Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 41

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 41)

3 143). Сила Лоренца проявляется при движении электронов и ионов в магнитных полях. Эти явления будут рассмотрены в гл. Х17П. ГЛАВА 1Х ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДн'КЦИЯ 5 89. Электромагнитная индукция В предыдущей главе мы видели, что электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Существует и обратное явление: магнитное поле вызывает появление электрических токов. Это явление было открыто М. Фарадеем в 1831 г, и получило название элекгпромагнигпнай индукции.

Рассмотрим некоторые ив опыты, иллюстрирующие электромагнитную индукцию. Для этого воспользуемся двумя проволочными катушками 1 и 2 (рис. 137), одну из котоРнн 137. прн движении катушки 1 в рых (1) можно надевать магнитном поле катушки 2 в пенн катуш- на другую (2). Соединим кн 1 появляется ток катушку 1 с гальванометром, а катушку 2 с источником тока. Если катушка 1 неподвижна относительно катушки 2 (т.е.

относительно магнитного паля), то в цепи 1 не будет тока, как бы сильно нн было магнитное поле ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ катушки и. Начнем теперь перемещать катушку 1. Мы увидим, что гальванометр покажет появление тока. Этот ток существует только при движении катушки, и он тем сильнее, чем быстрее движется катушка. Ток в цепи катушки 1 возникает и при сближении катушек, и при удалении их, однако токи в обоих случаях имеют противоположные направления.

Если оставить катушку 1 неподвижной, а двигать катушку с током в, то гальванометр также показывает ток при движении катушки. Мы могли бы оставить обе катушки 1 и к неподвижными, но изменять силу тока в катушке в при помощи реостата. Тогда при всяком изменении силы тока (т.е. магнитного поля) в цепи катушки 1 возникал бы ток. Направление тока в катушке 1 при усилении магнитного поля противоположно направлению тока при ослаблении поля;ток в катушке 1 не возникает, если магнитное поле остается постоянным. с Эти опыты показыва- 2 ют, что причиной появления индукционного тока йв является изменение магнитного поля. Каким образом создается это изменение, безразлично. В опыте, изображенном па рис.

138, обе катушки 1 и 8 непо- Рис. 1Зо. При движении железного сердвижны~ но В катУшк1 2 дечиике г.' мвтиитиое поле кету!пки е измы вдвигаем или выдвиГа- меняется и в цепи вату~яки 1 появляется ем из нее железный сердеч- ток ник С. При вдвигании сердечника он намагничивается, и магнитное поле усиливается; при выдвигании сердечника поле уменьшается. Ток в цепи катушки 1 течет только при движении сердечника. Изменяющееся магнитное поле мы можем создать и движением постоянного магнита. Если вовсе удалить катушку с током в и вдвигать (или выдвигать) в катушку 1 постоянный магнит, то гальванометр твкже показывает ток. Этот ток возникает и в том случае, еш!и движется катушка, а магнит находится в покое. Наблюдая направления тока при сближении магнита и катушки и при удалении, можно убедиться, что они противоположны, так же как и в предыдущих опытах.

Результаты своих многочисленных опытов Фарадей выразил в следующей наглядной форме. Будем изображать магнитное 194 гл !х элвктгомАГнитнАя индукции поле при помощи линий магнитной индукции. Тогда магнитная индукция будет характеризоваться густотой линий индукции. Представим себе теперь, что замкнутый проводник движется в магнитном поле и переходит в область более сильного поля. Тогда число линий индукции, охватываемых проводником, увеличится. Напротив, при движении проводника в область более слабого поля число линий индукции, охватываемых проводником, уменьшится.

Но магнитное поле есть поле вихревое (9 81), и его линии индукции не имеют концов. Вследствие этого линии индукции поля сцеплены с проволочным контуром наподобие звеньев цепи (рис. 139). Поэтому в в всякое изменение числа линий индукции, охватываемых контуРие 139 Замкнутый проводник и линии маг- Ром, может произойнитной ию!унции ~сцеплены» между собой ти тОлько в результате пересечения ими проволочного контура.

Точно так же, если проводник находится в покое, но изменяется магнитная индукция, то при усилении поля густота линий индукции будет увеличиваться и они будут стягиваться друг к другу, а при ослаблении поля — расходиться друг от дру~а И в этом случае произойдет пересечение некоторого числа линий индукции проводником. Поэтому Фарадей заключил, что индукционный ток возникает в проводнике в том случае, если проводник или какая-либо его часть пересекает линии магнитной индукции. Открытие электромагнитной индукции имело огромное научное и техническое значение Это явление показало, что можно не только получить магнитное поле при помощи токов, но и, обратно, получить электрические токи при помощи магнитного поля.

