Явление электромагнитной индукции: определение, применение

Электродвижущая сила образуется в том случае, если поместить проводник в радиус действия магнитного поля и перемещать его так, чтобы он пересекал линии напряжения. Речь касается ЭДС индукции. Таких результатов можно добиться даже с учётом того, что проводник останется на прежнем месте, а магнитное поле будет перемещаться, пересекая его линиями напряжения. Индуктированным принято называть явление электромагнитной индукции.

Оглавление:

• Краткое описание
• Основные параметры ЭДС
• Свойства индукции
• Борьба с вихревыми токами
• Массивные проводники
• Законы физики
• Сферы применения

Краткое описание

Неподвижными зарядами создаётся статическое электрическое поле. Стабильное во времени магнитное поле возникает благодаря непрерывной подаче тока. Но на этот процесс могут влиять сопутствующие факторы. Магнитные и электрические поля существуют независимо друг от друга. Лучше всего взаимодействие этих полей демонстрирует электромагнитная индукция. Переменное электрическое поле позволяет создать специфическую среду, которая действует на доступные свободные заряды и создаёт ток. В итоге можно будет сформировать электрическое поле в том же проводнике.

Электромагнитным полем принято называть совокупность переменных и электрических магнитных зон, которые в определённых условиях порождают друг друга. Это правило актуально даже по отношению к той среде, которая не имеет свободных зарядов. Распространение в пространстве происходит по принципу электромагнитной волны.

Настоящим достижением человечества является электродинамика. Именно это изобретение оказало колоссальное воздействие на дальнейшее развитие цивилизации. В результате многочисленных экспериментов было доказано, что в природе существуют электромагнитные волны. Благодаря этому появилось радио, телекоммуникационные системы, телевидение, компьютеры, спутниковые средства навигации, а также другие атрибуты современной жизни, к которым человечество так привыкло.

В своей теории Максвелл кратко описал, что основным источником магнитных лучей может являться переменная электрическая зона. Наличие проводника не считается обязательным. Электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Все силовые линии замкнуты. А также было установлено, что магнитные и электрические поля электромагнитной волны являются равноправными.

Основные параметры ЭДС

От общего количества задействованных силовых линий (СЛ) зависит величина ЭДС. Итоговые показатели индуктированной электродвижущей силы напрямую зависят от скорости движения объекта в магнитном поле. Большое значение также имеет длина проводника, который пересекается линиями напряжения. ЭДС будет больше индуцироваться в том случае, если основная часть проводника подвержена воздействию СЛ. Показатели электродвижущей силы напрямую зависят от того, какая индукция используется. Именно это правило изучается на уроках физики.

При движении проводника показатели ЭДС будут прямо пропорциональны длине и скорости перемещения объекта, а также индукции магнитного поля. На этот случай предусмотрена следующая формула: W = JOS. Расшифровка выглядит следующим образом:

• ЭДС индукции — W.
• Магнитная индукция — J.
• Длина — O.
• Скорость движения — S.

Для решения задач по физике нужно понимать, что ЭДС индукции может возникнуть в проводнике, который не покидает границ магнитного поля, только в том случае, если присутствуют пересекающие линии напряжения. Исключений не предусмотрено. Если траектория движения проводника будет проложена только вдоль этих линий, то никакая электродвижущая сила не будет индуцироваться. Описываемая формула может использоваться не во всех случаях. Её применение уместно только тогда, когда проводник перемещается перпендикулярно магнитным силовым линиям поля.

Направление индуктированной ЭДС не является самопроизвольным. Всё зависит от того, в какую именно сторону будет двигаться проводник. Для правильного определения направления в физике существует правило правой руки. Если человек будет держать ладонь таким образом, чтобы в неё входили магнитные линии, тогда большой палец укажет движение проводника. Остальные 4 пальца покажут направление ЭДС и тока.

Свойства индукции

Во всех научных сферах активно используется индукция, так как она имеет большое значение, когда нужно перейти от эмпирических знаний к теоретическим. Часто проводятся различные эксперименты. Благодаря этому удаётся собрать отдельные факты, которые тщательно анализируются. На этой основе строится индуктивное заключение. Необходимость таких выводов заключается в том, что они гарантируют переход от редких фактов к общим, но максимально развёрнутым положениям. Можно проследить некую связь между стремлением создать точное описание гипотезы и перейти к обобщениям.

