Если постоянный магнит движется внутри катушки , соединенной с микроамперметром , то стрелка прибора показывает наличие тока в катушке. Какая сила приводит электроны в движение?

Когда постоянный магнит движется внутри катушки, соединенной с микроамперметром, стрелка прибора действительно показывает наличие тока в катушке. Это явление связано с основными принципами электромагнитной индукции, описанными в законе Фарадея. Рассмотрим, какая сила приводит электроны в движение в этом случае.

Суть явления

Электроны в проводнике (проводах катушки) начинают двигаться, создавая электрический ток, из-за действия электродвижущей силы (ЭДС), возникающей в проводнике. Электромагнитная индукция объясняет, что причина движения электронов — изменение магнитного потока, пронизывающего катушку.

Магнитный поток

Магнитный поток ($\Phi$) определяется как произведение магнитной индукции ($B$) на площадь ($S$) петли катушки и на косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к поверхности. Когда магнит движется, поток через катушку меняется. Это изменение вызывает появление ЭДС.

Природа силы

ЭДС заставляет электроны двигаться под действием силы Лоренца. Когда магнитное поле изменяется, оно создает вокруг проводника вихревое электрическое поле. Электроны в проводнике взаимодействуют с этим полем, и на них действует сила Лоренца, которая направлена перпендикулярно как к вектору магнитной индукции, так и к скорости изменения поля. Эта сила и приводит электроны в движение.

Закон Фарадея

Количество возникающей ЭДС описывается законом Фарадея:

где:

• $\mathcal{E}$ — электродвижущая сила,
• $\frac{d\Phi}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока.

Знак минус соответствует правилу Ленца, которое утверждает, что индуцированный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока.

Итог

Таким образом, электроны в катушке приводятся в движение силой Лоренца, которая возникает из-за взаимодействия электронов с вихревым электрическим полем, создаваемым изменяющимся магнитным потоком. Это движение электронов регистрируется микроамперметром как электрический ток.