Электромагниттік индукция туралы
Электромагниттік индукция
Тоқтардың магниттік әсерлесуі және электр тогының магнит өрісін тудыру қабілеті ашылғаннан кейін, көптеген ғалымдар кері процесті — магнит өрісінің әсерінен электр тогын тудыру мүмкіндігін — зерттей бастады. Бұл мәселені 1831 жылы М. Фарадей алғаш болып шешті: ол өткізгіштен жасалған катушканың ішіндегі магнит өрісі өзгергенде, катушкада ток пайда болатынын анықтады. Бұл құбылыс электромагниттік индукция деп аталады.
Электромагниттік индукция нәтижесінде пайда болатын электр тогын индукциялық ток деп атайды.
Индукциялық токты тудыру жолдары
Тәжірибелер катушкадағы индукциялық токты әртүрлі әдістермен тудыруға болатынын көрсетті:
- магнитті катушкаға кіргізу немесе одан шығару;
- катушканы магнитке кигізу немесе магниттен суырып алу.
Индукциялық ток механикалық қозғалыссыз да пайда болуы мүмкін. Ол үшін бір-біріне жақын орналасқан екі катушканың біреуін ток көзіне қосу жеткілікті.
Егер бірінші катушкадағы ток тудыратын магнит өрісі екінші катушканың орамдарын олардың жазықтықтарына перпендикуляр бағытта тесіп өтсе, онда бірінші катушкадағы токтың кез келген өзгерісі екінші катушкада индукциялық ток тудырады.
Индукцияның ЭҚК-і және «бөгде күштер»
Кез келген тұйық контурда электростатикалық күштердің жұмысы нөлге тең. Алайда катушканың тұйық тізбегінен өтетін магнит өрісінің кез келген өзгерісі индукциялық ток тудырады. Бұл — магнит өрісі өзгергенде катушка сымдарындағы электр зарядтарына табиғаты электростатикалық емес күштер әсер ететінін көрсетеді.
Осы «бөгде күштердің» жұмысы индукцияның электроқозғаушы күші (ЭҚК) арқылы сипатталады.
Ленц ережесі: бағытты анықтайтын қағида
Тәжірибе көрсеткендей, индукциялық токтың бағытын әрдайым Ленц ережесі анықтайды: индукциялық токтың магнит өрісі оны тудыратын магнит өрісінің өзгерісін компенсациялауға (қарсы әсер етуге) тырысады.
Мысал: магнитті катушкаға енгізгенде катушкадағы магнит өрісі өседі. Осы кезде пайда болған индукциялық токтың магнит өрісі қарама-қарсы бағытталады да, магнит өрісінің өсуін тежейді.
Сонымен қатар, индукциялық ток өз магнит өрісінің әсерімен магниттің катушкаға енуіне кедергі жасайды. Демек, индукциялық токты тудыру үшін сыртқы күштер жұмыс істеуі қажет.
Осылайша, Ленц ережесі энергияның сақталу және айналу заңымен тығыз байланысты: индукциялық токтың энергиясы өздігінен пайда болмайды, ол мөлшері тең басқа энергия түрінің түрленуі арқылы ғана пайда болады.
Қозғалатын өткізгіштегі индукция: ЭҚК-ті түсіндіретін мысал
Индукцияның ЭҚК мәнін табу үшін келесі мысалды қарастырайық. Біртекті магнит өрісінде B индукция векторына перпендикуляр жазықтықта арақашықтығы l болатын екі параллель металл стержень орналассын. Олардың бір жақтағы ұштарын өзара қосайық. Стерженьдерге перпендикуляр орналасқан жылжымалы түзу өткізгіш олармен жанасып тұрсын.
Өткізгіш солдан оңға бірқалыпты жылдамдықпен υ қозғалғанда, өткізгіштегі әрбір электронға магнит өрісі тарапынан Лоренц күші әсер етеді:
FM = eυB
Лоренц күшінің әсерінен өткізгіштегі еркін электрондар қозғалысқа келеді де, қозғалып тұрған AB өткізгіш, BC және DA стерженьдер, сондай-ақ оларды қосатын тыныштықтағы CD өткізгіштен тұратын тұйық тізбекте индукциялық ток пайда болады.
Бір электронның B нүктеден A нүктеге орын ауыстыруында Лоренц күшінің істейтін жұмысы:
AAB = FMl = eυBl
Тізбектің BC, CD және DA бөліктерінде электрондардың қозғалыс бағыты Лоренц күші векторына перпендикуляр болғандықтан, бұл бөліктерде Лоренц күшінің жұмысы нөлге тең.