим, он дает не только качественную картину, но и правильное количественное выражение э, д. с. Индукции.

Электродвижущая сила индукции.

Итак, мы установили, что в процессе индукции возбуждается электродвижущая сила индукции, благодаря чему в проводниках возникает ток, сила которого определяется по закону Ома через электродвижущая сила индукции  и сопротивление цепи. Чем же определяется электродвижущая сила индукции? Если присмотреться ко всем индукционным опытам, то легко обнаружить, что сила индукционного тока в контуре, а следовательно, и электродвижущая сила индукции, оказывается различной в зависимости от того, быстро или медленно мы производим изменение магнитного потока, являющееся необходимым условием возникновения индукции. Чем медленнее происходит процесс изменения магнитного потока, тем меньше электродвижущая сила индукции и тем меньше индукционный ток при заданном сопротивлении цепи. Таким образом, осуществляя определенное изменение магнитного потока за различное время, мы получаем различную электродвижущая сила индукции. Если в момент t1 магнитный поток имел значение Ф1, а к моменту t2 его значение стало равным Ф2, то за время diesel=t2—t1 произошло изменение магнитного потока на DФ=Ф2—Ф1. Отношение DФ/diesel дает изменение магнитного потока в единицу времени, т. е. представляет собой скорость изменения магнитного потока. Измерения, выполненные при различных условиях опыта (в любом контуре, при любом изменении значения магнитного потока и т. д.), показывают, что электродвижущая сила индукции зависит только от скорости изменения магнитного потока. А именно:

Электродвижущая сила индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, причем в СИ коэффициент пропорциональности равен единице..

Само собой разумеется, что если магнитный поток изменяется с течением времени неравномерно, то отношение DФ/diesel дает среднюю скорость изменения магнитного потока, аналогичную средней скорости движения, и в соответствии с этим формула дает возможность вычислить среднюю электродвижущая сила индукции. Для определения мгновенного значения электродвижущая сила индукции в каждый момент времени нужно, так же как при определении скорости неравномерного движения, рассматривать изменение магнитного потока DФ за столь малый промежуток времени diesel, чтобы в течение этого промежутка можно было при наших способах измерения считать изменение магнитного потока равномерным. В таких случаях отношение DФ/diesel будет характеризовать скорость изменения магнитного потока для данного момента, а вычисленное на основании формулы значение DФ/diesel будет значением электродвижущая сила индукции для этого момента. Все эти рассуждения в точности повторяют рассуждения, относящиеся к определению мгновенной и средней скорости в механике.

В наших рассуждениях мы предполагали, что имеем дело с контуром, состоящим только из одного витка, т. е. с контуром, который один раз охватывает линии поля. В общем случае, когда индукционная катушка имеет N одинаковых витков, каждый из которых испытывает изменение потока DФ, электродвижущая сила индукции, очевидно, в N раз больше, потому что витки катушки соединены друг с другом последовательно и электродвижущая сила индукции, возникающие в каждом из витков, складываются. Таким образом, электродвижущая сила индукции, возникающая в катушке из N витков, пропорциональна числу витков и скорости изменения магнитного потока сквозь каждый виток катушки.

В случае, если витки неодинаковы, так что изменения магнитного потока через отдельные витки равны DФ1, DФ2, DФ3. .., сумма DФ1+DФ2+DФ3... есть полное изменение потока, пронизывающего все витки катушки, т. е. изменение потока через катушку в целом. Э. д. с. такой катушки

где DФ=DФ1+DФ2+DФ3+...

Формулы дают значение электродвижущая сила индукции. Что же касается направления электродвижущая сила индукции (направления индукционного тока), то оно определяется правилом Ленца.

Единицей магнитного потока в СИ служит вебер (Вб) — по имени немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера (1804—1891). Один вебер представляет собой поток через поверхность, площадь которой равна одному квадратному метру, пересекаемую перпендикулярными к ней линиями однородного поля с магнитной индукцией, равной одному тесла. При скорости изменения потока, равной 1 Вб/с, в контуре индуцируется э. д. с, равная 1 В.

Это катушка из большого числа витков проволоки, которая может быть приведена в быстрое вращение вокруг оси OO, совпадающей с ее вертикальным диаметром. При вращении этой катушки в магнитном поле Земли в ней возникает индукционный электрический ток. Разберите следующие три случая: а)индуктор вращается около вертикальной оси OO; б) ось вращения горизонтальна и направлена по магнитному меридиану (с севера на юг); в) ось вращения горизонтальна и направлена перпендикулярно к магнитному меридиану (с запада на восток). Какая составляющая земного магнитного поля обусловливает индукцию в каждом из этих случаев? В каком случае индукционный ток при прочих равных условиях будет наибольшим? Если наклонение в данном месте Земли равно 70°, то в каком из случаев — а) или б) — индукционный ток будет больше?

Катушка земного индуктора содержит 500 витков, площадь каждого витка равна 1200 см2. Индуктор вращается с частотой 20 об/с. Зная, что горизонтальная составляющая индукции земного поля в данном месте равна 5•10-5 Тл и что наклонение равно 60°, вычислите для каждого из случаев, разобранных в предыдущей задаче, среднее значение э. д. с. Индукции и максимальное значение потока магнитной индукции через один виток катушки.

В катушке без железного сердечника, имеющей длину 25 см и диаметр 10 см и содержащей 1000 витков, ток равномерно увеличивается на 1 А за 1 с. На эту катушку надета другая катушка, содержащая 100 витков. Какая электродвижущая сила индукции будет индуцироваться в ней?

Катушка, состоящая из 100 витков проволоки с радиусом витка 1 см, помещена между полюсами электромагнита. Концы ее присоединены к измерительному прибору, который показал, что при вынимании катушки из поля или выключении электромагнита в катушке протекает индуцированный заряд 6,28 мкКл. Сопротивление катушки равно 50 Ом, сопротивление гальванометра равно 1550 Ом. Вычислите магнитную индукцию в междуполюсном пространстве электромагнита.

Катушка, имеющая сопротивление 1000 Ом и состоящая из 100 витков с площадью 5 см2, была внесена в однородное поле междуполюсного пространства электромагнита так, что линии магнитного поля оказались перпендикулярными к плоскости витков катушки. При этом в ней индуцировался заряд 2 мкКл. Вычислите магнитную индукцию в междуполюсном пространстве магнита.

Какой заряд будет индуцирован в катушке предыдущей задачи, если мы повернем ее в междуполюсном пространстве электромагнита так, чтобы плоскость ее витков составила угол 30° с линиями поля?

 Направление индукционного тока

В опытах, описанных в предыдущем параграфе, мы видели. что в различных случаях направление индукционного тока может быть различно: отброс гальванометра происходил иногда в одну сторону, иногда — в другую. Теперь мы постараемся найти общее правило, которым определяется направление индукционного тока.

Для этого проследим внимательно за направлением тока в каком-нибудь индукционном опыте, например в опыте, изображенном на рис. 254, а. Схема этого опыта показана на рис. 261, причем каждая из катушек I и II изображена в виде одного витка, а стрелки Iперв и Iинд указывают соответственно направление первичного тока в катушке I и направление индукционного тока в катушке II.

Когда ток усиливается, — к случаю, когда он ослабляется. Мы видим, что в первом случае, т. е. при усилении магнитного поля, и следовательно, при увеличении магнитного потока, токи в катушках I и II имеют противоположные направления; напротив, в случае, когда индукция происходит вследствие ослабления магнитного поля, т. е. при уменьшении магнитного потока, оба тока Iперв и Iинд имеют одинаковые направления. Иначе можно сказать, что когда причиной индукции является усиление магнитного потока, пронизывающего площадь контура, то возникающий индукционный ток направлен так, что он ослабляет первоначальный магнитный поток. Полученный нами результат можно сформулировать в виде общего правила.

Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле уменьшает (компенсирует) изменение магнитного потока, являющееся причиной возникновения этого тока.

Это общее правило соблюдается во всех без исключения случаях индукции. Рассмотрим, в частности, случай, когда индукция вызывается перемещением контура или части его относительно магнитного поля. Обратим теперь внимание на такой факт. Когда в катушке возникает индукционный ток, она становится эквивалентной магниту, положение северного и южного полюсов которого можно определить по правилу бора. В случае а) на верхнем конце катушки возникает северный полюс, а в случае б) — южный полюс. Из этого рисунка мы видим, что когда мы приближаем к индукционной катушке, скажем, северный полюс магнита N, то на ближайшем к нему конце катушки возникает также северный полюс, а когда мы удаляем от катушки северный полюс магнита N, то на ближайшем конце катушки возникает южный полюс. Но, как мы знаем, магниты, обращенные друг к другу одноименными полюсами, отталкиваются, а разноименными,— притягиваются. Поэтому, когда индукция происходит вследствие приближения магнита к катушке, то силы взаимодействия между магнитом и индукционным током отталкивают магнит от катушки, а когда индукция происходит при удалении магнита от катушки, то они притягиваются друг к другу. Таким образом, для случаев, когда индукция происходит вследствие движения магнита или всего индукционного контура в целом, мы можем установить следующее общее правило, по существу равносильное правилу, сформулированному выше, но для этих случаев более удобное:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что взаимодействие его с первичным магнитным полем противодействует тому движению, вследствие которого происходит индукция.

