Po włączeniu źródła prądu żarówka połączona szeregowo z cewką zapala się ze znacznym opóźnieniem w porównaniu do żarówki połączonej szeregowo z opornikiem.
Otwierając i zamykając obwód magnetyczny, czyli zmieniając indukcyjność, można osiągnąć takie same rezultaty, jak przy zamykaniu i otwieraniu obwodu elektrycznego.
Po otwarciu obwodu elektrycznego można zapewnić, że pole elektromagnetyczne samoindukcji znacznie przekracza pole elektromagnetyczne źródła prądu.
Kiedy obwód elektryczny jest zamknięty, prąd w nim musi przepływać maksymalna wartość nie od razu, ale po pewnym czasie.
Efekty te można zaobserwować w następujących ustawieniach.
Zmontujmy dwa obwody elektryczne. Jeden składa się z żarówki i cewki z drutu ze stalowym rdzeniem połączonych szeregowo. Drugi składa się z żarówki i reostatu. Rezystancja reostatu jest równa rezystancji drutu, z którego wykonana jest cewka. Reostat jest niezbędny do wyrównania żarzenia żarówek, które można jednocześnie podłączyć do źródła prądu.
Połączmy cewkę drutową z zamkniętym rdzeniem stalowym i żarówkę podłączoną równolegle do źródła prądu. Ustawmy napięcie w obwodzie tak, aby żarówka paliła się z niepełną intensywnością. Gdy obwód się otworzy, podłączając cewkę do źródła prądu, w cewce powstaje pole elektromagnetyczne, które znacznie przekracza pole elektromagnetyczne źródła prądu, o czym świadczy jasny błysk żarówki.
Rzeczywiście, samoindukcja emf powstająca po otwarciu obwodu elektrycznego może przyjmować bardzo duże wartości. Cewka indukcyjna podłączona do akumulatora o SEM rzędu kilku woltów pozwala uzyskać SEM rzędu kilkudziesięciu tysięcy woltów, wystarczającym do rozbicia kilkucentymetrowej warstwy powietrza.
Prawo indukcji elektromagnetycznej stwierdza, że indukowany emf powstający w obwodzie przewodzącym jest wprost proporcjonalny do szybkości zmian strumienia magnetycznego przechodzącego przez ten obwód.
 |
W eksperymentach, które doprowadziły nas do prawa indukcji elektromagnetycznej, znalezienie tego obwodu nie jest trudne. W jednym przypadku tworzą go zwoje drutu, w innym aluminiowy pierścień, w trzecim rama obracająca się w polu magnetycznym. We wszystkich przypadkach mamy do czynienia z zakrzywionymi przewodnikami pokrywającymi obszar penetrowany przez pole magnetyczne.
Ale może się pojawić pytanie: Czy można wymyślić taką sytuację, aby indukowany emf powstał w prostym przewodniku?
Odpowiedź na to pytanie wiąże się z pozwoleniem sprzeczności. Z jednej strony prosty drut zasadniczo nie może tworzyć pętli. Z drugiej strony musi uformować ten kontur.
 |
Możesz rozwiązać tę sprzeczność, wyobrażając sobie taką sytuację. Niech prosty przewodnik, połączony przewodami z jakimś wskaźnikiem prądu (na przykład mikroamperomierzem), porusza się w polu magnetycznym, przecinając linie indukcji magnetycznej pod pewnym kątem różnym od zera. Przy odpowiednim ułożeniu przewodnik, przewody doprowadzające i mikroamperomierz mogą utworzyć pożądany obwód, którego powierzchnia będzie się zmieniać w wyniku ruchu przewodnika. Odpowiednio, ponieważ obwód ten jest penetrowany przez pole magnetyczne, przepływający przez niego strumień magnetyczny ulegnie zmianie, indukowany emf zostanie wzbudzony w obwodzie, a ponieważ obwód jest zamknięty, pojawi się indukowany prąd.
