22. Случаи возникновения и механизм возникновения эдс индукции.

Механизм возникновения ЭДС индукции

Наличие в контуре ЭДС означает, что на носители заряда в контуре действуют сторонние силы. В проводнике, движущемся в магнитном поле, это сила Лоренца. Пусть проводник конечной длины l движется со скоростью в направлении, перпендикулярном к проводнику и к вектору (рис. 50). Сила Лоренца разделяет разноименные заряды, смещая их к противоположным концам проводника. В проводнике возникает электростатическое поле. Разделение зарядов продолжается до тех пор, пока лоренцева сила и сила электростатического поля не уравновесятся (Fстор = Fэл).

В процессе разделения зарядов сторонние силы совершают работу. Но сила Лоренца, работы не совершает. В рассмотренном случае сила, создающая ЭДС, является не полной силой Лоренца, а только ее составляющей. Действительно, в процессе разделения заряды перемещаются не только вместе с проводником со скоростью, но и вдоль проводника (рис. 51).

Полная сила Лоренца перпендикулярна к результирующей скорости. Разложим эту силу на две составляющие:, перпендикулярную к проводнику и обусловленную скоростью. Составляющая  играет роль сторонней силы, составляющая  тормозит движение проводника.

ЭДС индукции возникает и в неподвижных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле. Силой Лоренца механизм возникновения ЭДС в этом случае объяснить нельзя. О возникающей в этом случае ЭДС мы можем судить косвенно либо по наличию тока, когда в переменном магнитном поле находится замкнутый через гальванометр проводник, либо по возникающим токам Фуко, когда в переменном магнитном поле находится массивный проводник. Опытным путем можно убедиться, что вихревые токи циркулируют в плоскостях, перпендикулярныхменяющемуся магнитному полю. То есть индуцируемая ЭДС действует в замкнутом контуре. Это равносильно утверждению, что в каждом элементе длины контура создается поле.

Вращая в магнитном поле катушку постоянного сечения, мы получаем изменение потока в зависимости от ориентации катушки (рис. 53).

Таков принцип получения переменной ЭДС в электромагнитных генераторах. Если равномерно вращать катушку в однородном магнитном поле, то в ней возникает индуцированный ток, периодически изменяющий свое направление. Более сложные генераторы являются улучшенными вариантами такого устройства.

23. Индуктивность длинного соленоида. Энергия контура с током. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля, явление взаимоиндукции.

Индуктивность соленоида выражается следующим образом:

(СИ)

Без использования магнитного материала плотность магнитного потока B в пределах катушки является фактически постоянной и равна

B = μ0Ni / l

где μ0 − магнитная проницаемость вакуума, N − число витков, i − ток и l − длина катушки. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление через катушку равно плотности потока B, умноженному на площадь поперечного сечения S и число витков N:

Отсюда следует формула для индуктивности соленоида

эквивалентная предыдущим двум формулам.

Таким образом, энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

Применим полученное выражение для энергии катушки к длинному соленоиду с магнитным сердечником. Используя приведенные выше формулы для коэффициента самоиндукции

Lμ соленоида и для магнитного поля B, создаваемого током I, можно получить:

где V – объем соленоида. Это выражение показывает, что магнитная энергия локализована не в витках катушки, по которым протекает ток, а рассредоточена по всему объему, в котором создано магнитное поле. Объемная плотность энергии магнитного поля соленоида:

24. Самоиндукция. Индуктивность. Цепь с активным сопротивлением и индуктивностью Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении тока в нем. При изменении тока в контуре меняется магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. По направлению противоположно изменению тока. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L: За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Индуктивность (L) — коэффициент пропорциональности между магнптным потоком (создаваемым током какого-либо витка при отсутствии намагничивающих сред, например, в воздухе) и величной этого тока.   где - магнитный поток через виток Индуктивность всегда положительна и зависит ТОЛЬКО от геометрических свойств контура.