Електромагнитна индукция

Появата в индукция на ЕМП на проводника

Ако поставите магнитно поле проводник и го преместете така, че да пресича силовите линии на полето по време на неговото движение, тогава в проводника ще има електродвижеща силаНаречен Индукция на ЕМП.

ЕМП на индукция ще възникне в проводника, дори ако самият проводник остава неподвижен и магнитното поле ще се движи, пресичайки проводника със силовите си линии.

Ако проводникът, в който се индуцира индукционната ЕМП, е затворен към която и да е външна верига, тогава под действието на тази ЕМП през веригата ще протече ток, т.нар. индукционен ток.

Явление на индукция на ЕМП в проводник, когато пресича линиите на магнитното си поле, се нарича електромагнитна индукция.

Електромагнитната индукция е обратен процес, тоест преобразуване на механичната енергия в електрическа.

Явлението електромагнитна индукция е широко използвано в електроинженерство… Устройството на различни електрически машини се основава на неговото използване.

Величината и посоката на индукцията на ЕМП

Нека сега разгледаме каква ще бъде величината и посоката на ЕМП, индуцирана в проводника.

Величината на индукционната ЕМП зависи от броя на силовите линии, пресичащи проводника за единица време, т.е.от скоростта на движение на проводника в полето.

Величината на индуцираната ЕМП е право пропорционална на скоростта на движение на проводника в магнитно поле.

Величината на индуцираната ЕМП също зависи от дължината на тази част от проводника, която се пресича от силовите линии на полето. Колкото по -голяма част от проводника се пресича от силовите линии на полето, толкова по -голяма е индуцираната ЕРС в проводника. И накрая, колкото по -силно е магнитното поле, тоест колкото по -голяма е неговата индукция, толкова по -голяма е ЕМП в проводника, пресичащ това поле.

Така, стойността на ЕРС на индукция, възникваща в проводник, когато се движи в магнитно поле, е правопропорционална на индукцията на магнитното поле, дължината на проводника и скоростта на неговото движение.

Тази зависимост се изразява с формулата E = Blv,

където Е е ЕМП на индукция; В — магнитна индукция; I е дължината на проводника; v е скоростта на движение на проводника.

Това трябва да се помни твърдо в проводник, движещ се в магнитно поле, ЕРС на индукция възниква само ако този проводник се пресича от линиите на магнитното поле на полето. Ако проводникът се движи по силовите линии на полето, тоест не пресича, но сякаш се плъзга по тях, тогава в него не се индуцира ЕМП. Следователно горната формула е валидна само когато проводникът се движи перпендикулярно на линиите на магнитното поле.

Посоката на индуцираната ЕМП (както и токът в проводника) зависи от посоката, в която се движи проводникът. Има правило от дясната ръка за определяне на посоката на индуцираната ЕМП.

Ако държите дланта на дясната си ръка, така че линиите на магнитното поле да влязат в нея, а огънатият палец би посочил посоката на движение на проводника, тогава удължените четири пръста ще посочат посоката на действие на индуцираната ЕМП и посока на тока в проводника.

Правило за дясна ръка

Индукция на ЕМП в намотката

Вече казахме, че за да се създаде ЕМП на индукция в проводник, е необходимо да се премести или самият проводник, или магнитното поле в магнитно поле. И в двата случая проводникът трябва да бъде пресичан от линиите на магнитното поле на полето, в противен случай ЕРС няма да бъде индуцирана. Индуцираната ЕМП, а оттам и индукционният ток, може да се получи не само в прав проводник, но и в проводник, усукан в бобина.

При движение вътре намотки на постоянен магнит, в него се индуцира ЕМП поради факта, че магнитният поток на магнита пресича завоите на бобината, тоест по същия начин, както при преместване на праволинеен проводник в полето на магнит .

Ако магнитът се спусне бавно в бобината, тогава възникващата в него ЕМП ще бъде толкова малка, че стрелката на устройството може дори да не се отклони. Ако, напротив, магнитът бързо се вкара в намотката, отклонението на стрелката ще бъде голямо. Това означава, че големината на индуцираната ЕМП и съответно силата на тока в бобината зависи от скоростта на магнита, тоест от това колко бързо полевите линии на полето пресичат завоите на бобината. Ако сега, редувайки се, първоначално силен магнит и след това слаб магнит се вкарват в бобината със същата скорост, тогава ще забележите, че със силен магнит стрелката на устройството ще се отклони под по -голям ъгъл. Означава, величината на индуцираната ЕМП и съответно силата на тока в бобината зависи от величината на магнитния поток на магнита.

И накрая, ако един и същи магнит бъде въведен със същата скорост, първо в бобина с голям брой завои, а след това с много по -малък брой, тогава в първия случай стрелката на устройството ще се отклони с по -голям ъгъл, отколкото във втория. Това означава, че големината на индуцираната ЕМП и съответно силата на тока в бобината зависи от броя на нейните завои. Същите резултати могат да се получат, ако вместо постоянен магнит се използва електромагнит.

Посоката на индукция на ЕМП в намотката зависи от посоката на движение на магнита. Как да се определи посоката на ЕРС на индукция, казва законът, установен от Е. Х. Ленц.

Законът на Ленц за електромагнитна индукция

Всяка промяна в магнитния поток вътре в бобината е придружена от появата на ЕМП на индукция в нея и колкото по -бързо се променя магнитният поток, проникващ в бобината, толкова по -голям е ЕМП в нея.

Ако намотката, в която е създадена индукционната ЕМП, е затворена към външна верига, тогава през нейните завои тече индукционен ток, създавайки магнитно поле около проводника, поради което бобината се превръща в соленоид. Оказва се, че променящото се външно магнитно поле предизвиква индукционен ток в бобината, който от своя страна създава свое собствено магнитно поле около бобината — текущото поле.

Изучавайки това явление, Е. Х. Ленц установява закон, който определя посоката на индукционния ток в бобината и съответно посоката на индукционната ЕРС. ЕДС на индукция, възникваща в бобината, когато магнитният поток се променя в нея, създава ток в бобината в такава посока, при която магнитният поток на бобината, създаден от този ток, предотвратява промяната на външния магнитен поток.

Законът на Ленц е валиден за всички случаи на индукция на ток в проводници, независимо от формата на проводниците и как се постига промяната във външното магнитно поле.

Когато постоянният магнит се движи спрямо телената бобина, свързана към клемите на галванометъра, или когато бобината се движи спрямо магнита, се генерира индукционен ток.

Индукционни токове в масивни проводници

Променящият се магнитен поток е способен да индуцира ЕМП не само в завоите на бобината, но и в масивни метални проводници. Прониквайки в дебелината на масивен проводник, магнитният поток индуцира в него ЕМП, което създава индукционни токове. Тези т.нар вихрови токове се разпространяват по масивен проводник и са късо съединени в него.

Ядрата на трансформатори, магнитни жила на различни електрически машини и устройства са само тези масивни проводници, които се нагряват от възникващите в тях индукционни токове.Това явление е нежелателно, следователно, за да се намали големината на индукционните токове, частите на електрическите машини и жилата на трансформатора не са масивни, а се състоят от тънки листове, изолирани един от друг с хартия или слой изолационен лак. Поради това пътят на разпространение на вихрови токове по масата на проводника е блокиран.

Но понякога на практика вихровите токове се използват и като полезни токове. Използването на тези токове се основава например на работата индукционни отоплителни пещи, електромери и така наречените магнитни амортисьори на движещи се части на електрически измервателни уреди.

Вижте също: Явлението електромагнитна индукция в картините