Самоиндукция

ЭДС, вырабатываемая генератором, зависит от частоты вращения рамки в магнитном поле.

В то же время, индукционные токи могут достигать в проводниках значительных величин и вести к нежелательным потерям энергии, ненужному их нагреванию. В случае, когда индукционные токи оказываются вредными, их называют паразитными, или токами Фуко, в честь французского физика Ж.Б. Фуко, впервые обнаружившего их и предложившего способ их уменьшения.

Один из способов уменьшения токов Фуко был уже назван — это увеличение сопротивления проводников различными способами.

В трансформаторах, например, это делается либо путем замены сплошных сердечников наборными, либо изготовлением их из специальных непроводящих электрический ток материалов, но с ярко выраженными ферромагнитными свойствами.

Экспериментальные установки, позволившие зафиксировать явление и установить закон электромагнитной индукции, имели одну общую особенность: в них присутствовала индикаторная цепь, состоящая из проволочной катушки, замкнутой на чувствительный электроизмерительный прибор. Магнитный поток, пронизывающий индикаторную цепь, изменялся различными способами либо с помощью постоянного магнита, либо с помощью электромагнита, находившихся рядом с индикаторной катушкой.

Проведенные опыты можно было бы интерпретировать и таким образом: изменяющийся магнитный поток, созданный посторонним по отношению к контуру (катушке, проводнику) источником магнитного поля, возбуждает в этом контуре ЭДС индукции. Возможность такого вывода отражается даже в самом названии серии опытов с расположенными рядом друг с другом катушками: явление взаимоиндукции.

Но ведь, если взять только один проводящий контур и пропустить по нему изменяющийся электрический ток, этот ток создаст изменяющееся магнитное поле, в котором будет находиться сам контур. Следовательно, поскольку через контур проходит изменяющийся магнитный поток, в контуре должны появляться электродвижущая сила индукции и индукционный ток. Направление индукционного тока может быть определено согласно правилу Ленца.

Поскольку индукционные процессы должны протекать в том же самом контуре, в котором изменяется протекающий по нему электрический ток, явление можно было бы назвать явлением самоиндукции, а возникающую ЭДС электродвижущей силой самоиндукции (e_si).

Электрический ток в контуре, прежде всего, будет изменяться при включении и выключении источника тока. Если включается источник постоянного тока, ток будет нарастать от нуля до некоторого максимального значения, определяемого величиной ЭДС источника и сопротивлением цепи. При выключении источника тока, ток будет уменьшаться от своего максимального значения до нуля.

При нарастании тока в цепи магнитный поток, созданный им, будет увеличиваться. Чтобы, согласно правилу Ленца, возникло противодействие нарастающему магнитному потоку, в цепи должен возникнуть индукционный ток, направленный противоположно току, созданному источником, включенным в цепь.

Соответственно, при уменьшении силы тока в цепи магнитный поток, созданный им, будет уменьшаться. Чтобы, согласно правилу Ленца, возникло противодействие уменьшающемуся магнитному потоку, в цепи должен возникнуть индукционный ток, сонаправленный с током, созданным источником, включенным в цепь.

И в том, и в другом случае, магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется за счет изменения силы тока, протекающего через него.

Магнитный поток определяется как физическая величина, равная произведению индукции магнитного поля на площадь поперечного сечения контура, пронизываемого магнитным полем и на косинус угла между направлением вектора магнитной индукции и нормали к поверхности контура:

.

Магнитная индукция поля, создаваемого элементарным током, пря мо пропорциональна силе этого тока:

B ~ I.

Расчеты и опыты показывают, что прямо пропорциональны силе тока и индукции магнитных полей, создаваемых проводниками самых разных конфигураций.

Отсюда следует, что магнитный поток прямо пропорционален силе тока, протекающего по проводнику и порождающего магнитное поле, которое в свою очередь, создает магнитный поток в области, ограниченной каким-то контуром:

Ф ~ I.

Изменение же магнитного потока будет прямо пропорционально соответствующему изменению силы тока:

D Ф ~ D I

(Предполагается, что параметры контура остаются неизменными).

Чтобы перейти к знаку равенства, в правой части приведенных выражений необходимо поставить коэффициент пропорциональности. Обозначим его буквой L и назовем индуктивностью. Тогда выражения запишутся следующим образом:

и

Дата добавления: 2015-06-27