Электромагнитная индукция

Майкл Фарадэй

Майкл Фа́радей (22 сентября августа 1867) английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле. Первые самостоятельные исследования В 1816 году появляется и его первая печатная работа. В 1820 Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель – считается открытием нержавеющей стали. В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии. Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область электромагнетизма. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и магнетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукцией возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Фарадей также дал математическое описание этого явления, лежащего в основе современного электромашиностроения. В 1832 г. Фарадей открывает электрохимические, которые ложатся в основу нового раздела науки электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений.

Магнитный поток Магнитный поток. В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции. Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Ф = В·S·cos a. Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).

Экспериментальные факты : постоянный магнит вставляют в катушку, замкнутую на гальванометр, или вынимают из нее. При движении магнита в контуре возникает электрический ток.

Экспериментальные факты: рамку, замкнутую на гальванометр, помещают в однородное магнитное поле и вращают. В рамке возникает электрический ток. Если же рамка движется поступательно, не пересекая силовых линий, то ток в ней не возникает

Экспериментальные факты: рамка движется в неоднородном магнитном поле. Число линий индукции, пересекающих рамку, изменяется. В рамке возникает электрический ток

Экспериментальные факты: Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током. Вы знаете, что условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (e i ). Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией. Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного I = e i /R, где R- сопротивление контура.

Правило Ленца: Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца: Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Определение направления индукционного тока: установить направление внешнего магнитного поля В. определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля. по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока В i. по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре.

Закон электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: e i = - dФ/dt. Если контур содержит N витков, то e i = - N·(dФ/dt).

ЭДС индукции в движущемся проводнике Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле, пересекая силовые линии. Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на другом остаются нескомпенсированные положительные заряды. Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС индукции e i. Ее величину можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника: e i = A/q = F·L/q. Отсюда следует, что e i = B·V·L·sin a.

Самоиндукция Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции. Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока. По контуру протекает электрический ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле: Ф = L·I. Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн).

Самоиндукция Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Ф с. Изменение величины Ф с приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции e iс. Из закона электромагнитной индукции следует, что e iс = dФ с /dt. Если L = const, то e iс = - L·dI/dt.

Проявление магнитного поля: Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется сила Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору. Она пропорциональна заряду частицы, составляющей скорости, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля, и величине индукции магнитного поля. В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так: В системе единиц СГС: Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Практическое применение:

Генератор переменного тока Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижного ротора и неподвижного статора. Чаще всего статор представляет собой магнит (постоянный или электрический), создающий исходное магнитное поле (его называют индуктором). Ротор состоит из одной или нескольких обмоток, в которых под действием изменяющегося магнитного поля создается индукционный ток. (Другое название такого ротора якорь). Изменение магнитного поля, пронизывающего обмотки ротора, производится его принудительным вращением, которое на электростанциях обеспечивается различного рода турбинами. Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные электростанции). В гидроэлектростанциях турбины вращаются водой, падающей с большой высоты.

Громкоговоритель Громкоговоритель устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство (воздушной, водной и тп. среде), конструктивно содержащее одну или несколько излучающих головок и, при необходимости, акустическое оформление и дополнительные электрические устройства.

Микрофон

Трансформатор

Телефон

The End