ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Явление электромагнитной индукции имеет большое практическое значение, так как оно лежит в основе устройства электрических генераторов, трансформаторов и ряда других приборов.
Электромагнитная индукция — это явление возникновения ЭДС
в проводнике под действием магнитного поля. Если проводник и магнитное поле друг по отношению к другу неподвижны, ЭДС не возникает.
На свободные электроны проводника, движущиеся вместе с ним в магнитном поле (рис. 3.23), действуют электромагнитные силы (силы Лоренца) Fл, создающие ЭДС. Эти силы возникают за счет взаимодействия магнитного поля, образованного в результате движения электронов, с внешним магнитным полем. Под действием сил Лоренца, направленных по правилу левой руки вдоль провода, электроны перемещаются к одному концу проводника, где создается избыточный отрицательный заряд, а на другом конце образуется такой же по величине положительный заряд. Движение электронов прекратится, когда силы электрического притяжения разделенных зарядов (силы Кулона) Fк уравновесят силы Лоренца, т. е. когда Fк = Fл
При движении проводника вдоль линий магнитной индукции силы Лоренца не возникают.
Таким образом, магнитное поле порождает в проводнике электрическое поле и ЭДС при условии, что проводник и линии магнитной индукции пересекаются (1). При этом не имеет значения, движется проводник или магнитное поле.
Направление ЭДС в проводнике определяется по правилу правой руки: если в ладонь правой руки входят линии магнитной индукции поля, а отставленный под прямым углом в плоскости ладони большой палец указывает направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца правой руки указывают направление ЭДС.
Экспериментально установлено, что в проводе длиной l, пересекающем со скоростью v линии магнитной индукции поля под углом α, возникает ЭДС:
E=Blv sin α. (3.21)
Если за время ∆t провод пройдёт путь ∆b, то v = ∆b/∆t, и при α=90º
E=Bl∆b/∆t=B∆S/∆t=∆Ф/∆t,
где ∆Ф –магнитный поток, пересекаемый проводом.
При движении контура в однородном магнитном поле (рис. 3.24) в его противоположных сторонах возникают численно равные и направленные навстречу друг другу ЭДС Е1 и E2, сумма которых равна нулю. При этом магнитный поток, пронизывающий контур, не изменяется. ЭДС в контуре возникает при его движении в сторону более густых или редких силовых линий неоднородного поля, когда, например,В1>В2, т. е. Е1>Е2 и результирующая ЭДС е = Е1 -Е2 = ∆Ф1/∆t — ∆Ф2/∆t =(∆Ф1 —∆Ф2)/∆t = ∆Ф/∆t, где ∆Ф — приращение магнитного потока внутри контура. Заменив элементарные приращения ∆Ф и ∆t бесконечно малыми приращениями dФ и dt, получаем
e = dФ/dt. (3.22)
ЭДС в контуре равна скорости изменения магнитного потока и индуцируется в нем лишь в случае, если магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется во времени (2). При этом изменяющееся магнитное поле порождает в контуре электрическое поле, называемое вихревым.
А как определить направление ЭДС в контуре? Изменяющийся во времени магнитный поток Ф, действуя, наводит в контуре ЭДС е, которая создает ток i, образующий собственный магнитный поток Фi (рис. 3.25). Действию Ф оказывает противодействие Фi, так, что если Ф возрастает, Фi направлен встречно ему, противодействуя его возрастанию, а если Ф уменьшается, Фi направлен согласно с ним, противодействуя уменьшению Ф. Учитывая это, легко определить направление е и i, создающих необходимое направление Фi. ЭДС индукции имеет такое направление, при котором создаваемый ею в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей появление этой ЭДС. Это положение называется законом Ленца.
Так как ЭДС противодействует изменению магнитного потока, то в формуле (3.22) проставляется знак «минус»:
е= —dФ/dt. (3.23)
Итак, чтобы определить направление ЭДС индукции, необходимо: 1) выяснить, какое направление имеет магнитный поток, вызывающий эту ЭДС, и как он изменяется (увеличивается или уменьшается); 2) сделать вывод по закону Ленца о том, как должен быть направлен собственный магнитный поток Фi; 3) по направлению Фi определить направление е и i.
Частными случаями проявления электромагнитной индукции являются самоиндукция и взаимоиндукция.
Явление возникновения ЭДС в катушке (в цепи) под действием собственного тока называется самоиндукцией, а возникающая ЭДС называется ЭДС самоиндукции eL.
Явление возникновения ЭДС в катушке под действием тока соседней катушки, расположенной рядом, называется взаимоиндукцией, а возникающая ЭДС — ЭДС взаимоиндукции ем.
Дата добавления: 2016-09-06; просмотров: 2917;