Razmotrimo sada drugi slučaj pojave induktivne struje.

Kada se provodnik kreće, s njim se kreću i njegovi slobodni naboji. Dakle, na optužbe sa strane magnetsko polje Lorentzova sila djeluje. Ona je ta koja uzrokuje kretanje naboja unutar provodnika. Indukciona emf je, dakle, magnetskog porekla.

U mnogim elektranama širom svijeta, Lorentzova sila je ta koja uzrokuje kretanje elektrona u pokretnim provodnicima.

Izračunajmo EMF indukcije koja se javlja u provodniku koji se kreće u jednoličnom magnetskom polju (slika 2.10). Neka je strana konture MN I klizi konstantnom brzinom duž strana NC i MD, ostajući sve vreme paralelno sa stranom CD. Vektor magnetne indukcije uniformno polje je okomita na provodnik i pravi ugao α sa smerom njegove brzine.

Sila kojom magnetsko polje djeluje na pokretnu nabijenu česticu jednaka je po apsolutnoj vrijednosti

F l = | q |υ B sin α. (2.5)

Ova sila je usmjerena duž provodnika MN. Rad Lorentzove sile 1 na putu I je pozitivan i iznosi:

A = F l l = | q | υ Bl sin α.

1 Nije pun rad Lorentzove snage. Pored Lorentzove sile (vidi formulu (2.5)), postoji komponenta Lorentzove sile usmjerena protiv brzine i provodnika. Ova komponenta usporava kretanje provodnika i vrši negativan rad. Kao rezultat, ispada da je ukupan rad Lorentzove sile jednak nuli.

Elektromotorna sila indukcije u vodiču MN je, po definiciji, omjer rada za pomicanje naboja q prema ovom naboju:

Ova formula vrijedi za bilo koji provodnik dužine l koji se kreće brzinom u jednoličnom magnetskom polju.

U drugim provodnicima kola, EMF je nula, jer su ti provodnici nepokretni. Stoga je EMF u cijelom krugu MNCD jednak i ostaje nepromijenjen ako je brzina kretanja konstantna. U tom slučaju će se električna struja povećati, jer kada se vodič MN pomakne udesno, ukupni otpor kruga se smanjuje.

Indukcijska emf se također može izračunati korištenjem zakona elektromagnetna indukcija(vidi formulu (2.4)). Zaista, magnetni fluks kroz MNCD krug je jednak:

F \u003d BS cos (90 ° - α) \u003d BS sin α,

gdje je ugao (90° - α) ugao između vektora i normale na površinu konture (Sl. 2.11, pogled sa strane), a S je područje ograničeno MNCD konturom. Ako pretpostavimo da je u početnom trenutku (t = 0) provodnik MN na udaljenosti NC od vodiča CD (vidi sliku 2.10), onda kada se provodnik pomiče, područje S se mijenja s vremenom na sljedeći način:

S \u003d l (NC - υ t).

Tokom vremena Δt, površina konture se mijenja za ΔS = -lυ Δt. Znak "-" označava da se smanjuje. Promjena magnetnog fluksa za to vrijeme jednaka je:

Ako se cijeli MNCD krug kreće u jednoličnom magnetskom polju, zadržavajući svoju orijentaciju u odnosu na vektor, tada će indukcijski EMF u krugu biti nula, budući da se tok F kroz površinu ograničenu krugom ne mijenja. To se može objasniti ovako. Kada se kolo kreće u provodnicima MN i CD, nastaju sile (vidi formulu (2.5)) koje djeluju na elektrone u smjerovima od N do M i od C do D. Ukupan rad ovih sila pri obilasku kola u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu jednaka je nuli.

Indukciona emf se takođe javlja kada se okvir rotira u magnetnom polju, tj. kada se ugao os menja tokom vremena (videti § 31).

EMF indukcije u provodnicima koji se kreću u stalnom magnetskom polju nastaje djelovanjem Lorentzove sile na naboje provodnika.

Pitanja za pasus

1. Šta je Lorentzova sila i kako je usmjerena?

2. Šta određuje EMF indukcije koja se javlja u provodniku koji se kreće u vremenski promjenjivom magnetskom polju?

EMF indukcije u pokretnim provodnicima

Koristeći definiciju magnetskog polja (5l16) i reducirajući magnetnu silu koja djeluje na vodič sa strujom na sile koje doživljavaju naboji koji se u njemu kreću, dobili smo izraz za Lorentzovu silu (16l17). Prema definiciji koju smo dali u predavanju 15, ova sila je vanjska (jer nije kulonska) i treba da nastane ne samo kada se naboji kreću unutar provodnika (tj. kada u njemu postoji struja), već i kada provodnik sama se kreće u magnetnom polju (pošto se i naelektrisanja u njemu kreću). Shodno tome, na različitim dijelovima takvog provodnika, općenito govoreći, treće strane elektromotorne sile to može uzrokovati struja. Ove sile se nazivaju induktivnim; Da biste ih izračunali, razmotrite sljedeću jednostavnu shemu.

