9.1.3. Способы воздействия магнитного поля

О наличии магнитного поля судят по его воздействию на помещенное в него тело. Различают индукционное и электромеханическое (силовое) действие магнитного поля.

Индукционное воздействие магнитного поля заключается в следующем: если проводящий контур поместить в переменное магнитное поле, пронизывающее этот контур, то в контуре возникает ЭДС, если же этот контур замкнут, то в нем появляется ток.

Явление возникновения тока в проводящем контуре, пронизываемом переменным магнитным потоком, называется электромагнитной индукцией. Это явление описывается законом Фарадея, который формулируется так: при пересечении проводящего контура, изменяющимся во времени магнитным потоком, в нем возникает ЭДС индукции, пропорциональная скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром

.

Знак «–» в этой формуле означает, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей (правило Ленца).

Если контур состоит из w одинаковых витков, т. е. представляет собой соленоид, ЭДС индукции будет

.

Если применить закон Фарадея к контуру, пронизанному собственным переменным магнитным потоком, то в нем возникает ЭДС самоиндукции.

Так как напряженность магнитного поля H прямо пропорциональна намагничивающему току, то магнитный поток Ф также пропорционален току, т. е. Ф = LI, где L – величина постоянная для данного контура, которая называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. Тогда ЭДС самоиндукции

.

Если имеем два контура, то ЭДС, возникающая во втором контуре, пронизанном переменным магнитным потоком, создаваемым током первого контура, называется ЭДС взаимоиндукции

,

где L₂₁ – коэффициент взаимной индукции первого и второго контура.

Запасенная при изменении тока энергия магнитного поля будет

,

где – потокосцепление.

На индукционном действии магнитного поля основана работа таких электромагнитных устройств, как трансформаторы, электрические генераторы, электроизмерительные приборы, электроизмерительные преобразователи.

Электромеханическое или силовое воздействие переменного магнитного поля заключается в том, что помещенное в него ферромагнитное тело или проводник с током, испытывает действие силы со стороны этого поля.

Магнитное поле, необходимое для работы электромагнитного устройства, создается в его магнитной системе с помощью возбудителя (катушки с током или постоянного магнита). Если в это магнитное поле поместить замкнутый проводник с током, то возникает сила (сила Ампера), которая создает вращающий момент, под действием которого контур поворачивается.

На этом явлении основана работа электрических двигателей, электромагнитных реле, тяговых устройств и т. д.

В сплошных массивных проводниках (дисках, пластинах и др.), пересекаемых переменным магнитным полем, возбуждаются индукционные токи (токи Фуко или вихревые токи). Электрическое сопротивление таких проводников мало, поэтому токи Фуко могут достигать большой величины.

Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает вращающий момент, пропорциональный величине тока. Это явление используется в счетчиках электрической энергии, а также в измерительных приборах для демпфирования (успокоения) подвижных частей (например, в гальванометрах).