Тема15. Електромагнітна індукція

ПЛАН.

1. Потокозчеплення і індуктивність.

2. Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея.

3. Напрям індукційного струму. Правило Ленца.

4. Закон електромагнітної індукції.

5. Природа ЕРС індукції. Вихрове електричне поле і його зв’язок з магнітним полем.

6. Електрорушійна сила, що виникає в провіднику при його русі в магнітному полі.

7. Вихрові струми.

8. Явище самоіндукції. Взаємна індукція.

9. Енергія магнітного поля.

§ 15.1 Потокозчеплення і індуктивність

Величину , яка характеризує зв'язок (зчеплення) магнітного потоку з замкнутим колом, через яке він проходить, називають потокозчепленням. Якщо магнітний потік Ф пронизує котушку з числом витків N, то потокозчеплення

=NФ (15.1)

В СІ []=Вб. Дослід показує, що якщо у замкнутому колі немає феромагнетиків, то потокозчеплення прямо пропорційне силі струму І в колі:

=LI (15.2)

Коефіцієнт L називається індуктивністю кола. Він залежить від конфігурації проводів замкнутого кола і оточуючого середовища.

В СІ [L]=Вб/А=В.с/А=Гн (генрі).

Генрі дорівнює індуктивності такого замкнутого кола, у якому виникає потокозчеплення в 1 Вб при силі струму в 1А.

Визначимо індуктивність соленоїда. Як було показано в попередній темі Ф=BS, а в соленоїді B=₀ . Тоді Ф=₀ S (15.3). З врахуванням (15.3) формула (15.1) має вигляд =₀ S (15.4). Підставивши (15.4) в (15.2) знайдемо L: L=₀ (15.4)

Таким чином, індуктивність соленоїда визначається середовищем, розмірами і числом витків соленоїда.

§ 15.2. Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея

Явище електромагнітної індукції було експериментально відкрите Фарадеєм у 1831 р.

Р озглянемо основні експерименти, які розкривають суть явища. В якості реєструючого пристрою в них використовують котушку або рамку, замкнуту на гальванометр.

1. Постійний магніт вставляють або витягають з котушки (мал. 15.1). Можна надівати котушку на нерухомий магніт або знімати з нього. Під час відносного переміщення магніту і котушки в ній виникає електричний струм, який називають індукційним.

2. Котушки 1 розміщують поруч з котушкою 2, яка приєднана до джерела струму. Обидві котушки нерухомі (мал. 15.2). В момент замикання або розмикання кола в контурі з джерелом струму, або в момент зміни сили струму в цьому колі реостатом в котушці 1 виникає індукційний струм.

3. Рамку поміщають у однорідне магнітне поле. Якщо рамка рухається поступально, не перетинаючи ліній магнітної індукції (мал.15. 3, а) індукційний струм у ній не виникає. Якщо ж рамка обертається, перетинаючи лінії індукції (мал.15. 3, б), в ній виникає індукційний струм.

В експериментах 1, 2 і 3 відбувається зміна магнітного потоку, який пронизує котушку або площу рамки. При цьому в них виникає індукційний струм, який існує весь час поки змінюється магнітний потік. Відомо, що умовою існування електричного струму в замкнутому колі є наявність в ньому електрорушійної сили (ЕРС). Виникаюча при зміні магнітного потоку ЕРС дістала назву ЕРС індукції. Отже, при зміні магнітного потоку, який охоплюється контуром провідника, в контурі виникає ЕРС індукції, яка (якщо контур замкнутий) створює в ньому індукційний струм, що існує весь час, поки змінюється магнітний потік. Це явище називають явищем електромагнітної індукції.