А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 71
Текст из файла (страница 71)
е. такой залткнутый контур является генератором переменного тока. Проев ейшая схема генератора переменного тока изображена на рнс. 178,а. Если магнитное поле однородно, а рамка О Каковы фнтннескне велению, лежащие в основе действию гвнератарав лсрененнага та. как Опищнте аснавные сиены гвнератарав. 314 8. Электромагнитная индукции и квазистеиионпрные переменные токи $44.
Ивдукпвя токов в движущихся проводниках 315 вращается в нем с постоянной угловой скоростью, то возникающая в рамке 8м' является гармонической электродвижушей силой, частота которой равна частоте вращения рамки в магнитном поле. В замкнутом контуре возникает переменный ток соответствующей частоты (рис. 178, б). Если вместо одного витка в магнитном поле движутся два параллельных последовательно соединенных витка, то электродвижушая сила индукции возрастает в два раза.
Поэтому прн практическом осуществлении генераторов используются намотки из многих витков. Вопросы о наиболее целесообразном осуществлении намоток, о создании магнитного поля, о снягии тока с движущихся обмоток и т. д. подробно рассматриваются в электротехнике. Отметим лишь, что снятие тока с движугнихся проводников при большой силе тока является не простой задачей. Поэтому часто вместо лвижения проводников с током осуществляют лвижение источников магнитного поля при неподвижных проводниках. В простейшей схеме (рис. 178, в) это означает движение постоянных магнитов вокруг неподвижной рамки с током. В неподвижной рамке при этом возбуждается электродвижушая сила индукции.
Количественно эта э. д. с. индукции при одинаковых относительных скоростях магнитов и рамки одна и та же. Однако физическая сущность происходящих при этом явлений в этих двух случаях различна (см. 8 45). Первыми генераторами были машины с постоянными магнитами, но уже в 1866 г. был сконструирован генератор, в котором магнитное поле создавалось электромагнитом.
После этого конструкция генераторов быстро совершенствовалась. 3 акоп сохранения элер~ ни. При прохождении тока по цепи с омическим сопротивлением выделяется джоулева теплота. Энергия, выделяемая в форме теплоты, получается в результате работы механических сил в генераторе электрического тока. При переходе энергии из одной формы в другую соблюдается, конечно, закон сохранения энергии.
Проследим за этим на простейшем примере (рнс. 176). Пусть Я вЂ” сопротивление в контуре Аб(ЗСА, а 7 — сила тока в цепи. Следовательно, в цепи током в форме теплоты выделяется энергия с мощностью Р, = 1згг. (44А 5) С другой стороны, при движении учасзка проводника 06 с током силой Г необходимо преодолевать силу Лоренца Р=ПВ. (44. 16) Следовательно, силы, осуществляющие лвнжение проводника, должны развивать мощность Р =Ре =1!Вдх/г)г = IК"""= 1 Я, (44.17) 316 8. Электромагнитная инлукция и квазистационарные переменные токи где учтена формула (44.9) и принято во внимание, что ьг"ьл = 1Я.
Знак минус в (44.17) показывает, что рабога производится над системой. Сравнение (44.15) и (44.17) показывает, что Рэ + Рэ = О. Это означает, что энергия, выделяемая в форме тепловы, в контуре равна работе сил, приводящих проводник в движение, т. е. сторонними электродвижущими силалэи в э)аиналэ случае в конечном счете являются механические силы, осуществляющие движение проводника.
й 45. Закон электромагнитной индукции Фарадея Обсуждаются физическая сущность и мателэаиэическая формулировка закона электромагнитной индукции Фарадея. Аиализируеиюя соотношение между элекиэроыагнииэиой индукцивй Фарадея и иидукцией тока в движуизихся проводниках. определение, В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции, состоящее в возникновении электрическогоо тока в замкнутом проводнике при изменении потока магнитной индукции, охватываемого контуром. Правило, определяющее направление э.
д. с. индукции, было сформулировано в 1833 г. Э. Х, Ленцем (1804 — 1865); индукционный ток направлен так, чта создаваемое им ноле препятствует изл~елению .иагиитиого потока. Иначе говоря, направление возникающего в контуре тока составляет с направлением изменения потока магнитной индукпии лсвовннтовую систему (рис. 179). В 1845 г. Ф.
