Онлайн


Электромагнитная индукция

6

 Модель наглядно демонстрирует явление электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока через замкнутый проводник, в проводнике возникает электродвижущая сила индукции. Замыкая и размыкая ключ в цепи первой катушки, мы создаем переменное магнитное поле во второй катушке. Ток индукции вызывает отклонение стрелки гальванометра. Число витков второй катушки можно изменять.

Подробнее

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что при изменении магнитного потока через замкнутый контур проводника, в проводнике возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, вызывающая появление электрического тока, который называется индукционным. ЭДС индукции возникает также и в незамкнутом проводнике при его движении в магнитном поле, если проводник пересекает линии магнитного поля.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 г. В то время уже существовало мнение, что магнитное поле очень похоже на электрическое. При постановке опытов Фарадей полагал, что если электрический ток создает магнитное поле (опыт Эрстеда), то и обратно, изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток. Опыты Фарадея по электромагнитной индукции показали, что ЭДС индукции возникает в катушке при изменении магнитного потока Φ через катушку, причём независимо от причин, вызывающих это изменение.

6.1
а) Изменение магнитного потока в катушке L при перемещении магнита. Катушка L, соединена с  измерительным прибором (миллиамперметром, у которого нейтральное положение стрелки находится в центре шкалы). Если достаточно быстро вдвигать или выдвигать магнит, то стрелка прибора отклоняется. Когда движение магнита прекращается, стрелка прибора не отклоняется (показывает нуль). Тот же результат получается, если надвигать катушку L на неподвижный магнит. б) Изменение магнитного потока в катушке L при включении или выключении тока в близко расположенной катушке L2Магнитное поле в катушке можно изменять, изменяя ток в расположенной поблизости другой катушке. На катушку L2, включенную в цепь источника тока GB, надета катушка Lсоединённая с измерительным прибором (рис. 1 б).
Катушки L и L2 могут также иметь общий ферромагнитный сердечник, как в трансформаторе. При изменении силы тока в катушке L2 при замыкании или размыкании выключателя катушка L2 создаёт изменяющееся магнитное поле и в катушке L возникает индукционный ток, направление которого зависит от того, увеличивается или уменьшается сила тока в катушке L2, а также от взаимной ориентации катушек. Магнитное поле в катушке можно изменять двигая магнит. То же происходит при замыкании и размыкании цепи катушки 2. Такое замыкание и размыкание цепи изменяет силу тока в катушке 2.

Потоком магнитной индукции или, просто, магнитным потокомчерез поверхность S, расположенную в однородном магнитном поле, называется величина

m61

где B - индукция (однородного) магнитного поля, S -  плоская поверхность Sориентированная так, что нормаль n к поверхности образует с направлением вектора B угол φ (см. рис. 2).

6.2
Рис.2. Поток φ магнитной индукции через поверхность S равен m62 где B - индукция однородного магнитного поля, S -  площадь плоской поверхности S, α - угол между нормалью n к поверхности и вектором BЕсли проводить линии магнитного поля с густотой, численно равной B,  то поток Φ через поверхность S будет численно равен числу линий поля, пронизывающих поверхность SЕдиницей магнитного потока является вебер (сокращённо Вб). Из равенства (1) следует, что 1 Вб =1Тл·м².

Если поле неоднородно или поверхность S не плоская, то для вычисления магнитного потока поверхность S разбивают на такие малые элементы ΔSiчто каждый из них можно считать плоским, а поле около каждого из них - однородным. Тогда элементарный поток через элемент поверхности m63 а полный поток получится суммированием элементарных потоков:

m64
В этой формуле величины Bi и cos(αi) имеют, вообще говоря, различные значения для  различных площадок (т. е. зависят от индексов i), а эта сумма, вообще говоря, зависит от разбиения, но если разбиение очень мелкое, то зависимость Φ от разбиения незначительна. Во многих случаях достататочно вычислить поток приблизительно.

Так, например, вычисляют магнитный поток через катушку равен сумме потоков через каждый виток катушки. Если магнитное поле вдоль катушки не меняется (однородно), то магнитный поток Φ через катушку равен Φ=Φ1wгде Φ1 - магнитный поток через один виток катушки, w - число витков в катушке. ЭДС индукции в катушке возникает при изменении магнитного потока Φ через катушку.