Явление самоиндукции

Дальнейшее изучение явления электромагнитной индукции показало, что если в контуре течет изменяющийся во времени электрический ток, то созданное им переменное магнитное поле вызывает изменение магнитного потока сквозь этот контур и возбуждается ЭДС самоиндукции.

Явление возникновения ЭДС индукции при изменении тока в контуре называют самоиндукцией.

Согласно закону электромагнитной индукции с учетом (7) имеем

_S

или

_S , (12)

где L = const; - скорость изменения тока в контуре.

Знак «-» показывает, что ЭДС самоиндукции _S направлена так, чтобы препятствовать изменению силы тока в контуре (согласно правилу Ленца).

Явление самоиндукции наблюдается, например, при замыкании и размыкании электрической цепи.

При отключении обмоток электромагнитов, электромоторов и т. п. с большой индуктивностью возникает большая ЭДС самоиндукции, что приводит к образованию вольтовой дуги между контактами выключателя и является весьма опасным для электроустановок (если они не защищены) и для обслуживающего персонала.

На явлении электромагнитной индукции, например, основано действие магнитогидродинамического генератора (МГД – генератора), в котором внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Рис. 4

Роль проводника, движущегося в поперечном магнитном поле выполняет плазма, нагретая выше 2000 К (рис. 4).

Сильно ионизированный газ, в результате сгорания топлива и обогащенного парами щелочных металлов (например, солями калия), способствующих повышению степени ионизации плазмы, проходит через сопло Лаваля, которое сначала сужается, где внутренняя энергия переходит в кинетическую энергию, а затем расширяется, что способствует падению кинетической энергии и температуры плазмы на выходе из сопла.

В качестве дешевого топлива МГД – генератора можно использовать бурые угли, добываемые открытым способом или мазут.

Часть плазмы преобразуется в кинетическую энергию.

В поперечном магнитном поле под влиянием силы Лоренца положительные ионы отклоняются вверх к электроду П, электроны – вниз к электроду О. При замыкании электродов на внешнее сопротивление (нагрузку) возникает индукционный ток от П к О. Электрический КПД равен отношению мощности, потребляемой внешней нагрузки, к полной мощности

h_эл = R/(r + R), (13)

где R – сопротивление внешней нагрузки; r – внутреннее сопротивление генератора.

Электрический КПД МГД – генератора приближается к 90 %.

Тепловой КПД увеличивается с ростом разницы температур рабочего тела (плазма) и окружающей среды

h_т = Т_пл – Т₀ / T_пл, (14)

где Т_пл – температура горячей плазмы; Т₀ –температура окружающей среды.

При температуре выше 2000 К тепловой КПД стремится к 90 %.

Росту ЭДС способствует сильное магнитное поле до 2 – 6 Тл.

Для этой цели сопло МГД – генератора помещают в зазоре мощного электромагнита с железным сердечником и с охлаждаемыми обмотками или со сверхпроводящими обмотками, в которых плотность тока может достигать до ~ 10⁸ А/м².