- •Лекция 9. ЯВЛЕНИЕ
- •9.1. Опыты Фарадея.
- •ФАРАДЕЙ Майкл (1791 – 1867) – знаменитый английский физик.
- •Из школьного курса физики опыты Фарадея хорошо известны: катушка и постоянный магнит
- •Тоже самое с двумя близко расположенными катушками: если к одной из катушек подключить
- •Заполнение всего пространства однородным магнетиком приводит при прочих равных условиях к
- •По определению Фарадея общим для этих опытов является то, что: если
- •При этом, явление совершенно не зависит от способа изменения потока вектора магнитной индукции.
- •Для каждого конкретного случая Фарадей указывал направление индукционного тока.
- •Алюминиевое кольцо выталкивается и зависает над сердечником соленоида, подключенного к генератору переменного электрического
- •9.2. Величина Э.Д.С. индукции
- •Рассмотрим перемещение подвижного участка 1 – 2 контура с током в магнитном поле
- •Пусть сначала магнитное поле отсутствует.
- •Теперь включим магнитное поле
- •При движении проводника изменится и поток
- •Как и в случае, когда все элементы рамки
- •ЭДС индукции контура ( Ei ) равна
- •Направление индукционного тока и направление dФ
- •Если контур состоит из нескольких
- •9.3. Природа Э.Д.С. индукции
- •Если перемещать проводник в однородном
- •Если проводник неподвижен, а изменяется
- •Ответ был дан Дж. Максвеллом в 1860 г.:
- •Раз это поле перемещает заряды, следовательно,
- •ЭДС индукции пропорциональна
- •9.4. Циркуляция вектора
- •Работу вихревого электрического поля по
- •Если контур выполнен из диэлектрика, то каждый элемент его поляризуется в соответствии с
- •9.6. Токи Фуко
- •Тормозящее действие тока Фуко используется для создания магнитных
- •Токи Фуко применяются в электрометаллургии для плавки металлов.
- •9.7.Скин-эффект
- •Это явление называется скин-эффектом (от англ. skin – кожа, оболочка).
- •Проводники в ВЧ- схемах нет смысла
- •Плотность тока убывает от поверхности к оси провода примерно по экспоненциальному закону
- •При частоте
- •высокой частоты, учитывая скин- эффект, сплетают из большого числа
- •9.7. Явление самоиндукции
- •Здесь возможны два случая:
- •ЭДС индукции, возникающая в самом же
- •Джозеф. Генри (1797-1878г) президент
- •Явление самоиндукции:
- •За единицу индуктивности в СИ принимается индуктивность такого контура, у которого при токе
- •Мы знаем, что
- •ток при размыкании и замыкании цепи, содержащей
- •Это приводит к тому, что при замыкании ключа К установление тока I2 в
- •Случай 2.
- •Случай 3. Размыкание цепи содержащей
- •Ei резко возрастает по сравнению с E0 и даже может быть в несколько
- •9.9. Взаимная индукция
- •При изменении тока I1 во втором контуре
- •Контуры называются связанными, а явление –
- •Возникновение ЭДС индукции:
- •Непрерывно меняющийся ток в катушке (а) создает переменное магнитное поле, которое генерирует переменную
- •9.10. Индуктивность трансформатора
- •Рассчитаем взаимную индуктивность
- •Через вторую обмотку проходит полный
- •Тогда переменная ЭДС в первичной обмотке:
- •9.11. Энергия магнитного поля
- •Выразим энергию через параметры магнитного
- •Обозначим w – плотность энергии, или энергия в объеме
- •Энергия однородного магнитного поля в длинном соленоиде может быть рассчитана по формуле
- •Плотность энергии магнитного
9.7. Явление самоиндукции
До сих пор мы рассматривали изменяющиеся магнитные поля не обращая внимание на то, что является их источником. На практике, чаще всего магнитные поля создаются с помощью различного рода соленоидов, т.е. многовитковых контуров с током.
Здесь возможны два случая:
при изменении тока в контуре изменяется магнитный поток, пронизывающий: 

а) этот же контур, |
б) соседний контур. |
ЭДС индукции, возникающая в самом же
контуре называется ЭДС самоиндукции, а само явление – самоиндукция.
Если же ЭДС индукции возникает в
соседнем контуре, то говорят о явлении
взаимной индукции.
Ясно, что природа явления одна и та же, а разные названия – чтобы подчеркнуть
место возникновения ЭДС индукции.
Явление самоиндукции открыл американский ученый Дж. Генри в 1831 г.
Джозеф. Генри (1797-1878г) президент
Национальной АН США
Работы посвящены
электро-магнетизму. Кроме принципа
магнитной индукции Генри изобрел электромагнитное реле, построил электродвигатель, телеграф на территории
колледжа в Пристоне.
Явление самоиндукции:
Ток I, текущий в любом контуре создает магнитный поток Ψ, пронизывающего этот же контур. При изменении I, будет изменятся Ψ , следовательно в контуре будет наводится ЭДС индукции.
Т.к. магнитная индукция В пропорциональна току I (В = μμ0nI),
следовательно
Ψ = LI,
где L – коэффициент пропорциональности, названный индуктивностью контура.
L = const, если внутри контура нет ферромагнетиков, т.к. μ = f(I) = f(H)
Индуктивность контура L зависит от
геометрии контура: числа витков, площади витка контура.
За единицу индуктивности в СИ принимается индуктивность такого контура, у которого при токе I = 1А возникает полный LпотокГнΨ =
1Вб.
Эта единица называется
Генри (Гн).
Размерность индуктивности |
|||||
|
Вб |
|
В с |
|
|
L I |
|
Ом с 1Гн |
|||
А |
А |
||||
B μμ0I |
N |
(9.7.1) |
|
l |
|
NBS 0 I |
N |
NS 0 |
N 2S |
I |
(9.7.2) |
|
l |
l |
|||||
|
|
|
|
Мы знаем, что |
Ψ LI |
, тогда |
|||
индуктивность соленоида |
|
|
|||
L μμ |
0 |
N 2S |
μμ |
n2lS |
|
сол |
l |
0 |
|
(9.7.3) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
где n – число витков на единицу длины, т.е.
n N l , l S V
V – объем соленоида, значит
Lсол 0n2V |
(9.7.4) |
μ0 L l Гн м Гн
S м2 м
Ei |
d |
|
d |
IL L dI |
|
dt |
|
dt |
dt |
Ei L dI |
(9.7.5) |
dt |
|
