Відкриття Ерстеда та Ампера про існування магнітного поля навколо провідника зі струмом (1820 р.) сформували припущення, що електричні та магнітні явища досить суттєво пов’язані, що електричне поле можна одержати за рахунок магнітного.
Лише 1831 року перший успіх мав М.Фарадей, який зробив одне із фундаментальних фізичних відкриттів − він показав, що змінне в часі магнітне поле супроводжується змінним електричним струмом. Це явище названо електромагнітною індукцією.
Явище, відкрите Фарадеєм виявляється найпростішим дослідом: коли провідник MN (рис. 11.1) та магніт знаходяться у відносному спокої, чутливий гальванометр не фіксує наявності електричного струму; якщо ж провідник чи магніт приводяться у відносний рух − в колі відразу ж з’являється електричний струм. Цей струм існує доти, поки здійснюється відносний рух провідника та магніту. Напрямок струму залежить від напрямку переміщення провідника та напрямку вектора індукції магнітного поля.
Цей струм названо індукційним, а причину його виникнення, на перший погляд, можна пояснити дією сили Лоренца на рухомі електричні заряди. Під час руху провідника разом із ним переміщуються вільні електричні заряди (електрони) , на які діє сила Лоренца під дією якої електрони зміщуються до одного з кінців провідника. Внаслідок того, що другий кінець провідника при цьому зарядиться позитивно. Отже, між кінцями провідника виникає різниця потенціалів, що і є причиною руху носіїв струму в зовнішньому електричному колі.
Явище виникнення індукційного струму ефективніше досліджувати з допомогою не провідника, а котушки незмінної форми із значною кількістю витків дроту, оскільки при цьому величина індукційного струму зростає пропорційно до кількості витків в котушці. Величина індукційного струму зростає також при збільшенні магнітного потоку, що пронизує котушку. Так, при заповненні частини простору феромагнетиком, ефект посилюється.
Здогадка Фарадея використати в якості джерела магнітного поля іншу котушку остаточно переконала його тому, що він дійсно відкрив нове явище природи, яке не можна пояснити дією сили Лоренца. Так, якщо намотати одну котушку на іншу та під’єднати: першу − до джерела струму через реостат, а другу − замкнути на гальванометр (рис. 11.2), то будь-яка зміна сили струму в колі першої котушки − чи шляхом замикання−розмикання ключа, чи з допомогою реостата, − призведе до виникнення змінного магнітного поля навколо цієї котушки, яке буде пронизувати замкнену на гальванометр другу котушку. Внаслідок цього в колі другої котушки виникатиме електричний струм, причому його напрямок залежатиме, як від напрямку зміни сили струму, так і від того замикається чи розмикається електричне коло. Отже, в даному випадку не рухається ні провідник, ні магнітне поле, але індукційний струм виникає.
Оскільки магнітне поле не діє на нерухомі заряди в провіднику, то можна припустити, що під час зміни індукції магнітного поля, яке пронизує контур замкнутого провідника, навколо цього змінного поля виникає індукційне електричне поле, яке й діє на нерухомі електричні заряди і викликає індукційний струм в замкнутому провіднику. Важливо зрозуміти, що виникнення індукційного електричного поля навколо змінного магнітного зовсім не пов’язано з наявністю в цій точці простору провідника. Наявність провідника лише дає змогу виявити це поле за збудженим ним електричним струмом.
Таким чином можна узагальнити: явище електромагнітної індукції полягає в тому, що змінне магнітне поле супроводжується виникненням у навколишньому просторі індукційного електричного поля, яке в свою чергу збуджує в замкнутому провіднику індукційний струм.
Якщо індукційне електричне поле створює в замкнутому контурі ЕРС, то це значить, що циркуляція напруженості цього поля, по замкнутому контуру відмінна від нуля, причому вона визначається швидкістю зміни магнітного потоку, що пронизує поверхню, обмежену контуром, тобто
.
Це і є математичний запис закону електромагнітної індукції (інтегральна форма − належить Маквеллу) та формулюється: будь-якій зміні в часі магнітного поля в точках простору, де є така зміна, збуджується вихрове електричне поле, циркуляція вектора напруженості якого по довільному замкненому контуру L дорівнює швидкості зміни потоку магнітної індукції через довільну поверхню S, яка спирається на контур із струмом.
Отже, лінії напруженості індукційного електричного поля є замкнутими лініями, які начебто охоплюють магнітне поле та змінюють свій напрямок залежно від того наростає чи спадає магнітний потік (рис.11.3). Таке поле ще називають вихровим електричним полем.
Це поле, як і електростатичне, характеризується напруженістю поля , тобто відношенням сили, з якою поле діє на електричний заряд до величини цього заряду, а також роботою при переміщенні в ньому електричного заряду. Оскільки в замкнутому контурі відсутнє стороннє джерело ЕРС, то роботу з переміщення електричних зарядів виконує індукційне поле, а її величина, як бачимо, дорівнює ЕРС індукції .