XIV. Электромагнетизм

В 1820г. Эрстед показал, что электрический ток создаёт магнитное поле. С тех пор встала обратная задача получения тока с помощью магнитного поля. Её выполнил английский физик Фарадей. Ток был получен с помощью магнитного поля.

Явление электромагнитной индукции открыто им в 1831 г. В замкнутом контуре индуктируется ток во всех случаях, когда происходит изменение потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром; величина электродвижущей силы индукции пропорциональна скорости изменения потока магнитной индукции (dФ/dt):

Е= -dФ/dt (закон Фарадея).

Опыты Фарадея

1) Взаимное движение катушки и магнита. Катушка подключена к гальванометру. В катушке возникает ток, т.е. ЭДС электромагнитной индукции (ЭМИ), при условии, что магнит движется не параллельно виткам катушки. При этом, чем быстрее двигается магнит, тем больше величина тока, а направление тока зависит от направления движения полюсов постоянного магнита, т.е. при изменении полюсов магнита и направления их движения меняется направление тока.

2) Вместо катушки можно использовать электромагнит, но при взаимном движении электромагнита и магнита.

3) Две неподвижных катушки, но в одной из них переменный ток. Он наводит ЭДС ЭМИ во второй катушке.

4) Две катушки, одна из них с реостатом, с помощью которого меняется сила тока. По ней идет постоянный ток, меняется сила тока, наводится ЭДС ЭМИ во второй катушке.

Обобщая результаты всех опытов Фарадей установил:

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур проводника, в нем наводится ЭДС ЭМИ.

Направление тока эми

1) По правилу правой руки:

Силовые линии входят в ладонь, отогнутый большой палец показывает направление движения проводника, а друге четыре пальца показывают направление тока ЭМИ:

2) В общем случае направление тока ЭМИ определяется по правилу Ленца:

индукционный ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Примеры:

1) постоянный магнит вводится северным полюсом в катушку. В ней наводится ток ЭМИ такого направления, чтобы противодействовать движению магнита

2) Магнит вводится южным полюсом. В катушке возникает южный полюс.

3) Магнит выводится северным полюсом. По правилу Ленца в катушке возникает южный полюс.

4) Магнит выводится южным полюсом. В катушке возникает северный полюс

Основное уравнение эми

Т.к. чем больше скорость движения магнита, тем больше скорость изменения магнитного потока и тем больше ток ЭМИ, то:

Где Ɛ - ЭДС электромагнитной индукции (В);

- скорость изменения магнитного потока (Вб/с).

Знак минус показывает, что направление ЭДС связанно с направлением магнитного потока правилом Ленца.

Если электрическая цепь имеет источник тока и в ней возникает ЭДС ЭМИ, то закон Ома принимает вид:

^J=

где R - внешнее сопротивление цепи (Ом).

Для соленоида, содержащего N-ое количество витков:

Ɛ =─N

Самоиндукция

Если данный ток создает переменное магнитное поле, то это поле будет наводить ЭМИ в любом проводнике и в самом себе тоже.

Самоиндукция - это наведение тока ЭМИ в том же самом проводнике, который создает данное переменное магнитное поле. Экспериментально установлено, что магнитный поток пропорционален силе тока.

Ф=L·I

где Ф - магнитный поток (Вб);

L - Индуктивность(Гн);

I - сила тока (А).

Индуктивность зависит от геометрии контура (формы и размеров), а так же от магнитных свойства среды, т.е. от магнитной проницаемости.

Так как, Ɛ = - , то ЭДС самоиндукции:

^=-

Или: =-L ,

где - скорость изменения силы тока.

Зависимость ЭДС от скорости движения проводника:

Ɛ=B·l·V_,

_{где B- магнитная индукция (Тл);}

l - длина проводника;

V - скорость его движения.