Закон Ленса для електромагнітної індукції.

Якщо магніт наближати до котушки, то індукційний струм, що виникає у котушці, матиме такий напрям, що магніт обов’язково буде відштовхуватись (мал. 1 і 3).

При витягуванні магніту в котушці виникне такий струм, що магніт буде притягуватись до котушки (мал. 2). В обох випадках в котушці створюється таке магнітне поле, яке протидіє руху магніту.

Правило Ленса:

Індукційний струм, що виникає в замкнутому колі, своїм магнітним полем перешкоджає причині, що зумовила його появу (індукційний струм перешкоджає зміні зовнішнього магнітного поля).

Використання закону Ленса.

Використовуючи закон Ленса для визначення напрямку індукційного струму, потрібно:

1) Знайти причину, яка створює індукційний струм.

2) Вважаючи, що індукційний струм протидіє цій причині, знайти напрям власного магнітного поля (якщо зовнішнє магнітне поле збільшується, то власне магнітне поле котушки напрямлене протилежно до зовнішнього магнітного поля (мал. 1 і 3). А якщо зовнішнє магнітне поле зменшене, то напрямки власного і зовнішнього магнітного поля однакові (мал. 2)).

3) Визначити напрям індукційного струму за напрямком його власного магнітного поля, користуючись правилом свердлика (наприклад мал. 4).

 

Закон електромагнітної індукції.

= ∆Ф/∆t

 

 

В-дь в посібнику на ст. 74 починається словами „Виникнення в замкнутому провіднику” до 2-го питання.

 

 

Електромагнітна індукція.

 

1.Вихрове електричне поле і його зв’язок з електричним полем.

2.Вихрові струми.

3.Явище самоіндукції.

4.Індуктивність. ЕРС самоіндукції.

5.Енергія магнітного поля.

 

 

Вихрове електричне поле і його зв’язок з електричним полем.

 

Візьмемо дві котушки. Увімкнувши первинну котушку в мережу змінного струму, одержимо струм у вторинній котушці.

Електрони у провідниках вторинної котушки, починають рухатись. Які сили змушують їх рухатись?

Магнітне поле на нерухомі електрони у вторинній котушці не діє. Пояснити це можна тим, що змінне магнітне поле створює електричне поле і це електричне поле заставляє електрони рухатись у вторинній котушці.

За теорією Максвела в просторі, в якому змінюється магнітне поле обов’язково виникає електричне поле із замкнутими лініями напруженості. Оскільки лінії напруженості цього поля замкнуті, то це поле називається вихровим електричним полем.

Вектор магнітної індукції В в кожній точці перпендикулярний до вектора напруженості електричного поля Е.

 

Вихрові струми.

Якщо на осердя котушки поставити залізний предмет або металічне кільце, то при вмиканні вимикача, предмет швидко нагрівається, а кільце зіскакує з осердя.

Це явище пояснюється тим, що змінне магнітне поле, яке виникає навколо котушки з осердям, створює електричне поле, тому в тілі і в кільці виникають великі індукційні струми, бо опір тіла і кільця дуже малий. Ці струми їх нагрівають. Кільце зіскакує тому, що індукційний струм, згідно закону Ленса, напрямлений протилежно струму в котушці.

Індукційні струми, які виникають у суцільних металевих тілах, що перебувають у змінному магнітному полі, називають вихровими струмами або струмами фуко.

Якір електричного двигуна і осердя трансформатора перебувають у змінному магнітному полі, тому в них виникають вихрові струми, які їх нагрівають. Щоб послабити шкідливу дію вихрових струмів, осердя трансформатора виготовляють з окремих, ізольованих один від одного листів. Крім того осердя і якір виготовляють з феритив, які мають дуже великий питомий опір. Тому вихрові струми в них практично не виникають і це значно зменшує втрати електричної енергії в них.

 

Виникнення індукційного струму в полі, яке спричинене зміною магнітного поля струму, що проходить у цьому самому струмі називається явищем самоіндукції.

Під час замикання кола (мал. 1) лампа спалахує з деяким запізненням. Це пояснюється виникненням у котушці значної з ерес самоіндукції, яка за законом Ленса заважає швидкому наростанню струму в полі. В момент замикання навколо котушки створюється магнітне поле і це змінне магнітне поле породжує струм самоіндукції, який напрямлений протилежно до основного струму. Енергія джерела затрачена на подолання явища самоіндукції перетворюється в енергію магнітного поля. Коли сила струму досягне максимального значення, струм самоіндукції вже не виникає і в цей момент енергія магнітного поля не змінюється. Магнітне поле стає постійним.

Під час розмикання кола (мал. 2) буде замкнуте коло котушки і лампочки через те, що струм в котушці починає швидко спадати (магнітне поле починає швидко спадати) в котушці створюється струм в самоіндукції, який сповільнює зменшення струму джерела. При цьому котушка на короткий час стає джерелом електричної енергії. В момент розмикання лампа може яскраво спалахнути і навіть перегоріти. Явище самоіндукції шкідливе. Якщо в полі є потужні електромагніти, то при розмиканні цих кіл може виникнути електрична дуга і зіпсувати вимикач, тому в цих колах використовують масляні вимикачі, рубильники, кнопочні вимикачі.

 

Явище самоіндукції.

= -(∆Ф/∆t) (1)

Ф ~ I

Ф = L I

- власний магнітний потік.

Ф2 = L I2

Ф1 = L I1

∆Ф = Ф2 - Ф1 = L (I2 – I1) = L∆ I (2)

(2) → (1)

c = -L(∆I/∆t)

L =

[L] = B · c/ A = Гн (генрі)

Решта в підручнику 11 кл. починається на ст. 18 „ Індуктивність” і закінчується на ст. 19 до слів „ Явище самоіндукції має дуже важливе значення”.

 

Енергія магнітного поля.

 

Wм = L· I^2/2

-енергія магнітного поля.

Решта в підручнику 11 кл. на ст. 19.

 

Третя самостійна робота