Вращение рамки в магнитном поле

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых можно рассмотреть на примере плоской рамки, вращающейся в однородном магнитном поле. Предположим, что рамка равномерно вращается в однородном магнитном поле (В=const) с угловой скоростью w. Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S зависит от угла поворота рамки в момент времени t.

Ф=BScosa=BScoswt,

где a=wt— угол поворота рамки в момент времени t (начало отсчета выбрано так, чтобы при t=0 a=0).

[Ф]=[Вб] (Вебер).

Индуктивность контура.

Магнитный поток при изменении тока в катушке индуктивности Ф=LI, где

L – индуктивность, [Гн] (Генри)

I – сила тока, [А] (Ампер)

1 Гн=1 Вб/А=1В•с/А

L=μμ₀N²S/l,

где N – количество витков, S – площадь, l –длина катушки индуктивности, μ – магнитная проницаемость сердечника катушки индуктивности, μ₀ – магнитная постоянная. μ₀ =4^.π^.10^-7 Гн/м. В общем случае μ и L зависят от величины внешнего магнитного поля.

Самоиндукция

За счет изменения силы тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции, противодействующая изменению тока в катушке индуктивности ЭДС самоиндукции = ^- L^.dI/dt

Экстра токи замыкания и размыкания. Формулы.

За счет самоиндукции при размыкании и замыкании цепи ток изменяется постепенно.

При размыкании цепи I= I₀exp(-t/ t) где t=L/R — постоянная, называемая временем релаксации

При замыкании цепи I= I₀(1-exp(-t/ t)), где I₀=ξ/R — установившийся ток (при t®¥)

Взаимоиндукция (взаимная индукция) — возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в одном проводнике вследствие изменения силы тока в другом проводнике или вследствие изменения взаимного расположения проводников. Взаимоиндукция — частный случай более общего явления — электромагнитной индукции. При изменении тока в одном из проводников или при изменении взаимного расположения проводников происходит изменение магнитного потока через (воображаемую) поверхность, "натянутую" на контур второго, созданного магнитным полем, порожденным током в первом проводнике, что по закону электромагнитной индукции вызывает возникновение ЭДС во втором проводнике. Если второй проводник замкнут, то под действием ЭДС взаимоиндукции в нём образуется индуцированный ток. И наоборот, изменение тока во второй цепи вызовет появление ЭДС в первой. Направление тока, возникшего при взаимоиндукции, определяется по правилу Ленца. Правило указывает на то, что изменение тока в одной цепи (катушке) встречает противодействие со стороны другой цепи (катушки).

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока

Энергия магнитного поля.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии.

Если включить электрическую лампу параллельно катушке с большой индуктивностью в электрическую цепь постоянного тока, то при размыкании ключа наблюдается кратковременная вспышка лампы. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна Wм = LI2/ 2