Что называется линиями магнитной индукции: 4. Что называется линиями магнитной индукции?

Что называется и линией магнитной индукции? — Студопедия.Нет

Линиями магнитной индукции (силовыми линиями магнитного поля) называются линии, проведенные в магнитном поле так, что в каждой точке поля касательная к линии магнитной индукции совпадает с направлением вектора В в этой точке поля.
           Линии магнитной индукции проще всего наблюдать с помощью мелких игольчатых железных опилок, которые намагничиваются в исследуемом поле и ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам (свободная магнитная стрелка разворачивается в магнитном поле так, чтобы ось стрелки, соединяющая ее южный полюс с северным, совпадала с направлением В).

Сформулируйте правило правого винта.

Правило правой руки

Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) с правой нарезкойсовпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает снаправлением вектора магнитной индукции».

Определение направления магнитного поля вокруг проводника

Правило правой руки: «Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направлениеобхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции».

Для соленоида оно формулируется так: «Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четырепальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линиймагнитного поля внутри соленоида».

4. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа, нарисуйте поясняющий рисунок.

. (13.1)

для напряженности законБио — Савара — Лапласа примет вид

. (13.3)

Закон Био — Савара — Лапласа (13.1) и (13.3) представлен в виде диф­ференциального уравнения для магнитной индукции и напряженности, создаваемых небольшим участком проводника . Для вычисления полной магнитной индукции или напряженности магнитного поля,создаваемого в точке с током , идущим по проводнику конечной длины надо гео­метрически суммировать элементарные индукции (напряженности ), создаваемые всеми элементами тока :

, .

Если индукция магнитного поля от всех элементов тока направлены вдоль одной прямой, то геометрическое суммирование сводится к алгебраическому суммированию, т.е. к интегрированию:

; (13.5)

. (13.6)

Что называется соленоидом? Нарисуйте силовые линии для соленоида.

Соленоидом называется цилиндрическая катушка, содержащая большое, число витков провода, по которому идет ток. Если шаг вин­товой линии проводника, образующего катушку, мал, то каждый ви­ток с током можно рассматривать как отдельный круговой ток, а соленоид — как систему последовательно соединенных круговых токов одинакового радиуса, имеющих общую ось.

Магнитная индукция и магнитные поток — Студопедия.Нет

Напряженность магнитного поля не является основной величиной, характеризующей магнитное поле, хотя определение напряжённости действительно для расчёта катушек без магнитопровода.

Для катушки с магнитопроводом основной величиной характеризующей магнитное поле, является магнитная индукция В. Это векторная величина, т.е. она (как и напряженность) задаётся численным значением и направлением в пространстве. Магнитная индукция определяется по силе, действующей на движущуюся заряженную частицу. При изображении картины магнитного поля при помощи магнитных линий, их рисуют гуще в той части поля, где больше индукция.

Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл). Ранее применялась другая единица измерения магнитной индукции – гаусс (Гс).

Эти единицы связаны соотношением: 1Тл = 10000Гс.

Произведение магнитной индукции В на площадь S, перпендикулярную вектору магнитной индукции (магнитным линиям), называется магнитным потоком Ф. Таким образом магнитный поток:

Ф = B*S

Единицей измерения магнитного потока является вебер (Вб). При одной и той же напряжённости магнитного поля Н, в разных материалах получаются различные магнитные индукции В. Отношение В/Н называется абсолютной магнитной проницаемостью материала μ_а, т.е.

Абсолютная магнитная проницаемость материала μ_а равна произведению магнитной постоянной (магнитной проницаемости вакуума) μ₀ и относительной магнитной проницаемости μ_r:

раоорропор

Магнитная постоянная

                Гн/м (генри на метр, генри единица измерения индуктивности).

Величина μ_r показывает, во сколько раз μ_а материала больше, чем магнитная постоянная μ₀.

В материале, магнитная проницаемость которого равна μ_r,

а в вакууме (практически и в воздухе)

где В выражается в теслах, а Н в А/м.

При измерении магнитной индукции в гауссах, а напряжённости магнитного поля в А/см, для магнитной индукции в воздухе получим:

У ферромагнитных материалов относительная магнитная проницаемость μ_r во много раз больше 1, она изменяется с изменением индукции В. Зависимость между В и Н для ферромагнитных материалов чаще изображается графиком в виде кривых намагничивания.

В практических задачах (магнитные цепи электрических машин и аппаратов) для расчёта силы тяги, ЭДС, силы притяжения и т.д. требуется определить магнитный поток Ф или индукцию В. Значение этих величин определяют по кривым намагничивания, если известна напряженность магнитного поля Н, которая, в свою очередь, задаётся магнитным напряжением или МДС.

Задача 1.

Напряжённость магнитного поля катушки

H = 500 А/м. Какова будет магнитная индукция, если в катушку вставить магнитопровод из трансформаторной стали (на рис.), относительная магнитная проницаемость которой μ_r = 2400.

Решение

B = μ_а*Н = μ_о*μ_r*Н = 4*π*10^-7*2400*500 = 1.5 Тл

Задача 2.

Для трансформаторной стали, содержащей 4% Si, магнитная индукция В при напряжённости магнитного поля катушки 500 А/м равна 1.19 Тл (см. кривые намагничивания на рис.). Определить абсолютную магнитную проницаемость трансформаторной стали в рабочей точке μ_а и относительную магнитную проницаемость μ_r. Напомним, что величина μ_r показывает во сколько раз μ_а материала больше, чем магнитная проницаемость

μ_о = 4*π*10^-7.

Решение

Абсолютная магнитная проницаемость

μ_а = В/Н = 1.19/500

μ_а = μ_r*μ_о = 4*π*10^-7*μ_r.

Отсюда

μ_r = μ_а/μ_о = В/Н =1.19/(500*4*π*10^-7) = 1893.9

Задача 3.

По заданным экспериментальным зависимостям В и Н для различных материалов определить коэффициенты полиномов второго порядка, наилучшим способом (по минимуму суммы квадратов ошибок) обеспечивающих аналитическое их описание (математическую модель).

Листовая сталь

Трансформаторная сталь (4% Si)

Литая сталь

Решение

Для оценки коэффициентов полинома

В = a*Н² + b*Н + С

Запишем вектор

Н = [100 150 200 250 300 350 400 450 500 550]’.2 Н ones(V(1),1)]

И образуем вектор В:

B = [0.6 0.75 0.86 0.96 1.05 1.12 1.19 1.23 1.3 1.36]’.

Выполним оценку коэффициентов

а х = А\В

С помощью файла sah575.m. В нём выполнены оценки коэффициентов квадратного полинома для листовой стали

а1 = [-0.0206 0.2952 0.3429],

для трансформаторной стали

а2 = [-0.0246 0.3239 0.2000]

и для листовой стали

а3 = [-0.0277 0.2566 0.0150].

Необходимо выполнить расчёты для каждого вида материала в режиме прямых вычислений.

/здесь приводится файл sah 375.m/

Задача 4.

Каков будет магнитный поток Ф в магнитопроводе (см. задачу 1.), если сечение магнитопровода S = 4 см²?

Решение

Магнитный поток, измеряемый в веберах (Вб), равен

Ф = В*S = 1.5*4*10^-4 = 0.0006 Вб

(Тл = Вб/м²)

Задача 5.

Число витков катушки w =500. В магнитопроводе из трансформаторной стали длиной l =25 см необходимо обеспечить магнитную индукцию В=1.19 Тл. Какая м.д.с. и ток необходим для этого?

Решение

По кривой намагничивания трансформаторной стали (см. рис.) находим, что для создания В = 1.19 Тл требуется создать напряжённость магнитного поля Н = 500 А/м. При длине магнитопровода (с катушкой) l = 25 см = 0.25 м необходимая м.д.с. вычисляется по формуле

I*w = H*l = 500 А/м * 0.25 м = 125 А,

Отсюда                          I = I*w/w = 125/500 = 0.25 А

Задача 6.

Каковы напряжённость, индукция и магнитный поток внутри цилиндрической катушки (рис.) которая имеет длину 20 см, диаметр 3см, число витков 1600 и ток 3 А?

Решение

Напряжённость магнитного поля

Н = I*w/l = 3*1600/0.2 = 24000 А/м

Поскольку катушка без сердечника, то магнитную индукцию следует вычислять по формуле:

В = μ_о*Н = 4*π*10^-7*2.4*10⁴ = 3.02*10^-2 Тл

Сечение катушки

S = π*d²/4 = 3.14*0.03²/4 = 7.06*10^-4 м².

Следовательно, магнитный поток

Ф = В*S = 3.02*10^-2*7.06*10^-4 = 21.3*10^-6 Вб

Дополнение

Задача 1

Какое количество электричества пройдёт через лампу за 3 часа при токе 0,18А?

Решение:

Задача 2

Свинцовый аккумулятор ёмкостью 14А*ч заряжается током I зар = 1.4А. Как долго он должен заряжаться и через сколько времени он разрядится через лампы током Iраз = 0.3А?

Решение:

Зарядка: t = Q/Iзар = 14А*ч/1.4А = 10ч,

т.е. аккумулятор должен заряжаться 10ч

Разрядка: t = Q/Iраз = 14А*ч/0.3А = 47ч,

т.е. лампы горели 47ч. Через лампы прошёл ток 14А*ч, пока аккумулятор не разрядился.

Задача 3

Заряженный аккумулятор имеет ёмкость 28А*ч. 1) Какое количество электричества в кулонах содержит аккумулятор? 2) Какой ток необходим для зарядки аккумулятора за 10ч. Каким током разрядится он за 140ч.?

Решение.

1) 1А*ч = 360 А*с = 3600Кл

28А*ч = 28*3600Кл = 100800 Кл.

2) Iзар = Q/t = 28А*ч/10ч = 2.8А, т.е. аккумулятор зарядится за 10часов током 2.8А

3) Iраз = Q/t = 28А*ч/140ч = 0.2А.

Задача 4

Сколько ампер-часов содержтся в 96480 кулонах (заряд Фарадея)?

1А*ч = 3600А*с = 3600Кл;

96480/3600 = 26.8 А*ч, т.е. 96489 Кл. эквивалентен 26,8 А*ч

Задачи для самостоятельного решения:

1. Какой электрический заряд нужен от гальванического элемента, если он разряжается током 0,05А в течении 12ч.? (0,6 А*ч)

2. Через электродвигатель при токе I проходит количество электричества Q = 7500А*с за время t = 5мин/ Чему равен ток? (30мА)

3. Какой ток протекал по проводнику, если через его поперечное сечение за 30мин прошел заряд 54А*с? (30мА)

4. Через аппарат проходит ток I = 20мА в течение 9мин. Определить количество электричества, которое прошло через аппарат?

5. Аккумулятор ёмкостью 10А*ч заряжается током 4А. Как долго должен заряжаться? (10ч)

Задача 1.

Через медный проводник с площадью поперечного сечения S = 4 мм²      

 протекает ток I=10А. Какова плотность тока?

Решение:

Плотность тока

J = I/S = 10A/4мм² = 2.5 A/мм²      

По площади 1 мм² поперечного сечения протекает ток I = 2.5A;

По всему поперечному сечению S проходит общий ток I = 10А.

По таблице проверить, допустима ли плотность тока 2.5 А/мм²?

Задача 2.

По шине разделительного устройства площадью прямоугольного поперечного сечения (20х80)мм проходит ток I = 1000A. Какова плотность тока в шине?

Решение

Площадь поперечного сечения шины S = 20х80 = 1600 мм². Плотность тока

J = I/S = 1000A/1600 мм² = 0.625A/мм²  

Задача 3.

У катушки провод имеет круглое сечение диаметром 0,8мм и допускает плотность тока 2,5А/мм². Какой допустимый ток может проходить по проводу (нагрев не должен превышать допустимый)?

Решение:

Площадь поперечного сечения провода:

Допустимый ток:

Задача 4.

Допустимая плотность тока для обмотки трансформатора J = 2.5 А/мм²      

Через обмотку проходит ток I = 4A. Каким должно быть поперечное сечение круглого проводника, чтобы обмотка не перегревалась?

Решение:

Площадь поперечного сечения

S = I/J =                       

Этому сечению соответствует диаметр провода 1.42мм.

Задача 5.

По изолированному медному проводу сечением 4 мм² проходит максимально допустимый ток 38А (см таблицу). Какая допустимая плотность тока? Чему равны допустимые плотности токов для медных проводов с площадями поперечного сечения 1, 10, 16 мм²?

Решение.

1) Допустимая плотность тока 

2) Для сечения 1 мм²  допустимая плотность тока (см табл)

3) Для сечения 10 мм² допустимая плотность тока

4) Для сечения 16 мм² допустимая плотность тока

Допустимая плотность тока с увеличением сечения кабеля тоже действительна для проводов с изоляцией класса В.

Задачи для самостоятельного решения.

1. Через обмотку трансформатора должен протекать ток I = 4A. Каким должно быть сечение обмоточного провода при допустимой плотности тока J = 2.5 А/мм² (S = 1.6 мм²)

2. По проводу диаметром 0,3 мм проходит ток 100А. Какова плотность тока (J = 1.415 А/мм²)

3. По обмотке электромагнита из медного изолированного провода диаметром d = 2.26мм (без учёта изоляции) проходит ток 10А. Какова плотность тока? (J= 2.5 А/мм²)      

Что такое линии магнитной индукции и каким свойством они обладают

Магнитное поле создается движущимся зарядом. Это поле непрерывно в окружающем пространстве и обладает способностью оказывать силовое воздействие на другие электрические заряды, находящиеся в движении. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое воздействие на движущиеся электрические заряды была введена физическая векторная величина — магнитная индукция B. По аналогии с электрическим магнитное поле, для наглядности, можно изображать посредством линий магнитной индукции.

Как возникает магнитное поле

В начале ХIХ века датский физик Ханс Эрстед и французский исследователь Андре Ампер экспериментально открыли явления, объяснить которые удалось только с помощью введения нового понятия, названного магнитным полем.

Рис. 1. Опыты Эрстеда и Ампера, демонстрирующие наличие магнитного поля.

Последовавшие вслед за этими опытами многочисленные исследования подтвердили существование нового поля, названного магнитным, которое обладает следующими основными свойствами:

• Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов;
• Это поле непрерывно в пространстве и обладает способностью оказывать силовое воздействие на другие электрические заряды, находящиеся в движении;
• Постоянное магнитное поле существует у природных магнитных тел, но и в этом случае причиной возникновения поля является непрерывное движение молекулярных токов (вихрей) в массе вещества;
• Магнитное поле можно создать также с помощью переменного электрического поля.

Ученые недавно узнали, что перелетные птицы ориентируются в пространстве с помощью магнитного поля Земли. У птиц возле глаз имеется небольшой “компас” — небольшое тканевое поле с кристаллами магнетита, которые могут намагничиваться в магнитном поле.

Магнитная индукция

Магнитное поле обнаруживается в виде силового воздействия на электрические заряды (одиночные или в виде токов в различных веществах), движущиеся с некоторой скоростью. Для количественной характеристики силовых возможностей магнитного поля введена физическая величина B, названная магнитной индукцией. Величина является векторной, то есть кроме модуля (абсолютной величины) характеризуется направлением.

Для прямолинейного проводника, по которому течет ток I, модуль магнитной индукции равен частному от деления модуля силы Ампера F, действующей на проводник, к силе тока I и его длине L:

$ B = { Fover { I * L } } $ (1).

Для рамки (контура) площадью S, на которую в магнитном поле действует момент силы М, модуль магнитной индукции В равен:

$ В = { Мover { I * S } } $ (2).

Направление вектора

Наглядно продемонстрировать силовые линии магнитного поля можно, если на стеклянный лист, сквозь который пропущен проводник с током, равномерно (в один слой) разложить мелкие железные опилки. После включения тока опилки намагничиваются, то есть приобретают свойства магнитных стрелок и устанавливаются вдоль силовых линий поля . Таким образом результат действия магнитного поля на магнитные стрелки (железные опилки) или рамку с током можно применить для определения направления вектора магнитной индукции .

Рис. 2. Демонстрация силовых линий магнитного поля от прямого провода с током с помощью железных опилок.

Направлением вектора магнитной индукции принято считать направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, которая ориентируется беспрепятственно и устанавливается в магнитном поле.

Это направление совпадает с направлением положительной нормали (перпендикуляра) к замкнутому контуру с током. Для определения этого направления применяется “правило буравчика”, которое звучит так: вектор направлен в ту сторону, куда перемещалась бы рукоятка буравчика (с правой резьбой) если ввинчивать его по направлению тока в рамке (или в проводе).

Визуальное (графическое) представление магнитного поля получается, если начертить так называемые линии магнитной индукции. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции или линией напряженности магнитной индукции. Картину линий магнитной индукции для постоянных магнитов, рамки с током и катушки можно сделать видимой, снова воспользовавшись мелкими железными опилками как в случае с прямолинейным проводом.

Рис. 3. Линии магнитной индукции катушки, рамки с током, постоянных магнитов.

Исследования показали, что линии напряженности магнитной индукции всегда замкнуты в отличие от линий напряженности электрического поля. Из этого фундаментального свойства следует, что в природе не существует магнитных зарядов, подобных электрическим. Магнитное поле возникает (индуцируется) от движущихся электрических зарядов или от переменного электрического поля.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что является источником магнитного поля. Магнитная индукция — основная силовая характеристика этого поля. Визуальное (графическое) представление магнитного поля получается, если начертить так называемые линии магнитной индукции. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции или линией напряженности магнитной индукции.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 3.9. Всего получено оценок: 74.

магнитная индукция, направление, поле постоянного магнита и соленоида

• Главная
• Физика
  • Физика: испарение и кипение в парообразовании
  • Применение термоядерной реакции и синтеза (физика, 9 класс)
  • Формула определения коэффициента трения скольжения
  • Назначение, принцип действия и устройство манометра
  • Свободное падение тел и формула ускорения
  • Направление силовых линий в пределах электрического поля
  • Равномерное прямолинейное движение: проекция и формулы
  • Формула определения внутренней энергии идеального газа
  • Колебания груза на пружине в физике и его формулы
  • Формулы поступательного и вращательного движения твёрдого тела
  • Формула и закон для определения центра масс
  • Условия равновесия тел в физике: формула и положения
  • Устройство, принцип действия и назначение электроскопа
  • Явление электромагнитной индукции: определение, применение
  • Превращения энергии в природе (физика, 7 класс)
  • Формула и суть закона сохранения механической энергии
  • Общее понятие об источниках света: основные виды и характеристика
  • Принцип относительности механического движения
  • Процесс электризации при взаимодействии зарядов тел
  • Формула и определение закона сохранения энергии
  • Физический смысл электролиза и закон Фарадея
  • Свойства силовых линий магнитного поля
  • Доклад на тему «История развития воздухоплавания» (физика, 7 класс)
  • Примеры и определение в физике непроводников электричества
  • Условия и причины возникновения силы трения
  • Определение и суть электрического сопротивления проводника
  • Единицы силы тока в системе СИ и их связь с другими величинами
  • Источников электрического тока: таблица видов и их особенности
  • Схемы направления магнитных линий
  • Формулы для решения задач на сообщающиеся сосуды
  • Формула и определение потенциала электростатического поля
  • Как выбирают сторону направления электрического тока в цепи
  • Зависимость силы тока от напряжения для 8 класса
  • Паровая турбина: история развития, принцип действия и КПД
  • Определение и свойства электрического заряда в физике
  • Определение средней кинетической энергии частиц в физике
  • Что такое дисперсная система, типы смесей, виды сред и фаз
  • Второй закон Ньютона, его формулировка и формула
  • Диффузия в газах: примеры и опыты, значение в жизни человека
  • Определение и свойства звуковых волн в физике
  • Формула коэффициента полезного действия в физике и примеры задач
  • Закон сохранения и превращения энергии с примерами
  • Определение равномерного движения, формулы скорости и пути

1 Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции. Графическое изображение магнитных полей. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Остроцкого – Гаусса.

Магнитное поле —
составляющая электромагнитного поля,
появляющаяся при наличии изменяющегося
во времени электрического поля. Кроме
того, магнитное поле может создаваться
током заряженных частиц, либо магнитными
моментами электронов в атомах (постоянные
магниты).

Магни́тная
инду́кция
—векторная
величина, являющаяся силовой характеристикой
магнитного
поля
в данной точке пространства. Показывает,
с какой силой
магнитное поле действует назаряд
,
движущийся со скоростью.

Линиями
магнитной индукции (силовыми
линиями магнитного поля) называются
линии, проведенные в магнитном поле
так, что в каждой точке поля касательная
к линии магнитной индукции совпадает
с направлением вектора В
в этой точке поля.

Линии магнитной
индукции проще всего наблюдать с помощью
мелких

Игольчатых
железных опилок, которые намагничиваются
в исследуемом поле и ведут себя подобно
маленьким магнитным стрелкам (свободная
магнитная стрелка разворачивается в
магнитном поле так, чтобы ось стрелки,
соединяющая ее южный полюс с северным,
совпадала с направлением В).

Вид линий магнитной
индукции простейших магнитных полей
показан

на
рис. Из рис. б
—
г
видно,
что эти линии охватывают проводник с
током, создающий поле. Вблизи проводника
они лежат в плоскостях, перпендикулярных
проводнику.

Направление
линий индукции определяется поправилу
буравчика:
если ввинчивать буравчик по направлению
вектора плотности тока в проводнике,
то направление движения рукоятки
буравчика укажет направление линий
магнитной индукции.

Линии индукции
магнитного по­ля

тока
ни в каких точках не могут обрываться,
т. е. ни начинаться, ни кончаться: они
либо замкнуты (рис. б,
в, г), либо
бесконечно навиваются на некоторую
поверхность, всюду плотно заполняя ее,
но никогда не возвращаясь вторично в
любую точку поверхности.

Теорема Гаусса
для магнитной индукции

Поток
вектора магнитной
индукциичерез любую замкнутую
поверхность равен нулю:

Это
эквивалентно тому, что в природе не
существует «магнитных зарядов»
(монополей),
которые создавали бы магнитное поле,
как электрические заряды создают
электрическое поле. Иными словами,
теорема Гаусса для магнитной индукции
показывает, что магнитное поле являетсявихревым.

2 Закон Био- Савара – Лапласа

Пусть
постоянный ток
течёт по контуру γ, находящемуся в
вакууме,—
точка, в которой ищется поле, тогдаиндукциямагнитного поля в этой точке выражается
интегралом (в системеСИ)

Направление
перпендикулярнои,
то есть перпендикулярно плоскости, в
которой они лежат, и совпадает с
касательной к линиимагнитной
индукции. Это направление может быть
найдено по правилу нахождения линий
магнитной индукции (правилу
правого винта): направление вращения
головки винта дает направление,
если поступательное движение буравчика
соответствует направлению тока в
элементе. Модуль вектораопределяется
выражением (в системеСИ)

Векторный
потенциалдаётся интегралом (в системеСИ)

Закон
Био — Савара — Лапласа может быть
получен из уравнений
Максвелладля стационарного поля.
При этом производные по времени равны
0, так что уравнения для поля в вакууме
примут вид (в системеСГС)

где
—плотность
токав пространстве. При этом
электрическое и магнитное поля оказываются
независимыми. Воспользуемся векторным
потенциалом для магнитного поля (в
системеСГС):

Калибровочная
инвариантностьуравнений позволяет
наложить на векторный потенциал одно
дополнительное условие:

Раскрывая
двойной роторпоформуле
векторного анализа, получим для
векторного потенциала уравнение типауравнения
Пуассона:

Его
частное решение даётся интегралом,
аналогичным ньютонову
потенциалу:

Тогда
магнитное поле определяется интегралом
(в системе СГС)

аналогичным
по форме закону Био — Савара —
Лапласа. Это соответствие можно сделать
точным, если воспользоваться обобщёнными
функциямии записать пространственную
плотность тока, соответствующую витку
с током в пустом пространстве.Переходяот интегрирования по всему пространству
к повторному интегралу вдоль витка и
по ортогональным ему плоскостям и
учитывая, что

получим закон
Био — Савара — Лапласа для поля
витка с током.

Явление электромагнитной индукции тока: суть, кто открыл

Явление электромагнитной индукции представляет собой феномен, который заключается в возникновении электродвижущей силы или напряжения в теле, находящемся в магнитном поле, которое постоянно изменяется. Электродвижущая сила в результате электромагнитной индукции также возникает, если тело движется в статическом и неоднородном магнитном поле или же вращается в магнитном поле так, что его линии, пересекающие замкнутый контур, изменяются.

Индуцированный электрический ток

Под понятием «индукция» подразумевается возникновение какого-либо процесса в результате воздействия другого процесса. Например, электрический ток может быть индуцирован, то есть может появиться в результате воздействия особым образом на проводник магнитного поля. Такой электрический ток называется индуцированным. Условия образования электрического тока в результате явления электромагнитной индукции рассматриваются далее в статье.

Понятие о магнитном поле

Прежде чем начать изучение явления электромагнитной индукции, необходимо разобраться, что представляет собой магнитное поле. Говоря простыми словами, под магнитным полем подразумевают область пространства, в которой магнитный материал проявляет свои магнитные эффекты и свойства. Эта область пространства может быть изображена с помощью линий, которые называются линиями магнитного поля. Количеством этих линий изображают физическую величину, которая называется магнитным потоком. Линии магнитного поля являются замкнутыми, они начинаются на северном полюсе магнита и заканчиваются на южном.

Магнитное поле обладает способностью воздействовать на любые материалы, обладающие магнитными свойствами, например, на железные проводники электрического тока. Это поле характеризуется магнитной индукцией, которая обозначается B и измеряется в теслах (Тл). Магнитная индукция в 1 Тл — это очень сильное магнитное поле, которое действует с силой в 1 ньютон на точечный заряд в 1 кулон, который пролетает перпендикулярно линиям магнитного поля со скоростью 1 м/с, то есть 1 Тл = 1 Н*с/(м*Кл).

Кто открыл явление электромагнитной индукции?

Электромагнитная индукция, на принципе работы которой основаны многие современные приборы, была открыта в начале 30-х годов XIX века. Открытие явления электромагнитной индукции принято приписывать Майклу Фарадею (дата открытия — 29 августа 1831 года). Ученый основывался на результатах опытов датского физика и химика Ханса Эрстеда, который обнаружил, что проводник, по которому течет электрический ток, создает магнитное поле вокруг себя, то есть начинает проявлять магнитные свойства.

Фарадей, в свою очередь, открыл противоположное обнаруженному Эрстедом явление. Он заметил, что изменяющееся магнитное поле, которое можно создать, меняя параметры электрического тока в проводнике, приводит к возникновению разности потенциалов на концах какого-либо проводника тока. Если эти концы соединить, например, через электрическую лампу, то по такой цепи потечет электрический ток.

В итоге Фарадей открыл физический процесс, в результате которого в проводнике появляется электрический ток из-за изменения магнитного поля, в чем и заключается явление электромагнитной индукции. При этом для образования индуцированного тока не важно, что движется: магнитное поле или сам проводник. Это можно легко показать, если провести соответствующий опыт по явлению электромагнитной индукции. Так, расположив магнит внутри металлической спирали, начинаем перемещать его. Если соединить концы спирали через какой-либо индикатор электрического тока в цепь, то можно увидеть появление тока. Теперь следует оставить магнит в покое и перемещать спираль вверх и вниз относительно магнита. Индикатор также покажет существование тока в цепи.

Эксперимент Фарадея

Опыты Фарадея заключались в работе с проводником и постоянным магнитом. Майкл Фарадей впервые обнаружил, что при перемещении проводника внутри магнитного поля на его концах возникает разность потенциалов. Перемещающийся проводник начинает пересекать линии магнитного поля, что моделирует эффект изменения этого поля.

Ученый обнаружил, что положительный и отрицательный знаки возникающей разности потенциалов зависят от того, в каком направлении движется проводник. Например, если проводник поднимать в магнитном поле, то возникающая разность потенциалов будет иметь полярность +-, если же опускать этот проводник, то мы уже получим полярность -+. Эти изменения знака потенциалов, разность которых называется электродвижущей силой (ЭДС), приводят к возникновению в замкнутом контуре переменного тока, то есть такого тока, который постоянно изменяет свое направление на противоположное.

Особенности электромагнитной индукции, открытой Фарадеем

Зная, кто открыл явление электромагнитной индукции и почему возникает индуцированный ток, объясним некоторые особенности этого явления. Так, чем быстрее перемещать проводник в магнитном поле, тем будет больше значение силы индуцированного тока в контуре. Еще одна особенность явления заключается в следующем: чем больше магнитная индукция поля, то есть чем сильнее это поле, тем большую разность потенциалов она сможет создать при перемещении проводника в поле. Если же проводник находится в покое в магнитном поле, никакого ЭДС в нем не возникает, поскольку нет никакого изменения в пересекающих проводник линиях магнитной индукции.

Направление электрического тока и правило левой руки

Чтобы определить направление в проводнике электрического тока, созданного в результате явления электромагнитной индукции, можно воспользоваться так называемым правилом левой руки. Его можно сформулировать следующим образом: если левую руку поставить так, чтобы линии магнитной индукции, которые начинаются на северном полюсе магнита, входили в ладонь, а оттопыренный большой палец направить по направлению перемещения проводника в поле магнита, тогда оставшиеся четыре пальца левой руки укажут направление движения индуцированного тока в проводнике.

Существует еще один вариант этого правила, он заключается в следующем: если указательный палец левой руки направить вдоль линий магнитной индукции, а оттопыренный большой палец направить по направлению движения проводника, тогда повернутый на 90 градусов к ладони средний палец укажет направление появившегося тока в проводнике.

Явление самоиндукции

Ханс Кристиан Эрстед открыл существование магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Также ученый установил, что характеристики этого поля прямым образом связаны с силой тока и его направлением. Если ток в катушке или проводнике будет переменным, то он породит магнитное поле, которое не будет стационарным, то есть будет меняться. В свою очередь это переменное поле приведет к возникновению индуцированного тока (явление электромагнитной индукции). Движение тока индукции будет всегда противоположно циркулирующему по проводнику переменному току, то есть будет оказывать сопротивление при каждом изменении направления тока в проводнике или катушке. Этот процесс получил название самоиндукции. Создаваемая при этом разность электрических потенциалов называется ЭДС самоиндукции.

Отметим, что явление самоиндукции возникает не только при изменении направления тока, но и при любом его изменении, например, при увеличении за счет уменьшения сопротивления в цепи.

Для физического описания сопротивления, оказываемого любому изменению тока в цепи за счет самоиндукции, ввели понятие индуктивности, которая измеряется в генри (в честь американского физика Джозефа Генри). Один генри — это такая индуктивность, для которой при изменении тока за 1 секунду на 1 ампер возникает ЭДС в процессе самоиндукции, равная 1 вольт.

Переменный ток

Когда катушка индуктивности начинает вращаться в магнитном поле, то в результате явления электромагнитной индукции она создает индуцированный ток. Этот электрический ток является переменным, то есть он систематически изменяет свое направление.

Переменный ток является наиболее распространенным, чем постоянный. Так, многие приборы, которые работают от центральной электрической сети, используют именно этот тип тока. Переменный ток легче индуцировать и транспортировать, чем постоянный. Как правило, частота бытового переменного тока составляет 50-60 Гц, то есть за 1 секунду его направление изменяется 50-60 раз.

Геометрическим изображением переменного тока является синусоидальная кривая, которая описывает зависимость напряжения от времени. Полный период синусоидальной кривой для бытового тока приблизительно равен 20 миллисекундам. По тепловому эффекту переменный ток аналогичен току постоянному, напряжение которого составляет U_max/√2, где U_max — максимальное напряжение на синусоидальной кривой переменного тока.

Использование электромагнитной индукции в технике

Открытие явления электромагнитной индукции произвело настоящий бум в развитии техники. До этого открытия люди были способны производить электричество в ограниченных количествах только с помощью электрических батарей.

В настоящее время это физическое явление используется в электрических трансформаторах, в обогревателях, которые индуцированный ток переводят в тепло, а также в электрических двигателях и генераторах автомобилей.

Магнитные силовые линии

Лучшая индукция магнитных линий — Отличные предложения по индукции магнитных линий от мировых продавцов индукции магнитных линий

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для индукции магнитных линий.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, так как эта верхняя индукция магнитных линий в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что получили индукцию магнитных линий на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в индукции магнитных линий и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам разобраться, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, мы думаем, вы согласитесь, что вы получите индукцию магнитных линий по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Банк вопросов. 1. Электромагнетизм 2. Магнитные эффекты электрического тока 3. Электромагнитная индукция

1 1.Электромагнетизм 2. Магнитные эффекты электрического тока 3. Электромагнитная индукция 1. На схеме ниже изображена свободно подвешенная магнитная стрелка. Медная проволока проводится параллельно оси магнитной стрелки. (а) Опишите направления, в которых будет перемещаться северный полюс стрелки в следующих ситуациях. (i) Когда проводник находится над иглой, а ток течет от A к B. (ii) Когда проводник находится под иглой, а ток течет от B к A. (b) Почему игла движется в вышеуказанных ситуациях? (c) Назовите и укажите закон, который будет определять направление движения магнитной стрелки.1

2 Ответ (a) (i) Северный полюс иглы отклонится на запад. (ii) Северный полюс иглы отклонится на запад. (b) Ток, протекающий через проводник, создает магнитное поле, которое находится под прямым углом к ​​направлению потока тока. Таким образом, магнитное поле, создаваемое проводником, находится под прямым углом к ​​направлению магнитного поля, создаваемого магнитной стрелкой.Таким образом действует пара, которая отклоняет свободно подвешенную магнитную стрелку. (c) Правило плавания Ампера: представьте себе пловца (всегда смотрящего на магнитную стрелку), плывущего в направлении течения, так что поток входит из его ног и уходит из его головы. Затем направление, в котором указывает левая рука пловца, дает направление северного полюса магнитной стрелки. 2. Опишите установку для построения линий магнитного поля в прямолинейном проводнике, по которому проходит ток. Ответ 2

3 3.Нарисуйте диаграмму, показывающую силовые линии магнитного поля, вызванные током по прямому проводу. Ответ 4. Два прямых проводника A и B, по которым проходят сильные равные токи в противоположных направлениях, проходят через картон, как показано на схеме ниже. Скопируйте диаграмму и нарисуйте отдельно силовые линии, создаваемые каждым током. Покажите направление магнитного поля в точке X. Каков будет эффект магнитного поля в точке X, если ток в точке B будет обратным? Объясните, почему силовые линии на расстоянии могут отличаться по форме от линий в непосредственной близости от проводников.3

4 Отв. Направление магнитного поля в точке X будет направлено вниз, как показано на диаграмме. Если направление тока в B меняется на противоположное, то никакие магнитные силовые линии не будут проходить через X. Силовые линии на расстоянии взаимодействуют с магнитным полем Земли и, следовательно, имеют эллиптическую природу. 5. Назовите три характеристики магнитного поля, создаваемого прямолинейным проводником с током.Ответ (1) Магнитные силовые линии имеют форму концентрических окружностей около проводника. (2) Плоскость магнитных силовых линий расположена под прямым углом к ​​прямолинейному проводнику, по которому проходит ток. (3) Магнитная напряженность увеличивается с увеличением силы тока. 4

5 6. Опишите установку для построения линий магнитного поля в круговой петле, по которой проходит ток.Ответ 7. Согнутый в круг провод проводит ток против часовой стрелки. Какую полярность показывает эта сторона катушки? Ответ: лицевая сторона катушки будет иметь северную полярность. 8. Каково направление магнитного поля в центре катушки, по которой течет ток: (i) по часовой стрелке, (ii) против часовой стрелки? Ответ (i) Магнитное поле направлено внутрь и вдоль оси катушки. (ii) Магнитное поле направлено наружу и вдоль оси катушки. 9. (a) Скопируйте диаграмму, приведенную ниже, и нарисуйте линии магнитного поля, возникающего из-за протекания тока.(b) Назовите один способ увеличения магнитной силы катушки. (c) Приведите три характеристики магнитных силовых линий в (a). 5

6 Отв. (а) Линии магнитного поля показаны на рисунке. (b) При увеличении силы тока увеличивается магнитная сила катушки. (c) (i) Точки, в которые входит ток, магнитные силовые линии имеют форму концентрических окружностей.(ii) Внутри пространства, ограниченного катушкой, магнитные силовые линии имеют одинаковое направление. (iii) направление магнитных силовых линий перпендикулярно направлению потока тока. 10. Сформулируйте правило определения направления силовых линий магнитного поля вокруг проводника, по которому проходит ток. Ответ Правило большого пальца правой руки: представьте, что вы держите проводника ладонью правой руки так, что пальцы охватывают проводник, а большой палец указывает в направлении тока.Затем направление пальцев, окружающих проводник, дает направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника. 6

7 11. (a) Что такое соленоид? (b) Нарисуйте магнитное поле вокруг соленоида, четко показывая магнитные полярности и направление магнитных силовых линий. (c) Если соленоид подвешен свободно, в каком направлении он будет указывать? (d) Назовите три способа увеличения магнитной силы соленоида.Ответ (а) Соленоид представляет собой изолированную медную катушку, намотанную на цилиндрический картон, длина которой больше диаметра, и он ведет себя как магнит, когда через него протекает электрический ток. (b) Схема, приведенная ниже. (c) Он будет указывать в направлении Север-Юг. (d) Напряженность магнитного поля соленоида может быть увеличена: (1) Увеличивая количество витков соленоида. (2) Увеличивая силу тока, протекающего через соленоид. (3) Поместив сердечник из мягкого железа вдоль оси соленоида.(4) Путем ламинирования сердечника из мягкого железа. 7

8 12. На схеме ниже показан небольшой магнит, расположенный рядом с соленоидом. При включении тока в соленоиде магнит притягивается или отталкивается? Обоснуйте свой ответ. Ответ Ток на конце А течет по часовой стрелке. Таким образом, ближе к концу создается южная полярность. Таким образом магнит притягивается катушкой.13. На схеме ниже показана спиральная катушка, намотанная на полую картонную трубку. Рядом находится магнитный компас. Когда ток течет при закрытии ключа, как это повлияет на стрелку компаса? Укажите два способа усиления магнитного поля, создаваемого катушкой. Ответ Ток на конце A течет против часовой стрелки. Таким образом, северная полярность создается по направлению к концу A. Таким образом, южный полюс стрелки компаса будет указывать в сторону конца A. Магнитное поле может быть усилено за счет: (1) увеличения величины тока в катушке.(2) размещение ламинированного сердечника из мягкого железа внутри катушки. 8

9 14. Почему ток, несущий свободно подвешенный соленоид, проходит в определенном направлении? Ответ. Когда ток протекает через свободно подвешенный соленоид, он ведет себя как стержневой магнит. Таким образом, он выравнивается в направлении магнитного поля Земли, то есть в направлении север-юг. 15. Вам необходимо сделать электромагнит из П-образного прутка мягкого железа.Нарисуйте принципиальную схему, чтобы представить процесс. На схеме показан электрический элемент, изолированная медная катушка, U-образный железный стержень и выключатель. Отметьте полюса электромагнита. Ответ 16. а) Что вы понимаете под термином «электромагнит»? (б) Назовите три способа увеличения силы электромагнита. (c) Назовите три практических применения электромагнитов. Ответ (а) Магнит, сделанный путем наматывания изолированной медной катушки на кусок мягкого железа, так что он ведет себя как магнит только тогда, когда через катушку течет ток, называется электромагнитом.9

10 (b) (i) Увеличивая количество витков в катушке. (ii) Увеличивая силу тока, протекающего через катушку. (iii) ламинированием сердечника из мягкого железа. (c) (i) Электромагниты используются в электрическом звонке, электрическом реле; микрофон и т. д. (ii) Электромагниты используются для отделения ферромагнитных веществ от руд. (iii) Электромагниты используются в электродвигателях и электрогенераторах.17. На схеме ниже показана цепь, содержащая катушку, намотанную на длинную и тонкую полую картонную трубку. (i) Скопируйте схему и покажите полярность, полученную каждой лицевой стороной соленоида. (ii) Нарисуйте магнитные силовые линии внутри катушки и покажите их направление. (iii) Назовите два метода увеличения магнитной силы магнитных силовых линий внутри катушки. 10

11 Отв.(i) На диаграмме показана полярность каждой стороны соленоида. (ii) Показано на диаграмме. (iii) (a) Увеличивая силу тока. (b) Поместив сердечник из мягкого железа внутрь катушки. 18. Назовите два различия между электромагнитом и постоянным магнитом. Ответ 1. Электромагниты обладают очень сильным магнитным полем по сравнению с постоянными магнитами. 2. Полярность электромагнита можно легко изменить, но не в случае постоянного магнита. 19. (a) Неполная схема электрического звонка показана на рисунке ниже.Скопируйте и заполните схему. 11

12 (b) Каковы функции следующих частей электрического звонка? (i) Электромагнит (ii) Якорь из мягкого железа (iii) Плоская стальная пружина. (c) Почему особое внимание уделяется точкам контакта электрического звонка? (г) Как можно изменить частоту звонка электрического звонка? (e) Может ли этот звонок работать от переменного тока? сеть? Если да, объясните свой ответ.Если нет, то предложите изменения в схеме, чтобы звонок мог адаптироваться к переменному току. сеть. Ответ (а) Показано на схеме. (b) (i) Электромагнит притягивает якорь из мягкого железа к себе, когда через него течет ток. Движение якоря заставляет молоток биться о гонг, и, следовательно, издается звук. (ii) Якорь из мягкого железа сильно притягивается к электромагниту, когда последний активируется. (iii) Плоская пружина испытывает напряжение, когда якорь движется к электромагниту. Когда электрическая цепь разрывается в точке контакта, напряжение пружины возвращает якорь в исходное положение.12

13 (c) В точках контакта возникает искрение при разрыве электрической цепи. Из-за искрения точки контакта окисляются, и, следовательно, колокол перестает работать. Во избежание окисления точки контакта изготовлены из сплава серебро-кадмий. (d) При перемещении контактного винта по направлению к якорю частота кольца увеличивается, и наоборот. (e) Да, он может работать на a.c. сеть. Это потому, что электромагнит одинаково хорошо работает на переменном токе. или d.c. поставка. Единственная разница в том, что в случае переменного тока питания, полярность электромагнита быстро меняется. 20. На рисунке ниже показан ток, протекающий в катушке с проволокой, намотанной вокруг сердечника подковы из мягкого железа. Укажите полярности на концах A и B. Ответ. (i) В конце северная полярность. (ii) В конце B южная полярность. 13

14 21.(a) Свободно подвешенный медный проводник проводится между полюсными наконечниками магнита, как показано на схеме ниже. Укажите, будет ли проводник двигаться в плоскости бумаги или из плоскости бумаги. б) Почему движется проводник? (c) Укажите правило, определяющее движение проводника. (d) Укажите три фактора, которые определяют силу, действующую на проводник. Ответ (а) Он переместится в плоскость бумаги. (b) Магнитное поле, создаваемое проводником из-за прохождения электрического тока, находится под прямым углом к ​​магнитному полю постоянного магнита.Таким образом, действует магнитная пара, которая заставляет свободно подвешенный проводник выходить из магнитного поля постоянного магнита. (c) Правило левой руки Флеминга: оно указывает направление движения проводника, несущего ток, в магнитном поле. В нем говорится: растяните большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы указательный палец указывал в направлении магнитного поля; средний палец указывает в направлении тока. Затем большой палец указывает в направлении движения проводника.14

15 (d) Испытываемая им сила: (i) прямо пропорциональна силе силы тока. (ii) прямо пропорциональный магнитному полю. (iii) прямо пропорциональна длине проводника в магнитном поле. 22. На схеме ниже показана прямоугольная катушка ABCD, свободно подвешенная между вогнутыми полюсными наконечниками постоянного подковообразного магнита, так что плоскость катушки параллельна магнитному полю.(а) Выскажите свое наблюдение при включении тока. (б) Объясните свое наблюдение в пункте (а). (c) Назовите правило, которое поможет вам найти движение вращения катушки. (d) В каком положении катушка в конечном итоге остановится? (e) Назовите четыре способа увеличения силы, действующей на катушку. Ответ (а) Катушка ABCD будет вращаться вокруг своей оси. Плечо AB катушки выйдет из плоскости бумаги и направит CD в плоскость бумаги. Таким образом, катушка будет вращаться против часовой стрелки.15

16 (b) Эта катушка создает магнитное поле из-за прохождения электрического тока. Магнитное поле катушки расположено под прямым углом к ​​магнитному полю постоянного магнита. Таким образом действует магнитная пара, которая вращает катушку. (c) Правило левой руки Флеминга: оно указывает направление движения проводника, несущего ток, в магнитном поле. Он гласит: вытяните большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы указательный палец указывал в направлении магнитного поля; средний палец указывает в направлении тока.Затем большой палец указывает в направлении движения проводника. (d) Катушка остановится под прямым углом к ​​направлению магнитного поля. (e) (1) Увеличивая количество витков в катушке. (2) Увеличивая площадь поперечного сечения катушки. (3) Поместив в катушку многослойный сердечник из мягкого железа. (4) Увеличив силу тока в катушке. 23. Что такое электродвигатель? Заявите его принцип. Ответ Электрическое устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую, называется электродвигателем.Он основан на принципе, что когда катушка, по которой течет ток, помещается в постоянное магнитное поле, испытывает силу из-за взаимодействия магнитного поля магнита и поля катушки. 16

17 24. Какие преобразования энергии происходят при работе постоянного тока? мотор. Ответ Электрическая энергия превращается в механическую во время работы d.c. мотор. 25. Завершите следующее предложение: энергия преобразуется в энергию электродвигателем. Ответ 1. Электрический 2. Механический 26. (a) На схеме ниже показана простая форма двигателя постоянного тока. После включения выключателя зафиксируйте результат измерения в амперметре A. б) В чем причина вышеуказанного наблюдения? (c) Укажите направление вращения катушки. (d) Как определить направление вращения катушки? Ответ (а) Амперметр будет очень медленно регистрировать максимальное значение тока. Это означает, что стрелка амперметра будет медленно перемещаться по шкале до достижения максимального значения.17

18 (b) Когда ток течет в катушку двигателя, индуцированный ток из-за самоиндукции течет в противоположном направлении. Именно из-за этого обратного тока стрелка этого амперметра медленно перемещается. (c) Катушка будет вращаться против часовой стрелки. (d) Правило левой руки Флеминга: оно указывает направление движения проводника, несущего ток, в магнитном поле.Он гласит: вытяните большой, указательный и средний пальцы левой руки так, чтобы указательный палец указывал в направлении магнитного поля; средний палец указывает в направлении тока. Затем большой палец указывает в направлении движения проводника. 27. (a) Укажите функцию следующих частей двигателя постоянного тока: (1) Изолированная медная катушка. (2) Сердечник из мягкого железа. (3) Разъемный кольцевой коммутатор. (4) Угольные щетки. (b) В каких положениях отклоняющая пара, действующая на катушку, составляет: (1) Максимум.(2) Минимум. (c) Как рывки катушки превращаются в плавное круговое движение? (d) Назовите три способа сделать двигатель более мощным. 18

19 Ответ (a) (1) Он ведет себя как магнит, когда через него протекает электрический ток. Таким образом, он создает магнитное поле, которое дополнительно помогает в настройке магнитной пары. (2) Он усиливает магнитное поле, создаваемое катушкой, и, следовательно, помогает в создании сильной магнитной пары.(3) Коммутатор с разъемным кольцом помогает изменять направление тока в катушке через каждые 180 секунд. Это, в свою очередь, помогает вращать катушку в том же направлении. (4) Они трутся о разрезные кольца и, следовательно, обеспечивают постоянный ток в катушке. (b) (1) При 0 и 180 отклоняющая пара максимальна. (2) На 90 и 270 отклоняющая пара равна нулю. (c) Резкое движение катушки преобразуется в плавное круговое движение путем наматывания количества катушек на один и тот же сердечник из мягкого железа, так что, когда отклоняющая пара уменьшается в одной катушке, она становится максимальной в следующей катушке.(d) (1) Увеличивая количество витков в катушке. (2) Увеличивая площадь поперечного сечения катушки. (3) Увеличивая силу радиального магнитного поля. 28. Назовите два прибора, в которых используется электродвигатель. Ответ (i) Миксер-измельчитель, (ii) Вентиляторы. 19

20 29. (а) Что вы понимаете под следующими терминами: (i) Электромагнитная индукция? (ii) Индуцированная ЭМе? (б) Назовите два закона электромагнитной индукции. Ответ (a) (i) Электромагнитная индукция: это явление, из-за которого наведенная переменная ЭДС. устанавливается в проводнике при изменении в нем магнитного потока. (ii) Индуцированная ЭДС. : Это p.d. устанавливается в проводнике, когда магнитные силовые линии могут изменяться в нем. (b) Законы электромагнитной индукции Фарадея: 1. Когда магнитный поток изменяется внутри замкнутой катушки, индуцированная ЭДС. устанавливается внутри катушки, что вызывает индуцированный электрический ток.2. Величина наведенной ЭДС. является: (1) прямо пропорциональным скорости изменения магнитного потока. (2) прямо пропорционально количеству витков в катушке. (3) прямо пропорциональна площади поперечного сечения катушки. 20

21 30. На схеме ниже показана катушка AB, подключенная к гальванометру G с нулевым центром. Гальванометр показывает отклонение вправо, когда северный полюс мощного магнита перемещается вправо, как показано.(i) Объясните, почему гальванометр отклоняется. (ii) Видно ли направление тока по часовой или против часовой стрелки, если смотреть с конца A? (iii) Задайте наблюдение в G, когда катушка отодвигается от N. (iv) Укажите наблюдение в G, когда и катушка, и магнит перемещаются вправо с одинаковой скоростью. Ответ (i) Когда магнитные силовые линии внутри катушки увеличиваются, это приводит в движение свободные электроны (диполи) в одном конкретном направлении. Это вызывает индуцированный ток, и, следовательно, гальванометр показывает отклонение.(ii) Против часовой стрелки — направление тока. (iii) Стрелка гальванометра показывает кратковременное отклонение влево. (iv) Гальванометр не показывает отклонения. Это потому, что нет относительного изменения положения магнита и катушки. Таким образом, внутри катушки не изменяются магнитные силовые линии. Следовательно, наведенная ЭДС отсутствует. производится. 21

22 31. Какого рода изменение энергии происходит, когда магнит перемещается внутри катушки с гальванометром на концах? Назовите явление.Ответ Механическая энергия движущегося магнита преобразуется в электрическую под действием магнитных силовых линий. О выработке электроэнергии свидетельствует кратковременное отклонение стрелки гальванометра. Это явление называется электромагнитной индукцией. 32. Кратко опишите один способ создания наведенного тока. Укажите один фактор, определяющий величину наведенной ЭДС. Ответ Возьмите изолированную медную катушку с большим количеством витков, намотанную на полую картонную трубку, и подсоедините ее оголенные концы к чувствительному гальванометру.Возьмите мощный магнит и быстро перемещайте его внутрь и наружу в картонной трубке. Вы увидите отклонение показаний гальванометра. Величина наведенной э.д.с. можно увеличить, быстро перемещая стержневой магнит внутрь и наружу. 33. Правило правой руки Государства Флеминга. Ответ Вытяните большой, указательный и средний пальцы правой руки под прямым углом друг к другу так, чтобы указательный палец указывал в направлении магнитного поля, большой палец — в направлении движения проводника, затем направление, в котором средний палец кончики пальцев указывают направление индуцированного тока.22

23 34. Что такое закон Ленца: Отв. Во всех случаях электромагнитной индукции направление индуцированного тока таково, что он всегда противостоит причинам, которые его вызывают. 35. Почему сложнее вставить магнит в катушку с большим количеством витков? Ответ Чем больше количество витков в катушке, тем больше величина наведенной ЭДС. Теперь по закону Ленца направление наведенной э.д.с. такова, что всегда противостоит делу.Таким образом, движущийся магнит испытывает большую силу в направлении, противоположном его направлению движения, и, следовательно, его трудно перемещать внутри катушки. 36. Объясните, почему индуцированный ток должен течь в таком направлении, чтобы противодействовать вызывающему его изменению. Ответ В природе силы всегда возникают парами, которые взаимно равны и противоположны друг другу (третий закон движения Ньютона). Таким образом, сила (магнитная), создаваемая индуцированным током, должна быть равна и противоположна направлению силы, приложенной к движущемуся магниту.37. На схеме ниже показана катушка из нескольких витков медного провода, подключенная к чувствительному центральному гальванометру нуля G около стержневого магнита NS. Катушка может двигаться свободно. 23

24 (i) Опишите наблюдение, если катушка быстро перемещается в направлении стрелки. (ii) Как изменится наблюдение, если (а) катушка имеет в два раза больше витков, (б) катушка будет двигаться в три раза быстрее? Ответ (i) Стрелка гальванометра показывает кратковременное отклонение, а затем достигает нулевого центра, когда катушка останавливается.(ii) (a) Величина отклонения стрелки гальванометра увеличивается вдвое по сравнению с (i) (b) Величина отклонения стрелки гальванометра увеличивается в три раза по сравнению с (i) 38. На диаграмме ниже показан неподвижная катушка из нескольких витков, подключенная к центру нулевого гальванометра G и магниту NS, который может перемещаться. (a) Опишите наблюдение в гальванометре, если (i) магнит быстро перемещается в направлении стрелки, (ii) магнит остается неподвижным после того, как он вошел в катушку, (iii) затем магнит быстро вытягивается катушки.(b) Как изменится наблюдение в (a) (i), если использовать более мощный магнит? 24

25 Ответ (a) (i) Стрелка гальванометра показывает кратковременное отклонение, скажем, вправо. (ii) Стрелка гальванометра вернется в центральное нулевое положение. (iii) Стрелка гальванометра показывает мгновенное отклонение, противоположное направлению (a) (i), то есть, скажем, влево. (b) Степень отклонения стрелки гальванометра увеличивается с увеличением мощности магнита по мере увеличения величины индуцированного e.м.ф. увеличивается. 39. На схеме ниже показаны катушка X, подключенная к гальванометру G с центральным нулем, и катушка P, подключенная к постоянному току. питание через выключатель S. Опишите свои наблюдения, когда выключатель S: (i) внезапно замыкается, (ii) затем остается закрытым, (iii) наконец размыкается. Назовите и укажите закон, который объясняет вышеуказанное наблюдение. Ответ (i) Стрелка гальванометра показывает кратковременное отклонение, а затем возвращается в центральное положение. Скажем, игла отклоняется вправо. (ii) Стрелка гальванометра не отклоняется.(iii) Стрелка гальванометра показывает моментальное отклонение, противоположное (i), а затем возвращается в центральное нулевое положение. 25

26 Закон электромагнитной индукции Фарадея объясняет это наблюдение. В нем говорится: всякий раз, когда происходит изменение магнитного потока, связанного с катушкой и ЭДС. индуцируется в катушке до тех пор, пока в катушке изменяется магнитный поток. 40. С какой целью используются трансформаторы? Могут ли они использоваться с источником постоянного тока? ОтветТрансформаторы используются для повышения или понижения переменного тока. напряжение, необходимое для работы различных электрических устройств, работающих от определенного напряжения. Например, для дверного звонка может потребоваться ЭДС. 6 В, тогда как для телевизора может потребоваться ЭДС. несколько тысяч вольт. Трансформаторы нельзя использовать с постоянным током, потому что магнитный поток не изменяется вместе с ним. 41. Как работает э.м.ф. в первичной и вторичной обмотках трансформатора связано с количеством витков в этих катушках? Ответ э.м.ф. в первичной обмотке e.м.ф. во вторичной обмотке = количество витков в первичной обмотке; количество витков во вторичной обмотке 42. Нарисуйте маркированную диаграмму, чтобы показать различные компоненты повышающего трансформатора. Ответ 26

27 43. (a) Нарисуйте помеченную схему устройства, которое вы будете использовать для преобразования 200 В переменного тока. до 15 В. a.c. Назовите устройство и объясните, как оно работает. (b) (i) Назовите два использования этого устройства. (ii) Укажите три характеристики первичной обмотки относительно вторичной обмотки. Ответ(а) Устройство известно как понижающий трансформатор. Работа: Когда перем. при напряжении 200 В в первичную обмотку P магнитный поток быстро изменяется в мягком железе с изменением направления тока. Этот изменяющийся магнитный поток связывает вторичную обмотку S и, следовательно, индуцирует переменный ток. э.м.ф. в нем величина которого определяется выражением: e.m.f. во вторичной обмотке э.д.с. в первичной обмотке = количество витков вторичной обмотки; количество витков в первичной обмотке (b) (i) Понижающий трансформатор используется в дверных звонках, элиминаторах аккумуляторных батарей, зарядных устройствах и аварийном освещении.(ii) (1) Первичная катушка имеет большее количество витков по сравнению с вторичной катушкой. (2) Первичная катушка имеет меньший диаметр по сравнению с вторичной катушкой. (3) Первичная обмотка имеет более сильную изоляцию по сравнению с вторичной обмоткой. 27

28 44. На рисунке ниже показан трансформатор и названия его частей A и B. Заполните схему и назовите части A и B. Назовите часть, которую вы нарисовали, чтобы завершить схему. Из какого материала эта часть? Это трансформатор повышающий или понижающий и почему? ОтветА — первичная обмотка. B — вторичная обмотка. Деталь, нарисованная для завершения схемы, представляет собой ламинированный сердечник. Материал ламинированного сердечника — мягкое железо. Вышеупомянутый трансформатор является понижающим трансформатором, поскольку количество витков его вторичной обмотки меньше количества витков в его первичной обмотке. 28

29 45. Вторичные обмотки трансформатора, в котором понижено напряжение, обычно сделаны из более толстого провода, чем первичная. Объяснить, почему? Ответ Величина тока во вторичных обмотках понижающего трансформатора намного выше, чем в первичных обмотках.Поскольку мощность, теряемая во вторичных обмотках, выражается выражением I 2 R, где R — сопротивление вторичных обмоток, значение R уменьшается, насколько это возможно. Это достигается за счет увеличения толщины обмотки вторичной катушки, потому что чем толще провод, тем меньше его сопротивление. 46. ​​Почему железный сердечник трансформатора сделан ламинированным (тонкими листами), а не сплошным? Ответ (1) В многослойном железном сердечнике величина магнитной напряженности выше, чем в твердом железном сердечнике.(2) В многослойном железном сердечнике генерируется наименьшее количество вихревых токов. Таким образом, потери энергии в виде тепла сводятся к минимуму. 47. Заполните пустые поля соответствующими словами. (i) В повышающем трансформаторе количество витков в первичной обмотке равно числу витков во вторичной обмотке. (ii) Трансформатор используется в токовых цепях. Ответ (i) меньше (ii) переменно 29

30 48. Какова функция трансформатора в сети переменного тока? цепь? Как соотносятся входная и выходная мощности трансформатора? Назовите две причины потери энергии в трансформаторе.Ответ Трансформатор переменного тока. цепи, шаг вверх или вниз, э.д.с. в зависимости от требований. В трансформаторе выходная мощность всегда меньше входной. Причины потери энергии в трансформаторе. 1. Часть энергии теряется из-за сопротивления первичной и вторичной катушек. 2. Часть энергии теряется из-за образования вихревых токов в сердечнике из мягкого железа. 49. Какие потери энергии происходят в сердечнике трансформатора и как они минимизированы? Ответ Потери энергии в сердечнике трансформатора происходят из-за образования вихревых токов, которые, в свою очередь, нагревают сердечник.Потери энергии можно минимизировать, используя ламинированный сердечник из мягкого железа. 50. Назовите одну точку различия между повышающим трансформатором и понижающим трансформатором. Ответ (1) Первичная обмотка повышающего трансформатора имеет меньшее количество витков по сравнению с понижающим трансформатором. 30

31 51. На схеме ниже показан сердечник трансформатора и его входные и выходные соединения. (а) Укажите материал, из которого изготовлен сердечник, и опишите его структуру. (b) Используйте данные диаграммы, чтобы рассчитать коэффициент трансформации трансформатора.(c) Заполните схему трансформатора и соединений, пометив все добавленные вами детали. (d) Если с выхода снимается ток 2А, рассчитайте ток во входной цепи. (Предположим, трансформатор идеален). Ответ (а) Материал сердечника — мягкое железо. Мягкое железо разрезают на тонкие прямоугольные кусочки, которые затем скрепляют. Такое расположение называется сердечником из ламинированного мягкого железа. (b) количество витков вторичной обмотки (N) количество витков в первичной обмотке (N) p s = 31

32 s N N N: N = 10: 1 s p p e.м.ф. во вторичной обмотке = э.д.с. в первичной катушке 220 В = 22 В (c) (d) Для идеального трансформатора: Потребляемая мощность = Выходная мощность IP VP = IS VS IP 220 В = 2 А 22 В IP = 2 А 22 В 220 В = 0,2 А 32

33 52. Первичная катушка 800 витков подключен к 220 В переменного тока питание от сети и ответ. вторичная катушка имеет 8 витков. Какое будет выходное напряжение. N N s p = V V s p V s 8 = V V s = V = 2,2 Вольт 53. Трансформатор рассчитан на работу от 240 В переменного тока. сети и дать питание Ans.напряжением 8 В для звонка в дом. Первичная катушка имеет 4800 витков. Сколько ходов вы ожидаете во второстепенном? N N N s p s = V V s p Np Vs V = = V 240 V p = 160 витков 54. (а) Что такое электрический генератор? (b) Нарисуйте аккуратную обозначенную диаграмму переменного тока. генератор? (c) Каков эффект увеличения скорости вращения катушки в генераторе? (г) Какое преобразование энергии происходит в генераторе? (e) Какова величина ЭДС? индуцируется в катушке, когда ее плоскость становится параллельной магнитному полю? 33

34 Отв.(а) устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называется электрическим генератором. переменный ток генератор (b) Показан на рисунке выше. (c) Это увеличивает величину наведенной ЭДС. (d) Механическая энергия преобразуется в электрическую. (e) Величина наведенной ЭДС. максимальное количество магнитных силовых линий, прорезанных через катушку. 55. (а) Переменный ток. Генератор, работающий с постоянной скоростью, подключен к внешней цепи, вырабатывает переменный ток частотой 50 Гц. Нарисуйте график, чтобы показать, как ток во внешней цепи изменяется со временем.(б) Почему э.д.с. генерируется нулевым генератором в определенный момент и максимумом в какой-то другой момент, когда катушка вращается с той же скоростью? 34

35 (c) Когда сопротивление во внешней цепи уменьшается, требуется больше энергии для привода генератора с той же скоростью. Зачем? (d) Назовите четыре способа увеличения величины индуцированного тока, производимого генератором. Ответ (а) Показано на рисунке ниже. (b) Когда количество магнитных силовых линий, разрезающих катушку, является максимальным, величина индуцированного e.м.ф. максимум. И наоборот, когда наименьшее количество магнитных силовых линий разрезает катушку, величина наведенной ЭДС. равно нулю. (c) С уменьшением внешнего сопротивления величина тока увеличивается. Таким образом, выходная мощность увеличивается. Это возможно только при наличии подходящего ввода. Следовательно, для привода генератора требуется больше энергии. (d) Величина наведенной ЭДС. в электрическом генераторе зависит от: (i) количества витков в катушке (ii) площади поперечного сечения катушки (iii) интенсивности радиального магнитного поля (iv) скорости вращения катушки в магнитном поле.35

36 56. В переменном токе Генератор скорость вращения катушки удваивается. Как это повлияет на: (а) частоту выходного напряжения, (б) максимальное выходное напряжение? Ответ (а) Частота выходного напряжения должна быть удвоена. (b) Максимальное выходное напряжение должно быть в два раза больше. 57. Почему в генераторе происходит преобразование энергии? Ответ Механическая энергия некоторого первичного источника энергии переходит в электрическую энергию. 58. Укажите два различия между d.c. двигатель и переменный ток генератор. Ответ (1) При постоянном токе в двигателе электрическая энергия переходит в механическую, а в двигателе переменного тока Генератор механической энергии переходит в электрическую. (2) При постоянном токе. Коммутатор двигателя с разъемным кольцом используется для изменения направления тока в его катушке.