Faraday és Lenz felfedezése: az elektromágneses indukció törvénye a jelenség képlete. Mi határozza meg az indukciós áram erősségét és irányát

MÁGNESES MEZŐ

A mozgó elektromos töltések mágneses kölcsönhatása a térelméleti koncepciók szerint a következőképpen magyarázható: bármilyen mozgó elektromos töltés mágneses teret hoz létre a környező térben, amely képes hatni más mozgó elektromos töltésekre.

NÁL NÉL - fizikai mennyiség, ami a teljesítményjellemző mágneses mező. Mágneses indukciónak (vagy mágneses térindukciónak) nevezik.

Mágneses indukció- vektor mennyiség. A mágneses indukciós vektor modulja egyenlő az egyenes áramvezetőre ható Amper-erő maximális értékének a vezetőben lévő áramerősséghez és annak hosszához viszonyított arányával:

A mágneses indukció mértékegysége. NÁL NÉL nemzetközi rendszer egységnyi mágneses indukciónként egy olyan mágneses mező indukcióját veszik, amelyben a vezető hosszának minden méterére 1 A áramerősség mellett, maximális erő Amper 1 N. Ezt az egységet teslának (rövidítve: Tl) hívják, a kiváló jugoszláv fizikus, N. Tesla tiszteletére:

LORENTZ ERŐ

A vezető mozgása árammal mágneses térben azt mutatja, hogy a mágneses tér a mozgó elektromos töltésekre hat. Az ampererő hat a vezetőre F A \u003d IBlsin a, és a Lorentz-erő hat a mozgó töltésre:

ahol a- B és vektorok közötti szög v.

Töltött részecskék mozgása mágneses térben. Egyenletes mágneses térben a mágneses tér indukciós vonalaira merőleges sebességgel mozgó töltött részecskére abszolút értékű állandó m erő hat, amely a sebességvektorra merőlegesen irányul. Mágneses erő hatására a részecske gyorsulást kap, amelynek modulja egyenlő:

Egyenletes mágneses térben ez a részecske körben mozog. Annak a pályának a görbületi sugarát, amely mentén a részecske mozog, az a körülmény határozza meg, ahonnan következik,

A pálya görbületi sugara állandó érték, mivel a sebességvektorra merőleges erő csak irányát változtatja, modulusát nem. Ez pedig azt jelenti, hogy ez a pálya egy kör.

Egy részecske forgási periódusa egyenletes mágneses térben:

Az utolsó kifejezés azt mutatja, hogy egy részecske forgási periódusa egyenletes mágneses térben nem függ a mozgási pályájának sebességétől és sugarától.

Ha feszültség elektromos mező nulla, akkor az l Lorentz-erő egyenlő az m mágneses erővel:

ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ

Jelenség elektromágneses indukció Faraday fedezte fel, aki megállapította, hogy elektromos áram keletkezik egy zárt vezető áramkörben az áramkörbe behatoló mágneses tér bármilyen változásával.

MÁGNESES FLUX

mágneses fluxus F(mágneses indukció fluxusa) egy területtel rendelkező felületen keresztül S- a mágneses indukciós vektor modulusának és a területnek a szorzatával egyenlő érték Sés a szög koszinusza a a vektor és a felület normálja között:

F=BScos

SI egység mágneses fluxus 1 Weber (Wb) - mágneses fluxus 1 m 2 -es felületen keresztül, amely merőleges az egyenletes mágneses tér irányára, amelynek indukciója 1 T:

Elektromágneses indukció- előfordulási jelenség elektromos áram zárt vezető áramkörben az áramkörbe behatoló mágneses fluxus bármilyen változásával.

A zárt áramkörben keletkező indukciós áram olyan irányú, hogy mágneses tere ellensúlyozza a mágneses fluxus változását, amely ezt okozza (Lenz-szabály).

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKTÍCIÓ TÖRVÉNYE

Faraday kísérletei kimutatták, hogy egy vezető áramkörben az I i induktív áram erőssége egyenesen arányos az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változási sebességével.

