Электромагнитная индукция Электромагнитная индукция в прямолинейном проводнике
|
|
При движении проводника в магнитном поле со скоростью v перпендикулярно магнитным силовым линиям на каждую элементарную частицу будет действовать электромагнитная сила F. |
Под действием этой силы электроны переместятся на один край проводника, где будет создаваться избыточный отрицательный заряд, а на противоположном конце возникнет избыточный отрицательный заряд, а на противоположном конце возникнет избыточный положительный заряд. Т.о. на концах проводника возникают равные по величине и противоположные по знаку заряды. По пере накопления зарядов усиливается напряженность эл. поля, и на каждую частицу будет действовать электростатическая сила F, направленная противоположно электромагнитной силе. Когда эти силы уравновесят друг друга, разделение зарядов прекращается.
Разделение зарядов, возникающее под действием электромагнитной силы, можно рассматривать как результат действия ЭДС, которую называют ЭДС электромагнитной индукции.При разомкнутом проводе эта ЭДС равна напряжению между концами провода. Величина этой ЭДС:
,
где В – магнитная индукция;
l – длина провода;
v – скорость.
Если проводник
расположен под углом к магнитным силовым
линиям, то ЭДС будет равна:
.
Направление ЭДС совпадает с направлением электромагнитной силы, действующей на положительный заряд и противоположно направлению силы, действующей на электрон.
Обычно направление ЭДС электромагнитной индукции определяют по правилу правой руки: если правую руку поставить так, чтоб магнитные силовые линии входили в ладонь, а большой палец показывал направление перемещения проводника, то 4 вытянутых пальца укажут направление индуктированной ЭДС.
Формулу
ЭДС электромагнитной индукции можно
привести к другому виду. Допустим, что
под действием внешних сил проводник за
время
переместился на расстояние
,
тогда скорость его перемещения будет
равна:
,
то есть ЭДС индукции равна скорости
изменения магнитного потока, пронизывающего
контур.
Для того, чтобы
учесть направление ЭДС перед правой
частью ставят два минуса, поэтому
окончательный вид формулы:
.
Если
(магнитный поток возрастает), то ЭДС
отрицательная; если же
(магнитный поток убывает), то ЭДС будет
положительная.
Правило Ленца
Ток, возникающий в контуре под действие наведенной ЭДС всегда направлен так, что противодействует изменению магнитного потока, пронизывающего контур.
Т.е. ЭДС электромагнитной индукции направлено так, что препятствует причине своего возникновения.
Преобразование механической энергии в электрическую Электрические генераторы
Электромеханическое действие магнитного поля и электромагнитная индукция используются для преобразования механической энергии в электрическую и обратно. Устройства, с помощью которых эти преобразования осуществляются, называются электрическими машинами. Машина для преобразования механической энергии в электрическую, называется генератором, а для обратного преобразования –двигателем. На рисунке представлен простейший генератор переменного тока. Между полюсами электромагнитаN и Sвращается стальной якорь, на поверхности которого расположен виток изолированного проводаabcd. Концы витка присоединены к кольцам 1 и 2, насаженным на вал якоря и изолированным друг от друга. На кольца наложены щетки А и Б, к которым присоединены приемники энергии. Якорь генератора приводится во вращение каким-либо первичным двигателем, например, паровой турбиной. Во время вращения в активных сторонах виткаabиcdвозникаю ЭДС. На рисунке ЭДС в проводникеabнаправлена от точкиbк точкеa, а в проводникеcd– от точкиdк точке с. Следовательно, по внешнему участку цепи ток проходит от кольца 1 через щетку А к щетке В и кольцу 2. Щетка А, от которой ток отводится во внешнюю цепь, имеет положительный потенциал, а щетка В, через которую ток поступает обратно в машину, - отрицательный потенциал. При повороте якоря на 1800изменяется направление индуцированной ЭДС и потенциалы щеток А и В.