4. Вопросы для самоконтроля

1. На какие классы подразделяются магнетики? 2. Каков физический смысл магнитной проницаемости среды? 3. Каковы основные свойства ферромагнетиков? Объясните эти свойства с точки зрения доменной структуры кристаллов. 4. В чем заключается явление магнитного гистерезиса? 5. На какие группы подразделяются ферромагнитные вещества? 6. Что понимают под остаточной индукцией и коэрцитивной силой?

Лабораторная работа № 18

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

ИНДУКЦИИ

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции; экспериментально измерить зависимость ЭДС индукции от числа витков и свойств среды, а также от амплитуды и частоты переменного тока.

1. Теоретическое введение

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводящим контуром, в последнем возбуждается электродвижущая сила ε_i. Если контур замкнутый, то под действием этой ЭДС в нем возникает электрический ток, называемый индукционным. Согласно закону Ленца, индукционный ток всегда имеет такое направление, что его магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока. Магнитный поток(где В – магнитная индукция; S – площадь контура; α – угол между вектороми нормалью к поверхности контура), пронизывающий поверхность, ограниченную контуром, может изменяться по ряду причин: за счет изменения геометрии контура и его расположения в магнитном поле, вследствие зависимости магнитной индукции от времени, а также благодаря совместному действию этих факторов. Величина ε_iопределяется законом Фарадея−Ленца и не зависит от способа, которым осуществляется изменение потока. Закон Фарадея−Ленца гласит: электродвижущая сила индукции ε_i, возникающая в контуре, численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

. (122)

Согласно закону Ленца, величину ε_iсчитают положительной, если магнитный момент

соответствующего ей индукционного тока образует острый угол с линиями магнитной индукции поля, которое возбуждает индукционный ток I_i(рис. 36 а). И ε_iсчитают отрицательной, если угол тупой (рис. 36 б).

Рассмотрим контур, в котором индуцируется ЭДС, состоящий из N витков. Поскольку витки соединяются последовательно, то ЭДС, возбуждаемые в каждом витке, будут складываться. Поэтому . Величинуназывают потокосцеплением (или полным магнитным потоком). Если магнитный поток Φ_m, пронизывающий каждый из витков, одинаков, то ψ = N·Ф_mи уравнение (122) будет иметь вид

. (123)

Уравнение (123) выражает закон электромагнитной индукции для контура из N витков.

Если в контуре течет ток I, то вокруг проводника возникает собственное магнитное поле, которое создает собственный магнитный поток Φs сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Согласно закону Био − Савара − Лапласа, индукция поля В прямо пропорциональна току I. Значит, величины Φs и I тока пропорциональны друг другу, то есть

Φs = L·I , (124)

где L – индуктивность контура.

Величина L зависит от геометрии контура (то есть его формы и размеров), а также от магнитных свойств среды (µ), в которой он находится.

Когда ток в контуре каким-нибудь образом изменяется, то это приводит к изменению собственного потока Φs, вследствие чего в контуре, по закону электромагнитной индукции, возбуждается ЭДС, называемая электродвижущей силой самоиндукции εs. Это явление получило название явления самоиндукции. Из (123) и (124) следует, что

(125)

Если среда не ферромагнитная и контур не деформируется, то L = const и выражение (125) будет иметь вид

(126)

Индукционный ток, возникающий под действием ЭДС самоиндукции, по правилу Ленца противодействует изменению первоначального тока в цепи, то есть замедляет его возрастание или убывание.