Проводнике возникает

Индукционное действие магнитного поля состоит в том, что в катушке, пронизываемой переменным магнитным потоком, а также в проводнике, движущемся относительно магнитного поля, индуктируется ЭДС. На использовании индуктированных ЭДС основан принцип действия генераторов, трансформаторов, многих приборов контроля, управления и автоматизации производственных процессов. Силовое действие магнитного поля заключается в том, что на электрические заряды, проводники с токами и детали из ферромагнитных материалов, находящиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы.

Э.д.с. в проводнике, движущемся в магнитном поле. В проводнике, движущемся под действием механической силы в магнитном поле так, что он пересекает линии магнитной индукции ( 3.23, а, б), возникает электродвижущая сила. Свободные электроны проводника А Б движутся вместе с ним со скоростью v. Электромагнитная сила действует на каждый электрон (силы Лоренца) и, согласно правилу левой руки, направлена вдоль проводника, а по величине определяется выражением (3.24), которое в применении к заряду электрона принимает вид F,, = BeoV. Под действием этой силы электроны перемещаются к одному концу проводника, где создают избыточный отрицательный заряд, а на другом конце образуется такой же по величине положительный заряд. Разделение заря-

2. Согласно закону электромагнитной индукции, э.д.с. в проводнике, движущемся в магнитном поле, выражается формулой (3.36). При таком условии э.д.с. будет постоянна. Можно ли постоянную э.д.с. получить без применения коллектора?

На тепловых, атомных и гидравлических электростанциях механическая энергия ротора турбины преобразуется электрическим генератором в электроэнергию. Принцип действия электрического генератора определяется законом электромагнитной индукции Фа-радея, согласно которому в проводнике, движущемся в магнитном поле и, следовательно, пересекающем магнитные силовые линии,

8. Запишите формулу силы тока в проводнике, движущемся в магнитном поле?

1. Какова цель лабораторной работы? 2. В каком случае возникает э. д. с. электромагнитной индукции? 3. Запишите формулы Фарадея и Максвелла для э. д. с. электромагнитной индукции. 4. Как определить направление э. д. с., возникающей в движущемся проводнике? 5. Сформулируйте закон Ленца. 6. Как изменится направление электромагнитной силы, если поменять направление: а) тока; б) вектора магнитной индукции; в) тока и вектора магнитной индукции одновременно? 7. Как изменится направление э. д. с. электромагнитной индукции, если поменять направление: а), скорости; б) магнитной индукции; в) скорости и магнитной индукции одновременно? 8. Запишите формулу силы тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. 9. Что такое режим короткого замыкания электродвигателя? 10. Изобразите графики E=f(n) и l—f(n).

Вокруг проводника, в котором существует ток, всегда имеется магнитное поле, и, наоборот, в замкнутом проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает ток.

3.19. Схема индуцирования ЭДС в проводнике, движущемся в однородном магнитном поле

I. Какова цель лабораторной работы? 2. В каком случае возникает э. Д. с. электромагнитной индукции? & Запишите формулы Фарадея и Максвелла для э. д. с. электромагнитной индукции. 4. Как определить направление э. д. с., возникающей в движущемся проводнике? 5. Сформулируйте закон Ленца. 6. Как изменится направление электромагнитной силы,-если поменять направление: а) тока;_б) вектора магнитной индукции; в) тока и вектора магнитной индукции одновременно? 7. Как изменится направление э. д. с. электромагнитной индукции, если поменять направление: а) скорости; б) магнитной индукции; в) скорости и магнитной индукции одновременно? 8. Запишите формулу силы тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. 9. Что такое режим короткого замыкания электродвигателя? 10. Изобразите графики E=f(n) и /=/(я).

Электрическое поле создается электрическими зарядами, а также изменяющимся магнитным полем. Магнитное же поле создается движущимися заряженными частицами или изменяющимся электрическим полем. Следовательно, электрическое и магнитное поля являются двумя сторонами единого электромагнитного поля. В частности, магнитным полем можно назвать одну из сторон электромагнитного поля, обусловленную движущимися заряженными частицами и изменением электрического поля и оказывающую силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы или проводники с током. Кроме того, магнитное поле может оказывать индукционное воздействие на проводники, находящиеся в магнитном поле. Индукционное воздействие магнитного поля состоит в том, что в любом контуре, пересекаемом магнитным потоком, или в проводнике, движущемся в магнитном поле, индуцируется э. д. с. На использовании индукционного и силового воздействия магнитного поля основана работа различных электротехнических устройств. Например, на использовании индуцированных э. д. с. основан принцип работы генератора, трансформаторов, а на использовании силового воздействия магнитного поля основана работа электрических двигателей, электромагнитов, ряда электроизмерительных приборов и др. Основной физической величиной, характеризующей силовое воздействие магнитного поля в каждой его точке как по значению, так и по

Возникновение э. д. с. в проводнике, движущемся в магнитном поле, поясним, используя понятие о силе Лоренца. На электрический заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле индукции В, действует сила q[vB]*. Если проводник при своем перемещении движется так, что имеет составляющую скорости, перпендикулярную силовым линиям магнитного поля, то на заряды, входящие в состав атомов и молекул этого проводника, действуют силы, направленные вдоль этого проврдника. На отрицательные заряды силы действуют в одну сторону, на положительные — в противоположную. Вследствие большой способности к перемещению свободных электронов в проводнике на одном конце его образуется избыток, на другом — недостаток электронов (т. е. избыток положительных зарядов).

