Електромагнітна індукція
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Аналогічні результати спостерігалися при заміні постійного магніту електромагнітом (котушкою зі струмом). Якщо обидві котушки закріпити нерухомо, але в одній з них міняти значення струму, то в цей момент в іншій котушці спостерігається індукційний струм.
ЯВИЩЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ полягає у виникненні електрорушійної сили (е.р.с.) індукції в провідному контурі, через який змінюється потік вектора магнітної індукції. Якщо контур є замкнутим, то в ньому виникає індукційний струм.
Відкриття явища електромагнітної індукції:
1) показало взаємозв'язок між електричним і магнітним полем;
2) запропонувало спосіб отримання електричного струму за допомогою магнітного поля.
Основні властивості індукційного струму:
1. Індукційний струм виникає завжди, коли відбувається зміна зчепленого з контуром потоку магнітної індукції.
2. Сила індукційного струму не залежить від способу зміни потоку магнітної індукції, а визначається лише швидкістю його зміни.
Дослідами Фарадея було встановлено, що величина електрорушійної сили індукції пропорційна швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує контур провідника (закон електромагнітної індукції Фарадея)
де (dF) - зміна потоку в перебігу часу (dt) .МАГНІТНИМ ПОТОКОМ або ПОТОКОМ магнітної ІНДУКЦІЇ називається величина, яка визначається на основі наступного співвідношення: (магнітний потік через поверхню площею S): Ф = ВScos # 945 ;, (3.45), кут a - кут між нормаллю до розглянутої поверхні і напрямком вектора індукції магнітного поля
одиниця магнітного потоку в системі СІ носить назву вебер - [Вб = Тл × м 2].
Знак «-» у формулі означає, що е.р.с. індукції викликає індукційний струм, магнітне поле якого протидіє всякому зміни магнітного потоку, тобто при> 0 е.р.с. індукції E і <0 и наоборот.
е.р.с. індукції вимірюється в вольтах
Для знаходження напрямку індукційного струму існує правило Ленца (правило встановлено в 1833 р): індукційний струм має такий напрям, що створюване їм магнітне поле прагне компенсувати зміна магнітного потоку, що викликало цей індукційний струм.
Наприклад, якщо всувати північний полюс магніту в котушку, т. Е. Збільшувати магнітний потік через його витки, в котушці виникає індукційний струм такого напрямку, що на найближчому до магніту кінці котушки виникає північний полюс (рис.3.20). Отже, магнітне поле індукційного струму прагне нейтралізувати викликало його зміна магнітного потоку.
a (B Ùv) (3.47)
Як ви вже знаєте, електрорушійна сила в ланцюги-це результат дії сторонніх сил. При русі провідника в магнітному полі роль сторонніх сил виконує сила Лоренца (яка діє з боку магнітного поля на рухомий електричний заряд). Під дією цієї сили відбувається поділ зарядів і на кінцях провідника виникає різниця потенціалів. Е.р.с. індукції в провіднику є роботою по переміщенню одиничних зарядів уздовж провідника.
Напрямок індукційного струму можна определітьпо правилом правої руки: Вектор В входить в долоню, відведений великий палець збігається з напрямком швидкості провідника, а 4 пальці вкажуть напрямок індукційного струму.
Таким чином змінне магнітне поле викликає появу індукованого електричного поля. Воно не потенційно (на відміну від електростатичного), тому що робота по переміщенню одиничного позитивного заряду дорівнює е.р.с. індукції. а не нулю.
Такі поля називаються вихровими. Силові лінії вихрового електричного поля - замкнуті самі на себе, на відміну від ліній напруженості електростатичного поля.
Е.р.с. індукції виникає не тільки в сусідніх провідниках, але і в самому провіднику при зміні магнітного поля струму, що йде по провіднику. Виникнення ЕРС в будь-якому провіднику при зміні в ньому самому сили струму (отже, магнітного потоку в провіднику) називається самоіндукцією, а струм, індукований в цьому провіднику, - струмом самоіндукції.
Струм в замкнутому контурі створює в навколишньому просторі магнітне поле, напруженість якого пропорційна силі струму I. Тому магнітний потік Ф, що пронизує контур, пропорційний силі струму в контурі
L - коефіцієнт пропорційності, який носить назву коефіцієнта самоіндукції, або, просто, індуктивності. Індуктивність залежить від розмірів і форми контура, а також від магнітної проникності середовища, що оточує контур.
У цьому сенсі індуктивність контуру - аналог електричної ємності відокремленого провідника, яка також залежить тільки від форми провідника, його розмірів і діелектричної проникності середовища.
Одиниця індуктивності - генрі (Гн). 1Гн - індуктивність такого контуру, магнітний потік самоіндукції якого при струмі в 1А дорівнює 1Вб (1Гн = 1Вб / А = 1В · с / А).
Якщо L = const, то е.р.с. самоіндукції можна представити в наступному вигляді:
де DI (dI) - зміна струму в ланцюзі, що містить котушку індуктивності (або контур) L, за час Dt (dt). Знак «-» в цьому виразі означає, що е.р.с. самоіндукції перешкоджає зміні струму (т. е. якщо струм в замкнутому контурі зменшується, то е.р.с. самоіндукції призводить до виникнення струму того ж напрямку і навпаки).
Одним із проявів електромагнітної індукції є виникнення замкнутих індукційних струмів в суцільних провідних середовищах: металевих тілах, розчинах електролітів, біологічних органах і т.д. Такі струми звуться вихрових струмів або струмів Фуко. Ці струми виникають при переміщенні провідного тіла в магнітному полі і / або при зміні з часом індукції поля, в яке поміщені тела.Сіла струмів Фуко залежить від електричного опору тіл, а також від швидкості зміни магнітного поля.
Токи Фуко також підкоряються правилу Ленца. їх магнітне поле направлено так, щоб протидіяти зміні магнітного потоку, що індукує вихрові струми.
Тому масивні провідники гальмуються в магнітному полі. В електричних машинах, для того щоб мінімізувати вплив струмів Фуко, сердечники трансформаторів і магнітні ланцюги електричних машин збирають з тонких пластин, ізольованих одна від одної спеціальним лаком або окалиною.
Вихрові струми викликають сильне нагрівання провідників. Джоулево тепло, що виділяється струмами Фуко. використовується в індукційних металургійних печах для плавки металів, відповідно до закону Джоуля-Ленца: