Способы получения индукционного тока: Физика 10-11 класс. Электромагнитная индукция. Правило Ленца :: Класс!ная физика

Содержание

Дистанционное обучение. Урок № 7-8 (31). Класс 9. Тема: Электромагнитная индукция

Дистанционное обучение.

Урок № 7-8 (31)

Класс 9.

Тема: Электромагнитная индукция

План урока:

1. Изучение темы по презентации: Электромагнитная индукция.

2. Просмотр видео: Опыты по наблюдению явления.

3. Лабораторная работа «Изучение явления электромагнитной индукции».

4. Оформите работу в тетради по плану:

1) Название. 2) Цель. 3) Оборудование. 4) Ход работы: изобразите рисунки и определите направления: направление движения магнитов, линий магнитной индукций. 5) Вывод.

5. Выслать отчет по работе (фото или скан) в Вк.

Обязательное задание – лабораторная работа — на оценку в журнал для всех!!!!!

1. Презентация: «Электромагнитная индукция. Физика.9 класс»

2. 

Лабораторная работа «Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы: Познакомиться с различными способами получения индукционного тока в катушке и экспериментально подтвердить правило Ленца для определения направления тока.

Оборудование: миллиамперметр, катушка, магнит полосовой или дугообразный.

Ход выполнения:

  1. Подключите катушку к зажимам миллиамперметра и выполните действия, указанные в таблице. (При выполнении опытов магнит перемещают с одной и той же стороны катушки, положение которой не меняется)
  2. Определите направление индукционного тока в катушке, вектора магнитной индукции тока, вектора магнитной индукции магнита.
  3. Определите: увеличивается или уменьшается магнитный поток в каждом из случаев.
  4. Выполните задания

А) Определите направления движения магнитов

Б) Покажите направление индукционного тока.

В) Определите направление линий магнитной индукции магнита (на рисунке изображены пунктирными линиями)

6. Сделайте вывод о проделанной работе.

Правило Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Более кратко это правило можно сформулировать следующим образом: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.

просмотров всего 4,194 , просмотров сегодня 8 

ПЕРЕЧИСЛИТЕ 6 СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА. ТОЛЬКО ПОДРОБНО!

Два человека стоят на расстоянии h2 и h3 от стенки и l —друг от друга. Один из них сказал слово, другой услышал конец слова, совпавшее с началом эха э … того же слова. Скорость звука c. Определите длительность звучания слова.

При температуре 10 °С относительная влажность воздуха была равна 72 %. Используя данные таблицы, определи, на сколько уменьшилась или увеличилась отно … сительная влажность воздуха, если температуру повысили до 20 °С.Ответ (округли до десятых): относительная влажность воздуха на %.t, °С p, кПа ρ0, гм310 1,23 9,411 1,33 1012 1,4 10,713 1,49 11,414 1,6 12,115 1,71 12,816 1,81 13,617 1,93 14,518 2,07 15,419 2,2 16,320 2,33 17,3​

Определи массу паров воды в воздухе актового зала объёмом 52 м³ при температуре воздуха 24 °С и относительной влажности 62 %. Плотность насыщенного па … ра равна 17,3 гм3. Ответ (округли до десятых): г. ​

8 класс. почему в решении задачи два времени одинаковые?сайт: http://fizportal.ru/kinematics-problem-1-1-6задача: Спортсмены бегут колонной длины l со … скоростью v. Навстречу бежит тренер со скоростью uрешение:Мысленно остановим колону, тогда тренер кроме своей скорости будет иметь скорость колонны, направленную в противоположную сторону. С этой относительной скоростью v+u он в течение времениt=lv+u,пробежит вдоль колонны и сравняется с хвостом. Голова колоны, развернувшись, будет двигаться с относительной скоростью v−u и через времяt=l/v−uгде l/ – длина новой «колоны» после обгона. Тогдаl/v−u=lv+uи длина новой колонныl/=v−uv+ul.Ответ: когда все спортсмены развернуться длина новой колоны будет равна l/=v−uv+ul

Літак піднімається вгору з швидкістю v = 700 км/год і за t = 4 хв досягає висоти h = 4 км. З якою швидкістю рухається по поверхні Землі тінь від літ … ака, якщо Сонце в зеніті?

Помогите решить задачу по кинематике: Из города А выехали с одинаковыми скоростями два автомобиля, второй через 12 минут после первого. Они поочередно … , с интервалом в 14 минут, обогнали одного и того же велосипедиста. Во сколько раз скорость автомобилей больше скорости велосипедиста? (Кирик — с/р и к/р, 9 класс)

На гладкой горизонтальной поверхности покоится уголок массы M, который с помощью лёгкой нити и двух блоков соединён со стенкой и бруском массы m (см. … рисунок). Брусок касается внут- ренней поверхности уголка. Нити, перекинутые через блок, прикреп- лённый к стене, натянуты горизонтально. Вначале систему удерживают в состоянии покоя, а затем отпуска- ют. Найдите ускорение a уголка. Блоки лёгкие. Трение в системе отсутствует.

6. Матеріальна точка рухається прямолінійно й рівномірно. Кутовий коефіцієнт графіка її руху (в СІ) дорівнює 2 та при t = 0 Х0 = 0. В який момент часу … координата точки дорівнювала 5 м? 19. Тіло кинули під кутом до горизонту з поверхні Місяця. Його максимальна швидкість становила 20 м/с, а мінімальна — 36 км/год. Під яким кутом до горизонту кинули тіло?

1. Здійснюючи поворот, автомобіль проїхав чверть кола. У скільки разів при цьому модуль переміщення автомобіля менший за пройдений ним шлях? 2. Штучни … й супутник обертається навколо Землі по коловій орбіті радіусом R з періодом обертання 1 доба. Знайдіть шлях та модуль переміщення супутника за 0,75 доби.

Помогите! Срочно надо! Драбину завдовжки 4 м приставлено до ідеально гладкої стінипід кутом 60°. Максимальна сила тертя між драбиною і підлогою дорівн … ює 200 Н. На яку висоту вздовж драбини може піднятися людина масою 60 кг перед тим, як драбина почне ковзати. Масою драбини знехтувати.

Электромагнитная индукция — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Электромагнитная индукция

Изображение слайда

2

Слайд 2

В 1821г. М.Фарадей записал в своём дневнике « Превратить магнетизм в электричество» 29 августа 1831г. Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции

Изображение слайда

3

Слайд 3

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 контур, меняется.

Изображение слайда

4

Слайд 4: Способы получения индукционного тока

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;

Изображение слайда

5

Слайд 5: Магнитный поток ( поток магнитной индукции

Магнитным потоком через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и n. Ф = B S cos α Магнитный поток ( поток магнитной индукции

Изображение слайда

6

Последний слайд презентации: Электромагнитная индукция

Изображение слайда

Изучение явления электромагнитной индукции

Просмотр содержимого документа
«Изучение явления электромагнитной индукции»

Лабораторная работа

Изучение явления электромагнитной индукции

  • Цель работы : изучить явление электромагнитной индукции. Познакомиться с различными способами получения индукционного тока в катушке и экспериментально подтвердить правило Ленца для определения направления тока.
  • Приборы и материалы : миллиамперметр, катушка, магнит полосовой или дугообразный провода соединительные.

Ход работы

1. Подключите катушку к зажимам миллиамперметра и выполните действия, указанные в таблице. (При выполнении опытов магнит перемещают с одной и той же стороны катушки, положение которой не меняется)

2. Определите направление индукционного тока в катушке, вектора магнитной индукции тока, вектора магнитной индукции магнита.

3. Определите увеличивается или уменьшается магнитный поток в каждом из случаев.

4. Заполните таблицу.

№ п/п

Способ получения индукционного тока

Направление

1

2

Внесение в катушку северного полюса магнита

Индукционного тока I

Удаление из катушки северного полюса магнита

3

Вектора магнитной индукции тока В

 

Что происходит с магнитным потоком Ф

4

Внесение в катушку южного полюса магнита

 

 

Вектора магнитной индукции магнита В

Удаление из катушки южного полюса магнита

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Сделайте вывод о проделанной работе.

Дополнительные задания

  • В чем заключается явление электромагнитной индукции?
  • Кто открыл явление электромагнитной индукции и почему это открытие относят к разряду величайших?
  • Определите направления движения магнитов

4. Покажите направление индукционного тока.

Можно ли в проводнике (без подключения источника питания ) создать электрический ток с помощью магнитного тока?

Тема 2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Тема 2.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ 1. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея) 2. Закон Фарадея 3. Вихревые токи (токи Фуко) 4. Индуктивность контура. Самоиндукция 5. Взаимная индукция 1. Явление

Подробнее

Учитель физики Шпаковская О.Ю.

Учитель физики Шпаковская О.Ю. 9 класс Урок по теме «Электромагнитная индукция» Цель: изучить понятие электромагнитной индукции. Учащиеся должны знать: понятие электромагнитной индукции; понятие индукционный

Подробнее

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция Явление электромагнитной индукции Электромагнитная индукция явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его. Явление

Подробнее

Лекц ия 21 Электромагнитная индукция

Лекц ия 21 Электромагнитная индукция Вопросы. Опыты Фарадея. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Электродвижущая сила индукции. Закон электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле.

Подробнее

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Автор: Касимова М.И. ГБОУ ЦО 133 г. Санкт-Петербург УРОК ПО ФИЗИКЕ В 9 КЛАССЕ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ РАБОТА В ГРУППАХ: ИСТОРИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАТОРЫ ТЕОРЕТИКИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ПРОВЕРКА РАНЕЕ ИЗУЧЕННОГО

Подробнее

Электромагнитная индукция

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Электромагнитная индукция Темы кодификатора ЕГЭ: явление электромагнитной индукции, магнитный поток, закон электромагнитной индукции Фарадея, правило Ленца.

