Електромагнітна індукція

Поява в провіднику ЕРС індукції

Якщо помістити в магнітне поле провідник і переміщати його так, щоб він при своєму русі перетинав силові лінії поля, то в провіднику виникне
електрорушійна сила, іменована ЕРС індукції.

ЕРС індукції виникне в провіднику і в цьому випадку, якщо сам провідник залишається нерухомим, а пересуватися буде магнітне поле, перетинаючи провідник своїми силовими лініями.

Якщо провідник, в якому наводиться ЕРС індукції, замкнути на будь-яку зовнішню ланцюг, то під дією цієї ЕРС по ланцюгу потече струм, іменований
індукційним струмом.

Явище индуктирование ЕРС в провіднику при перетині його силовими лініями магнітного поля іменується
електричної індукцією.

Електрична індукція - це оборотний процес, т. Е. Перетворення механічної енергії в електронну.

Явище електричної індукції знайшло найширше застосування в електротехніці. На використанні його заснований пристрій різних
електронних машин.

Величина і напрям ЕРС індукції

Розглянемо тепер, які будуть величина і напрямок индуктированной в провіднику ЕРС.

Величина ЕРС індукції залежить від кількості силових ліній поля, які перетинають провідник в одиницю часу, т. Е. Від швидкості руху провідника в поле.

Величина индуктированной ЕРС знаходиться в прямій залежності від швидкості руху провідника в магнітному полі.

Величина индуктированной ЕРС також залежить і від довжини тієї частини провідника, яка перетинається силовими лініями поля. Чим більша частина провідника перетинається силовими лініями поля, тим більша ЕРС індукується в провіднику.
І, врешті-решт, чим сильніше магнітне поле, т. Е. Чим більше його індукція, тим більша ЕРС з`являється в провіднику, що перетинає це поле.

Отже, величина ЕРС індукції, що виникає в провіднику при його русі в магнітному полі, прямо пропорційна індукції магнітного поля, довжині провідника і швидкості його переміщення.

Залежність ця виражається формулою
Е = Blv,

де Е - ЕРС індукції;
В - магнітна індукція- I - довжина проводніка- v - швидкість руху провідника.

Слід твердо пам`ятати, що в провіднику, що переміщається в магнітному полі, ЕРС індукції з`являється тільки в тому випадку, якщо цей провідник перетинається магнітними силовими лініями поля.
Якщо ж провідник переміщається уздовж силових ліній поля, т. Е. Не перетинає, як би ковзає по ним, то ніякої ЕРС в ньому не индуктируется. тому наведена
вище формула справедлива тільки в тому випадку, коли провідник переміщається перпендикулярно магнітним силовим лініям поля.

Напрямок индуктированной ЕРС (також і струму в провіднику) знаходиться в залежності від того, в який бік рухається провідник. Для визначення напрямку индуктированной ЕРС існує правило правої руки.

Якщо тримати долоню правої руки так, щоб в неї входили магнітні силові лінії поля, а відігнутий великий палець вказував би напрямок руху провідника, то витягнуті чотири пальці вкажуть напрямок діяння индуктированной ЕРС і напрямок струму в провіднику

ЕРС індукції в котушці

Ми вже говорили, що для створення в провіднику ЕРС індукції потрібно переміщати в магнітному полі або сам провідник, або магнітне поле. В тому і іншому випадку провідник повинен перетинатися магнітними силовими лініями поля, по іншому ЕРС индуктироваться не буде.
Индуктироваться ЕРС, а як слід, і індукційний струм можна отримати не тільки в прямолінійній провіднику, та й в провіднику, світом в котушку.

При русі всередині котушки незмінного магніту в ній індукується ЕРС за рахунок того, що магнітний потік магніту перетинає витки котушки, т. Е. Точно так же, як це було під час руху прямолінійного провідника в поле магніту.

Якщо магніт опускати в котушку повільно, то виникає в ній ЕРС буде так мала, що стрілка приладу може навіть не відхилитися. Якщо ж, навпаки, магніт стрімко ввести в котушку, то відхилення стрілки буде величезним. Чи означає, величина индуктируемой ЕРС, а як слід, і сила струму в котушці залежать від швидкості руху магніту, т. Е. Від того, як стрімко силові лінії поля перетинають витки котушки.
Якщо зараз поперемінно вводити в котушку з подібною швидкістю спочатку сильний магніт, а потім слабенький, то можна побачити, що при сильному магніті стрілка приладу буде відхилятися на більший кут. Чи означає,
величина индуктируемой ЕРС, а як слід, і сила струму в котушці залежать від величини магнітного потоку магніту.

І, врешті-решт, якщо вводити з подібною швидкістю один і той же магніт спочатку в котушку з величезним числом витків, а потім зі значно меншим, то в першому випадку стрілка приладу відхилиться на більший кут, ніж у 2-му. Чи означає, величина индуктируемой ЕРС, а як слід, і сила струму в котушці залежать від числа її витків.
Ті ж результати можна отримати, якщо замість незмінного магніту використовувати електромагніт.

Напрямок ЕРС індукції в котушці знаходиться в залежності від напрямку переміщення магніту. Про те, як визначати напрямок ЕРС індукції, говорить закон, встановлений Е. X. Ленцем.

Закон Ленца для електричної індукції

Будь-яке зміна магнітного потоку всередині котушки супроводжується появою в ній ЕРС індукції, при цьому чим швидше змінюється магнітний потік, що пронизує котушку, тим більша ЕРС в ній індукується.

Якщо котушка, в якій створена ЕРС індукції, замкнута на зовнішній ланцюг, то по витків її йде індукційний струм, який створює навколо провідника магнітне поле, в силу чого котушка перетворюється в соленоїд.
Виходить таким чином, що змінюється зовнішнє магнітне поле викликає в котушці індукційний струм, якій, в свою чергу, робить навколо котушки своє магнітне поле - поле струму.

Вивчаючи це явище, Е. X. Ленц встановив закон, що визначає напрямок індукційного струму в котушці, а як слід, і напрямок ЕРС індукції.
ЕРС індукції, що виникає в котушці при зміні в ній магнітного потоку, робить в котушці струм такого напрямку, при якому магнітний потік котушки, зроблений цим струмом, перешкоджає зміні стороннього магнітного потоку.

Закон Ленца справедливий
для всіх випадків индуктирование струму в провідниках,
незалежно від форми провідників і від того, яким методом досягається зміна зовнішнього магнітного поля.

Індукційні струми в потужних провідниках

Змінюється магнітний потік здатний індукувати ЕРС не тільки в витках котушки, та й в потужних залізних провідниках. Пронизуючи товщу громіздкого провідника, магнітний потік індукує в ньому ЕРС, яка створює індукційні струми. Ці так звані
вихрові струми поширюються по громіздкому провіднику і з`єднує безпосередньо замикаються в ньому.

Сердечники трансформаторів, магнітопроводи різних
електронних машин і апаратів є якраз ті потужні провідники, які гріються виникають в їх індукційними струмами. Явище це не потрібно, тому для зменшення величини індукційних струмів частини електронних машин і сердечники трансформаторів роблять не громіздкими, а складаються з тонких листів, ізольованих один від іншого папером або шаром ізоляційного лаку. Завдяки цьому перегороджує шлях поширення вихрових струмів по масі провідника.

Але час від часу на практиці вихрові струми вживаються і як струми корисні. На використанні цих струмів заснована, наприклад, робота індукційних нагрівальних печей, лічильників електричної енергії і так званих магнітних заспокоювачів рухомих частин електровимірювальних пристроїв.