Тема 3. Электромагнитная индукция Магнитный поток
Магнитный
поток (поток магнитной индукции через
поверхность) – это величина, равная
произведению модуля вектора магнитной
индукции
,
площади
и косинуса угла
между векторами
нормаль
– направленный перпендикуляр к
поверхности, привязанный к ней.
Единицы
измерения магнитного потока:
Вб
(вебер)
Наглядно магнитный поток можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью .
Изменение
магнитного потока (
Магнитный
поток увеличивается (
Магнитный
поток уменьшается (
Способы изменения магнитного потока:
Скорость
изменения магнитного потока (
показывает, как быстро изменяется число линий магнитной индукции через поверхность, т.е. магнитный поток, пронизывающий поверхность в магнитном поле.
Опыты Фарадея
Цель: «Превратить магнетизм в электричество»
Во всех опытах изменяющееся со временем магнитное поле, пронизывающее витки катушки, порождало в них электрический ток, который был назван индукционным, т.е. наблюдалось явление ЭМИ.
Сущность явления ЭМИ в следующем:
в замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении магнитного потока (числа линий магнитной индукции), пронизывающего поверхность, ограниченную контуром.
Направление индукционного тока
зависит от того как изменяется магнитный поток сквозь поверхность, ограниченную контуром: увеличивается или уменьшается
При внесении магнита в катушку магнитный поток ( число линий магнитной индукции), пронизывающий витки катушки увеличивается; при выносе магнита из катушки уменьшается.
Опыт, который помогает установить закономерность и сформулировать правило, позволяющее находить направление индукционного тока
При внесении магнита в замкнутое кольцо наблюдается отталкивание кольца от магнита.
При вынесении магнита из замкнутого кольца наблюдается притяжение кольца к магниту.
При движении магнита относительно замкнутого кольца магнитный поток через кольцо изменяется, в кольце наводится индукционный ток, кольцо становится магнитом с двумя полюсами.
При внесении магнита в незамкнутое кольцо взаимодействие кольца с магнитом не наблюдается, т.к. в незамкнутом контуре ток не возникает.
Вывод: Индукционный ток всегда направлен так, чтобы не дать измениться магнитному потоку, создающему его, и своим магнитным потоком стремится компенсировать его изменение.
Правило Ленца
Индукционный ток всегда противодействует причине, вызвавшей его.
Математическая запись правила Ленца:
Закон электромагнитной индукции.
Опыт
показывает:
чем
быстрее
изменяется магнитный поток, пронизывающий
витки катушки, тем сильнее индукционный
ток, т.е.
К появлению тока в любой замкнутой цепи приводит создание в ней электродвижущей силы (ЭДС). Индукционный ток возникает благодаря тому, что электродвижущую силу в замкнутом контуре наводит магнитное поле.
– ЭДС
индукции.
Сила индукционного тока связана с ЭДС индукции законом Ома для полной цепи
Опыт
показывает:
Согласно
правилу Ленца
и
должны
иметь противоположные знаки:
.
Закон ЭМИ:
ЭДС индукции в контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром, а вызываемый ею ток противодействует изменению магнитного потока.
Явление ЭМИ положено в основу действия
индукционных генераторов переменного тока, которые используются на электростанциях для выработки электроэнергии;
трансформаторов, которые используются для преобразования переменного тока.
Тепловое действие индукционного тока используется в индукционных плавильных печах.
Открытие явления ЭМИ – самое значительное открытие Фарадея.
Оно явилось крупнейшим вкладом в развитие представлений о природе электричества.
Оно способствовало развитию электротехники, созданию учения об электромагнитном поле и электромагнитных волнах.
Явление ЭМИ положило начало рождению радиотехники.
Самоиндукция
– возникновение Э.Д.С. индукции в цепи, вызванное изменением магнитного поля тока, текущего в этой же цепи.
Опыты, в которых наблюдается самоиндукция
– проволочная
катушка из
числа витков с железным сердечником.
Э.Д.С. самоиндукции возникает в обеих ветвях цепи, но большее значение она имеет в ветви с катушкой. Почему?
Индуктивность
(
Индуктивность – величина, характеризующая свойство проводника задерживать магнитное поле, накапливать магнитную энергию, когда по нему проходит ток.
Закон электромагнитной индукции для самоиндукции
Единица
измерения индуктивности в СИ:
Гн (генри)
Индуктивность – величина, численно равная Э.Д.С. самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1А за 1с.
От чего зависит Э.Д.С. самоиндукции?
Чем быстрее изменяется ток в цепи, тем больше величина Э.Д.С. самоиндукции.
Чем больше индуктивность цепи, тем больше в ней возникает Э.Д.С. самоиндукции.
Э.Д.С. самоиндукции возникает в обеих ветвях цепи (см. схемы опытов), но большее значение она имеет в ветви с катушкой.
Поэтому, индукционный ток, вызванный Э.Д.С. и направленный против увеличивающегося тока от источника в первом опыте при замыкании цепи, задерживает его нарастание больше в ветви с катушкой. В результате вторая лампа вспыхивает с заметным опозданием.
Поэтому, индукционный ток в катушке, вызванный Э.Д.С. и направленный также как уменьшающийся ток от источника во втором опыте при размыкании цепи, складывается с ним и идёт через гальванометр. В результате ток, который показывал гальванометр, перед тем, как исчезнуть, скачком увеличивается.
