Электромагнитная индукция. Примеры электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция, теория и примеры
Определение и общие понятия об электромагнитной индукции
Результаты своих эмпирических исследований М. Фарадей выразил наглядно. Если магнитное поле изображать при помощи линий магнитной индукции (), то модуль вектора индукции характеризует густота линий индукции. Допустим, что замкнутый проводник перемещается в неоднородном магнитном поле в сторону более сильного поля. При этом количество силовых линий поля, которые охватывает проводник, увеличивается. Если проводник перемещается в сторону ослабления магнитного поля, то число силовых линий поля уменьшается. Магнитное поле является вихревым, линии поля не имеют начала и конца. Поэтому линии индукции сцепляются с нашим контуром как звенья цепи. Любое изменение числа линий индукции, которые охватывает контур возможно только, если эти линии пересекают контур. В связи с этим М. Фарадей сделал вывод о том, что ток индукции появляется в проводнике только тогда, если проводник (или часть его) пересекает линии магнитной индукции.
Открытие явления электромагнитной индукции стало очень значимым событием. Оно показало, что можно получать не только магнитное поле при помощи токов, но и токи изменяя магнитное поле. Так была установлена взаимная связь между электрическими и магнитными явлениями.
Основной закон электромагнитной индукции
Закон электромагнитной индукции был установлен М. Фарадеем, однако его современную формулировку, которую мы будем использовать, дал Максвелл.
Появление тока индукции говорит о том, что в проводнике возникает определенная электродвижущая сила (ЭДС). Причиной появления ЭДС индукции является изменение магнитного потока. В системе международных единиц (СИ) закон электромагнитной индукции записывают так:
где – скорость изменения магнитного потока сквозь площадь, которую ограничивает контур.
Закон электромагнитной индукции применяют для того, чтобы определить единицу магнитного потока (вебера). Знак магнитного потока зависит от выбора положительной нормали к плоскости контура. При этом направление нормали определяют при помощи правила правого винта, связывая его с положительным направлением тока в контуре. Так, произвольно назначают положительное направление нормали , определяют положительное направление тока и ЭДС индукции в контуре. Знак минус в основном законе электромагнитной индукции соответствует правилу Ленца.
Формула (1) – отображает закон электромагнитной индукции в наиболее общей форме. Ее можно применять к неподвижным контурам и движущимся проводникам в магнитном поле. Производная, которая входит в выражение (1) в общем случае составлена из двух частей: одна зависит от изменения магнитного потока во времени, другая связывается с движением (деформаций) проводника в магнитном поле.
Если в переменном магнитном поле рассматривается контур состоящий из N витков, то закон электромагнитной индукции примет вид:
где величину называют потокосцеплением.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Явление электромагнитной индукции? Что это такое? Примеры.
Явление электромагнитной индукции состоит в том, что любое изменение магнитного потока Ф, пронизывающего замкнутый контур, вызывает появление индукционного тока в контуре. Если электрический ток создает магнитное поле, то нельзя ли с помощью магнитного поля получить электрический ток? - такую задачу поставил английский физик Фарадей, узнав об открытии Эрстеда. Многочисленные опыты и раздумья привели Фарадея к успеху. Если к катушке с большим числом витков подключить гальванометр, то, перемещая вдоль катушки постоянный магнит (рис. 1), можно наблюдать отклонение стрелки прибора, т. е. возникновение индукционного электрического тока. При остановке магнита ток прекращается, при движении магнита в обратную сторону меняется направление тока. Многочисленные опыты подтверждают, что при любом изменении магнитного поля, пронизывающего катушки, в ней возникает индукционный ток. Это явление назвали электромагнитной индукцией. Она возникает при перемещении магнита (электромагнита) относительно катушки или катушки относительно магнита; при замыкании - размыкании цепи или изменении тока во второй катушке, если она находится на одном железном сердечнике с первой катушкой. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия индукционных генераторов (постоянного и переменного тока) , трансформаторов, микрофонов и громкоговорителей. Электродинамический микрофон (рис. 2) состоит из ГП - образного постоянного магнита 3, в промежутке между полюсами магнита находится катушка 1, каркас которой соединен с мембраной 2. Под действием звуков мембрана будет колебаться и в катушке возникает индукционный ток, который усиливается с помощью усилителя низкой частоты и воспроизводится громкоговорителем. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуковых колебаний в электрическую энергию индукционного тока.
Примеры. Трансформатор- преобразует напряжение. Электродвигатель - преобразует электрическую энергию в механическую. Электромагниты погрузочные для погрузки металлолома. Много где ещё...
123456789-098765ё12345678987654321ё1234567890987654ё12345
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831
touch.otvet.mail.ru
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
- ↑ 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).
- ↑ М. Лившиц Закон электромагнитной индукции или «правило потока»? // Квант. — 1998. — № 3. — С. 37—38.
- ↑ 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
dal.academic.ru
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
- ↑ 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).
- ↑ М. Лившиц Закон электромагнитной индукции или «правило потока»? // Квант. — 1998. — № 3. — С. 37—38.
- ↑ 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
xzsad.academic.ru
понятие, условия существования, история изучения :: SYL.ru
История открытия индуктивного тока
Открытие электромагнитной индукции практически всецело принадлежит знаменитому английскому физику М. Фарадею. Проводя опыты с электричеством, он обратил внимание на то, что пропускание тока через одну проволоку приводит к его появлению и в другой, которая располагается неподалеку. В то же время направление тока в этом втором элементе прямо противоположно направлению заряженных частиц в первой проволоке. Этому вторичному току ученый присвоил наименование индуктивного.
Первое практическое применение электромагнитной индукции
К этому времени уже были известны выводы Ампера о взаимосвязи электрического тока и магнетизма, поэтому для Фарадея не составило труда доказать, что индуктивный ток возникает не только при включении и отключении электричества, но и при периодическом создании под его влиянием магнитного поля. Этот вывод привел к тому, что применение электромагнитной индукции началось с изобретения телеграфа, возможность создания и основные принципы которого спрогнозировал еще сам Фарадей.
Понятие и сущность электромагнетизма
Согласно современным представлениям, электромагнитная индукция возникает при наличии двух основных условий – существования устойчивого магнитного поля и движения в нем проводника с током. При этом очень важным является то обстоятельство, что данный проводник должен обязательно пересекать силовые линии магнитного поля. Впрочем, возможен и обратный вариант, когда проводник с током занимает неподвижное положение, а движется магнитное поле.
Условия существования электромагнитной индукции
Электромагнитная индукция, с точки зрения законов физики, представляет собой процесс, в результате которого механическая энергия превращается в электрическую. Именно на основании этого явления действует подавляющее большинство электрических машин. Электромагнитная индукция и ее количественные показатели зависят от нескольких основных факторов. Во-первых, она находится в прямой зависимости от того, насколько часто проводник пересекает силовые линии магнитного поля (или наоборот), то есть от того, с какой скоростью движется проводник. Во-вторых, величина индукции тем больше, чем сильнее магнитное поле. Наконец, в-третьих, электромагнитная индукция зависит от площади соприкосновения проводника с силовыми линиями магнита.
Направление индукционного тока
Для того чтобы определить направление индуктированной электродвижущей силы, следует воспользоваться знаменитым правилом правой руки. Согласно ему, при условии, когда правая рука держится ладонью вниз, обозначая тем самым направление силовых линий магнитного поля, четыре вытянутых вперед пальца будут обозначать то место, куда направлена электромагнитная индукция. В этом случае отставленный большой палец будет соответствовать направлению, в котором должен двигаться проводник.
Новые горизонты в изучении электромагнетизма
На сегодняшний день электромагнитная индукция нашла широкое применение как в быту, так и в народном хозяйстве. В то же время это явление еще содержит немало загадок, которые только предстоит раскрыть ученым.
www.syl.ru
Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция
2013
Меклеш Г.Б. учитель физики
Заполосная ООШ
Явление электромагнитной индукции.
Цели урока:
Изучить материал учебника по данной теме.
Усвоить понятия: индукционный ток, электромагнитная индукция, эдс, магнитный поток.
Уяснить физическую природу электромагнитной индукции.
Научиться выполнять опыты по получению индукционного тока.
Приобрести навыки решения задач на правило правой руки.
Видеть применение электромагнитной индукции в технике.
Объяснить устройство и принцип действия простых электромагнитных устройств.
Проверить полученные знания через тестирование.
Сделать анализ своей работы на уроке.
Приборы и материалы: гальванометр, катушка с сердечником, магнит, соединительные провода, тесты по теме « Электромагнитная индукция.» ,модель телеграфа, модель трансформатора, плакат генератора электрического тока, схема громкоговорителя, учебник.
План урока:1) Опыты : получение индукционного тока.
Движение магнита относительно катушки ( и наоборот)
Движение катушки с током относительно другой катушки.
Изменение тока в первичной катушке( размыкание, замыкание цепи)
2) Разбор по картинкам вращения рамки с током в однородном и неоднородном магнитных полях.
3) Понятия индукционного тока, эдс, электромагнитной индукции.
4) Природа эдс.
5) Способы получения индукционного тока.
6) Понятие электромагнитной индукции.
7) Определение магнитного потока.
8) Нахождение направления индукционного тока.( по правилу правой руки)
9) Решение задач на правило правой руки.
10) Доклад « Открытие электромагнитной индукции.»
11) Тесты по теме «Электромагнитная индукция.»
12) Доклад « Применение электромагнитной индукции.»
13) Рефлексия учебной деятельности.
| Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции обнаружено в 1831 г. Фарадеем. Оно выражает взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Рассмотрим некоторые экспериментальные факты:
Аналогичный результат будет иметь место в случае перемещения электромагнита, по которому пропускают постоянный ток, относительно первичной катушки или при изменении тока в неподвижной вторичной катушке. | |||||
| |||||
| Рис. 4. | Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током. Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца: Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван. Явление электромагнитной индукции— возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше индукционный ток., , Природа ЭДС индукции заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле. Закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур,, |
,,
Явление электромагнитной индукции.
Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током.
Явление электромагнитной индукции— возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока , пронизывающего контур.
| Способы получения индукционного тока | Индукционный ток зависит |
| ……….. 1.перемещение магнита и катушки относительно друг друга; 2. перемещение одной катушки относительно другой; 3. изменение силы тока в одной из катушек;4. замыкание и размыкание цепи; 5. перемещение сердечника, 6.вращение контура в магнитном поле или вращение магнита относительно контура. | От скорости движения магнита, катушки, сердечника относительно другой катушки. От направления движения катушки, сердечника, магнита. От величины изменения силы тока в цепи. От количества витков в катушке. |
| 1) Почему в опытах Фарадея так долго не был обнаружен индукционный ток? 2)В чём суть явления электромагнитной индукции? | |
| 3)Как повлияет на результаты опытов увеличение числа витков в катушках? 4)Как будет изменяться сила индукционного тока, если скорость вращения контура увеличится? |
|
НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА
Прямолинейный проводник
Направление индукционного тока определяется по правилу правой руки:
Если поставить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный на 90 градусов большой палец указывал направление вектора скорости, то выпрямленные 4 пальца покажут направление индукционного тока в проводнике,,
Открытие электромагнитной индукции
Фарадей, будучи еще молодым ученым, так же как и Эрстед, думал, что все силы природы связаны между собой и, более того, что они способны превращаться друг в друга. Интересно, что эту мысль Фарадей высказывал еще до установления закона сохранения и превращения энергии. Фарадей знал об открытии Ампера, о том, что он, говоря образным языком, превратил злектричество в магнетизм. Раздумывая над этим открытием, Фарадей пришел к мысли, что если “электричество создает магнетизм” , то и наоборот, “магнетизм должен создавать электричество”. И вот еще в 1823 г. он записал в своем дневнике: “Обратить магнетизм в электричество”. В течение восьми лет Фарадей работал над решением поставленной задачи. Долгое время его преследовали неудачи . . Говорят, он постоянно носил в жилетном кармане магнит, который должен был напоминать ему о поставленной задаче. Через десять лет в результате упорного труда и веры в успех задача была решена. Им было сделано открытие, лежащее в основе устройства всех генераторов электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. Другие источники: гальванические элементы, аккумуляторы, термо- и фотоэлементы дают ничтожную долю вырабатываемой энергии.
Электрический ток, рассуждал Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Для этого достаточно положить кусок внутрь катушки. Не может ли магнит в свою очередь вызвать появление электрического тока или изменить его величину? Долгое время ничего обнаружить не удавалось.
Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий любопытный факт. Почти одновременно с Фарадеем швейцарский физик Колладон также пытался получить электрический ток с помощью магнита. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, в которую Колладон вдвигал магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вдвинув магнит в катушку, Колладон шел в эту комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр показывает нуль. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром и попросить кого-нибудь заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит мог лежать преспокойно внутри нее сотни лет, не вызывая в катушке тока.
С подобного рода случайностями сталкивался и Фарадей, потому что он неоднократно пытался получить электрический ток при помощи магнита и при помощи тока в другом проводнике, но безуспешно.
Открытие электромагнитной индукции, как назвал сам Фарадей это явление (по-русски слово «индукция» означает наведение), было сделано 29 августа В 1831 году англичанином Майклом Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции. Его опыт, в котором ток в одном проводнике появлялся благодаря другому, без прямого контакта между ними, некоторыми людьми воспринимался как цирковой фокус, а некоторыми как откровенное шарлатанство.
Вот краткое описание первого опыта: «На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута, и между витками ее намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопчатобумажной нитью, Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей, состоящей из 100 пар пластин… При замыкании цепи удавалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого-либо индукционного действия на другую спираль, несмотря на то, что нагревание всей спирали, соединенной с батареей, и яркость искры, проскакивающей между углями, свидетельствовали о мощности батареи» (М. Фарадей, «Экспериментальные исследования по электричеству», I серия).
1 2 Во-первых, Фарадей обнаружил явление электромагнитной индукции для случая, когда катушки намотаны на один и тот же барабан. Если в одной катушке возникает или пропадает электрический ток в результате подключения к ней или отключения от нее гальванической батареи, то в другой катушке в этот момент возникает кратковременный ток. Этот ток обнаруживается гальванометром, который присоединен ко второй катушке.
Затем Фарадей установил также наличие индукционного тока в катушке, когда к ней приближали или удаляли от нее катушку, в которой протекал электрический ток.
Наконец, третий случай электромагнитной индукции, который обнаружил Фарадей, заключался в том, что в катушке появлялся ток, когда в нее вносили или же удаляли из нее магнит.
| В течение одного месяца Фарадей экспериментально открыл все существенные особенности явления. «Его могучий ум обошел широкое поле и едва ли оставил для сбора последователям хотя бы крохи фактов»,— писал друг Фарадея Тиндаль. Оставалось только придать закону строгую количественную форму и полностью вскрыть физическую природу явления. Уже сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в этих, выглядевших внешне по-разному, опытах. В контуре возникает ток при изменении числа силовых линий магнитного поля, пронизывающих площадь, ограниченную этим контуром (в частности, при изменении величины магнитного поля, пронизывающего контур). И чем быстрее меняется это число, тем больше ток. Причина изменения числа силовых линий совершенно безразлична. Это может быть и изменение силы тока (а следовательно и его поля), и сближение катушек, и движение магнита. Фарадей не только открыл явление, но и первым осуществил несовершенную пока еще модель генератора электрического тока, превращающего механическую энергию вращения в ток. Это был массивный медный диск, вращающийся между полюсами сильного магнита. Присоединив ось и край диска к гальванометру, Фарадей обнаружил отклонение стрелки. Ток был, правда, слаб, но найденный принцип позволил впоследствии построить мощные генераторы. Без них электричество и по сей день было бы мало кому доступной роскошью. Развитие электротехники. Прежде всего возникает электрический телеграф. Первый эпектромагнитный телеграф был изобретен русским изобретателем П. Л. Шиллингом в 1832 г. Телеграф Шиллинга состоял из передающего и принимающего устройств, соединенных несколькими проводами. В приемном аппарате имелось шесть так называемых мультипликаторов. Каждый мультипликатор представлял собой проволочную катушку, внутри которой находилась магнитная стрелка, подвешенная на нити. К нити вне катушки прикреплялась еще одна магнитная стрелка, направление полюсов которой было противоположным направлению полюсов первой стрелки. Такая система называется астатической, она употребляется для того, чтобы исключить действие на стрелки магнитного поля Земли. Помимо этого, к каждой нити был прикреплен кружок, стороны которого были окрашены в черный и белый цвета. Когда в катушку мупьтипликатора поступал электрический ток определенного направления, то на стрелку, находящуюся внутри катушки, действовала пара сил. Стрелка поворачивалась, вместе с ней поворачивался и кружок, показывая белую или черную сторону. На приемном аппарате находилось шесть мультипликаторов, соединенных проводниками с передающими аппаратами : Передающий аппарат имел соответствующее число клавишей и источник электрического тока — гальваническую батарею. При нажатии определенной клавиши ток посылался по проводам в соответствующий мультипликатор, в котором стрелки и кружок поворачивались в нужном направлении. Таким образом осуществлялась передача сигналов. Из сочетания черных и белых кружков была разработана условная азбука. Телеграф Шиллинга употреблялся для практических целей. С его помощью осуществлялась связь между Зимним дворцом и зданием министерства путей сообщения в Петербурге. Вскоре появились и другие телеграфные аппараты, отличающиеся от аппарата Шинлинга. В 1837 г. американец Морзе сконструировал более удобный телеграфный аппарат. В телеграфе Морзе при замыкании ключа электрический ток поступал в обмотку электромагнита, который притягивал висящий маятник с закрепленным на конце карандашом, При этом конец карандаша касался бумажной ленты, непрерывно передвигающейся с помощью специального механизма в горизонтальном направлении перпендикулярно плоскости качания маятника. 3амыкание ключа на короткое время давало на бумажной ленте изображение точки, а на более длительное — тире. С помощью комбинаций точек и тире Морзе разработал специальный телеграфный код — азбуку Морзе. В 1844 г. Морзе построил первую телеграфную линию в Америке между Вашингтоном и Балтиморой 2. Микрофон и телефон (рис.331). В цепи микрофона под действием звуковых колебаний возникают изменения тока (благодаря изменениям сопротивления угольного порошка, имеющегося в микрофоне). Эти изменения вызывают переменное напряжение во вторичной катушке; по телефонной линии оно поступает к головному телефону. Здесь магнитное поле токов, меняющихся со звуковой частотой, налагаются на магнитное поле постоянного магнита, усиливая или ослабляя последнее. Меняющееся магнитное поле приводит в вынужденные колебания мембрану телефона (см.стр.238). 3. Электродинамический громкоговоритель. В кольцеобразной щели между полюсами электромагнита (или постоянного магнита) существует радиальное магнитное поле. В этом поле расположена легкая катушка, жестко связанная с диффузором громкоговорителя. При прохождении по катушке тока звуковой частоты происходит взаимное наложение магнитных полей. Катушка то втягивается в щель, то выталкивается из неё. Диффузор приходит в движение и создает звуковые колебания в окружающем воздухе (рис.332).
Вслед за применением электричества для связи изобретательская мысль начинает работать над задачей использования его в качестве движущей силы. Уже в 30-х гг. XIX в. появляются изобретения различных электродвигателей. Первый электродвигатель, применяемый для практических целей, был изоретен в 1834 г. петербургским академиком Б. С. Якоби (1801 — 1874). В 1838 г. этот двигатель был применен для приведения в движение лодки, которая плавала по Неве со скоростью 2 км/ч. Предлагались и другие конструкции электрических двигателей. Однако, так же как и двигатель Якоби, они были неудобны для практики и не получали широкого применения. Только во второй половине XIX в. в результате работ ряда ученых и изобретателей появился электродвигатель, который начал широко применяться в технике. Одновременно с электродвигателем начались попытки конструирования генераторов электрического тока. Первые практически пригодные генераторы электрического тока также появились только во второй половине XIX в. Генераторы переменного тока. |
Явление электромагнитной индукции используется, прежде всего, для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели применяются генераторы переменного тока (индукционные генераторы).
Простейшим генератором переменного тока является проволочная рамка, вращающаяся равномерно в однородном магнитном поле с индукцией В
Для промышленного производства электроэнергии на электрических станциях используются синхронные генераторы (турбогенераторы, если станция тепловая или атомная, и гидрогенераторы, если станция гидравлическая). Неподвижная часть синхронного генератора называется статором, а вращающаяся – ротором (рис. 4.6). Ротор генератора имеет обмотку постоянного тока (обмотку возбуждения) и является мощным электромагнитом. Постоянный ток, подаваемый на обмотку возбуждения через щеточно-контактный аппарат, намагничивает ротор, и при этом образуется электромагнит с северным и южным полюсами. На статоре генератора расположены три обмотки переменного тока, которые смещены одна относительно другой на 1200 и соединены между собой по определенной схеме включения. При вращении возбужденного ротора с помощью паровой или гидравлической турбины его полюсы проходят под обмотками статора, и в них индуцируется изменяющаяся по гармоническому закону электродвижущая сила. Далее генератор по определенной схеме электрической сети соединяется с узлами потребления электроэнергии. Если передавать электроэнергию от генераторов станций к потребителям по линиям электропередачи непосредственно (на генераторном напряжении, которое относительно невелико), то в сети будут происходить большие потери энергии и напряжения (обратите внимание на соотношения , ). Следовательно, для экономичной транспортировки электроэнергии необходимо уменьшить силу тока. Но так как передаваемая мощность при этом остается неизменной, напряжение должно увеличиться во столько же раз, во сколько раз уменьшается сила тока. У потребителя электроэнергии, в свою очередь, напряжение необходимо понизить до требуемого уровня. Электрические аппараты, в которых напряжение увеличивается или уменьшается в заданное количество раз, называются трансформаторами. Работа трансформатора также основана на законе электромагнитной индукции.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Катушка замкнута на гальванометр.
а) В катушку вдвигают постоянный магнит.
б) Катушку надевают на постоянный магнит.
Электрический ток возникает
только в случае а) только в случае б)
в обоих случаях ни в одном из перечисленных случаев
Медное кольцо, находящееся в магнитном поле, поворачивается из положения, когда его плоскость параллельна линиям магнитной индукции, в перпендикулярное положение. Модуль магнитного потока при этом:
увеличивается уменьшается не изменяется равен 0
3. За 3 секунды магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно увеличился с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?
1 В 2 В 3 В 0 В
4. Магнитный поток в 1 Вб может быть выражен в системе СИ как
Н/м2 Тл/м2 Тл/с Тл/м
5. Постоянный прямой магнит падает сквозь алюминиевое кольцо. Модуль ускорения падения магнита.
равен g больше g меньше g
в начале пролета кольца меньше g, в конце больше g.
6. В короткозамкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно. Сравните значения заряда, переносимого индукционным током.
g1 = g2 g1>g2 g1g2 не знаю
7. Изменяясь во времени, магнитное поле порождает
вихревое электрическое поле электростатическое поле
постоянное магнитное поле гравитационное поле
8. Тонкое медное кольцо площадью 100 см2 расположено во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца параллельна линиям магнитной индукции. За 1 секунду магнитная индукция равномерно увеличивается с 1 мТл до 2 мТл. Модуль ЭДС индукции, возникающей при этом в контуре, равен
0,0001В 0,001 В 0,1 В 0 В
9. Медное кольцо находится во внешнем магнитном поле так, что плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции. Индукция магнитного поля равномерно увеличивается. Индукционный ток в кольце
увеличивается уменьшается равен 0 постоянен
10. Сила тока в катушке с индуктивностью 1 Гн увеличилась в 2 раза. Магнитный поток через катушку
увеличился в 2 раза увеличился в 4 раза
уменьшился в 2 раза уменьшился в 4 раза
Внимание, только СЕГОДНЯ!psychology-msk.ru
Реферат Электромагнитная индукция
скачатьРеферат на тему:
План:
- Введение
- 1 Закон Фарадея
- 1.1 Векторная форма
- 1.2 Потенциальная форма
- 2 История Примечания
Введение
Не следует путать с вектором электрической индукции.
Не следует путать с вектором магнитной индукции.
Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. 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.
1. Закон Фарадея
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в системе 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.1.1. Векторная форма
В дифференциальной форме закон Фарадея можно записать в следующем виде:
(в системе СИ)или
(в системе СГС).В интегральной форме (эквивалентной):
(CИ)или
(CГС)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 (т.е. порождается частично вихревым электрическим полем, а частично силой Лоренца и силой реакции движущегося проводника).
- Некоторые авторы[2] отрицают корректность применения термина закон Фарадея или закон электромагнитной индукции итп 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.
1.2. Потенциальная форма
При выражении магнитного поля через векторный потенциал закон Фарадея принимает вид:
(в случае отсутствия безвихревого поля, т.е. тогда, когда электрическое поле порождается полностью только изменением магнитного, т.е. электромагнитной индукцией).В общем случае, при учёте и безвихревого (например, электростатического) поля имеем:
2. 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.
Американский физик Джозеф Генри тоже успешно проводил опыты по индукции токов. Но пока Д. Генри собирался опубликовать результаты своих опытов, в печати появилось сообщение М. Фарадея об открытии им электромагнитной индукции. То, что два учёных независимо друг от друга пришли к одному и тому же результату, не удивительно.
М. Фарадей стремился использовать открытое им явление, чтобы получить новый источник электричества.
Примечания
- 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, т.к. 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).
- См. например [[1] - kvant.mirror1.mccme.ru/pdf/1998/03/kv0398lifshits.pdf].
- 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 (т.е. 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), т.е. проявляется парадокс, что для "закона природы" недопустимо.
wreferat.baza-referat.ru
Видеоматериалы
Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше
Подробнее...С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей
Подробнее...Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе
Подробнее...Актуальные темы
ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год
Подробнее...Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год
Подробнее...
КОНТАКТЫ
360051, КБР, г. Нальчик
ул. Горького, 4
тел: 8 (8662) 40-93-82
факс: 8 (8662) 47-31-81
e-mail:
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
