Магнитное поле. Магнитное_поле. Лекция 3 Магнитное поле 39. Магнитное поле
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
62. Опыты Фарадея.   При перемещении магнита или замыкания ключа в одном из соленоидов в другом соленоиде индуцируется ЭДС. Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает ток, называемый индукционный. Основные свойства индукционного тока: Возникает всегда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции. Сила индукционного тока не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения. Открытие явления электромагнитной индукции показало взаимосвязь между электрическим и магнитным полем и показало возможность получения тока с помощью магнитного поля. 63. Потокосцепление. Магнитный поток через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, называется потокосцеплением этого контура. Потокосцепление контура, обусловленное магнитным полем тока в самом контуре, называется потокосцеплением самоиндукции. Для соленоида с сердечником из материала с потокосцепление самоиндукции:  Потокосцепление контура, обусловленное магнитным полем тока соседнего контура, называется потокосцеплением взаимной индукции контуров. 64. Закон Фарадея. Возникновение в цепи индукционного тока указывает на наличие в цепи ЭДС, называемой ЭДС электромагнитной индукции. Закон Фарадея: ЭДС индукции создаёт в замкнутом контуре такой индукционный ток, который своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей появление этой ЭДС.  . [В]Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине его вызвавшей. Т.е. если поток через контур увеличивается, тогда собственное магнитное поле индукционного тока противоположно внешнему (стремиться его уменьшить). При уменьшении потока - собственным магнитным полем стремиться его поддержать. 65. ЭДС индукции в неподвижных проводниках. Вихревое электрическое поле. Действуя на неподвижный контур переменным магнитным полем возможно получить ЭДС индукции. Непосредственно магнитное поле на неподвижные заряды не действует. Магнитное поле возбуждает в пространстве вихревое электрическое поле, которое и является причиной появления ЭДС в контуре.  Вихревое электрическое поле не является электростатическим. Его силовые линии, в отличие от сил электростатического поля, замкнуты. Такое поле вызывает в проводнике движение электронов по замкнутым траекториям, т.е. возникает ЭДС. Циркуляция напряжённости  вихревого поля по любому замкнутому контуру L проводника – ЭДС электромагнитной индукции:  .66. Вращение рамки в магнитном поле. Явление электромагнитной индукции применяется в генераторах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Рассмотрим рамку, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле В=const. Магнитный поток через рамку в момент t:  , где - угол поворота рамки в момент t.ЭДС индукции в рамке:  . , тогда  .Если по рамке, помещённой в магнитное поле, протекает переменный электрический ток, то на рамку действует вращающий момент  и рамка будет вращаться (принцип работы электродвигателей). 67. Индуктивность контура. Ток, текущий по замкнутому контуру, создаёт вокруг себя магнитное поле, индукция которого пропорциональна току. Магнитный поток контура также пропорционален току:  , где L – индуктивность контура.Индуктивность соленоида. Полный магнитный поток сквозь соленоид (потокосцепление):  , откуда  , где N – число витков, S – площадь, l – длина соленоида, - магнитная проницаемость сердечника.В общем случае индуктивность зависит только от геометрической формы и размеров контура, магнитной проницаемости среды, в которой он находится. Индуктивность – аналог электрической ёмкости. 68. Самоиндукция. При изменении силы тока в контуре меняется и магнитный поток через этот контур, следовательно, возникает ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции  . Из закона Фарадея:  .Если L=const, тогда  (знак “-” показывает, что ЭДС препятствует изменению тока).Если ток нарастает, тогда  , т.е. замедляет его нарастание, если ток убывает, тогда  , т.е. замедляет его убывание.Таким образом, контур с индуктивностью обладает электрической инертностью. 69. Токи при размыкании и замыкании цепи.  Ток в цепи:  .В момент t=0 выключим источник тока. Возникает ЭДС самоиндукции:  (препятствует уменьшению тока).Закон Ома:  ,  ,  ,  , , где  - время релаксации (время, в течение которого сила тока уменьшается в е раз).Таким образом при мгновенном выключении источника тока ток в цепи убывает по экспоненте. При размыкании ключа К сопротивление контура R1 . Тогда,  ,  , т.е. при размыкании ключа ЭДС самоиндукции может во много раз превысить ЭДС источника. (последствия – пробои изоляции и выход из строя измерительных приборов).При замыкании ключа ток нарастает по закону:  , где - установившийся ток при  , т.е. нарастает постепенно.70. Взаимная индукция. Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС индукции в одной цепи при изменении тока в другой или при изменении их взаимного расположения. Два контура с токами I1 и I2. Магнитный поток через контур 2 -  , а через контур 1 -  . Коэффициенты  - взаимная индуктивность контуров, зависящая от формы, размеров, расположения контуров, а также магнитной проницаемости среды. Пример. Две катушки на одном сердечнике.  Поле катушки с числом N1 и током I1:  .Поток через один виток второй катушки:  , а через N2 витков: .Тогда  .71. Трансформатор. Принцип действия трансформаторов, применяемых для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции.  1 2 N1 N2 При протекании переменного тока в первичной обмотке во вторичной наводится ЭДС взаимной индукции:  . Меняя отношение  можно регулировать величину ЭДС во вторичной обмотке.72. Энергия магнитного поля. Энергия магнитного поля равна работе, которую затрачивает ток на создание этого поля. Пусть ток I течёт по контуру с индуктивностью L. Поток .При изменении тока  . Для такого изменения потока необходимо совершить работу:  . Тогда работа по созданию потока Ф:  , т.е. энергия, связанная с контуром  .Энергия поля длинного соленоида.  , тогда    ,  , таким образом, окончательно:  , где V=Sl –объём соленоида.Поле длинного соленоида заключено внутри него, поэтому  - объёмная плотность энергии.Аналогия с электричеством -  . |