Электромагнитная индукция формулы все: Электромагнитная индукция | Формулы по физике

Электромагнитная индукция — Electromagnetic induction

Переменный электрический ток течет через соленоид слева, создавая изменяющееся магнитное поле. Это поле вызывает за счет электромагнитной индукции электрический ток, протекающий в проволочной петле справа.

Электромагнитная или магнитная индукция — это создание электродвижущей силы через электрический проводник в изменяющемся магнитном поле .

Майклу Фарадею приписывают открытие индукции в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл математически описал это как закон индукции Фарадея . Закон Ленца описывает направление индуцированного поля. Позднее закон Фарадея был обобщен и стал уравнением Максвелла – Фарадея, одним из четырех уравнений Максвелла в его теории электромагнетизма .

Электромагнитная индукция нашла множество применений, включая электрические компоненты, такие как индукторы и трансформаторы , и такие устройства, как электродвигатели и генераторы .

История

Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками провода: жидкая батарея (справа) обеспечивает ток, который течет через небольшую катушку (A) , создавая магнитное поле. Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда малая катушка перемещается внутрь или из большой катушки (B) , магнитный поток через большую катушку изменяется, вызывая ток, который регистрируется гальванометром (G) .

Схема аппарата Фарадея с железным кольцом. Изменение магнитного потока левой катушки индуцирует ток в правой катушке.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем , опубликована в 1831 году. Она была открыта независимо Джозефом Генри в 1832 году.

В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он намотал два провода на противоположные стороны железного кольца или « тора » (устройство, подобное современному тороидальному трансформатору ). Основываясь на своем понимании электромагнитов, он ожидал, что, когда ток начнет течь по одному проводу, своего рода волна пройдет через кольцо и вызовет некоторый электрический эффект на противоположной стороне. Он подключил один провод к гальванометру и наблюдал за ним, пока подсоединял другой провод к батарее. Он видел переходный ток, который он назвал «волной электричества», когда он подключал провод к батарее, и другой, когда он отключал его. Эта индукция была связана с изменением магнитного потока, которое происходило при подключении и отключении батареи. В течение двух месяцев Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда быстро вставлял стержневой магнит в катушку с проводами и из нее, и он генерировал постоянный ( постоянный ) ток, вращая медный диск возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода (« диск Фарадея» «).

Фарадей объяснил электромагнитную индукцию с помощью концепции, которую он назвал силовыми линиями . Однако ученые того времени широко отвергли его теоретические идеи, главным образом потому, что они не были сформулированы математически. Исключением был Джеймс Клерк Максвелл , который использовал идеи Фарадея как основу своей количественной электромагнитной теории. В модели Максвелла изменяющийся во времени аспект электромагнитной индукции выражается в виде дифференциального уравнения, которое Оливер Хевисайд назвал законом Фарадея, хотя он немного отличается от первоначальной формулировки Фарадея и не описывает ЭДС движения. Версия Хевисайда (см. Уравнение Максвелла – Фарадея ниже ) — это форма, признанная сегодня в группе уравнений, известной как уравнения Максвелла .

В 1834 году Генрих Ленц сформулировал названный в его честь закон, описывающий «поток через цепь». Закон Ленца определяет направление наведенной ЭДС и тока, возникающего в результате электромагнитной индукции.

Теория

Закон индукции Фарадея и закон Ленца

Продольное сечение соленоида при протекании через него постоянного электрического тока. Показаны силовые линии магнитного поля, направление которых показано стрелками. Магнитный поток соответствует «плотности силовых линий». Таким образом, магнитный поток наиболее плотный в середине соленоида и самый слабый вне его.

В законе индукции Фарадея используется магнитный поток Φ _B через область пространства, заключенную в проволочную петлю. Магнитный поток определяется поверхностным интегралом :

ΦBзнак равно∫ΣB⋅dА ,{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {B}} = \ int \ limits _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A} \,}

где d A — элемент поверхности Σ, заключенной в проволочную петлю, B — магнитное поле. Скалярное произведение B · d A соответствует бесконечно малого количества магнитного потока. Проще говоря, магнитный поток через проволочную петлю пропорционален количеству линий магнитного потока, которые проходят через петлю.

Когда поток через поверхность изменяется, закон индукции Фарадея гласит, что проволочная петля приобретает электродвижущую силу (ЭДС). Наиболее распространенный вариант этого закона гласит , что индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна скорости изменения этого магнитного потока , охваченной цепью:

Eзнак равно-dΦBdт {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — {{d \ Phi _ {\ mathrm {B}}} \ over dt} \},

где — ЭДС, а Φ _B — магнитный поток . Направление электродвижущей силы задается законом Ленца, который гласит, что индуцированный ток будет течь в направлении, которое будет противодействовать вызвавшему его изменению. Это связано с отрицательным знаком в предыдущем уравнении. Чтобы увеличить генерируемую ЭДС, общий подход состоит в том, чтобы использовать потокосцепление путем создания плотно намотанной катушки провода , состоящей из N одинаковых витков, каждый с одинаковым магнитным потоком, проходящим через них. Результирующая ЭДС в N раз больше, чем у одного провода.
E{\ displaystyle {\ mathcal {E}}}

Eзнак равно-NdΦBdт{\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — N {{d \ Phi _ {\ mathrm {B}}} \ over dt}}

Генерация ЭДС за счет изменения магнитного потока через поверхность проволочной петли может быть достигнута несколькими способами:

1. магнитное поле B изменяется (например, переменное магнитное поле или перемещение проволочной петли к стержневому магниту, где поле B сильнее),
2. проволочная петля деформируется и поверхность Σ изменяется,
3. ориентация поверхности d A изменяется (например, вращение проволочной петли в фиксированное магнитное поле),
4. любая комбинация вышеперечисленного

Уравнение Максвелла – Фарадея

В общем, связь между ЭДС в проволочной петле, окружающей поверхность Σ, и электрическим полем E в проводе определяется выражением
E{\ displaystyle {\ mathcal {E}}}

Eзнак равно∮∂ΣE⋅dℓ{\ Displaystyle {\ mathcal {E}} = \ oint _ {\ partial \ Sigma} \ mathbf {E} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}}}

где d ℓ — элемент контура поверхности Σ, объединяя это с определением потока

ΦBзнак равно∫ΣB⋅dА ,{\ Displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {B}} = \ int \ limits _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A} \,}

мы можем записать интегральную форму уравнения Максвелла – Фарадея

∮∂ΣE⋅dℓзнак равно-ddт∫ΣB⋅dА{\ displaystyle \ oint _ {\ partial \ Sigma} \ mathbf {E} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}} = — {\ frac {d} {dt}} {\ int _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A}}}

Это одно из четырех уравнений Максвелла , поэтому оно играет фундаментальную роль в теории классического электромагнетизма .

Закон Фарадея и относительность

Закон Фарадея описывает два разных явления: ЭДС движения, генерируемую магнитной силой на движущемся проводе (см. Сила Лоренца ), и ЭДС трансформатора, которая генерируется электрической силой из-за изменяющегося магнитного поля (из-за дифференциальной формы Уравнение Максвелла – Фарадея ). Джеймс Клерк Максвелл обратил внимание на отдельные физические явления в 1861 году. Считается, что это уникальный пример в физике того, где такой фундаментальный закон используется для объяснения двух таких разных явлений.

Альберт Эйнштейн заметил, что обе эти ситуации соответствуют относительному движению между проводником и магнитом, и на результат не влияет то, какой из них движется. Это был один из основных путей, которые привели его к развитию специальной теории относительности .

Приложения

Принципы электромагнитной индукции применяются во многих устройствах и системах, в том числе:

Электрический генератор

Прямоугольная проволочная петля, вращающаяся с угловой скоростью ω в направленном радиально наружу магнитном поле B фиксированной величины. Цепь замыкается щетками, скользящими по контактам с верхним и нижним дисками, имеющими токопроводящие обода. Это упрощенная версия барабанного генератора .

ЭДС, генерируемая законом индукции Фарадея из-за относительного движения цепи и магнитного поля, является явлением, лежащим в основе электрических генераторов . Когда постоянный магнит перемещается относительно проводника или наоборот, создается электродвижущая сила. Если провод подключен через электрическую нагрузку , ток будет течь, и, таким образом , вырабатывается электрическая энергия , преобразующая механическую энергию движения в электрическую. Например, барабан-генератор основан на рисунке справа внизу. Другая реализация этой идеи — диск Фарадея , показанный в упрощенном виде справа.

