Правило Ленца

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца.

Рис. 5.иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.

Рис 5. Рис 6.

Если Ф_внеш > 0 и нарастает при приближении магнита к кольцу, то согласно закону электромагнитной индукции отсюда следует, что , т.е. в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле _i в пределах площади контура направлено вверх, т.е противоположно внешнему магнитному полю.(рис. 5).

Если магнитный поток уменьшается, в контуре возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле направлено вниз, т.е. сонаправлено с внешним магнитным полем.

Для индукционных токов справедлив закон Ома

где I — сила тока, R — полное сопротивление цепи, т. е. сумма сопротивления индукционной катушки и сопротивления остальных частей цепи (реостата, лампочки, амперметра и т. д.)

Развитие идей Фарадея инженерами XIX и XX вв. привело к созданию электрогенераторов, которые эффективно преобразуют механическую энергию в энергию движущихся зарядов, т.е. в электроэнергию.

Простейшей моделью генератора является рамка, вращающаяся вблизи постоянного магнита (рис. 7).

Рис. 7

4. Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем, частный случай электромагнитной индукции. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 8). При замыкании ключа лампочка 1, включенная через катушку, загорается позже лампочки 2. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока порождает в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

рис. 8

При размыкании электрической цепи ток убывает, возникает уменьшение магнитного потока в катушке, и в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи.В результате лампочка 2 при выключении гаснет медленно, а иногда ярко вспыхивает.

Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

Магнитный поток, пронизывающий катушку можно найти по формуле

где Ф - магнитный поток через контур, I - сила тока в контуре.Коэффициент пропорциональности называют индуктивностью.Единица индуктивности — генри (Гн). 1 Гн = 1 В • с/АВокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией. Энергия магнитного поля, созданного током

9.3Переменный электрический ток
Явление электромагнитной индукции используется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели применяются генераторы переменного тока.
рис.1

Простейшим генератором переменного тока является проволочная рамка, вращающаяся равномерно с угловой скоростью w=const в однородном магнитном поле с индукцией В (рис. 1). Поток магнитной индукции, пронизывающий рамку площадью S, равен

При равномерном вращении рамки угол поворота , где - частота вращения. Тогда

По закону электромагнитной индукции ЭДС, наводимая в рамке при ее вращении,

Если к зажимам рамки с помощью щеточно-контактного аппарата подключить нагрузку (потребителя электроэнергии), то через нее потечет переменный ток.

Переменный ток – это электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.

Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений. Для этого необходимо знать обозначения физических величин, характеризующих переменный ток которые отличаются от значений постоянного тока.

Мгновенное значение переменной величины есть функция времени. Ее принято обозначать строчной буквой:

i - мгновенное значение тока ;

u - мгновенное значение напряжения ;

e - мгновенное значение ЭДС ;

p - мгновенное значение мощности .

Наибольшее мгновенное значение переменной величины за период называется амплитудой (ее принято обозначать заглавной буквой с индексом m).

- амплитуда тока;

- амплитуда напряжения;

- амплитуда ЭДС.

Вынужденные электрические колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой ω происходят по синусоидальному или косинусоидальному закону:

или ,

где u – мгновенное значение напряжения, U _m – амплитуда напряжения, ω – циклическая частота колебаний. Если напряжение меняется с частотой ω, то и сила тока в цепи будет меняться с той же частотой, но колебания силы тока не обязательно должны совпадать по фазе с колебаниями напряжения. Поэтому в общем случае

,

где φ _c – разность (сдвиг) фаз между колебаниями силы тока и напряжения.

Действующим или эффективным значением переменного тока называют величину такого постоянного тока, который по своему тепловому действию равноценен данному переменному току. Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата мгновенного тока, называется действующим значениемсилы переменного тока: .

Действующее значение переменного напряжения опреде­лятся аналогично действующему значению силы тока: . Например, в осветительной сети U_д=220В.

Аналогично определяются действующие значения ЭДС

Число полных колебаний (циклов) синусоидального тока или напряжения за единицу времени называют частотой соответствующей величины и обозначают буквой ν

ν=

За единицу частоты принимают частоту, равную одному колебанию в секунду. Эту единицу называют герцем (Гц) по имени немецкого физика Генриха Герца (1857—1894). Таким образом, технический переменный ток имеетчастоту50Гц.
Вместо частоты v вводят также величину w=2π ν. =2 π /T, которую называют циклической или круговой частотой тока (напряжения). Она представляет собой число полных колебаний (циклов) данной величины за 2 π секунд

Дата добавления: 2014-01-04