Явление электромагнитной индукции

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

2. 1. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (ЭМИ)

В 1831 г. М. Фарадей обнаружил, что в
замкнутом проводящем контуре возникает
(индуцируется) электрический ток при изменении
потока магнитной индукции ( ) через
поверхность, ограниченную этим контуром.
B
Это явление называют электромагнитной
индукцией, а возникающий ток –
индукционным.
Майкл Фарадей
1791 – 1867
английский физик
и химик

3. 2. ПРАВИЛО ЛЕНЦА

Эмилий Христианович Ленц
1804 – 1865
российский физик и электротехник
Возникающий в контуре ток (индукционный) всегда
препятствует причине его вызывающей

4.

Ф 0
Ф 0
S
S
N
N
Ii
Bi
B
Ii
Bi
Bi
B
Bi

5. 3. ЗАКОН ФАРАДЕЯ ДЛЯ ЭМИ

- величина ЭДС, индуцируемой в контуре, равна скорости
изменения потока магнитной индукции.
dФ
i
dt
- для контура
dФ
i N
dt
или
- для катушки
(соленоида)
d
i
dt
- здесь - полный магнитный
поток или потокосцепление
Знак «минус» в законе Фарадея отражает
правило Ленца!!!

6.

ВОПРОС: на каком участке ЭДС индукции
максимальна? равна нулю? Почему?
1
i
2
3
4
5

7. Задачи (модели)

8. задачи

9.

10.

11.

12. 4. Формальные причины явления ЭМИ

Поток
B
Ф B dS BdS cos
S
dS
dt
d
dt
Контур или отдельные его части
перемещается в постоянном магнитном
поле (вращение контура и (или)
проводника, поступательное движение
проводника).
или
S
Способы изменения магнитного потока
B const
Следствие
dФ 0 dФ 0
B const
B B(t )
ЭМИ
Неподвижный контур
в переменном
магнитном поле.

13.

Вспомним: что такое ЭДС ?!
Необходимое условие
существования
постоянного тока –
наличие ЭДС
Сторонние силы – силы
неэлектростатического
происхождения. Работа этих сил
2
2
*
A12
F * dl q E * dl
1
по перемещению заряда А*
*
E - напряженность поля сторонних сил
(1) - определение ЭДС
сторонние силы
1
12
*
A12 2 *
E dl
q
1
(1)

14. 5. Истинные причины явления ЭМИ. 5.1 Действие магнитной силы

B const
const
MN – подвижная сторона контура L
F q B
* F
E B
q
l
dl
-магнитная сила, выполняет
роль сторонней силы
-напряженность поля сторонней
силы
Используя определение
i
B dl B l
N
N
M
M
*
E dl
iполучим
i
B l l B

15. 5. Истинные причины явления ЭМИ. 5.1 Действие магнитной силы

B const
const
dS
l
n dl
dФ – поток, заметаемый за dt
dФ B dS
dS l dt
dФ
B l dt
l B
dt
dt
Доказываем, что
dФ
i l B
dt

16.

17.

18.

19.

20. РАБОТА ПОЛНОЙ МАГНИТНОЙ СИЛЫ

Результирующая
сила
Лоренца
перпендикулярна
полной
скорости
электрона поэтому ее работа равна
нулю. Роль сторонней будет
выполнять
внешняя
сила,
поддерживающая
движение
перемычки.

21. Заряд, протекающий в контуре при ЭМИ. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Пусть полный магнитный поток, сцепленный с некоторым контуром,
изменяется от 1 до 2 . Найдем заряд q, который протекает при этом
через каждое сечение контура.
Мгновенное значение силы тока в контуре определим по закону Ома:
I
i
1 d
;
R
R dt
dq Idt Þ
dq
1 d
d
dt
.
R dt
R
Проинтегрировав это выражение найдем, найдем заряд, обусловленный
индукционным током:
2
2
1
d
1
1
q dq d
2 1 1 2 ;
R1
R
R
R
1
q
R
Последнее соотношение лежит в основе разработанного А.Г. Столетовым
баллистического способа измерения магнитной индукции:
1 NBS ;
2 NBS Þ
2NBS
q
Þ
R
B
qR
.
2 NS

22.

23. ИНДУКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

24. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ

25. ВИХРЕВЫЕ ТОКИ ФУКО

Индукционные токи, возбуждаемые в сплошных
массивных проводниках, называют токами Фуко
или вихревыми токами. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому
токи Фуко могут достигать очень большой силы.
В соответствии с правилом Ленца токи Фуко
выбирают внутри проводника
такие пути и направления, чтобы
своим действием препятствовать
причине их вызывающей. Поэтому
движущиеся в магнитном поле
хорошие проводники испытывают
сильное торможение. Этим пользуются для демпфирования (успокоения) подвижных частей измерительных приборов (стрелок).

26. ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ

27. ПОДАВЛЕНИЕ ТОКОВ ФУКО

Часто токи Фуко вредны и необходимо принимать меры для борьбы с ними.
Например, для предотвращения потерь энергии на нагревание токами Фуко сердечников
трансформаторов, эти сердечники набирают
из тонких изолированных пластин.
Пластины располагают так, чтобы возможные
направления токов Фуко были перпендикулярны к границам пластин.
Появление ферритов (полупроводниковых
магнитных материалов с большим электрическим сопротивлением) сделал возможным
изготовление сплошных сердечников.

28. СКИН-ЭФФЕКТ

Токи Фуко, возникающие в
проводах, по которым текут
переменные токи, направлены
так, что ослабляют ток внутри
провода и усиливают вблизи поверхности.
В результате быстропеременный ток
оказывается распределенным по сечению
провода неравномерно – он вытесняется
на поверхность
проводника. Это
явление называют
скин-эффектом
или поверхностным эффектом.

29. МАГНИТНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