Основной закон электромагнитной индукции
В 1831 году английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Это явление заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Схема одного из первых опытов Фарадея изображена на рис. 14.1.
 |
На немагнитный стержень М намотаны два куска изолированной медной провода, концы одного (1) из них подсоединены к батарее гальванических элементов e, концы другого к гальванометру G. При замыкании и размыкании ключа в первичной цепи стрелка гальванометра слегка отклонялась и затем быстро возвращалась в положение равновесия, что свидетельствовало о возникновении во вторичной цепи индукционного тока. Заменив ключ К, реостатом Фарадей заметил, что при изменении силы тока I1 в первичной цепи, во вторичной по-прежнему наводится индукционный ток, направление которого зависит от того, уменьшается или увеличивается ток I1.
Исследование индукционного тока в проводящих контурах различной формы и размеров показало (закон Фарадея), что э.д.с. электромагнитной индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока Фм через поверхность, ограниченную контуром. Исследование направления индукционного тока привело к формулировке следующего закона (правило Ленца): при всяком изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную замкнутым проводящим контуром, в последнем возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Иллюстрацией правила Ленца служит опыт изображенный на рис.14.2.
 |
При замыкании ключа проводящее кольцо, надетое на продолжение магнитного сердечника, перемещается вправо, при размыкании – влево.
Пусть используемое при вычислении eинд направление обхода контура и направление нормали согласованы по правилу правого винта: из конца вектора n обход виден происходящим против часовой стрелки. Тогда основной закон электромагнитной индукции имеет следующий вид:
, (14.1.1)
т. е. электродвижущая сила электромагнитной индукции в замкнутом проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
Явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем, наряду с обнаруженным им же вращением прямолинейного проводника с током вокруг полосового магнита, явилось основой, на которой в последующие годы были созданы электрические генераторы, двигатели и трансформаторы.
Под действием индукционной э.д.с. в проводнике возникает, так называемый, индукционный ток. Индукционные токи возникают не только в замкнутых проводниках, поперечные размеры которых малы по сравнению с их длиной, но и в массивных проводниках. В последнем случае замкнутые цепи индукционных токов образуется в толще самого проводника.
Индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при их движении в магнитном поле или под влиянием переменного магнитного поля, называются вихревыми токами или токами Фуко. Если электрическое сопротивление цепи вихревого тока достаточно мало, то он может достигать большой силы и вызывать сильное нагревание проводника. Вихревые токи используют для плавки металлов в индукционных печах. В трансформаторах вихревые токи приводят к значительным потерям электрической энергии. Для уменьшения потерь увеличивают электрическое сопротивление в цепи вихревых токов, изготавливая сердечники трансформаторов наборными из тонких железных пластин, электрически изолированных друг от друга непроводящим лаком или окалиной.
Дата добавления: 2015-04-19; просмотров: 956;