§ 15.6. Природа ерс індукції. Вихрове електричне поле і його зв’язок з магнітним полем.

Ми бачили, що ЕРС індукції виникає в двох випадках:

а) контур нерухомий, а магнітне поле, що пронизує площу обмежену цим контуром змінюється;

б) магнітне поле постійне, а провідник рухається, перетинаючи лінії магнітної індукції.

В обох випадках _і визначається за формулою (15.7) (або (15.8)), але природа ЕРС індукції у кожному з цих випадків різна.

У першому випадку виникнення ЕРС індукції зумовлено тим, що змінне магнітне поле в якому знаходиться нерухомий контур, викликає появу в ньому електричного поля, яке називають індукційним електричним полем. Максвел встановив, що індукційне електричне поле з'являється в будь-якій точці простору, де існує змінне магнітне поле, незалежно від того, чи є там провідний контур. Тим самим Максвел показав, що суть явища електромагнітної індукції полягає в зародженні змінним магнітним полем індукційного електричного поля.

Основні відмінності індукційного електричного поля від інших видів полів:

1. це поле не пов'язане з електричними зарядами, а нерозривно пов'язане з змінним магнітним полем;

2. дане поле є вихровим, тобто лінії його напруженості являють собою замкнуті криві;

3. вихровий (тобто не потенціальний) характер даного поля є причиною того, що при переміщенні в ньому електричного заряду по замкнутому колу, виконується відміна від нуля робота.

Прикладом другого випадку виникнення ЕРС може служити рух прямолінійного провідника в однорідному магнітному полі (мал15. 6).

Н ехай в початковий момент часу провідник знаходився в положенні СД, а через проміжок часу t перемістився в положення СД. Кожний з електричних зарядів, які знаходяться в провіднику, переноситься в просторі разом з провідником (це переміщення позначено штриховими лініями). На кожний заряд, який рухається в магнітному колі, діє сила Лоренца . Під дією цієї сили вільні електрони в провіднику зміщуються до його кінця С, а на кінці Д залишається некомпенсовані позитивні заряди. Отже, під дією сили Лоренца у провіднику відбуваються розділення різнойменних зарядів і між кінцями провідника виникає різниця потенціалів. Якщо коло замкнути, то по ньому потече індукційний струм.

Таким чином у випадку, коли провідник рухається в постійному магнітному полі, перетинаючи лінії магнітної індукції ЕРС індукції обумовлена дією сил Лоренца, тобто ЕРС має магнітну природу.

§15.7. Вихрові струми

Індукційні струми, які виникають у суцільних металічних тілах, що рухаються у постійному полі або знаходяться в змінному магнітному полі, називають вихровими струмами (або струмами Фуко). В техніці ці струми використовують для практичних потреб, або, навпаки, ведуть з ними боротьбу.

Оскільки згідно правила Ленца вихрові струми, які виникають в провідниках, що рухаються в магнітному полі, завжди напрямлені так, що їх магнітні поля протидіють зміні магнітного потоку, який їх викликає, то це призводить до гальмування цих провідників. Це явище використовується в техніці для заспокоєння коливань рухомих частин електровимірювальних приладів. Чим товстіший провідник, тим більша кількість вихрових струмів виникає у ньому і тим більше вони виділяють теплоти. Це дозволяє використовувати вихрові струми для плавлення металів, для нагрівання різних металевих деталей при термічній обробці.

З другого боку, виникнення вихрових струмів в сердечниках трансформаторів, генераторів струму і інших електричних машин призводить до їх нагрівання, тобто до втрат електроенергії зниженню ККД. А тому для зменшення подібних шкідливих явищ сердечники трансформаторів, ротори, статори генераторів збирають з окремих тонких ізольованих одна від одної пластин.