Провід, що рухається в однорідному полі
Як цікаву ілюстрацію досліджуваного явища, тісно пов'язаної з вже вивченим раніше розглянемо рівномірний рух провідного проводу в однорідному магнітному полі (фіг. 334). Ми розглядаємо провідний провід як канал, в якому можуть вільно переміщатися електрони із зарядом та масою . (Припустимо зараз, що такі об'єкти справді існують.)
Тоді, якщо змусити провід рухатися в магнітному полі перпендикулярно до напрямку поля, як показано на фіг. 334 (це найпростіший випадок), електрони, змушені рухатися разом із проводом, перетинатимуть магнітне поле зі швидкістю . Відповідно до раніше встановленого правила на кожен електрон діятиме сила Лоренца
В результаті електрони будуть рухатися вздовж дроту до тих пір, поки вони не накопичаться на одному з його кінців, створюючи там надмірний негативний заряд, причому на іншому кінці дроту через догляд електронів виникне надлишок позитивних зарядів (фіг. 335). Надлишкові заряди порушать усередині дроту електричне поле.
Коли електричне поле стане досить великим (тобто коли на кінцях дроту накопичуються досить великі заряди), воно компенсує дію магнітного поля, і електрони перестануть рухатися. Це станеться при виконанні наступної умови:
Електричне поле має такий напрям, при якому сила, прикладена до електрона з боку електричного поля, компенсує силу, що діє на нього в результаті руху дроту в магнітному полі.
Це електричне поле, як будь-яке однорідне електричне поле, призводить до того, що між кінцями дроту створюється різниця електричних потенціалів. Розмір цієї різниці (рівна роботі з переміщення одиничногопозитивного заряду від позитивного кінця дроту до негативного) дорівнює добутку величини поля на довжину дроту, тобто.
Якби кінці цього дроту були якимось чином приєднані до електричного ланцюга (скажімо, як на фіг. 336), то цього ланцюга протікав би струм, оскільки різниця потенціалів між кінцями проводу нічим не відрізняється від різниці потенціалів між полюсами батареї.
Таким чином, рух дроту в магнітному полі призводить до появи в ньому електричного поля та (при відповідному приєднанні) струму.
Розглянемо це явище з погляду закону Фарадея (фіг. 337). Швидкість зміни потоку дорівнює добутку величини магнітного поля на площу, що перетинається дротом за одиницю часу:
Отже, між кінцями дроту виникає
У цьому вся явищі вже міститься у зародку те, що згодом знайшло надзвичайно важливе практичне застосування. Для того щоб переміщати провід у магнітному полі, якщо він приєднаний до якогось ланцюга, скажімо, як на фіг. 336, до нього потрібно докласти чинності. (Цю силу можна відчути, обертаючи невеликий ручний генератор, оскільки саме таким генератором є ланцюг, зображений на фіг. 336. Генератор створює різницю потенціалів, працюючи за тим же принципом, що і зображений на цьому малюнку ланцюг, тільки його конструкція технічно більш досконала Якщо ми будемо обертати генератор, коли до його висновків нічого не приєднано, ми відчуватимемо невеликий опір, викликаний силами тертя, але як тільки до його кінців ми приєднаємо якийсь електроприлад, ми будемо змушені докладати більше зусиль для обертання генератора, оскільки для переміщення електронів по ланцюгу, наприклад черезелектричну лампу, потрібно здійснити над ними певну роботу.) Енергія, що вноситься в систему силою, яка змушує провід переміщатися в магнітному полі або повертає ручку генератора, проявляється (для реальних систем лише частково, а для ідеальних систем без тертя повністю) у вигляді електричної енергії. Саме завдяки цьому явищу ми можемо перетворювати механічну енергію, або енергію турбін, що обертаються під дією пари або води, що падає, в енергію електронів, яку по проводах можна передавати на далекі відстані.