Краткие выводы

• Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле или движущемся в постоянном магнитном поле, называется электромагнитной индукцией.

• Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:

Знак «минус» отражает правило Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь замкнутый проводящий контур в последнем возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока.

• Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным полем. В отличие от электростатического поля вихревое электрическое поле является непотенциальным, его силовые линии всегда замкнуты, подобно силовым линиям магнитного поля.

• Частным случаем явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Самоиндукция – это возникновение ЭДС в проводящем контуре при изменении в нем силы тока:

где L – индуктивность (коэффициент самоиндукции), зависящая от геометрической формы, размеров контура и магнитных свойств среды, в которой он находится.

• Сравнивая выражения

и

для энергии электрического и магнитного полей с потенциальной и кинетической энергией

и ,

можно провести аналогию между электромагнитными и механическими явлениями. Очевидно, что для магнитного поля индуктивность аналогична массе тела. Таким образом, индуктивность является мерой электрической инертности контура по отношению к изменению в нем тока.

• Явление электромагнитной индукции и его частные случаи широко применяются в электротехнике. Для преобразования механической энергии в энергию электрического тока используются синхронные генераторы. Для повышения или понижения напряжения переменного тока применяются трансформаторы. Использование трансформаторов позволяет экономично передавать электроэнергию от электрических станций к узлам потребления.

Вопросы для самоконтроля и повторения

1. Что называют явлением электромагнитной индукции? Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

2. В чем заключается правило Ленца?

3. Охарактеризуйте вихревое электрическое поле. Чем такое поле отличается от электростатического поля?

4. В чем заключаются явления самоиндукции и взаимоиндукции?

5. Что такое индуктивность контура? От чего она зависит, каков ее физический смысл?

6. Какие токи называют вихревыми? Почему сердечники трансформаторов не делают сплошными?

7. Расскажите принцип работы генератора переменного тока, трансформатора.

Примеры решения задач

Задача 1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл равномерно вращается рамка, содержащая 1000 витков. Площадь рамки 150 см². Рамка делает 10 об/с. Определить мгновенное значение ЭДС индукции, соответствующее углу поворота рамки в 30⁰ (рис. 4.8).

Дано:

Найти:

Решение

Мгновенное значение ЭДС индукции определяется законом электромагнитной индукции Фарадея

где – потокосцепление, связанное с потоком Ф индукции магнитного поля соотношением

При вращении рамки магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется со временем по гармоническому закону

где – циклическая частота.

Таким образом,

Подставляя в эту формулу исходные данные, получим

Ответ:

Задача 2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,3 Тл помещена прямоугольная рамка с подвижной стороной, длина которой 15 см. Определить ЭДС индукции, возникающую в рамке, если ее подвижная сторона перемещается перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 10 м/с.

Дано:

Найти:

Решение

Согласно закону электромагнитной индукции

г де

Ответ: