Електрорушійна сила індукції

Установимо зв’язок між швидкістю зміни магнітного потоку та ЕРС індукції. Докладніше виникнення ЕРС індукції в провіднику, що рухається в магнітному полі.

Нехай прямолінійний провідник завдовжки l, що розміщений перпендикулярно до напрямку силових ліній однорідного магнітного поля, рухається зі сталою швидкістю v (рис. 4.19). У кожному провіднику є вільні електрони. Якщо цей провідник (без струму) переміщувати в магнітному полі, то на кожний вільний електрон, що знаходиться в провіднику, діятиме сила Лоренца.

сила Лоренца

Оскільки кут між v і B дорівнює 90º, і sinα=1. Під дією сили Лоренца заряди в провіднику переміщуватимуться, і на його кінцях виникне різниця потенціалів ϕ1 − ϕ2. Електричне поле, що утворилося, перешкоджатиме переміщенню зарядів, і в подальшому це переміщення припиниться.

Електрорушійна сила індукції

Напруженість електричного поля в провіднику можна визначити за умови рівності сил електричного й магнітного полів під час їх дії на заряджені частинки всередині провідника, тобто.

Електрорушійна сила індукції

Сили Fe і Fл рівні за модулем, але протилежні за напрямом. Прирівнюючи значення електричної та магнітної сил, отримаємо.

Електрорушійна сила індукції

де E — напруженість електричного поля в провіднику. З напруженістю електричного поля в провіднику завдовжки l, який рухається, і різницею потенціалів на його кінцях пов’язані співвідношенням.

Електрорушійна сила індукції

Якщо такий провідник замкнути, то по ланцюгу протікатиме електричний струм. Відповідно провідник l, що рухається у магнітному полі, можна розглядати як деяке джерело струму, яке має певну електрорухому силу, яку називають ЕРС індукції, тобто.

Електрорушійна сила індукції
(4.36)

Швидкість v у рівності (4.36) можна виразити через похідну.

Електрорушійна сила індукції
Електрорушійна сила індукції
(4.37)

Знак індукційної ЕРС і напрям індукційного струму визначають за правилом Ленца. Якщо контур складається не з одного витка, а із ω, то рівність (4.38) матиме вигляд.

Електрорушійна сила індукції
(4.39)

де Ψ = ωΦ — повний магнітний потік, що з’єднаний з усіма витками контуру.

Вихрові потоки

Індукційні струми можуть збуджуватися і в суцільних масивних провідниках. У цьому разі їх називають вихровими потоками. Оскільки опір масивного провідника незначний, то вихрові струми досягають дуже великих величин.

Вихрові струми підпорядковуються правилу Ленца — вони обирають всередині провідника такі шляхи й напрями, щоб якомога сильніше протидіяти причині, яка їх викликала. Тому провідники, що рухаються в сильному магнітному полі, зазнають сильного гальмування, яке зумовлене взаємодією вихрових струмів з магнітним полем. Цим користуються для заспокоєння рухомих систем електровимірювальних приборів.

Теплову дію вихрових струмів використовують в індукційних печах. Така піч є котушкою, що живиться високочастотним струмом великої сили. Якщо розмістити всередині котушки тіло, яке є провідником, то в ньому виникнуть вихрові струми, які можуть розігріти тіло до температури плавлення. У такий спосіб плавлять метали у вакуумі, що дає змогу отримати метали дуже високої чистоти.

В деяких випадках вихрові струми бувають небажаними й доводиться застосовувати спеціальні заходи з боротьби з ними. Так, щоб зменшити втрати енергії на нагрівання вихровими струмами сердечників трансформаторів, ці сердечники набирають з тонких пластин, що розділені ізольованим покриттям. Пластинки розміщуються так, щоб можливі напрямки струмів були перпендикулярні до них.

Вихрові струми, які виникають у проводах, по яких протікають змінні струми, спрямовані так, щоб послабляють струм всередині проводу й посилюють його поблизу поверхні. У результаті високочастотні струми розподілені по перетину проводу нерівномірно й вони ніби витискуються на поверхню провідника (тому у високочастотних ланцюгах застосовують провідники у вигляді трубок; це явище називають поверхневим ефектом (скінефектом).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *