December 05 2016 16:37:41
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Электромагнитная индукция и Энергия магнитного поля
Электродинамика

План лекции

  1. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.

  2. Опыты Фарадея.

  3. Правило Ленца.

  4. Электродвижущая сила индукции. Закон Фарадея.

  5. Индуктивность. Индуктивность соленоида. Самоиндукция.

  6. Токи размыкания и замыкания цепи. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

  1. Явление электромагнитной индукции

В 1820 году датский физик Х. Эрстед экспериментально установил связь магнитного поля с электрическим током. Позднее она была сформулирована  математически в одном из уравнений Максвелла — в теореме о циркуляции вектора магнитной индукции:

                    img0563.                            (10.1)

Физическое содержание этого уравнения состоит в утверждении, что источником магнитного поля является электрический ток. Другими словами — электрический ток создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. После установления этого замечательного факта, во многих научных лабораториях мира начались поиски решения обратной задачи: «как из магнитного поля получить электрический ток?». Решить эту фундаментальную задачу удалось английскому учёному Майклу Фарадею.

Несмотря на то, что идея «витала в воздухе», Фарадею потребовалось десять лет упорного труда, прежде чем ему удалось сформулировать закон электромагнитной индукции.

Рассмотрим лишь некоторые опыты Фарадея.

  1. Опыты Фарадея

В главном, наиболее убедительном опыте Фарадея (рис. 10.1.) полосовой постоянный магнит (А) вдвигается в катушку (В). Катушка имеет значительное число витков и замкнута на чувствительный гальванометр. При введении в катушку, например, северного магнитного полюса, гальванометр регистрирует в катушке электрический ток. Он получил название наведенного или индукционного тока. Чем энергичнее происходит перемещение магнита в катушке,  тем больше отброс стрелки гальванометра. Если магнит резко удалить из катушки, в ней вновь возникнет индукционный ток, но только уже противоположного направления. Ток, возникающий в катушке, сменит направление и в том случае, если вдвигать в нее не северный, а южный полюс магнита.

Этот эксперимент и сотни других подобных опытов позволили Фарадею сделать следующий вывод:

В замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Возникновение индукционного тока в замкнутом контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока получило название явление электромагнитной индукции.

img0564

Рис. 10.1.

Вспомним, что поток вектора магнитной индукции img0565через поверхность img0566 равен скалярному произведению этих векторов: img0567. Значит, изменение потока вектора магнитной индукции может быть связано с изменением только этих трех параметров:img0568, img0569 или img0570.

На рисунке 10.2 схематично представлена катушка индуктивности в виде одного витка, замкнутого на гальванометр. Рассмотрим теперь различные события, приводящие к возникновению в этом витке индукционного тока.

1.Постоянный магнит можно не только приближать или удалять от витка (т.е. менять вектор img0571), но и поворачивать: поток будет меняться за счет угла a.

2.Постоянный магнит можно заменить катушкой с током. Такая катушка создает магнитное поле, аналогичное полю постоянного магнита.

img0572

Рис. 10.2.


3.Катушку с током можно оставить неподвижной и менять в ней силу тока. При этом будет меняться магнитное поле и поток, пронизывающий наш замкнутый контур. В контуре гальванометр вновь зарегистрирует электрический индукционный ток.

4.Магнитную индукцию поля катушки можно изменить, не меняя тока в ней, но вводя в нее железный сердечник F.

5.Наконец, при неизменном наводящем поле img0573 можно наблюдать появление индукционного тока в витке в момент “вытягивания” этого витка “в линию”. При этом изменяется площадь витка S и поток магнитной индукции, что и приводит к возникновению индукционного тока.

Подобные эксперименты позволили Фарадею установить природу индукционного тока: он возникает в замкнутом контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

  1. Правило Ленца

Правило Ленца позволяет предсказать направление индукционного тока, возникающего при изменении пронизывающего его магнитного потока.

Вновь обратимся к фундаментальному опыту Фарадея. Его схема приведена на рис. 10.3. Будем вводить в катушку северный полюс постоянного магнита. При этом в катушке возникнет индукционный ток. Теперь катушка с током создает магнитное поле, аналогичное полю постоянного полосового магнита. Причем на торце А катушки возникнет северный магнитный полюс.

img0574

Рис. 10.3.

Если удалять магнит из катушки, направление тока в ней изменится и на ее торце А произойдет смена полюсов: вместо северного появится южный магнитный полюс.

В первом случае магнитное поле катушки будет отталкивать магнит, который мы приближаем к катушке. Во втором — когда мы удаляем магнит — южный полюс магнитного поля катушки будет притягивать северный полюс удаляющегося постоянного магнита.

В обоих случаях магнитное поле индукционного тока стремится затормозить то движение постоянного магнита, которое, в конечном итоге, и приводит к возникновению индукционного тока.

Но нам известны методы получения индукционного тока, не связанные с движением магнитов (см., например, п. 3 на рис. 3.2). Чему же препятствует индукционный ток в этих случаях?

Причиной возникновения индукционного тока всегда является изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур. Именно этому изменению и препятствует своим магнитным полем индукционный ток. Эту особенность индукционного тока впервые сформулировал русский ученый Э.Х. Ленц.

Правило Ленца

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственное магнитное поле препятствует тому изменению исходного магнитного потока, которое стало причиной возникновения индукционного тока.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.06 секунд 4,195,185 уникальных посетителей