Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.
Движение проводников
Если к концам проводника, движущегося в магнитном поле, подключить вольтметр, то прибор покажет наличие разности потенциалов на концах проводника. Таким образом, когда проводник перемещается в области с магнитным полем, в нем возникает электромагнитная движущая сила (ЭДС).
Согласно закону Лоренца, в проводнике, движущемся в магнитном поле, создается ЭДС
\(\varepsilon_{i} = \text{LvB}\ \sin\alpha\);
где:
\(\varepsilon_{i}\) ― ЭДС электромагнитной индукции [B],
B ― индукция магнитного поля [Тл],
l ― длина проводника [м],
v ― скорость движения проводника [м/с],
α ― угол между направлением вектора скорости \(\overrightarrow{v}\) и длиной проводника \(\overrightarrow{l}\) , если вектор индукции магнитного поля \(\overrightarrow{B}\) перпендикулярен проводнику и вектору скорости его движения: \(\overrightarrow{B}\bot\overrightarrow{v}\) ,\(\ \overrightarrow{B}\bot\overrightarrow{l}\)
Используя силу Лоренца, можно получить это определение ЭДС. Сила Лоренца ― это проявленное действие магнитного поля на заряженную частицу.
В проводнике присутствует большое количество свободных зарядов (именно это отличает проводники от диэлектриков), и на каждый из зарядов действует сила Лоренца, перемещая их по проводнику так, что в одной его части скапливается отрицательный заряд, а в другой, соответственно, положительный. Это распределение зарядов и является физической основой для возникновения электродвижущей силы.
На рисунке показано как сила Лоренца, действующая на каждый из зарядов проводника, создает ЭДС в проводнике. Если одиночный отрицательный заряд попадает в магнитное поле, направленное от нас, то, согласно правилу левой руки, направление его движения изменяется так, как показано на рисунке. Если в область с таким же магнитным полем входит проводник, суммарный заряд которого равен нулю, но внутри которого находятся электроны, способные свободно перемещаться в проводнике, то электроны стекаются в один конец проводника. Так как электроны переместились в один конец проводника, то этот конец приобретает отрицательный заряд, а противоположный ему ― положительный. Таким образом, в проводнике возникает разность потенциалов и электродвижущая сила.
В некоторых случаях удобно решать задачи, используя определение ЭДС через закон Лоренца (обычно это задачи о движении прямолинейного проводника в поле), в других ― через закон Фарадея.
В случае, если есть какой-то замкнутый контур, то ЭДС в нём возникает только тогда, когда меняется магнитный поток через этот контур. В случае же тонкого стержня, для которого нельзя применить понятия магнитного потока, потому что у него просто нет площади, ЭДС возникает при движении в постоянном магнитном поле.
В случае, если в задаче дана проводящая рамка или контур, для определения ЭДС (напряжения) используем формулу :
\(\varepsilon_{i} = - \frac{\mathrm{\Delta}Ф}{\mathrm{\Delta}t}\)
В случае, если в задачи дан проводник, движущейся в поле, для определения ЭДС (напряжения) используем формулу
\(\varepsilon_{i} =\)U = lvBsinα.