Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
поля В, если площадь сечения проволоки, из которой изготовлена рамка, S =
4 мм2, а плотность материала проволоки р = 8,6-103 кг/м3. Ускорение
свободного падения принять g = 10 м/с2.
3.3.6. Вдоль наклонной плоскости, образующей с горизонтом угол а =
30° , проложены рельсы, по которым мо-
жет скользить проводящий стержень массой т ^
= 1 кг. Какой минимальной величины ток I нужно пропустить по стержню,
чтобы он оста- в
вался в покое, если вся система находится в однородном магнитном поле с
индукцией В = 0,2 Тл, направленной вертикально? Коэффициент трения
стержня о рельсы ц = 0,2, расстояние между ними / = 0.5 м. Ускорение
свободного падения принять g = 10 м/с2.
198
Электромагнитная индукция
3.4. Электромагнитная индукция.
Вопросы программы
• Магнитный поток. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции.
Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции. Правило
Ленца.
• Самоиндукция. Индуктивность. ЭДС самоиндукции.
• Энергия магнитного поля тока.
Определения, понятия и законы
Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Английский физик М.
Фарадей в 1831 г. обнаружил, что при изменении магнитного поля,
пронизывающего замкнутый проводящий контур, в нем возникает электрический
ток. Этот ток был назван индукционным током. В своих опытах Фарадей
наблюдал возникновение индукционного тока в катушке из металлической
проволоки при вдвигании в нее и выдвигании из нее постоянного магнита, а
также при изменении силы тока во второй катушке, магнитное поле которой
пронизывает первую катушку.
Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре
при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, называется
электромагнитной индукцией.
Магнитный поток. Для количественного описания этого явления вводится
понятие магнитного потока. Потоком магнитной индукции (магнитным потоком)
через некоторую поверхность площадью S называется величина
Ф = BScosa = B±S, (3.4.1)
где а - угол между вектором В и нормалью к поверхности S (рис. 3.4.1).
Поток магнитной индукции через контур с током будет положи-
Определения, понятия и законы
199
тельным, если составляющая В± вектора В J------уй
вдоль нормали к контуру совпадает с положи-тельным направлением нормали,
и отрица-
тельным, если составляющая В± противопо-
ложна положительному направлению нормали |
(рис. 3.4.1). Рис- 3'4J
Для любого контура положительное направление нормали связано с
положительным направлением обхода контура правилом буравчика: если
рукоятку буравчика вращать по направлению обхода, то перемещение
буравчика укажет положительное направление нормали.
Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Появление электрического
тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего
контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил
неэлектрической природы, или о возникновении ЭДС индукции. Опыты
показывают, что направление ЭДС индукции (и, следовательно, индукционного
тока) зависит от того, возрастает или убывает магнитный поток через
контур, а также от знака магнитного потока. Общее правило, позволяющее
определить направление индукционного тока в контуре, было установлено в
1833 г. русским физиком Э.Х. Ленцем. Согласно правилу Ленца, возникающий
в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что
созданный им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром,
стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым вызван
данный ток.
Экспериментальные исследования зависимости ЭДС индукции от характера
изменения магнитного потока привели к установлению закона
электромагнитной индукции: При изменении магнитного потока через
поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в нем возникает ЭДС
индукции Е, которая численно равна и противоположна по знаку скорости
изменения магнитного потока:
200
Электромагнитная индукция
где ДФ - изменение магнитного тока за время At . Знак отражает правило
Ленца: если ДФ > 0, то ЭДС индукции в контуре направлена против
положительного направления обхода контура, если ДФ < 0, то направление
ЭДС индукции совпадает с положительным направлением обхода контура.
В Международной системе единиц закон электромагнитной индукции используют
для установления единицы магнитного потока. Эту единицу называют вебгром
(Вб) и определяют следующим образом: магнитный поток через площадь,
ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном
убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции IB:
1 Вб = 1 В ¦ 1с.
Единицу магнитной индукции устанавливают на основе соотношения (3.4.1).
Если вектор В перпендикулярен поверхности S, то Ф = BS. Отсюда магнитная
индукция равна единице, если она создает через площадь 1 м2 магнитный
поток 1 Вб. Эту единицу магнитной индукции называют тесла (Тл): 1 Тл = 1
Вб/1 м2 = 1 Н/(1 А • 1 м).
ЭДС индукции возникает как в неподвижном контуре, помещенном в
изменяющееся магнитное поле, так и в проводнике движущемся в магнитном
