12. Явление электромагнитной индукции. Эдс индукции и механизмы ее возникновения.
Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока (т.е. потока вектора В), охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, который назвали индукционным.
Ф
=
Индукционный ток может быть вызван двумя различными способами:
перемещение рамки (или отдельных ее частей) в поле неподвижной катушки
Рамка неподвижна, но изменяется магнитное поле – или за счет движения катушки, или вследствие изменения силы тока I в ней, или в результате того и другого вместе.
Направление индукционного тока определяется правилом Ленца:
индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей.
Появление индукционного тока означает, что при изменении магнитного потока возникает э.д.с. индукции, при этом ε не зависит от того, каким образом осуществляется изменение магнитного потока Ф и определяется лишь скоростью его изменения, т е величиной dФ/dt. Изменение знака производной dФ/dt приводит к изменению направления ε.
Различают два механизма возникновения ЭДС индукции:
Контур движется в постоянном магнитном поле
V
Рассмотрим контур с подвижной перемычкой длиной l. Пусть он находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости контура и направленном за плоскость рисунка. Начнем двигать перемычку со скоростью V. С такой же скоростью начнут двигаться и носители тока в перемычке – электроны. В результате на каждый электрон начнет действовать вдоль перемычки магнитная сила F = q[VB] и электроны начнут перемещаться по перемычке вниз – потечет ток, направленный вверх. Это и есть индукционный ток. Перераспределившееся заряды создадут электрическое поле, которое возбудит ток и в остальных участках контура. Магнитная сила играет роль сторонней силы.
E
=
= [VB]
ε
=
= VBl = BVl
= B
l = B
ε
=
=
Таким образом,
ε = -
Контур покоится в переменном магнитном поле.
Возникновение индукционного тока и в этом случае свидетельствует о том, что изменяющееся во времени магнитное поле вызывает в контуре появление сторонних сил. В этом случае индукционный ток обусловлен возникающем в проводе электрическим полем Е, так как магнитные силы равны нулю.
F = qE
Именно это поле и ответственно за появление ЭДС индукции в неподвижном контуре при изменении во времени магнитного поля. В каждой точке контура вектор имеет направление – касательная к окружности.
Циркуляция вектора Е этого поля по любому неподвижному контуру определяется как
Тот факт, что циркуляция электрического поля, возбуждаемого изменяющимся со временем магнитным полем, отлична от нуля, означает, что это электрическое поле не потенциально. Оно, как и магнитное поле, является вихревым. Таким образом, электрическое поле может быть как потенциальным, так и вихревым.
Явление самоиндукция
Если в некотором контуре течет изменяющийся во времени ток, то магнитное поле этого тока также будет изменяться.. Это влечет за собой изменение магнитного потока через контур, а следовательно, появления ЭДС индукции в этом же самом контуре.
Данное явление называется самоиндукцией
Самоиндукция – частное явления проявления электромагнитной индукции.
Если в пространстве, где находится контур с током I нет ферромагнетиков, поле В, а значит, и полный магнитный поток Ф через контур будут пропорциональны силе тока I и можно записать:
Ф = LI (*)
Где L– коэффициент, называемый индуктивностью контура. Индуктивность зависит от формы и размеров контура, а также от магнитных свойств окружающей среды. Единицей индуктивности является генри (Гн). Согласно (*) индуктивностью 1 Гн обладает контур, магнитный поток через который при токе 1А равен 1 вб
При изменении силы
тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции
=
=
Если при изменении тока индуктивность L остается постоянной, то
=
