Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Явище електромагнітної індукції




 

У 1831 році М.Фарадей експериментально знайшов, що при зміні магнітного потоку крізь провідний замкнутий контур, у ньому виникає електричний струм. Це явище було назване електромагнітною індукцією («індукція» - означає «наведення»). Струм був названий індукційним, причому його значення не залежало від способу зміни магнітного потоку, а визначалось лише швидкістю його зміни. Поява у контурі індукційного струму вказує на наявність у колі електрорушійної сили, називаної ЕРС індукції. Узагальнюючи результати дослідів Фарадей показав, що ЕРС індукції у контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку крізь поверхню, обмежену цим контуром:

(9.26)

Це твердження має назву закону Фарадея для явища електромагнітної індукції. Закон носить універсальний характер: значення ei не залежить від способу зміни магнітного потоку. Знак мінус у цьому законі визначається правилом Ленца – загальним правилом, сформульованим у 1833 році Ленцем для визначення напрямку індукційного струму: індукційний струм у контурі завжди має такий напрямок, що створюване ним магнітне поле перешкоджає зміні магнітного потоку, якаспричинила цей індукційний струм.

Відповідно до закону Фарадея, при русі провідника у магнітному полі, виникнення ЕРС індукції обумовлене дією сили Лоренца на рухомі разом із провідником вільні заряди. Однак ЕРС індукції виникає і у нерухомому контурі, який знаходиться у змінному магнітному полі. Проте сила Лоренца на нерухомі заряди не діє, тому у цьому випадку, нею не можна пояснити виникнення ЕРС індукції. Для пояснення її появи у нерухомих провідниках Максвелл припустив, що будь-яке змінне магнітне поле збуджує у навколишньому просторі електричне поле ЕВ, яке і є причиною виникнення індукційного струму у провіднику. Це поле є непотенціальним, оскільки здійснювана у цьому полі робота щодо переміщення одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого кола, дорівнює не нулю, а ЕРС індукції. Такі поля називають вихровими. Силові лінії вихрового електричного поля замкнуті самі на себе на відміну від ліній напруженості електростатичних полів.

Якщо замкнутий контур містить N послідовно з'єднаних витків (котушка або соленоїд), то ЕРС індукції у ньому дорівнює сумі ЕРС у кожному витку:

(9.27)

де dy=N×dF називають потокозчепленням – це сумарний магнітний потік крізь N-витків.

Якщо недалеко один від одного розташувати два провідних контури зі стру-

мами I 1 і I 2, то при зміні кожного зі струмів, відповідна зміна магнітного потоку індуктує у сусідньому контурі ЕРС індукції (рис.9.8). Це явище одержало назву взаємної індукції. Інтенсивність цього явища залежить від геометричної форми, розмірів, взаємного розташування контурів та магнітної проникності μ середовища навколо контурів. Явище взаємної індукції лежить в основі дії трансформаторів
Рис.9.8.

перетворювачів змінної електричної напруги.

Окремим випадком електромагнітної індукції є випадок самоіндукції - явища виникнення ЕРС індукції у тому ж контурі, у якому тече змінний струм. Електричний струм, що тече у замкнутому контурі, створює навколо себе магнітне поле, індукція якого за законом Біо-Савара-Лапласа пропорційна цьому струму. Тому зчеплений із контуром магнітний потік також пропорційний струму у контурі: F=L×I. Коефіцієнт пропорційності між струмом та магнітним потоком, називається індуктивністю контуру. Індуктивність – це фізична величина, яка характеризує магнітні властивості електричного кола. У загальному випадку ця величина залежить тільки від геометричної форми контуру, його розмірів та магнітної проникності середовища, у якому він знаходиться. У цьому розумінні індуктивність контура – аналог електричної ємності відокремленого провідника, яка також залежить від форми провідника, його розмірів та діелектричної проникності середовища. Одиниця індуктивності – генрі (Гн). 1 Гн – індуктивність такого контуру, магнітний потік самоіндукції якого при струмі у 1 А дорівнює 1 Вб. Наприклад, індуктивність довгого соленоїда визначається співвідношенням:

(9.28)

де N - кількість витків у обмотці, l - довжина соленоїда, S - площа його поперечного перерізу, n=N/l - концентрація намотування витків, V=S×l – об¢єм соленоїда. Стосовно до явища самоіндукції, закон Фарадея набуває вигляду:

(9.29)

Якщо контур не деформується і магнітна проникність середовища не змінюється, то L=const. Із цього закону випливає, що наявність індуктивності у контурі приводить до уповільнення зміни струму в ньому. Якщо струм згодом зростає (dІ/dt >0), то es <0, тобто індукційний струм спрямований назустріч струму зовнішнього джерела і сповільнює його зростання. Якщо струм згодом спадає (dІ/dt <0), то es >0, тобто індукційний струм має такий самий напрямок, як і спадаюий струм джерела і сповільнює його зменшення. Іншими словами, контур із індуктивністю набуває електричної інертності – будь-яка зміна струму у ньому гальмується тим сильніше, чим більша його індуктивність. Із контуром індуктивністю L, по якому тече струм I, зв'язаний магнітний потік F=L×I. Для зміни магнітного потоку на величину dF=L×dІ необхідно здійснити роботу dА=I×dF=L×I×dІ. Тоді повна робота щодо створення магнітного потоку від 0 до F складає:

(9.30)

Із появою та зникненням струму у провіднику, з'являється і зникає магнітне поле. Тому енергія магнітного поля дорівнює роботі, яка витрачається струмом на створення цього поля:

(9.31)

Підставивши в цю формулу вираз для індуктивності довгого соленоїда, для енергії магнітного поля соленоїда одержимо:

(9.32)

де V=S×l – об¢єм соленоїда. Магнітне поле соленоїда однорідне і зосереджене усередині нього, тому енергія розподілена в ньому рівномірно зі сталою об'ємною густиною wм:

(9.33)

Ця формула аналогічна об'ємній густині енергії електростатичного поля, якщо в ній електричні величини замінити магнітними.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-07; Просмотров: 835; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.016 сек.