2. Э.Д.С. В проводнике, движущемся
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ.
В проводнике, движущемся в магнитном поле так, что он пересекает линии магнитной индукции, индуцируется Э.Д.С. Это явление – разновидность электромагнитной индукции.
Для оценки Э.Д.С. в проводнике воспользуемся рис. 7.3. На рис 7.3 показан проводник АБ длиной l, который катится в направлении механической силы Fмх по металлическим пруткам 1 и 2, соединенным сопротивлением R. Проводник АБ, отрезки прутков и сопротивление образуют замкнутый проводящий контур. При перемещении проводника АБ на расстояние b с постоянной скоростью ν магнитный поток, сцепленный с контуром, увеличивается за счет увеличения площади, ограниченной контуром.
Обозначим приращение площади ΔS = b·l. Тогда приращение магнитного потока
ΔФ = В·ΔS = B·b·l.
А
бсолютная
величина Э.Д.С. в контуре определяется
согласно (7.1)
,
где Δt – время, в течение которого проводник АБ переместился на расстояние b.
Учитывая, что b/Δt = ν приходим к выражению
Е = В·ν·l. (7.3)
Направление индуцированной Э.Д.С. определяется правилом правой руки: если расположить правую руку так, чтобы большой палец, отогнутый перпендикулярно остальным четырем, показывал направление движения проводника, а линии магнитной индукции входили в ладонь, то вытянутые четыре пальца покажут направление Э.Д.С. электромагнитной индукции.
Если проводник будет перемещаться под углом α к направлению к направлению линий магнитной индукции, то приращение магнитного потока определится произведением ΔФ = В·b·l·sin α. Исходя из этого Э.Д.С. в контуре, в общем случае, определяется выражением
Е = В·b·l·sin α (7.4)
При α = 90º (7.4) переходит в (7.3). При α = 0 (Э.Д.С. скользит вдоль линий магнитной индукции), Э.Д.С. равна нулю.
3. Взаимное преобразование механической
И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
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.
3.1. Преобразование механической энергии в электрическую
Рассмотрим принцип преобразования механической энергии в электрическую, используя рис. 7.3. Если проводник АБ движется с постоянной скоростью ν за счет механической силы Fмх, то механическая мощность равна произведению
Рмх = Fмх·ν. (7.5)
Благодаря электромагнитной индукции в проводнике возникают Э.Д.С. и ток
,
где r – внутреннее сопротивление проводника АБ, R – сопротивление внешней цепи, включая прутки и соединительные провода.
Проводник АБ превратился в источник Э.Д.С., мощность которого Р = E·I. Величину Р называют электромагнитной мощностью.
С появлением тока в проводнике АБ возникает электромагнитная сила Fм, действующая в направлении, перпендикулярном направлению тока. Применяя правило левой руки видим, что Fм направлена против Fмх. Это означает, что Fмх в данном примере движущая сила, а Fм – тормозящая.
При постоянной скорости ν движущая и тормозящая силы равны. Тогда в соответствии с (5.12) можем записать
Fмх = Fм = В·I·l.
Подставляя (5.12) в (7.5) получим
Рмх = Fмх·ν = В·I·l·ν.
Так как
В·l·ν = Е,
То
Рмх = Е·I = Р. (7.6)
Выражение (7.6) показывает, что механическая мощность первичного двигателя равна электрической мощности источника, т. е. произошло преобразование механической энергии в электрическую посредством магнитного поля.
Напряжение на концах проводника АБ меньше Э.Д.С. на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении r источника (проводника)
UАБ = Е - I·r = I·R. (7.7)