•
Jakie pole wytwarza cewka w otaczającej przestrzeni?
• Można je wyliczyć korzystając z prawa Biota-Savarta.
•
Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę z prądem –
cewka taka stanowi dipol magnetyczny – w punkcie
P
,
położonym na osi cewki w odległości
z
od płaszczyzny
ramki jest skierowane równolegle do osi i dane
wyrażeniem:
m
3
m
B
(
z
)
=
0
2
p
z
gdzie
m
=
NIS
Wynika stąd, że:
2. Cewka umieszczona w zewnętrznym polu
magnetycznym dozna działania momentu siły.
3. Cewka wytwarza własne pole magnetyczne opisywane
powyższym równaniem, gdy analizowany punkt znajduje
się dostatecznie daleko od cewki (tzn.
z
jest znacznie
większe od rozmiarów cewki).
Prawo indukcji Faradaya
Doświadczenie 1: ruch
magnesu w pętli indukuje prąd
w obwodzie.
Doświadczenie 2: włączanie i
wyłączanie prądu w jednym
obwodzie indukuje prąd w
drugim obwodzie.
WNIOSEK: Pole elektryczne i magnetyczne są dwoma formami
jednej wielkości fizycznej – pola elektromagnetycznego.
Prawo indukcji Faradaya
• Przez analogię do strumienia elektrycznego
F
E
można określić strumień magnetyczny
F
B
przez
pewną powierzchnię
S
jako liczbę linii pola
B
przechodzących przez
S
.
Jednostka: weber
1 weber = 1 Wb = 1 T · m
2
F
B
=
ò
B
×
d
S
• Jeśli strumień magnetyczny
F
B
, przechodzący
przez powierzchnię ograniczoną zamkniętą
przewodzącą pętlą, zmienia się w czasie, to w
pętli pojawi się prąd oraz SEM. Zjawisko to
nazywamy
indukcją elektromagnetyczną
.
Indukowana SEM wynosi:
E
=
-
d
F
B
dt
•
Jeśli zastąpimy pętlę cewką o N zwojach, to
indukowana SEM wyniesie:
E
=
-
N
d
F
B
dt
Prawo indukcji Faradaya – postać ogólna
•
Zmienne
pole magnetyczne
tworzy
pole elektryczne
.
ò
E
×
d
s
=
-
d
F
B
dt
Reguła Lenza
•
Po odkryciu przez Faradaya prawa
indukcji Lenz sformułował regułę
pozwalającą wyznaczyć kierunek
indukowanego prądu.
•
Prąd indukowany ma taki kierunek, że
pole magnetyczne wytwarzane przez ten
prąd przeciwstawia się zmianie
strumienia magnetycznego, która
indukuje prąd. Indukowana SEM ma taki
sam kierunek, jak prąd indukowany.
•
Ponieważ siła magnetyczna przeciwstawia się
ruchowi magnesu, siła z jaką działamy wykonuje
pracę dodatnią, a w obwodzie wydziela się energia
termiczna – szybkość jej wydzielania określa
równanie
P = I
2
R
(chyba że obwód wykonany jest z
bezoporowego nadprzewodnika).