Jeżeli w obwodzie zostanie włączony rezystor o bardzo dużej, idealnie nieskończenie dużej rezystancji, co będzie równoznaczne z przerwaniem obwodu, indukowany w nim prąd ustanie, ale pole elektromagnetyczne prawdopodobnie nadal będzie indukowane.
 |
 |
 |
 |
Formalnie kontur, którego powierzchnia zmienia się w miarę ruchu przewodnika, pozostaje. Właściwie przestał istnieć, gdyż nieskończenie duży opór może posiadać bardzo mała przerwa w obwodzie, co z geometrycznego punktu widzenia praktycznie nic w nim nie zmienia, oraz cały odcinek podłączony do prostego przewodu , którego wyłączenie pozbawia sensu samo pojęcie „obwodu”.
Zatem w prostym przewodniku, który podczas swego ruchu przecina linie pola magnetycznego, należy indukować pole elektromagnetyczne, podobnie jak w obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się przepływający przez niego strumień magnetyczny.
Sytuację tę można opisać na przykład w następujący sposób: przewodnik poruszający się w polu magnetycznym nierównoległym do jego linii sił „omiata” pewien obszar, którego wielkość się zmienia. W konsekwencji zmienia się również strumień magnetyczny przenikający przez omiatany obszar. Z tego powodu w przewodniku indukowany jest emf.
Wielkość indukowanego emf można znaleźć na podstawie następujących rozważań.
Gdzie: l- długość przewodnika znajdującego się w polu magnetycznym;
X- ruch przewodnika w polu magnetycznym w czasie D T;
A- kąt między wektorem indukcji magnetycznej a normalną do płaszczyzny ograniczonej obrysem;
w- prędkość ruchu przewodnika.
Jeśli wpiszesz kąt B- zatem pomiędzy kierunkiem prędkości ruchu przewodnika a wektorem indukcji magnetycznej
Biorąc to pod uwagę:
.
Znak pola elektromagnetycznego można wyznaczyć za pomocą reguły Lenza.
Niech przewodnik porusza się w płaszczyźnie arkusza, a linie pola magnetycznego wchodzą w tę płaszczyznę od góry do dołu.
W naszym przypadku uchwyt świdra wykręcony do góry od płaszczyzny blachy porusza się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara i pokazuje, że w przewodniku poruszającym się od prawej do lewej, prąd indukcyjny płynąłby z góry na dół, przez co gromadziłyby się w nim ładunki dodatnie dolna część przewodnika, a ładunki ujemne odpowiednio u góry. Natomiast w przewodniku poruszającym się od lewej do prawej strony prąd indukcyjny płynął od dołu do góry i prowadził do gromadzenia się ładunków dodatnich w górnej części przewodnika, a ładunków ujemnych w dolnej.
Kciuk, palec wskazujący i środkowy prawa ręka umieszczone prostopadle do siebie. Kciuk skierowany jest wzdłuż prędkości ruchu przewodnika, a palec wskazujący wzdłuż wektora indukcji pola magnetycznego. Następnie środkowy palec wskaże kierunek ruchu ładunków dodatnich w przewodniku i odpowiednio koniec przewodnika, w którym będą się one gromadzić.
Wyjaśnić pojawienie się indukowanego emf w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym, można uzyskać równanie do obliczenia wielkości tego emf i określić jego znak w jeszcze jeden sposób.
W przewodniku znajdują się cząstki naładowane swobodnie. Jeśli cząstki te wraz z przewodnikiem poruszają się w polu magnetycznym, wówczas siła Lorentza działa na nie z pola magnetycznego
, Gdzie
Q- ładunek każdej swobodnej cząstki poruszającej się wzdłuż przewodnika pod wpływem pola magnetycznego;
w- prędkość ruchu cząstek w polu magnetycznym, równa prędkości ruchu przewodnika;
W- wielkość indukcji pola magnetycznego;
B- kąt pomiędzy kierunkiem wektora prędkości cząstki (przewodnika) a wektorem indukcji pola magnetycznego.
Jeżeli przewodnik porusza się w taki sposób, że przecina linie pola magnetycznego, to kierunek działania siły Lorentza wyznacza reguła lewej ręki. Okazuje się, że jest skierowany wzdłuż przewodnika i prowadzi do rozdzielenia w nim ładunków: ładunki dodatnie gromadzą się na jednym końcu przewodnika, ładunki ujemne na drugim.
Jeśli więc przewodnik przesunie się w prawo, wektor indukcji pola magnetycznego zostanie skierowany wzdłuż kartki papieru od dołu do góry, wówczas siła Lorentza działająca na ładunki dodatnie zostanie skierowana od płaszczyzny kartki w górę.
 |
Jeśli przewodnik jest otwarty, wówczas rozdzielenie ładunków nastąpi do momentu, gdy siła Lorentza zostanie zrównoważona przez siłę elektryczną powstałą w wyniku tego rozdzielenia.
Siła Lorentza faktycznie rozdziela ładunki i jest siłą pochodzenia nieelektrycznego. Takie siły nazywane są obcymi; prowadzą do pojawienia się emf w przewodniku.
EMF jest wielkość fizyczna, określony przez stosunek pracy sił zewnętrznych powodujących przemieszczenie ładunku do wielkości tego ładunku:
W tym przypadku F- siła Lorentza, l- długość przewodnika, po którym porusza się cząstka pod wpływem siły Lorentza.
Podstawiając wartość siły Lorentza do równania definiującego otrzymujemy:
,
co pokrywa się z wyrażeniem otrzymanym powyżej.
Sprawdzać poprawność otrzymanego wyrażenia na emf indukowany w poruszających się przewodnikach i znak emf jest to możliwe dzięki doświadczeniu.
Ponieważ pole elektromagnetyczne musi zależeć od prędkości ruchu przewodnika, indukcji pola magnetycznego, długości przewodnika znajdującego się w polu magnetycznym i jego orientacji, konieczna jest sekwencyjna zmiana tylko jednej z tych wielkości i pozostawienie spoczynku, aby zbadać wpływ tych zmian na wielkość pola elektromagnetycznego powstającego w przewodniku. Znak pola elektromagnetycznego można określić za pomocą woltomierza poprzez bezpośredni pomiar.
PORUSZANIE SIĘ W TERENIE
W nowoczesne samochody- generatory - pozyskiwanie pola elektromagnetycznego opiera się na omówionym właśnie prawie. Jednakże w odróżnieniu od przykładów z poprzedniego akapitu, w maszyny elektryczne ah, zmiana strumienia magnetycznego następuje w wyniku ruchu przewodnika w polu magnetycznym.
Wyobraźmy sobie, że w wąskiej szczelinie między biegunami dużego elektromagnesu znajduje się część sztywnej prostokątnej ramy wygiętej z grubego drutu (ryc. 2.28 i 2.29). Rama ta nie jest całkowicie zamknięta, a jej końce połączone są elastycznym sznurkiem. Przewód jest podłączony do galwanometru. Gdy rama poruszy się w kierunku wskazanym przez strzałkę, strumień magnetyczny sprzężony z ramą ulegnie zmianie. Kiedy zmienia się strumień magnetyczny, indukowany jest emf. Wielkość pola elektromagnetycznego można ocenić na podstawie odchylenia igły galwanometru.
Ryż. 2.28. W szczelinę pomiędzy biegunami elektromagnesu wciskana jest ramka ze sztywnego drutu. Obwód ramy zamykany jest przewodami podłączonymi do galwanometru
Ryż. 2.29. To samo co na rys. 2.28, ale dla przejrzystości nie pokazano górnej części elektromagnesu (biegun południowy). Strzałka v pokazuje kierunek ruchu ramy. Szerokość ościeżnicy oznaczona jest literą I. Wymiar a pokazuje, jak głęboko ościeżnica jest wsunięta w szczelinę. Pole magnetyczne jest pokazane serią strzałek
Na ryc. 2.29, dla przejrzystości rysunku, górna część elektromagnesu (biegun południowy) w ogóle nie jest pokazana. Na tym samym rysunku pole magnetyczne jest przedstawione serią małych strzałek. Pole pomiędzy biegunami jest skierowane dokładnie tak, jak pokazują małe strzałki. W przestrzeni między biegunami pole ma stałą indukcję. W miarę oddalania się od biegunów pole bardzo szybko słabnie. Można nawet bezpiecznie założyć, że poza szczeliną nie ma pola.
Obliczmy strumień magnetyczny Ф objęty ramą.
Aby to zrobić, należy pomnożyć indukcję magnetyczną B przez tę część obszaru ramy, która znajduje się między biegunami.