Э. Нейман (1798 — 1895) дал математическое определение закона электромагнитной индукции в современной форме: рьь ' = — дФ!дг, (45.1) причем контур считается неподвижным. ф изическая сущность явления, По внешнему виду формула (45.1) полностью совпадает с (44.9), но физическое содержание ее совершенно иное. Возникновение э.
д. с., учитываемое формулой (449), связано с действием силы Лоренца на двиэюущиеся заряды. В возникновении э. д. г., учитывае.иой формулой (45.1), никакая сила Лоренца не участвуегв, поскольку проводники неподвижны. Однако в проводнике возникает электрический ток, поэтому можгю заключить, что в нем имеется электрическое поле. Следовательно, закон Фарадея (45.1) выражает новое физическое явление: изменяющее 'я магнитное нале порождает электрическое лоле. Такилэ образом, электрическое пале пораждастгя не талька электрическими зарядами, на и измвняющилия магнитным полем. Строго говоря, наличие тока в замкнутом проводнике показывает, что электрическое поле имеется лишь внутри проводника.
Однако проводник в данном случае играет роль устройства для обнаружения злект- ! 45. Закон элсктромвгннтной индукции Фарадея 317 рического поля. Г1ри отсутствии проводника изменяющееся магнитное поле также порождает электрическое поле. Это мохсно показать, например, тем, что на заряд в изменяющемся мапгитном поле действует электрическая сила (см.
() 56). Это доказывает, что электромагнитная нндукцня является всеобщим фундаментальным законом природы, устанавливающим связь между электрическими н магнитными полями. Различное физическое солержание описываемых формулами (44.9) и (45.!) явлений очевидно из такого примера. !1редположим, что проволник Р6 на рис. !76 движется со скоростью т, но одновременно магнитная индукция В уменьшается. Вследствие движения проводника в замкнутом контуре появляется э. д. с. индукции, которая вызывает ток (рис. 176). Изменение В по закону электромагнитной инлукции Фарадея вызывает в контуре также э.
д.с. индукции, которая в данном случае направлена противополохсно той, которая возникает в результате движения участка проволника РС. Можно подобрать такую скорость изменения В (РВ/61), что эти две э. д с. будут взаимгго компенсироваться. В результате в замкнутом когпуре не будет тока, потому что полная э. д, с, индукции равна нулю.
Однако эта взаимная компенсация э. д. с, индукции происходит в замкнутом контуре в целом, а не в каждой точке контура. Э. д. с. инлукции за счет движения проводника возникает только па участке Р6, а э. д, с, индукции Фарадея возникает как на участке РО, так и на остальных участках проводника РС, СА и АО. В результате движения на элементе проводника с(! возникает э. д.с. индукции, зависящая только от В и скорости т движения этого элемента, но не зависящая от дВ/г71. В результате изменения индукции на элементе проводника с(1 появляется э. д. с. индукции Фарадея, которая не зависит от индукции В и скорости т движения этого элемента, а зависну только от сЗВ!дг.
Это и показывает, что физическая природа э. д. с, индукции в этих двух случаях различна. ьв Е ! 1ур Закон эдсттрол1згкиткай икдукцяи Фзрздея 180 Дсмопстрзккя эзсттрочзгкк~ пой иидутлкк Фзрздсз ° Электрическое поле порождается не только зпектрнческини зорядонн, но и изменяющимся нотнитнын полем.
Э. д. с. индукцми вырожаетси формулой (4$.1), прнчен под дФ/йс понмноетсп полнея скорость изменения потоке индукции, оквотывоемого проводником, в результате дви. женив и деформаций проводнике н нзненення нот. имтното поля. 31В 8. Электромагнитная иидукция и квазистациопарцые переменные токи движущийся проводник в переменном магнитном поле. Если замкнутый проводник движется в переменном магнитном поле, испытывая при этом произвольные деформации формы, то э.
д. с. индукции в нем возникает как за счет движения и деформации, учитываемой формулой (44.9), так и в результате изменения индукции магнитного поля, учитываемого аналогичной формулой (45.1). Поэтому можно сказагь, что э. д. с.
индукции в проводнике определяется формулой (45.1), причем под дФ<дг понимается полная скорость изменения потока индукции, охватываемого проводником, как за счет его движения и деформации, так и в результате изменения магнитного поля. Применение электромагнитной индукции к генераторам переменного тока. Теперь ясно, почему электрический ток можно генерировать не только дви;кением проводников в магнитном поле, но и движением магнитов при неподвижных проводниках. На рис. ! 80 изображена схема демонстрации электромагнитной индукции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
