Взаимоиндукция. Трансформатор переменного тока.
То, о чем речь шла до сих пор - самая явная и наглядная разновидность индукции,
магнитное поле просто перемещается относительно проводника или катушки. При
этом наведённая электродвижущая сила (ЭДС) зависит как от "силы" магнитного поля,
так и от скорости движения магнитного поля.
Но создать ЭДС можно иначе. Если взять катушку L2 и разместить её в поле
электромагнита L1, при этом электромагнит запитать не напрямую от батарейки Б,
а через переменный резистор R. Если резистор не трогать, то по обмотке
электромагнита L1 будет идти постоянный ток, а в катушке L1 тока не будет, так
как ЭДС возникает только тогда когда магнитное поле изменяется, например если
бы мы начали перемещать катушку L1 - ток бы появился. Но катушки у нас
неподвижны, поэтому тока нет. А что если повращать ручку резистора R?
При изменении сопротивления резистора R, ток в катушке тоже изменяется, а мы
уже знаем, что магнитный поток напрямую зависит от силы тока. Таким образом,
мы изменяем магнитное поле не перемещая электромагнит, а изменение этого
поля будет наводить ЭДС в катушке, что и покажет подключенный к катушке
вольтметр.
Такая разновидность электромагнитной индукции называется взаимоиндукцией.
Взаимоиндукция чаще всего используется для передачи энергии из одной катушки в
другую в устройствах именуемых трансформаторами. Та обмотка трансформатора,
которая подключается к источнику тока называется первичной, а та, в которой
наводится ЭДС - вторичной. Важно помнить, что если просто
подключить трансформатор к источнику постоянного тока - во вторичной обмотке
никакая ЭДС наводиться не будет, так как ЭДС во вторичной катушке возникает
только тогда, когда происходит изменение магнитного поля. Нужно чтобы ток
постоянно менял свое значение. И вот для этих целей идеально подходит
переменный ток (см. урок 08), который непрерывно
меняется, а значит магнитное поле создаваемое переменным током - тоже будет
непрерывно меняться, а любое изменение магнитного поля будет наводить ЭДС
во вторичной обмотке. Как правило, трансформаторы наматываются на сердечнике,
который нужен для того, чтобы увеличить магнитную индукцию (как в
электромагните, см. урок 09 ), а значит большую
мощность можно передать из первичной обмотки во вторичную, а именно для передачи
мощности и нужен трансформатор. Для повышения мощности трансформатора надо либо
увеличивать размеры сердечника (поэтому мощные трансформаторы такие большие),
либо увеличивать частоту переменного тока (так как ЭДС зависит не только от
изменения магнитного поля, но и от скорости этого изменения, поэтому в
импульсных источниках питания трансформаторы такие маленькие).
Электротрансформатор, в разговорной речи чаще просто трансформатор
(от лат. transformare - "превращать, преобразовывать") - электромагнитное
устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо
магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством
электромагнитной индукции одного переменного напряжения в другое, без изменения
частоты. Трансформаторы нашли широкое распространение в самых различных
областях - электроэнергетике, электронике и радиотехнике.
Самоиндукция.
Оставим на магнитопроводе только одну первичную катушку и подключим ее через
переменный резистор к батарее. Разберемся что происходит в этой цепи.
Когда мы меняем ток в катушке - меняется её магнитное поле. Может ли при
этом наводиться ЭДС внутри самой катушки? А почему нет?
Магнитное поле меняется? Меняется. Оно охватывает витки самой катушки?
Охватывает. А значит в катушке наводится ЭДС. В данном случае она называется
ЭДС самоиндукции, и она точно также пропорциональна скорости изменения
магнитного поля.
Катушка Томсона.
Экспериментальная установка Элиу Томсона демонстрация правила Ленца,
представляет собой вертикально расположенный соленоид с сердечником.
На сердечник надето кольцо из лёгкого металла с малым удельным сопротивлением
(например, алюминия). Концы соленоида подключаются к городской сети переменного
тока. При замыкании тока кольцо подбрасывается до потолка большой аудитории.
Если кольцо удерживать неподвижно (например, щипцами), оно сильно разогревается.
Если сила тока в соленоиде не слишком велика, то кольцо будет парить над
соленоидом на некоторой высоте.
При протекании переменного тока через обмотку соленоида в сердечнике возникает
переменное магнитное поле, возбуждающее индукционные токи в кольце. Согласно
правилу Ленца, эти токи текут таким образом, чтобы уменьшить то поле, которое
их создаёт, то есть они текут в сторону, противоположную току в обмотке
соленоида. В результате между током в соленоиде и током в кольце возникает
отталкивающая сила Ампера. Если сопротивление кольца невелико, то индукционный
ток достигает значительной величины, и сила отталкивания способна подкинуть
кольцо на несколько метров вверх. Если силы недостаточно, чтобы подкинуть
кольцо, или если удерживать кольцо внешним воздействием, то возбуждаемые токи
индукции приводят к разогреву кольца в соответствии с законом Джоуля - Ленца.
Copyright © R9AL 2020 Все права защищены