В примере с диском Фарадея диск вращается в однородном магнитном поле, перпендикулярном диску, заставляя ток течь в радиальном плече из-за силы Лоренца. Чтобы управлять этим током, необходима механическая работа. Когда генерируемый ток протекает через проводящий обод, этим током создается магнитное поле по закону Ампера (обозначено на рисунке как «индуцированный B»). Таким образом, обод становится электромагнитом, который сопротивляется вращению диска (пример закона Ленца ). На дальней стороне рисунка обратный ток течет от вращающегося рычага через дальнюю сторону обода к нижней щетке. B-поле, индуцированное этим обратным током, противостоит приложенному B-полю, стремясь уменьшить поток через эту сторону цепи, противодействуя увеличению потока из-за вращения. На ближней стороне рисунка обратный ток течет от вращающегося рычага через ближнюю сторону обода к нижней щетке. Индуцированное B-поле увеличивает поток на этой стороне цепи, противодействуя уменьшению потока из-за вращения. Энергия, необходимая для поддержания движения диска, несмотря на эту реактивную силу, в точности равна генерируемой электрической энергии (плюс энергия, теряемая из-за трения , джоулева нагрева и других неэффективностей). Такое поведение характерно для всех генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую.

Электрический трансформатор

Когда электрический ток в петле из проволоки изменяется, изменяющийся ток создает изменяющееся магнитное поле. Второй провод, находящийся в зоне действия этого магнитного поля, будет испытывать это изменение магнитного поля как изменение связанного магнитного потока, d Φ _B / dt . Следовательно, электродвижущая сила создается во втором контуре, называемом наведенной ЭДС или ЭДС трансформатора. Если два конца этого контура соединить через электрическую нагрузку, ток будет течь.

Токовые клещи

Токовые клещи

Токовые клещи — это тип трансформатора с разъемным сердечником, который можно раздвинуть и закрепить на проводе или катушке для измерения тока в нем или, наоборот, для наведения напряжения. В отличие от обычных инструментов, зажим не имеет электрического контакта с проводником и не требует его отключения во время крепления зажима.

Магнитный расходомер

Закон Фарадея используется для измерения расхода электропроводных жидкостей и шламов. Такие приборы называются магнитными расходомерами. Индуцированное напряжение ℇ, генерируемое в магнитном поле B из-за проводящей жидкости, движущейся со скоростью v , таким образом, определяется выражением:

Eзнак равно-Bℓv,{\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — B \ ell v,}

где ℓ — расстояние между электродами в магнитном расходомере.

вихревые токи

Электрические проводники, движущиеся через постоянное магнитное поле, или неподвижные проводники в изменяющемся магнитном поле, будут иметь круговые токи, индуцируемые внутри них за счет индукции, называемые вихревыми токами . Вихревые токи протекают в замкнутых контурах в плоскостях, перпендикулярных магнитному полю. Они находят полезное применение в вихретоковых тормозах и системах индукционного нагрева. Однако вихревые токи, индуцированные в металлических магнитных сердечниках трансформаторов, а также двигателей и генераторов переменного тока, нежелательны, поскольку они рассеивают энергию (называемую потерями в сердечнике ) в виде тепла в сопротивлении металла. В сердечниках этих устройств используется ряд методов снижения вихревых токов:

• Ядра низкой частоты переменного тока электромагниты и трансформаторы, вместо того чтобы быть твердым металлом, часто изготавливаются из стопок металлических листов, называемых слоистые , разделенных непроводящих покрытий. Эти тонкие пластины уменьшают нежелательные паразитные вихревые токи, как описано ниже.
• Катушки индуктивности и трансформаторы, используемые на более высоких частотах, часто имеют магнитные сердечники, изготовленные из непроводящих магнитных материалов, таких как феррит или железный порошок, скрепленные связующим из смолы.

Электромагнитные ламинаты

Вихревые токи возникают, когда твердая металлическая масса вращается в магнитном поле, поскольку внешняя часть металла прорезает больше магнитных силовых линий, чем внутренняя часть; следовательно, индуцированная электродвижущая сила неоднородна; это имеет тенденцию вызывать электрические токи между точками наибольшего и наименьшего потенциала. Вихревые токи потребляют значительное количество энергии и часто вызывают опасное повышение температуры.

В этом примере показаны только пять пластин или пластин, чтобы показать подразделение вихревых токов. На практике количество наслоений или перфораций составляет от 40 до 66 на дюйм (от 16 до 26 на сантиметр), что снижает потери на вихревые токи примерно до одного процента. Хотя пластины могут быть разделены изоляцией, напряжение настолько низкое, что естественного ржавого / оксидного покрытия пластин достаточно для предотвращения протекания тока через ламинаты.

Это ротор диаметром примерно 20 мм от двигателя постоянного тока, используемого в проигрывателе компакт-дисков. Обратите внимание на многослойность полюсных наконечников электромагнита, используемых для ограничения паразитных индуктивных потерь.

Паразитная индукция внутри проводников

На этом рисунке сплошной медный стержневой провод на вращающемся якоре как раз проходит под наконечником полюсного наконечника N полевого магнита. Обратите внимание на неравномерное распределение силовых линий по медному стержню. Магнитное поле более сконцентрировано и, следовательно, сильнее на левом крае медного стержня (a, b), в то время как поле слабее на правом крае (c, d). Поскольку два края стержня движутся с одинаковой скоростью, эта разница в напряженности поля на стержне создает завихрения или текущие водовороты внутри медного стержня.

Сильноточные устройства промышленной частоты, такие как электродвигатели, генераторы и трансформаторы, используют несколько параллельных проводов небольшого диаметра, чтобы разбивать вихревые потоки, которые могут образовываться в крупных твердых проводниках. Тот же принцип применяется к трансформаторам, используемым на частоте выше мощности, например, к трансформаторам, используемым в импульсных источниках питания и трансформаторах связи промежуточной частоты радиоприемников.

Смотрите также

Ссылки

Примечания

Ссылки

дальнейшее чтение

внешние ссылки

что это, формулировка, границы применимости

История открытия закона Фарадея

Майкл Фарадей – английский ученый физик, проводивший опыты с электричеством. До открытия Фарадея считалось, что между магнитным и электрическим полями нет никакой связи. Фарадей обосновал доказательство того, что магнитное поле вызывает электрический ток. Это явление получило название электромагнитной индукции, а закон стал одним из основных в электродинамике.

Примечание

Фарадей был не единственным ученым, который задумался о связи электрического и магнитного поля. Одновременно с ним над этими явлениями работал Джозеф Генри. Но Фарадей все-таки первым сформулировал и опубликовал результаты своих исследований.

Электромагнитная индукция – появление электрического тока, поля или электрической поляризации в условиях изменения во времени магнитного поля или при движении материальной среды в нем.

К своему открытию Фарадей шёл порядка десяти лет. В 1831 году ученый провел эксперимент, позволивший ему открыть элеткромагнитную индукцию. Он намотал на один железный сердечник две катушки, автономные друг от друга. Одна катушка была подключена к источнику тока, вторая к гальванометру – прибору, измеряющему силу тока. Когда по первой катушке шел электрический ток, ее магнитное поле возрастало. В это же время гальванометр, подключённый ко второй катушке, фиксировал возникновение в ней тока. Таким образом, Фарадей доказал, что в результате влияния магнитного поля, появляется ток. Такой ток стали называть индукционным. Но появлялся он только в момент подключения или отключения первой катушки от цепи. Если по первой катушке шел постоянный ток, то во второй в это время ничего не регистрировалось.

«Электрический магнетизм» проявлялся и в тот момент, когда Фарадей передвигал вторую катушку относительно первой. Сила индукционного тока увеличивалась, если движение катушки было быстрым, и наоборот.

Затем Фарадей заменил первую катушку на магнит, который вводил во вторую катушку. Явление электромагнитной индукции повторилось в точности как в опыте с двумя катушками.

Фарадей пришел к выводу, что возникновение индукционного тока зависит от количества линий магнитного поля, которые проходят сквозь контур.

Формула закона Фарадея

Проводя опыты с катушками и магнитом, Фарадей обнаружил, что величина электродвижущей силы зависит от скорости перемещения катушек или магнита. Это позволило ему выявить закономерность и сформулировать закон электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции: электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур.

Формулировка закона выглядит следующим образом: Ε=-ΔΦ/Δt

Примечание

E в этой формуле – электродвижущая сила, ΔΦ – изменение магнитного потока, а Δt – время, за которое изменяется магнитный поток. Единицы измерения ЭДС – вольты, магнитного потока – веберы. Δ – разница между конечным и начальным параметром.

В выражении закона Фарадея стоит минус. Он подразумевает применение к этому закону правила Ленца.

Примечание

Э. Х. Ленц – российский физик, основоположник электротехники. Сформулировал правило индукционного тока в 1833 году.

Правило Ленца добавляет к закону пояснение, что ток, образовавшийся в результате индукции, всегда имеет противоположное направление образующему его магнитному потоку. Магнитное поле индукционного тока всегда препятствует магнитному потоку из внешнего источника. Суть правила очень близка закону сохранения энергии.

Применение закона Фарадея

Закон Фарадея позволил создать такие устройства и приборы как электродвигатели, трансформаторы, генераторы переменного тока, индукционные печи, дроссели, электросчетчики. Принцип действия всех этих устройств основан на электромагнитной индукции. 

Например

Трансформаторы передают энергию переменного электромагнитного поля за счет явления взаимной индукции, таким образом трансформируя величину напряжения на разных клеммах.

Примеры решения задач

1. В однородном магнитном поле, индукция которого 1 Тл, имеется плоский проводящий виток, площадь которого равна 100 см^2. Виток расположен перпендикулярно линиям магнитного потока. Сопротивление витка равно 200 мОм. Какой заряд протечет через поперечное сечение витка, если не станет поля?

При исчезновении магнитного поля изменится магнитный поток через виток:

ΔФ = ΔВS cos α;  ΔB = B,  α = 0°,  cos α = 1.  Тогда ΔФ = BS.

После изменения магнитного потока в контуре появится ЭДС индукции:

2. Концы катушки из тысячи витков радиусом 5 см замкнуты накоротко. Сопротивление катушки 100 Ом. С какой скоростью должна изменяться индукция магнитного поля, перпендикулярного плоскости катушки, чтобы в ней выделялась тепловая мощность 100 мВт.

По закону электромагнитной индукции

3.  Провод длиной 2 м складывают пополам и замыкают концы. После этого провод растягивают в квадрат, плоскость которого перпендикулярна силовым линиям магнитного поля с индукцией 64 мкТл. Какое количество электронов пройдет при этом через поперечное сечение провода, если его сопротивление 10 мОм? Вначале площадь контура была равна 0. При растягивании провода в квадрат его площадь стала равна S = a², где a = L/4. Когда изменится площадь, поменяется магнитный поток через контур ΔФ = B ΔS = BL²/16.

Урок 5. электромагнитная индукция — Физика — 11 класс

Физика, 11 кл

Урок 5. Электромагнитная индукция

Перечень вопросов, рассматриваемых на этом уроке

1. Знакомство с явлением электромагнитной индукции.
2. Изучение законов, описывающих явление электромагнитной индукции.
3. Решение задач, практическое использование электромагнитной индукции.

Глоссарий по теме

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром, меняется со временем. Магнитный поток Ф – графически величина пропорциональная числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единица измерения магнитного потока: магнитный поток в один вебер создаётся однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м², расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Основная и дополнительная литература по теме:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017стр. 107-112

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11класс. — М.: Дрофа,2009. Стр. 28-29

ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Электрические и магнитные поля создаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Отсюда естественнее было предположить, что между этими полями имеется связь. Экспериментально это предположение было доказано в 1831 г. английским учёным М. Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции. Все опыты Фарадея по изучению явления электромагнитной индукции объединял один признак – магнитный поток пронизывающий замкнутый контур проводника менялся. При всяком изменении магнитного потока через замкнутый контур, в нем возникал индукционный ток.

Сила индукционного тока пропорциональна ЭДС индукции.

Направление индукционного тока менялось в зависимости от направления движения магнита относительно катушки. Это направление тока, можно найти используя правило Ленца.

М. Фарадеем экспериментально было установлено, что при изменении магнитного потока, в проводящем контуре возникает электродвижущая сила индукции, которая равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Знак минус в этой формуле отражает правило Ленца.

Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС индукции.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

ЭДС индукции в движущихся проводниках:

Ɛ_i = Вlvsinα.

Джеймс Максвелл в 1860 году сделал вывод что переменное со временем магнитное поле всегда порождает вихревое электрическое поле, а переменное во времени электрическое поле в свою очередь порождает магнитное поле. Следовательно, существует единая теория электромагнитного поля.

Разбор типового контрольного задания

1.

На рисунке изображен момент демонстрационного эксперимента по проверке правила Ленца, когда все предметы неподвижны. Южный полюс магнита находится внутри сплошного металлического кольца, но не касается его. Коромысло с металлическими кольцами может свободно вращаться вокруг вертикальной опоры. При выдвижении магнита из кольца влево кольцо будет

1) оставаться неподвижным

2) перемещаться вправо

3) совершать колебания

4) перемещаться вслед за магнитом

При выдвижении магнита из кольца влево магнитный поток от магнита через кольцо будет уменьшаться. В замкнутом кольце возникает индукционный ток. Направление этого тока по правилу Ленца такое, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока. Так как коромысло вокруг вертикальной оси может свободно вращаться, и магнитное поле магнита неоднородно, коромысло под действием сил Ампера начнёт двигаться так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока. Следовательно, коромысло начнёт перемещаться вслед за магнитом.

Ответ:4) перемещаться вслед за магнитом.

2.

Проводник МN с длиной активной части 1м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Проводник подключён к источнику тока с ЭДС 4 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводников пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если:

№1 проводник покоится;

№2 проводник движется в право со скоростью 6 м/с.

Дано:

ℓ= 1м

R = 2 Ом

В = 0,2 Тл

Ɛ = 4 В

I =?

Решение:

№1: Ток в неподвижном проводнике течёт от N к М

v = 0; Закон Ома для полной цепи I = Ɛ/R = 4В/2Ом = 2А

№2: Если проводник движется в право со скоростью 6 м/с, то по правилу правой руки индукционный ток потечёт от точки N к точке М:

Ответ: №1 2А

№2 2,6А

Электромагнитная индукция — это… Что такое Электромагнитная индукция?

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа^{[источник не указан 100 дней]} 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Закон Фарадея

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

 — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

 — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом:

где

 — электродвижущая сила,

 — число витков,

 — магнитный поток через один виток,

 — потокосцепление катушки.

Векторная форма

В дифференциальной форме закон Фарадея можно записать в следующем виде:

(в системе СИ)

или

(в системе СГС).

В интегральной форме (эквивалентной):

(СИ)

или

(СГС)

Здесь  — напряжённость электрического поля,  — магнитная индукция,  — произвольная поверхность,  — её граница. Контур интегрирования подразумевается фиксированным (неподвижным).

Следует отметить, что закон Фарадея в такой форме, очевидно, описывает лишь ту часть ЭДС, что возникает при изменении магнитного потока через контур за счёт изменения со временем самого поля без изменения (движения) границ контура (об учете последнего см. ниже).

• В этом виде закон Фарадея входит в систему уравнений Максвелла для электромагнитного поля (в дифференциальной или интегральной форме соответственно)^[1].

Если же, скажем, магнитное поле постоянно, а магнитный поток изменяется вследствие движения границ контура (например, при увеличении его площади), то возникающая ЭДС порождается силами, удерживающими заряды на контуре (в проводнике) и силой Лоренца, порождаемой прямым действием магнитного поля на движущиеся (с контуром) заряды. При этом равенство продолжает соблюдаться, но ЭДС в левой части теперь не сводится к (которое в данном частном примере вообще равно нулю). В общем случае (когда и магнитное поле меняется со временем, и контур движется или меняет форму) последняя формула верна так же, но ЭДС в левой части в таком случае есть сумма обоих слагаемых, упомянутых выше (то есть порождается частично вихревым электрическим полем, а частично силой Лоренца и силой реакции движущегося проводника).

• Некоторые авторы, например, М. Лившиц в журнале «Квант» за 1998 год^[2] отрицают корректность применения термина закон Фарадея или закон электромагнитной индукции и т. п. к формуле в случае подвижного контура (оставляя для обозначения этого случая или его объединения со случаем изменения магнитного поля, например, термин правило потока)^[3]. В таком понимании закон Фарадея — это закон, касающийся лишь циркуляции электрического поля (но не ЭДС, создаваемой с участием силы Лоренца), и в этом понимании понятие закон Фарадея в точности совпадает с содержанием соответствующего уравнения Максвелла.
• Однако возможность (пусть с некоторыми оговорками, уточняющими область применимости) совпадающей формулировки «правила потока» с законом электромагнитной индукции нельзя назвать чисто случайной. Дело в том, что, по крайней мере для определенных ситуаций, это совпадение оказывается очевидным проявлением принципа относительности. А именно, например, для случая относительного движения катушки с присоединенным к ней вольтметром, измеряющим ЭДС, и источника магнитного поля (постоянного магнита или другой катушки с током), в системе отсчета, связанной с первой катушкой, ЭДС оказывается равной именно циркуляции электрического поля, тогда как в системе отсчета, связанной с источником магнитного поля (магнитом), происхождение ЭДС связано с действием силы Лоренца на движущиеся с первой катушкой носители заряда. Однако та и другая ЭДС обязаны совпадать, поскольку вольтметр показывает одну и ту же величину, независимо от того, для какой системы отсчета мы ее рассчитали.

Потенциальная форма

При выражении магнитного поля через векторный потенциал закон Фарадея принимает вид:

(в случае отсутствия безвихревого поля, то есть тогда, когда электрическое поле порождается полностью только изменением магнитного, то есть электромагнитной индукцией).

В общем случае, при учёте и безвихревого (например, электростатического) поля имеем:

История

В 1820 г. Ганс Христиан Эрстед показал, что протекающий по цепи электрический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. Если электрический ток порождает магнетизм, то с магнетизмом должно быть связано появление электрического тока. Эта мысль захватила английского ученого М. Фарадея. «Превратить магнетизм в электричество», — записал он в 1822 г. в своём дневнике. Многие годы настойчиво ставил он различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф: он открыл явление электромагнитной индукции. Установка, на которой Фарадей сделал своё открытие, заключалась в том, что Фарадей изготовил кольцо из мягкого железа примерно 2 см шириной и 15 см диаметром и намотал много витков медной проволоки на каждой половине кольца. Цепь одной обмотки замыкала проволока, в её витках находилась магнитная стрелка, удаленная настолько, чтобы не сказывалось действие магнетизма, созданного в кольце. Через вторую обмотку пропускался ток от батареи гальванических элементов. При включении тока магнитная стрелка совершала несколько колебаний и успокаивалась; когда ток прерывали, стрелка снова колебалась. Выяснилось, что стрелка отклонялась в одну сторону при включении тока и в другую, когда ток прерывался. М. Фарадей установил, что «превращать магнетизм в электричество» можно и с помощью обыкновенного магнита.

В это же время американский физик Джозеф Генри также успешно проводил опыты по индукции токов, но пока он собирался опубликовать результаты своих опытов, в печати появилось сообщение М. Фарадея об открытии им электромагнитной индукции.

М. Фарадей стремился использовать открытое им явление, чтобы получить новый источник электричества.

См. также

Примечания

1. ↑ Это уравнение Максвелла может быть переписано в эквивалентном виде

   (здесь просто производная по t внесена под знак интеграла). В таком виде уравнение также может быть включено в систему уравнений Максвелла, причем оговорка о неподвижности контура интегрирования теряет актуальность, так как производная теперь очевидно не действует на границу области (на пределы интегрирования), а само интегрирование в любом случае полагается «мгновенным». В принципе, в таком виде это уравнение также могут называть законом Фарадея (чтобы отличить его от других уравнений Максвелла), пусть в таком виде оно и не совпадает прямо с его обычной формулировкой (но эквивалентно ей в своей области применимости).

2. ↑ М. Лившиц Закон электромагнитной индукции или «правило потока»? // Квант. — 1998. — № 3. — С. 37—38.
3. ↑ Такой отказ объясняется тем, что, в отличие от закона для циркуляции электрического поля, выполняющегося всегда, «правило» корректно работает лишь для случаев, когда контур, в котором вычисляется ЭДС, совпадает физически с проводником (то есть совпадает их движение; в противном же случае правило может не работать (самый известный пример — униполярная машина Фарадея; контур, который в этом случае трудно определить, но кажется довольно очевидным, что он не меняется; во всяком случае, довольно затруднительно указать разумное определение для контура, который бы в этом случае менялся), то есть проявляется парадокс, что для «закона природы» недопустимо.

Ссылки

Электромагнитная индукция — Знаешь как

Электродвижущая сила, наведенная в проводе

Содержание статьи

Во всяком проводе, который при движении в магнитном поле пересекает магнитные линии, возбуждается электродвижущая сила, получившая название э. д. с. электромагнитной индукции, а само явление — электромагните ной индукцией.

На рис. 3-13 показан провод, движущийся с постоянной скоростью и, в однородном поле, перпендикулярно магнитным линиям.

При движении провода с той же скоростью υ будут перемещаться свободные электроны и положительные ионы провода. Следовательно, на каждую заряженную частицу будет действовать электромагнитная сила, направление которой определяется по правилу левой руки. Электромагнитные силы вызовут перемещение электронов на один конец провода, создавая на нем отрицательный заряд. На другом конце провода недостаток электронов вызовет положительный заряд. Разделение зарядов закончится если электромагнитные силы уравновесятся силами электрического поля разделенных зарядов.

Рис. 3-13. Движение провода в магнитном поле

Разность потенциалов на концах разомкнутого провода, движущегося в магнитном поле, равна э. д.с. электромагнитной индукции. Согласно (1-3) э. д. с. на концах провода длиной l:

E = ؏l

Напряженность электрического поля в проводе

؏ = F : q

а сила, действующая на электрон, F = Bυq, следовательно,

 Е = Bυl,

таким образом, наведенная э. д. с. равна произведению магнитной индукции поля, длины провода и скорости его движения в направлении, перпендикулярном магнитным линиям.

Направление наведенной э. д. с. определяется по правилу правой руки: ладонь правой руки располагают так, чтобы магнитные линии входили в нее, отогнутый под прямым углом большой палец совмещается с направлением движения проводника, тогда вытянутые четыре пальца укажут направление наведенной э. д. с. (рис. 3-14). 

Рис. 3-14. Правило правой руки. 

При определении наведенной э. д. с в проводнике, движущемся в плоскости, расположенной под углом α к вектору магнитной индукции поля, следует брать слагающую скорости, перпендикулярную к вектору магнитной индукции, т. е. υ_H = υ sin α.

Движение проводника вдоль магнитных линий (v cos а) не вызывает появления электромагнитных сил. Таким образом, э. д. с.

E = Blυ_H = Blυ sinα

Если провод движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям поля, перемещаясь на расстояние ∆bза время ∆t, то наведенная в нем э. д. с.

E= Blυ_H = Bl(∆b:∆t)

Так как произведение магнитной индукции В и площади ∆S = l∆b равно магнитному потоку ∆Ф = B∆S, пересеченному проводом при его движении, то наведенная в проводе э. д. с.

Таким образом, наведенная в проводе э. д. с. равна скорости пересечения проводником магнитного потока.

Электродвижущая сила, наведенная в контуре

Определим э. д. с. наведенную в контуре (рис. 3-15), который движется в неоднородном поле, магнитные линии которого (показаны крестиками) перпендикулярны плоскости контура.

При движении контура в направлении указанном стрелкой, стороны его 3 и 4 не пересекают магнитных линий и, следовательно, в них не наводятся э. д. с. В сторонах 1 и 2 контура наводятся э. д. с. е₁ и е₂, направления которых, найденные по правилу правой руки, показаны стрелками.

Рис. 3-15. Движение контура в магнитном поле.

Величины э. д. с.:

e₁ = ∆Ф₁ : ∆t и e₂ = ∆Ф₂ : ∆_t

где ∆Ф₁ и ∆Ф₂ — потоки, пересеченные сторонами 1 и 2 контура за время ∆t. Сторона 1 пересекает поток ∆Ф₁, который входит в контур, а сторона 2 пересекает ∆Ф₂, который выходит за пределы контура. При заданном направлении магнитного потока согласно правилу буравчика направление е₂ будет положительным, а е₁ — отрицательным, следовательно, наведенная в контуре э. д. с.

е = е2 — е1 = (∆Ф₂ — ∆Ф₁ ): ∆t

Обозначив поток, пронизывающий контур до его движения, через Ф₁ а по прошествии времени ∆t через Ф₂(положение контура показано пунктиром), получим:

Ф₂ = Ф + ∆Ф₁ — ∆Ф₂.

Приращение потока, пронизывающего контур за время ∆t:

∆Ф = Ф₂ — Ф_х = ∆Ф₁ — ∆Ф₂,

или

∆Ф₂ — ∆Ф₁ = — ∆Ф, а наведенная в контуре э. д. с.

 e = — ∆Ф : ∆t

Эта формула дает среднее значение э. д. с. за время At. Для определения величины э. д. с. в произвольный момент времени надо найти приращение потока dФ за бесконечно малый промежуток времени dt и написать:

e = dФ : dt

Выражения показывают, что необходимым условием возникновения в контуре э. д. с. является изменение магнитного потока, пронизывающего контур.

Рис. 3-16. Ток, индуктированный в кольце.

Если контур состоит не из одного витка, а из w витков, соединенных последовательно, т. е. представляет собой катушку, то индуктированная в ней э. д. с. будет в ɯ раз больше, чем в одном витке, т. е.

е = ɯ(dФ : dt)

Произведение из числа витков на пронизывающий их магнитный поток называется потокосцеплением и обозначается буквой Ψ:

Ψ = ɯФ,

следовательно э. д. с.

е = — (dФ : dt) = —(dΨ : dt)

т. е. индуктированная в катушке э. д. с. равна скорости уменьшения потокосцепления.

При движении контура в направлении, указанном на рис. 3-15, приращение магнитного потока контура отрицательно, так как ∆Ф₂ > ∆Ф₁ и ∆Ф < 0, т. е. поток, пронизывающий контур, уменьшается. Следовательно, согласно э. д. с. будет положительной и направлена по направлению движения часовой стрелки, будет положителен и направлен, так же как и э. д. с, вызванный ею ток в контуре. Этот ток создает магнитный поток, который по правилу буравчика будет иметь то же направление, что и убывающий магнитный поток. Таким образом, убывание потока, пронизывающего контур, приводит к появлению э. д. с. и тока такого направления, который стремится компенсировать уменьшение потока, сцепленного с контуром.

При движении контура в обратном направлении ∆Ф > О и э. д. с. согласно будет, отрицательна и направлена против движения часовой стрелки, будет отрицательным и направлен так же, как и э. д. с, вызванный ею ток, а созданный током магнитный поток будет направлен противоположно возрастающему магнитному потоку контура. Таким образом, возрастание потока контура приводит к появлению э. д. с. и тока, который своим магнитным потоком стремится компенсировать увеличение потока контура.

Из рассмотренного можно сделать вывод: если причиной наведения э. д. с. является изменение магнитного потока, пронизывающего контур, то наведенная э. д. с. будет направлена так, что вызванный ею ток будет препятствовать изменению потока контура.

Это положение было установлено в 1833 г. русским академиком Э. X. Ленцем и называется законом Ленца: направление наведенной э. д. с. таково, что вызванный ею ток противодействует причине появления э. д. с.

На рис. 3-16 изображена катушка с сердечником, над которой расположено металлическое кольцо. При увеличении тока в катушке или при сближении кольца и катушки увеличивается магнитный поток, пронизывающий кольцо, и в нем наводится э. д. с. и проходит ток. Согласно закону Ленца направление магнитного потока, созданного током i в кольце, противоположно направлению потока катушки. Применив правило буравчика, легко определить направление индуктированного тока i.

Статья на тему Электромагнитная индукция

Лекция 16. Электромагнитная индукция. Переменный ток

До сих пор мы рассматривали постоянное (не зависящее от времени) магнитное поле. Если же магнитное поле начнет меняться со временем, то появится электрическое поле, которое будет оказывать влияние на заряженные части-

площадке.

Рис. 16.1

16.1. Электромагнитная индукция

Если меняется магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого провода, в проводе возникает электрический ток. Это явление называется электромагнитной индукцией. Электродвижущая сила, вызывающая индукционный ток, называется ЭДС индукции и определяется формулой

Это закон Фарадея: ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур (производной потока по времени).

Размерность магнитного потока – вебер (Вб): [Ф] = Вб = В·с = кг·м2/(А·с2). Формула (16.1) определяет не только величину, но и направление индук-

ционного тока. Если магнитный поток возрастает ddtΦ > 0, то Eи < 0, значит,

возникающий ток стремится ослабить внешнее поле. Если поток убывает ddtΦ < 0 , то Eи > 0, значит, индукционный ток стремится усилить внешнее поле.

В этом суть правила Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, вызывающей этот ток. Другими словами, в замкнутом проводнике начинает течь ток, который создает свое магнитное поле, стремящееся изменить воздействие внешнего поля на противоположное. По этой причине – знак «минус» в формуле (16.1).

Приведем примеры.

1) Магнит движется вблизи замкнутого контура, например, кольца, как показано на рис. 16.2: а) к кольцу, б) от кольца.

1 Точное определение магнитного потока через поверхность S: ФB = ∫∫(Bnr)dS , где интеграл

S

берется по поверхности S.

104

2) Рамка площади S вращается в однородном магнитном поле В вокруг оси Х с угловой скоростью ω, как показано на рис. 16.3. Найдем ЭДС индукции в рамке. По определению магнитного потока

Индуктивность проводов.

Если электрической характеристикой проводников является емкость, то их магнитная характеристика – индуктивность. Индуктивность проводника

L – это коэффициент пропорциональности между током I, текущим в проводнике, и магнитным потоком ФВ, который создает этот ток:

ФВ = LI. (16.3)

Размерность индуктивности – генри (Гн): [L] = Вб/А = В·с = кг·м2/(А2·с2). Подсчет индуктивности проводников произвольной формы дело сложное,

и мы ограничимся только выражением для индуктивности длинной катушки (соленоида), которое можно достаточно просто вывести. Возьмем катушку длины l с площадью поперечного сечения S и с числом витков N, в которую вставлен сердечник с магнитной проницаемостью μ, рис. 15.8. Тогда поток через один виток равен BS, где величина магнитного поля В определяется формулой (15.8), а через N витков

ФB = BSN = 4πk1μ Nl2 S I = LI ,

l

Как и в случае емкости, индуктивность зависит только от геометрических характеристик проводника и материала среды, с которой он контактирует.

105

Самоиндукция.

Если в проводнике начинает меняться ток, то (по закону Фарадея) в нем самом возникает ЭДС самоиндукции Eси, которая (по правилу Ленца) стремится ослабить изменение тока: если ток падает, она стремится его увеличить, а если растет, то, наоборот, уменьшить. Этим и объясняется знак «минус» в формуле

си dt

Эту формулу легко получить из (16.1) и (16.3).

Итак, явление самоиндукции заключается в том, что контур, в котором меняется ток, возбуждает дополнительный (индукционный) ток в самом себе.

Например, лампочка, подключенная к источнику тока через катушку с большой индуктивностью, в полный накал загорится не сразу после замыкания ключа, так как индукционные токи будут препятствовать нарастанию основного. А при размыкании ключа часто возникает искра в ключе, что говорит о большой ЭДС самоиндукции при падении тока. Индукционные токи могут быть очень большими, и лампочка может перегореть.

Взаимная индукция.

Если у нас теперь не один, а два близко расположенных замкнутых проводника (контура), и в первом начнет изменяться ток I1, то (по закону Фарадея) во втором проводнике появится ток I2, который, в свою очередь, начнет влиять на ток в первом проводнике: создавать магнитное поле, ослабляющее изменение тока в первом проводнике (по правилу Ленца). Это явление взаимной индукции.

Взаимной индукцией называют возбуждение тока в контуре при изменении тока в соседнем контуре.

На явлении взаимной индукции основан принцип работы трансформатора. Трансформатор представляет собой две катушки (первичная и вторичная об-

где V1 и V2 – напряжения (переменные) на первичной и вторичной обмотках трансформатора, а N1 и N2 – число витков в этих обмотках. Отношение N2/N1 называют коэффициентом трансформации. Если он больше единицы, то V2 > V1, трансформатор повышающий; если меньше единицы, то V2 < V1, трансформатор понижающий.

1 Вывод рекомендуется проделать самостоятельно.

106

КПД трансформатора может достигать величины, близкой к единице (~ 0,98), то есть средняя мощность, потребляемая в первичной цепи, будет при-

16.2. Переменный ток

Как уже было сказано, источником переменного тока может быть рамка, вращающаяся в магнитном поле, пример 2 из предыдущего параграфа. В технике для получения переменного тока используют генераторы. Примером источника переменного тока может служить трехфазный генератор (генератор трехфазного тока), упрощенная схема которого показана на рис. 16.5.

Трехфазный генератор состоит из неподвижной части – статора, на кото-

(16.2). Напряжения на полюсах обмоток сдвинуты по фазе на 2π/3 (120°), отсюда и название «трехфазный»:

напряжение между линейными и нулевым проводом называют фазным напряжением, а напряжение между линейными проводами называют линейным. Если фазное напряжение Eф = 220 В, то линейное будет Eл = 380 В (проверьте самостоятельно). Это стандартные напряжения, от которых работает промышленное оборудование: станки, электронагреватели, холодильные установки, компьютеры, автоматические измерительные приборы и т.д.

лучим

E (t) = L dIdt + IR + C1 ∫I (t)dt .

Ищем ток в виде I(t) = I0 sin(ωt – δ), где I0 – амплитуда тока, δ – сдвиг фаз между током и напряжением. Тогда последнее уравнение примет вид

E0 sin ωt = I0 (ωL)cos(ωt − δ) + I0 Rsin(ωt − δ) − I0 ω1C cos(ωt − δ) .

Величину R называют активным сопротивлением, величину ωL = RL – индуктивным сопротивлением, величину 1/(ωC) = RC – емкостным сопротивлением. С учетом обозначений получим

I0R sin(ωt – δ) – E0 sinωt + I0(RL – RC) cos(ωt – δ) = 0.

Раскроем синус и косинус разности и перегруппируем:

(I0R cosδ + I0(RL – RC) sinδ – E0)sinωt + (I0(RL – RC)cosδ – I0R sinδ)cosωt = 0.

Так как это равенство должно выполняться для любого момента времени, коэффициенты при sin ωt и cos ωt должны быть равны нулю. Решая систему двух уравнений с двумя неизвестными I0 и δ, получим

I0 = E0/R0,

tgδ = RL − RC .

R

Таким образом, мы получили закон Ома для цепи переменного тока, содержащей последовательно соединенные резистор, катушку и конденсатор:

108

сдвиг фаз между током и напряжением. Этот закон определяет зависимость силы тока от времени I(t) в цепи, показанной на рис. 16.7.

мальна, то есть в цепи резонанс, см. п. 4.3. Рассмотрим три простых примера на закон Ома.

1) В цепи только резистор (RC → 0, RL → 0). Тогда R0 = R, δ = arctg 0 = 0,

I (t) = E0 sin(ωt + π/ 2) .

RC

Таким образом, ток опережает напряжение на π/2, рис. 16.8, б).

3) В цепи только катушка (R → 0, RC → 0). Тогда R0 = RL = ωL,

I (t) = E0 sin(ωt − π/ 2) .

RC

Таким образом, ток отстает от напряжения на π/2, рис. 16.8, в).

Рис. 16.8

При расчете работы и мощности переменного тока пользуются форму-

лами, похожими на формулы для постоянного тока, только берутся эффективные (действующие) значения тока и напряжения и учитывается фазовый сдвиг:

откуда и следует (16.11).

Заканчивая речь об электрическом токе (постоянном и переменном) обра-

тим внимание, что безопасный ток через тело человека не превышает 1 мА, а ток в 100 мА приводит к серьезным поражениям организма. Для лошадей и коров этот порог выше, до 300 мА. Поражающее действие имеет ток, а не напряжение, что необходимо учитывать при работе с электрооборудованием.

Характер воздействия электрического тока на организм человека представлен в приложении 1 к главе III.

Вопросы к лекции 16

1.Дайте определение магнитного потока. В каких единицах он измеряется?

2.Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея и правило Ленца. Приведите примеры. В каких единицах измеряется ЭДС индукции?

3.Что такое индуктивность проводника, и какова ее размерность?

4.Дайте краткую характеристику явления самоиндукции. Приведите примеры.

5.Дайте краткую характеристику явления взаимной индукции. Приведите примеры.

6.Какое напряжение будет на вторичной обмотке понижающего трансформатора с коэффициентом трансформации 0,1, если на первичную обмотку подать переменное напряжение

220В? А если подать постоянное напряжение 50 В? Ответ обоснуйте.

7.Опишите принцип действия трехфазного генератора переменного тока.

8.С какой частотой вращается турбина на тепловой электростанции?

9.Как объяснить ситуации, когда в одних квартирах дома есть электричество, а в других нет?

10.Пользуясь схемой «звезда», докажите, что если фазное напряжение 220 В, то линейное будет 380 В.

11.Напишите закон Ома для цепи переменного тока, содержащей последовательно соединенные резистор, конденсатор и катушку, и назовите входящие в него физические величины.

12.Выведите формулу для средней мощности и работы переменного тока.

13.Почему мощность электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока, рассчитывают по тем же формулам, что и для постоянного?

14.Если сразу не отключить электродрель в случае заклинивания сверла в материале, может сгореть обмотка ее электродвигателя. Почему так происходит?

15.Как вы думаете, какие ткани организма человека и высших животных наиболее чувствительны к электрическому току?

16.Пользуясь таблицей приложения 1 к этой главе, скажите, как реагирует организм человека на увеличение силы тока. Сравните при этом действие переменного и постоянного тока.

17.Пользуясь таблицей приложения, скажите, что такое неотпускающий ток, и почему он «не отпускает»?

110

Электромагнитная индукция — A-Level Physics Revision

Изучив этот раздел, вы сможете:

• рассчитать потокосцепление через катушку с проводом в магнитном поле
• объяснить, как возникает электромагнитная индукция из-за изменений в потокосцеплении
• применять закон Фарадея и закон Ленца

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Флюсовая и флюсовая передача

Почти все, что мы делаем, кроме сна в темноте, основано на электромагнитной индукции .Индукция используется для выработки электроэнергии на электростанциях и для преобразования ее напряжения при прохождении через распределительную систему.

Эффекты индукции объясняются с помощью концепции потока . Хотя существование потока уже давно дискредитировано, осознание его значения полезно для понимания законов индукции, установленных Фарадеем и Ленцем.

Flux представляет собой полезную модель для объяснения эффектов магнитных полей.

Магнитные поля действуют на расстоянии, как гравитационное и электрическое поля.Картины магнитного поля используются, чтобы показать силы, действующие вокруг магнита или электрического тока. Эти силы действуют без какой-либо физической связи между магнитом или током, который вызывает поле, и магнитным материалом или током, помещенным в поле. Во времена Фарадея и Ленца их приписывали эффектам потока.

В настоящее время считается, что эти силы можно отнести к «обмену частицами».

При рисовании диаграмм магнитного поля:

• относительная напряженность в различных точках поля показана разделением силовых линий
• чем ближе линии вместе, тем сильнее поле
• эти силовые линии представляют магнитный поток , который, как представляется, занимает пространство вокруг магнита и отвечает за эффект магнитного поля.

Чтобы интегрировать модель потока с сегодняшним объяснением магнитных эффектов с точки зрения напряженности магнитного поля, это можно представить в терминах плотности потока, представленной концентрацией силовых линий магнитного поля. Плотность потока — это поток на единицу площади, поэтому поток теперь определяется в терминах напряженности магнитного поля и площади, через которую поле проникает.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Магнитный поток Φ, проходящий через область A, определяется как произведение напряженности магнитного поля и площади, перпендикулярной полю.
Φ = B × A
Магнитный поток измеряется в сетках (Wb), где 1 Wb — поток через площадь 1 м ² перпендикулярно однородному полю с напряженностью 1 T.

Это определение связывает эквивалентность современной концепции напряженности магнитного поля и более старой концепции «магнитной индукции».

На схеме показан поток через прямоугольную катушку в однородном магнитном поле.

Когда катушка вращается, она «прорезает» магнитный поток или силовые линии и эл.м.ф. индуцируется.

Размер или величина наведенной ЭДС. зависит от:

• количество потока через катушку
• скорость вращения
• количество витков на катушке.

Каждый оборот катушки имеет потокосцепление, которое изменяется при вращении катушки. Потоковая связь катушки с Н, витков составляет НФ , где Ф — поток, проходящий через катушку.

Движение катушки параллельно полю не вызывает эл.m.f., поскольку никакие силовые линии не «срезаются». Индуцированная э.д.с. имеет наибольшее значение, когда движение катушки перпендикулярно полю.

Закон Фарадея

Электромагнитная индукция возникает всякий раз, когда изменяется магнитное поле через проводник. Это может быть из-за того, что проводник движется через магнитное поле, или проводник находится в фиксированном положении в изменяющемся магнитном поле, например, из-за переменного тока.Оба они приводят к ЭДС. индуцируется в проводнике.

Примеры электромагнитной индукции:

• перемещение магнита внутри катушки с проволокой
• генерирование высокого напряжения, необходимого для ионизации пара в люминесцентной лампе и возникновения искры, необходимой для воспламенения взрывоопасной смеси в бензиновом двигателе
• изменение напряжения переменного тока с помощью трансформатора.

На электростанции электричество вырабатывается электромагнитом, вращающимся внутри медных катушек.

На приведенной ниже диаграмме показана разница в размере ЭДС. когда магнит движется в катушке с разной скоростью.

Закон Фарадея связывает величину наведенной ЭДС. к изменению потокосцепления.

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Фарадея гласит, что величина наведенной ЭДС. пропорциональна скорости изменения потокосцепления. Поскольку константа пропорциональности равна 1, для равномерной скорости изменения потокосцепления это можно записать как:

величина индуцированной e.м.ф. N = ΔΦ / Δt, где ΔΦ — изменение потока во времени Δt.

Чтобы создать высокое напряжение, необходимое для возникновения искры, магнитный поток должен быстро измениться. Это происходит, когда ток в электромагните отключен.

В каком направлении?

Закон Фарадея можно использовать для определения величины наведенной ЭДС. например, через концы крыла самолета, летящего в магнитном поле Земли. В Великобритании поле Земли составляет угол 20 ° с вертикалью, см. Следующий рисунок.

В отличие от стержневого магнита, магнитное поле Земли направлено с юга на север. Можно считать, что он состоит из двух компонентов: вертикального и горизонтального.

Самолет, летящий в направлении Север-Юг, пересекает только вертикальную составляющую, в то время как полет Восток-Запад включает в себя дополнительно пересечение горизонтальной составляющей.

Индуцированная э.д.с. возникает как следствие действия силы на свободные электроны в металле корпуса самолета.Когда самолет движется по воздуху, движение этих электронов формирует ток, противоположный направлению полета. Правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления силы, действующей на электроны, и, следовательно, направления индуцированной ЭДС.

Все заряженные частицы испытывают силу из-за их движения через магнитное поле, но эта сила слишком мала, чтобы воздействовать на что-либо, кроме свободных электронов.

В случае полета самолета с севера на юг:

• текущее — юг – север
• «разрезаемое» магнитное поле направлено вертикально вниз
• сила, действующая на свободные электроны, направлена ​​на восток.

Это приводит к дисбалансу заряда и возникновению напряжения на законцовках крыла. Направление э.д.с. индуцируется в самолете и когда магнит движется в катушку с проволокой, можно вычислить с помощью закона Ленца .

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Ленца гласит, что направление наведенной ЭДС. всегда противостоит изменению, которое его вызывает.

Если наведенная э.д.с. в самолете заставлял электроны течь с запада на восток, это создавало силу в северном направлении — противоположном движению самолета.Этого не происходит, потому что нет полной схемы.

На диаграмме ниже показано, что когда северный полюс магнита перемещается в один конец катушки, индуцированная ЭДС. вызывает индуцированный ток в направлении против часовой стрелки. Когда ток проходит в катушке, магнитное поле похоже на магнитное поле стержневого магнита, причем северный полюс является концом, по которому ток проходит против часовой стрелки.

Направление индуцированного тока меняется на противоположное путем изменения направления магнита или направления его движения.

Если бы индуцированный ток был в противоположном направлении, он притягивал бы магнит в катушку и генерировал электричество без подвода энергии.

Закон Ленца — это переформулировка принципа сохранения энергии; индуцированный ток противодействует движению магнита, поэтому необходимо выполнить работу по перемещению магнита против индуцированного магнитного поля. Эта работа представляет собой передачу энергии в цепь, необходимую для возникновения тока.

Объединение законов Фарадея и Ленца дает уравнение для индуцированной e.м.ф .:

КЛЮЧ — Где ε — наведенная ЭДС. Отрицательный знак показывает, что наведенная ЭДС. противостоит вызывающему его изменению потока.

Трансформатор

Трансформаторы используют изменяющиеся магнитные поля для изменения величины переменного напряжения. Переменный ток, протекающий в одной катушке (первичной обмотке), вызывает э.д.с. в соседней катушке (вторичной).

На схеме ниже показан поток, когда две катушки намотаны на железный сердечник.

Э.д.с. индуцируется независимо от наличия вторичной цепи. Если есть замкнутая цепь, есть также индуцированный ток.

В трансформаторе:

• переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле
• это усилено железным сердечником с высокой проницаемостью
• флюс концентрируется в чугуне
• Э.д.с. индуцируется во вторичной обмотке из-за изменения магнитной связи.

Железо легко намагничивается; его магнитные домены вносят свой вклад в силу магнитного поля.

Из последнего пункта следует, что индуцированная ЭДС. пропорционально количеству витков вторичной катушки.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Соотношение между напряжениями и количеством витков для идеального трансформатора составляет:

Трансформатор, построенный из катушек с низким сопротивлением на многослойном железном сердечнике, близок к идеалу.

Это означает, что напряжения находятся в том же соотношении, что и количество витков. В идеальном трансформаторе нет потерь энергии в проводах или сердечнике, поэтому выходная мощность вторичной обмотки равна мощности, потребляемой первичной обмоткой, а токи обратно пропорциональны напряжению.

ПРОВЕРКА ПРОГРЕССА

Что такое электрическая индукция? | Универсальный класс

Что такое электрическая индукция?

Электричество.Определения

Термин электричество , как мы узнали из изучения различных разделов физики, трудно определить с помощью одного всеобъемлющего определения. Ученые и ученые часто расходятся во мнениях относительно истинного значения этого термина. Чтобы проиллюстрировать диапазон существующих определений, мы включили несколько различных.

1. Определение ученых. Электричество относится исключительно к электронам и протонам; по сути, электрический заряд объекта.

2. Повседневное определение. Электричество — это энергия электромагнитного поля, передаваемая батареями и генераторами.

3. Начальная школа Определение. Электричество — это текущее движение, создаваемое электрическим зарядом.

4. Рабочее определение. Электричество — это величина дисбаланса между количеством электронов и протонов.

И некоторые дополнительные, менее часто используемые определения включают:

5.Текущее движение электрической энергии.

6. Электрический потенциал (электронное поле).

7. Просто область науки.

Основываясь на таком широком выборе определений, трудно различить истинное значение термина электрический , что усложняет процесс формирования определения для электрической индукции .

Индукция. Определение

Это приводит нас к определению индукции .Согласно Мерриам-Вебстеру, индукция — это «процесс, посредством которого электрический проводник становится электрифицированным, когда он находится рядом с заряженным телом, посредством которого намагничиваемое тело становится намагниченным, когда оно находится в магнитном поле или в магнитном потоке, создаваемом магнитодвижущей силой или что электродвижущая сила создается в цепи путем изменения магнитного поля, связанного с цепью «.

Комбинируя определения «электрический» и «индукционный», мы можем получить определение в следующих направлениях: Изменяющееся магнитное поле приводит к разности потенциалов (обычно известной как напряжение) в проводнике.

В то время как стационарное магнитное поле не будет влиять на провод или токовую петлю, движущееся или изменяющееся магнитное поле будет генерировать электрический ток с низким током или напряжение, проходящее через концы токовой петли. Ток или напряжение, в основном известные как электромагнитная индукция, называют индуцированным током или индуцированным напряжением.

Электрическая индукция. Принцип действия

Электромагнитная индукция — это основной принцип, который используется для объяснения того, как работают электрические генераторы (также называемые генераторами переменного тока), микрофоны, электрогитары и трансформаторы.

Ток, содержащийся в проводнике, называется альтернативой , потому что его ток течет вперед и назад в результате того, что проводник сначала поднимается, а затем опускается в магнитном поле. Короче говоря, токи помогают создавать магнитные поля.

Движущееся или изменяющееся магнитное поле действительно создает ток в токовой петле или напряжение на концах токовой петли. Это называется электромагнитной индукцией, а ток или напряжение — индуцированным током или индуцированным напряжением.

Электрическая индукция. История

Одно из самых важных достижений в области науки, открытие электромагнитной индукции, было описано Майклом Фарадеем в 1831 году. Официально он был первым ученым и математиком, который задокументировал свои открытия после проведения серии испытаний катушки, которую он сделал. обмотка бумажного цилиндра проволокой.

Когда он подключил катушку к гальванометру, а затем перемещал магнит назад и вперед внутри цилиндра, Фарадей сообщил, что величина напряжения, создаваемого в проводнике, была пропорциональна скорости изменения магнитного потока (чередующиеся уровни электрического токи).

Более того, Фарадей обнаружил, что это утверждение верно и применимо независимо от того, изменяется ли сила самого потока или проводник движется через магнитное поле. Как указывалось ранее, электромагнитная индукция является основным принципом, который объясняет работу генераторов и асинхронных двигателей, а также большинства других электрических машин.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что где — электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах, Н, — количество витков провода, а Wb — магнитный поток по Веберсу.Далее немецкий ученый H.F.E. Ленц, используя «Закон Ленца», дает направление наведенной ЭДС, таким образом:

ЭДС, индуцированная в электрической цепи, всегда действует в таком направлении, что ток, который она возбуждает по цепи, противодействует изменению магнитного потока, которое вызывает ЭДС.

Электрическая индукция. Резюме основных принципов

Следовательно, мы можем определить, что магнитный поток — это сила магнитного поля, которое проходит через определенную область.С точки зрения формулы, это произведение магнитного поля (B) на площадь (A), которая проходит через угол (a) между линией, идущей под углом 90 градусов к области, и линиями магнитного поля.

Магнитный поток представлен символом F. По этой причине физики часто формулируют следующую формулу как данность: F = B * A * cos (a), и результирующая единица измерения будет Tm ² , где T (обычно как theta, θ) — единица измерения магнитного поля, m ² — единица измерения площади.

Или, проще говоря, вы можете думать о потоке как о «воздушном потоке», вдувающем воздух через окно.Размер окна (A), скорость воздуха (B) и направление (тета) определяют, сколько воздуха проходит через окно.

Переменный магнитный поток создает электродвижущую силу (ЭДС). В свою очередь, эта сила оказывает давление на свободные электроны определенным образом, вызывая ток.

Электромагнитная индукция. Современные приложения

После того, как была установлена ​​взаимная связь между электричеством и магнетизмом, практическое применение стало практически безграничным.

Генератор, например, открыл путь к широкому спектру инновационных промышленных концепций. Преобразуя механическую энергию в электрическую, генератор опирался на основной принцип электромагнитной индукции — прохождение электрического проводника через магнитное поле.

Как объяснялось ранее, когда одна сторона катушки проходит через магнитное поле, сначала в одном направлении, а затем в другом направлении, конечным результатом является переменный ток (магнитный поток).Этот тип генератора переменного тока аналогичен тому, который используется в транспортных средствах для выработки постоянного потока энергии.

Кроме того, трансформаторы могут передавать переменные токи из одной электрической цепи в другую посредством индукции электромагнита. В каждом районе есть трансформатор, расположенный на централизованной опоре питания; это канал для передачи электричества во все отдельные дома.

По большей части, эти типы силовых трансформаторов передают мощность с постоянной частотой.Радиочастотные (ВЧ) трансформаторы работают на более высоких частотах, что дает ВЧ-генераторам множество промышленных применений.

Радио было одним из первых «современных» изобретений, в которых применялась наука об электромагнитных волнах. Дополнительные современные разработки включают индукционный нагрев и индукционную пайку (сварочный процесс, используемый при изготовлении металлов, когда разные металлы спаяны вместе, чтобы сформировать один работоспособный материал).

Wikizero — Электромагнитная индукция

Переменный электрический ток течет через соленоид слева, создавая изменяющееся магнитное поле.Это поле вызывает за счет электромагнитной индукции электрический ток, протекающий в проволочной петле справа.

Электромагнитный или Магнитная индукция — это создание электродвижущей силы через электрический проводник в изменяющемся магнитном поле.

Майклу Фарадею приписывают открытие индукции в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл математически описал это как закон индукции Фарадея. Закон Ленца описывает направление индуцированного поля.Позднее закон Фарадея был обобщен и стал уравнением Максвелла – Фарадея, одним из четырех уравнений Максвелла в его теории электромагнетизма.

Электромагнитная индукция нашла множество применений, включая электрические компоненты, такие как индукторы и трансформаторы, а также такие устройства, как электродвигатели и генераторы.

История

Эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками провода: жидкая батарея (справа) обеспечивает ток, который течет через небольшую катушку (A) , создавая магнитное поле.Когда катушки неподвижны, ток не индуцируется. Но когда малая катушка перемещается внутрь или из большой катушки (B) , магнитный поток через большую катушку изменяется, индуцируя ток, который определяется гальванометром (G) . ^[1] Схема аппарата Фарадея с железным кольцом. Изменение магнитного потока левой катушки индуцирует ток в правой катушке. ^[2]

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем, опубликована в 1831 году. ^{[3] [4]} Он был независимо открыт Джозефом Генри в 1832 году. ^{[5] [6]}

В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он обмотал два провода вокруг противоположной стороны. стороны железного кольца или «тора» (устройство похоже на современный тороидальный трансформатор). ^{[ необходима цитата ]} Основываясь на своем понимании электромагнитов, он ожидал, что, когда ток начнет течь в одном проводе, своего рода волна пройдет через кольцо и вызовет некоторый электрический эффект на противоположной стороне.Он подключил один провод к гальванометру и наблюдал за ним, пока подсоединял другой провод к батарее. Он увидел переходный ток, который он назвал «волной электричества», когда он подключил провод к батарее, и другой, когда он отключил его. ^[7] Эта индукция возникла из-за изменения магнитного потока, которое происходило при подключении и отключении батареи. ^[2] В течение двух месяцев Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда быстро вставлял стержневой магнит в катушку с проводами и из нее, и он генерировал постоянный (постоянный) ток, вращая медный диск возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода («диск Фарадея» «). ^[8]

Фарадей объяснил электромагнитную индукцию, используя концепцию, которую он назвал силовыми линиями. Однако ученые того времени широко отвергли его теоретические идеи, главным образом потому, что они не были сформулированы математически. ^[9] Исключением был Джеймс Клерк Максвелл, который использовал идеи Фарадея в качестве основы своей количественной теории электромагнитного поля. ^{[9] [10] [11]} В модели Максвелла изменяющийся во времени аспект электромагнитной индукции выражается в виде дифференциального уравнения, которое Оливер Хевисайд назвал законом Фарадея, хотя он немного отличается от оригинала Фарадея. формулировка и не описывает двигательную ЭДС.Версия Хевисайда (см. Уравнение Максвелла – Фарадея ниже) — это форма, признанная сегодня в группе уравнений, известной как уравнения Максвелла.

В 1834 году Генрих Ленц сформулировал названный в его честь закон, описывающий «поток через контур». Закон Ленца определяет направление наведенной ЭДС и тока, возникающего в результате электромагнитной индукции.

Теория

Закон индукции Фарадея и закон Ленца

Продольное сечение соленоида, в котором проходит постоянный электрический ток.Показаны силовые линии магнитного поля, направление которых показано стрелками. Магнитный поток соответствует «плотности силовых линий». Таким образом, магнитный поток наиболее плотный в середине соленоида и самый слабый вне его.

Закон индукции Фарадея использует магнитный поток Φ _B через область пространства, заключенную в проволочную петлю. Магнитный поток определяется поверхностным интегралом: ^[12]

ΦB = ∫ΣB⋅dA, {\ displaystyle \ Phi _ {\ mathrm {B}} = \ int \ limits _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A} \,}

где d A — это элемент поверхности Σ, заключенный в проволочную петлю, B — магнитное поле.Скалярное произведение B · d A соответствует бесконечно малой величине магнитного потока. Проще говоря, магнитный поток через проволочную петлю пропорционален количеству линий магнитного потока, которые проходят через петлю.

Когда поток через поверхность изменяется, закон индукции Фарадея гласит, что проволочная петля приобретает электродвижущую силу (ЭДС). ^{[примечание 1]} Наиболее распространенная версия этого закона гласит, что наведенная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна скорости изменения магнитного потока, заключенного в цепи: ^{[16] [17]}

E = −dΦBdt {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — {{d \ Phi _ {\ mathrm {B}}} \ over dt} \},

где

Лучшее значение индукционного электромагнитного поля — Отличные предложения на индукционные электромагниты от глобальных продавцов индукционных электромагнитов

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для индукционной электромагнитной индукции.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 этот лучший индукционный электромагнит в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели индукционный электромагнит 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 индукционной электромагнитной индукции и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А 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, вы сможете приобрести индукционный электромагнитный индукционный электромагнит 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.

Электромагнитная индукция — IB Physics Stuff

11.2.1 Опишите возникновение наведенной ЭДС за счет относительного движения между проводником и магнитным полем (ЭДС, индуцированная движением).

Когда проводник перемещается в магнитном поле, в проводнике индуцируется электрический ток.Это имеет смысл, прежде чем мы обсудим, как движущийся электрический заряд ощущает силу, создаваемую магнитным полем, перемещая проводник, мы перемещаем заряды … Фарадей обнаружил, что сила индуцированной ЭДС. был пропорционален:

1. Скорость передвижения
2. Напряженность магнитного поля
3. Количество витков на катушке
4. Площадь катушки.

11.2.2 Выведите формулу для ЭДС. индуцируется в прямом проводе, движущемся в магнитном поле

Сила, действующая на электроны в проводе из-за магнитного поля:

(1)

\ begin {align} F = qvB \ sin \ theta \ end {align}

Таким образом, мы можем сказать, что разность потенциалов (индуцированная эл.м.ф. ) между двумя концами проводника длиной l равна:

(2)

\ begin {align} \ epsilon = \ frac {E_p} {q} = \ frac {work} {q} = \ frac {F \ dot d} {q} \ end {align}

(3)

\ begin {align} \ epsilon = \ frac {qvB \ sin \ theta \ dot l} {q} = Blv \ sin \ theta \ end {align}

Если угол между проводником и магнитным полем равен 90 °, формула упрощается до:

(4)

\ begin {align} \ epsilon = Blv \ end {align}

Это последнее уравнение есть в вашем справочнике по формулам IB.

11.2.3 Определить магнитный поток и потокосцепление.

11.2.4 Опишите возникновение наведенной ЭДС. который создается изменяющимся во времени магнитным потоком

11.2.5 Государственный закон Фарадея.

11.2.6 Объясните, как двигательная ЭДС. можно приравнять к скорости изменения магнитного потока.

Магнитный поток определяется как величина напряженности магнитного поля, умноженная на площадь, охватываемую проводником. Или, проще говоря, это можно представить как количество силовых линий магнитного поля (которых на самом деле не существует …), проходящих через область.Математически мы определяем магнитный поток как:

(5)

\ begin {align} \ Phi = AB \ cos \ theta \ end {align}

Где A — заметная площадь, B — напряженность магнитного поля, а θ — угол между направлением движения и линиями магнитного поля. Единица магнитного потока — Вебер, Вб.

Площадь, заметаемая движущимся прямолинейным проводником (проволокой), составляет:

(6)

\ begin {align} A = l \ Delta x \ end {align}

Где l — длина провода, а $ \ Delta x $ — расстояние, на которое перемещается провод, подставляем в уравнение магнитного потока:

(7)

\ begin {align} \ Phi = l \ Delta x B \ cos \ theta \ end {align}

Следовательно, изменение магнитного потока за время равно, при условии, что угол равен нулю:

(8)

\ begin {align} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} = \ frac {l \ Delta x B \ cos \ theta} {\ Delta t} = Blv \ end {align}

Что мы можем распознать сверху как индуцированный e.м.ф.

(9)

\ begin {align} \ epsilon = — \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \ end {align}

Это последнее уравнение называется законом Фарадея.

Потоковая связь определяется как количество петель (N), умноженное на наведенную э.д.с. Если через магнитное поле проходит N проводов, то мы можем записать наведенную э.д.с. как:

Это последнее уравнение есть в вашем справочнике по формулам IB.

11.2.7 Государственный закон Ленца.

ЭДС, индуцированная в электрической цепи, всегда действует в таком направлении, что ток, который она пропускает по цепи, противодействует изменению магнитного потока, которое создает ЭДС.

Если вы проведете проводник через магнитное поле, будет генерироваться небольшой ток. Ток будет создавать магнитное поле, ток всегда будет в том направлении, чтобы создавать силу в направлении, противоположном движению. Почти как по инерции.

Хотите добавить или прокомментировать эти заметки? Сделайте это ниже.

PPT — 12: Электромагнитная индукция PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

.