ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

§1 Явище електромагнітної індукції.

Закон Фарадея

  1. Досвіди Фарадея

а) У соленоїд, замкнений на гальванометр, вдвигается й висувається постійний магніт. На гальванометрі буде відхилення стрілки, і воно буде тим більше, чим швидше відбувається вдвижение й висування. При зміні полюсів магніту напрямок відхилення стрілки зміниться.

 

б) У соленоїд, замкнений на гальванометр, вставлена котушка (інший соленоїд), через яку пропускається струм. При включенні й вимиканні ( тобто при будь-якій зміні струму) відбувається відхилення стрілки гальванометра. Напрямок відхилення змінюється при включенні – вимиканні, зменшенні – збільшенні струму, вдвигании – висуванні котушок.

Явище електромагнітної індукції полягає в тому, що в замкненому провідному контурі при зміні потоку магнітної індукції, охоплюваного цим контуром, виникає індукційний (наведений) електричний струм.

Виникнення індукційного струму означає, що в контурі діє електрорушійна сила ?i – ЭДС індукції.

 

 

 

 

ЕРС індукції, що виникає в проводячому колі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку крізь площину, обмежену цім контуром.

В 1834 г. Є.Х.  Ленц установив закон, що дозволяє визначити напрямок індукційного струму.

Правило Ленца: індукційний струм у контурі завжди має такий напрямок, що створюване їм магнітне поле перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликав цей індукційний струм.

 

Знак мінус у законі Фарадея є математичним вираженням правила Ленца.

Якщо контур, у якому індуцюється ЕРС, полягає не з одного витка, а з N витків (наприклад, соленоїд), то якщо витки з'єднані послідовно, εi буде дорівнювати сумі ЕРС, іиндуцюваних у кожному з витків окремо:

:

-потокозчеплення або повний магнітний потік.

ЯкщоФ12=…=Фn, то

Т.як. ФB=BScosα, то для того щоб змінити магнітний потік Ф можна змінити:

1) магнітне поле ;

2) площа S;

3) кут α.

§2 Обертання рамки в магнітному полі

Явище електромагнітної індукції використовується для перетворення механічної енергії й енергії електричного струму в генераторах

Рамка площею S обертається в однорідному магнітному полі

()рівномірно з постійною кутовою швидкістю ω.

α = ωt.

Тоді

При sin ωt=1

і

Т.як частота мережі , то для збільшення потрібно збільшувати В и S. В можна побільшати, застосовуючи потужні постійні магніти, або в електромагнітах пропускати більші струми. Сердечник електромагніту вибирають із більшим µ. Для збільшення Sвикористовують багато виткові обмотки.

Якщо через рамку, поміщену в магнітному полі, пропускати електричний струм, то на неї буде діяти обертаючий момент

і рамка почне обертатися. На цьому принципі заснована робота електродвигунів, призначених для перетворення електричної енергії в механічну.

§3 Струми Фуко.

Індукційні струми можуть збуджуватися й у суцільних масивних провідниках. У цьому випадку їх називають струмами Фуко або вихровими струмами. Електричний опір масивного провідника мало, тому струми Фуко можуть досягати дуже великої сили.

Струми Фуко, як і індукційні струми в лінійних провідниках, підкоряються правилу Ленца: їх магнітне поле спрямоване так, щоб протидіяти зміні магнітного поля, индуцирующего вихрові струми. Що тому рухаються в сильному магнітному полі гарні провідники випробовують сильне гальмування, обумовлене взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Це використовують для демпфірування (заспокоєння) рухливих частин гальванометрів, сейсмографів і т.п. Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних плавильних печах.

Для зменшення струмів Фуко сердечники трансформаторів роблять із окремих пластин і пластини перпендикулярні струмам Фуко.

Внаслідок виникнення вихрових струмів швидкозмінний струм нерівномірно розподілений по перетину проведення - він витісняється на поверхню провідника - скін-ефект. Тому на високих частотах використовують порожні проведення.

§4 Індуктивність контуру.

Самоіндукція

У кожному разі, коли по контуру протікає електричний струм, створюється магнітне поле. При цьому завжди є магнітний потік Ф, що проходить через поверхню, обмежену розглянутим контуром. Будь-яка зміна сили струму в контурі приводить до зміни магнітного поля, зчепленого з контуром, а це у свою чергу викликає поява індукційного струму. Це явище одержало назву явища самоіндукції: виникнення ЭДС індукції в провіднику при зміні в ньому струму.

Із закону Био-Савара-Лапласа випливає

т.т. магнітний потік, зчеплений з контуром, пропорційний току I у контурі

Ф=LI .

[L] = Гн (Генри). 1 Гн - індуктивність такого контуру, магнітний потік самоіндукції якого при струмі 1 А рівний 1 Вб

Розрахуємо індуктивність L соленоїда:

магнітна індукція В соленоїда

 

 

т.т. індуктивність залежить від геометричних розмірів соленоїда(),числа витків і магнітної проникності сердечника соленоїда. Тому можна сказати, що індуктивність L аналог ємності З відокремленого провідника, яка також залежить від геометричних розмірів, від форми й діелектричної проникності середовища.

Застосовуючи до явища самоіндукції закон Фарадея, одержимо, що ЕРС самоіндукції

Якщо   L = const

де знак мінус, обумовлений правилом Ленца, показує, що наявність індуктивності в контурі приводить до вповільнення зміни струму в ньому. . Якщо струм згодом зростає, то , і  т.т. струм самоіндукції спрямований назустріч току, обумовленому зовнішнім джерелом і гальмує його зростання. Якщо струм згодом убуває, то  і т.т. індукційний струм має той же напрямок, що і струм у контурі, що убуває, і сповільнює його убування. Отже, контур, що володіє індуктивністю, має електричну інертність, що полягає в тому, що будь-яка зміна струму гальмується, тем сильніше, чим більше індуктивність контуру.

 

 

 

 

 

До списку лекцій

Головна