Электромагнитная индукция

Важное значение для всей электротехники имеет закон электромагнитной индукции, открытый М. Фарадеем. Этот закон служит для определения э. д. с., возникающей в проводниках при пересечении ими магнитных линий и при изменении магнитного потока, сцепленного с контуром, который образован проводниками. Закон электромагнитной индукции найден на основании опытов, но его можно считать логическим следствием закона элект­ромагнитной силы.

На электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует отклоняющая электромагнитная сила Лоренца,

F_л = BeV₀sinα,

где В - вектор магнитной индукции;

е - заряд электрона;

V₀ - начальная скорость движения электрона;

sinα - угол между вектором скорости движения и вектором направления магнитной индукции.

В простейшем случае, когда заряд e движется со скоростью V₀ перпендикулярно направлению поля, эта сила будет

F_л = BeV₀.

На свободные электроны, содержащиеся в проводе, действует электромагнитная сила, смещающая их к одному концу провода. Это равносильно сосредоточению отрицательного заряда у одного конца провода и положительного заряда (недостаток электронов) у другого конца. Между двумя разноименными зарядами в проводнике возникает индуктированное (наведенное) электрическое поле - создается напряженность Е. Через эту напряженность можно выразить силу взаимного притяжения разноименных зарядов (называемую часто кулоновой силой):

F_к = eE.

Сила взаимного притяжения должна уравновешивать электромагнитную силу, стремящуюся разделить заряды,

F_к = - F_л.

Подставив соответствующие выражения этих сил, получим формулу, выражающую напряженность электрического поля в проводнике через его скорость и магнитную индук­цию поля,

еЕ = - BeV₀, или E = - BV₀ .

В проводнике с активной длиной l индукти­руется э. д. с.,

Е_l = El = BV₀l.

В случае, когда проводник движется по отношению к направлению поля под углом α, эта э. д. с. будет,

Е_l = BV₀lsinα.

Более общее значение имеет выражение э. д. с. через изменение магнитного потока, сцепленного с контуром. Его можно получить из формулы Е_l = BV₀l, заменив скорость V₀, от­ношением пути Δх к времени Δt, за которое этот путь пройден,

V₀ = Δх/Δt, следовательно,

E = - BlΔx/Δt,

но произведение lΔx = ΔS - это площадь, пересеченная проводником, а BΔS = ΔФ - поток, пронизывающий эту площадь и пересеченный проводником. Следовательно,

E = - ΔФ/Δt

здесь ΔФ можно рассматривать как изменение потока Ф, сцепленного с контуром, в котором индуктируется э. д. с.; на основании чего индуктированная э. д. с. равна ско­рости изменения магнитного потока, сцепленного с контуром, в котором она индук­тируется.

Основные законы электромагнитной индукции:

1. когда проводник пересекает линии магнит­ного поля, в нем возникает электрическое напряжение;

2. направление наводимого напряжения зави­сит от направления магнитного поля и от направления, в котором движется поле от­носительно проводника;

3. величина напряжения пропорциональна скорости, с которой проводник пересекает магнитное поле.

На эффекте индукции (наведения) напряжения в проводнике основана работа генераторов (в том числе и генератора переменного тока в автомоби­ле). Генератор - это машина, которая преобразу­ет механическую энергию в электрическую.