Это правило носит название правила Ленца.

Правило Ленца стоит в тесной связи с законом сохранения энергии. В самом деле, представим себе, например, что при приближении северного полюса магнита N к соленоиду ток в нем имел бы направление, противоположное тому, какого требует правило Ленца.Направление индукционного тока, возникающего в контуре: а) при приближении к нему магнита.

В этом случае между соленоидом и магнитом возникли бы не силы отталкивания, а гравитационной силы. Магнит продолжал бы самопроизвольно и со все большей скоростью приближаться к соленоиду, создавая в нем все большие индукционные токи и тем самым все более увеличивая силу, притягивающую его к соленоиду. Таким образом, без всякой издержки внешней работы мы получили бы, с одной стороны, непрерывное ускоренное движение магнита к соленоиду, а с другой, все более возрастающий ток в соленоиде, способный производить работу. Ясно, что это невозможно и что индукционный ток не может иметь другого направления, чем то, которое указывается правилом Ленца. В том же можно убедиться, рассматривая и другие случаи индукции.

 Условия возникновения индукционного тока

Напомним некоторые простейшие опыты, в которых наблюдается возникновение электрического тока в результате электромагнитной индукции.

 Если катушку, состоящую из большого числа витков проволоки, быстро надевать на магнит или сдергивать с него, то в ней возникает кратковременный индукционный ток, который можно обнаружить по отбросу стрелки гальванометра, соединенного с концами катушки. То же имеет место, если магнит быстро вдвигать в катушку или выдергивать из нее. Значение имеет, очевидно, только относительное движение катушки и магнитного поля. Ток прекращается, когда прекращается это движение.

Рассмотрим теперь несколько дополнительных опытов, которые позволят нам в более общем виде сформулировать условия возникновения индукционного тока.

Первая серия опытов: изменение магнитной индукции поля, в котором находится индукционный контур (катушка или рамка).

Катушка помещена в магнитное поле, например, внутрь соленоида или между полюсами электромагнита. Установим катушку так, чтобы плоскость ее витков была перпендикулярна к линиям магнитного поля соленоида или электромагнита. Будем изменять магнитную индукцию поля, быстро изменяя силу тока в обмотке (с помощью реостата) или просто выключая и включая ток (ключом). При каждом изменении магнитного поля стрелка гальванометра дает резкий отброс; это указывает на возникновение в цепи катушки индукционного электрического тока. При усилении (или возникновении) магнитного поля возникнет ток одного направления, при его ослаблении (или исчезновении) — обратного. Проделаем теперь тот же опыт, установив катушку так, чтобы плоскость ее витков была параллельна направлению линий магнитного поля. Опыт даст отрицательный результат: как бы мы ни изменяли магнитную индукцию поля, мы не обнаружим в цепи катушки индукционного тока.

 Магнитная индукция

Подвесим горизонтальный прямолинейный проводник АС, являющийся частью электрической цепи, между полюсами широкого постоянного подковообразного магнита. Магнитное поле между полюсами магнита направлено сверху вниз. При замыкании цепи магнитные поля тока и магнита начинают взаимодействовать. Если ток в проводнике течет от А к С, как показано на рисунке, то проводник АС втягивается в промежуток между полюсами магнита, занимая положение А1С1, если же направление тока изменить на обратное, то проводник АС выталкивается из этого промежутка.

Следовательно, сила, с которой внешнее магнитное поле действует на прямолинейный проводник с током, расположенный перпендикулярно линиям магнитной индукции этого поля, направлена перпендикулярно как линиям индукции, так и проводнику. Направление этой силы определяется правилом левой руки: если положить левую руку на проводник так, чтобы четыре пальца указывали направление тока, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

А. Ампер установил на основании опытов что сила ΔF, действующая в магнитном поле с индукцией В на небольшой прямолинейный участок Δl проводника с током I, перпендикулярна проводнику и магнитному полю и численно равна

ΔF = IΔlBsinα,

где α – угол между направлениями Δl и B. Но ΔlBsinα – модуль векторного произведения ΔlхB, следовательно,

ΔF = IΔlхB.

Сила, действующая на прямолинейный участок проводника с током в магнитном поле, равна силе тока, умноженной на векторное произведение этого участка и магнитной индукции.

Если α = 0 (или 180°), то ΔF = 0, т. е. при движении прямолинейного проводника с током параллельно линиям магнитной индукции, он не испытывает действия магнитного поля.

Если α = 90°, то действующая на проводник с током сила магнитного поля максимальна

ΔF = IΔlB.

Тогда

B = ΔF/IΔl.

Магнитная индукция – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на единицу длины прямолинейного проводника с током, равным единице силы тока, расположенном перпендикулярно направлению поля.

За единицу магнитной индукции в системе СИ принята тесла (Т), равная индукции однородного магнитного поля, действующего с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника с током 1 А, если проводник расположен перпендикулярно направлению поля.

Размерность единицы магнитной индукции

[Т] = [Н]/[А]·[м] = кг · с-2 · А-1.

Вектор В направлен в каждой точке линии магнитной индукции по касательной к ней. Индукция В характеризует силовое действие магнитного поля на ток. Аналогичную роль играет напряженность Е электростатического поля, характеризующая его силовое действие на заряд.

Магнитное взаимодействие токов

Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. Он появился в Европе приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электроэнергией и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда (1820 г.). Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся повернуть стрелку. В том же году французский физик А. Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов.

По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако, опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.

Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции Вектор магнитной индукции определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора Такое исследование позволяет представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. Пример линий магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током приведен на рис.

Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются вихревыми. Картину магнитной индукции можно наблюдать с помощью мелких железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и, подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируются вдоль линий индукции.

Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения не только направления вектора но и его модуля. Проще всего это сделать, внося в исследуемое магнитное поле проводник с током и измеряя силу, действующую на отдельный прямолинейный участок этого проводника. Этот участок проводника должен иметь длину Δl, достаточно малую по сравнению с размерами областей неоднородности магнитного поля. Как показали опыты Ампера, сила, действующая на участок проводника, пропорциональна силе тока I, длине Δl этого участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции:

F ~ IΔl sin α. 

Эта сила называется силой Ампера. Она достигает максимального по модулю значения Fmax, когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной индукции. Модуль вектора определяется следующим образом:

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

F = IBΔl sin α. 

Это соотношение принято называть законом Ампера.

В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл).

Тесла – очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10–4 Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.

Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Если угол α между направлениями вектора и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера более удобно пользоваться правилом бура: воображаемый бор располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора Поступательное перемещение бурава будет показывать направление силы Ампера. Правило перки часто называют правилом правого винта.

Одним из важных примеров магнитного взаимодействия токов является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.

Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

В Международной системе единиц СИ коэффициент пропорциональности k принято записывать в виде:

k = μ0 / 2π, 

где μ0 – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно

μ0 = 4π·10–7 H/A2 ≈ 1,26·10–6 H/A2. 

Формула, выражающая закон магнитного взаимодействия параллельных токов, принимает вид:

 Отсюда нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля каждого из прямолинейных проводников. Магнитное поле прямолинейного проводника с током должно обладать осевой симметрией и, следовательно, замкнутые линии магнитной индукции могут быть только концентрическими окружностями, располагающимися в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Это означает, что векторы и магнитной индукции параллельных токов I1 и I2 лежат в плоскости, перпендикулярной обоим токам. Поэтому при вычислении сил Ампера, действующих на проводники с током, нужно в законе Ампера положить sin α = 1. Из закона магнитного взаимодействия параллельных токов следует, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением

 Для того, чтобы при магнитном взаимодействии параллельные токи притягивались, а антипараллельные отталкивались, линии магнитной индукции поля прямолинейного проводника должны быть направлены по часовой стрелке, если смотреть вдоль проводника по направлению тока. Для определения направления вектора магнитного поля прямолинейного проводника также можно пользоваться правилом сверла: направление вращения рукоятки электросверла совпадает с направлением вектора если при вращении бур перемещается в направлении тока .

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера:

Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10–7 H на каждый метр длины.

«Если какой-нибудь заряд переместился из одной точки в другую, то, очевидно, силы, действующие со стороны этого заряда на другие заряды, изменятся. При непрерывном движении заряда эти силы также должны меняться непрерывно; однако, если распространение действия заряда совершается с конечной скоростью, это изменение будет отставать от перемещения заряда, что приводит к значительным усложнениям теории действия электрических сил. Чтобы учесть специфические эффекты, возникающие при наличии движущихся зарядов, вводится дополнительная характеристика, которую мы и назвали индукцией магнитного поля. Введение этой характеристики позволяет существенно упростить всю теорию электрических явлений и не задумываться о том, что электрическое воздействие распространяется в пространстве с конечной скоростью. Так как приходится пользоваться двумя понятиями: напряженностью электрического поля и индукцией магнитного поля, - то явления, которые мы будем в дальнейшем изучать, получили общее название электромагнитные явления. Таким образом, известные еще из школьного курса магнитные силы представляют не что иное, как проявление электрических действий, вызванных движущимися зарядами. В природе не существует никаких особых магнитных зарядов, а есть только электрические заряды двух типов, условно называемые положительными и отрицательными. В заключение заметим, что в выражении для силы Лоренца не случайно стоит коэффициент с. Его значение соответствует скорости света в вакууме, а это как раз та самая максимальная скорость, с которой может распространяться электрическое поле заряда, возникшего в данной точке пространства.»

