Электродвижущая сила самоиндукции

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

 

Рассматриваемы вопросы. Электромагнитная индукция. Магнитный поток, потокосцепление. Закон Фарадея, правило Ленца. Электромагнитная индукция при движении провод­ника, пересекающем линии магнитной индукции поля.  Явление самоиндукции. Индуктивность соленоида. Ток при размыкании и замыкании цепи.

Энергия магнитного поля. Плотность магнитного поля.

Электромагнитной индукциейназывается явление возникновения электродвижущей силы (электродвижущей силы электромагнитной индукции):

- в замкнутом контуре при изменении магнитного поля;

 

 

- в проводнике при его перемещении в магнитном поле;

 

- в замкнутом проводящем контуре вследствие его движения в магнитном поле.

 

 

Явление электромагнитной индукции открыто М. Фарадеем в 1831 г.

Индукционным током называется электрический ток, возникающий в замкнутом проводнике под действием электро­движущей силы электромагнитной индукции.

Магнитный поток . Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) сквозь малую поверхность называется физическая величина

, где

- магнитная индукция, [Тл];

- площадь, охватываемая контуром, [ ].

, где

 - единичный вектор нормали к площадке dS,

- проекция вектора на направление нормали.

Единица  магнитоного потока [Вб](Вебер[1]).

Малая площадка dSвыбирается так, чтобы ее можно было считать плоской, а значения вектора  всюду в ее пределах – постоянным.

Магнитный поток сквозь произвольную поверхность S:

.

Если магнитное поле однородно, а поверхность плоская, то

.

Магнитный поток, пронизывающий катушку, называют потокосцеплением.

. Единица [Вб]

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея - Максвелла): при изменении магнитного потока через замкнутый контур, в этом контуре возникает электродвижущая сила, пропорциональная скорости изменения магнитного потока:

 или  , [В].

Учитывая определение магнитного потока:

Изменение магнитного потока может быть вызвано деформацией контура, его перемещением в магнитном поле или изменением индукции магнитного поля.

Учитывая, что  и при изменении магнитного поля .

Знак минус в правой части закона электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца[2] (1833г.), которое определяет направление индукционного тока: индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Алгоритм определения направления индукционного тока:

1.Определить направление линий индукции внешнего поля.

2. Определить увеличивается или уменьшается магнитный поток.

3. Используя правило Ленца, определить направление линий индукции порождающегося индукционным током магнитного поля.

4. Пользуясь правилом правого винта (правой руки, буравчика), определить направление индукционного тока.

Если катушка состоит из N витков, то эдс в катушке равна сумме эдс последовательно соединенных витков:

, следовательно:

 Электромагнитная индукция при движении проводника, пересекающем линии магнитной индукции поля наблюдаетсяв каждом отрезке движущегося проводника.

Это можно объяснить действием силы Лоренца на носители тока в проводнике. На электроны проводимости металла действует сила Лоренца, в результате наблюдается перераспределение зарядов в проводнике, движущемся в магнитном поле, а, следовательно, возникает эдс.

Согласно закону электромагнитной индукции: .

Магнитный поток равен: .

Площадь, которую ограничивает рамка, можно выразить: .

Значит: .

, где

 - скорость движения отрезка проводника в магнитном поле.

Если угол между направлением вектора магнитной индукции и вектором скорости движения равен , то

,

 - магнитная индукция, [Тл];

- скорость проводника, [м/с];

 -длина проводника, [м].

Электродвижущая сила самоиндукции

Если в проводнике протекающий электрический ток будет изменяться, то будет наблюдаться изменение магнитного поля вокруг данного проводника, а значит, в этом проводнике, согласно закону электромагнитной индукции, будет возникать электродвижущая сила.

 Самоиндукцией называется явление возникновения электродвижущей силы электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока.

 

 

Из закона электромагнитной индукции следует, что

,

С другой стороны, явление самоиндукции будет связано со скоростью изменения силы электрического тока в проводнике

,

- скорость изменения силы тока, [A/c];

- индуктивность контура, [Гн] (Генри[3]).

Индуктивность зависит от формы и размеров контура и от магнитных свойств среды, окружающей контур.

Индуктивность – это скалярная величина численно равная отношению магнитного потока, созданного в проводнике к силе тока в нем.

.

Индуктивность соленоида . Соленоид - это однослойная катушка, у которой длина во много раз больше её диаметра.

Магнитная индукция в центре соленоида равна , а потокосцепление:

.

Если считать, что число витков на единицу длины, , то

.

В случае соленоида:

, где

 - магнитная проницаемость вещества внутри соленоида (сердечника);

 – магнитная постоянная,

 - число витков на единицу длины,

- объем соленоида, .

Следовательно:

, где

 - число витков;

 - площадь сечения;

 - длина соленоида.

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 78; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!