Jeżeli rama ma szerokość I i jest przedłużona do głębokości a (rys. 2.29), to powierzchnia S penetrowana przez pole wynosi
Strumień magnetyczny sprzężony z ramą
Im głębiej rama jest cofnięta, tym większy przepływ.
Niech rama osiągnie środek szerokości słupa, jak pokazano na rysunku. W tym przypadku powiązany z nim przepływ jest przedstawiony za pomocą 16 linii. Przesuńmy ramę jeszcze głębiej, tak aby osiągnęła 3/4 szerokości słupa. Wtedy strumień będzie już składał się z 24 linii. Gdy rama obejmie cały słup, przepływ wzrośnie do 32 linii.
Ale jaka jest szybkość wzrostu przepływu?
Zależy to oczywiście od prędkości, z jaką rama wjeżdża w szczelinę między słupami.
Możliwe jest jednak dokładniejsze określenie szybkości wzrostu przepływu.
Podczas przesuwania ramki we wzorze
zmienia się tylko rozmiar a (głębokość, na jaką wsunięta jest ramka), co oznacza, że zmiana strumienia AF zależy od zmiany tego konkretnego rozmiaru a.
W miarę upływu czasu wzrost tego rozmiaru można przedstawić za pomocą następującego wzoru:
gdzie jest prędkością, z jaką porusza się rama.
Ale jeśli znamy zmianę wielkości a (tj.), wówczas nie jest trudno obliczyć odpowiednią zmianę przepływu ():
W ten sposób prawie zakończyliśmy wyprowadzanie wzoru na indukowaną siłę emf. Musimy tylko określić szybkość zmiany przepływu. Dzieląc lewą i prawą stronę ostatniej równości, znajdziemy
To jest wzór na obliczenie pola elektromagnetycznego,
indukowane w prostoliniowym przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym z dużą prędkością
Wyprowadzony wzór obowiązuje, gdy: 1) przewodnik położony jest pod kątem prostym do kierunku pola magnetycznego i do kierunku prędkości oraz 2) prędkość tworzy również kąt prosty do kierunku pola.
Przedstawione tu wnioski obowiązują również w przypadku, gdy drut jest nieruchomy, a same bieguny poruszają się wraz z wytwarzanym przez siebie polem magnetycznym.
Znaleźliśmy wzór na ruch ramy i zastosowaliśmy go jako wzór na siłę emf indukowaną w prostym przewodniku poruszającym się po polu. Powody tego łatwo wyjaśnić: w przewodach bocznych ustawionych równolegle do kierunku prędkości nie indukuje się pole elektromagnetyczne. Cały emf indukuje się w poprzecznym drucie o długości l poruszającym się w polu magnetycznym.
W rzeczywistości, jeśli ten poprzeczny drut wyjdzie poza pole, to przy dalszym ruchu ramy połączony z nim przepływ osiągnie najwyższa wartość(32 linie) i nie ulegnie zmianie. Oczywiście tylko do momentu, w którym tył ramy wpasuje się w szczelinę pomiędzy słupkami. Oznacza to, że w przewodach bocznych (równoległych) nie indukuje się pole elektromagnetyczne, nawet jeśli poruszają się one w polu magnetycznym.
Ryż. 2.30. Reguła prawej ręki
Reguła prawej ręki. Kierunek pola elektromagnetycznego indukowanego podczas ruchu drutu można wyznaczyć za pomocą reguły prawej ręki (ryc. 2.30):
jeśli prawa ręka jest ustawiona tak, że linie pola wchodzą w dłoń i jest zgięta kciuk pokrywa się z kierunkiem ruchu, wówczas cztery wyciągnięte palce wskazują kierunek indukowanego pola elektromagnetycznego.
Kierunek indukowanego pola elektromagnetycznego to kierunek, w którym pod jego działaniem powinien płynąć prąd w obwodzie zamkniętym.
Łatwo sprawdzić, że reguła prawej ręki jest całkowicie zgodna z regułą Lenza. Pozostawiamy to czytelnikowi do sprawdzenia na własne oczy.
Przykład. Drut porusza się pomiędzy biegunami, jak pokazano na ryc. 2.28 i 2.29. Indukcja magnetyczna 1,2 Tesli. Długość kabla. Prędkość Znajdź emf indukowany w przewodzie.
Rozwiązanie. Według formuły
Oczywiście takie pole elektromagnetyczne indukuje się w przewodzie tylko w czasie, gdy przewód znajduje się pomiędzy biegunami.
Pola magnetyczne, prędkości i wymiary podobne do pokazanych w tym przykładzie można znaleźć w maszynach elektrycznych.
Lub odwrotnie, poruszające się pole magnetyczne przecina nieruchomy przewodnik; lub gdy przewodnik i pole magnetyczne poruszające się w przestrzeni poruszają się względem siebie;
Zatem każdej zmianie w czasie wartości przechodzącej przez obwód zamknięty (zwojnik, rama) towarzyszy pojawienie się indukowanego emf w przewodniku.
A = U × I × T = I² × R × T(J) .
Pobrana moc będzie równa:
P el = U × I = I² × R(W)
skąd wyznaczamy prąd w obwodzie:
| (1) |
Wiemy jednak, że na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła tego pola, która będzie się poruszać w kierunku określonym przez regułę lewej ręki. Podczas swojego ruchu przewodnik przekroczy linie pola magnetycznego i zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej powstanie w nim indukowany emf. Kierunek tego pola elektromagnetycznego, określony przez regułę prawej ręki, będzie przeciwny do prądu I. Nazwijmy to z powrotem EMF mi przyr. Ogrom mi arr zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej będzie równy:
mi arr = B × l × w(W) .
Dla obwodu zamkniętego mamy:
U - mi arr = I × R
| U = mi ar + I × R , | (2) |
skąd bierze się prąd w obwodzie?
| (3) |
Porównując wyrażenia (1) i (3) widzimy, że w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym, przy tych samych wartościach U I R prąd będzie mniejszy niż w przypadku stacjonarnego przewodnika.
Mnożąc wynikowe wyrażenie (2) przez I, otrzymujemy:
U × I = mi arr × I + I² × R .
Ponieważ mi arr = B × l × w, To
U × I = B × l × w × I + I² × R .
Biorąc pod uwagę, że B × l × I = F I F × w = P futro, mamy:
U × I = F × w + I² × R
P = P futro + P Em.
Ostatnie wyrażenie pokazuje, że gdy przewodnik z prądem porusza się w polu magnetycznym, moc źródła napięcia zamienia się na moc cieplną i mechaniczną.
Występowanie indukowanego emf w przewodniku
Jeśli umieszczone przewodnika i przesuń go tak, aby podczas ruchu przecinał linie pola, a następnie a, zwane indukowanym emf.
Indukowany emf wystąpi w przewodniku, nawet jeśli sam przewodnik pozostanie nieruchomy, a pole magnetyczne porusza się, przecinając przewodnik z jego liniami sił.
Jeżeli przewodnik, w którym indukowany jest indukowany emf, zostanie zamknięty w jakimkolwiek obwodzie zewnętrznym, to pod wpływem tego emf przepływa prąd zwany prąd indukcyjny.
Zjawisko indukcji pola elektromagnetycznego w przewodniku, gdy przecinają go linie pola magnetycznego Indukcja elektromagnetyczna.
Indukcja elektromagnetyczna jest procesem odwrotnym, czyli zamianą energii mechanicznej na energię elektryczną.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej znalazło szerokie zastosowanie w. Konstrukcja różnych maszyn elektrycznych opiera się na ich zastosowaniu.
Wielkość i kierunek indukowanego emf
Zastanówmy się teraz, jaka będzie wielkość i kierunek pola elektromagnetycznego indukowanego w przewodniku.
Wielkość indukowanego emf zależy od liczby linii pola przecinających przewodnik w jednostce czasu, tj. od prędkości ruchu przewodnika w polu.
Wielkość indukowanego emf zależy bezpośrednio od prędkości ruchu przewodnika w polu magnetycznym.
Wielkość indukowanego emf zależy również od długości tej części przewodnika, którą przecinają linie pola. Im większa część przewodnika przecinają linie pola, tym większy jest emf indukowany w przewodniku. I wreszcie, im silniejsze pole magnetyczne, tj. Im większa jest jego indukcja, tym większy emf pojawia się w przewodniku przechodzącym przez to pole.
Więc, wielkość indukowanego emf występującego w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym jest wprost proporcjonalna do indukcji pola magnetycznego, długości przewodnika i prędkości jego ruchu.
Zależność tę wyraża wzór E = Blv,
gdzie E jest indukowanym emf; B - indukcja magnetyczna; I to długość przewodnika; v jest prędkością ruchu przewodnika.
Należy o tym stanowczo pamiętać W przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym indukowany emf występuje tylko wtedy, gdy ten przewodnik przecinają linie pola magnetycznego. Jeśli przewodnik porusza się wzdłuż linii pola, to znaczy nie przecina się, ale wydaje się, że się po nich ślizga, to nie indukuje się w nim pole elektromagnetyczne. Dlatego powyższy wzór obowiązuje tylko wtedy, gdy przewodnik porusza się prostopadle do linii pola magnetycznego.
Kierunek indukowanego pola elektromagnetycznego (jak również prądu w przewodniku) zależy od kierunku poruszania się przewodnika. Aby określić kierunek indukowanego emf, stosuje się regułę prawej ręki.
Jeśli trzymasz dłoń prawej ręki tak, aby weszły w nią linie pola magnetycznego, a zgięty kciuk wskazuje kierunek ruchu przewodnika, wówczas wyciągnięte cztery palce wskażą kierunek działania indukowanego emf i kierunek prąd w przewodniku.
Reguła prawej ręki
Indukcja SEM w cewce
Powiedzieliśmy już, że aby wytworzyć indukcyjny emf w przewodniku, konieczne jest poruszenie samego przewodnika lub pola magnetycznego w polu magnetycznym. W obu przypadkach przewodnik musi zostać przecięty liniami pola magnetycznego, w przeciwnym razie pole elektromagnetyczne nie zostanie indukowane. Indukowane pole elektromagnetyczne, a co za tym idzie indukowany prąd, można uzyskać nie tylko w prostym przewodniku, ale także w przewodniku skręconym w cewkę.
Poruszając się wewnątrz magnesu trwałego, indukuje się w nim pole elektromagnetyczne, ponieważ strumień magnetyczny magnesu przecina zwoje cewki, czyli dokładnie tak, jak wtedy, gdy w polu magnesu poruszał się prosty przewodnik.
Jeśli magnes zostanie powoli opuszczony do cewki, powstające w nim pole elektromagnetyczne będzie tak małe, że igła urządzenia może nawet się nie odchylić. Jeśli wręcz przeciwnie, magnes zostanie szybko włożony do cewki, wówczas ugięcie igły będzie duże. Oznacza to, że wielkość indukowanego emf, a co za tym idzie, natężenie prądu w cewce, zależy od prędkości ruchu magnesu, tj. od tego, jak szybko linie pola przecinają się zwojami cewki. Jeśli teraz z tą samą prędkością wprowadzisz do cewki na przemian mocny, a potem słaby magnes, zauważysz, że przy silnym magnesie igła urządzenia będzie odchylać się pod większym kątem. Oznacza, wielkość indukowanego emf, a zatem natężenie prądu w cewce, zależy od wielkości strumienia magnetycznego magnesu.
I wreszcie, jeśli wprowadzimy ten sam magnes z tą samą prędkością, najpierw do cewki o dużej liczbie zwojów, a następnie o znacznie mniejszej liczbie, to w pierwszym przypadku igła urządzenia odchyli się pod większym kątem niż w sekundę. Oznacza to, że wielkość indukowanego emf, a co za tym idzie, natężenie prądu w cewce, zależy od liczby jej zwojów. Te same wyniki można uzyskać, jeśli zamiast magnesu trwałego zastosuje się elektromagnes.
Kierunek indukowanego emf w cewce zależy od kierunku ruchu magnesu. Prawo ustanowione przez E. H. Lenza mówi, jak określić kierunek indukowanego emf.
Prawo Lenza dotyczące indukcji elektromagnetycznej
Każdej zmianie strumienia magnetycznego wewnątrz cewki towarzyszy pojawienie się w niej indukowanego emf, a im szybciej zmienia się strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę, tym większy jest w niej indukowany emf.
