25. Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция. Магнитный поток.

Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция

Только меняющееся со временем магнитное поле может породить электрический ток.

Опыты Фарадея состояли в следующем. Если постоянный магнит вдвигать внутрь катушки, к которой присоединен гальванометр, то в цепи возникает электрический ток. Если магнит выдвигать из катушки, гальванометр также показывает ток, но противоположного направления. Электрический ток возникает и в том случае, когда магнит неподвижен, а движется катушка (вверх или вниз). Как только движение прекращается, ток тотчас же исчезает. Однако не при всяком движении магнита (или катушки) возникает электрический ток. Если вращать магнит вокруг вертикальной оси, ток не возникает.

Гальванометр покажет наличие тока в катушке В при относительном перемещении ее и катушки А с током (рис. 3, а) в момент замыкания или размыкания ключа К или при изменении силы тока в цепи катушки А (при передвижении движка реостата, рис. 3, б). Нетрудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку.

Рис. 3

Вывод: Такой ток называется индукционным (наведенным). В замкнутом контуре возникает индукционный ток только при изменении магнитного потока.

Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре (тока, если контур замкнут) при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции. Полученный таким способом ток называется индукционным током, а создающая его ЭДС — ЭДС индукции.

Магни́тный пото́к — поток   как интеграл вектора магнитной индукции   через конечную поверхность  . Определяется через интеграл по поверхности

п ри этом векторный элемент площади поверхности определяется как

где   — единичный вектор, нормальный к поверхности.

Также магнитный поток можно рассчитать как скалярное произведение вектора магнитной индукции на вектор площади:

где α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости площади.

М агнитный поток через контур также можно выразить через циркуляцию векторного потенциала магнитного поля по этому контуру:

26. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Закон эми.

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: возникающий в замкнутом проводнике электрический ток противодействию тому изменению магнитного потока, которым вызван данный ток. (при приближении магнита, магнитный поток не должен увеличиваться, при удалении магнита не должен уменьшаться.)

Применение правила Ленца:

1. Устанавливаем направление линии магнитной индукции внутри магнитного поля.

2. Выясняем уменьшается или увеличивается магнитный поток. (Δȹ>0, Δȹ<0)

3. Устанавливаем направление линии магнитной индукции, магнитного поля индукционного тока.

4. Определяем направление индукционного тока по правилу Буравчика: поступательное движение совмещаем с направлением индукционного тока, вращательное движение покажет направление индукционного тока. (Δȹ>0 буравчик выкручиваем; если Δȹ<0 вкручиваем)

Закон ЭМИ

Электромагнитная индукция (ЭМИ) — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Из опыта Фарадея: чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше увеличивается индукционный ток. Δȹ=ȹ2-ȹ1 – изменение магнитного потока.

Δȹ/Δt - скорость изменения магнитного потока.

I=[ Δȹ/Δt] - закон Ома.

I=ƹ/R+r =) I=ƹ

ƹ=[ Δȹ/Δt] (B)

ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока с обратным знаком.

Ƹ= -Δȹ*N/Δt (B)

(знак символизирует правило Ленца). (ЭДС всегда препятствует изменения магнитного потока)

Применение:

1. Генератор

2. Трансформатор

Закон Лоренца

Заряд q в проводнике на левой стороне петли испытывает силу Лоренца q v × B k = −q v B(x_C − w / 2) j   (j, k — единичные векторы в направлениях y и z; см. векторное произведение векторов), что вызывает ЭДС (работу на единицу заряда) v ℓ B(x_C − w / 2) по всей длине левой стороны петли. На правой стороне петля аналогичное рассуждение показывает, что ЭДС равна v ℓ B(x_C + w / 2). Две противоположные друг другу ЭДС толкают положительный заряд по направлению к нижней части петли. В случае, когда поле B возрастает вдоль х, сила на правой стороне будет больше, а ток будет течь по часовой стрелке. Используя правило правой руки, мы получаем, что поле B, создаваемое током, противоположно приложенному полю.^[13] ЭДС, вызывающая ток, должна увеличиваться по направлению против часовой стрелки (в отличие от тока). Складывая ЭДС в направлении против часовой стелки вдоль петли мы находим: