Явления электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимоиндукции, область применения явлений в технике. Закон Ленца.

Состоит в том, что в проводнике находящимся в магнитном поле при определенных условиях может возникать (индуктироваться. наводиться, появляться) ЭДС. При этом на концах проводника появляется разность потенциалов: "плюс" и "минус".

Явление электромагнитной индукции это одно из основополагающих явлений в электротехнике. На использовании этого явления работает множество электрических и электронных устройств.

    Для упрощения, рассмотрим явление электромагнитной индукции в двух вариантах.Это явление едино, с точки зрения физики, но так нам проще.

    Первый вариантявления электромагнитной индукции: проводник перемещается в магнитном поле, пересекая его силовые линии, как показано на рис. 32. (Заметим, что проводник не перемещается самостоятельно, его нужно перемещать руками или с помощью какого-то устройства.)

 

Рис. 32. Проводник перемещают в магнитном поле. В нём наводится ЭДС

 

    Величина ЭДС, возникающей в проводнике, определяется по формуле:

, где:

Е - величина ЭДС,

l -длина части проводника, находящейся в магнитном поле,

V - скорость перемещения проводника.

     Анализируя формулу, заметим, что величина ЭДС будет возрастать при увеличении силы магнитного поля (индукции В), длины проводника и скорости его движения.

    На величину ЭДС влияет также угол α, под которым проводник пересекает силовые линии. Наибольшая ЭДС возникает в случае, когда проводник пересекает их под прямым углом (α=90 градусов). Если жн проводник перемещать параллельно силовым линиям (α=0 градусов), ЭДС равна нулю, т.к. sin угла в ноль градусов равен нулю.

    Направление ЭДС, возникающей в проводнике определяетсяправилом правой руки: силовые линии входят в ладонь, отогнутый большой палец показывает направление движения проводника, четыре пальца ладони покажут направление ЭДС.

    На рис. 32 проводник перемещается, а магнитное поле неподвижно. Но, возможен обратный случай, когда проводник неподвижен, а перемещается магнитное поле. Так, на рис. 33, показано, что постоянный магнит перемещают вверх-вниз в катушке. При этом силовые линии магнитного поля пересекают проводник катушки и в ней наводится ЭДС. Появление ЭДС регистрирует измерительный прибор – гальванометр.

 

Рис. 33. Магнитное поле перемещается относительно неподвижного проводника

        

    Таким образом главное условие появления (наведения) ЭДС в проводнике состоит в том, чтобы проводник пересекался силовыми линиями магнитного поля. При этом неважно, что именно движется, а что неподвижно.

    Рассмотренный вариант явления используется в генераторах, вырабатывающих для нас электрическую энергию. Так, в гидроэлектростанциях, поток падающей воды вращает генератор электроэнергии, заставляя магнитное поле перемещаться относительнопроводника.

        

Второй вариантявления электромагнитной индукции: проводник неподвижен, но находится в переменном магнитном поле (рис. 34). На рисунке показано, что проводник находится в переменном магнитном поле.

Рис. 34. Неподвижный проводник находится в переменном магнитном поле

 

Переменным называется магнитное поле, величина которого изменяется во времени. Его сила то возрастает, то убывает. Это означает, что магнитное поле расширяется и сужается. При этом силовые линии пересекают проводник и наводят в нем ЭДС.

Величину ЭДС найдём по формуле:

 

 

Буквой ∆ (дельта) в формулах обозначают изменение (увеличение или уменьшение) какой-то величины.

В числителе формулы видим изменение магнитного потока Ф. В знаменателе – изменение времени. Например, если магнитный поток Ф изменился на 100 Вб за время t,длительностью 5 секунд, то в проводнике возникает ЭДС 20 В:

Этот вариант явления электромагнитной индукции используется в трансформаторах. Проводники их обмоток неподвижны. В обмотках трансформаторов наводится ЭДС, т.к. на обмотки воздействует переменное магнитное поле, существующее в сердечнике трансформатора.

 

Правило Ленца (закон Ленца) гласит: ток, вызванный индуктированной ЭДС, порождает эффекты, препятствующие появлению этой ЭДС.

Действие правила Ленца проявляется по разному в разных вариантах явления электромагнитной индукции, но действует оно всегда.

Рассмотрим, как проявляется действие правила Ленца в первом из рассмотренных вариантов явления электромагнитной индукции.

Прежде всего, отметим, что если ЭДС наводится, но ток в цепи не протекает, то правило Ленца не действует (рис. 32).

Если же цепь замкнута и по ней протекает ток, вызванный индуктированной ЭДС, правило Ленца действует. Рис.35 отличается от рис. 32 тем, что к концам проводника, в котором наводится ЭДС, подключён резистор R. По проводу, в котором наводится ЭДС, через резистор R и по проводам протекает ток I.

Рис. 35. В следствии проявления правила Ленца возникает сила, препятствующая появлению ЭДС в проводнике

 

    Известно, что на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила F. Определив направление этой силы по правилу левой руки, видим, что эта сила препятствует движению проводника, тормозит его. Тем самым действие этой силы препятствует наведению ЭДС в проводнике.

Генератор переменного тока. Конструкция, принцип работы. Формула величины ЭДС, наводимой в рамке генератора. Способ определения направления ЭДС в рамке. Доказать, что в рамке генератора наводится именно переменная, а не постоянная ЭДС.