Ezért az indukciós áram erőssége arányos a mágneses fluxus változásának sebességével a kontúr által határolt felületen:

Ismeretes, hogy ha áram jelenik meg az áramkörben, ez azt jelenti, hogy külső erők hatnak a vezető szabad töltéseire. Ezeknek az erőknek az egységtöltést egy zárt áramkörben történő mozgatását elektromotoros erőnek (EMF) nevezzük. Határozzuk meg az ε i indukció EMF-jét.

A zárt áramkör Ohm-törvénye szerint

Mivel R nem függ -tól, akkor

Az indukciós emf iránya egybeesik az indukciós árammal, és ez az áram Lenz-szabály szerint úgy van irányítva, hogy az általa létrehozott mágneses fluxus ellensúlyozza a külső mágneses fluxus változását.

Az elektromágneses indukció törvénye

Az indukciós emf zárt áramkörben megegyezik az áramkörbe behatoló mágneses fluxus változási sebességével, ellenkező előjellel:

ÖNINDUKCIÓ. INDUKTANCE

A tapasztalat azt mutatja, hogy a mágneses fluxus F, amely az áramkörhöz kapcsolódik, egyenesen arányos az áramkör áramerősségével:

F \u003d L * I .

Hurok induktivitás L- arányossági együttható az áramkörön áthaladó áram és az általa létrehozott mágneses fluxus között.

A vezető induktivitása függ az alakjától, méretétől és a környezet tulajdonságaitól.

önindukció- az indukciós EMF előfordulásának jelensége az áramkörben, amikor a mágneses fluxus megváltozik, amelyet az áramkörön áthaladó áram változása okoz.

Önindukció - különleges eset elektromágneses indukció.

Induktivitás - számszerűen egyenlő érték EMF önindukció, akkor keletkezik az áramkörben, amikor az abban lévő áramerősség egységnyi időegységben változik. Az SI-ben az induktivitás mértékegysége egy olyan vezető induktivitása, amelyben az áramerősség 1 A-es változásakor 1 s alatt 1 V önindukciós EMF keletkezik. Ezt az egységet henrynek (H) nevezzük. :

A MÁGNESES MEZŐ ENERGIÁJA

Az önindukció jelensége analóg a tehetetlenség jelenségével. Az induktivitás ugyanazt a szerepet játszik az áramerősség változásában, mint a tömeg a test sebességének változásában. A sebesség az árammal analóg.

Tehát az áram mágneses terének energiája a test kinetikus energiájához hasonló értéknek tekinthető:

Tegyük fel, hogy miután a tekercset leválasztják a forrásról, az áramkörben az áram egy lineáris törvény szerint idővel csökken.

Az önindukció EMF-jének ebben az esetben állandó értéke van:

ahol I az áram kezdeti értéke, t az az időintervallum, amely alatt az áram I-ről 0-ra csökken.

A t idő alatt elektromos töltés halad át az áramkörön q = I cp t. Mint I cp = (I + 0)/2 = I/2, akkor q=It/2. Ezért az elektromos áram munkája:

Ez a munka a tekercs mágneses mezőjének energiája miatt történik. Tehát ismét megkapjuk:

Példa. Határozzuk meg a tekercs mágneses terének energiáját, amelyben 7,5 A áramerősség mellett a mágneses fluxus 2,3 * 10 -3 Wb. Hogyan változik a térenergia, ha az áramot felére csökkentjük?

A tekercs mágneses terének energiája W 1 = LI 1 2 /2. Értelemszerűen a tekercs induktivitása L \u003d F / I 1. Ennélfogva,

Az indukciós áram olyan áram, amely egy zárt vezető áramkörben, váltakozó mágneses térben lép fel. Ez az áram két esetben fordulhat elő. Ha van egy rögzített áramkör, amelybe a mágneses indukció változó fluxusa hat át. Vagy amikor egy vezető áramkör állandó mágneses térben mozog, ami szintén változást okoz a behatoló áramkör mágneses fluxusában.

1. ábra - A vezető állandó mágneses térben mozog

Az indukciós áram oka az örvény elektromos mező, amelyet a mágneses tér generál. Ez az elektromos tér szabad töltésekre hat az örvény elektromos térben elhelyezett vezetőben.

2. ábra - örvény elektromos tér

Ilyen definíciót is találhatsz. Az induktív áram olyan elektromos áram, amely az elektromágneses indukció hatására jön létre. Ha nem mélyed el az elektromágneses indukció törvényének bonyolultságában, akkor dióhéjban a következőképpen írható le. Az elektromágneses indukció az a jelenség, amikor egy vezető áramkörben áram keletkezik váltakozó mágneses tér hatására.

Ennek a törvénynek a segítségével meghatározhatja az indukciós áram nagyságát is. Mivel ez adja meg az áramkörben változó mágneses tér hatására fellépő EMF értékét.

1. képlet – A mágneses tér indukciójának EMF.

Amint az az 1. képletből látható, az indukció EMF nagysága, és így az indukciós áram nagysága az áramkörbe behatoló mágneses fluxus változási sebességétől függ. Azaz minél gyorsabban változik a mágneses fluxus, annál nagyobb indukciós áram érhető el. Abban az esetben, ha állandó mágneses mezőnk van, amelyben a vezető áramkör mozog, akkor az EMF értéke az áramkör sebességétől függ.

Az indukciós áram irányának meghatározásához a Lenz-szabályt használjuk. Ami azt mondja, hogy az indukciós áram az azt okozó áram felé irányul. Ezért a mínusz jel a képletben az EMF definíciói indukció.

Az indukciós áram fontos szerepet játszik a modern elektrotechnikában. Például a forgórészben fellépő indukciós áram indukciós motor, kölcsönhatásba lép az állórészében lévő áramforrásból táplált árammal, aminek következtében a forgórész forog. A modern villanymotorok erre az elvre épülnek.

3. ábra - aszinkron motor.

A transzformátorban a szekunder tekercsben fellépő induktív áramot különféle elektromos készülékek táplálására használják. Ennek az áramnak az értéke a transzformátor paramétereivel állítható be.

4. ábra - elektromos transzformátor.

És végül, indukciós áramok is előfordulhatnak masszív vezetékekben. Ezek az úgynevezett Foucault-áramok. Ezeknek köszönhetően lehetséges fémek indukciós olvasztása. Vagyis a vezetőben folyó örvényáramok hatására felmelegszik. Ezen áramok nagyságától függően a vezető az olvadáspont fölé melegíthető.

5. ábra - fémek indukciós olvasztása.

Tehát rájöttünk, hogy az indukciós áramnak mechanikai, elektromos és termikus hatása lehet. Mindezeket a hatásokat széles körben használják modern világ mind ipari méretekben, mind háztartási szinten.

Ha nincs változás a mágneses térben, akkor nem lesz elektromos áram. Még akkor is, ha a mágneses tér létezik. Azt mondhatjuk, hogy az induktív elektromos áram közvetlenül arányos egyrészt a fordulatok számával, másrészt a mágneses tér sebességével, amellyel ez a mágneses tér a tekercs fordulataihoz képest változik.

Rizs. 3. Mi határozza meg az induktív áram nagyságát?

A mágneses tér jellemzésére a mágneses fluxusnak nevezett mennyiséget használjuk. A mágneses mező egészét jellemzi, erről a következő leckében lesz szó. Most csak azt jegyezzük meg, hogy ez a mágneses fluxus változása, i.e. az áramkörön (például tekercsen) áthatoló mágneses erővonalak száma indukciós áram megjelenéséhez vezet ebben az áramkörben.

Fizika. 9. évfolyam

Téma: Elektromágneses tér

44. lecke. mágneses fluxus

Eryutkin E.S., a legmagasabb kategóriájú fizikatanár, №1360 középiskola

Bevezetés. Faraday kísérletei

Folytatva az "Elektromágneses indukció" témakör tanulmányozását, nézzünk meg közelebbről egy olyan fogalmat, mint pl. mágneses fluxus.

Már tudja, hogyan észlelheti az elektromágneses indukció jelenségét - ha egy zárt vezetőt kereszteznek mágneses vonalak, ebben a vezetőben elektromos áram keletkezik. Az ilyen áramot induktívnak nevezzük.

Most beszéljük meg, hogyan keletkezik ez az elektromos áram, és mi a fő dolog, hogy ez az áram megjelenjen.

Először is térjünk rá Faraday tapasztalataés nézze meg újra annak fontos jellemzőit.

Tehát van egy ampermérőnk, egy tekercsünk egy nagy szám fordul, ami rövidre van zárva ehhez az ampermérőhöz.