Этим была установлена окончательно взаимная связь между электрическими и магнитными явлениями. 9 90. Закон Ленца Э.Х. Ленц установил важный закон, позволяющий определить направление индукционного тока. Он сформулировал найденный им закон следук)щим образом: <Если металлический проводник передвигается вблизи гальванического тока или вблизи магнита, то в нем возбуждается гальванический ток такого направления, которое вызвало бы движение покоящегося прово- 1 91 ОснОВБОЙ ЗАкОн элвктРОИАГнитнОЙ инДУкЦии 195 да в направлении, прямо противоположном направлению движения, навязанного здесь проводу извне, в предположении, что находящийся в покое провод может двигаться только в направлении этого последнего движения или в прямо противоположном».

В более сжатой форме закон Ленца можно выразить так: индукционный ток во всех случаях направлен таким образом, что его действие противоположно действию причины, вызвавшей этот ток. Закон Ленца применим и к случаям, когда проводники неподвижны, а изменяется магнитное поле (сила тока), В таком случае индукционные токи всегда вызывают поле, которое стремится противодействовать изменениям внешнего поля, вызвавшим эти токи. Так, например, если в опыте (см.

рис. 137) катушки неподвижны, то при включении тока в катушку Я (его нарастании) направление тока в катушке 1 будет противоположно 1индукционный ток стремится ослабить нарастающее поле катушки 2), а при выключении тока (его убывании) ток в катушке 1 будет направлен так же, как и в катушке 2 (стремится поддержать ослабевающее магнитное поле). Закон Ленца вытекает из закона сохранения энергии Действительно, индукционные токи, как и всякие электрические токи, производят определенную работу Но это значит, что при движении замкнутого проводника в магнитном поле должна быть произведена дополнительная работа внешних сил. Эта работа возникает потому, что индукционные токи, взаимодействуя с магнитным полем, вызывают силы, направленные противоположно движению, т.е.

препятствующие движению. й 91. Основной закон электромагнитной индукции В результате многочисленных опытов Фарадей установил основной количественный закон электромагнитной индукции. Однако мы рассмотрим сначала другую формулировку этого закона, данную впоследствии Максвеллом. Возникновение индукционного тока показывает, что при электромагнитной индукции в проводнике появляется определенная электродвижущвя сила. В З 89 мы видели, что индукционный ток, а следовательно, и ЭДС индукции появляются только в том случае, егли проводник пересекает линии магнитной индукции, т.е. если полное число линий индукции, проходящих через площадь, ограниченную проволочным контуром, изменяется. Но полное число линий магнитной индукции, проходящих через какую-либо поверхность, есть магнитный поток через эту поверхность.

Отсюда можно заключить, что причина появления ЭДС электромагнитной индукции есть изменение магнитно- 196 гл ~х элвктгомхгнитнАЯ индукция го потока. Анализируя результаты опытов Фарадея, Максвелл установил, что во всех случаях ЭДС электромагнитной индукции пропорциональна быстроте изменения магнитного потока через площадь, ограниченную контуром, т.е. Нф й' где 1" -- множитель пропорциональности, зависящий только от выбора единиц.

В системе единиц СИ ЭДС измеряют в вольтах, а время— в секундах. Закон же электромагнитной индукции используют для определения единицы магнитного потока — вебера, с которой мы уже встречались в 3 84. А именно, ее выбирают таким образом, чтобы множитель 1 обратился в единицу. Остановимся теперь на знаке ЭДС электромагнитной индукции. В 3 84 мы приписали магнитному потоку определенный знак, который зависит от выбора положительной нормали к плоскости контура. Это направление нормали мы связали при помощи правила правого буравчика с положительным направлением тока в контуре.

Поэтому, выбирая (произвольно) определенное положительное направление нормали,мы определяем как знак потока, так и положительное направление тока и ЭДС в контуре. Пользуясь этим, можно выразить ЭДС индукции и по модулю, и по знаку следующей формулой: й= — —, (91.1) которая и представляет собой основной закон электромагнитной индукции в форме, данной Максвеллом. Знак минус в этой формуле соответствует закону Ленца.

Характеристики

Список файлов книги