Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.

Пусть имеются два проводящих контура - первичный и вторичный. Первичный контур соединён с вольтовой батареей, и ток в нём можно создавать, поддерживать, прекращать или менять на обратный. Во вторичный контур включается гальванометр, регистрирующий любые токи, которые могут сформироваться в контуре. Этот гальванометр помещается на таком удалении от всех частей первичного контура, что первичный ток не оказывает никакого прямого влияния на его показания.

Пусть какая-то часть первичного контура состоит из прямого провода, какая-то часть вторичного контура тоже состоит из прямого провода, расположенного рядом с первым, параллельно ему; остальные же части контуров находятся на значительном расстоянии друг от друга.

Установлено, что в момент посылки тока через прямой провод первичного контура гальванометр вторичного контура регистрирует во вторичном прямом проводе ток противоположного направления. Он называется индуцированным током. Если первичный ток поддерживается постоянным, индуцированный ток быстро исчезает и первичный ток, по-видимому, не производит никакого эффекта на вторичный контур. Если затем прервать первичный ток, то наблюдается появление вторичного тока в том же направлении, в котором протекал первичный ток. Каждое изменение первичного тока производит электродвижущую силу во вторичном контуре. При увеличении первичного тока электродвижущая сила направлена противоположно току, а при уменьшении - в том же самом направлении, что и ток. Когда же первичный ток постоянен, электродвижущая сила отсутствует.

Если сблизить провода, эти эффекты индукции увеличиваются. Они также возрастают при образовании из проводов двух кольцевых витков или спиральных катушек, близко расположенных друг к другу. А при помещении внутрь этих витков (катушек) железного стержня или пучка железных проволок отмеченные выше эффекты возрастают ещё сильнее.

2. Индукция путём перемещения первичного контура

Мы видели, что, когда первичный ток неподвижен и поддерживается постоянным, вторичный ток быстро исчезает.

Пусть теперь первичный ток остаётся постоянным, а первичный прямой провод приближается к вторичному прямому проводу. При этом сближении появится вторичный ток в направлении, противоположном первичному.

Если первичный контур удаляется от вторичного, то появится вторичный ток в том же самом направлении, что и первичный.

3. Индукция путём перемещения вторичного контура

Если перемещать вторичный контур, то при приближении вторичного провода к первичному вторичный ток противоположен первичному, а при удалении проводов друг от друга вторичный и первичный токи текут в одинаковом направлении.

Во всех случаях направление вторичного тока таково, что механическое действие между двумя проводами противоположно направлению движения. Это действие имеет характер отталкивания при сближении проводов и притяжения - при их удалении друг от друга. Этот очень важный факт был установлен Ленцем ⁴.

⁴Pogg. Ann., XXXI, 483 (1834).

4. Индукция путём относительного перемещения магнита и вторичного контура

Если заменить первичный контур магнитной оболочкой, край которой совпадает с контуром, а мощность численно равна силе тока в контуре, и если аустральная (южная) сторона оболочки будет соответствовать положительной стороне контура, то явления, производимые перемещением этой оболочки относительно вторичного контура, окажутся неотличимыми от явлений, наблюдаемых в случае перемещения первичного контура.

531. Совокупность всех этих явлений может быть сведена в один закон. Когда число линий магнитной индукции, проходящих сквозь вторичный контур в положительном направлении, изменяется, то в контуре действует электродвижущая сила, измеряемая скоростью убывания потока магнитной индукции через контур.

532. Пусть, например, рельсы железной дороги изолированы от земли; на одном конце они соединены через гальванометр, а замыкание контура осуществляется через колеса и ось железнодорожного вагона на расстоянии 𝑥 от того конца, где находится гальванометр. Если пренебречь высотой оси над уровнем рельсов, то поток индукции через вторичный контур будет обусловлен только наличием вертикальной составляющей земной магнитной силы, которая в северных широтах направлена вниз. Отсюда, если 𝑏 есть ширина железнодорожной колеи, то горизонтальная площадь контура равна 𝑏𝑥 и поверхностный интеграл магнитной индукции через неё будет 𝑍𝑏𝑥, где 𝑍 - вертикальная составляющая магнитной силы Земли. Поскольку 𝑍 смотрит вниз, то нижнюю сторону контура следует считать положительной, а положительным направлением в самом контуре будет направление север-восток-юг-запад, что совпадает с кажущимся дневным ходом Солнца.

Пусть теперь железнодорожный вагон приведён в движение, тогда 𝑥 начнёт меняться, и в контуре возникнет электродвижущая сила, по величине равная 𝑍𝑏𝑥/𝑑𝑡.