Кафедра физики
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.
2 1
I1
G
Способ 2. Индукционный ток в контуре 2 можно вызвать и при постоянном токе . I1 (при постоянном магнитном поле).
Для этого нужно перемещать контуры друг относительно друга или поворачивать один из контуров так, чтобы менялся угол между нормалью контура 2 и направлением магнитного поля.
Правило определения направления индукционного тока (правило Ленца):
Индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.
Кафедра физики
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.
/ 2 |
1 |
Пример. |
Пусть индукционный ток |
I2 |
в |
|
I2 |
|
контуре |
2 |
вызывается изменением тока |
I1 |
в |
|
|
контуре |
1. В этом случае возникает ток |
|
||
|
|
такого направления, что создаваемый им |
||||
I2// |
I1 |
собственный магнитный поток стремится |
||||
ослабить |
изменения внешнего потока, |
|||||
|
|
вызвавшего появление индукционного тока: |
||||
|
|
|
|
I |
1 |
|
- при увеличении тока магнитный поток |
||||
G |
контура |
1 |
, |
направленный вправо, |
|
возрастает, возникает ток |
I2/ , который |
||||
|
создает поток, направленный влево. |
||||
- при уменьшении тока |
I1 возникает ток |
I2// во втором контуре, |
|||
собственный магнитный поток которого сонаправлен с внешним потоком. Этот поток стремится поддержать внешний поток неизменным.
Кафедра физики
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ
изменении
E
Опыт показывает, что возникающая в контуре ЭДС индукции
пропорциональна скорости изменения магнитного потока через |
|||
контур, т.е. пропорциональна производной dФB t |
dt : |
||
|
|
|
|
dФ |
|
||
E |
B |
|
|
|
dt |
|
|
|
dФ |
|
|
|
|
Кафедра физики |
||
|
B |
|
Это соотношение |
представляет |
||||
|
собой |
закон |
||||||
E dt |
|
электромагнитной индукции (закон Фарадея). |
||||||
Из формулы видно, что ЭДС индукции E |
и производная.dФB t dt |
|||||||
имеют противоположные знаки. Знак магнитного |
потока |
ФB |
||||||
определяется выбором нормали к поверхности |
S , ограниченной |
|||||||
контуром, а знак ЭДС индукции |
E– с выбором |
положительного |
||||||
направления обхода контура. |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Положительное направление |
обхода контура |
||||
|
n |
|
связано с |
направлением |
положительной |
|||
S |
|
нормали правилом правого винта |
|
|
||||
|
|
|
|
|||||
+ 
Кафедра физики
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ
Произвольно выбирая направление нормали, мы выбираем как знак потока ФB , так и знак (направление) ЭДС индукции.
Таким образом, положительныеEнаправления задаются правилом правого винта, а величины ФBи имеют противоположные знаки.
Формулировки закона электромагнитной индукции:
Какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим контуром, возникающая в контуре ЭДС определяется формулой
dФt
E dtB
ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.
Посмотрим эксперимент.
Правило Ленца: направление индукционного тока
Рис. иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени
В этом примере |
d s |
0 |
E 0 |
dt |
|
|
|
Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура
Правило Ленца:
действие магнита на проводящие кольца
Алюминиевое кольцо выталкивается и зависает над сердечником соленоида, подключенного к генератору переменного электрического тока.
Сила отталкивания возникает в соответствии с
правилом Ленца – индукционный ток порождает магнитное поле, препятствующее изменению магнитного потока в контуре
|
|
|
|
|
Кафедра физики |
||
|
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ |
|
|
||||
|
I |
dx |
Закон |
электромагнитной |
индукции |
||
|
|
||||||
|
|
|
может быть получен непосредственно из |
||||
EE |
B |
F |
закона сохранения энергии. |
|
|
|
|
Рассмотрим проводник с |
током |
I |
, |
||||
|
|
|
который является частью контура и |
||||
|
|
|
может свободно перемещаться |
|
|
||
|
|
|
Контур помещен в однородное магнитное |
||||
|
|
|
поле, перпендикулярное его плоскости. |
|
|||
На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера |
|
|
|||||
dF I dl ,B
Под действием этой силы проводник перемещается на отрезок dx.
Кафедра физики
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ
|
I |
dx |
|
|
|
EE |
B |
F |
Сила Ампера производит работу dAa IdФB
dФ( - пересеченный
B
проводником магнитный поток).
Закон сохранения энергии для контура: |
||||
работа dA источника тока за |
время |
dt |
||
складывается из работы |
dAдж |
на джоулеву |
||
теплоту и работы |
dAa |
на перемещение |
||
проводника в магнитном поле: |
|
|
||
dA dAдж dAa |
или EE Idt I 2 Rdt IdФB |
где R- полное сопротивление контура, EE - ЭДС источника тока.
|
|
|
|
|
|
Кафедра физики |
|
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ |
|||||
|
I |
dx |
EE Idt I 2 Rdt IdФB |
|||
|
|
|||||
EE |
B |
F |
Разделим обе части получившегося |
|||
|
|
|
выражения на |
Idt |
. В итоге получим |
|
|
|
|
|
|
dФ |
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
||
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
E |
|
||
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dФ |
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
В этой формуле dt |
E- есть ни что иное, как закон Фарадея. |
||||
Единицей магнитного потока является вебер (Вб). |
|
1 Вб = 1 Тл ∙ 1 м2. |
||||
1 Вб это поток через поверхность в 1м2, которая пересекается |
||||||
нормальными к ней линиями магнитного поля с индукцией, равной 1 Тл |
||||||