5

36. Явище електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції. Ерс індукції в рухомих і нерухомих провідниках

Явище електромагнітної індукції

1. Знайомство з явищем. Поворот магнітної стрілки поблизу провідника зі струмом в дослідах Ерстеда вперше вказав на зв’язок електричних і магнітних явищ. А чи не можна викликати появу струму за допомогою магнітного поля? Таку мету поставив собі у 1821 р. М. Фарадей але успіх прийшов не зразу, це йому вдалося тільки через 10 років у 1831 році. Розв’язання цієї задачі не вдавалося Фарадею та іншим вченим тому, що вони намагалися отримати струм в нерухомій котушці під дією постійного магнітного поля. Між тим тільки зміна магнітного поля, що пронизує котушку може викликати струм.

Сьогодні явище електромагнітної індукції використовують у генераторах електричного струму, котушках індуктивності запалювальної системи автомобіля (індукторах), трансформаторах і у багатьох інших приладах.

2. Визначення. Явище виникнення електрорушійної сили у електропровідному контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур, називають явищем електромагнітної індукції.

*Якщо цей контур замкнений, то в ньому виникає електричний струм, який називають індукційним.

3. Умови виникнення явища. а) повинно існувати змінне магнітне поле. б) змінне магнітне поле повинно пронизувати електропровідний контур.

4. Математичний опис. Явище описується законом електромагнітної індукції та правилом Ленца.

5. Пояснення явища електромагнітної індукції. Не дивлячись на те, що для явища електромагнітної індукції немає значення яким способом відбувалася зміна магнітного поля природа індукції в різних випадках різна. Якщо зміна магнітного потоку відбувається внаслідок зміни площі (S) провідного контуру, або провідник рухається у постійному магнітному полі. Виникнення електрорушійної сили (ЕРС) пояснюють дією сили Лоренца на електрони провідності. Якщо ж площа контуру не змінюється, а змінюється величина вектора магнітної індукції, то виникнення струму пояснюють вихровим електричним полем, яке утворюється змінним магнітним полем.

Електрорушійна сила провідника, що рухається в магнітному полі

Нехай провідник, довжиною l, рухається у магнітному полі з індукцієюВ, під кутомαдо вектора магнітної індукції зі швидкістюv (Рис. 18). Знайдемо електрорушійну силу що виникає в провіднику.

За визначенням ЕРС дорівнює відношенню роботи по переміщенню заряду до Bвеличини заряду .Вільними зарядами у металевих провідниках є електрони, тобтоq = е, вони рухаються разом з провідником тому сторонньою силою є сила Лоренца (F_Л)

А_ст = F_Лs.

Силу Лоренца знаходять за формулою F_Л = Веvsinα. Під дією сили Лоренца електрони здійснюють переміщення рівне довжині провідника

s = l. Тому А_ст = Веvlsinα.

Звідки провівши перетворення виразу отримаємо формулу розрахунку електрорушійної сили провідника, що рухається в магнітному полі.

ξ = Вlvsinα.

ЕРС індукції в нерухомих провідниках.

Максвелл для пояснення ЕРС індукції в нерухомих провідниках припустив, що всяке змінне магнітне поле збуджує в навколишньому просторі вихрове електричне поле, яке і є причиною виникнення індукційного струму в провіднику. Циркуляція вектора Е_Вцього поля по будь-якому нерухомому контуруLпровідника являє собою ЕРС електромагнітної індукції

Закон електромагнітної індукції Фарадея

1. Встановлює від чого і як залежить ЕРС індукції магнітного поля.

2. Визначення. Електрорушійна сила, що виникає у контурі пропорційна швидкості зміні магнітного потоку, що пронизує контур.

3. Математичний опис , (для котушки, що має N витків). Деξ – електрорушійна силаdФ- зміна магнітного потоку,dt- час цієї зміни.

4. Межі застосування. Закон застосовують тільки для провідного контуру що знаходиться у змінному магнітному полі.