Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.
Урок № 30 Электромагнитная индукция. Принцип Ленца.
В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции, например в двигателе или генераторе электрического тока, в трансформаторах, радиоприемниках и многих других устройствах.
Электромагнитная индукция − это явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем.
То есть благодаря этому явлению мы можем преобразовывать механическую энергию в электрическую, и это замечательно. Ведь до открытия этого явления люди не знали о методах получения электрического тока кроме как от источников тока.
Явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Он опытным путем установил, что при изменении магнитного поля внутри замкнутого проводящего контура в нем возникает электрический ток, который назвали индукционным током. Воспроизведем пару классических опытов Фарадея.
1. Если в соленоид (катушка индуктивности), который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его введении или выведении мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); при этом отклонения стрелки при введении и выведении магнита имеют противоположные направления. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится. Для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид.
|
|
|
2. Если рядом расположить две катушки (например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой) и одну катушку через ключ соединить с источником тока, то при замыкании или размыкании ключа в цепи первой катушки во второй катушке появится индукционный ток. В моменты включения или выключения тока наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра также имеют противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек.
Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей пришел к заключению, что индукционный ток возникает всегда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока). Например, при повороте в однородном магнитном поле замкнутого проводящего контура в нем также появляется индукционный ток − в этом случае индукция магнитного поля вблизи контура остается постоянной, а меняется только поток магнитной индукции сквозь контур.
|
|
|
В результате опыта было также установлено, что значение индукционного тока абсолютно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения (также в опытах Фарадея доказывается, что отклонение стрелки гальванометра (сила тока) тем больше, чем больше скорость движения магнита, или скорость изменения силы тока, или скорость движения катушек).
Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное значение, поскольку появилась возможность получения электрического тока с помощью магнитного поля. Этим открытие дало взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями, что в дальнейшем послужило толчком для разработки теории электромагнитного поля.
Правило Ленца. Опыт, демонстрирующий правило Ленца
Направление индукционного тока в контуре зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток через этот контур.
Убедимся в этом на опыте с помощью прибора, изображённого на рисунке.
|
|
|
Узкая алюминиевая пластинка с двумя алюминиевыми кольцами на концах (одно — сплошное, другое — с разрезом) находится на стойке и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.
Попытаемся внести полосовой магнит северным полюсом в сплошное кольцо. Оно уходит от магнита, как будто отталкивается от него, поворачивая при этом всю пластинку. Тот же результат получим, если вносить магнит южным полюсом. Если же вносить магнит любым полюсом в кольцо с разрезом, кольцо и вся пластинка останутся на месте.
Объясним наблюдаемые явления.
При приближении к сплошному кольцу любого полюса магнита проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток. В кольце с разрезом ток циркулировать не может.
Ток в сплошном кольце создаёт магнитное поле, поэтому кольцо приобретает свойства магнита. Кольцо отталкивается от магнита. Значит, кольцо и магнит обращены друг к другу одноименными полюсами, а векторы магнитной индукции их полей направлены в противоположные стороны.
Магнитное поле индукционного тока противодействует увеличению внешнего магнитного потока через кольцо.
При увеличении внешнего магнитного потока в кольце возникает индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле противодействует увеличению внешнего магнитного потока.
|
|
|
Зная направление вектора индукции магнитного поля кольца, можно по правилу правой руки определить направление индукционного тока в кольце.
Проведём обратный опыт. Удерживая кольцо рукой, внесём в него магнит. Отпустив кольцо, начнём удалять магнит. В этом случае кольцо будет следовать за магнитом, притягиваясь к нему.
Объяснение: кольцо и магнит обращены друг к другу разноименными полюсами. Векторы магнитной индукции их полей направлены в одну сторону.
Магнитное поле тока будет противодействовать уменьшению внешнего магнитного потока через кольцо.
При уменьшении внешнего магнитного потока в кольце возникает индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле противодействует уменьшению внешнего магнитного потока.
Эти правила можно объединить в одно.
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.
Это правило впервые сформулировал российский ученый Эмилий Христианович Ленц в 1834 году (правило Ленца).
Направление индукционного тока в кольце можно определить по правилу правой руки. Если направить большой палец правой руки по направлению вектора магнитной индукции, то четыре согнутых пальца укажут направление тока в кольце (см. Рис. 4).
Закон электромагнитной индукции
При изменении внешнего магнитного потока, пронизывающего контур, в контуре возникает индукционный ток такого направления, чтобы своим магнитным потоком компенсировать изменение внешнего магнитного потока. При этом значение электродвижущей силы численно равно скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком «-».
Если внешний магнитный поток возрастает, то индукционный ток своим магнитным полем стремится замедлить это возрастание. Если магнитный поток убывает, то индукционный ток своим магнитным полем стремится замедлить это убывание.
Эта особенность электромагнитной индукции выражается знаком «минус» в формуле ЭДС индукции.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 586; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!