ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ



ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Розділ 2 Електромагнітне поле

§ 16. ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Як вам відомо, електричне поле створюється електричними зарядами, а магнітне поле – рухомими зарядами, тобто електричним струмом. Між ними існує дуже тісний взаємозв’язок. Магнітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле, а змінне електричне поле породжує магнітне. Без цього зв’язку між полями різноманітність виявів електромагнітних сил не була б такою широкою, якою вона є насправді. Не існувало б ні

радіохвиль, ні світла.

Перший вирішальний крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій зробив основоположник уявлень про електромагнітне поле М. Фарадей. Він був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому Фарадей зробив відкриття, що лежить в основі будови всіх генераторів електростанцій світу, які перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму.

Це відкриття було зроблене 29 серпня 1831 р. й отримало назву явища електромагнітної індукції. Явище електромагнітної індукції – це виникнення електричного струму в провідному контурі, який або розміщено

нерухомо в змінному магнітному полі, або переміщається в постійному магнітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, які перетинають контур, змінюється.

Явище електромагнітної індукції Фарадей досліджував за допомогою двох ізольованих одна від одної дротяних спіралей, намотаних на дерев’яні котушки (мал. 72). Одну спіраль було з’єднано з гальванічною батареєю, а другу – з гальванометром, який реєструє слабкі струми. У моменти замикання і розмикання кола першої спіралі стрілка гальванометра в колі другої спіралі відхилялась.

Виконавши безліч дослідів, Фарадей встановив, що в замкнених провідних контурах електричний струм виникає тільки тоді, коли вони розміщені в змінному магнітному полі, незалежно від того, як змінюється з часом потік індукції магнітного поля. Струм, який виникає підчас явища електромагнітної індукції, називають індукційним.

Індукційний струм у котушці з металевого дроту виникає також під час зміни сили струму

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Мал. 72

В другій котушці, магнітне поле якої пронизує першу котушку. Індукційний струм виникає також під час руху котушки відносно нерухомого постійного магніту. Якщо з’єднана з гальванометром котушка рухається повільно в однорідному полі, то індукційний струм не виникає, бо кількість силових ліній, що перетинають котушку, весь час залишається незмінною.

Поява електричного струму в замкненому контурі під час зміни магнітного поля, що його пронизує, свідчить про дію в контурі сторонніх сил неелектростатистичної природи або про виникнення ЕРС індукції. Явища електромагнітної індукції кількісно описують на основі встановлення зв’язку між ЕРС індукції і магнітним потоком. Ця величина залежить від значень вектора не в одній точці, а в усіх точках поверхні, обмеженої плоским замкненим контуром.

Причина виникнення індукційного струму полягає, перш за все, в тому, що в замкненому контурі спочатку виникає ЕРС, а вже потім під її впливом у контурі, опір якого R, проходить індукційний струм – такий, якого потребує закон Ома для повного кола ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму пропорційна швидкості зміни магнітного потоку ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ через поверхню, обмежену контур о м :

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Опір провідника не залежить від швидкості зміни магнітного потоку. Отже, ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ тільки тому, що ЕРС індукції ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Закон електромагнітної індукції сформульовано саме для ЕРС, оскільки за такого формулювання він виражає суть явища, незалежного від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм. Згідно із законом електромагнітної індукції ЕРС індукції в замкненому контурі дорівнює за модулем швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, що обмежена контуром:

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Ця формула описує фундаментальний закон природи – основний закон електромагнітної індукції. Часто цей закон називають законом Фарадея.

Під час проведення дослідів з електромагнітної індукції можна помітити, що стрілка приладу відхиляється то в один бік, то в другий, що свідчить про різні напрями індукційного струму (мал. 73, а, б).

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Мал. 73

Російський вчений Е. Ленц застосував до явища електромагнітної індукції закон збереження і перетворення енергії і сформулював правило, користуючись яким можна визначити напрям індукційного струму.

Правило Ленца формулюється так: індукційний струм, що виникає в замкненому контурі, протидіє зміні магнітного Правило Ленца є виявом закону збереження і перетворення енергії в електромагнітних процесах. Енергія індукційного струму в провіднику дорівнює тій роботі, що виконується з подолання протидії магнітного поля, створеного індукційним струмом.

Застосуємо це правило до закону електромагнітної індукції. На мал. 74 зображено замкнений контур. Додатним вважатимемо напрям обходу контуру проти руху годинникової стрілки. Нормаль до контуру Л утворює правий гвинт з напрямом обходу. Нехай магнітна індукція В напрямлена вздовж нормалі до контуру і з часом зростає. Тоді

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Згідно з правилом Ленца індукційний струм створює магнітний потік Ф”>0, Силові лінії магнітного поля індукційного струму зображено на мал. 74 штрихом. Отже, цей струм І згідно з правилом свердлика напрямлений за рухом годинникової стрілки (проти напряму додатного обходу) і ЕРС індукції від’ємна. Тому в електромагнітної індукції має стояти знак мінус який вказує, що ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ мають різні знаки:

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Якщо в з’єднаних послідовно контурах відбуваються однакові зміни магнітного потоку, то ЕРС індукції в них дорівнює сумі ЕРС індукції в кожному із контурів. Оскільки змінюється магнітний потік у котушці, що складається із N однакових витків провідника, то загальна ЕРС індукції буде в N разів більшою від ЕРС індукції в окремому контурі:

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Рівняння ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ може набувати й іншого вигляду залежно від характеру зміни магнітного потоку. Для випадку нестаціонарного магнітного поля, коли вектор індукції магнітного поля змінюється з часом за незмінних площі контуру та його орієнтації (S = const, a = const):

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Мал. 74

У разі зміни орієнтації поля (В – const) або зміни орієнтації контуру в стаціонарному полі (S = const):

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Де a1 i a2 – кути між нормаллю до контуру і вектором індукції в початковий і кінцевий моменти часу.

Якщо магнітне поле стаціонарне(В = const), а орієнтація контуру незмінна (a = const), то ЕРС індукції може виникати внаслідок зміни площі контуру, її розраховують за формулою:

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

S1 i S2 – площі контуру на початку і наприкінці, наприклад, руху ділянки контуру.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Рівняння швидкості.
Ви зараз читаєте: ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ. ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