Подробнее

9.Электродинамика. Магнетизм.

9.Электродинамика. Магнетизм. 005 1.Силу Лоренца можно определить по формуле А) F = q υ Bsinα. B) F = I Δ l Bsinα. C) F = qe. D) F = k. E) F = pgv..токи, возникающие в массивных проводниках, называют А)

Подробнее

Явление электромагнитной индукции

Магнитное поле Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко. Генератор, электродвигатель. Явление электромагнитной индукции

Подробнее

ЗАДАНИЙ ЧАСТЬ «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ».

ФИЗИКА 11.1 класс. Профиль. БАНК ЗАДАНИЙ ЧАСТЬ 2 «МАГНИТНОЕ ПОЛЕ». 1. Подберите наиболее правильное продолжение фразы «Магнитные поля создаются…»: A. атомами железа. Б. электрическими зарядами. B. магнитными

Подробнее

Отложенные задания (40)

Отложенные задания (40) На рисунках изображены постоянные магниты с указанием линий магнитной индукции полей, создаваемых ими, и магнитные стрелки. На каком из рисунков правильно изображено положение магнитной

Подробнее

ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. 1. Какой буквой в физике принято обозначать Магнитная индукция? Магнитный поток? Индуктивность? ЭДС индукции? Активная длина проводника? Магнитная проницаемость среды? Энергия

Подробнее

Лекц ия 22 Самоиндукция и взаимоиндукция

Лекц ия Самоиндукция и взаимоиндукция Вопросы. Самоиндукция и взаимоиндукция. Индуктивность соленоида. Работа силы Ампера. Энергия магнитного поля тока. Энергия и плотность энергии магнитного поля… Самоиндукция.

Подробнее

4. Электромагнитная индукция

1 4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции Правило Ленца В 1831 г Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике явление электромагнитной индукции: в замкнутом

Подробнее

Норматив оснащения темы 2.4

п/п Наименование средства обучения 1 Опорные конспекты Норматив оснащения темы 2.4 Магнитное поле. Электромагнитная индукция Название средства обучения «Взаимодействие проводников с током. Индукция магнитного

Подробнее

Глава 12 Электромагнитная индукция 100

Глава Электромагнитная индукция Явления электромагнитной индукции В 83 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в следующем: В замкнутом проводящем контуре при изменении

Подробнее

Электромагнитная индукция. Лекция 2.7.

Электромагнитная индукция Лекция 2.7. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ 1. Опыты Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца. 2. Величина Э.Д.С. индукции. 3. Природа Э.Д.С. индукции. 4. Токи Фуко. 5. Явление

Подробнее

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1.Внутри катушки, соединенной с гальванометром, находится малая катушка, подключенная к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

ЛЕКЦИЯ 11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Серюкова Ирина Владимировна, к.ф.-м.н., доцент кафедры «Физики» КрасГАУ Использованная литература 1. Грабовский Р.И. Курс физики.- СПб.: Издательство «Лань», 00. Трофимова

Подробнее

Задание 1. Ответ: 31.

Задание 1. Установите соответствие между физическими величинами, описывающими протекание постоянного тока через резистор, и формулами для их расчёта. В формулах использованы обозначения: R сопротивление

Подробнее

4. Электромагнитная индукция

4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции 1 Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле Существует и обратное явление: магнитное поле вызывает появление электрических токов

Подробнее

U а) 2 А, б) 5 А, в) 10 А

Тест по электротехнике. Вариант 1. 1.Какие приборы изображены на схеме? а) электрическая лампочка и резистор; б) электрическая лампочка и плавкий предохранитель; в) источник электрического тока и резистор.

Подробнее

Домашняя работа по физике за 11 класс

Домашняя работа по физике за 11 класс к учебнику «Физика. 11 класс» Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, М.: «Просвещение», 000 г. учебно-практическое пособие 3 СОДЕРЖАНИЕ Глава 1. Электромагнитная индукция Упражнение

Подробнее

9 класс Тесты для самоконтроля ТСК

ТСК 9.3.21 1.Выберите верное(-ые) утверждение(-я). А: магнитные линии замкнуты Б: магнитные линии гуще располагаются в тех областях, где магнитное поле сильнее В: направление силовых линий совпадает с

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ МЕТОДИЧЕСКОЕ

Подробнее

Отложенные задания (23)

Отложенные задания (23) Виток провода находится в магнитном поле, перпендикулярном плоскости витка, и своими концами замкнут на амперметр. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику

Подробнее

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция Основные теоретические сведения Из школьного курса физики опыты Фарадея хорошо известны, например катушка и постоянный магнит Если подносить магнит к катушке или наоборот, то

Подробнее

Магнитное поле. Лукьянов И.В.

Магнитное поле. Лукьянов И.В. Содержание: 1. Магнитное поле в вакууме. 2. Электромагнитная индукция. 3. Магнитное поле в веществе. Магнитное поле в вакууме. Содержание раздела: 1. Понятие магнитного поля

Подробнее

Лабораторная работа по физике «Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы:

изучить явление электромагнитной индукции;

проверить на опыте зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного поля;

опытно проверить правило Ленца.

Ход работы.

1. Приготовьте таблицу.

Способ получения индукционного тока.

Внесите в катушку северный полюс магнита.

Удалите из катушки северный полюс магнита.

Внесите в катушку южный полюс магнита.

Удалите из катушки южный полюс магнита

2. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра выполните действия, указанные во втором столбце таблицы.

При выполнении опытов положение катушки не меняется, а магнит перемещается с одной и той же стороны катушки.

3. Для каждого способа получения индукционного тока определите:

1) направление индукционного тока;

2) направление вектора магнитного индукционного поля индукционного тока B в катушке;

3) направление вектора магнитной индукции поля BМ в катушке;

4) изменение магнитного поля магнита ΔФМ через катушку.

4. При осуществлении опыта следует удерживать катушку-моток в одной руке, а магнит — в другой. 

Приближая и удаляя с разной скоростью магнит к катушке, установите по показаниям миллиамперметра, как зависит величина индукционного тока от скорости изменения магнитного поля в месте расположения катушки.

Контрольные задания.

Ответить на вопросы.

1. Как изменился магнитный поток через катушку при приближении и удалении магнита?

2. Как направлены векторы В и BМ при возрастании и убывании магнитного потока через катушку?

3. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

4. Как устанавливается направление индукционного тока правилом Ленца?

Сформулируйте закон электромагнитной индукции?

Весь материал — в документе.

Возникновение индукционного тока в витке

При поступательном движении витка в однородном магнитном поле поток магнитной индукции, пронизывавший его плоскость, не меняется, поэтому и εi=0.

Если же виток вращается вокруг оси, не параллельной B, то в этом случае при его вращении магнитный поток, пронизыва­ющий его плоскость, непрерывно меняется (Рис.22.3). Если угло­вая скорость ω, тo и . Подставив это в (22.1), находим

(22.4)

Т.о., в витке, равномерно вращающемся в магнитном поле, возбуждается э.д.с. индукции, изменяющаяся по гармоническому закону

(22.5)

Это и явилось основой для созданий генераторов перемен­ного тока. Под действием εi в витке возникает индукционный ток, также изменяющийся по гармоническому закону

(22.6)

Явление самоиндукции

Э.д.с. индукции может возникать в контуре (проводе) и без воздействия внешнего магнитного поля. Она может возникать под воздействием меняющегося тока, текущего в самом контуре. Это явление получило название самоиндукции. Если в контуре течет ток i, то он создает индукцию поля В, линии кото­рого пересекают плоскость конту­ра (Рис.22.4). При этом магнит­ный поток Ф через площадь контура как и В будут пропорцио­нальны току:

Ф=Li (22.7)

Коэффициент L не зависит от силы тока. Он определяется конфигурацией контура (провода) и называется его индуктивностью. Его называют также самоиндукцией или коэффициентом само­индукции. Для примера вычислим индуктивность тонкого солено­ида. Если его длина l, общее число витков N, площадь од­ного витка S, то индукция внутри соленоида равна

Магнитный поток через один виток равен BS, а через все N витков

Сопоставляя эту формулу с (22.7), находим

(22.8)

где n=N/l — число витков на единицу длины.

В СИ единица индуктивности генри (1Г) — индуктивность контура (провода), который при токе 1 А создает магнитный по­ток 1 Вб: 1Г=1Вб/1А.

При изменении тока в контуре из (22.1) и (22.7) находим возникающую э.д.с., которую называют э.д.с. самоиндукции εS:

(22.9)

т.e. э.д.с. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в контуре.

Магнитная проницаемость вещества

Опыт показывает, что индуктивность контура зависит и от свойств среды, в которой он находится. Так, если в соле­ноид вдвинуть железный сердечник, то его индуктивность намного возрастет. Величину равную

(22.10)

где L0— индуктивность контура в вакууме, a L — в среде, называют магнитной проницаемостью вещества.

Энергия магнитного поля

При размыкании цепи (Рис. 22.5) в ее замкнутом участке аГbа некоторое время будет течь ток за счет самоиндукции — экстраток размыкания I. Работа , совершаемая этим током за время dt, равна , откуда

(22.11)

Эта работа идет на нагревание проводников и сопровожда­ется исчезновением магнитного поля. Т.о., проводник с индуктив­ностью L , по которому идет ток i, обладает энергией, сосредоточенной в окружающем его магнитном поле:

(22.12)

Выразим эту энергию через индукцию магнитного поля. Для этого найдем энергию магнитного поля внутри соленоида, для которого , здесь V=lS — объем. Подставляя эти выражения a (22.12), находим

(22.13)

Для однородного поля плотность энергии равна

(22.14)

Способы создания индуцированной ЭДС

Способы создания индуцированной ЭДС

Мы знаем, что индуцированная ЭДС дается выражением


Следовательно, индуцированная ЭДС может быть произведена изменением

и. магнитная индукция (B)

ii. площадь, ограниченная катушкой (A) и

iii.ориентация катушки (θ) относительно магнитного поля.

