Величина і напрям ЕРС індукції

Индуктированная електрорушійна сила (ЕРС) виникає в наступних випадках:

  1. Коли рухомий провідник перетинає нерухоме магнітне поле або, навпаки, переміщається магнітне поле перетинає нерухомий провідник; або коли провідник і магнітне поле, рухаючись в просторі, переміщаються один щодо іншого;
  2. Коли змінне магнітне поле одного провідника, діючи на інший провідник, індукує в ньому ЕРС (взаємоіндукція);
  3. Коли змінюється магнітне поле індукує в енм самому ЕРС (самоіндукція).

Таким чином, всяка зміна в часі величини магнітного потоку. пронизливого замкнутий контур (виток, рамку), супроводжується появою в провіднику индуктированной ЕРС.

Як було відзначено в статті "Явище електромагнітної індукції", напрям ЕРС магнітної індукції залежить від напрямку руху провідника і від напрямку магнітного поля.

Для визначення напрямку индуктированной ЕРС в провіднику служить "правило правої руки". Воно полягає в наступному: якщо подумки розташувати праву руку в магнітному полі вздовж провідника так, щоб магнітні лінії, що виходять з північного полюса, входили в долоню, а великий відігнутий палець збігався з напрямом руху провідника, то чотири витягнутих пальці будуть вказувати напрямок индуктированной ЕРС в провіднику (рисунок 1).

Величина і напрям ЕРС індукції

Малюнок 1. Визначення напрямку ЕРС індукції в провіднику за "правилом правої руки"

У випадках, коли провідник залишається нерухомим, а магнітне поле рухається, для визначення напрямку индуктированной ЕРС потрібно припустити, що поле залишається нерухомим, а провідник рухається в сторону, зворотний руху поля, і застосувати "правило правої руки".

Величина і напрям ЕРС індукції

Малюнок 2. Електромагнітна індукція в провіднику

Явище индуктированной ЕРС можна також пояснити за допомогою електронної теорії.

Помістимо провідник в магнітне поле. Вільні електрони провідника будуть перебувати в хаотичному тепловому русі. Позитивні і негативні заряди рівномірно розташовані по всьому об'єму провідника і взаємно нейтралізують один одного. Будемо переміщати провідник з певною швидкістю в однорідному магнітному полі в напрямку n (малюнок 2) перпендикулярно вектору магнітної індукції. Магнітні лінії, показані точками, спрямовані через площині креслення до Новомосковсктелю.

На електричні заряди провідника в цьому випадку буде діяти сила, під дією якої вільні електрони отримають додаткову складову швидкості і будуть рухатися уздовж провідника.

У той час як позитивні заряди, пов'язані з кристалічною решіткою провідника, щодо провідника не зміщувати, рухомі разом з провідником вільні електрони можуть переміщатися щодо нього.

Величина і напрям ЕРС індукції

Малюнок 3. Розкладання швидкості руху провідника в магнітному полі

У нашому прикладі електрони рухаються від нижнього краю провідника до його верхнього краю, що відповідає напрямку струму зверху вниз. Напрямок индуктированной ЕРС і струму в провіднику, як легко переконатися, узгоджується з правилом правої руки.

Величина ЕРС індукції магнітного поля в провіднику залежить:

  1. від величини індукції B магнітного поля, тому що чим густіше розташовані магнітні індукційні лінії, тим більше число їх перетне провідник за одиницю часу (секунду);
  2. від швидкості руху провідника v в магнітному полі, так як при великій швидкості руху провідник може більше перетнути індукційних ліній в секунду;
  3. від робочої (що знаходиться в магнітному полі) довжини провідника l. так як довгий провідник може більше перетнути індукційних ліній в секунду;
  4. від величини синуса кута # 945; між напрямком руху провідника і напрямком магнітного поля (малюнок 3).

Розкладаємо вектор швидкості руху провідника в магнітному полі на дві складові: vn - складову нормальну до напряму поля (vn = v × sin # 945;) і vt - тангенціальну складову (vt = v × cos # 945;), яка не бере участі у створенні ЕРС, так як при движени під впливом тангенціальної складової провідник рухався б паралельно вектору B і не перетинав б лінії магнітної індукції.

Формула ЕРС індукції дає можливість визначити її величину:

Познайомившись з явищем електромагнітної індукції. розглянемо ще раз процес перетворення електричної енергії в механічну.

Величина і напрям ЕРС індукції

Малюнок 4. Перетворення електричної енергії в механічну

Нехай прямолінійний провідник АВ (рисунок 4), по якому проходить струм від джерела напруги, поміщений в зовнішнє магнітне поле. Якщо провідник нерухомий, то енергія джерела напруги витрачається виключно на нагрів провідника:

Витрачається потужність буде рівна:

звідки визначаємо струм в ланцюзі: