ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

⇐ ПредыдущаяСтр 11 из 12Следующая ⇒

В тех случаях, когда индукционный ток возникает в неподвижной катушке, его возникновение нельзя объяснить действием силы Лоренца, т.к. она не действует на неподвижные заряды. Значит в переменном магнитном поле возникает электрическое поле, свойства которого отличны от электростатического. Т.к. возникновение этого поля непосредственно не связано с электрическими зарядами, то линиям напряженности его не на чем начинаться и заканчиваться. Поэтому они могут быть только замкнутыми. Такое электрическое поле называют вихревым электрическим полем. Следовательно, работа поля по перемещению зарядов на замкнутом пути должна быть отличной от нуля, т.е. это поле не потенциально. Если в вихревом электрическом поле находится замкнутый проводник, то в этом проводнике возникает индукционный ток.

Максвелл предсказал, что изменение вихревого электрического поля, должно порождать в окружающем пространстве переменное магнитное поле, с чем и связано образование электромагнитных волн.

САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Если по проволочному контуру течет постоянный ток, поверхность, ограниченная этим контуром, пронизывается постоянным собственным магнитным потоком, пропорциональным току и зависящим от формы и размеров контура, а также от магнитных свойств среды.

где L - индуктивность контура - величина, зависящая от размеров, формы контура, от магнитной проницаемости среды, его заполняющей.

Индуктивность кольца - ; соленоида - , где l - длина соленоида, S - площадь его поперечного сечения, n - число витков на единице длины.

Выведем формулу для расчета индуктивности соленоида. Магнитная индукция в соленоиде . Магнитный поток через соленоид , , где nl - число витков в соленоиде, S - площадь одного витка

Если собственный магнитный поток, пронизывающий контур, начинает изменяться (например, при изменении силы тока), то в этом контуре наводится по закону электромагнитной индукции ЭДС, называемая в данном случае ЭДС самоиндукции. А явление называется самоиндукцией, т.к. в контуре происходит изменение собственного магнитного потока и в нем же возникает индукционный ток. Если индуктивность постоянна, собственный магнитный поток может изменяться только при изменении тока в контуре. . Подставив dФ в закон электромагнитной индукции, получим закон самоиндукции:

Знак минус относится к правилу Ленца и означает, что Е_is препятствует изменению тока, а не току вообще.

Из закона самоиндукции следует, что индуктивность - это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при равномерном изменении тока на единицу за единицу времени.

. Генри - индуктивность такого контура, в котором наводится ЭДС самоиндукции 1В при равномерном изменении силы тока в нем со скоростью 1А/с.

Явление самоиндукции можно исследовать экспериментально. При замыкании цепи 1 лампочка 1 загорится позже, чем лампочка 2. Через некоторое время после включения они будут светиться одинаково, если сопротивления параллельных ветвей равны. Это следствие явления самоиндукции.

При размыкании цепи 2 лампочка вспыхивает, т.к. ЭДС самоиндукции поддерживает ток некоторое время.

Явление самоиндукции при замыкании цепи связано с созданием магнитного поля у контура, на что расходуется часть энергии, даваемой источником тока. Поэтому ток в цепи достигает своего максимального значения через некоторый промежуток времени, тем больший, чем больше индуктивность цепи. При размыкании цепи ток не мгновенно исчезает, т.к. некоторое время он существует засчет уменьшения до нуля энергии магнитного поля.

ЭДС самоиндукции может быть больше напряжения, подаваемого на электрическую цепь.

В опыте по рис.2 вся энергия магнитного поля в конце концов выделится в виде джоулева тепла.

. По закону Ома Отсюда, . На графике зависимости магнитного потока, проходящего через контур, от силы тока в нем количество теплоты, выделяющееся при выключении тока в цепи равно площади треугольника под графиком. Полное выделившееся количество теплоты, равно первоначальному запасу энергии магнитного поля. Следовательно, энергия магнитного поля контура равна:

В однородном магнитном поле, например, в длинном соленоиде с плотной намоткой витков, энергия равномерно распределена по всему объему поля. Т.к. , а объем, занимаемый полем , то плотность энергии магнитного поля:

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ В ТЕХНИКЕ.

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 101112 Следующая ⇒