Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея

Лекция № 9

Принцип действия МГД-генератора

На тепловых электростанциях внутренняя энергия топлива превращается в электрическую энергию довольно сложным путем. Сначала за счет энергии топлива приводиться в действие тепловая машина (турбина, дизель). Тепловая машина вращает генератор. Генератор преобразует полученную энергию от тепловой машины механическую энергию в электрическую. Двойное преобразование энергии (внутренней – в механическую, механическую - электрическую), наличие быстро вращающихся частей, делают тепловые машины сложными сооружениями с малыми КПД. Между тем возможно прямое превращение внутренней энергии в электрическую. Соответствующие генераторы называются магнитогидродинамическими. Принцип действия МГД генератора заключается в следующем. В камере сгорания высокая температура – до 25000С.

Камера сгорания

При такой температуре продукты сгорания весьма сильно ионизированы. Для увеличения концентрации ионов к продуктам сгорания добавляют вещества с небольшой энергией ионизации – Cs,Ca,Na,K и др. Полученная таким образом плазма пропускается через постепенно расширяющийся раструб. Раструб находится в сильном поперечном магнитном поле. Под действием силы Лоренца электроны в плазме отклоняются к одному электрону, а положительные ионы к другому. Между электродами возникает разность потенциалов до нескольких тысяч вольт. Как показывают расчеты, КПД МГД-генераторов может превысить КПД обычных генераторов на 30 – 40%. На три создания мощных промышленных МГД-генераторов пока много трудностей. Одна из главных – создание таких материалов, которые бы длительное время выдерживали высокую температуру, не окисляясь.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 году. Оно состоит в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур, возникает ЭДС индукции.

Опыт показывает, что абсолютное значение ЭДС индукции равно модулю скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур

Если контур замкнутый, то ЭДС индукции вызывает в нём индукционный ток. Изменение магнитного потока, с пронизывающего контур может быть обусловлено изменением пронизывающего контура магнитного поля, изменением формы контура и изменением положения контура в магнитном поле.

Ленц установил правило, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток через поверхность, опираются на контур, противодействует изменению магнитного потока, который вызвал этот индукционный ток.

Это означает, что ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока противоположны:

Пример. Контур находится в изменяющемся магнитном поле. Если модуль индукции в возрастёт, то >0 => <0. ЭДС индукции отрицательна- это значит, что магнитный поток, создаваемый индукционным током и пронизывающий контур противоположен по знаку внешнему магнитному потоку.

Если модуль индукции уменьшается, то <0, и >0, т.б. магнитный паток индукционного тока и внешний магнитный поток совпадают по знаку.

Из правила Ленца следует, что внешнее магнитное поле всегда тормозит движение проводника, по которому течёт индукционный ток.

Теперь получим закон электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции- одно из проявлений закона сохранения энергии. Поместим цепь с источником и подвижным участком ав в магнитное поле (поле направлено за чертёж). За счёт работы источника тока контуром выделяется джоулево тепло и осуществляется перемещение проводника ав. По закону сохранения энергии, работа источника за время dt тепла и работе, затраченной на перемещение проводника ав

,

Где -сила тока в контуре, - сопротивление контура, - магнитный поток, пронизывающий поверхность, которую описывает проводник ав при своем движении, иначе- приращение, которое получает магнитный поток, пронизывающий контур.

Из последнего выражения получаем:

Таким образом, мы получаем, что при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в контуре возникает дополнительная ЭДС, равная:

Дата добавления: 2014-01-04