Vegyünk egy mágnest, és ugyanúgy, mint az előző leckében, ezt a mágnest leeresztjük a tekercsbe. A nyíl eltér, azaz elektromos áram van ebben az áramkörben.

Rizs. 1. Indukciós áram észlelésében szerzett tapasztalat.

De amikor a mágnes a tekercsben van, az áramkörben nincs elektromos áram. De amint megpróbálja kiszedni ezt a mágnest a tekercsből, újra megjelenik az elektromos áram az áramkörben, de ennek az áramnak az iránya az ellenkezőjére változik.

Vegye figyelembe azt is, hogy az áramkörben folyó elektromos áram értéke magának a mágnesnek a tulajdonságaitól is függ. Ha veszel egy másik mágnest és ugyanazt a kísérletet, akkor az áram értéke jelentősen megváltozik, ebben az esetben az áram kisebb lesz.

Kísérletek elvégzése után megállapíthatjuk, hogy a zárt vezetőben (tekercsben) fellépő elektromos áram mágneses térrel van összefüggésben állandómágnes.

Más szóval, az elektromos áram a mágneses tér bizonyos jellemzőitől függ. És már bevezettünk egy ilyen jellemzőt - mágneses indukció.

Emlékezzünk vissza, hogy a mágneses indukciót betűvel jelöljük, ez egy vektormennyiség. A mágneses indukciót pedig Teslában mérik.

⇒ - Tesla - Nikola Tesla európai és amerikai tudós tiszteletére.

Mágneses indukció jellemzi a mágneses tér hatását az ebbe a mezőbe helyezett áramvezetőre.

De amikor elektromos áramról beszélünk, meg kell értenünk, hogy az elektromos áram, és ezt már a 8. fokozattól tudja, elektromos mező hatására keletkezik.

Ebből arra következtethetünk, hogy az elektromos indukciós áram az elektromos tér hatására jelenik meg, ami viszont a mágneses tér hatására jön létre. És egy ilyen kapcsolat csak végzett miatt mágneses fluxus.

Az elektromos és a mágneses mezők közötti kapcsolat már nagyon régóta megfigyelhető. Ezt a kapcsolatot Faraday angol fizikus fedezte fel a 19. században, és adott neki nevet. Abban a pillanatban jelenik meg, amikor a mágneses fluxus áthatol egy zárt áramkör felületén. Miután a mágneses fluxus egy bizonyos ideig megváltozik, elektromos áram jelenik meg ebben az áramkörben.

Az elektromágneses indukció és a mágneses fluxus kapcsolata

Megjelenik a mágneses fluxus lényege híres képlet: Ф = BS cos α. Ebben F egy mágneses fluxus, S a kontúr felülete (területe), B a mágneses indukció vektora. Az α szög a mágneses indukciós vektor iránya és a kontúrfelület normálja miatt alakul ki. Ebből következik, hogy a mágneses fluxus akkor éri el a maximális küszöböt, ha cos α = 1, és a minimális küszöböt, ha a cos α = 0.

A második változatban a B vektor merőleges lesz a normálra. Kiderül, hogy az áramlási vonalak nem keresztezik a kontúrt, hanem csak a síkja mentén csúsznak. Ezért a jellemzőket a B vektor vonalai határozzák meg, amelyek metszik a kontúr felületét. A számításhoz a Webert használják mértékegységként: 1 wb \u003d 1v x 1s (volt-másodperc). Egy másik, kisebb mértékegység a maxwell (µs). Ez: 1 wb \u003d 108 μs, azaz 1 μs \u003d 10-8 wb.

Faraday kutatásaihoz két drótspirált használtak, amelyeket egymástól elválasztottak és egy fa tekercsre helyeztek. Az egyik energiaforráshoz, a másik egy kis áramok rögzítésére szolgáló galvanométerhez volt csatlakoztatva. Abban a pillanatban, amikor az eredeti spirál áramköre bezárult és kinyílt, egy másik áramkörben a nyíl mérőeszköz elutasítva.

Kutatások végzése az indukció jelenségével kapcsolatban

Az első kísérletsorozatban Michael Faraday egy mágnesezett fémrudat illesztett egy árammal összekapcsolt tekercsbe, majd kihúzta (1., 2. ábra).

