ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ. МАГНЕТИКИ.




 

В 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции, которое имело одновременно важнейшее значение и для развития физической теории электрических и магнитных явлений (появилось понятие электромагнитного поля, объяснение этого явления привело к созданию уравнений Максвелла), и для практического применения (стало возможным промышленное производство электричества, это явление лежит в основе работы генератора, электродвигателя, трансформатора).

Это явление открыл Майкл Фарадей, английский ученый, который поставил целью «превратить магнетизм в электричество». Дело в том, что в опытах Эрстеда электрический ток создает магнитное поле, почему бы магнитному полю не создавать электрический ток?

Этой цели он достиг не сразу, так как выяснилось, что постоянное магнитное поле в неподвижном контуре ток создавать не будет. В части своих опытов он использовал постоянный магнит и катушку, замкнутую на гальванометр. Ток появлялся в цепи, когда магнит приближали к катушке, и когда удаляли от катушки. Если магнит покоился, ток не наблюдался.

В результате экспериментов был сформулирован закон электромагнитной индукции, который заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в контуре возникает электрический ток.

Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) называют скалярную величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции, на площадь, ограниченную контуром, и на косинус угла между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру:

 

Возникновение этого тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой ЭДС индукции . Величина не зависит от способа, которым осуществляется изменение магнитного потока , и равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

 

 

Если изменение магнитного потока связано с изменением тока в самом контуре, то возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции. Магнитный поток, создаваемый током, текущим по замкнутому контуру, прямо пропорционален силе тока

 

 

Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью контура. Из формулы (2) следует, что индуктивность контура численно равна потоку магнитной индукции, создаваемому контуром с током, при силе тока, равной единице. В системе СИ за единицу индуктивности принимается генри (Гн): 1 Гн – индуктивность такого контура, в котором при силе тока в 1 A возникает сцепленный с ним магнитный поток в 1 Вб: 1 Гн=1 Вб/1 A. Подставляя выражение (2) в закон Фарадея (1), получим для ЭДС самоиндукции

 

 

Обычно индуктивность является постоянной величиной, и тогда второй член в (3) обращается в нуль, а выражение для ЭДС самоиндукции принимает вид

 

 

т. е. можно сказать, что ЭДС самоиндукции возникает при всяком изменении тока в проводнике и прямо пропорциональна скорости изменения тока. Из формулы (4) можно дать другое определение индуктивности :

 

 

Индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в проводнике при скорости изменения тока в нем, равной единице. Индуктивность проводника равна 1 Гн, если при скорости изменения силы тока в нем, равной 1 А/с, возникает ЭДС самоиндукции в 1 В, Индуктивность зависит от формы, и размеров контура, а также от окружающей его среды. Для соленоида имеет вид

 

 

где – магнитная постоянная, ; – относительная магнитная проницаемость сердечника (при отсутствии сердечника ); – общее число витков соленоида; – длина соленоида; – площадь поперечного сечения соленоида.

 

 

Рис. 1.

 

Рассмотрим электрическую, цепь, изображенную на рис. 1, состоящую из омического сопротивления и катушки индуктивности , присоединенную к источнику переменного напряжения, которое меняется по закону . Применим к такой цепи второй закон Кирхгофа:

 

(6)

 

Если омическое сопротивление цепи пренебрежимо мало, то (6) можно записать в виде или

 

 

Интегрируя это выражение, получим

 

 

где

 

 

Сравнивая выражение (7) с законом Ома для участка цепи, мы видим, что выражение играет роль сопротивления, которое в дальнейшем мы будем называть индуктивным сопротивлением и обозначать :

 

 

где – частота переменного тока.

 

Если омическое сопротивление отлично от нуля, то можно показать, что

 

 

Таким образом, закон Ома для участка цепи переменного тока в этом случае примет вид

 

 

где – полное сопротивление цепи:

 

 

Следует подчеркнуть, что индуктивное сопротивление связано с возникновением в цепи ЭДС самоиндукции. Если ЭДС самоиндукции не возникает, индуктивное сопротивление равно нулю. Таким образом, в цепи постоянного тока существует только омическое сопротивление, а в цепи переменного тока – омическое и индуктивное.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-06-20 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: