Постановка задачи. Как известно, в теоретической электротехнике понятие взаимоиндукции проводников отсутствует, хотя имеется понятие взаимоиндукции контуров

Как известно, в теоретической электротехнике понятие взаимоиндукции проводников отсутствует, хотя имеется понятие взаимоиндукции контуров. В соответствии с законом Фарадея ЭДС на контуре, лежащем в плоскости х-у е _ху определяется выражением

дВ _z

е _ху = – S ——; (1.1)

дt

где S – площадь контура, В _z – магнитная индукция В _z = μН _z; μ – магнитная проницаемость; Н _z – напряженность магнитного поля (рис.1.1)

Из выражения следует, что магнитное поле изменяется по напряженности, не меняя своего положения в пространстве, а наводимая ЭДС образуется по периферии поля, причем само магнитное поле не пересекает проводников контура.

Если в одной плоскости лежат два контура (рис. 1.2), и в первом контуре течет переменный ток, то напряженность магнитного поля, проникающего во второй контур, будет определяться в соответствии с Законом полного тока

i = ∫ Hdl, H = i /2π r, (1.2)

где i – величина тока, r – расстояние от центра провода.

Рис. 1.1. Наведение ЭДС в контуре: а – по Фарадею и Максвеллу;

б – в реальности

В этом случае ЭДС, наведенная во втором контуре, определится как

дВ _z

е _ху = – S ——; (1.3)

дt

μlдi _d+h dr _d+2h dr μi _{d+h d+2h}

е ₁ = —— (∫ —— – ∫ ——) = —— (ln r | – ln r |) =

2π дt ^d r ^d+h r 2π ^{d d+h}

μlдi (d + h)² μlдi

= —— ln ————— = —— f ₁(h / d) (1.4)

2π дt d (d + 2 h) 2π дt

При h >> d получим:

μlдi (d + h)² μlдi h

е ₁ = —— ln ————— = —— ln —— (1.5)

2π дt d (d + 2 h) 2π дt 2 d

В соответствии с эфиродинамическими представлениями процесс развивается иначе. Магнитная волна, создаваемая токонесущим проводником, сначала пересекает ближайший к нему проводник второго контура, а затем уже в ослабленном виде пересекает второй проводник того же контура, создавая в нем ЭДС противоположного направления и уменьшенной величины. То же происходит и от другого проводника первого контура. В этом случае ЭДС на втором контуре составит величину

μll _o дi 2 d d μill _o дi

е ₂ = ——— (1 – ——— + ———) = ——— f ₂(h / d), (1.6)

2π dдt d + h d + 2 h 2π dдt

здесь l _o = 1 м (в системе СИ) – масштабный коэффициент.

Рис. 1.2. Проникновение магнитного поля, создаваемого одним контуром, во второй контур.

Функции f ₁(h / d) и f ₂(h / d) приведены на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Результаты измерения наведенной эдс в плоском контуре: зависимость f ₁ (h / d) ~ M ₁ и зависимость f ₂ (h / d) ~ M ₂.

Как видно из графиков, функции f ₁ и f ₂ существенно расходятся: первая уходит в логарифмическую бесконечность, вторая насыщается. При h / d = 10 отношение значений функций оказывается более 4-х.

Проведенные эксперименты подтвердили зависимость f₂.