Вихровий електричне поле

§ 12 вихровогоелектричного ПОЛЕ

Магнітний потік Ф = BS cos. Зміна магнітного потоку через контур може відбуватися: 1) у разі нерухомого проводить контуру, який міститься в змінюється в часі поле; 2) в разі провідника, що рухається в магнітному поло, яке може і не змінюватися з часом. Значення ЕРС індукції в обох випадках визначається законом (2.1), по походження цієї ЕРС різному.

Розглянемо спочатку перший випадок виникнення індукційного струму. Помістимо кругової дротяний виток радіусом r в змінне в часі однорідне магнітне поле (рис. 2.8). Нехай індукція магнітного поля збільшується, тоді буде збільшуватися з часом і магнітний потік через поверхню, обмежену витком. Відповідно до закону електромагнітної індукції у витку з'явиться індукційний струм. При зміні індукції магнітного поля за лінійним законом індукційний струм буде постійний.

Які ж сили змушують заряди в витку рухатися? Саме магнітне поле, яке пронизує котушку, цього зробити не може, так як магнітне поле діє виключно на рухомі заряди (цим-то воно і відрізняється від електричного), а провідник з розташованими в ньому електронами нерухомий.

Крім магнітного поля, на заряди, причому як на рухомі, так і на нерухомі, діє ще електричне поле. Але ж ті поля, про які поки йшла мова (електростатічсское або стаціонарне), створюються електричними зарядами, а індукційний струм з'являється в результаті дії мінливого магнітного поля. Тому можна припустити, що електрони в нерухомому провіднику приводяться в рух електричним полем, і це поле безпосередньо породжується змінним магнітним полем. Тим самим стверджується нове фундаментальне властивість поля: змінюючись в часі, магнітне поле породжує електричне поле. До цього висновку вперше прийшов Дж. Максвелл.

Тепер явище електромагнітної індукції постає перед нами в новому світлі. Головне в ньому - це процес породження полем магнітним поля електричного. При цьому наявність проводить контуру, наприклад котушки, не змінює істоти процесу. Провідник з запасом вільних електронів (або інших часток) грає роль приладу: він лише дозволяє виявити виникає електричне поле.

Поле надає руху електрони і провіднику і тим самим виявляє себе. Сутність явища електромагнітної індукції і нерухомому провіднику полягає не стільки в появі індукційного струму, скільки у виникненні електричного поля, яке приводить в рух електричні заряди.

Електричне поле, що виникає при зміні магнітного поля, має зовсім іншу природу, ніж електростатичне.

Воно не пов'язане безпосередньо з електричними зарядами. і його лінії напруженості не можуть на них починатися і закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються і не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подобниe лініям індукції магнітного поля. Це так зване вихрове електричне поле (рис. 2.9).

Чим швидше змінюється магнітна індукція, тим болипой напруженість електричного поля. Згідно з правилом Ленца при зростанні магнітної індукції напрям вектора напруженості електричного поля утворює лівий гвинт з напрямком вектора. Це означає, що при обертанні гвинта з лівої нарізкою в напрямку ліній напруженості електричного поля поступальне переміщення гвинта збігається з напрямком вектора магнітної індукції. Навпаки, при убуванні магнітної індукції напрям вектора напруженості утворює правий гвинт з напрямком вектора.

Напрямок силових ліній напруженості збігається з напрямом індукційного струму. Сила, що діє з боку вихрового електричного поля на заряд q (стороння сила), як і раніше дорівнює = q. Але на відміну від випадку стаціонарного електричного поля робота вихрового поля по переміщенню заряду q на замкнутому шляху не дорівнює нулю. Адже при переміщенні заряду вздовж замкнутої лінії напруженості електричного поля робота на всіх ділянках шляху має один і той же знак, так як сила і переміщення збігаються за напрямком. Робота вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції в цьому провіднику.

Індукційні струми в масивних провідниках. Особливо великого числового значення індукційні струми досягають в масивних провідниках, через те, що їх опір мало.

Такі струми, звані струмами Фуко на ім'я досліджував їх французького фізика, можна використовувати для нагрівання провідників. На цьому принципі заснований пристрій індукційних печей, наприклад використовуваних в побуті СВЧ-печей. Також цей принцип використовується для плавки металів. Крім цього явище е.пектромагніт-ної індукції використовується в детекторах металу, що встановлюються при входах в будівлі аеровокзалів, театрів і т. Д.

Однак у багатьох пристроях виникнення струмів Фуко приводить до безглуздих і навіть небажаним втрат енергії на виділення тепла. Тому залізні сердечники трансформаторів, електродвигунів, генераторів і т. Д. Роблять не суцільними, а складаються з окремих пластин, ізольованих одна від одної. Поверхні пластин повинні бути перпендикулярні напрямку вектора напруженості вихрового електричного поля. Опір електричного струму пластин буде при цьому максимальним, а виділення тепла - мінімальним.

Застосування феритів. Радіоелектронна апаратура працює в області дуже високих частот (мільйони коливань в секунду). Тут застосування сердечників котушок з окремих пластин уже не дає потрібного ефекту, так як великі струми Фуко виникають в Каледи пластині.

У § 7 зазначалося, що існують магнітні ізолятори - ферити. При перемагничивании в ферритах не виникають вихрові струми. В результаті втрати енергії на виділення в них тепла зводяться до мінімуму. Тому з феритів роблять сердечники високочастотних трансформаторів, магнітні антени транзисторів і ін. Феритові сердечники виготовляють із суміші порошків вихідних речовин. Суміш пресується і зазнає значної термічній обробці.

При швидкій зміні магнітного поля в звичайному феромагнетику виникають індукційні струми, магнітне поле яких, відповідно до правила Ленца. перешкоджає зміні магнітного потоку в осерді котушки. Через це потік магнітної індукції практично не змінюється і сердечник НЕ перемагнічується. У ферритах вихрові струми дуже малі, тому їх можна швидко перемагнічується.

Поряд з потенційним кулоновским електричним полем існує вихровий електричне поле. Лінії напруженості цього поля замкнуті. Вихровий поле породжується змінним магнітним полем.

1. Яка природа сторонніх сил, що викликають появу індукційного струму в нерухомому провіднику!
2. У чому відмінність вихрового електричного поля від електростатичного або стаціонарного!
3. Що таке струми Фуко!
4. У чому переваги феритів в порівнянні зі звичайними феромагнетиками!

Бібліотека з підручниками та книгами на скачку безкоштовно онлайн. Фізика і астрономія для 11 класу скачати. шкільна програма з фізики, плани конспектів уроків

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.