10

Лекция 12

Электромагнитная индукция

Вопросы

1. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.

2. Получение переменного тока. Вихревые токи.

3. Явление самоиндукции. Индуктивность контура.

1. Явление электромагнитной индукции.

Закон Фарадея. Правило Ленца

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает индукционный электрический ток.

Явление возбуждения тока с помощью магнитного поля открыто Фарадеем в 1831 году. «Магнетизм превратить в электричество» - такова была основная цель, к которой стремился Фарадей в течение 10 лет (1821-1831 г.г.), веривший в эту идею. Главный вывод, который он сделал: электрический ток возникает при движении катушки и магнита относительно друг друга. Вскоре после этого Фарадей создал первый генератор электрического тока. Индукционный ток в опытах Фарадея возникал при изменения магнитного потока.

(1)

Изменение магнитного потока может быть вызвано 4-мя причинами, а именно изменяя:

1) ; 2) ; 3) S ; 4) .

Закон электромагнитной индукции

Всякий раз при изменении полного магнитного потока через произвольный контур в контуре возникает электродвижущая сила, называемая электродвижущей силой индукции:

, (2)

т.е. величина мгновенного значения электродвижущей силы индукции в контуре равна производной полного магнитного потока контура по времени. Производную называют скоростью изменения магнитного потока.

Правило Ленца

Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток

Правило Ленца, позволяет определить направление индукционного тока и отражается знаком минус в формуле (2).

Закон Фарадея может быть получен из закона сохранения энергии: для проводника с током, перемещающимся в магнитном поле, полная работа источника тока за время складывается из работы перемещения проводника и джоулевой теплоты :

, (3)

т.е. полный ток складывается из тока проводимости и тока индукционного .

Природа ЭДС складывается из двух причин:

1. при подвижном контуре действует сила Лоренца, перемещающая электроны.

2. при неподвижном контуре объяснение ЭДС дал Максвелл: всякое переменное магнитное поле возбуждает переменное электрическое поле, приводящее к индукционному току

, (4)

т.е. циркуляция напряженности электрического поля Е_В по любому неподвижному контуру L, помещенному в переменное магнитное поле, представляет ЭДС магнитной индукции.

Для контура из N витков применим принцип суперпозиции

, (5)

где  потокосцепление.

2. Получение переменного тока. Вихревые токи

(6)

(7)

В России .

В электродвигателе при пропускании тока появляется вращающий момент

.

Первый электродвигатель сконструирован Якоби (1836 г.).

Замкнутые токи, возникающие в сплошных проводящих средах, называются вихревыми токами или токами Фуко – по имени открывшего их французского ученого. Токи Фуко могут быть как вредными (в сердечниках трансформаторов, вращающихся частей генераторов и двигателей, токи Фуко вызывают бесполезное нагревание), так и полезными (в индукционных печах для плавки металлов или приготовления пищи). При этом проводящее тело (металл или пища) фактически играет роль сердечника. Оно помещается внутрь катушки, по которой пропускается переменный ток высокой частоты, порождающий внутри катушки переменное магнитное поле. А далее «работает» закон электромагнитной индукции. Переменное магнитное поле вызывает появление индукционных токов Фуко, которые и разогревают проводящее тело.