ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

ЭДС электрогенератора равна скорости заметания магнитного потока


Рис.20.2

Из правого чертежа видно, что модуль векторного произведения действительно равен величине заметённой площади.

Итак,

,

следовательно, учитывая определение магнитного потока

Þ .

Работа силы Ампера при перемещении проводника с током в магнитном поле равна отрицательному произведению силы тока на заметённый магнитный поток.

Элементарная работа силы

В преобразованиях использовалось обозначение поперечного сечения проводника с током и свойство циклической перестановки смешанного произведения трёх векторов.

Отсюда можно сделать очень важный вывод:

Þ

Две составляющие полной магнитной силы одновременно совершают работу, равную по величине и противоположную по знаку. Это значит, что работа полной магнитной силы при движении проводника с током в постоянном магнитном поле всегда равна 0, поскольку при заметании магнитного потока проводником с током происходит обмен энергии.

Если сила Ампера направлена против движения, то она совершает отрицательную работу. Для того чтобы проводник двигался с постоянной скоростью, против тормозящей силы Ампера должна действовать сила со стороны источника механического движения . Энергия источника механического движения, затраченная на работу против силы Ампера должна где-то выделяться. Она выделяется в положительной работе , совершаемой силой , которая двигает носители заряда и поддерживает ток в проводнике, являясь, таким образом, источником положительной ЭДС. По этой схеме работает преобразователь механической энергии в электрическую, то есть электрогенератор. Цепочка энергетических преобразований электрогенератора выглядит так:

Следовательно, энергетические затраты источника механической энергии электрогенератора

Мощность ЭДС электрогенератора:

,

следовательно,

ЭДС электрогенератора равна скорости заметания магнитного потока.

В противоположном случае сила Ампера сама будет источником движения: её работа пойдёт на увеличение механической энергии проводника или на работу против сил сопротивления. Для поддержания постоянной силы Ампера необходимо поддерживать постоянный ток, протеканию которого будет препятствовать сила . Против неё будет совершена положительная работа сторонних сил внешнего источника ЭДС, которая, таким образом, выделится в виде приращения механической энергии проводника. По этой схеме работает преобразователь электрической энергии в механическую, то есть электродвигатель. Цепочка энергетических преобразований электродвигателя выглядит так:

Следовательно, элементарная работа сторонних сил источника тока электродвигателя:

Значит,

Þ .

Механическая мощность двигателя равна мощности источника тока:

Механическая мощность электродвигателя равна произведению силы тока на отрицательную скорость заметания магнитного потока.

До сих пор мы рассматривали дифференциальные соотношения второго порядка малости. Дадим определение: потокосцеплением Y называется магнитный поток через поверхность, натянутую на замкнутый контур проводника.

Рассмотрим перемещение замкнутого контура с током I в постоянном по времени магнитном поле произвольной конфигурации. Пусть в результате малого перемещения (возможно со слабым изменением формы) контур перешёл из положения С и С’ (рис.20.3).

Рис.20.3

При этом малый элемент контура совершил перемещение и замёл малую площадку , направленную внутрь замкнутой поверхности, состоящей из поверхностей S (натянутой на первоначальный контур), S (натянутой на контур после перемещения) и dSбок (полной боковой поверхности, заметённой при перемещении). Вектор направлен наружу по отношению к замкнутой поверхности.

Магнитный поток через элемент боковой поверхности равен отрицательному заметённому магнитному потоку:

Элементарная работа силы Ампера при перемещении элемента :

Полная работа силы Ампера при перемещении всего контура,

,

выражается через магнитный поток, пронизывающий всю боковую поверхность, то есть поверхность, заметённую всем контуром при перемещении из С в С’.

По теореме ОГ для магнитного поля магнитный поток через рассматриваемую замкнутую поверхность должен быть равен 0. С другой стороны он состоит из потокосцепления Y через поверхность S, отрицательного потокосцепления -(Y+dY) через поверхность S (знак «-» связан с направлением вектора внутрь замкнутой поверхности) и магнитного потока через боковую поверхность . Тогда имеем равенство:

.

Значит, работа силы Ампера при малом изменении замкнутого контура

Þ

Тогда энергетические соотношения для электродвигателя и генератора можно переписать, используя не заметённый магнитный поток, а изменение потокосцепления, следующим образом.

·  Электрогенератор:

; .

В контуре с переменным потокосцеплением возникает ЭДС, равная скорости убывания потокосцепления контура.

·  Электродвигатель:

;

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод