Zmienne pole magnetyczne
Strumien pola magnetycznego, jak widzielismy dotychczas, moze
zmieniac sie w WYniku wzglednego ruchu magnesów i zwojów (petli). Ale sile
elektromotoryczna SEM mozna indukowac w nieruchomym zwoju,
umieszczajac ja w zmiennym w czasie polu magnetycznym. Staje sie to
oczywiste po uwzglednieniu ze:
co daje:
dB
&= - dt
.
oraz, ze
d -+ -+ dB -+ -+ dS &=--(BoS)=--~ oS-Bo- dt dt dt
Pierwszy skladnik po prawej stronie opisuje SEM indukowana w wyniku
zmian pola magnetycznego w czasie, drugi - w WYnikuzmian geometrii
przewodnika. W ogólnym przypadkll SEM moze byc indukowana
równoczesnie przez zmiane pola magnetycznego jak i przez zmiane
geometrii.
Z mikroskopowego punktu widzenia (wnetrza przewodnika), ta SEM
spowoduje ruch nosników ladunku, co jest równowazne istnieniu
"indukowanego" pola elektrycznego E wewnatrz przewodnika (wszak sila
poruszajaca nosniki F = qE). Zatem prawo Faraday'a mozna wypowiedziec
tak:
zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne
Rozwazmy kolowy przewodnik o promieniu r znajdujacy sie w jednorodnym
polu magnetycznym o indukcji wzrastajacej w czasie z szybkoscia dB/dt,
stala we wszystkich punktach pola. Jest to przypadek odpowiadajacy
formule:
dE -+
-aS
& = - dt
Pole takie mozna zrealizowac przy pomocy elektromagnesu, odpowiednio
zwiekszajac w czasie natezenie pradu plynacego przez jego uzwojenie.
x x x
x x x
x x x
E
x x
x x x x x
x x x
x x
x x
x x x
Pod wplywem indukowanej SEM ladunki beda poruszac sie "wzdluz"
przewodnika. Oznacza to, ze pole elektryczne E wymuszajace ich ruch
wewnatrz przewodnika musi byc zawsze do niego styczne.
UWAGA: kierunek pola E na tym rysunku wynika z reguly Lenza. Pole B
wzrasta ZA plaszczyzne rysunku. Indukowany prad (zatem pole E) musi sie
przeciwstawic temu wzrostowi. Prad musi miec zatem taki kierunek, aby
generowane przez niego pole B' mialo biegun N PRZED plaszczyzne
rysunku. Oznacza to, ze prad (i pole E) musza miec w przewodniku kierunek
przeciwny do ruchu wskazówek zegara.
Niech ladunek próbny qo porusza sie w naszym przewodniku kolowym.
Praca wykonana przez SEM przy pojedynczym obiegu tego ladunku wokól
przewodnika wynosi W = qoE.Z drugiej strony praca ta jest równa W = F·I
= qoE·2nr. Porównujac te wyrazenia dostajemy:
E = E·2nr
Wzór powyzszy jest sluszny dla naszego KONKRETNEGO przypadku,
kiedy plaszczyzna przewodnika jest prostopadla do linii pola magnetycznego.
(…)
… od jednosci, [aluminium, cyna chrom,
magnez, mangan],
diamagnetyki, J.l niewiele mniejsze od jednosci, [bizmut, cynk, miedz,
olów, srebro],
ferromagnetyki, J..l bardzo duze zalezne od indukcji pola magnetycznego,
[zelazo, kobalt, nikiel, gadolin].
i
Od dawna znane sa naturalne magnesy (ferromagnetyki), bedace
krysztalami mineralu zwanego magnetytem (FeO, Fe203). Wspólczesnie
substancje o podobnych…
… przez nia pradu bedzie ulegalo zmianie. Zjawisko to
nazywa sie samoindukcja, a indukowana wówczas SEM nazywa sie sila
elektromotoryczna samoindukcji. Podlega ona równiez prawu Faraday'a.
Rozwazmy ciasno nawinieta cewke, przez która plynie prad o natezeniu i.
Prawo Faraday'a mówi, ze indukowana SEM WYnosi:
gdzie N oznacza
magnetycznego
zatem dla danej
proporcjonalna
liczbe zwojów, a N<DB - calkowity…
…:
Kierunek SEM samoindukcji mozna okreslic w oparciu o regule Lenza .
•
,
l.
,
l.
W cewce tej kolorem niebieskim zaznaczono czesci uzwojenia "frontowe", a
kolorem czerwonym - "tylne". Plynie w niej prad staly o natezeniu i.
Jesli zaczniemy zmniejszac natezenie pradu, to zgodnie z regula Lenza SEM
samoindukcji musi sie takiej zmianie przeciwstawic. Bedzie sie zatem starala
podtrzymac natezenie plynacego…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)