Neka je ravan segment cilindričnog provodnika l krećući se u jednoličnom magnetskom polju B i pusti svoju brzinu v okomito B i osovina provodnika (slika 1). Na pozitivnih naboja q Očigledno, Lorencova sila će delovati unutra, čija veličina

F l= qvB, (1)

a smjer je prikazan na slici. Na negativnih naboja snagu F lće djelovati u suprotnom smjeru. Javlja se na sajtu l EMF po definiciji

e 12 = A 12 = F l l = vBl (2)

i usmjeren je za naboje oba znaka duž onog prikazanog na sl. jedan F l.

Ako zamislimo da segment l provodnik je dio zatvorenog kvazilinearnog kola, čija je kontura prikazana na sl. 1 isprekidanom linijom, dobijeni rezultat se može dati u sljedećem obliku. Zbog ,

vBl = = = = , (3)

gdje je D S = l D x je povećanje površine konture, a DF = D( BS) – vektor protoka B kroz to u vremenu D t. Budući da su preostali odsjeci G nepomični, vanjske sile se u njima ne pojavljuju i stoga je ukupna EMF e, koja djeluje duž cijelog kola, također određena izrazom (2). Od sl. 1 pokazuje da je sa smjerom B lijevi vijak sistem. Dakle, to se može napisati

štaviše, znak minus odgovara pravilu koje smo ustanovili u prethodnom predavanju, koje povezuje pozitivni smjer zaobilaženja konture i pozitivnu normalu na nju pomoću u pravu vijak.

Može se pokazati da relacija (4) vrijedi u najopštijem slučaju proizvoljnog kretanja (uključujući deformaciju) konture u stacionarno magnetsko polje. On izražava takozvani zakon indukcije struja u pokretnim provodnicima: indukcioni EMF koji nastaje u krugu jednak je brzini promjene magnetskog fluksa kroz krug i iznosi ga (tj. s promjenom) nije u redu- (to bi značilo znak plus u (4)), ali sistem levog zavrtnja.

Rice. 2.

Napomena 1. U zakonu indukcije (4) mi pričamo o vektorskom toku B kroz zatvorenu konturu Γ, iako mislimo, naravno, na njen tok kroz neku površinu na osnovu ove konture (na kraju krajeva, kroz površinu se određuje tok bilo kojeg vektora). Lako je vidjeti da proizvoljnost u izboru ove površine neće uticati na vrijednost F. Zaista, prostiranjem dvije proizvoljne površine preko konture G S 1 i S 2, dobijamo zatvorenu površinu S S , vektorski tok B kroz koji je, prema jednačini (9l17), jednak nuli. To znači da teče S 1 i S 2 su jednake i suprotne, a prema značenju (9l17) normale na S 1 i S 2 istovremeno treba da budu usmereni ka spolja, tj. jedan od njih formira sistem desnog vijka sa premosnim smerom G, a drugi - sistem levog vijka. Obrnuvši smjer potonjeg (a sa njim i znak odgovarajućeg F), dobivamo nezavisnost strujanja u (4) od izbora površine S.

Napomena 2. Prilikom izvođenja formule (2) pretpostavljeno je da dio provodnika koji se kreće u magnetskom polju ne čini zatvoreno kolo, odnosno da u njemu ne teče struja, iako se zakon (4) dobijen kao rezultat njegove generalizacije odnosi na posebno na zatvoreni provodni krug. Pogledajmo do kakvih efekata će dovesti pojava struje u razmatranom provodniku (slika 2). Pojava brzine u Uredno kretanje nosača, usmjereno duž ose provodnika, uzrokovaće rotaciju za neki ugao a apsolutne brzine v abs naelektrisanja u odnosu na smer kretanja provodnika (tj. v ). U ovom slučaju, Lorencova sila F l uvijek ostaje okomito v abs, također će se rotirati za ugao a u odnosu na os provodnika. Međutim, vrijednost njegove longitudinalne komponente, koja stvara EMF e 12,

F || = F l cos a = qv abs B cos a = qBv

i dalje će biti određena formulom (1), tako da će izrazi (2) - (4) ostati važeći. Poprečna komponenta, jednaka po veličini

F ^ = F l sin a = qv abs B sin a = qBu,

očigledno predstavlja usmjerenu silu prema kretanje provodnika. Da bi se savladala ova sila (zbrojena sa svim pokretnim naelektrisanjem unutar zapremine datog provodnika), utroši se vanjski rad potreban za njegovo pomicanje u magnetskom polju.

