Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Появление индуцированной (наведенной) э.д.с. в самом упрощенном виде можно объяснить так: каждый свободный электрон обладает магнитными свойствами, по-видимому, за счет каких-то внутренних сложных движений его электрического заряда. Если поместить проводник во внешнее магнитное поле, то оно схватит (Т-8) свободные электроны проводника, взаимодействуя с ними, как с микроскопическими магнитиками. А если теперь двинуть проводник, то электроны как бы останутся на месте, удерживаемые внешним полем, и проводник сместится относительно этих свободных электронов. В итоге на одном конце проводника концентрация электронов увеличится, на другом — уменьшится. То есть на концах проводника появится скопление разноименных зарядов, а значит, электродвижущая сила. Если же остановить проводник, то электроны постепенно вернутся в свои старые районы и вновь равномерно распределятся в проводнике. При этом, разумеется, э.д.с. на его концах исчезнет. Еще раз отметим: это очень упрощенное объяснение, скорее даже намек на объяснение, чем истинная картина.

Величина наведенной э.д.с. Е зависит от длины проводника I, от индукции внешнего магнитного поля В и еще, конечно, от скорости движения проводника и: чем быстрее он движется, тем больше наведенная электродвижущая сила (Р-37;3).

Т-57. Различные способы наведения э.д.с. — индукция, взаимоиндукция, самоиндукция. Для того чтобы в проводнике навелась э.д.с., можно двигать его в магнитном поле или, что то же самое, магнитное поле двигать относительно проводника. А можно еще поступить так: расположить рядом два проводника и в одном из них менять величину тока, например включив в цепь переменное сопротивление (Р-37;4). Раз в первом проводнике меняется ток, то, значит, меняется и его магнитное поле. А оно, это меняющееся поле, охватывает второй проводник и наводит в нем э.д.с. точно так же, как это делало магнитное поле движущегося магнита. Такой способ наведения э.д.с. называется взаимоиндукцией.

Уберем второй проводник и внимательно посмотрим, что происходит в первом, когда в нем меняется ток. Этот меняющийся ток, как мы только что установили, создает меняющееся магнитное поле. Но ведь это поле не только действует в пространстве вокруг проводника, оно пронизывает и сам проводник. И когда собственное магнитное поле проводника меняется, то оно, по всем правилам электромагнитной индукции, наводит э.д.с. в самом этом проводнике (Р-37;5). Такой способ наведения называют самоиндукцией, а наведенную э.д.с. — электродвижущей силой самоиндукции.

Итак, в цепи при изменении тока действуют две электродвижущие силы — э.д.с. генератора и э.д.с. самоиндукции. Как же происходит их взаимодействие, каковы результаты такой совместной работы? Оказывается, что э.д.с. самоиндукции всегда мешает генератору менять ток в цепи. (Интерес представляет только режим изменения тока: если ток не меняется, то остается неизменным и магнитное поле проводника, а значит, э.д.с. самоиндукции вообще нет.) Если ток по какой-либо причине увеличивается, то э.д.с. самоиндукции мешает этому увеличению, и ток уже возрастает не так резко. Если ток в цепи уменьшается, то э.д.с. самоиндукции мешает этому уменьшению, поддерживает ток, и в итоге он падает более плавно. В этом отношении э.д.с. самоиндукции можно сравнить с маховиком, который вначале трудно раскрутить, а затем трудно остановить. Особенно велика э.д.с. самоиндукции при резком изменении тока, например в момент размыкания цепи.

Т-58. Чем больше число витков в катушке индуктивности, тем больше наведенная в ней э.д.с. Можно увеличить наведенную в проводнике э.д.с., если свернуть этот проводник в спираль, то есть сделать из него катушку индуктивности. В этом случае в каждом витке будет наводиться электродвижущая сила (э.д.с. индукции, взаимоиндукции или самоиндукции, в зависимости от выбранного способа наведения), и все эти э.д.с. отдельных витков будут складываться так же, как складывается э.д.с. последовательно включенных генераторов. Суммарная э.д.с., наведенная магнитным полем в катушке, пропорциональна числу ее витков.

То же самое можно сказать и о процессе взаимоиндукции. Здесь для получения э.д.с. располагают рядом две катушки (Р-38;4) — первичную I (в ней меняется ток и создает меняющееся магнитное поле) и вторичную II (в ней наводится э.д.с. взаимоиндукции).

Р-38

Чем больше витков в этой вторичной катушке, тем больше наведенная в ней э.д.с. Кстати, такое устройство из нескольких катушек (обмоток) называется трансформатором. Вскоре мы познакомимся с ним подробнее (Т-87).