В 1831 г. английский физик Майкл Фарадей установил, что электрический ток может возникать в контуре не только при движении проводника в магнитном поле, но и при любом изменении магнитного потока в контуре.
Было открыто явление электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция – физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Электрический ток, возникающий при электромагнитной индукции, называется индукционным
Явление электромагнитной индукции - при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводящим контуром, в нём возникает электродвижущая сила, называемая э.д.с. индукции.
Если контур замкнут, то под действием этой э.д.с. появляется электрический ток,
названный индукционным.
Для определение знака индукционного тока в контуре его направление сравнивается в выбранным направлением обхода контура.
Направление индукционного тока (так же, как и величина ЭДС индукции) считается положительным, если оно совпадает с выбранным направлением обхода контура.
Фарадей установил, что э.д.с. индукции не зависит от способа изменения магнитного потока и определяется только быстротой его изменения.
Он установил, что одним из способов индуцирования тока в катушке является вдвигание в катушку постоянного магнита.
Рассмотрим один из опытов, проведённых Фарадеем, по обнаружению индукционного тока, а следовательно, и э.д.с. индукции.
Если в соленоид, замкнутый на очень чувствительный электроизмерительный прибор(гальванометр), вдвигать или выдвигать магнит, то при движении магнита наблюдается отклонение стрелки гальванометра, свидетельствующее о возникновении индукционного тока.
То же самое наблюдается при движении соленоида относительно магнита.
Если же магнит и соленоид неподвижны относительно друг друга, то и индукционный ток не возникает.
Из приведённого опыта следует вывод, что при взаимном движении указанных тел происходит изменение магнитного потока через витки соленоида, что приводит к появлению индукционного тока, вызванного возникающей э.д.с. индукции.
Закон электромагнитной индукции Фарадея-Максвелла:
ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.
ei = - Φ’ (производная потока через поверхность контура по времени)
ЭДС индукции в проводнике равна быстроте изменения магнитного потока, пронизывающего площадь, охватываемую проводником:
ei = - Φ’ = - = -
При движении проводника возникающий индукционный ток создает собственное магнитное поле Bi и собственный магнитный поток Φi через контур.
Bi ~ Ii ~ εi = - Φ’ , Φi ~ Bi Þ Φi ~ (- Φ’)
Условие пропорциональности является математической формулировкой правила определения направления индукционного тока, установленного русским физиком Э.Х.Ленцем.
Знак минус в формуле объясняется по Правилу Ленца:
индуктивный ток направлен так, что своим магнитным полем препятствует изменению внешнего магнитного потока, порождающего индукционный ток.
Примем магнитный поток, пронизывающий площадь контура, положительным.
При увеличении этого потока > 0 возникает э.д.с. индукции ei < 0, под действием которой появляется индукционный ток, создающий собственное магнитное поле, направленное навстречу внешнему полю, т.е. магнитный поток индукционного тока отрицателен.
Если же поток, пронизывающий площадь контура, уменьшается < 0, то ei > 0 , т.е. направление магнитного поля индукционного тока совпадает с направлением внешнего поля.
Направление индукционного тока определяется правилом Ленца:
индукционный ток в контуре имеет такое направление. что создаваемое им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Из этого правила следует, что при возрастании магнитного потока возникающий индукционный ток имеет такое направление, чтобы порождаемое им магнитное поле было направлено против внешнего поля, противодействуя увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока, наоборот, приводит к появлению индукционного тока, создающего магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем.
Пусть, например, в однородном магнитном поле находится проволочная квадратная рамка, пронизываемая магнитным полем.
Предположим, что магнитное поле возрастает. Это приводит к увеличению магнитного потока через площадь рамки. Согласно правилу Ленца, магнитное поле, возникающего индукционного тока, будет направлено против внешнего поля, т.е. вектор В2 этого поля противоположен вектору Е. Применяя правило правого винта, находим направление индукционного тока Ii.
Явление электромагнитной индукции получило широкое применение в технике: промышленности получение электроэнергии на электростанциях, разогрев и плавление проводящих материалов (металлов) в индукционных электропечах и т.д.
ДОБАВИТЬ ИЗ ДРУГОГО ИСТОЧНИКА
Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, называется вихревым электрическим полем.
Работа сил вихревого поля по перемещению зарядов и является ЭДС индукции.
Вихревое поле не связано с зарядами и представляет собой замкнутые линии.