Вспомним, что при взаимном движении со скоростью v проводника длиной / и магнитного поля напряженностью Н в проводнике возникает электродвижущая сила индукции (э. д. с. индукции)

торы v и В. Так как на заряд может воздействовать только электрическое поле напряженностью Е, из сопоставления силы этого воздействия dl == dqE с силой Лоренца di = dq [vB] видно, что в движущемся проводнике возникает электрическое поле напряженностью

Следовательно, в проводнике возникает э. д. с.

Если же на свободные заряженные частицы действуют в определенном направлении силы (например, силы электрического поля), то к скоростям их беспорядочного движения прибавляется слагающая скорости в направлении действующей силы. В этом случае через любое поперечное сечение проводника проходит определенный заряд, т. е. в проводнике возникает электрический ток. 44

где dq — заряд, прошедший за время At через поперечное сечение проводника. Ток измеряется в амперах. Ток в проводнике возникает, если вдоль проводника создано электрическое поле, а в этом случае между любыми двумя точками, расположенными по длине проводника, имеет место разность потенциалов. Разность потенциалов между двумя точками иначе называется напряжением или падением напряжения между этими точками. Измеряется разность потенциалов в вольтах. Разность потенциалов между точками «а» и «Ь» может обозначаться одной или двумя буквами: и — сра — фй, где фа — потенциал точки «а», а ф/, — потенциал точки «6» относительно некоторой точки, принадлежащей той же электрической цепи и принятой за опорную при определении потенциалов. Потенциал этой опорной точки удобно считать для данной цепи равным нулю.

Если в проводнике создать электрическое поле, то на заряды проводника будут действовать силы этого поля. Направление сил, действующих на положительные заряды, совпадает с направлением поля, а действующих на отрицательные заряды, — противоположно направлению поля. Таким образом, электроны проводимости получают слагающую скорости, вследствие чего наступает упорядоченное движение электронов в одном направлении, т. е. в проводнике возникает ток проводимости.

В металлическом проводнике под действием приложенного к нему электрического напряжения движение свободных электронов упорядочивается и они дрейфуют в направлении, противоположном направлению электрического поля, т. е. в проводнике возникает ток.

Таким образом, в самом диэлектрике такое поле ничем не ртли-чается от электростатического. Однако граничные условия на поверхности проводников уже не соответствуют тем, которые имеют место в электростатике. В случае электростатической задачи поверхность каждого проводника является поверхностью равнрго потенциала. При прохождении по проводнику электрического тока в проводнике возникает падение потенциала, и, следовательно, поверхность проводника уже не будет равнопотенциальной. Линии напряженности электрического поля в диэлектрике подходят к поверхности проводника не под прямым углом, так как на поверхности проводника появляется, касательная составляющая напряженности поля в направлении линий тока. На 8-1 показан характер линий напряженности электрического поля около проводов линии передачи. С принципиальной точки зрения, указанное обстоятельство существенно осложняет расчет поля, однако практически во многих случаях его можно не учитывать, так как обычно падение напряжения вдоль проводников на длине, сравнимой с -расстоянием между проводниками, ничтожно мало по сравнению с разностью потенциалов проводников. ч

в эксперименте с железными опилками, и связал с ними закон электромагнитной индукции: количество электричества, приводимое в движение, прямо пропорционально числу пересекаемых линий. С появлением тока в индуцирующем проводнике возникает как бы движение «магнитных кривых» «...с момента, когда они начинают развиваться, и вплоть до того момента, когда магнитная сила тока достигает наибольшего значения; они как бы распространяются в стороны от провода и, следовательно, оказываются по отношению к неподвижному индуцируемому проводу в том же положении, как если бы он двигался в противоположном направлении поперек них или по направлению к несущему ток проводу». Это первое описание электромагнитного поля и первое указание на распространение магнитных возмущений во времени.

Таким образом, в самом диэлектрике такое поле ничем не отличается от электростатического. Однако граничные условия на поверхности проводников уже не соответствуют тем, которые имеют место в электростатике. В электростатической задаче поверхность каждого проводника является поверхностью равного потенциала. При прохождении по проводнику электрического тока в проводнике возникает падение потенциала, и, следовательно, поверхность проводника уже не будет равнопотенциальной. Линии напряженности электрического поля в диэлектрике подходят к поверхности проводника не под прямым углом, так как на поверхности проводника появляется касательная составляющая напря-

Сила F не зависит от длины, на которой происходит изменение сечения, и направлена в сторону большего сечения независимо от направления тока. В случае расположения проводника вблизи стального тела при протекании тока к. з. в проводнике возникает сила F\, кгс, которая стремится притянуть проводник к стали: