Явление и ЭДС электромагнитной индукции

Если проводник длиной lпересекает магнитное поле с индук­цией В со скоростью V, то в этом проводнике индуктируется ЭДС электромагнитной индукции.

Явление наведения ЭДС электромагнитной индукции в проводнике, пересекающем магнитное поле, называется электромагнитной ин­дукцией.

Природу наведения ЭДС в пересекающем магнитное поле про­воднике можно рассматривать на примере перемещения указан­ного выше проводника перпендику­лярно линиям магнитного поля со скоростью V, вверх (рис. 9.1).

Очевидно, вместе с проводником вверх перемещаются все свободные и несвободные заряды проводника, со­здавая свой ток, т. е. направленное перемещение зарядов. Так как пере­мещающиеся направленно заряды создают ток в магнитном поле, то на каждый свободный заряд будет дейст­вовать электромагнитная сила, направление которой можно определить по правилу левой руки. Учитывая, что за направление тока принято направление перемещения положительных зарядов, ток положительных зарядов, перемещающихся вместе с провод­ником, направлен вверх, а ток отрицательных зарядов — вниз, т. е. противоположно току положительных зарядов.

В результате взаимодействия тока зарядов с магнитным полем на положительные заряды, в данном примере, электромагнитная сила направлена влево, а на отрицательные заряды — вправо. Та­ким образом, на концах рассматриваемого проводника сосредота­чиваются разноименные заряды (рис. 9.1), т.е. создается ЭДС электромагнитной индукции Е.

Направление ЭДС электромагнитной индукции определяется правилом правой руки: правую руку располагают так, чтобы маг­нитные линии поля входили в ладонь, а отогнутый большой палец

щщзывал направление перемещения проводника (направление скорости V), тогда вытянутые четыре пальца покажут направление индуцированной ЭДС Е (см. рис. 9.1).

Проводник с ЭДС может выполнять функцию источника электрической энергии.

Величина индуктированной ЭДС рассчитывается с учетом того, что разделение зарядов в проводнике происходит под действием электромагнитных сил, напряженность которых определяется выражением

Где Е_инд - напряженность индукции — напряженность поля, созданная электромагнитными силами и направленная так же, как силы, действующие на положительный заряд (рис. 9.1); F_инд — электромагнитные силы, действующие на заряды, создающие ток зарядов; q_зар — заряды, создающие ток зарядов; I_зар — ток зарядов, направленно пересекающих магнитное поле, т.е. I_зар = q_зар/t (количество электричества в единицу времени); V= L/t — скорость перемещения проводника (зарядов), где L — путь, пройденный зарядом за время t.

Разделенные в проводнике заряды создают в нем электрическое поле, напряженность которого Е_элнаправлена от положительного заряда к отрицательному (рис. 9.1). Таким образом, напряженность электрического поля в проводнике Е_элнаправлена против напряженности индукции Ё_инд. Очевидно, разделение зарядов в проводнике под действием электромагнитных сил прекратится тогда, когда напряженность Е_эл станет равной Е_инд:

Сосредоточенные на концах проводника разделенные заряды Издают в проводнике однородное электрическое поле. Следовательно, напряжение на концах проводника согласно (1.13) будет

Так как проводник разомкнут (холостой ход), то напряжение U На концах проводника равно его ЭДС — Е (см. раздел 2.6).

Тогда

Так определяется ЭДС электромагнитной индукции Е в проводнике длиной L, пересекающем однородное магнитное поле с индукцией В перпендикулярно его направлению со скоростью V.

Если же проводник пересекает поле под углом а (рис. 9.2), то ЭДС — Е в этом проводнике определяется выражением:

где а — угол между направлением движения проводника и магнитным полем.

Если проводник с индуктированной ЭДС замкнуть, то в замкну­той цепи проводника появится ток, который, как и ЭДС, называ­ется индуктированным.

Направление индуктированного тока совпадает с направлением индуктированной ЭДС.