Работа сил этого поля по замкнутому контуру может быть отлична от нуля.
Магнитное поле – вихревое поле.
САМОИНДУКЦИЯ (уч.11кл.стр.123-126)
Опыт Джозефа Генри
Самоиндукция
Коммутационные процессы в цепи с индуктивностью.
Время релаксации цепи.
Графическая интерпретация времени релаксации.
В опытах Фарадея индукционный ток возникал при изменении магнитного потока в катушке, вызванного изменением индукции внешнего магнитного поля.
В 1832 г. американский ученый Джозеф Генри наблюдал возникновение индукционного тока в катушке, когда магнитный поток в ней менялся вследствие изменения тока, протекавшего в самой катушке.
Это явление получило название самоиндукции.
Самоиндукция – возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении силы тока в нем.
Явление самоиндукции - явление возникновения э.д.с. в том же проводнике, по которому течёт переменный ток, называется самоиндукцией, а саму э.д.с. называют э.д.с. самоиндукции.
Это явление объясняется следующим:
Переменный ток, проходящий по проводнику, порождает вокруг себя переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт магнитный поток, изменяющийся со временем, через площадь, ограниченную проводником.
Согласно явлению электромагнитной индукции, это изменение магнитного потока и приводит к появлению э.д.с. самоиндукции.
Пусть по проводнику с индуктивностью L течёт электрический ток. В момент времени t1 сила этого тока равна I1, а к моменту времени t2 она стала равной I2.
Магнитный поток, создаваемый током через площадь ограниченную проводником, в моменты времени t1 и t2 соответственно равен Ф1=LI1 и Ф2= LI2 , а изменение магнитного потока DФ = LI2 — LI1 = L(I2 - I1) = LDI.
Согласно закону электромагнитной индукции, э.д.с. самоиндукции равна: e = -
Подставляя в это выражения предыдущую формулу, получаем закон самоиндукции:
esi = - L= -Li’ (производная тока по времени)
Э.д.с. самоиндукции, возникающая в проводнике, пропорциональна быстроте изменения силы тока, текущего по нему.
Под действием э.д.с. самоиндукции создаётся индукционный ток, называемый током самоиндукции.
Если через соленоид протекает постоянный ток I = const, ЭДС самоиндукции отсутствует εsi = 0.
Так как катушка кроме индуктивного обладает и активным сопротивлением, то ток через нее: I = ε/R
Ток самоиндукции, согласно правилу Ленца, противодействует изменению силы тока в цепи, замедляя его возрастание или убывание.
Особенно быстро сила тока изменяется при замыкании- размыкании (коммутации) цепи.
При замыкании кнопки магнитный поток соленоида начинает возрастать ΔΦ > 0. Согласно правилу Ленца, возникает индукционный ток, создающий индукцию направленную против внешнего поля. Полярность возникающей ЭДС самоиндукции, противоположной внешней ЭДС, препятствует нарастанию силы тока через катушку.
Реально ЭДС самоиндукции тормозит электроны в проводнике, из которого сделана катушка.
С течением времени, когда магнитный поток перестает изменяться (ΔΦ = 0), ЭДС самоиндукции становится равной нулю и устанавливается значение силы тока в контуре:
I = U/R.
При размыкании кнопки ток самоиндукции стремиться «поддержать» спадающий толк через катушку, и протекает в ту же сторону, в которую протекал ток в цепи до размыкания ключа. ЭДС самоиндукции поддерживает магнитный поток через катушку без изменений. Реально она ускоряет движение электронов в проводнике, из которого сделана катушка.
Поэтому в течении некоторого времени релаксации τL в разомкнутой цепи продолжает протекать ток самоиндукции.
Согласно закону Ома для L-R цепи:
isi = = -
Изменение тока в единицу времени:
i’ = = -
Величина –I в числителе характеризует полное изменение тока при размыкании.
Следовательно промежуток времени τL = L/R в знаменателе определяет по порядку величины время протекания тока размыкания, или время релаксации L-R цепи.
Время релаксации является характеристикой инерционных свойств любой электрической цепи.
В случае L-R цепи оно определяет как время протекания тока размыкания, так и время нарастания тока замыкания цепи.
Геометрически производная i’ характеризуется тангенсом угла наклона касательной к кривой тока i(t). При t = 0 касательная к графику i(t) пересекает ось t в точке τL. Так можно графически определить время релаксации.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