В физике отдельное внимание уделяют индукции научного типа, так как она отличается поиском причинных связей между явлением и стремлением выявить существующие признаки объектов, объединённых в класс. Научная индукция делится на 3 категории:

• Поиск и изучение причинных связей. Учитывается совокупность обстоятельств, которые предшествуют наблюдаемому явлению.
• Фильтрация случаев. В отличие от базовой индукции, когда учитывается только количество исследуемых ситуаций, тщательный отбор случаев подразумевает то, что будут учтены особенности каждой из анализируемых групп. Такой подход позволяет лучше разобраться во всех параметрах ЭДС.
• Научная индукция может быть построена не только на основании анализа ряда явлений и объектов. Для достижения желаемого результата должен быть изучен единственный представитель группы. Не учитываются индивидуальные свойства, благодаря которым объект выделяется среди других представителей той же категории.

Эти виды индукции имеют большое значение в научной среде. При правильном подходе можно существенно ускорить поиск правильного ответа, узнать базовые значения и открыть для себя закономерности. Такой подход позволяет не ждать, пока будут подробно исследованы все явления анализируемого класса.

Борьба с вихревыми токами

Если большой проводник находится в пределах переменного магнитного поля, то благодаря явлению электромагнитной индукции будут образованы своеобразные вихревые индукционные токи. Речь касается токов Фуко. Такого результата можно добиться даже в том случае, если проводник будет двигаться в постоянном, но неоднородном пространстве магнитного поля. Токи Фуко отличаются тем, что воздействующая на них сила приостанавливает движение проводника.

Если из немагнитного материала изготовить маятник в виде сплошной пластины, чтобы он совершал колебания между полюсами электромагнита, то при включении магнитного поля он резко остановится. Токи Фуко могут нагревать поверхности, что является крайне опасным. Именно поэтому с такими последствиями приходится бороться.

Роторы электродвигателей, а также сердечники трансформаторов изготавливаются из отдельных железных пластин, которые отделены друг от друга слоями изолятора. Благодаря этому удаётся минимизировать вероятность возникновения больших индукционных токов. Положительный эффект обусловлен тем, что пластины изготовлены из сплавов, которые обладают высоким удельным сопротивлением.

Массивные проводники

Магнитные потоки могут легко индуцировать ЭДС в пределах витков катушки. Аналогичное утверждение касается и проводников. Если магнитный поток пронизывает задействованный массивный проводник и индуцирует ЭДС, то в итоге образуются специфические индукционные токи. Это физическое явление нашло применение в различных отраслях. Магнитопроводы сложных механизмов, сердечники трансформаторов относятся к разряду массивных проводников, которые под воздействием индукционных токов постепенно нагреваются, что влечёт за собой негативные последствия.

Благодаря многочисленным экспериментам люди поняли, как именно взаимодействуют между собой разные материалы. Из этого становится понятно, что за счёт снижения индукционных токов сердечники и магнитопроводы для электрических установок перестали быть такими массивными. Они состоят из тонких металлических листов, которые изолированы бумагой либо покрыты слоем специального изоляционного лака. Такой подход помог прекратить распространение вихревых токов в проводнике.

Законы физики

Любое изменение магнитного поля внутри катушки обязательно влечёт за собой образование электродвижущей силы индукции. Объясняется это достаточно просто. Если попробовать замкнуть катушку на внешнюю цепь, то в итоге витки будут принимать только индукционный ток. Вокруг проводника сформируется магнитное поле. В результате воздействия всех этих процессов катушка превратится в соленоид. Это явление тщательно изучал Э. Ленц. Учёный смог вывести закон, благодаря которому можно определить, в каком именно направлении движется ток в пределах катушки. Открытие Ленца активно используется в физике.

При изменении магнитного потока электростатическая индукция создаёт в катушке ток, при котором исключено изменение ранее построенного магнитного потока. Закон Ленца актуален по отношению ко всем случаям, когда подразумевается использование индуктированного тока в проводниках. Значения не имеет форма используемого проводника и способ достижения изменения внешнего магнитного поля.

Сферы применения

К изучению электромагнитной индукции нужно отнестись ответственно, так как понимание всех секретов и правил поможет открыть дверь в мир науки. Благодаря этому можно будет создавать новые виды техники и оборудования. Электромагнитная индукция применяется в следующих случаях:

• Создание индукционных печей.
• Изготовление трансформаторов, различных двигателей. Именно электромагнитная индукция используется при создании асинхронных двигателей с короткозамкнутым или фазным ротором. Производство синхронных и асинхронных генераторов.
• Контакторы, магнитные пускатели, датчики движения и различные типы реле не могут работать без ЭДС.
• ЭДС индукции применяется в беспроводных зарядных устройствах для смартфонов, а также в микроволновых печах.

Помимо широкого спектра применения и всех преимуществ электромагнитной индукции, есть и негативные моменты. Из-за ЭДС индукции в электроэнергетике существуют большие потери на вихревые токи, присутствующие практически во всех случаях. С ними стараются бороться различными способами, но полностью ликвидировать эту проблему пока не удалось.