1. ЭДС, индуцированная изменением магнитной индукции.

Магнитная индукция может быть изменена перемещением магнита либо к катушке, либо от нее, и, таким образом, в катушке создается наведенная ЭДС.

Магнитная индукция также может быть изменена в одной катушке путем изменения тока в соседней катушке, таким образом создавая наведенную ЭДС.


2. ЭДС, вызванная изменением площади, ограниченной катушкой

PQRS представляет собой проводник, изогнутый по форме, показанной на рис. 4.9. L1M1 представляет собой скользящий провод длиной l , опирающийся на рычаги PQ и RS. Однородное магнитное поле «B» действует перпендикулярно плоскости проводника. Замкнутая площадь проводника — L1QRM1. Когда L1M1 перемещается на расстояние dx за время dt, новая область становится L2QRM2.Из-за изменения площади L2L1M1M2 происходит изменение магнитного потока, связанного с проводником. Следовательно, возникает наведенная ЭДС.


3. ЭДС, индуцированная изменением ориентации катушки

PQRS представляет собой прямоугольную катушку с N витками и площадью A, помещенную в однородное магнитное поле B (Рис. 4.10). Катушка вращается с угловой скоростью ω по часовой стрелке вокруг оси, перпендикулярной направлению магнитного поля.Предположим, первоначально катушка находится в вертикальном положении, так что угол между нормалью к плоскости катушки и магнитным полем равен нулю. Через время t пусть θ (= ωt) будет углом, на который поворачивается катушка. Если поток связан с катушкой в ​​этот момент, то

= NBA cos θ


e = NBAω sin ωt. . (1)

Максимальное значение наведенной ЭДС, Eo = NABω

Следовательно, наведенная ЭДС может быть представлена ​​как e = Eo sin ωt

Индуцированная ЭДС e изменяется синусоидально. со временем t и частотой ν циклов в секунду (v = ω / 2π)

(i) Когда ωt = 0, плоскость катушки перпендикулярна полю B и, следовательно, e = 0.

(ii) Когда ωt = π / 2, плоскость катушки параллельна B и, следовательно, e = Eo

(iii) Когда ωt = π, плоскость катушки находится под прямым углом к ​​B и, следовательно, e = 0.

(iv) Когда ωt = 3π / 2, плоскость катушки снова параллельна B и наведенная ЭДС равна e = −Eo.

(v) Когда ωt = 2π, плоскость катушки снова перпендикулярна B и, следовательно, e = 0.

Если концы катушки подключены к внешней цепи через сопротивление R, ток течет через цепь , который также имеет синусоидальную природу.

Способы получения индуцированной ЭДС

СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ИНДУЦИРОВАННОЙ ЭДС

Введение

Электродвижущая сила характеристика любого источника энергии, способного приводить в действие электрический заряд вокруг цепи. Мы уже узнали, что на самом деле это не сила. это работа, выполняемая при перемещении электрического заряда единицы по цепи. Это измеряется в J C -1 или вольт.

Некоторые примеры энергии Источником, обеспечивающим ЭДС, являются электрохимические ячейки, термоэлектрические устройства, солнечные батареи и электрические генераторы. Из них электрические генераторы наиболее распространены. мощные машины. Они используются для крупномасштабного производства электроэнергии.

По Фарадею закон электромагнитной индукции, ЭДС индуцируется в цепи, когда магнитная связанный с этим поток меняется. Эта ЭДС называется наведенной ЭДС. Величина наведенная ЭДС равна


Из приведенного выше уравнения Понятно, что индуцированная ЭДС может быть вызвана изменением магнитного потока в любом из следующих способов.

и. Изменяя магнитное поле B

ii. Изменяя площадь А, катушки и

iii. Изменяя взаимную ориентацию θ катушки с магнитным поле

1. Индукция ЭДС путем изменения магнитного поля поле

От Фарадея экспериментами по электромагнитной индукции было обнаружено, что ЭДС индуцируется в цепи при изменении магнитного потока поля через нее.В изменение магнитного потока вызвано (i) относительным движением между контуром и магнит (Первый эксперимент) изменение тока, протекающего через близлежащие катушка (второй эксперимент).

2. Индукция ЭДС за счет изменяя площадь катушка

Считайте проводку стержень длиной l движется со скоростью v влево по прямоугольный металлический каркас, как показано на рисунке 4.24. Вся аранжировка находится в однородном магнитном поле, магнитные линии которого направлены перпендикулярно плоскости бумаги.

По мере движения стержня от AB до DC за время dt , область, ограниченная петлей и, следовательно, магнитный поток через петлю уменьшается.


Изменение магнитного поток во времени dt составляет


В результате изменения потока, в контуре генерируется ЭДС.Величина наведенной ЭДС


Эта ЭДС называется двигательной. ЭДС . Направление индуцированного тока находится по часовой стрелке от Правило правой руки Флеминга.

ПРИМЕР 4.14

Круглый металл площади 0,03 м 2 вращается в однородном магнитном поле 0,4 Тл. вращение проходит через центр и перпендикулярно его плоскости, а также параллельно полю.Если диск совершает 20 оборотов за одну секунду и сопротивление диска 4 Ом, рассчитать наведенную ЭДС между осями а также обод и индуцированный ток, протекающий по диску.

Решение

A = 0,03 м 2 ; B = 0,4 т; f = 20 об / с; R = 4 Ом


3. Индукция ЭДС изменением взаимной ориентации катушки с магнитным полем

Рассмотрим прямоугольную катушка N витков удерживается в однородном магнитном поле как показано на рисунке 4.25 (а). Катушка вращается против часовой стрелки с угловая скорость относительно оси, перпендикулярной полю.



В момент времени = 0 самолет катушки перпендикулярно полю, и поток, связанный с катушкой, имеет его максимальное значение Ф м = BA (где A — площадь катушка).

За раз т секунд, катушка поворачивается на угол θ (= ωt ) против часовой стрелки. направление.В этом положении поток связан Ф м cos ωt, a компонент Ф м перпендикулярно плоскости змеевика (рисунок 4.25 (б)). Компонент, параллельный плоскости (Ф м sin ωt), не играет роли в электромагнитная индукция.

Следовательно, поток сцепление в этом отклоненном положении составляет


По Фарадею по закону ЭДС, индуцированная в этот момент, составляет



Когда катушка вращается через 90o от начального положения sin ωt = 1.Тогда максимальное значение наведенная ЭДС


Следовательно, значение индуцированная ЭДС в этот момент равна


Видно, что индуцированная ЭДС изменяется как синусоидальная функция угла времени ωt . График между наведенной ЭДС и временным углом для одного поворота катушки будет синус кривой (рис. 4.26), и изменяющаяся таким образом ЭДС называется синусоидальной ЭДС. или переменная ЭДС.

Если это чередование напряжение подается на замкнутую цепь, синусоидально изменяющийся ток течет в Это. Этот ток называется переменным током и определяется по

.


где I м — максимальное значение индуцированного тока.

ПРИМЕР 4.15

Прямоугольная катушка площадь 70 см2, имеющая 600 витков, вращается вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю. поле 0.4 Вт м -2 . Если катушка совершит 500 оборотов за минуту, рассчитайте мгновенную ЭДС, когда плоскость катушки (i) перпендикулярно полю (ii) параллельно полю и (iii) наклонено под углом 60o с полем.

Решение

A = 70 ´ 10 -4 м 2 ; N = 600 витков

B = 0,4 Вт · м -2 ; f = 500 об / мин


Магнитный поток, индукция и закон Фарадея

Индуцированные ЭДС и магнитный поток

Закон индукции Фарадея гласит, что электродвижущая сила индуцируется изменением магнитного потока.

Цели обучения

Объясните взаимосвязь между магнитным полем и электродвижущей силой

Основные выводы

Ключевые точки
  • Это изменение потока магнитного поля, которое приводит к появлению электродвижущей силы (или напряжения).
  • Магнитный поток (часто обозначаемый Φ или Φ B ), проходящий через поверхность, является составляющей магнитного поля, проходящего через эту поверхность.
  • В самом общем виде магнитный поток определяется как [латекс] \ Phi _ {\ text {B}} = \ iint _ {\ text {A}} \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex].Это интеграл (сумма) всего магнитного поля, проходящего через бесконечно малые элементы площади dA.
Ключевые термины
  • векторная площадь : вектор, величина которого соответствует рассматриваемой области, а направление перпендикулярно площади поверхности.
  • гальванометр : Аналоговое измерительное устройство, обозначенное G, которое измеряет ток, используя отклонение стрелки, вызванное силой магнитного поля, действующей на провод с током.

Индуцированная ЭДС

Аппарат, использованный Фарадеем для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показан на следующем рисунке. Когда переключатель замкнут, магнитное поле создается в катушке в верхней части железного кольца и передается (или направляется) на катушку в нижней части кольца. Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в отдельной катушке внизу.

Аппарат Фарадея : Это аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может производить ток.Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, вызывает ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель разомкнут и замкнут, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях. Когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым, через гальванометр не течет ток.

Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр обнаруживает ток в одном направлении в катушке внизу. Каждый раз при размыкании переключателя гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении.Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым в течение некоторого времени, через гальванометр нет тока. Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток. Это изменение магнитного поля, которое создает ток. Более важным, чем текущий ток, является вызывающая его электродвижущая сила (ЭДС). Ток является результатом ЭДС, индуцированной изменяющимся магнитным полем, независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Магнитный поток

Магнитный поток (часто обозначаемый Φ или Φ B ), проходящий через поверхность, является составляющей магнитного поля, проходящего через эту поверхность.Магнитный поток через некоторую поверхность пропорционален количеству силовых линий, проходящих через эту поверхность. Магнитный поток, проходящий через поверхность с векторной площадью A, равен

[латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {A}} = \ text {BA} \ cos \ theta [/ latex],

, где B — величина магнитного поля (в Тесла, Тл), A — площадь поверхности, а θ — угол между силовыми линиями магнитного поля и нормалью (перпендикулярно) к A.

Для переменного магнитного поля мы сначала рассмотрим магнитный поток [латекс] \ text {d} \ Phi _ \ text {B} [/ latex] через бесконечно малый элемент площади dA, где мы можем считать поле постоянным:

Изменяющееся магнитное поле : Каждая точка на поверхности связана с направлением, называемым нормалью к поверхности; магнитный поток, проходящий через точку, тогда является составляющей магнитного поля вдоль этого нормального направления.

[латекс] \ text {d} \ Phi_ \ text {B} = \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex]

Общая поверхность A затем может быть разбита на бесконечно малые элементы, и тогда полный магнитный поток, проходящий через поверхность, равен поверхностному интегралу

[латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ iint_ \ text {A} \ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ mathbf {\ text {A}} [/ latex].

Закон индукции Фарадея и закон Ленца

Закон индукции Фарадея гласит, что ЭДС, индуцированная изменением магнитного потока, равна [латексу] \ text {EMF} = — \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [ / латекс], когда поток изменяется на Δ за время Δt.

Цели обучения

Выразите закон индукции Фарадея в виде уравнения

Основные выводы

Ключевые точки
  • Минус в законе Фарадея означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению потока Δ, известному как закон Ленца.
  • Закон индукции Фарадея является основным принципом работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.
  • Закон Фарадея гласит, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит от изменения магнитного потока Δ, времени Δt и числа витков катушек.
Ключевые термины
  • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея.Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
  • соленоид : Катушка с проволокой, которая действует как магнит, когда через нее протекает электрический ток.
  • поток : Скорость передачи энергии (или другой физической величины) через данную поверхность, в частности электрического или магнитного потока.

Закон индукции Фарадея

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.

Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит только от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению потока Δ. Во-вторых, ЭДС является наибольшей, когда изменение во времени Δt наименьшее, то есть ЭДС обратно пропорциональна Δt. Наконец, если катушка имеет N витков, будет создаваться ЭДС, которая в N раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна N.Уравнение для ЭДС, вызванной изменением магнитного потока, равно

[латекс] \ text {EMF} = — \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

Это соотношение известно как закон индукции Фарадея. Единицы измерения ЭДС, как обычно, — вольты.

Закон Ленца

Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые препятствуют изменению потока Δ, известному как закон Ленца. Направление (обозначенное знаком минус) ЭМП настолько важно, что оно названо законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри, независимо исследовал аспекты индукции.Фарадей знал о направлении, но Ленц указал его, поэтому ему приписывают это открытие.

Закон Ленца : (a) Когда стержневой магнит вставляется в катушку, сила магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном стержневому магниту, чтобы противодействовать увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации. Убедитесь сами, что показанное направление индуцированной катушки B действительно противостоит изменению магнитного потока и что показанное направление тока согласуется с правилом правой руки.

Энергосбережение

Закон Ленца является проявлением сохранения энергии. Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может входить или уходить, но не мгновенно. Закон Ленца — это следствие. Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. Фактически, если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, была бы положительная обратная связь, которая не давала бы нам бесплатную энергию из любого видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

Motional EMF

Движение в магнитном поле, которое является стационарным относительно Земли, вызывает ЭДС движения (электродвижущую силу).

Цели обучения

Определить процесс, вызывающий двигательную электродвижущую силу

Основные выводы

Ключевые точки
  • Закон индукции Фарадея можно использовать для расчета ЭДС движения, когда изменение магнитного потока вызвано движущимся элементом в системе.
  • То, что движущееся магнитное поле создает электрическое поле (и, наоборот, движущееся электрическое поле создает магнитное поле), является частью причины, по которой электрические и магнитные силы теперь рассматриваются как разные проявления одной и той же силы.
  • Любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция. Движение — одна из основных причин индукции.
Ключевые термины
  • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
  • магнитный поток : мера силы магнитного поля в заданной области.
  • индукция : Генерация электрического тока переменным магнитным полем.