Т.е. в выражении для силы Лоренца (система СГС) коэффициент с - это скорость распространения изменений (смещений) электрического поля, которые в виде токов смещения сопровождают движение зарядов. Из выражения видно, что если бы изменения поля распространялись мгновенно, то никакой силы Лоренца (релятивистского эффекта) не возникало бы.

Магнитное поле можно рассматривать как релятивистский эффект (эффект движения), связанный с запаздыванием распространения электрического смещения поля, т.е. магнитные поля представляют распространяющиеся электрические смещения поля. Согласно формуле преобразования полей B = m0[vD], магнитные поля - это движущиеся электрические потоки. Таким образом, магнитную энергию можно трактовать как кинетическую энергию движущихся электрических потоков Wм = Mэv2 sin2a, где Mэ - масса электрического потока, v - скорость движения, a - угол между направлением движения и вектором D.

 «Магнитное поле как релятивистский эффект. До сих пор мы рассматривали магнитное поле как реальность, пользуясь для его обнаружения магнитной стрелкой. Движущиеся заряды взаимодействуют между собой не так, как неподвижные: сказывается запаздывание передачи воздействия одного из них на другой через посредство электрических полей. Однако подробно этот вопрос не рассматривался. Постоянные магнитные поля создаются постоянными токами. Картина получается стационарной, и, казалось бы, никакого запаздывания учитывать не надо.»

При движении заряда возникают эффекты, связанные с запаздыванием распространения электрического смещения поля, т.е. в пространстве возникают распространяющиеся со скоростью света смещения поля.

Сегодня уже не вызывает сомнения тот факт, что магнитных зарядов не существует, а магнитное поле возникает как чисто релятивистский эффект, но еще недостаточно рассмотрен сам механизм его возникновения. Постараюсь наглядно, насколько это возможно, описать электродинамические процессы, протекающие при движении электрических зарядов.

Возмущения поля не распространяются мгновенно, для возникновения возмущения требуется определенное время. При движении заряда возмущение поля (электрическое смещение), возникая в том месте, куда переместился заряд, и одновременно исчезая в том месте, откуда он переместился, образует в пространстве объемные токи электрического смещения, которые имеют обратное направление. Примеры расчетов обратных токов смещения приведены в учебниках.

Например, за пределами радиуса r от движущегося точечного заряда течет обратный ток смещения:

Iсм = -qv/2r.

Т.е., если заряд в 1 Кл движется со скоростью 2 м/с, то за пределами радиуса в 1 м течет обратный ток смещения силой в 1 А, плотность же обратного тока смещения на расстоянии 1 м равна 0.16 А/м2. Знак минус в формуле означает, что ток смещения течет в обратном направлении. Впереди же и позади движущегося заряда текут прямые токи смещения, их плотность: jсм = qv/2pr3. Полный ток равен сумме тока проводимости и тока смещения. При этом ток смещения возникает независимо от того, движется ли заряд самостоятельно или, например, по проводнику, где ток смещения распространяется в пространстве за пределами проводника и, если рядом находится другой проводник, то в нем обратный ток смещения будет переходить в ток проводимости - это явление называется электромагнитной индукцией.

Поэтому для тока смещения, как и для поля, действует принцип суперпозиции (для любого тока действует принцип суперпозиции), т.е., если движутся несколько зарядов, то их обратные токи смещения складываются в пространстве согласно принципу суперпозиции. Например, электромагнитная волна представляет периодически изменяющееся поле (переменный ток смещения) - сложение волн происходит согласно принципу суперпозиции.

При движении заряда в пространстве изменяется электрическое смещение поля, т.е. образуется вихревое электрическое поле - переменный ток смещения. При постоянном направленном движении электрических зарядов происходит суперпозиция токов смещения, которые представляют непрерывно распространяющиеся возмущения поля, и в окружающем пространстве возникает постоянный обратный ток смещения. Например, плотность обратного постоянного тока смещения вокруг тонкого прямого провода бесконечной длины:

jсм = -I/2pr2,

где r - расстояние от оси провода, I - постоянный ток в проводе.

Что отражает принцип суперпозиции полей - полевых потоков. Т.е. независимо от того движется заряд самостоятельно или, например, в проводнике, всегда в окружающем пространстве вместе с ним движется электрический поток (поток электрического смещения), представляющий обратный ток электрического смещения.

Иногда ошибочно считается, что ток смещения всегда связан с вихревым электрическим полем, но это неверно, так как, если ток смещения постоянный, вихревое электрическое поле отсутствует. Вихревое электрическое поле - это вихревой поток электрического смещения поля, т.е. переменный ток смещения. Рассмотрим такой пример: если между обкладками конденсатора поместить рамку, а в конденсаторе на какой-то период времени стабилизировать ток, сделав его постоянным, то кругового тока в рамке при любом ее положении не будет, несмотря на то, что между обкладками конденсатора будет течь постоянный ток смещения (будет постоянное магнитное поле). Таким образом, вихревое электрическое поле возникает при изменении плотности тока смещения, например, когда ток смещения между обкладками конденсатора возрастает или уменьшается, т.е. отсутствие вихревого электрического поля не говорит о том, что ток смещения отсутствует. С другой стороны, возникновение вихревого электрического поля всегда указывает на то, что в пространстве изменяется плотность тока смещения. Например, возникновение вихревого электрического поля при включении и выключении электромагнита говорит о том, что ток смещения при включении возрастает, а при выключении уменьшается. В период, когда магнитное поле не изменяется, плотность тока смещения также не изменяется и, соответственно, нет вихревого электрического поля, поэтому постоянное магнитное поле не действует на покоящиеся электрические заряды.

Введение Максвеллом тока смещения не только позволило предсказать существование электромагнитных волн, но и дало возможность понять физическую сущность электромагнитных явлений, т.е. наглядно представить электродинамику процессов, протекающих в полевой материи, так как любые изменения поля всегда связаны с токами смещения. Таким образом, линиями электрического тока смещения можно достаточно наглядно представить электродинамику полевых процессов. В книгах по электродинамике хотя и говорится, что при движении зарядов в окружающем пространстве текут токи смещения, но, к сожалению, ни одного рисунка, наглядно изображающего этот процесс, так и не удалось найти.

Обратные токи смещения, образованные распространением двух разноименных областей возмущения, возникающих при движении заряда, изображены линиями токов смещения, стрелки - направление токов как векторная сумма распространяющихся возмущений от двух разноименных областей. Надо заметить, что ток смещения "стекает" в (-)-область, хотя возмущение распространяется из (-)-области (аналогия с током проводимости, где отрицательно заряженные электроны движутся в одну сторону, но принято считать, что ток течет в обратном направлении). Распространение возмущения из (+)-области совпадает с направлением тока смещения. Токи смещения, порожденные движущимися зарядами, как и возмущения поля, распространяются в пространстве независимо от источников с одной и той же скоростью, равной скорости света, поэтому для них действует принцип суперпозиции, т.е. надо отдельно рассматривать каждый движущийся заряд, а потом суммировать все токи смещения, которые их сопровождают, на основе принципа суперпозиции. При движении цепочки зарядов поперечные токи смещения, имеющие встречное направление, взаимонейтрализуются, образуя постоянный обратный ток смещения, при этом также взаимонейтрализуется электрическая напряженность поля, связанная с токами смещения.

Ток проводимости представляет собой движение зарядов, поэтому в окружающем пространстве, согласно принципу суперпозиции, возникает обратный ток смещения, создаваемый движущимися зарядами. Когда ток течет по витку, то в окружающем пространстве возникает круговой ток смещения, имеющий обратное направление. При изменении тока смещения образуется вихревое электрическое поле. Если рядом с витком тока расположить, например, сверхпроводящий контур, то в нем за счет обратного объемного тока электрического смещения синхронно, но в обратном направлении возникает индукционный ток.

Также самоиндукция связана с обратными токами смещения, с запаздыванием распространения возмущений. При остановке зарядов обратные токи смещения, еще некоторое время продолжая течь (как возмущения поля), воздействуют на заряды.

Чтобы не задумываться о том, что электрическое воздействие (возмущение) распространяется в пространстве с конечной скоростью, вводятся линии магнитной индукции и рассматривается взаимодействие с ними электрических токов. Линии магнитной индукции не являются силовыми линиями (линиями действия силы), например, направление вектора магнитной силы, возникающей между параллельными проводниками с постоянным током, не совпадает с направлением линий магнитной индукции. Также в данном примере видно, что магнитное поле не является вихревым, так как у вихревых полей работа сил при движении по замкнутой линии может быть отлична от нуля, что является признаком вихревого поля. Вихревые поля могут возбуждать вихревые электрические токи. Таким образом, постоянное магнитное поле является соленоидальным, но не вихревым.

Работа сил вихревого электрического поля или вихревого магнитного поля при движении электрического заряда или магнита по замкнутой линии может быть отлична от нуля. Например, в электромагнитных волнах электрические и магнитные потоки являются вихревыми.

