mozok.click » Фізика » Виникнення індукційного струму
Інформація про новину
  • Переглядів: 119
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:37
12-02-2018, 19:37

Виникнення індукційного струму

Категорія: Фізика

Досліди М. Фарадея. Після відкриття Ерстеда, який довів, що навколо провідника зі струмом виникає магнітне поле, природно було поставити питання про можливість утворення електричного струму в провідниках за допомогою магнітного поля. Над розв’язанням цієї проблеми працював англійський фізик М. Фарадей. Наведемо деякі з його дослідів.

1. Гальванометр показує появу струму під час переміщення (наближення чи віддалення) постійного магніту відносно нерухомого замкненого провідника (котушки). Можна і, навпаки, рухати котушку, залишаючи нерухомим магніт (мал. 133, а). Кожного разу, зближуючи або віддаляючи котушку

і магніт, ми отримуємо струм протилежних напрямків.

2. Походження магнітного поля і форма провідника не мають значення. На мал. 133, б постійний магніт замінено на електромагніт, а на мал. 133, в котушку - на прямолінійний провідник.

3. Можна обійтися зовсім без руху, досить замикати або розмикати струм в обмотці однієї нерухомої котушки (електромагніту), -в іншій, розміщеній поблизу, виникатиме струм (мал. 133, г).

4. Можна обертати рамку в однорідному магнітному полі (мал. 133, ґ).



Щоб дати точне кількісне пояснення розглянутого явища, треба ввести величину - потік магнітної індукції (або, як кажуть, магнітний потік).

Потік магнітної індукції Ф - це фізична величина, яка характеризує магнітне поле, що пронизує певну поверхню площею S. Якщо індукція В в усіх точках поверхні однакова, то Ф = BS cos а , де а - кут між вектором магнітної індукції та нормаллю Я до поверхні (мал. 134).

Одиниця магнітного потоку - вебер,

Спільним у всіх розглянутих дослідах є те, що кожного разу змінюється магнітний потік, що пронизує замкнений контур. Впевнитись у цьому можна ще й так. Якщо в котушку, сполучену з гальванометром, вставити магніт, а потім рухати їх разом, так, щоб вони відносно один одного залишались у спокої, то індукційний струм не виникатиме (магнітний потік, що пронизує контур котушки, залишається сталим). Не виникає індукційний струм і у

разі поступального руху замкненого провідника в однорідному полі вздовж силових ліній.

Відкрите М. Фарадеєм явище виникнення в замкненому провіднику електричного струму внаслідок зміни магнітного потоку, що пронизує контур провідника, називається електромагнітною індукцією. Струм, що виникає в провіднику при електромагнітній індукції, називають індукційним.

Напрям індукційного струму. Правило Ленца. М. Фарадей, аналізуючи проведені досліди, встановив, що напрям індукційного струму в провіднику залежить від того, збільшується (АФ > 0) чи зменшується (ДФ < 0) магнітний потік через замкнений контур. Загальне правило, за допомогою якого можна

визначити напрям індукційного струму в замкненому провіднику, сформулював у 1833 р. російський фізик Е. X. Ленц (1804-1865).

Індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрям, що створюваний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукційний струм.


Правило Ленца випливає із закону збереження енергії.

Поєднуючи правило Ленца з правилом свердлика (букв), за допомогою якого визначають напрям вектора індукції магнітного поля у центрі колового струму, легко визначити напрям індукційного струму в замкненому провіднику.

Припустимо, що до замкненого витка (чи котушки) наближається зі швидкістю и постійний магніт північним полюсом N (мал. 135, а). При цьому магнітний потік через контур витка зростає,

ДФ > 0. Отже, за правилом Ленца у витку повинен виникнути індукційний струм такого напряму, щоб власним магнітним полем протидіяти зростанню зовнішнього магнітного потоку. Для цього потрібно «не пустити» магніт у виток, тобто відштовхнути його. Це означає, що внутрішнє магнітне поле індукційного струму буде напрямлене проти зовнішнього поля постійного магніту.

Отже, робимо висновок, що з того боку витка (чи котушки), який повернуто до магніту, з’являється одноіменний полюс N (якби до витка наближався магніт південним полюсом S, то з цього боку виникав би південний полюс магнітного поля індукційного струму). Далі міркуємо так. Для того, щоб назустріч постійному магніту утворився полюс N індукційного струму, потрібно щоб поступальне переміщення свердлика відбувалось зліва-направо, тобто його ручку треба обертати проти стрілки годинника (дивимось на виток з боку магніту). Напрям цього обертання і вказує напрям індукційного струму. (Замість правила свердлика можна також скористатись правилом букв, вписаних у виток (мал. 112).)


 

З віддаленням постійного магніту від витка (мал. 135, б) магнітний потік через його контур зменшується, ДФ < 0 . Щоб протидіяти цьому, потрібно «не відпускати» магніт, тобто притягувати його. Це означає, що магнітне поле індукційного струму буде однакового із зовнішнім напрямку, тобто з боку магніту матиме південний полюс S. За правилом свердлика (чи букв) з’ясовуємо, що індукційний струм у витку має проходити за стрілкою годинника.

В окремому випадку виникнення індукційного струму в прямому провіднику (який є ділянкою замкненого кола) і рухається в зовнішньому магнітному полі перпендикулярно до ліній індукції, тобто перетинає їх, напрям індукційного струму можна визначити за правилом правої руки.

Праву руку треба розмістити в магнітному полі так, щоб силові лінії входили в долоню, а відставлений під прямим кутом великий палець збігався з напрямом переміщення провідника. Тоді чотири витягнуті пальці вкажуть напрям індукційного струму в цьому провіднику (мал. 136).

Дайте відповіді на запитання

1. Щоб одержати індукційний струм у кільці за допомогою магніту, їх рухали з відносною швидкістю, що дорівнювала нулю. Чи виникав за таких умов індукційний струм у кільці?

2. Чи завжди утворюється індукційний струм у металевому кільці зі зміною у його площині: а) магнітного потоку; б) індукції магнітного поля?

3. Магніт у вакуумі вільно падає південним полюсом у центр дротяного кільця. Яким буде напрям індукційного струму при наближенні магніту до кільця?

4. Крізь провідне кільце, розташоване горизонтально, падають з однакової висоти алюмінієвий брусок і магніт. Що впаде першим?






^