2.7. Проводник с током в магнитном поле. (Преобразование электрической энергии в механическую).
Если в магнитное поле поместить проводник с током, то на него будет действовать выталкивающая сила, величина которой зависит от индукции магнитного поля (B), силы тока (I) и длины проводника (L).
F=B*I*L
Направление выталкивающей силы определяется по правилу левой руки: силовые линии входят в ладонь, 4 пальца располагаются по направлению тока, тогда отогнутый большой палец указывает направление выталкивающей силы.
Появление выталкивающей силы можно объяснить другим способом:
Вокруг проводника с током образуется собственное магнитное поле (по правилу буравчика), с одной стороны оно усиливает внешнее поле, а с другой ослабляет и проводник выталкивается из зоны сгущения в зону разрежения.
Прим. Данный механизм появления выталкивающей силы дает ответ на вопрос - почему гудят провода? – При прохождении по ним переменного тока их магнитные поля взаимодействуют между собой, между проводами возникают то области сгущения, то области разрежения магнитного поля и они начинают вибрировать с частотой около 50 герц.
Если из проводника сделать виток, то на него будет действовать пара сил, которая образует вращающий момент Мвр, и виток начнет поворачиваться до определенного положения. Чтобы виток вращался непрерывно, нужно, либо увеличить количество полюсов, либо количество витков, смещенных относительно друг друга, причем, количество витков должно быть не меньше количества полюсов. Витки, соединенные соответствующим образом, образуют обмотку якоря электродвигателя постоянного тока.
2.8. Электромагнитная индукция.
Если во внешнем магнитном поле проводник перемещать так, чтобы он пересекал силовые линии, то в этом проводнике будет индуктироваться ЭДС. Такое явление (воздействие изменяющегося магнитного поля на проводник с разделением в нем электрических зарядов) называют электромагнитной индукцией.
Это происходит потому, что магнитное поле действует на свободные электроны проводника, заставляя их смещаться к одному из концов проводника, где накапливается отрицательный заряд. На другом конце проводника из-за недостатка электронов образуется положительный заряд, т.е. появляется напряжение. Если замкнуть цепь, то пойдет ток.
Величина ЭДС зависит:
*
от индукции (интенсивности) магнитного
поля (В);
* от скорости перемещения проводника(V);
* от длины проводника (L);
E = B*V*L;
Прим. Можно сказать, что ЭДС зависит от количества силовых линий, которые будет пересекать проводник за единицу времени, в том числе от угла α, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии, т.е.
E = B*V*L*sin α,
это значит, что если проводник перемещается вдоль силовых линий, то α, sin α и ЭДС равны нулю.
Направление ЭДС определяется по правилу правой руки: силовые линии поля входят в ладонь, отогнутый большой палец по направлению движения, 4 пальца укажут направление ЭДС.
В электрических машинах явление электромагнитной индукции реализуется разными способами:
Перемещать проводник в магнитном поле (используется в генераторах постоянного тока).
При неподвижном проводнике, перемещать само магнитное поле (используется в генераторах переменного тока).
Неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле (используется в трансформаторах).