Магнитное поле, хотя соленоидально, но не всегда является вихревым. Надо заметить, что некоторые авторы книг по электродинамике путают соленоидальные поля с вихревыми, индукционные линии с силовыми. У электрического поля, действительно, индукционные линии совпадают с силовыми, но это никак не относится к магнитному полю, где индукционные линии не всегда совпадают с силовыми линиями действия поля

Также по линиям магнитной индукции, например, невозможно определить направление силы, действующей на покоящийся электрический заряд в момент включения эектромагнита в случае, когда магнит и заряд находятся в покое, т.е. по линиям магнитной индукции невозможно определить направление силы, действующей на покоящийся заряд в переменном магнитном поле. Представляя магнитное поле линиями токов смещения, таких проблем не возникает. По силе, действующей на покоящийся электрический заряд в момент включения электромагнита, можно определить направление тока смещения в конкретной точке магнитного поля. Изменение любого электрического тока всегда связано с электрической напряженностью.

Данное правило по сути является неверным, так как не учитываются токи смещения (магнитное поле вообще не действует на покоящиеся заряды). Правильной же является такая формулировка: переменное магнитное поле представляет переменный ток электрического смещения, который проявляется как вихревое электрическое поле и оказывает силовое действие на покоящиеся электрические заряды. Например, если покоящийся заряд находится в центре соленоида, то при включении или выключении тока в соленоиде на заряд не действует сила, несмотря на то, что изменяется поток магнитной индукции, так как в центре соленоида ток смещения отсутствует и, соответственно, отсутствует вихревое электрическое поле. Достаточно взглянуть на примеры в учебниках, из которых видно, что ток смещения в центре соленоида отсутствует.

Таким образом, в центре соленоида переменное магнитное поле не оказывает силового действия на покоящиеся электрические заряды и не приводит их в движение. Ось соленоида - это "мертвая" линия магнитного поля, вокруг которой текут электрические токи смещения. Такая "мертвая" линия имеется у любого магнита.

Для примера рассмотрим также другой эксперимент, где электромагнитная индукция возникает "без магнитного поля".

В центральной точке между двумя электромагнитами, где магнитное поле, согласно принципу суперпозиции полей, равно нулю, установлен пробный электрический заряд.

[N] (+) [S]

[N] и [S] - полюса двух электромагнитов, (+) - пробный положительный электрический заряд.

Если электромагниты выключать по отдельности, то на заряд будет действовать сила, направленная вверх.

При одновременном выключении электромагнитов на заряд также будет действовать сила, направленная вверх, хотя магнитное поле в точке, где находится заряд, всегда будет оставаться равным нулю. Т.е. в точке, где находится заряд, магнитное поле не изменяется и всегда равно нулю, но тогда почему на заряд действует сила? Парадокс с электромагнитной индукцией можно объяснить присутствием токов смещения, которые текут в одном направлении и складываются согласно принципу суперпозиции. Обнаружить токи смещения можно по силе действующей на заряд в момент включения или выключения электромагнита. Данный пример показывает, что переменный ток смещения, действует на покоящийся электрический заряд даже в тех точках поля, где нет магнитной индукции. В приведенном примере электромагниты можно заменить на постоянные магниты, которые раздвигаются симметрично относительно покоящегося заряда. Также можно привести и другие примеры, например, возникновение индукционного тока внутри трубки, по которой течет переменный ток, хотя магнитная индукция внутри трубки отсутствует. Т.е., рассматривая переменные магнитные поля, необходимо учитывать не только магнитную индукцию, но и токи смещения.

Магнитное поле внутри провода, имеющего вид трубки, отсутствует, но индукционный ток возникает, т.е. изменяющийся ток смещения проявляется как вихревое электрическое поле. Плотность обратного постоянного тока смещения в центре прямого провода бесконечной длины, имеющего вид трубки:

jсм = -I/2pr2,

где r - радиус провода, I - постоянный ток в проводе.

В пространстве вокруг магнита (в магнитном поле) непрерывно текут токи электрического смещения, которые можно обнаружить, например, как вихревые электрические поля при включении и выключении электромагнита, так как вихревые электрические поля представляют переменные (вихревые) потоки электрического смещения, а это есть переменные токи электрического смещения.

У магнитного поля между обкладками конденсатора линии магнитной индукции имеют противоположное направление. Например, сверхпроводящий контур между обкладками конденсатора имеет противоположное направление тока, так как токи смещения между обкладками конденсатора "прямые", а не "обратные".

Надо заметить, что вихревое электрическое поле между обкладками конденсатора возникает только в момент изменения тока, а в тот период времени, когда ток смещения постоянный, вихревое электрическое поле отсутствует и в контуре круговой ток не возникает, поэтому между током смещения и круговым током в контуре имеется сдвиг фаз, если контур не сверхпроводящий.

Также направление линий магнитной индукции между обкладками конденсатора можно определить по повороту рамки (контура с током), если синхронно подать переменный ток на конденсатор и рамку. При одновременном изменении тока момент силы в рамке сохраняет свое направление. В процессе заряда и разряда конденсатора по его обкладкам течет электрический ток; зная, что проводники притягиваются, когда направление тока совпадает, можно представить, как развернутся рамки с током между обкладками конденсатора - ориентация рамок указывает направление линий магнитной индукции. На рисунке показано, как развернутся рамки с током, стрелки - направление токов.

Во многих случаях магнитное поле удобнее представлять линиями электрического тока смещения или как движущиеся электрические потоки, тем самым из-за наглядности уменьшается вероятность технических ошибок. Например, в учебной литературе направление линий магнитной индукции между обкладками конденсатора изображено неправильно - в обратную сторону. Видимо, за всю историю магнетизма на самом деле никто экспериментально не проверил направление линий магнитной индукции между обкладками конденсатора (не было практической необходимости, хотя проверить не сложно). Надо заметить, что направление магнитной индукции между обкладками конденсатора можно просто определить по правилу возникновения магнитной индукции: если ладонь левой руки расположить так, чтобы четыре пальца указывали направление движения электрического потока, а вектор D входил в ладонь, тогда отставленный большой палец укажет направление вектора B (B = m0[vD]). Т.е., чтобы определить направление линий магнитной индукции, достаточно рассмотреть движение электрических потоков, связанных с зарядами, которые движутся в обкладках конденсатора. Остается надеяться, что авторы книг по электродинамике учтут замечания и исправят обнаруженные ошибки.

Рассмотрим еще один пример. Возьмем два цилиндра, один из которых имеет электрический заряд, а другой представляет собой постоянный магнит. Если закрепить их на одной оси, проходящей через центр цилиндров, как изображено на рисунке, и начать вращать (синхронно и в одном направлении), то в зависимости от направления вращения цилиндры будут либо притягиваться, либо отталкиваться, так как заряженный цилиндр будет своим вращением создавать круговой электрический ток и, соответственно, магнитное поле. Нарушение симметрии между правым и левым вращением относительно полевого пространства позволяет построить электромагнитный датчик, измеряющий направление и скорость вращения.

Вращательное движение магнита, в отличие от прямолинейного движения, не создает вихревого электрического поля, т.е. между вращающимися цилиндрами возникает только сила Лоренца, по которой можно определить направление и скорость вращения. При одновременном прямолинейном движении возникающая сила Лоренца между магнитом и зарядом уравновешивается вихревым электрическим полем, которое создает движущийся магнит, образуя в пространстве изменяющееся магнитное поле (изменяющийся магнитный поток). При вращательном же движении цилиндрического магнита с осью вращения, проходящей через полюса, вихревое электрическое поле не возникает, так как магнитное поле в пространстве не изменяется. На этом принципе могут действовать различные конструкции автономных электромагнитных датчиков вращения относительно полевого пространства, для которых не нужны внешние ориентиры, например, такие датчики могут быть использованы в космосе.

Потоки электрического смещения поля измеряются в кулонах, поэтому распространяющиеся изменения поля (движущиеся потоки) представляют собой ток смещения. Потоки бывают постоянные (электростатические поля), переменные и вихревые. Вихревое электрическое поле - это вихревой поток электрического смещения поля, что представляет переменный ток смещения. Постоянное магнитное поле - это постоянный ток смещения, не представляющий вихревое электрическое поле, поэтому оно не действует на покоящиеся электрические заряды; распространяющиеся изменения электрического поля (движущиеся потоки) являются постоянными - ток смещения постоянный. Замкнутый постоянный ток смещения, так же как и ток в сверхпроводящем кольце, не создает электрической напряженности поля.

Хотя приведенное описание процессов не является достаточно полным и безупречным, оно дает представление о механизме электромагнитной индукции. С другой стороны, более привычно представлять электродинамические взаимодействия через дополнительную характеристику - индукцию магнитного поля, отсюда название - электромагнитные взаимодействия, хотя реально в природе существует только электрическое поле, а магнитное поле образовано движущимися электрическими потоками B = m0[vD] и связанными с ними токами смещения.

 «В результате магнитное поле можно рассматривать как неизбежный релятивистский результат движения электрических зарядов (тока) и нестационарности создаваемого ими электрического поля (тока смещения).»

