Закон електромагнітної індукції
При русі в магнітному полі в провіднику индуктируется електрорушійна сила, значення якої (B) пропорційно магнітної індукції, активної довжині провідника і нормальної (до поля) складової швидкості його руху, т. Е.
де B - магнітна індукція, Тл; v - швидкість руху провідника, м / с; l - активна довжина провідника (частина провідника, що знаходиться в магнітному полі), м; # 945; - кут між векторами швидкості і магнітної індукції поля.
Ця залежність носить назву закону електромагнітної індукції.
Для визначення напрямку индуктированной ЕРС в прямолінійній провіднику застосовують правило правої руки (рис. 6): якщо розташувати долоню правої руки так, щоб магнітні лінії входили в неї, а відставлений великий палець вказував напрям руху провідника, то витягнуті чотири пальці покажуть напрямок индуктированной ЕРС.
Рухомий в магнітному полі під дією зовнішньої механічної сили провідник представляє собою найпростіший електричний генератор, в якому відбувається перетворення механічної енергії в електричну.
Закон електромагнітної індукції формулюється і по-іншому: в замкнутому контурі індукується ЕРС при всякому змін магнітного потоку, охоплюваного цим контуром. ЕРС, индуктированная в контурі, чисельно дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, охоплюваного цим контуром:
Ця формула дає середнє значення ЕРС за час # 916; t і показує, що ЕРС залежить не від абсолютного значення магнітного потоку, а від швидкості його зміни.
При наявності декількох витків, пронизує одним і тим же магнітним потоком, индуктироваться ЕРС розраховують за формулою
Ця формула виражає закон Ленца. индуктированная ЕРС має такий напрямок, при якому створений нею струм протидіє причини, що викликала виникнення ЕРС.
Якщо витки котушки пронизуються різними за значенням магнітними потоками, то индуктированная у всій котушці ЕРС дорівнює сумі ЕРС, индуктироваться в окремих витках котушки:
Суму магнітних потоків окремих витків котушки називають потокозчеплення:
• Одиниця зміни потокосцепления, як і магнітного потоку, - вебер (Вб; Wb).
Якщо електричний струм в контурі змінюється, то змінюється і створений ним магнітний потік. При цьому згідно із законом електромагнітної індукції в провіднику индуктируется ЕРС. Оскільки вона виникає внаслідок зміни струму в самому провіднику, то це явище названо самоіндукцією. а індукована в провіднику ЕРС названа ЕРС самоіндукції.
Магнітний потік і потокозчеплення залежать не тільки від сили струму в провіднику, а й від форми і розмірів цього провідника, а також від магнітної проникності навколишнього його середовища. Між потокозчеплення і струмом існує наступна залежність:
де L - коефіцієнт пропорційності.
Коефіцієнт пропорційності L називають індуктивністю провідника. Він характеризує властивість провідника утворювати потокосцепление при проходженні по ньому струму. Це один з головних параметрів електричних ланцюгів.
Для певної ланцюга індуктивність - величина постійна. Вона залежить від геометричних розмірів контуру, його конфігурації і магнітної проникності навколишнього середовища, але не залежить ні від сили струму в контурі, ні від магнітного потоку.
Індуктивність котушки тим більше, чим більше площа її перетину і чим більше вона містить витків, внаслідок того що обидва ці умови збільшують магнітний потік через котушку при одному і тому ж струмі в ній. Дуже сильно зростає магнітний потік через котушку, якщо в неї вставити залізний сердечник. Тому котушка з залізним сердечником має набагато більшу індуктивністю, ніж така ж за розмірами котушка без осердя.
• Одиниця виміру індуктивності - генрі (Гн; H)
Генрі - це індуктивність провідника, в якому струм силою 1 А збуджує магнітний потік 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб / 1 А.
ЕРС самоіндукції визначають за формулою
де # 916; # 934; / # 916; t - швидкість зміни магнітного потоку.
Якщо взяти два або більше електрично не зв'язаних замкнутих контуру і по одному з них пропустити струм, то в інших контурах буде индуктироваться ЕРС. Це явище отримало назву взаємоіндукції.
В електричних приладах і апаратах металеві деталі іноді рухаються в магнітному полі або нерухомі металеві деталі перетинаються силовими лініями змінюється за значенням магнітного поля. У цих металевих деталях индуктируется ЕРС самоіндукції. Під дією ЕРС в масі металевої деталі порушуються вихрові струми (струми Фуко), які замикаються в масі, утворюючи вихрові контури струмів.
Вихрові струми породжують свої власні магнітні потоки, які за законом Ленца протидіють магнітному потоку котушки і послаблюють його. Крім того, вони викликають нагрів сердечника, що є марною тратою енергії.
Для зменшення втрат від вихрових струмів сердечники котушок індуктивності, а також магнітопроводи електричних машин і апаратів виготовляють у вигляді пакетів з листів електротехнічної сталі. Листи ізолюють один від одного спеціальними лаками.