Электромагнитная индукция. Самоиндукция и взаимоиндукция

<6 7 8910 11 12 >

Электромагнитная индукция.При пересечении проводником силовых линий магнитного поля в нем возникает или, как говорят, индуцируется ЭДС. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Возникновение ЭДС объясняется действием сил магнитного поля на находящиеся в проводниках свободные электроны. Свободные электроны под влиянием этих сил начнут двигаться вдоль проводника (рисунок 14, а). В результате этого движения на одном конце проводника накопятся свободные электроны и возникнет отрицательный электрический заряд, а на другом конце ввиду недостатка электронов появится положительный заряд. Такое разделение электрических зарядов при движении проводника в магнитном поле будет происходить до тех пор, пока электромагнитные силы не уравновесятся силами электрического поля, возникающего в проводнике в результате появления на его концах разноименных электрических зарядов. Разность потенциалов на концах проводника численно равна индуцированной в проводнике ЭДС. Индуцирование ЭДС в проводнике происходит независимо от того, включен ли он в какую-либо электрическую цепь или нет. Если присоединить концы этого проводника к какому-либо приемнику электрической энергии, то под влиянием разности потенциалов на концах проводника по замкнутой цепи потечет электрический ток.

Рисунок 14 – Индуктирование ЭДС при перемещении его в магнитном поле

Направление индуцированной ЭДС определяют правилом правой руки. Если ладонь правой руки держать так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец совместить с направлением движения проводника (т. е. направлением его скорости), то вытянутые четыре пальца укажут направление индудированной ЭДС. (рисунок 14, б).

Величина индуктированной ЭДС прямо пропорционально индукции магнитного поля длине проводника и скорости его перемещения, а также зависит от , где угол между направлением перемещения и магнитной индукции.

Правило Ленца. Направление индуцированной ЭДС определяется правилом Ленца. Его формулируют следующим образом: индуцированная ЭДС имеет такое направление, при котором созданный ею ток противодействует причине, вызвавшей появление ЭДС, т. е. противодействует изменению магнитного потока.

Правило Ленца может быть проиллюстрировано следующими примерами. При опускании магнита (или электромагнита) внутрь катушки (рисунок 15, а) ЭДС, индуцированная в катушке, имеет такое направление, при котором созданное током катушки магнитное поле будет противодействовать опусканию магнита. При удалении же магнита из катушки (рисунок 15, б) индуцированная в ней ЭДС. создает ток, направленный так, что магнитное поле катушки препятствует удалению магнита.

Рисунок 15 – Индуктирование ЭДСпри движении магнита внутри катушки

Способы индуктирования ЭДС в электрических машинах:

1) вращение витков или катушек в постоянном магнитном поле, созданном неподвижными постоянными магнитами или электромагнитами, вследствие чего в них индуктируется ЭДС (используется в машинах постоянного тока);

2) вращение магнитного поля, созданного постоянными магнитами или электромагнитами, относительно неподвижных витков или катушек (используется в машинах переменного тока);

3) изменение тока в проводнике или катушке приводит к изменению магнитного потока вследствие чего в этом же проводнике, или катушке возникает ЭДС самоиндукции (ухудшает коммутацию);

4) изменение тока в катушке, в магнитном поле которой расположена вторая катушка, создаёт в ней ЭДС взаимоиндукции (используется в трансформаторах).

Самоиндукция и взаимоиндукция. ЭДС индуктированная в проводнике или катушке в результате изменения магнитного потока, созданного током, проходящим по этому же проводнику или катушке, носит название ЭДС самоиндукции.

ЭДС самоиндукции возникает при всяком изменении тока: при замыкании и размыкании электрической цепи, при изменении нагрузки электродвигателей. Чем быстрее изменяется ток, тем больше скорость изменения пронизывающего их магнитного потока и тем больше в них индуктируется ЭДС самоиндукции.

Взаимоиндукция – возникновение ЭДС в проводнике или катушке благодаря изменению магнитного потока, созданного другим проводником или катушкой.

Направление ЭДС взаимоиндукции согласно закону Ленца препятствует изменению создающего её магнитного поля.

Вихревые токи

Возникновение вихревых токов. Изменяющийся магнитный поток способен индуцировать ЭДС не только в проводах или витках катушек, но и в массивных стальных сердечниках, кожухах и других металлических деталях электротехнических установок. Эти ЭДС являются причиной появлений индуцированных токов, которые действуют в массивных металлических деталях, замыкаясь накоротко в их толще. Такие токи получили название вихревых.

Способы уменьшения вредного действия вихревых токов. В электрических машинах и аппаратах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают к. п. д. электрических машин и аппаратов и оказывают согласно правилу Ленца размагничивающее действие. Для уменьшения вредного действия вихревых токов применяют два основных способа.

1. Сердечники электрических машин и аппаратов выполняют из отдельных стальных листов толщиной 0,35—1,0 мм, изолированных один от другого слоем изоляции (лаковой пленкой, окалиной, образующейся при отжиге листов, и пр.).

2. В состав электротехнической стали, из которой изготовляют сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1—5 % кремния, что обеспечивает повышение ее электрического сопротивления.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое магнитное поле, и как определяется его направление?

2. Что такое магнитная индукция и магнитный поток?

3. Что называется катушкой и электромагнитом?

4. Как возникает выталкивающая сила?

5. Как определить величину и направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

6. Какие существуют способы усиления магнитных полей?

7. Что такое магнитная индукция, магнитный поток, напряженность магнитного поля?

8. Каковы основные характеристики ферромагнитных материалов?

9. Как определить магнитное сопротивление магнитной цепи?

10. В каких случаях магнитное поле создает механические силы и как они определяются?

11. Что такое индуцированная э. д. с. и как определяется ее значение и направление?