Униполярная индукция - частный случай
электромагнитной индукции; возникает
при вращении проводящих тел, обладающих собств. намагниченностью либо помещённых
во внеш. магн. поле. Традиц. схема опыта, иллюстрирующая У. и., приведена на
рис. К вращающемуся с пост. угл. скоростью W однородно намагниченному проводящему
цилиндру при помощи двух скользящих контактов (О - на оси и С-на
образующей цилиндра) и неподвижных проводов подсоединён вольтметр (V), измеряющий
наводимую в замкнутой цепи эдс. Если вольтметр идеальный, т.е. имеет бесконечное
внутр. сопротивление, ток в цепи отсутствует и Лоренца сила ,действующая
на подвижные носители заряда в цилиндре, равна нулю:
где r-расстояние
от оси вращения до точки наблюдения (вектор r направлен от оси);
-скорость
точки наблюдения; В- вектор магн. индукции, к-рый в нерелятивистском
приближении
для пост. намагниченности
M можно считать постоянным
при
r < R, R-радиус цилиндра); E-напряжённость электрич.
поля, индуцируемого
во вращающемся магнетике. Из (*) следует, что
Вольтметр регистрирует разность потенциалов между поверхностью и осью цилиндра
Df =(1/2c)WBR2,
совпадающую в таком бестоковом режиме с эдс
У. и. При подключении конечного сопротивления (нагрузки)
под действием этой эдс возникнет ток индукции, величина
к-рого зависит от распределения его объёмной плотности
по телу цилиндра и от качества скользящих контактов.
К эффектам У. и. относят
также возникновение радиальной электрич. поляризации Ре внутри
вращающегося маг-нетика, характеризуемого аксиальной намагниченностью M.
При этом суммарный электрич. заряд остаётся равным нулю, но его плотность перераспределяется:
внутри цилиндра индуцируется заряд с объёмной плотностью а на боковой поверхности
появляется индуцированный поверхностный заряд c плотностью reп=
- (1/2)reR. Разделение зарядов
в движущемся магнетике можно трактовать как релятивистское преобразование электрич.
и магн. дипольных моментов.
Впервые явления, связанные
с У. и., наблюдал в 1824 Д. Араго (D. Arago) - вращение медной пластины под
картушкой компаса приводило в движение его стрелку. Эффект Араго применяется,
напр., для торможения диска в бытовых счётчиках электроэнергии. Первую униполярную
машину (т. е. электрич. машину, основанную на явлении У. и.) изготовил в 1832
М.Фарадей (M. Faraday); она отличалась от приведённой на рис. тем, что якорем
служил диск, вращающийся во внеш. магн. поле подковообразного магнита. Машина
Фарадея явилась первым генератором, преобразующим механич. энергию в электрическую.
Униполярные машины применяются для получения больших пост. токов при низких
напряжениях. Типичные параметры униполярных машин, используемых для питания
электролизёров (см. Электролиз: )сила тока 125 кА, напряжение 12 В. Самая
мощная униполярная машина (1989, Австралия) работает в кратковременном режиме
и даёт ток 1500 кА при напряжении 800 В.
Термин "У. и." не является удачным, т. к. униполярные машины как минимум биполярны. Тем не менее он весьма распространён. Довольно часто У. и. называют любые проявления эл--магн. индукции в произвольно движущихся намагниченных телах (твёрдых, жидких, газообразных). В таком расширенном понимании У. и. лежит в основе механизма возникновения эдс в магнитогидродинамич. генераторах, позволяет объяснить формирование магн. полей и динамику магнитосфер звёзд (в частности, пульсаров)и планет.
Г. В. Пермитин, Ю. В. Чугунов
|
|
 |
