Тема: 2.2. Электромагнитная индукция.

Вопросы:

1. Магнитная цепь.

2. Явление электромагнитной индукции.

3. Явления самоиндукции.

4. Явление взаимоиндукции.

1. Магнитная цепь.

К ферромагнитным материалам (ферромагнетикам) относятся железо, сталь, никель, кобальт, их сплавы, а также ферриты – соединения окиси железа с окислами других металлов (цинка, никеля и т.д.), пермаллои (сплавы железа с никелем или молибденом, хромом, кремнием, алюминием) и др.

Свойства ферромагнетиков.

1. Ферромагнетики способны намагничиваться т.е. приобретать собственное магнитное поле. Это поле усиливает внешнее магнитное поле и может сохраняться длительное время.

2. Ферромагнетики обладают большой магнитной проницаемостью, т.е. они хорошо проводят магнитный поток.

3. Магнитная проницаемость ферромагнетика – величина не постоянная. Она зависит от интенсивности внешнего поля, в котором находится ферромагнетик.

Магнитная цепь – устройство, отдельные части которого выполнены из ферромагнитных материалов, по которым замыкается магнитный поток. Эти части называют магнитопроводом.

Магнитные цепи бывают разветвлёнными и неразветвлёнными. Примером разветвлённой магнитной цепи служит магнитная цепь электрической машины или некоторых трансформаторов. Примером неразветвлённой магнитной цепи являются постоянные магниты, которые используются в некоторых электроизмерительных приборах, датчиках тахометров и др. устройствах.

2. Явление электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция была открыта английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Суть этого явления состоит в том, что при всяком изменении потокосцепления контура, в нём индуктируется (наводится) ЭДС, которая называется ЭДС электромагнитной индукции. Величина этой ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потокосцепления: изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.

Если контур, в котором индуктируется ЭДС проводящий, то под действием этой ЭДС в контуре будет протекать ток, который называют идукционным.

В результате опытов Фарадей установил основной закон, характеризующий явление электромагнитной индукции количественно:

2.6.

- скорость изменения потокосцепления контура;

- скорость изменения магнитного потока, сцеплённого с контуром;

w- число витков контура;

ЭДС электромагнитной индукции наводится и в отдельной части контура, например в прямолинейном проводнике, при пересечении им магнитного потока. Если проводник расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции и направление вектора скорости движения проводника относительно магнитного поля (или скорости движения поля относительно проводника) то же перпендикулярно вектору магнитной индукции , то ЭДС, индуктированная в проводнике определяется по формуле:

e =B l v 2.7.

B – магнитная индукция; l – длина проводника; v – линейная скорость движения проводника (или поля относительно проводника).

 

Если ладонь расположить так, чтобы вектор магнитной индукции B входил в неё, а отогнутый под прямым углом большой палец совпадал с направлением линейной скорости движения проводника v, то четыре вытянутых пальца укажут направление ЭДС E, индуктированной в проводнике.

На использовании явления электромагнитной индукции основан принцип действия электромеханических генераторов.

3. Явление самоиндукции.

Магнитный поток самоиндукции – магнитный поток, возбуждённый током i контура и сцеплённый с этим же контуром.

Потокосцепление самоиндукции (Ψ_L)– потокосцепление контура с потоком самоиндукции.

Ψ_L = L∙i 2.8.

L – собственная индуктивность (индуктивность) контура.

Единица индуктивности в SI – генри (Г; H).

Индуктивность зависит от размеров и формы контура, от числа его витков и от абсолютной магнитной проницаемости среды, в которой существует магнитное поле.

Явление самоиндукции состоит в том, что при всяком изменении тока в контуре, в последнем индуктируется ЭДС, которую называют ЭДС самоиндукции (e_L).

.

При L = const

– скорость изменения потокосцепления контура с магнитным потоком, который возбуждён током этого же контура.

2.9.

4. Явление взаимоиндукции.

Контуры называют индуктивно или магнитосвязанными, если часть магнитного потока, созданного током одного контура, сцепляется со вторым контуром.

На рис. 2.6. ток i₁, протекающий в контуре 1, создаёт поток Ф_1L(поток самоиндукции). Часть этого потока (Ф_2M) сцеплена с контуром 2. Поток Ф_2M называют потоком взаимной индукции.

Контуры 1 и 2 – индуктивно (магнитосвязанные).

Потокосцепление (Ψ_2М) контура 2 с магнитным потоком Ф_2M называют поткосцеплением взаимной индукции.

Ψ_2М =M∙i₁ 2.10.

М – коэффициент взаимной индуктивности. Он зависит от числа витков контуров, их размеров и формы, их взаимного расположения и от абсолютной магнитной проницаемости среды, в которой существует магнитное поле.

Изменение тока i₁ приведёт к изменению потокосцепления Ψ_2М, а это, в свою очередь, - к индуктированию в контуре 2 ЭДС взаимной индукции e_2M.

 

- скорость изменения потокосцепления второго контура с магнитным потоком, возбуждённым током первого контура.

Если M=const, то

2.11.

Знак «минус» для индуктированных ЭДС ( формулы 2.6, 2.9 и 2.11) свидетельствует о том, что эти ЭДС стремятся вызвать токи, направленные таким образом, чтобы воспрепятствовать изменению магнитного потока. Это положение выражает собой сформулированный Ленцем принцип электромагнитной инерции. Этот принцип можно сформулировать так: при всякой попытке изменить магнитные потоки, сцепляющиеся с контурами, в контурах возникают электродвижущие силы, стремящиеся воспрепятствовать этому изменению.

На использовании явления взаимной индуктивности основан принцип действия трансформаторов.