Явление ЭМИ нашло широкое практическое применение. Возникновение индукционного тока при относительном движении катушки и магнита лежит в основе действия генераторов переменного электрического тока на всех электростанциях земного шара.
Рамка, вращающаяся в магнитном поле, является моделью генератора переменного тока.
|
Модель 1. Модель генератора переменного тока
|
Если плоская рамка площади S равномерно вращается с частотой f оборотов в секунду в однородном магнитном поле с индукцией
то магнитный поток Φ, пронизывающий рамку, периодически изменяется во времени по гармоническому закону:
В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея на концах рамки появится переменное напряжение
Амплитуда этого напряжения пропорциональна скорости вращения рамки. В компьютерной модели можно изменять индукцию магнитного поля B, частоту вращения рамки f и ее площадь S. На экране дисплея можно наблюдать периодические изменения магнитного потока Φ и ЭДС индукции инд (t). Обратите внимание, что изменение ЭДС индукции отстает от изменения магнитного потока по фазе на угол π/2.
В промышленных генераторах на электростанциях, как правило, вокруг неподвижных рамок вращают электромагниты. Промышленная частота составляет 50 Гц.
|
Рис. 1. Промышленные электромагниты
|
На явлении возникновения индукционного тока в одной катушке (обмотке) при изменении тока в другой катушке (обмотке) основано действие трансформаторов — приборов для преобразования напряжения переменного тока. Без использования трансформаторов передача электроэнергии на большие расстояния была бы практически невозможна.
|
Рис. 2. Схема действия трансформатора
|
Вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках, могут достигать больших значений и приводить к значительному нагреванию проводников. Эти токи называются токами Фуко; их используют для плавки металлов в индукционных печах.
Вихревые индукционные токи приводят к потерям электроэнергии на нагрев проводника, в котором они возникли. Железные сердечники трансформаторов делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Это помогает уменьшить потери энергии на выделение теплоты вследствие возникновения токов Фуко.
|