«Поле, порожденное движущимися зарядами, распространяется в свободное от них пространство независимо от источников с одной и той же скоростью . «Таким образом, появление магнитного поля токов есть чисто релятивистский эффект и никакой новой физической субстанции (например, в виде магнитных зарядов) появляться не должно, что и подтверждается экспериментально».

Так как магнитное взаимодействие представляет электродинамический процесс, для магнитного поля больше подходит термин "электродинамический эффект". Но несмотря на это, чтобы не возникала путаница, в тексте сохранена привычная терминология, т.е. используется термин "релятивистский" эффект, а не "электродинамический".

Надо заметить, иногда возникновение магнитного поля пытаются объяснить тем, что при движении зарядов напряженность электрического поля в направлении, перпендикулярном движению, возрастает по отношению к покоящимся зарядам.

Приводя идеалистические интерпретации, всегда как бы забывают рассмотреть симметричное движение разноименных зарядов. Например, две разноименно заряженные плоскости одновременно движутся в противоположных направлениях, при этом все равно возникает магнитное поле, т.е., если перпендикулярно плоскостям движется заряд, то на него будет действовать сила Лоренца. Таким образом, нельзя объяснить возникновение магнитного поля как возрастание электрической напряженности поля движущихся зарядов. Поэтому для магнитного поля правильнее вернуться к старой терминологии - "электродинамическое взаимодействие" или "электродинамический эффект".магнитная индукция В численно равна отношению силы,

действующей на заряженную частицу со стороны магнитного поля, к произведению абсолют значения заряда и скорости частицы, если направление скорости частицы таково, что эта сила максимальна. Вектор В направлен перпендикулярно вектору силы (Fм)макс действующей на положительно заряженную частицу (q> 0), и вектору скорости v частицы так, что из конца вектора В вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы (Fм)макс к направлению скорости v видно происходящим против часовой стрелки. Иначе говоря, векторы (Fм)макс, v и В образуют правую тройку

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках векторы магнитной индукции одинаковы как по модулю, так и по направлению. В противном случае магнитное поле называется неоднородным.

Для графического изображения стационарного, т. е. не изменяющегося со временем, магнитного поля пользуются методом линий магнитной индукции.

Линиями магнитной индукции (силовыми линиями магнитного поля) называются линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линии магнитной индукции совпадает с направлением вектора В в этой точке поля.

Линии магнитной индукции проще всего наблюдать с помощью мелких

Игольчатых железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (свободная магнитная стрелка разворачивается в магнитном поле так, чтобы ось стрелки, соединяющая ее южный полюс с северным, совпадала с направлением В).

Направление линий индукции определяется по правилу бора: если ввинчивать бурав по направлению вектора плотности тока в проводнике, то направление движения рукоятки бура укажет направление линий магнитной индукции.

 Линии индукции магнитного поля

тока ни в каких точках не могут обрываться, т. е. ни начинаться, ни кончаться: они либо замкнуты (рис. б, в, г), либо бесконечно навиваются на некоторую поверхность, всюду плотно заполняя ее, но никогда не возвращаясь вторично в любую точку поверхности.

Для сравнения магнитного поля с электростатическим полезно напомнить, что линии напряженности электростатического поля разомкнуты. Они начинаются на положительных зарядах, оканчиваются на отрицательных и вблизи от заряженного проводника направлены перпендикулярно его поверхности.

Из сопоставления рис. а и г видно, что магнитное поле вне соленоида, длинной катушки с током, подобно магнитному полю полосового магнита. Северный полюс магнита совпадает с тем концом соленоида, из которого ток в витках виден идущим против часовой стрелки. Линии магнитной индукции постоянного магнита выходят из его северного полюса и входят в южный. На первый взгляд кажется, что здесь имеется полная аналогия с линиями напряженности электростатического поля, причем полюсы магнита играют роль магнитных «зарядов» (магнитных масс), создающих магнитное поле. Однако опыты показали, что, разрезая постоянный магнит на части, нельзя разделить его полюсы, т. е. нельзя получить магнит либо с одним северным, либо с одним южным полюсом. Каждая сколь угодно малая часть постоянного магнита всегда имеет оба полюса. Следовательно, в отличие от электрических зарядов свободных магнитных «зарядов» в природе не существует. Нет их и в полюсах постоянных магнитов. Поэтому линии магнитной индукции не могут обрываться на полюсах.

Полная аналогия между магнитными полями полосовых магнитов и соленоидов позволила французскому физику А. Амперу высказать (1821 - 1822) гипотезу о том, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены существующими в них микротоками. О природе и характере этих микротоков Ампер ничего не мог сказать, так как в то время учение о строении вещества находилось еще в начальной стадии. Лишь после открытия электрона и выяснения строения атомов и молекул, т. е. спустя почти 100 лет, гипотеза Ампера была блестяще подтверждена и легла в основу современных представлений о магнитных свойствах вещества. Гипотетические микротоки Ампера получили простое и наглядное истолкование: они связаны с движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

По формуле можно найти силу, действующую со стороны магнитного поля на движущуюся в нем заряженную частицу, только если скорость частицы v перпендикулярна вектору В. Сила FM направлена перпендикулярно скорости v заряженной частицы и сообщает частице только нормальное ускорение. Иными словами, сила FM не совершает работы и вызывает лишь искривление линии движения частицы. Поэтому при движении свободной заряженной частицы в магнитном поле ее кинетическая энергия не изменяется.

Если на движущуюся частицу с электрическим зарядом q одновременно действуют и магнитное, и электрическое поля, то результирующая сила F, называемая силой Лоренца, равна сумме двух составляющих - электрической и магнитной:

где Е - напряженность электрического поля. Иногда под силой Лоренца понимают только магнитную составляющую силы F.

Разделение силы Лоренца F на электрическую и магнитную составляющие относительно, т. е. эти составляющие зависят от выбора инерциальной системы отсчета. Дело в том, что при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой изменяются не только скорость v заряженной частицы, но также и силовые характеристики Е и В полей. Соответственно разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное поля тоже относительно.

Американский физик Э. Холл провел эксперимент (1879), в котором пропускал постоянный ток I через пластинку М, изготовленную из желтого металла, и измерял разность потенциалов между противолежащими точками А и С на верхней и нижней гранях. Эти точки лежат в одном и том же поперечном сечении проводника М. Поэтому, как и следовало ожидать, оказалось, что . Когда пластина с током была помещена в однородное магнитное поле, перпендикулярное ее боковым граням, то потенциалы точек А и С стали разными. Это явление получило название эффекта Холла. Было установлено, что разность потенциалов между точками А и С пропорциональна силе тока I, индукции В и обратно пропорциональна ширине b пластинки, т. е.

Дальнейшие исследования показали, что эффект Холла наблюдается во всех проводниках полупроводниках независимо от их материала. Изменение направления тока или вектора В на противоположное вызывает изменение знака разности потенциалов Числовое значение постоянной Холла R зависит от материала пластинки М, причем этот коэффициент для одних веществ положителен, а для других отрицателен.

Магнитная составляющая силы Лоренца FM = q[vB]. При указанных направлениях тока в пластинке М и вектора В сила FM направлена вверх (вдоль положительного направления оси OZ). Под действием силы FM частицы должны отклоняться к верхней грани пластинки, так что на верхней грани будет избыток зарядов того же знака, что и q, а на нижней избыток зарядов противоположного знака. В результате этого в пластинке возникнет поперечное электрическое поле, направленное сверху вниз, если заряды q положительны, и снизу вверх, если они отрицательны. Пусть напряженность образовавшегося кулоновского поля будет Е. Сила qЕ, действующая со стороны поперечного электрического поля на заряд q, направлена в сторону, противоположную силе FM . В случае установившегося состояния сила Лоренца ,  действующая на носитель заряда q, равна нулю.

Отсюда видно, что знак постоянной Холла совпадает со знаком заряда q частиц, обусловливающих проводимость данного материала. Поэтому на основании измерения постоянной Холла для полупроводника можно судить о природе его проводимости: если R<0, то проводимость электронная, если R>0, то дырочная. Если в полупроводнике одновременно осуществляются оба типа проводимости, то по знаку постоянной Холла можно судить о том, какой из них является преобладающим.

С помощью постоянной Холла можно также определить концентрацию

носителей заряда, если характер проводимости и их заряд известны (например, для металлов):

Так, для одновалентных металлов оказалось, что концентрация электронов проводимости совпадает с концентрацией атомов.

Зная постоянную Холла для электронного проводника, можно оценить

значение средней длины свободного пробега электронов.

где е и т - абсолютное значение заряда электрона и его масса; - средняя скорость теплового движения электронов в проводнике; - удельная электрическая проводимость.

После того как в начале XIX века было установлено, что электрические токи порождают магнитные поля (см. Открытие Эрстеда, закон Био—Савара), ученые заподозрили, что должна наблюдаться и обратная закономерность: магнитные поля должны каким-то образом производить электрические эффекты. В 1822 году в своей записной книжке Майкл Фарадей записал, что должен найти способ «превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи у него ушло почти десять лет.

Не раз за эти годы он возвращался к этой проблеме, пока не придумал серию экспериментов, кажущихся крайне незамысловатым по современным меркам. На железную катушку в форме бублика, например, он с одной стороны намотал плотные витки длинного, заизолированного от железного сердечника проводника, подключаемые к сильной электрической батарее, а с другой — плотные витки электрического проводника, подключенного к гальванометру — прибору для обнаружения электрического тока. Железный сердечник был нужен для «поимки» силовых линий образующегося магнитного поля и передачи их внутрь контура второй обмотки.

Первые результаты пришли не сразу. Сначала, сколько Фарадей ни наблюдал за своей установкой, при протекании электрического тока по первичной обмотке тока во вторичной обмотке не возбуждалось. Могло показаться, что предположения Фарадея относительно «преобразования» электроэнергии в магнетизм и обратно ошибочны. И тут на помощь пришел случай: обнаружилось, к полному удивлению Фарадея, что стрелка гальванометра в цепи вторичной обмотки скачкообразно отклоняется от нулевого положения лишь при подключении или отключении батареи. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Самого по себе присутствия магнитного поля недостаточно. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Познание в любой области науки и практики начинается с эмпирического познания. В процессе наблюдения однотипных природных и социальных явлений фиксируется внимание на повторяемости у них определенных признаков. Устойчивая повторяемость наводит на мысль (индуцирует), что каждый из таких признаков является не индивидуальным, а общим, присущим всем явлениям определенного класса. Логический переход от знания об отдельных явлениях к знанию общему совершается в этом случае в форме индуктивного умозаключения, или индукции (от латинского inductio "наведение"). Индуктивным называется умозаключение, в котором на основании принадлежности признака отдельным предметам или частям некоторого класса делают вывод о его принадлежности классу в целом. В истории денежной единице США, например, было установлено, что доллар неплохо обращается, а Америке, Европе, Азии и Австралии. Учитывая принадлежность этих частей света можно сделать индуктивное умозаключение, что доллар он и в Африке доллар. В основе логического перехода от посылок к заключению в индуктивном выводе лежит подтверждаемое тысячелетней практикой положение о закономерном развитии мира, всеобщем характере причинной связи, проявлении необходимых признаков явлений через их всеобщность и устойчивую повторяемость. Именно эти методологические положения оправдывают логическую состоятельность и эффективность индуктивных выводов. Основная функция индуктивных выводов в процессе познания генерализация, т.е. получение общих суждений. По своему содержанию и познавательному значению эти обобщения могут носить различный характер от простейших обобщений повседневной практики до эмпирических обобщений в науке или универсальных суждений, выражающих всеобщие законы. История науки показывает, что многие открытия в микроэкономике были сделаны на основе индуктивного обобщения эмпирических данных. Индуктивная обработка результатов наблюдений предшествовала классификации спроса и предложения. Индуктивным обобщениям обязаны многие гипотезы в современной науке. Полнота и законченность опыта влияют на строгость логического следования в индукции, предопределяя, в конечном счете, демонстративность или недемонстративность этих умозаключений. В зависимости от полноты и законченности эмпирического исследования различают два вида индуктивных умозаключений: полную индукцию и неполную индукцию. Рассмотрим их особенности.

Полная индукция

 Полная индукция это умозаключение, в котором на основе принадлежности каждому элементу или каждой части класса определенного признака делают вывод о его принадлежности классу в целом. Индуктивные умозаключения такого типа применяются лишь в тех случаях, когда имеют дело с закрытыми классами, число элементов, в которых является конечным и легко обозримым. Например, число государств в Европе, количество промышленных предприятий в данном регионе, число нормальных предметов в этом семестре и т.п. Представим, что перед комиссией поставлена задача проверить знания такой интереснейшей дисциплины как логика в группе ФЭУ 410. Известно, что в его состав входят 25 студентов. Обычный способ проверки в таких случаях анализ знаний каждого из 25 студентов. Если окажется, что все они знают предмет, то тем самым можно сделать обобщающее заключение: все студенты ФЭУ 410 отлично знают логику. Выраженная в посылках этого умозаключения информация о каждом элементе или каждой части класса служит показателем полноты исследования и достаточным основанием для логического переноса признака на весь класс. Тем самым вывод в умозаключении полной индукции носит демонстративный характер. Это означает, что при истинности посылок заключение в выводе будет необходимо истинным. В одних случаях полная индукция дает утвердительные заключения, если в посылках фиксируется наличие определенного признака у каждого элемента или части класса. В других случаях в качестве заключения может выступать отрицательное суждение, если в посылках фиксируется отсутствие определенного признака у всех представителей класса. Познавательная роль умозаключения полной индукции проявляется в формировании нового знания о классе или роде явлений. Логический перенос признака с отдельных предметов на класс в целом не является простым суммированием. Знание о классе или роде это обобщение, представляющее собой новую ступень по сравнению с единичными посылками. Демонстративность полной индукции позволяет использовать этот вид умозаключения в доказательном рассуждении. Применимость полной индукции в рассуждениях определяется практической перечислимостью множества явлений. Если невозможно охватить весь класс предметов, то обобщение строится в форме неполной индукции.

 Неполная индукция.

Неполная индукция это умозаключение, в котором на основе принадлежности признака некоторым элементам или частям класса делают вывод о его принадлежности классу в целом. Неполнота индуктивного обобщения выражается в том, что исследуют не все, а лишь некоторые элементы или части класса. Логический переход в неполной индукции от некоторых ко всем элементам или частям класса не является произвольным. Он оправдывается эмпирическими основаниями объективной зависимостью между всеобщим характером признаков и устойчивой их повторяемостью в опыте для определенного рода явлений. Отсюда широкое использование неполной индукции в практике. Так, например, во время реализации определенного продукта заключают о спросе, рыночной цене и других характеристиках большой политической партии этого продукта на основе первых выборочных поставок. В производственных условиях по выборочным образцам заключают о качестве той или иной массовой продукции, например, черного золота, металлического листа, проволоки, молока, круп, муки в пищевой промышленности. Индуктивный переход от некоторых ко всем не может претендовать на логическую необходимость, поскольку повторяемость признака может оказаться результатом простого совпадения. Тем самым для неполной индукции характерно ослабленное логическое следование истинные посылки обеспечивают получение не достоверного, а лишь проблематичного заключения. При этом обнаружение хотя бы одного случая, противоречащего обобщению, делает индуктивный вывод несостоятельным. На этом основании неполную индукцию относят к правдоподобным (недемонстративным) умозаключениям. В таких выводах заключение следует из истинных посылок с определенной степенью вероятности, которая может колебаться от маловероятной до весьма правдоподобной. Существенное влияние на характер логического следования в выводах; неполной индукции оказывает способ отбора исходного материала, который проявляется в методичности или систематичности формирования посылок индуктивного умозаключения. По способу отбора различают два вида неполной индукции: индукцию путем перечисления, получившую название популярной индукции, и индукцию путем отбора, которую называют научной индукцией. В процессе многовековой деятельности люди наблюдают устойчивую повторяемость многих явлений. Начатой основе возникают обобщения, которые используются для объяснения наступивших и предвидение будущих событий и явлений. Такого рода обобщения бывают связаны с наблюдениями над погодой, влиянием цены на качество, спроса на предложение. Логический механизм большинства таких обобщений популярная индукция. Ее иногда, называют индукцией через простое перечисление. Повторяемость признаков во многих случаях действительно отражает всеобщие свойства явлений. Построенные на ее основе обобщения выполняют важную функцию направляющих начал в практической деятельности людей. Без таких простейших обобщений невозможен ни один вид трудовой деятельности, будь то совершенствование орудий труда, развитие мореплавания, успешное ведение земледелия, контакты между людьми в социальной среде. Популярная индукция определяет первые шаги и в развитии научных знаний. Любая наука начинает с эмпирического исследования наблюдения над соответствующими объектами с целью их описания, классификации, выявления устойчивых связей, отношений и зависимостей. Первые обобщения в науке обязаны простейшим индуктивным заключениям путем простого перечисления повторяющихся признаков. Они выполняют важную эвристическую функцию первоначальных предположений, догадок и гипотетических объяснений, которые нуждаются в дальнейшей проверке и уточнении. Чисто перечислительное обобщение возникает уже на уровне приспособительно-рефлекторных реакций животных, когда повторяющиеся раздражения подкрепляют условный рефлекс. На уровне человеческого сознания повторяющийся признак у однородных явлений не просто порождает рефлекс или психологическое чувство ожидания, а наводит на мысль о том, что повторяемость результат не чисто случайного стечения обстоятельств, а проявление каких-то невыявленных зависимостей. Обоснованность выводов в популярной индукции определяется главным образом количественном показателем: соотношением исследованного подмножества предметов (образца или выборки) ко всему классу (популяции). Чем ближе исследованный образец ко всему классу, тем основательнее, а значит, и вероятнее будет индуктивное обобщение. В условиях, когда исследуются лишь некоторые представители класса, не исключается возможность ошибочного обобщения. Примером этому может служить полученное с помощью популярной индукции и долгое время бытовавшее в Европе обобщение "Все лебеди белые". Оно строилось на основе многочисленных наблюдений при отсутствии противоречащих случаев. После того как высадившиеся в Австралии в XVII в. европейцы обнаружили черных лебедей, генерализация оказалась опровергнутой. Ошибочные заключения о выводах популярной индукции могут появиться по причине несоблюдения требований об учете противоречащих случаев, которые делают обобщение несостоятельным. Ошибочные индуктивные заключения могут появляться не только в результате заблуждения, но и при недобросовестном, предвзятом обобщений, когда сознательно игнорируют или скрывают противоречащие случаи. Некорректно построенные индуктивные сообщения нередко лежат в основе различного рода суеверий, невежественных поверий и примет вроде "дурного глаза", "хороших" и "дурных" сновидений, перебежавшей дорогу черной кошки и т.п.

 Научная индукция

Научной индукцией называют умозаключение, в котором обобщение строится путем отбора необходимых и исключения случайных обстоятельств. В зависимости от способов исследования различают: индукцию методом отбора (селекции) и индукцию методом исключения (элиминации).

Индукция методом отбора индукция методом отбора, или селективная индукция, это умозаключение, в котором вывод о принадлежности признака классу (множеству) основывается на знании об образце (подмножестве), полученном методичным отбором явлений из различных частей этого класса. Понятие разнообразие условий наблюдения оказывается весьма различным для конкретных видов множеств. В одном случае оно принимает характер пространственного видоразличия, в другом временного, в третьем функционального, в четвертом смешанного. Примером индукции методом отбора может служить следующее рассуждение о знаниях учеников ФЕУ 410 по логике. Так, выбрав четыре студента с задних рядов из 25 учащихся в этой группе, можно отметить, что не у одного из них каких либо знаний не выявлено. Если на этой основе сделать обобщение, что вся группа не обладает никакими знаниями по логике, то очевидно, что такая популярная индукция даст маловероятное заключение. Иное дело, если выбор того же количества студентов будет сделан не с задних парт, а с учетом разного месторасположения и наличия умного лица. Если выбраны студентки с первой и последней парты, с очками и без, значит, можно с большой вероятностью предположить, что вся группа имеет большие познания такого интереснейшего предмета, как логика. Достоверное заключение в данном случае вряд ли будет обоснованным, поскольку не исключается возможность незнания предмета у студентов, которые непосредственно не опрашивались.

Индукция методом исключения индукция методом исключения, или элиминативная индукция, это система умозаключений, в которой выводы о причинах исследуемых явлений строятся путем обнаружения подтверждающих обстоятельств и исключения обстоятельств, не удовлетворяющих свойствам причинной связи. Познавательная роль элиминативной индукции анализ причинных связей. Причинной называют такую связь между двумя явлениями, когда одно из них причина предшествует и вызывает другое действие. Важнейшими свойствами причинной связи, предопределяющими методичность элиминативной индукции, выступают такие ее характеристики, как: всеобщность, последовательность во времени, необходимость и однозначность. Всеобщность причинной связи означает, что в мире не существует беспричинных явлений. Каждое явление имеет свою причину, которая может быть раньше или позже выявлена в процессе исследования. Последовательность во времени означает, что причина всегда предшествует действию. В одних случаях действие наступает вслед за причиной мгновенно, в считанные доли секунды. Например, выстрел из огнестрельного оружия происходит тотчас же, как только произойдет воспламенение капсюля в патроне. В других случаях причина вызывает действие через более длительный промежуток времени. Например, спрос на продукцию может изменить цену на нее через несколько часов, дней или месяцев в зависимости от объема спроса и эластичности предложения. В социальной сфере причинные связи могут осуществляться в течение многих месяцев и лет, в геологии в течение веков и тысячелетий. Поскольку причина всегда предшествует действию, то из многих обстоятельств в процессе индуктивного исследования отбирают лишь такие, которые проявились раньше интересующего нас действия, и исключают из рассмотрения (элиминируют) возникшие одновременно с ним и появившиеся после него. Последовательность во времени необходимое условие причинной связи, но само по себе оно недостаточно для обнаружения действительной причины. Признание этого условия достаточным нередко ведет к ошибке, которая называется "после этого, значит, по причине этого". Определение объема производства, например, склонны были раньше считать причиной определения цены, потому что цена воспринимается позднее количества, хотя это одновременно протекающие события. Причинная связь отличается свойством необходимости. Это значит, что действие может осуществиться лишь при наличии причины, отсутствие причины с необходимостью ведет к отсутствию и действия. Однозначный характер причинной связи проявляется в том, что каждая конкретная причина всегда вызывает вполне определенное, соответствующее ей действие. Зависимость между причиной и действием такова, что видоизменения в причине с необходимостью влекут видоизменения в действии, и наоборот, изменения в действии служат показателем изменения в причине. Отмеченные свойства причинной зависимости выполняют роль познавательных принципов, рационально направляющих индуктивное исследование и формирующих особые методы установления причинных связей. Применение методов элиминативной индукции связано с определенным огрублением реальных взаимосвязей между явлениями, которое выражается и следующих допущениях. Каждое из обстоятельств считается относительно самостоятельным и не вступает во взаимодействие с другими. Выделенные обстоятельства рассматриваются как полный их перечень, и предполагается, что исследователь не упустил других обстоятельств. Указанные допущения в соединении с основными свойствами причинной связи составляют методологическую основу выводов элиминативнои индукции, определяя специфику логического следования при применении методов установления причинных связей. Большой вклад в развитие методов элиминативной индукции внесен естествоиспытателями и философами: Ф. Бэконом, Дж. Гер-шелем, Дж.С. Миллем. Методы научной индукции Современная логика описывает пять методов установления причинных связей: метод сходства, метод различия, соединенный метод сходства и различия, метод сопутствующих изменений, метод остатков. Рассмотрим логическую структуру этих методов. Метод сходства По методу сходства сравнивают несколько случаев, в каждом из которых исследуемое явление наступает; при этом все случаи сходны лить в одном и различны во всех других обстоятельствах. Метод сходства называют методом нахождения общего в различном, поскольку все случаи заметно отличаются друг от друга, кроме одного обстоятельства. Логический механизм индуктивного вывода по методу сходства предполагает ряд познавательных предпосылок. Требуется общее знание о возможных причинах исследуемого явления.

 Из предшествующих должны быть исключены (злиминированы) все обстоятельства, не являющиеся необходимыми для исследуемого действия и тем самым не удовлетворяющие основному свойству причинной связи. Среди множества предшествующих обстоятельств выделяют сходное и повторяющееся в каждом из рассмотренных случаев, которое и будет вероятной причиной явления. В общем виде логический механизм индуктивного метода сходства принимает форму дедуктивного рассуждения по модусу tollendo ponens разделительно-категорического умозаключения. Обоснованность полученного с помощью метода сходства заключения зависит от числа рассмотренных случаев и разнообразия условий наблюдения. Чем больше случаев исследовано и чем разнообразнее обстоятельства, среди которых встречается сходное, тем основательнее индуктивный вывод и тем выше степень вероятности заключения. Характерная для неполной индукции незаконченность опыта проявляется в том, что наблюдение и эксперимент не гарантируют точного и полного знания предшествующих обстоятельств, среди которых идет поиск возможной причины. Несмотря на проблематичность заключения, метод сходства выполняет в процессе познания важную эвристическую функцию: он способствует построению плодотворных гипотез, проверка которых приводит к открытию новых истин в науке. Достоверное заключение может быть получено по методу сходства лишь в том случае, если исследователю аккурат известны все предшествующие обстоятельства, которые составляют закрытое множество возможных причин, а также известно, что каждое из обстоятельств не вступает во взаимодействие с другими. В этом случае индуктивное рассуждение приобретает доказательное значение. По методу различия сравнивают два случаи, в одним из которых исследуемое явление наступает, а в другом не наступает; при этом второй случай отличается от первого лишь одним обстоятельством, а все другие являются сходными. Метод различия называют методом нахождения различного в сходном, ибо сравниваемые случаи совпадают друг с другом по многим свойствам. Применяется метод различия как в процессе наблюдения над явлениями в естественных условиях, так и в условиях лабораторного или производственного эксперимента. В истории экономики методом различия были открыты многие законы (закон убывающей предельной полезности). В сельскохозяйственном производстве этим методом проверяют, к примеру, эффективность удобрений. Рассуждение по методу различия также предполагает ряд предпосылок. Требуется общее знание о предшествующих обстоятельствах, каждое из которых может быть причиной исследуемого явления. Из членов дизъюнкции следует исключить обстоятельства, не удовлетворяющие условию достаточности для исследуемого действия. Среди множества возможных причин остается единственное обстоятельство, которое рассматривается в качестве действительной причины. Логический механизм вывода по методу различия также принимает форму модуса tollendo ponens разделительно-категорического умозаключения. Рассуждение по методу различия приобретает доказательное знание лишь в том случае, если имеется точное и полное знание предшествующих обстоятельств, составляющих закрытое дизъюнктивное множество. Поскольку в условиях эмпирического познания трудно претендовать на исчерпывающую констатацию всех обстоятельств, выводы по методу различия в большинстве случаев дают лишь проблематичные заключения. По признанию многих исследователей, методом различия достигаются наиболее правдоподобные индуктивные выводы. Этот метод представляет собой комбинацию первых двух методов, когда путем анализа множества случаев обнаруживают как сходное в различном, так и различное в сходном. В качестве примера остановимся на приведенном выше рассуждении по методу сходства о причинах заболевания трех студентов. Если дополнить это рассуждение анализом новых трех случаев, в которых повторяются те же обстоятельства, кроме сходного, т.е. в пищу употреблялись одинаковые продукты, кроме пива, и при этом не наблюдалось заболевания, то вывод будет протекать в форме соединенного метода. Вероятность заключения в таком усложненном рассуждении заметно возрастает, ибо соединяются преимущества метода сходства и метода различия, каждый из которых в отдельности дает менее надежные результаты. Метод сопутствующих изменений Метод применяется при анализе случаев, в которых имеет место видоизменение одного из предшествующих обстоятельств, сопровождаемое видоизменением исследуемого действия. Предыдущие индуктивные методы основывались на повторяемости либо отсутствии определенного обстоятельства. Однако не все причинно связанные явления допускают нейтрализацию или замену отдельных составляющих их факторов. Например, исследуя влияние спроса на предложение, невозможно в принципе исключить сам спрос. Точь-в-точь так же определяя влияние Луны на величину морских приливов, невозможно изменить массу Луны. Единственным способом обнаружения причинных связей в таких условиях является фиксация в процессе наблюдения сопутствующих изменений в предшествующих и последующих явлениях. Причиной в этом случае выступает такое предшествующее обстоятельство, интенсивность или степень изменения которого совпадает с изменением исследуемого действия. Применение метода сопутствующих изменений также предполагает соблюдение ряда условий: Необходимо знание обо всех возможных причинах исследуемого явления. Из приведенных обстоятельств должны быть элиминированы те, которые не удовлетворяют свойству однозначности причинной связи. Среди предшествующих выделяют единственное обстоятельство, изменение которого сопутствует изменению действия. Сопутствующие изменения могут быть прямыми и обратными. Прямая зависимость означает: чем интенсивнее проявление предшествующего фактора, тем активнее проявляет себя и исследуемое явление, и наоборот, с падением интенсивности соответственно снижается и активность или степень проявления действия.

