6. Сила, действующая на контур с током. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле

Если проводник не закреплён (например, одна из сторон контура изготовлена в виде подвижной перемычки), то под действием силы Ампера он будет в магнитном поле перемещаться, => магнитным полем совершается работа по перемещению проводника с током.

Работа по перемещению проводника с током в магнитном моле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересечённый движущимся проводником.

Вычислим работу по перемещению замкнутого контура с постоянным током I в магнитном поле.

Работа , совершаемая силами Ампера при рассматриваемом перемещении контура в магнитном поле, равна алгебраической сумме работ по перемещению проводника ABC ( ) и CDA ( ):

, где

– изменение магнитного потока через площадь, ограниченную контуром с током.

Работа по перемещению замкнутого контура равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром.

7. Законы электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Вывод закона электромагнитной индукции из закона сохранения энергии, а также на основе электронной теории. Явление самоиндукции. Индуктивность. Явление взаимной индукции

Явление ЭМИ

Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле, следовательно, были попытки возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля.

В 1831 году Майкл Фарадей провел серию экспериментов:

Если в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты вдвигания и выдвигания наблюдается отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). Отклонение стрелки пропорционально скорости движения магнита. Вместо магнита можно взять катушку и пропускать через нее ток.

Отклонение стрелки гальванометра наблюдается в момент включения и выключения тока, в моменты его увеличения или уменьшения, при перемещении катушек друг относительно друга.

Вывод: индукционный ток возникает тогда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции. Значение индукционного тока совершенно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения.

Закон Фарадея. Правило Ленца

Всякий раз когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток, следовательно, в цепи присутствует ЭДС электромагнитной индукции (ЭМИ)

Выбирая определенное положительное направление нормали мы определяем как знак потока магнитной индукции, так и направление индукционного тока в контуре и величину ЭДС.

– закон ЭМИ (закон Фарадея для ЭМИ)

Знак «–» показывает, что:

• если магнитный поток с течением времени увеличивается:

В этом случае поле индукционного тока направлено на встречу внешнему полю.

• если магнитный поток с течением времени убывает

В этом случае поле индукционного тока сонаправлено с внешним магнитным полем ( ).

Правило Ленца:

Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

Вращение рамки в магнитном поле

Явление ЭМИ применяется для преобразования механической энергии в энергию тока (в генераторе). Пусть рамка вращается в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью:

если

Если в однородном магнитном поле равномерно вращается рамка с током, то в ней возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону.

Индуктивность контура. Самоиндукция

Вспомним, что контур с током создает вокруг себя магнитное поле:

L – индуктивность контура

При изменении силы тока в контуре будет изменяться сцепленный с ним магнитный поток, следовательно, в контуре будет индуцироваться ЭДС. Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называется самоиндукцией.

Применим к явлению самоиндукции закон Фарадея:

Если контур не деформируется и магнитная проницаемость не изменяется, то , тогда

1) , т. е.

2) , т. е.