На ці заряди діє сила Лоренца FЛ, спрямована вздовж провідника. Під дією сили Лоренца вільні заряди зміщуються і накопичуються на кінцях провідника. Таким чином, на кінцях провідника виникає різниця потенціалів, а всередині провідника створюється електричне поле напруженості E. Це поле діє на заряди електричними силами Fел. Накопичення зарядів на кінцях провідника приводить до збільшення напруженості електричного поля, і тим самим збільшенню сили Fел. При певній різниці потенціалів на кінцях провідника електрична сила стає рівною силі Лоренца:, і перерозподіл зарядів припиняється. Таким чином, сила Лоренца, що рухає заряди всупереч дії електричних сил, має неелектричну природу, тобто є сторонньою силою, яка призводить до виникнення ЕРС на кінцях провідника.
Знайдемо цю ЕРС індукції. ЕРС дорівнює відношенню роботи сторонніх сил Aстор з переміщення пробного заряду q до величини цього заряду:
, (4.10.2)
де l - вектор переміщення позитивних зарядів під дією одного лише електричного поля напруженості E. p> Т.к. сила Лоренца переміщує заряди проти дії електричної сили, то її робота негативна
. (4.10.3)
В результаті отримаємо формулу для ЕРС індукції рухомого провідника.
. (4.10.4)
Якщо кінці рухомого провідника замкнути (рис. 4.10.5), то в такій замкнутій ланцюга потече індукційний струм в напрямку сили Лоренца, тобто від В«мінусаВ» до В«плюсаВ» провідника. Напрямок індукційного струму зазвичай визначають за допомогою правила правої руки. br/>В
Рис. 4.10.5. br/>
Правило правої руки. Розташуємо праву руку так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, а відігнутий великий палець збігався з перпендикулярної лініям поля проекцією швидкості руху, то інші чотири пальці вкажуть напрямок індукційного струму в провіднику, що рухається в магнітному полі. p> Правило правої руки повністю еквівалентно правилом Ленца.
Покажемо тепер, що формула (4.10.4) для ЕРС рухомого провідника слід також і з закону електромагнітної індукції (4.10.1). За час Dt площа контура змінюється на (див. рис. 4.10.5). Зміна магнітного потоку за цей час одно
. p> Отже.
. Природа ЕРС, що виникає в нерухомому контурі при зміні магнітного поля, в якому знаходиться цей контур. p> У цьому випадку виникнення ЕРС індукції вже не можна пояснити дією сили Лоренца. Електрони в нерухомому провіднику можуть приводитися в рух тільки електричним полем. Це електричне поле породжується не електричними зарядами, а змінюється в часі магнітним полем. Робота цього поля при переміщенні одиничного позитивного заряду по замкнутому контуру дорівнює ЕРС індукції, що виникає в нерухомому провіднику, тобто не дорівнює нулю. Отже, електричне поле, породжене мінливих магнітним полем, не є потенційним Таке поле, як ми вже знаємо з В§ 8, називається вихровим електричним полем. Уявлення про вихровому електричному полі було введено у фізику великим англійським фізиком Дж. Максвеллом в 1861 році.
У масивних провідниках вихровий електричне поле призводить до появи вихрових струмів. Вихрові струми, що виникають у масивних провідниках, називаються струмами Фуко. Токи Фуко призводять до нагрівання провідників. Щоб уникнути значного нагрівання за рахунок струмів Фуко, масивні сердечники трансформаторів роблять складаються з тонких пластин. br/>
Самоіндукція
В
Рис. 4.11.1. br/>
Розглянемо замкнутий контур, по якому тече постійний струм I (рис. 4.11.1). Цей струм створює магнітне поле індукцією B, і через поверхню, що спирається на контур, проходить магнітної потік F. При цьому. Тобто власний магнітний потік F, пронизливий контур з струмом, пропорційний силі струму I:
. (4.11.1)
Коефіцієнт пропорційності L в цій формулі називається коефіцієнтом самоіндукції або індуктивністю контуру. Індуктивність залежить від форми і розмірів контуру, а також від магнітних властивостей середовища. Одиниця індуктивності в СІ називається генрі (Гн). 1 Гн = 1 Вб/1 А.
Індуктивність соленоїда. В якості прикладу розрахуємо індуктивність довгого соленоїда, що має N витків, площа перетину S і довжину l з сердечником, магнітна проникність якого дорівнює m . Магнітне поле такого соленоїда визначається формулою (4.9.8):
,
де I - струм в соленоїді, - число витків на одиницю довжини соленоїда.
Магнітний потік, що пронизує всі N витків соленоїда, дорівнює
. (4.11.2)
Отже, індуктивність соленоїда можна розрахувати за однією з наступних формул:
, (4.11.3)
де V = Sl - обсяг соленоїда, в якому зосереджено магнітне поле. Отриманий результат не враховує крайових ефектів, тому він наближено справедливий тільки для досить довгих котушок. p align="justify"> Якщо власний магнітний...
