Едс індукції виникає в прямому провіднику. е.р.с

Або, навпаки, переміщається магнітне поле перетинає нерухомий провідник; або коли провідник і магнітне поле, рухаючись в просторі, переміщаються один щодо іншого;

Таким чином, всяка зміна в часі величини, що пронизує замкнутий контур (виток, рамку), супроводжується появою в провіднику индуктированной ЕРС.

A = U × I × t = I² × r × t (Дж).

Витрачається потужність буде рівна:

P ел \u003d U × I = I² × r (Вт),

звідки визначаємо струм в ланцюзі:

Однак нам відомо, що провідник зі струмом, поміщений в магнітне поле, буде відчувати силу з боку поля, яка прагне переміщати в напрямку, який визначається правилом лівої руки. При своєму русі провідник буде перетинати магнітні силові лінії поля і в ньому за законом електромагнітної індукції виникне индуктированная ЕРС. Напрямок цієї ЕРС, певне за правилом правої руки, буде зворотним струмом I. Назвемо її зворотного ЕРС E обр. величина E обр відповідно до закону електромагнітної індукції буде дорівнює:

E обр \u003d B × l × v (В).

За для замкненого кола маємо:

U - E обр \u003d I × r

звідки струм в ланцюзі

Порівнюючи вирази (1) і (3), бачимо, що в провіднику, що рухається в магнітному полі, при одних і тих же значеннях U і r струм буде менше, ніж при нерухомому провіднику.

Помноживши отриманий вираз (2) на I, Отримаємо:

U × I = E обр × I + I² × r .

Так як E обр \u003d B × l × v, то

U × I = B × l × v × I + I² × r .

Враховуючи що B × l × I = F і F × v = P хутро, маємо:

U × I = F × v + I² × r

P = P хутро + P ем.

Останній вираз показує, що при русі провідника з струмом в магнітному полі потужність джерела напруги перетвориться в теплову і механічну потужності.

При русі прямолінійного провідника в магнітному полі на кінцях провідника виникає е. д. з. індукції. Її можна обчислити не тільки по формулі, але і за формулою е. д. з.

індукції в прямолінійній провіднику. Вона виводиться так. Прирівняємо формули (1) і (2) § 97:

BIls \u003d EIΔt, звідси

де s / Δt \u003d v є швидкість переміщення провідника. Тому е. д. з. індукції при русі провідника перпендикулярно до силових ліній магнітного поля

E \u003d Blv.

Якщо провідник рухається зі швидкістю v (рис. 148, а), спрямованої під кутом α до ліній індукції, то швидкість v розкладається на складові v 1 і v 2. Складова спрямована уздовж ліній індукції і при русі провідника не викликає в ньому е. д. з. індукції. У провіднику е. д. з. индуктируется тільки за рахунок складової v 2 \u003d v sin α, Спрямованої перпендикулярно до ліній індукції. В цьому випадку е. д. з. індукції буде

Е \u003d Вlv sin α.

Це і є формула е. д. з. індукції в прямолінійній провіднику.

Отже, при русі прямолінійного провідника в магнітному полі в ньому індукується е. д. з., величина якої прямо пропорційна активної довжині провідника і нормальної складової швидкості його руху.

Якщо замість одного прямого провідника взяти рамку, то при її обертанні в магнітному полі виникне е. д. з. в двох її сторонах (див. рис. 138). В цьому випадку е. д. з. індукції буде Е \u003d 2 Blv sin α. Тут l - довжина однієї активної сторони рамки. Якщо остання складається з n витків, то в ній виникає е. д. з. індукції

E \u003d 2nBlv sin α.

Те, що е. д. з. індукції залежить від швидкості v обертання рамки і від індукції В магнітного поля, можна бачити на такому досвіді (рис. 148, б). При повільному обертанні якоря генератора струму лампочка горить тьмяно: виникла мала е. д. з. індукції. При збільшенні швидкості обертання якоря лампочка горить яскравіше: виникає велика е. д. з. індукції. При тій же швидкості обертання якоря видалимо один з магнітів, зменшивши тим самим індукцію магнітного поля. Лампочка горить тьмяно: е. д. з. індукції зменшилася.

Завдання 35. Прямолінійний провідник довжиною 0,6 м гнучкими провідниками приєднаний до джерела струму, е. д. з. якого 24 в і внутрішній опір 0,5 ом. Провідник знаходиться в однорідному магнітному полі з індукцією 0,8 Тл, лінії індукції якого спрямовані до читача (рис. 149). Опір всієї зовнішньої ланцюга 2,5 ом. Визначити силу струму в провіднику, якщо він рухається перпендикулярно до ліній індукції зі швидкістю 10 м / сек. Чому дорівнює сила струму в нерухомому провіднику?

Прямолінійний провідник АВ рухається в магнітному полі з індукцією В по проводять шинам, які замкнуті на гальванометр.

На електричні заряди, що переміщаються разом з провідником в магнітному полі, діє сила Лоренца:

F л \u003d / q / vB sin a

Її напрямок можна визначити за правилом лівої руки.

Під дією сили Лоренца всередині провідника відбувається розподіл позитивних і негативних зарядів уздовж всієї довжини провідника l
Сила Лоренца є в даному випадку сторонньої силою, і в провіднику виникає ЕРС індукції, а на кінцях провідника АВ виникає різниця потенціалів.

Причина виникнення ЕРС індукції в рухомому провіднику пояснюється дією сили Лоренца на вільні заряди.

Готуємося до перевірочній роботі!

1. При якому напрямку руху контуру в магнітному полі в контурі буде виникати індукційний струм?

2. Вкажіть напрямок індукційного струму в контурі при введенні його в однорідне магнітне поле.

3. Як зміниться магнітний потік в рамці, якщо рамку повернути на 90 градусів з положення 1 в положення 2?

4. Чи буде виникати індукційний струм в провідниках, якщо вони рухаються так, як показано на малюнку?

5. Визначити напрямок індукційного струму в провіднику АБ, що рухається в однорідному магнітному полі.

6. Вказати правильний напрямок індукційного струму в контурах.

Електромагнітне поле - Клас! Ная фізика

ЕРС - це абревіатура трьох слів: електрорушійна сила. ЕРС індукції () з'являється в провідному тілі, яке знаходиться в змінному магнітному полі. Якщо проводять тілом є, наприклад, замкнутий контур, то в ньому тече електричний струм, який називають струмом індукції.

Закон Фарадея для електромагнітної індукції

Основним законом, який використовують при розрахунках, пов'язаних з електромагнітної індукції є закон Фарадея. Він говорить про те, що електрорушійна сила електромагнітної індукції в контурі дорівнює за величиною і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку () крізь поверхню, яку обмежує розглянутий контур:

Закон Фарадея (1) записаний для системи СІ. Треба враховувати, що з кінця вектора нормалі до контуру обхід контуру повинен проходити проти годинникової стрілки. Якщо зміна потоку відбувається рівномірно, то ЕРС індукції знаходять як:

Магнітний потік, який охоплює проводить контур, може змінюватися в зв'язку з різними причинами. Це може бути і змінюється в часі магнітне поле і деформація самого контуру, і переміщення контура в поле. Повна похідна від магнітного потоку за часом враховує дію всіх причин.

ЕРС індукції в рухомому провіднику

Припустимо, що проводить контур переміщається в постійному магнітному полі. ЕРС індукції виникає у всіх частинах контуру, які перетинають силові лінії магнітного поля. При цьому, результуюча ЕРС, що з'являється в контурі буде дорівнює сумі алгебри ЕРС кожної ділянки. Виникнення ЕРС в даному випадку пояснюють тим, що на будь-який вільний заряд, який рухається разом з провідником в магнітному полі, буде діяти сила Лоренца. При впливі сил Лоренца заряди рухаються і утворюють в замкнутому провіднику струм індукції.

Розглянь випадок, коли в однорідному магнітному полі знаходиться прямокутна проводить рамка (рис.1). Одна сторона рамки може рухатися. Довжина цієї сторони дорівнює l. Це і буде наш рухомий провідник. Визначимо, як можна обчислити ЕРС індукції, в нашому провіднику, якщо він переміщається зі швидкістю v. Величина індукції магнітного поля дорівнює B. Площина рамки перпендикулярна вектору магнітної індукції. Виконується умова.

ЕРС індукції в розглянутому нами контурі буде дорівнює ЕРС, яка виникає тільки в рухомий його частини. У стаціонарних частинах контуру в постійному магнітному полі індукції немає.

Для знаходження ЕРС індукції в рамці скористаємося основним законом (1). Але для початку визначимося з магнітним потоком. За визначенням потік магнітної індукції дорівнює:

де, так як за умовою площину рамки перпендикулярна напрямку вектора індукції поля, отже, нормаль до рамки і вектор індукції паралельні. Площа, яку обмежує рамка, висловимо наступним чином:

де - відстань, на яке переміщається рухомий провідник. Підставами вираз (2), з урахуванням (3) в закон Фарадея, отримаємо:

де v - швидкість руху рухомого боку рамки по осі X.

Якщо кут між напрямком вектора магнітної індукції () і вектором швидкості руху провідника () становить кут, то модуль ЕРС в провіднику можна обчислити за допомогою формули:

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

Взаємозв'язок електричних і магнітних явищ завжди цікавила фізиків. англійський фізик Майкл Фарадей був абсолютно впевнений в єдності електричних і магнітних явищ. Він міркував, що електричний струм здатний намагнітити шматок заліза. Чи не може магніт в свою чергу викликати появу електричного струму? Це завдання було вирішене.

Якщо в постійному магнітному полі переміщується провідник, то вільні електричні заряди усередині нього теж переміщаються (на них діє сила Лоренца). Позитивні заряди концентруються в одному кінці провідника (проводу), негативні - в іншому. Виникає різниця потенціалів - ЕРС електромагнітної індукції. Явище виникнення ЕРС індукції в провіднику, що рухається в постійному магнітному полі, називається явищем електромагнітної індукції.

Правило визначення напряму індукційного струму (Правило правої руки):

У провіднику, що рухається в магнітному полі, виникає ЕРС індукції, енергія струму в цьому випадку визначається за законом Джоуля-Ленца:

Робота зовнішньої сили по переміщенню провідника з струмом в магнітному полі

ЕРС індукції в контурі

Розглянемо зміна магнітного потоку через провідний контур (котушку). Явище електромагнітної індукції було відкрито досвідченим шляхом:

Закон електромагнітної індукції (закон Фарадея): ЕРС електромагнітної індукції, що виникає в контурі, прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через нього.