Obrnutim redosledom rezonovanja datim u prethodnom predavanju prilikom izvođenja relacije (15l17), dobijamo za ovu ukupnu silu F ^ S je dobro poznati izraz (5l16), odakle je mehanička snaga

P¢ krzno = – F^S v = – IBlv.

Snaga vanjskih sila određena uzdužnom komponentom F || , u sekciji 1-2 provodnika u skladu sa (2)

P strana= e 12 I = vBlI

i ispada da je jednako P¢ krzno. Na ovaj način,

P¢ krzno + P strana = 0,

tj. ukupan rad sila magnetskog polja (kao što je ranije navedeno) je nula. Za održavanje provodnika u pokretu spoljna sila balansiranje F^ S , očigledno treba da razvije snagu

P krzno = – P¢ krzno = P strana ,

koja će „prebaciti“ u rad (po jedinici vremena) spoljašnjih sila indukcije koje deluju unutar njega.

Slične pojave se javljaju i kada se provodnik kreće u magnetskom polju, na čije se krajeve primjenjuje razlika potencijala. Ako je provodnik nepokretan, tada struja u sekciji 1 - 2 (slika 3) teče samo zbog električne sile. Ako se "oslobodi", tada će se pod utjecajem magnetske sile pojaviti brzina v i apsolutnu brzinu nosača v abs odstupaju od ose provodnika. Snaga će se odmah okrenuti F l Pojavit će se Lorentz i njegova aksijalna komponenta F || usmjereno prema struja. To će podrazumijevati pojavu EMF-a treće strane e 21 radi kompenzacije čije djelovanje (tj. održavanje konstantne struje) izvor treba da razvije dodatnu snagu e 21 I. Ponavljajući gornje rezonovanje, nije teško pokazati da se upravo ta snaga "oslobađa" u obliku savršenog provodnika (po jedinici vremena) mehanički rad. Dakle, i u ovom slučaju, ukupan rad Lorentzove sile, naravno, ispada jednak nuli (jer F l ^ v abs). Negativni dio toga, uzrokovano F || , kompenzira se radom izvora struje, dok pozitivni predstavlja koristan rad provodnika.

Rice. 3.

"Fizika "Fenomena elektromagnetne indukcije"" - Ploča će praktično prestati. Flux linkage. Energija magnetnog polja. Energija homogenog magnetnog polja. Fenomen samoindukcije igra važnu ulogu u elektrotehnici. EMF samoindukcije održava struju u kolu. Izrazi za cirkulaciju su uvijek važeći. provodnici za grijanje. Prenapon zbog velike vrijednosti brzine promjene struje.

"Elektromagnetna indukcija" - Michael Faraday. Materijal. Veličina struje. Indukcijska struja. Ocjena. Priča. Elektromagnetna indukcija i uređaj. Generator naizmjenična struja. Sincwine. Istorijat. Nivo. Faradejevi eksperimenti. Testni list sa zadacima. Fenomen. Unipolarna indukcija. Poenta. Magnetna igla. Dirigent. Video klip.

"Proučavanje elektromagnetne indukcije" - Portret Michaela Faradaya. Jačina indukcijske struje. Pitanja. Pitanja i zadaci. Izjava. Elektromagnetna indukcija. EMI fenomen. Elektromagnetno polje. Energija magnetskog polja struje. Pravac linija napetosti. Lenzovo pravilo. magnetni fluks. Magnetni tok kroz površinu. EMF indukcije u pokretnim provodnicima.

"Samoindukcija i induktivnost" - Fenomen pojave EMF-a. Samoindukcija. Manifestacija fenomena samoindukcije. Dirigent. Magnetski tok kroz strujni krug. Energija magnetnog polja. induktivnost zavojnice. magnetni fluks. Vrijednost. Jedinice. Induktivnost. Energija magnetskog polja struje. EMF samoindukcije. Zaključak iz elektrotehnike.

"Indukcija polja" - Tok vektora indukcije. Tok magnetne indukcije. Kolo je napravljeno od dielektrika. EMF indukcije. Struja je gotovo ravnomjerno raspoređena po volumenu žica. Dimenzija EMF indukcije. Činjenica. Vektorska cirkulacija. Struje visoke frekvencije. Toki Fuko. Provodnik je nepokretan. Vrijednost E.D.S. indukcija. gustina struje.

"Faradayeva elektromagnetna indukcija" - Fizkultminutka. Princip rada generatora. Vrijeme kretanja magneta. Izgled generator. Iskustvo. EMI fenomen. Organizujte znanje. Otkrio Faraday. Fenomen elektromagnetne indukcije. rješavanje problema linearne strukture. indukciona struja. Pitanja.

U ovoj temi ima ukupno 18 prezentacija