Электромагнитная индукция Майкл Фарадэй • • • • • • Майкл Фа́радей (22 сентября 1791 -25 августа 1867) — английский физик, химик и физико-химик, основоположник учения об электромагнитном поле. Первые самостоятельные исследования В 1816 году появляется и его первая печатная работа. В 1820 Фарадей провёл несколько опытов по выплавке сталей, содержащих никель – считается открытием нержавеющей стали. В период до 1821 Фарадей опубликовал около 40 научных работ, главным образом по химии. В 1824 ему первому удалось получить хлор в жидком состоянии. Постепенно его экспериментальные исследования всё более переключались в область электромагнитизма. После открытия в 1820 Х.Эрстедом магнитного действия электрического тока Фарадея увлекла проблема связи между электричеством и мганетизмом. В 1822 в его лабораторном дневнике появилась запись: «Превратить магнетизм в электричество». В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукцией — возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Фарадей также дал математическое описание этого явления, лежащего в основе современного электромашиностроения. В 1832 г. Фарадей открывает электрохимические, которые ложатся в основу нового раздела науки — электрохимии, имеющего сегодня огромное количество технологических приложений. Магнитный поток • Магнитный поток. В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции . • Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: • Ф = В·S·cos a. • Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб). Экспериментальные факты: • постоянный магнит вставляют в катушку, замкнутую на гальванометр, или вынимают из нее. При движении магнита в контуре возникает электрический ток. Экспериментальные факты: • рамку, замкнутую на гальванометр, помещают в однородное магнитное поле и вращают. В рамке возникает электрический ток. Если же рамка движется поступательно, не пересекая силовых линий, то ток в ней не возникает Экспериментальные факты: • рамка движется в неоднородном магнитном поле. Число линий индукции, пересекающих рамку, изменяется. В рамке возникает электрический ток Экспериментальные факты: • Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током. • Вы знаете, что условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (ei). • Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией. • Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного • I = ei/R , где R- сопротивление контура. Правило Ленца: • Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца: • Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван. Определение направления индукционного тока: • установить направление внешнего магнитного поля В. • определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля. • по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока Вi. • по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре. Закон электромагнитной индукции • ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур: • ei= - dФ/dt. • Если контур содержит N витков, то • ei= - N·(dФ/dt). ЭДС индукции в движущемся проводнике • Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле, пересекая силовые линии. Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на другом остаются нескомпенсированные положительные заряды. Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС индукции ei. Ее величину можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника: • ei = A/q = F·L/q. • Отсюда следует, что • ei = B·V·L·sin a. Самоиндукция • Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции. • Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока. • По контуру протекает электрический ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле: • Ф = L·I. • Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн). Самоиндукция • Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Фс. Изменение величины Фс приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции eiс. • Из закона электромагнитной индукции следует, что • eiс = dФс/dt. • Если L = const, то eiс= - L·dI/dt. Проявление магнитного поля: • Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется сила Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору . Она пропорциональна заряду частицы , составляющей скорости , перпендикулярной направлению вектора магнитного поля , и величине индукции магнитного поля . В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так: • В системе единиц СГС: • Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды. Практическое применение: Генератор переменного тока • Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижного ротора и неподвижного статора. Чаще всего статор представляет собой магнит (постоянный или электрический), создающий исходное магнитное поле (его называют индуктором). Ротор состоит из одной или нескольких обмоток, в которых под действием изменяющегося магнитного поля создается индукционный ток. (Другое название такого ротора — якорь). • Изменение магнитного поля, пронизывающего обмотки ротора, производится его принудительным вращением, которое на электростанциях обеспечивается различного рода турбинами. Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные электростанции). В гидроэлектростанциях турбины вращаются водой, падающей с большой высоты. Громкоговоритель • Громкоговоритель — устройство для эффективного излучения звука в окружающее пространство (воздушной, водной и тп. среде), конструктивно содержащее одну или несколько излучающих головок и, при необходимости, акустическое оформление и дополнительные электрические устройства. Микрофон Трансформатор Телефон The End