14.2. Вихревое электрическое поле

• Причина явления электромагнитной индукции — возникновение вихревого электрического поля (гипотеза Максвелла). Определим его свойства.

• Связь переменного магнитного и вихревого электрического поля

По основному закону электромагнитной индукции: .

П о определению ЭДС: , где — напряженность поля сторонних сил. В нашем случае, это напряженность вихревого электрического поля. Сравнивая выражения, получаем (рис.14.3):

Скорость уменьшения магнитного потока равна циркуляции напряженности вихревого электрического поля.

• Свойства вихревого электрического поля:

• Линии вихревого электрического поля замкнуты. Поле существует независимо от электрических зарядов.

• Циркуляция напряженности вихревого электрического поля не равна нулю.

Вихревые токи (токи Фуко) возникают в массивных проводниках в переменном магнитном поле. Используются в индукционных печах (СВЧ–печи), в медицине.

• Г енератор переменного тока предназначен для производства электроэнергии. Генератор (рис. 14.4) состоит из одного или нескольких (N) витков площадью S, вращающихся с постоянной угловой скоростью  в поле постоянного магнита с индукцией В. За счет вращения магнитный поток, пересекающий контур, меняется по гармоническому закону:

.

Возникающая переменная ЭДС и переменный ток также меняются гармонически. Здесь — амплитудное значение ЭДС,

— амплитудное значение силы тока,

R — сопротивление цепи, N — число витков.

• Переменный ток. Переменный ток представляет собой вынужденные колебания тока в электрической цепи, происходящие с частотой генератора : . Частота тока в потребительской цепи  = 50 Гц.

14.3. Самоиндукция

• Я вление самоиндукции. При изменении собственного (основного) тока в цепи возникает ЭДС и ток самоиндукции (экстраток), препятствующий этому изменению (правило Ленца, рис.14.5) . При включении (выключении) электрических приборов ток растет (исчезает) постепенно, а не скачком.

• И ндуктивность L, Гн (Генри) — определяет способность контура создавать магнитный поток (рис.14.6). Это электрическая характеристика контура, зависящая от его устройства и магнитных свойств среды.

.

Индуктивность численно равна магнитному потоку, который создает контур при силе тока в нем 1А.

• И ндуктивность соленоида

По определению магнитного потока:

Сравнивая с определением индуктивности , получаем: , где — длина, площадь сечения и объем соленоида (рис.14.7), — число и плотность намотки витков.

• ЭДС самоиндукции определяется по закону Фарадея:

.

14.4. Взаимная индукция

• В заимная индукция (взаимоиндукция) — явление возникновения ЭДС в одном контуре при изменении силы тока в другом (рис. 14.8).

• Коэффициент взаимной индукции L₂₁, Гн определяет способность первого контура создавать магнитный поток во втором контуре: .

• ЭДС взаимной индукции определяется по закону Фарадея:

.

• 

  Т рансформатор — это устройство для изменения напряжения в цепи переменного тока. Состоит из первичной и вторичной обмоток и ферритового сердечника (рис. 14.9). Переменный ток, создаваемый генератором в первичной обмотке, порождает переменный магнитный поток Ф₀, который усиливается ферритовым сердечником и передается во вторичную обмотку. Во вторичной обмотке возникает индукционная ЭДС U₂:

.

К — коэффициент трансформации ,

где U₁ напряжение генератора; N₁ и N₂ — число витков в первичной и вторичной обмотках. Если N₁ > N₂, то трансформатор понижает напряжение, N₁ < N₂ — повышает.