1 2

Ha mágnest helyeznek egy tekercsbe, amelyhez csatlakozik mérőeszköz, az áramkörben induktív áram kezd folyni. Ha a mágnesrudat eltávolítjuk a tekercsről, az indukciós áram továbbra is megjelenik, de iránya már megfordul. Következésképpen az indukciós áram paraméterei a rúd irányában és attól függően változnak, hogy melyik pólussal van a tekercsben. Az áram erősségét a mágnes mozgási sebessége befolyásolja.

A második kísérletsorozatban egy olyan jelenséget igazolunk, amelyben az egyik tekercsben lévő változó áram indukciós áramot okoz egy másik tekercsben (3., 4., 5. ábra). Ez az áramkör zárásának és nyitásának pillanatában történik. Az áram iránya attól függ, hogy az elektromos áramkör zár-e vagy nyit. Ráadásul ezek a műveletek nem mások, mint a mágneses fluxus megváltoztatásának módjai. Ha az áramkör zárva van, akkor nő, nyitáskor pedig csökken, ezzel egyidejűleg behatol az első tekercsbe.

3 4

5

A kísérletek eredményeként kiderült, hogy egy zárt vezetőkörön belül elektromos áram keletkezése csak akkor lehetséges, ha váltakozó mágneses térbe helyezzük őket. Ugyanakkor az áramlás időben bármilyen módon változhat.

Az elektromágneses indukció hatására megjelenő elektromos áramot indukciónak nevezzük, bár ez nem a hagyományos értelemben vett áram. Amikor egy zárt áramkör mágneses térben van, akkor emf keletkezik pontos érték, és nem a különböző ellenállásoktól függő áram.

Ezt a jelenséget indukció EMF-nek nevezik, amelyet a következő képlet tükröz: Eind = - ∆F / ∆t. Értéke egybeesik a zárt hurok felületén áthatoló mágneses fluxus változási sebességével. negatív érték. Az ebben a kifejezésben jelenlévő mínusz Lenz szabályának tükre.

Lenz-szabály a mágneses fluxusra

Egy közismert szabály a 19. század 30-as éveiben született tanulmányok sorozata után. A következőképpen van megfogalmazva:

A zárt körben változó mágneses fluxus által gerjesztett indukciós áram iránya oly módon befolyásolja az általa létrehozott mágneses teret, hogy az viszont akadályt képez a mágneses fluxus előtt, megjelenést okozva indukciós áram.

Amikor a mágneses fluxus növekszik, azaz Ф > 0 lesz, és az indukciós EMF csökken és Eind lesz< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Ha az áramlás csökken, akkor fordított folyamat megy végbe, amikor F< 0 и Еинд >0, azaz az indukciós áram mágneses mezejének hatása, az áramkörön áthaladó mágneses fluxus növekedése következik be.

Lenz szabályának fizikai jelentése az, hogy tükrözze az energia megmaradás törvényét, amikor az egyik mennyiség csökkenésével a másik nő, és fordítva, ha az egyik mennyiség nő, a másik csökken. Különböző tényezők is befolyásolják az indukciós emf-t. Ha erős és gyenge mágnest felváltva helyezünk a tekercsbe, a készülék az első esetben magasabb, a második esetben alacsonyabb értéket mutat. Ugyanez történik, amikor a mágnes sebessége megváltozik.

Az alábbi ábra azt mutatja, hogyan határozható meg az indukciós áram iránya a Lenz-szabály segítségével. Kék szín az indukciós áram és az állandó mágnes mágneses tereinek erővonalainak felel meg. Az észak-déli pólusok irányában helyezkednek el, amelyek minden mágnesben jelen vannak.

A változó mágneses fluxus induktív elektromos áram kialakulásához vezet, amelynek iránya ellentétet okoz a mágneses mezőből, ami megakadályozza a mágneses fluxus változását. Ebben a tekintetben a tekercs mágneses mezejének erővonalai az állandó mágnes erővonalaival ellentétes irányba vannak irányítva, mivel mozgása ennek a tekercsnek az irányában történik.

Az áram irányának meghatározásához jobbmenetes menettel használjuk. Úgy kell becsavarni, hogy előre mozgásának iránya egybeessen a tekercs indukciós vonalainak irányával. Ebben az esetben az indukciós áram iránya és a kardánfogantyú forgása egybeesik.

Amint azt már megtudtuk, az elektromos áram képes mágneses mezőket létrehozni. Felmerül a kérdés: okozhat-e egy mágneses tér elektromos áram megjelenését? Ezt a problémát Michael Faraday angol fizikus oldotta meg, aki 1831-ben fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét. A tekercses vezető egy galvanométeren zár (3.19. ábra). Ha állandó mágnest tolnak a tekercsbe, a galvanométer az áram jelenlétét mutatja a teljes időtartam alatt, miközben a mágnes a tekercshez képest mozog. Amikor a mágnest kihúzzák a tekercsből, a galvanométer az ellenkező irányú áram jelenlétét mutatja. Az áram irányának változása akkor következik be, amikor a mágnes behúzható vagy visszahúzható pólusa megváltozik.

Hasonló eredményeket figyeltek meg, amikor az állandó mágnest elektromágnesre cserélték (áramú tekercs). Ha mindkét tekercs mozdulatlanul van rögzítve, de az egyikben megváltozik az áramérték, akkor ebben a pillanatban a másik tekercsben indukciós áram figyelhető meg.

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ JELENSÉGE abban áll, hogy egy vezető áramkörben indukciós elektromotoros erő (emf) lép fel, amelyen keresztül a mágneses indukciós vektor fluxusa megváltozik. Ha az áramkör zárt, akkor indukciós áram keletkezik benne.

Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése:

1) megmutatta kapcsolat az elektromos és a mágneses mező között;

2) javasolt elektromos áram előállításának módja mágneses mező segítségével.

Az indukciós áram fő tulajdonságai:

1. Az indukciós áram mindig akkor lép fel, amikor az áramkörhöz kapcsolt mágneses indukció fluxusa megváltozik.

2. Az indukciós áram erőssége nem függ a mágneses indukció fluxusának megváltoztatásának módjától, hanem csak a változás sebessége határozza meg.

Faraday kísérletei megállapították, hogy az indukciós elektromotoros erő nagysága arányos a vezető áramkörbe behatoló mágneses fluxus változási sebességével (az elektromágneses indukció Faraday törvénye)

Vagy , (3,46)

ahol (dF) a fluxus időbeli változása (dt). MÁGNESES FLUX vagy MÁGNESES INDUKCIÓ ÁRAMLÁSAértéknek nevezzük, amelyet a következő összefüggés alapján határozunk meg: ( mágneses fluxus egy S felületen keresztül): Ф=ВScosα, (3.45), az a szög a vizsgált felület normálisa és a mágneses tér indukciós vektorának iránya közötti szög

a mágneses fluxus mértékegysége az SI rendszerben ún weber- [Wb \u003d Tl × m 2].

A képletben szereplő "-" jel azt jelenti, hogy az emf. az indukció indukciós áramot idéz elő, melynek mágneses tere ellensúlyozza a mágneses fluxus bármilyen változását, azaz. > 0 é.m.f. indukció e ÉS<0 и наоборот.

emf az indukciót voltban mérik

Az indukciós áram irányának meghatározásához létezik Lenz-szabály (a szabályt 1833-ban hozták létre): az indukciós áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér hajlamos kompenzálni az indukciós áramot okozó mágneses fluxus változását. .

Például, ha a mágnes északi pólusát betoljuk a tekercsbe, vagyis a mágneses fluxust a menetein keresztül növeljük, akkor a tekercsben olyan irányú indukciós áram keletkezik, hogy a tekercs legközelebbi végén egy északi pólus jelenik meg. a mágneshez (3.20. ábra). Tehát az indukciós áram mágneses tere hajlamos semlegesíteni az azt okozó mágneses fluxus változását.

Nemcsak a váltakozó mágneses tér hoz létre indukciós áramot egy zárt vezetőben, hanem amikor egy l hosszúságú zárt vezető állandó mágneses térben (B) v sebességgel mozog, emf keletkezik a vezetőben:

a (B Ùv) (3,47)

Mint már tudod, elektromos erő a láncban külső erők eredménye. Amikor a karmester megmozdul mágneses térben a külső erők szerepe végez Lorentz erő(amely a mágneses tér oldaláról hat egy mozgó elektromos töltésre). Ennek az erőnek a hatására a töltések szétválnak, és potenciálkülönbség keletkezik a vezető végein. emf Az indukció a vezetőben egységtöltések mozgatásának munkája a vezető mentén.

Az indukciós áram iránya meghatározható a jobb kéz szabálya szerint:B vektor belép a tenyérbe, az elrabolt hüvelykujj egybeesik a vezető sebességének irányával, és 4 ujj jelzi az indukciós áram irányát.

Így a váltakozó mágneses tér indukált elektromos tér megjelenését idézi elő. Azt nem potenciálisan(szemben az elektrosztatikussal), mert Munka egyetlen pozitív töltés elmozdulásával egyenlő az emf-vel. indukció, nem nulla.

Az ilyen mezőket ún örvény. Az örvény erővonalai elektromos mező - magukba zárták ellentétben az elektrosztatikus térerősség vonalaival.

emf Az indukció nemcsak a szomszédos vezetőkben, hanem magában a vezetőben is előfordul, amikor a vezetőn átfolyó áram mágneses tere megváltozik. Emf előfordulása. Bármely vezetőben az áramerősség változását (tehát a vezetőben lévő mágneses fluxust) önindukciónak nevezzük, és az ebben a vezetőben indukált áramot önindukciós áram.

A zárt áramkörben lévő áram mágneses mezőt hoz létre a környező térben, amelynek intenzitása arányos az I áram erősségével. Ezért az áramkörbe behatoló Ф mágneses fluxus arányos az áramkörben folyó áram erősségével.

Ф=L×I, (3,48).

L az arányossági együttható, amelyet önindukciós együtthatónak, vagy egyszerűen induktivitásnak nevezünk. Az induktivitás függ az áramkör méretétől és alakjától, valamint az áramkört körülvevő közeg mágneses áteresztőképességétől.

Ebben az értelemben az áramkör induktivitása - hasonló a magánvezető elektromos kapacitása, amely szintén csak a vezető alakjától, méreteitől és a közeg áteresztőképességétől függ.

Az induktivitás mértékegysége Henry (H): 1H - egy ilyen áramkör induktivitása, amelynek önindukciójának mágneses fluxusa 1A áram mellett 1 Wb (1Hn \u003d 1Wb / A \u003d 1V s / A).

Ha L=const, akkor emf. Az önindukció a következő formában ábrázolható:

, vagy , (3.49)

ahol DI (dI) az L tekercset (vagy áramkört) tartalmazó áramkörben a Dt (dt) idő alatt bekövetkező áram változása. A "-" jel ebben a kifejezésben azt jelenti, hogy az emf. az önindukció megakadályozza az áramerősség változását (azaz ha a zárt áramkörben az áram csökken, akkor az önindukció emf-je azonos irányú áramhoz vezet és fordítva).

Az elektromágneses indukció egyik megnyilvánulása a zárt indukciós áramok kialakulása folytonos vezetőképes közegekben: fémes testekben, elektrolit oldatokban, biológiai szervekben stb. Az ilyen áramokat örvényáramoknak vagy Foucault-áramoknak nevezzük. Ezek az áramok akkor keletkeznek, amikor egy vezető test mágneses térben mozog, és/vagy amikor a testeket elhelyező tér indukciója idővel változik. A Foucault-áramok erőssége a testek elektromos ellenállásától, valamint a mágneses tér változási sebességétől függ.

A Foucault-áramok is engedelmeskednek Lenz szabályának : mágneses mezőjük úgy van irányítva, hogy ellensúlyozza az örvényáramokat indukáló mágneses fluxus változását.

Ezért a hatalmas vezetők lelassulnak a mágneses térben. Az elektromos gépekben a Foucault-áramok hatásának minimalizálása érdekében a transzformátorok magjait és az elektromos gépek mágneses áramköreit speciális lakkal vagy skálával egymástól elkülönített vékony lemezekből állítják össze.

Az örvényáramok a vezetők erős felmelegedését okozzák. Foucault-áramok által termelt Joule-hő, használt indukciós kohászati ​​kemencékben fémek olvasztására, a Joule-Lenz törvény szerint.