Jeśli cewka, w której powstaje indukowany emf, zostanie zamknięta w obwodzie zewnętrznym, wówczas indukowany prąd przepływa przez jej zwoje, tworząc pole magnetyczne wokół przewodnika, dzięki czemu cewka zamienia się w elektromagnes. Okazuje się, że zmienne zewnętrzne pole magnetyczne powoduje w cewce indukowany prąd, który z kolei wytwarza wokół cewki własne pole magnetyczne – pole prądowe.
Badając to zjawisko, E. H. Lenz ustalił prawo określające kierunek indukowanego prądu w cewce, a co za tym idzie, kierunek indukowanej siły elektromotorycznej. Indukowany emf powstający w cewce, gdy zmienia się w niej strumień magnetyczny, wytwarza w cewce prąd w takim kierunku, że strumień magnetyczny cewki wytworzony przez ten prąd zapobiega zmianie zewnętrznego strumienia magnetycznego.
Prawo Lenza obowiązuje we wszystkich przypadkach indukcji prądu w przewodnikach, niezależnie od kształtu przewodników i sposobu, w jaki osiąga się zmianę zewnętrznego pola magnetycznego.
Kiedy magnes trwały porusza się względem cewki z drutu podłączonej do zacisków galwanometru lub kiedy cewka porusza się względem magnesu, pojawia się prąd indukowany.
Prądy indukcyjne w przewodnikach masywnych
Zmieniający się strumień magnetyczny może indukować emf nie tylko w zwojach cewki, ale także w masywnych metalowych przewodnikach. Przenikając przez grubość masywnego przewodnika, strumień magnetyczny indukuje w nim emf, tworząc indukowane prądy. Te tak zwane rozprzestrzeniają się wzdłuż masywnego przewodnika i powodują w nim zwarcie.
Rdzenie transformatorów, obwody magnetyczne różnych maszyn i urządzeń elektrycznych to właśnie te masywne przewodniki, które nagrzewają się pod wpływem powstających w nich prądów indukcyjnych. Zjawisko to jest niepożądane, dlatego też, aby zmniejszyć wielkość prądów indukowanych, części maszyn elektrycznych i rdzeni transformatorów nie są masywne, ale składają się z cienkich blach, odizolowanych od siebie papierem lub warstwą lakieru izolacyjnego. Dzięki temu droga propagacji prądów wirowych przez masę przewodnika jest zablokowana.
Ale czasami w praktyce prądy wirowe są również wykorzystywane jako prądy użyteczne. Przykładowo, praca tzw. tłumików magnetycznych ruchomych części elektrycznych przyrządów pomiarowych opiera się na wykorzystaniu tych prądów.
>> indukowane emf w poruszających się przewodnikach
§ 13 Pole elektromagnetyczne indukcyjne w ruchomych przewodnikach
Rozważmy teraz drugi przypadek wystąpienia prądu indukcyjnego.
Kiedy przewodnik się porusza, jego swobodne ładunki poruszają się wraz z nim. Dlatego siła Lorentza działa na ładunki pola magnetycznego. To właśnie powoduje ruch ładunków wewnątrz przewodnika. Indukowany emf ma zatem pochodzenie magnetyczne.
W wielu elektrowniach na całym świecie to siła Lorentza powoduje ruch elektronów w poruszających się przewodnikach.
Obliczmy indukowany emf, który występuje w przewodniku poruszającym się w jednorodnym polu magnetycznym (ryc. 2.10). Niech bok konturu MN o długości l ślizga się ze stałą prędkością po bokach NC i MD, cały czas pozostając równolegle do boku CD. Wektor indukcji magnetycznej jednolitego pola jest prostopadły do przewodnika i tworzy kąt z kierunkiem jego prędkości.
Siła, z jaką pole magnetyczne działa na poruszającą się naładowaną cząstkę, jest równa
Siła ta skierowana jest wzdłuż przewodu MN. Praca siły Lorentza 1 na torze l jest dodatnia i wynosi:
Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia warsztaty autotestowe, szkolenia, case'y, zadania zadania domowe dyskusja pytania pytanie retoryczne od studentów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na rok; zalecenia metodologiczne; program dyskusji; Zintegrowane Lekcje- W kontakcie z 0
- Google+ 0
- OK 0
- Facebook 0
