Электромагнитная индукция

М.Фарадей, параллельно с Генри, открыл явление электромагнитной индукции в 1831 году. Правда, успел опубликовать результаты раньше. Закон Фарадея повсеместно используется в технике, в электродвигателях, трансформаторах, генераторах и дросселях.

Под действием электрического поля в проводниках возникает ток, а следовательно и магнитное поле. Но существует и обратное явление, магнитное поле при определенных условиях, может вызывать появление тока в проводнике Это явление называют электромагнитной индукцией .

Электромагнитная индукция – явление возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока, проходящего через контур.

Закон электромагнитной индукции Фарадея объясняет, при каком условии это происходи , т.е связывает причину и следствие. Если магнитный поток Ф будет меняться со скоростью dФ/dt ,то в проводнике (контуре) возникает электродвижущая сила еL , которая создаст ток в нем. Закон выглядит и звучит следующим образом:

Индуктированнаяв контуре ЭДС, пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф через контур.

еL=-dФ/dt

еL=-dФ∙w/dt=-dψ/ dt

Для объяснения знака минус в этой формуле есть специальное правило Ленца.

Оно гласит, что знак минус, в данном случае, указывает на то, как направлена возникающая ЭДС. Эта ЭДС всегда противодействует причине ее порождающей. ЭДС возникает независимо от того, что является причиной изменения потока, изменяющийся поток или движущийся проводник.

Для определения направления индукционного тока применяется правило правой руки: Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

Понимание магнитного поля строится на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца. Сила ЛоренцаFл − это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу и создает ЭДС.

Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство проводника (катушки) связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает связанное (сцепленное) с ним магнитное поле: Индуктивность собственная обозначается L измеряется в Генри (Гн).

L =ψ/I

Явление возникновения ЭДС индукции в одном контуре при изменении силы тока во втором контуре и наоборот называют взаимной индукцией. Взаимоиндукция — частный случай электромагнитной индукции

Отношение потокосцепления одной катушки к току другой катушки, возбуждающему это потокосцепление, называется взаимной индуктивностью двух катушек (цепей).

М₁₂=Ψ₁₂/I₁

Взаимная индуктивность Мдвух катушек связана с индуктивностями катушек L, и следующим выражением:

где k — коэффициент связи двух катушек, характеризующий степень индуктивной связи катушек

Коэффициент связи зависит от взаимного расположения катушек. Чем ближе друг к другу расположены катушки, тем большее значение имеет коэффициент связи и, наоборот, при увеличении расстояния между катушками он уменьшается, стремясь к нулю.

Явление взаимной индукции находит полезное применение в различных аппаратах и машинах, например, для передачи энергии из одной электрической цепи в другую цепь либо для повышения или понижения напряжения при помощи трансформатора.

Иногда явление взаимной индукции может быть крайне нежелательным, например, если параллельно воздушной линии электропередачи расположена линия связи, то в последней может индуктироваться э. д. с. взаимной индукции, создающая помехи в работе линии связи.

Трансформатор

Устройство трансформатора

В простейшем виде однофазный трансформатор состоит всего из трех основных частей: ферромагнитного сердечника , а также первичной и вторичной обмоток.

Главная часть трансформатора — ферромагнитный сердечник. Когда трансформатор работает, то именно внутри ферромагнитного сердечника присутствует изменяющееся магнитное поле. Источником изменяющегося магнитного поля в трансформаторе служит переменный ток первичной обмотки.