Природа индукционного тока это

1. Электромагнитная индукция

Великому английскому физику Майклу Фарадею потребовалось почти \(10\) лет, чтобы ответить в \(1831\) году на вопрос: как превратить магнетизм в электричество?

Электрический ток в замкнутом контуре, возникающий при изменении магнитного поля, называется индукционным .

Индукционный ток , так же как и ток от гальванического элемента или аккумулятора, представляет собой упорядоченное движение электронов .

Многочисленные опыты М. Фарадея привели к выводу, что индукционный ток в контуре, замкнутом на гальванометр, возникает при изменении :

На рисунке \(4\) представлен пример отсутствия появления индукционного тока при вращении магнита вокруг вертикальной оси.

В России электротехника развивалась интенсивно с поддержки Николая I. Развитие электротехники в Европе отозвалось открытиями и изобретениями в России.

В \(1833\) году русский учёный Эмилий Христианович Ленц доказал, что электрическая машина может работать как электродвигатель и как генератор электричества . Такое свойство назвали обратимостью электрических машин .

В \(1834\) году Борис Семёнович Якоби построил действующий «магнитный аппарат» вращательного движения — классический электродвигатель ; послал описание в Парижскую академию наук.

В \(1888\) году Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный генератор переменного тока, в \(1889\) году — электродвигатель переменного тока, в \(1890\) году — трансформатор трёхфазного тока. На Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне (\(1891\)) представил изобретённую систему передачи трёхфазного тока на расстояние \(170\) км (рис. \(5\)).

Принцип работы индукционной плиты основан на явлении электромагнитной индукции. Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают не только в проволочных контурах, но и в массивных образцах металла. Эти токи называют вихревыми токами, или токами Фуко. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание. Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке. Под стеклокерамической поверхностью плиты находится катушка индуктивности, по которой протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Частота тока составляет \(20\) –\(60\) кГц . В дне посуды наводятся токи индукции, которые нагревают его, а заодно и помещённые в посуду продукты. Нет никакой теплопередачи снизу вверх, от конфорки через стекло к посуде, а значит, нет и тепловых потерь. С точки зрения эффективности использования потребляемой электроэнергии индукционная плита выгодно отличается от всех других типов кухонных плит.

Источник

15.6. Природа э.Д.С. Индукции

Явление электромагнитной индукции подразделяется на два принципиально различных вида.

К первому виду относятся явления, возникающие при движении проводников в стационарных магнитных полях. Ко второму виду относятся явления, в которых э.д.с. индукции возникает под действием переменных магнитных полей в неподвижных (или движущихся) проводниках.

Проанализируем явления первого вида на следующем примере. Рассмотрим контур с подвижной перемычкой длиныl (рис. 15.11) в однородном магнитном поле , перпендикулярном плоскости контура. Если привести перемычку в движение со скоростью, то такую же скорость относительно магнитного поля приобретут и носители тока в перемычке — электроны.

В результате, на каждый электрон будет действовать направленная вдоль перемычки сила Лоренца:

(15.18)

где е — заряд электрона.

Сила (15.18) является сторонней. Ей соответствует стороннее электрическое поле напряженности

(15.19)

Известно, что э.д.с., действующую в замкнутой цепи, можно определить как циркуляцию вектора напряженности поля сторонних сил, поэтому с учетом (15.19) получим

Здесь учтено, что движется лишь образуемый перемычкой участок (1-2) контура L. Поскольку =соnst и =соnst, то можно вынести постоянный вектор из-под знака интеграла, а затем провести циклическую перестановку в смешанном произведении трех векторов:

(15.20)

За время dt участок l контура, совершив перемещение =, пересечет площадку, причем

(15.21)

где — вектор нормали к контуру, совпадающий по направлению с вектором (см. рис. 15.11). Умножим и разделим (15.20) наdt и учтем (15.21):

Таким образом, возбуждение э.д.с. индукции при движении контура в постоянном магнитном поле объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника.

Э.д.с. индукции появляется в каждом отрезке проводника, пересекающего при своем движении линии магнитной индукции поля. На концах проводника возникает разность потенциалов (), которая согласно формуле (15.20) равна

где — угол между векторамии(15.20).

Возникновение эд.с. индукции и индукционного тока в неподвижном проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, нельзя объяснить действием на носители тока магнитной составляющей силы Лоренца (на неподвижные заряды эта сила не действует). Поэтому Максвелл предположил, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве непотенциальное (вихревое) электрическое поле напряженности , которое и является причиной появления индукционного тока в замкнутом проводнике. Таким образом, в данном случае э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре L равна

(15.22)

где частная производная учитывает изменение магнитного потока лишь за счет изменения индукции магнитного поля со временем.

то

поэтому (15.23)

Формулы (15.22) и (15.23) показывают, что циркуляция напряженности индуктированного вихревого электрического поля вдоль замкнутого проводящего контура L равна

(15.24)

Источник