Тема 13 Электромагнитная индукция

1. Явление электромагнитной индукции

1. Электромагнитная индукция
2. Закон Фарадея. Принцип Ленца
3. Само- и взаимоиндукция

2. Электромагнитная индукция

Важное значение для всей электротехники имеет закон электромагнитной
индукции, открытый М. Фарадеем.
Этот закон служит для определения эдс, возникающей в проводниках при
пересечении ими магнитных линий и при изменении магнитного потока,
сцепленного с контуром, образуемым проводниками.
Закон электромагнитной индукции найден на основании опытов, но его можно
считать логическим следствием закона электромагнитной силы.

3. Электромагнитная индукция

Важное значение для всей электротехники имеет закон электромагнитной
индукции, открытый М. Фарадеем.
Этот закон служит для определения эдс, возникающей в проводниках при
пересечении ими магнитных линий и при изменении магнитного потока,
сцепленного с контуром, образуемым проводниками.
Закон электромагнитной индукции найден на основании опытов, но его можно
считать логическим следствием закона электромагнитной силы.

4. Электромагнитная индукция

На электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует
электромагнитная сила Лоренца
F=Bqvsinα
B – вектор электромагнитной индукции
q – заряд
v – скорость движения заряда
α – угол между направлением движения и направлением поля.

5. Электромагнитная индукция

В простейшем случае, когда заряд q движется со скоростью v перпендикулярно
направлению поля, эта сила будет
F=qvB.
Такое движение возможно, когда в поле перпендикулярно его индукции под
действием какой-либо механической силы перемещается провод

6. Электромагнитная индукция

На свободные электроны, содержащиеся в проводе,
действует электромагнитная сила, смещающая их
к одному концу провода. Это равносильно
сосредоточению отрицательного заряда у
одного конца провода и положительного заряда
(недостаток электронов) у другого конца.
Между двумя разноименными зарядами
в проводнике возникает
электрическое поле — создается напряженность Er

7. Электромагнитная индукция

Через эту напряженность можно выразить силу взаимного
притяжения разноименных зарядов (называемую часто
кулоновой силой):
Fk=qEk
Сила взаимного притяжения должна уравновешивать
электромагнитную силу, стремящуюся разделить заряды:
Fэм+Fk=0
Подставив соответствующие выражения этих сил, получим
qvB+qEk=0
В случае, когда проводник движется по отношению к
направлению В под углом α, эдс будет:
E=vBlsinα

8. Электромагнитная индукция

Направление индуктированной эдс можно определять, пользуясь правилом
правой руки:
- поставить правую руку так,
чтобы магнитные линии входили в ладонь;
- отставленный большой палец направить
по направлению движения проводника;
- направление индуктированной эдс
покажут остальные вытянутые пальцы.

9. Электромагнитная индукция

Для определения направления индуктированной эдс часто целесообразно применять принцип Ленца (называемый также правилом или законом Ленца): индуктированная эдс стремится противодействовать причине, ее вызывающей.
Если замкнуть проводник, движущийся в магнитном поле, на резистор r, то
индуктированная эдс создаст в контуре ток i. Последний, взаимодействуя с индуктирующим магнитным полем, вызывает появление механической силы,
противодействующей движению проводника, т. е. изменению магнитного потока
— причине возникновения эдс; в этом здесь и отражается принцип Ленца.

10. Cамоиндукция

Самоиндукция – явление возникновения индукционного
тока в проводнике, в котором течет ток

11. Cамоиндукция

С изменением тока в самой цепи индуктируется эдс,
называемая эдс самоиндукции:

12. Cамоиндукция

В соответствии с выражением эдс самоиндукции,
индуктивность
является также коэффициентом
пропорциональности между
скоростью изменения тока
во времени и индуктируемой
при этом эдс.
Один генри — это индуктивность
цепи, в которой при изменении
тока на один ампер в секунду
индуктируется эдс самоиндукции в
один вольт.

13. Cамоиндукция

Эдс самоиндукции тем больше, чем меньше промежуток
времени ∆t, за который ток изменяется на ∆i, т. е. она тем
больше, чем быстрее изменяется ток.
По этой причине ток в цепи с индуктивностью не может быть
мгновенно прерван посредством размыкания контактов
выключателя.
При таком размыкании эдс самоиндукции вызывает пробой
воздушного промежутка между расходящимися
контактами выключателя,
что приводит к образованию
электрической дуги.

14. Cамоиндукция

15. Cамоиндукция https://yandex.ru/video/preview/14311731400414439553

16. Взаимная индукция

Магнитное поле, возбуждаемое электрическим током одной
цепи, может пронизывать контур другой электрической
цепи, создавая потокосцепление взаимоиндукции.
В подобных условиях с изменением тока первой цепи будет
изменяться потокосцепление контура второй цепи и
возникать эдс взаимоиндукции.

17. Взаимная индукция

Простейшим случаем взаимоиндукции могут служить две
катушки, расположенные достаточно близко одна от другой ,
так, что существенная часть магнитного потока одной
катушки w1 сцепляется с витками другой катушки w2.

18. Взаимная индукция

Эту часть потока обозначим Ф12.
Он создает во второй катушке потокосцепление и наоборот.
Потокосцепления взаимоиндукции пропорциональны
возбуждающим их токам. Соответствующие коэффициенты
пропорциональности называются взаимной индуктивностью
цепей.

19. Взаимная индукция

Взаимная индуктивность M измеряется в тех же единицах —
генри, что и индуктивность L. Взаимной индуктивностью в
один генри обладают две такие цепи, в которых ток в одной
цепи возбуждает во второй цепи потокосцепление, равное
одному веберу (1 В-с).

20. Взаимная индукция

Явления взаимоиндукции широко используются в
электротехнических устройствах, в частности для построения
трансформаторов.

21. Взаимная индукция

В трансформаторах для усиления магнитного потока
первичная и вторичная катушки надеты на общий
магнитопровод.
При этом увеличивается поток и эдс взаимоиндукции, в
результате чего увеличивается электрическая мощность,
которую может передавать трансформатор