Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция
Майкл Фарадэй
•
•
•
•
•
•
Майкл Фа́радей (22 сентября 1791 -25 августа 1867) — английский физик, химик и
физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле.
Первые самостоятельные исследования
В 1816 году появляется и его первая печатная работа. В 1820 Фарадей провёл
несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель – считается
открытием нержавеющей стали.
В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным
образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком
состоянии.
Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в
область электромагнитизма. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного
действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между
электричеством и мганетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась
запись: «Превратить магнетизм в электричество». В 1831 г. Фарадей
экспериментально открыл явление электромагнитной индукцией —
возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном
поле. Фарадей также дал математическое описание этого явления, лежащего в
основе современного электромашиностроения.
В 1832 г. Фарадей открывает электрохимические, которые ложатся в основу нового
раздела науки — электрохимии, имеющего сегодня огромное количество
технологических приложений.
Магнитный поток
• Магнитный поток. В однородном магнитном поле, модуль вектора
индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур
площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с
направлением вектора магнитной индукции .
• Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф,
определяемая соотношением:
• Ф = В·S·cos a.
• Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1
Вб).
Экспериментальные факты:
• постоянный магнит вставляют в катушку, замкнутую на
гальванометр, или вынимают из нее. При движении магнита в
контуре возникает электрический ток.
Экспериментальные факты:
• рамку, замкнутую на гальванометр, помещают в однородное
магнитное поле и вращают. В рамке возникает электрический ток.
Если же рамка движется поступательно, не пересекая силовых линий,
то ток в ней не возникает
Экспериментальные факты:
• рамка движется в неоднородном магнитном поле. Число линий
индукции, пересекающих рамку, изменяется. В рамке возникает
электрический ток
Экспериментальные факты:
• Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока,
называют индукционным током.
• Вы знаете, что условием существования электрического тока в
замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы,
поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при
изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в
нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (ei).
• Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного
потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной
индукцией.
• Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении
электрического индукционного
• I = ei/R , где R- сопротивление контура.
Правило Ленца:
• Направление индукционного тока в контуре определяется правилом
Ленца:
• Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным
полем противодействовать изменению магнитного потока,
которым он вызван.
Определение направления
индукционного тока:
• установить направление внешнего магнитного поля В.
• определить увеличивается или уменьшается поток вектора
магнитной индукции внешнего поля.
• по правилу Ленца указать направление вектора магнитной
индукции индукционного тока Вi.
• по правилу правого винта определить направление
индукционного тока в контуре.
Закон электромагнитной индукции
• ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения
магнитного потока, пронизывающего контур:
• ei= - dФ/dt.
• Если контур содержит N витков, то
• ei= - N·(dФ/dt).
ЭДС индукции в движущемся
проводнике
• Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в
однородном магнитном поле, пересекая силовые линии.
Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в
проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует
сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному
концу проводника, а на другом остаются нескомпенсированные
положительные заряды. Возникает разность потенциалов,
которая и представляет собой ЭДС индукции ei. Ее величину
можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой
Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника:
• ei = A/q = F·L/q.
• Отсюда следует, что
• ei = B·V·L·sin a.
Самоиндукция
• Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений
электромагнитной индукции.
• Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока.
• По контуру протекает электрический ток I. Этот ток
создает в окружающем пространстве магнитное поле.
В результате контур пронизывается собственным магнитным
потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток
пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле:
• Ф = L·I.
• Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью
контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника,
магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в
системе СИ - 1 Генри (Гн).
Самоиндукция
• Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный
магнитный поток Фс. Изменение величины Фс приводит к
возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется
самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции eiс.
• Из закона электромагнитной индукции следует, что
• eiс = dФс/dt.
• Если L = const, то eiс= - L·dI/dt.
Проявление магнитного поля:
• Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные
моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы
(или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в
магнитном поле электрически заряженную частицу, называется
сила Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к
вектору . Она пропорциональна заряду частицы ,
составляющей скорости , перпендикулярной направлению
вектора магнитного поля , и величине индукции магнитного
поля . В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так:
• В системе единиц СГС:
• Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила,
действующая на проводник будет называться силой Ампера.
Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные
движущиеся внутри проводника заряды.
Практическое применение:
Генератор переменного тока
• Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижного ротора
и неподвижного статора. Чаще всего статор представляет собой
магнит (постоянный или электрический), создающий исходное
магнитное поле (его называют индуктором). Ротор состоит из одной
или нескольких обмоток, в которых под действием изменяющегося
магнитного поля создается индукционный ток. (Другое название
такого ротора — якорь).
• Изменение магнитного поля, пронизывающего обмотки ротора,
производится его принудительным вращением, которое на
электростанциях обеспечивается различного рода турбинами.
Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного
пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля
или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные
электростанции). В гидроэлектростанциях турбины вращаются водой,
падающей с большой высоты.
Громкоговоритель
• Громкоговоритель — устройство для эффективного излучения звука в
окружающее пространство (воздушной, водной и тп. среде),
конструктивно содержащее одну или несколько излучающих головок
и, при необходимости, акустическое оформление и дополнительные
электрические устройства.
Микрофон
Трансформатор
Телефон
The End