Електромагнітна індукція 1
Магнітний потік. В однорідному магнітному полі, модуль вектора індукції якого дорівнює В, поміщений плоский замкнутий контур площею S. Нормаль n до площини контуру складає кут a з напрямком вектора магнітної індукції В (див. Рис. 1).
Магнітним потоком через поверхню називається величина Ф, обумовлена співвідношенням:
Ф = В · S · cos a.
Одиниця виміру магнітного потоку в систем СІ - 1 Вебер (1 Вб).
Електромагнітна індукція. Явище електромагнітної індукції виявлено в 1831 р Фарадеем. Воно виражає взаємозв'язок електричних і магнітних явищ.
Розглянемо деякі експериментальні факти:
постійний магніт вставляють в котушку, замкнуту на гальванометр, або виймають з неї. При русі магніту в контурі виникає електричний струм
Аналогічний результат буде мати місце в разі переміщення електромагніту, за яким пропускають постійний струм, щодо первинної котушки або при зміні струму в нерухомій вторинній котушці.
рамку, замкнуту на гальванометр, поміщають в однорідне магнітне поле і обертають. У рамці виникає електричний струм. Якщо ж рамка рухається поступально, не перетинаючи силових ліній, то струм в ній не виникає.
рамка рухається в неоднорідному магнітному полі. Число ліній індукції, що перетинають рамку, змінюється. У рамці виникає електричний струм
Струм, що виникає в контурі при зміні магнітного потоку, називають індукційним струмом.
Ви знаєте, що умовою існування електричного струму в замкнутому контурі є наявність електрорушійної сили, що підтримує різницю потенціалів. Отже, при зміні магнітного потоку, що пронизує замкнутий контур, в ньому виникає ЕРС, яку називають ЕРС індукції (ei).
Явище виникнення ЕРС в контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур, називається електромагнітної індукції.
Якщо контур замкнутий, то ЕРС індукції проявляється у виникненні електричного індукційного струму
I = ei / R. де R- опір контуру.
Якщо контур розімкнений, то на кінцях провідника виникає різниця потенціалів, що дорівнює ei.
Напрямок індукційного струму в контурі визначається правилом Ленца:
Індукційний струм спрямований так, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, яким він викликаний.
Напрямок індукційного струму визначається наступним чином:
1. встановити напрям зовнішнього магнітного поля В.
2. визначити збільшується або зменшується потік вектора магнітної індукції зовнішнього поля.
3. за правилом Ленца вказати напрямок вектора магнітної індукції індукційного струму Вi.
4. за правилом правого гвинта визначити напрямок індукційного струму в контурі.
ЕРС індукції в рухомому провіднику. Нехай провідник довжиною L переміщається зі швидкістю V в однорідному магнітному полі, перетинаючи силові лінії. Разом з провідником рухаються заряди, що знаходяться в провіднику. На рухомий в магнітному полі заряд діє сила Лоренца. Вільні електрони зміщуються до одного кінця провідника, а на іншому залишаються нескомпенсовані позитивні заряди. Виникає різниця потенціалів, яка і являє собою ЕРС індукції ei. Її величину можна визначити, розрахувавши роботу, що здійснюються силою Лоренца при переміщенні заряду вздовж провідника:
ei = A / q = F · L / q.
Звідси слідує що
ei = B · V · L · sin a.
Самоіндукція є окремим випадком різноманітних проявів електромагнітної індукції.
Розглянемо контур, підключений до джерела струму. По контуру протікає електричний струм I. Цей струм створює в навколишньому просторі магнітне поле. В результаті контур пронизує власним магнітним потоком Ф. Очевидно, що власний магнітний потік пропорційний току в контурі, що створив магнітної поле:
Ф = L · I.
Коефіцієнт пропорційності L називається індуктивністю контуру. Індуктивність залежить від розмірів, форми провідника, магнітних властивостей середовища. Одиниця виміру індуктивності в системі СІ - 1 Генрі (Гн).
Якщо струм в контурі змінюється, то змінюється і власний магнітний потік Фс. Зміна величини Фс призводить до виникнення в контурі ЕРС індукції. Дане явище називається самоіндукцією, а відповідне значення - ЕРС самоіндукції eiс.
Із закону електромагнітної індукції слід, що
eiс = dФс / dt.
Якщо L = const, то eiс = - L · dI / dt.