 Например, с повышением спроса на продукцию происходит увеличение предложения, с понижением спроса предложение соответственно уменьшается. Точь-в-точь так же с усилением или ослаблением солнечной активности соответственно увеличивается или падает уровень радиации в земных условиях. Обратная зависимость выражается в том, что интенсивное проявление предшествующего обстоятельства замедляет активность или уменьшает степень изменения исследуемого явления. Например, чем больше предложение, тем меньше цена продукции, или чем выше плодотворность труда, тем ниже исходная стоимость продукции. Логический механизм индуктивного обобщения по методу сопутствующих изменений принимает форму дедуктивного рассуждения по модусу tollendo ponens разделительно-категорического умозаключения. Обоснованность заключения в выводе по методу сопутствующих изменений определяется числом рассмотренных случаев, точностью знания о предшествующих обстоятельствах, а также адекватностью изменений предшествующего обстоятельства и исследуемого явления. С увеличением числа сравниваемых случаев, демонстрирующих сопутствующие изменения, растет вероятность заключения. Если множество альтернативных обстоятельств не исчерпывает всех возможных причин и не является закрытым, то заключение в выводе проблематично, а не достоверно. Обоснованность вывода во многом зависит также от степени соответствия изменений в предшествующем факторе и самом действии. Во внимание принимаются не любые, а лишь пропорционально нарастающие либо убывающие изменения. Те из них, которые не отличаются взаимооднозначной регулярностью, нередко возникают под воздействием неконтролируемых, случайных факторов и могут вводить в заблуждение исследователя. Рассуждения по методу сопутствующих изменений применяются при выявлении не только причинных, но и других, например функциональных связей, когда устанавливают зависимость между количественными характеристиками двух явлений. В этом случае важное значение приобретает учет характерной для каждого рода явлений шкалы интенсивности изменений, в рамках которой количественные изменения не меняют качества явления. В любом случае количественные изменения имеют нижнюю и верхнюю границы, которые называются пределами интенсивности. В этих пограничных зонах меняется качественная характеристика явления и тем самым могут обнаруживаться отклонения при применении метода сопутствующих изменений. Например, уменьшение цены на продукцию при падении спроса уменьшается до определенной точки, а затем стоимость при дальнейшем падении спроса увеличивается. Другой пример: медицине хорошо известны лечебные свойства препаратов, содержащих в малых дозах яды. С увеличением дозы полезность препарата растет лишь до определенного предела. За пределами шкалы интенсивности препарат действует в обратном направлении и становится опасным для здоровья. Любой процесс количественных изменений имеет свои критические точки, которые следует учитывать при применении метода сопутствующих изменений, эффективно действующего лишь в рамках шкалы интенсивности. Использование метода без учета пограничных зон количественных изменений может приводить к логически некорректным результатам. Метод остатков Применение метода связано с установлением причины, вызывающей определенную часть сложного действия при условии, что причины, вызывающие другие части этого действия, уже выявлены. Методом остатков был сделан вывод о существовании некоторых химических элементов гелия, рубидия и др. Предположение основывалось на результатах, полученных в процессе спектрального анализа: были обнаружены новые линии, которые не принадлежали ни одному из уже известных химических элементов. Подобно другим индуктивным выводам метод остатков дает, как правило, проблематичное знание. Степень вероятности заключения в таком выводе определяется, во-первых, точностью знаний о предшествующих обстоятельствах, среди которых идет поиск причины исследуемого явления, во-вторых, точностью знания о степени влияния каждой из известных причин на совокупный результат. Приблизительный и неточный перечень предшествующих обстоятельств, как и неточное представление о влиянии каждой из известных причин на совокупное действие, может привести к тому, что в заключении вывода в качестве неизвестной причины будет представлено не необходимое, а лишь сопутствующее обстоятельство. Рассуждения по методу остатков нередко используются в процессе расследования преступлений, главным образом в тех случаях, когда устанавливают явную несоразмерность причин исследуемым действиям. Если действие по своему объему, масштабу или интенсивности не соответствует известной причине, то ставится вопрос о существовании каких-то других обстоятельств. Рассмотренные методы установления причинных связей по своей логической структуре относятся к сложным рассуждениям, в которых собственно индуктивные обобщения строятся с участием дедуктивных выводов. Опираясь на свойства причинной связи, дедукция выступает логическим средством элиминации (исключения) случайных обстоятельств, тем самым она логически корректирует и направляет индуктивное обобщение. Взаимосвязь индукции и дедукции обеспечивает логическую состоятельность рассуждений при применении методов, а точность выраженного в посылках знания определяет степень обоснованности получаемых заключений.

 Статистические обобщения Особым видом умозаключений неполной индукции являются статистические обобщения, связанные с анализом массовых событий. К ним относятся, например, массовые транспортные перевозки пассажиров и грузов, рождаемость и смертность людей, распространение заболеваний, транспортные происшествия, динамика преступлений и многие другие. Учитывая трудности выявления причинных зависимостей, анализ таких массовых событий позволяет установить устойчивое распределение интересующих исследователя случайных признаков. Количественная информация, выражающая устойчивые тенденции развития, имеет важное практическое значение для правильной компании обслуживания населения, профилактических мероприятий, борьбы с преступностью и т.п. Анализ массовых событий ведется чаще всего путем не сплошного, а выборочного исследования отдельных групп или образцов и логического переноса полученных результатов на все их множество. Вывод в этом случае протекает в форме статистического обобщения. Статистическое обобщение это умозаключение неполной индукции, в котором установленная в посылках количественная информация о частоте определенного признака в исследуемой группе (образце) переносится в заключении на все множество явлений этого рода. В отличие от индукции через перечисление при отсутствии противоречащего случая в посылках статистического умозаключения фиксируется следующая информация:  общее число составляющих исследуемую группу, или образец случаев; число случаев, в которых присутствует интересующий исследователя признак;  частота появления интересующего признака. Частота появления признака р (f(p) частота признака) в образце S представляет собой отношение числа благоприятных случаев n к общему числу исследованных явлений m: f(p) = n/m. Так, например, статистическая информация о посещаемости студентов на пары, показывает, что 95 из 100 случаев посещаемость зависит от преподавателя и наличия зачета. Значит, при злом преподователе и наличии зачета посещаемость определяется как 95/100, т.е. равна 95%. Статистическое обобщение, будучи выводом неполной индукции, относится к недемонстративным умозаключениям. Логический переход от посылок к заключению дает здесь лишь проблематичное знание. Степень обоснованности статистическою обобщения зависит от специфики исследованного образца: его величины по отношению к популяции и представительности (репрезентативности). Если образец по объему приближается к популяции, тем основательнее обобщение, поскольку возможность ошибки становится минимальной. Репрезентативность образца означает меру его представительности: насколько разнообразие элементов в образце отражает их разнообразие в популяции. Тщательность статистического описания исследуемого образца и логически корректный перенос частоты признака на популяцию обеспечивают высокую вероятность и тем самым практическую эффективность статистических обобщений в различных областях науки, культуры, производства, правовой деятельности.

Источники

dic.academic.ru Словари и энциклопедии на Академике

wikipedia.org Википедия Свободная энциклопедия

 electricalschool.info Школа Электрика

narod.ru Народ

Опубликовано на forexAW.com: Вторник, 12 Январь, 2010 года — 09:24.

Последнее редактирование: Суббота, 19 Май, 2012 года — 12:36.