Закон Ленца

Закон электромагнитной индукции

При движении в магнитном поле в проводнике индуктируется электродвижущая сила, значение которой (B) пропорционально магнитной индукции, активной длине проводника и нормальной (к полю) составляющей скорости его движения, т. е.

E = Blvsinα,

где B - магнитная индукция, Тл; v - скорость движения проводника, м/с; l - активная длина проводника (часть проводника, находящаяся в магнитном поле), м; α - угол между векторами скорости и магнитной индукции поля.

Эта зависимость носит название закона электромагнитной индукции.

Для определения направления индуктированной ЭДС в прямолинейном проводнике применяют правило правой руки (рис. 6): если расположить ладонь правой руки так, чтобы магнитные линии входили в неё, а отставленный большой палец указывал направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца покажут направление индуктированной ЭДС.

Движущийся в магнитном поле под действием внешней механической силы проводник представляет собой простейший электрический генератор, в котором происходит преобразование механической энергии в электрическую.

Закон электромагнитной индукции формулируется и по-другому: в замкнутом контуре индуктируется ЭДС при всяком изменений магнитного потока, охватываемого этим контуром. ЭДС, индуктированная в контуре, численно равна скорости изменения магнитного потока, охватываемого этим контуром:

e = −ΔΦ/Δt.

Эта формула дает среднее значение ЭДС за время Δt и показывает, что ЭДС зависит не от абсолютного значения магнитного потока, а от скорости его изменения.

При наличии нескольких витков, пронизываемых одним и тем же магнитным потоком, индуктированную ЭДС рассчитывают по формуле

e = −w(ΔΦ/Δt).

Эта формула выражает закон Ленца: индуктированная ЭДС имеет такое направление, при котором созданный ею ток противодействует причине, вызвавшей возникновение ЭДС.

Если витки катушки пронизываются различными по значению магнитными потоками, то индуктированная во всей катушке ЭДС равна сумме ЭДС, индуктированных в отдельных витках катушки:

e_к = −(ΔΦ₁/Δt+ΔΦ₂/Δt+…+ΔΦ_w/Δt).

Сумму магнитных потоков отдельных витков катушки называют потокосцеплением:

Ψ = Φ₁+Φ₂+…+Φ_w.

• Единица изменения потокосцепления, как и магнитного потока, - вебер (Вб; Wb).

Если электрический ток в контуре изменяется, то изменяется и созданный им магнитный поток. При этом по закону электромагнитной индукции в проводнике индуктируется ЭДС. Поскольку она возникает вследствие изменения тока в самом проводнике, то это явление названо самоиндукцией, а индуктируемая в проводнике ЭДС названа ЭДС самоиндукции.

Магнитный поток и потокосцепление зависят не только от силы тока в проводнике, но и от формы и размеров этого проводника, а также от магнитной проницаемости окружающей его среды. Между потокосцеплением и током существует следующая зависимость:

Ψ = LI,

где L - коэффициент пропорциональности.

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью проводника. Он характеризует свойство проводника образовывать потокосцепление при прохождении по нему тока. Это один из главных параметров электрических цепей.

Для определённой цепи индуктивность - величина постоянная. Она зависит от геометрических размеров контура, его конфигурации и магнитной проницаемости окружающей среды, но не зависит ни от силы тока в контуре, ни от магнитного потока.

Индуктивность катушки тем больше, чем больше площадь ее сечения и чем больше она содержит витков, вследствие того что оба эти условия увеличивают магнитный поток через катушку при одном и том же токе в ней. Очень сильно возрастает магнитный поток через катушку, если в неё вставить железный сердечник. Поэтому катушка с железным сердечником обладает гораздо большей индуктивностью, чем такая же по размерам катушка без сердечника.

• Единица измерения индуктивности - генри (Гн; H)

Генри - это индуктивность проводника, в котором ток силой 1 А возбуждает магнитный поток 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб/1 А.

ЭДС самоиндукции определяют по формуле

e_L = −ΔΦ/Δt,

где ΔΦ/Δt - скорость изменения магнитного потока.

Если взять два или больше электрически не связанных замкнутых контура и по одному из них пропустить ток, то в других контурах будет индуктироваться ЭДС. Это явление получило название взаимоиндукции.

В электрических приборах и аппаратах металлические детали иногда движутся в магнитном поле или неподвижные металлические детали пересекаются силовыми линиями изменяющегося по значению магнитного поля. В этих металлических деталях индуктируется ЭДС самоиндукции. Под действием ЭДС в массе металлической детали возбуждаются вихревые токи (токи Фуко), которые замыкаются в массе, образуя вихревые контуры токов.

Вихревые токи порождают свои собственные магнитные потоки, которые по закону Ленца противодействуют магнитному потоку катушки и ослабляют его. Кроме того, они вызывают нагрев сердечника, что является бесполезной тратой энергии.

Для уменьшения потерь от вихревых токов сердечники катушек индуктивности, а также магнитопроводы электрических машин и аппаратов изготовляют в виде пакетов из листов электротехнической стали. Листы изолируют друг от друга специальными лаками.

Дата добавления: 2014-01-20