Как было замечено в предыдущих атомах, любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция. Движение — одна из основных причин индукции. Например, магнит, движущийся к катушке, индуцирует ЭДС, а катушка, движущаяся к магниту, создает аналогичную ЭДС. В этом атоме мы концентрируемся на движении в магнитном поле, которое является стационарным относительно Земли, производя то, что в общих чертах называется ЭДС движения.

Motional EMF

Рассмотрим ситуацию, показанную на. Стержень перемещается со скоростью v по паре проводящих рельсов, разделенных расстоянием в однородном магнитном поле B. Рельсы неподвижны относительно B и подключены к стационарному резистору R ( резистором может быть что угодно от лампочки до вольтметра). Учтите площадь, ограниченную подвижным стержнем, направляющими и резистором. B перпендикулярно этой области, и площадь увеличивается по мере перемещения стержня. Таким образом, магнитный поток между рельсами, стержнем и резистором увеличивается.Когда поток изменяется, ЭДС индуцируется согласно закону индукции Фарадея.

ЭДС движения : (a) ЭДС движения = Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень перемещается вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле B направлено внутрь страницы, перпендикулярно движущемуся стержню и рельсам и, следовательно, к области, окружающей их. (б) Закон Ленца дает направление индуцированного поля и тока, а также полярность наведенной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или за пределы страницы.Правило правой руки дает указанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током.

Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, мы используем закон индукции Фарадея без знака:

[латекс] \ text {EMF} = \ text {N} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

В этом уравнении N = 1 и поток Φ = BAcosθ. Имеем θ = 0º и cosθ = 1, так как B перпендикулярно A. Теперь Δ = Δ (BA) = BΔA, поскольку B однородна. Отметим, что площадь, заметаемая стержнем, равна ΔA = ℓx.Ввод этих величин в выражение для ЭДС дает:

[латекс] \ text {EMF} = \ frac {\ text {B} \ Delta \ text {A}} {\ Delta \ text {t}} = \ text {B} \ frac {\ text {l} \ Дельта \ text {x}} {\ Delta \ text {t}} = \ text {Blv} [/ latex].

Чтобы найти направление индуцированного поля, направление тока и полярность наведенной ЭДС, мы применяем закон Ленца, как объяснено в Законе индукции Фарадея: Закон Ленца. Как видно на рис. 1 (b), уровень освещенности увеличивается, так как увеличивается закрытая площадь.Таким образом, индуцированное поле должно противостоять существующему и быть вне страницы. (Правило правой руки требует, чтобы я вращался против часовой стрелки, что, в свою очередь, означает, что верхняя часть стержня положительна, как показано.)

Электрическое поле против магнитного поля

Между электрической и магнитной силой существует множество связей. То, что движущееся магнитное поле создает электрическое поле (и, наоборот, движущееся электрическое поле создает магнитное поле), является частью причины, по которой электрические и магнитные силы теперь рассматриваются как различных проявлений одной и той же силы (впервые замечено Альбертом Эйнштейном) .Это классическое объединение электрических и магнитных сил в так называемую электромагнитную силу является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил.

Обратная ЭДС, вихревые токи и магнитное демпфирование

Обратная ЭДС, вихревые токи и магнитное затухание — все это происходит из-за наведенной ЭДС и может быть объяснено законом индукции Фарадея.

Цели обучения

Объясните взаимосвязь между двигательной электродвижущей силой, вихревыми токами и магнитным демпфированием

Основные выводы

Ключевые точки
  • Входной ЭДС, которая питает двигатель, может противодействовать собственная ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя.
  • Если ЭДС движения может вызвать токовую петлю в проводнике, ток называется вихревым током.
  • Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление, называемое магнитным демпфированием, при движении.
Ключевые термины
  • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
  • Закон индукции Фарадея : основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Задняя ЭДС

Двигатели и генераторы очень похожи. (Прочтите наши атомы в разделах «Электрические генераторы» и «Электродвигатели».) Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Кроме того, двигатели и генераторы имеют одинаковую конструкцию. Когда катушка двигателя поворачивается, магнитный поток изменяется, и возникает электродвижущая сила (ЭДС), соответствующая закону индукции Фарадея. Таким образом, двигатель действует как генератор всякий раз, когда его катушка вращается.Это произойдет независимо от того, поворачивается ли вал под действием внешнего источника, например ременной передачи, или под действием самого двигателя. То есть, когда двигатель выполняет работу и его вал вращается, возникает ЭДС. Закон Ленца говорит нам, что наведенная ЭДС противодействует любому изменению, так что входной ЭДС, питающей двигатель, будет противодействовать самогенерируемая ЭДС двигателя, называемая обратной ЭДС двигателя.

Вихретоковый

Как обсуждалось в разделе «ЭДС движения», ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника.Если подвижная ЭДС может вызвать токовую петлю в проводнике, мы называем этот ток вихревым. Вихревые токи могут вызывать значительное сопротивление, называемое магнитным затуханием, при движении.

Рассмотрим устройство, показанное на рисунке, которое раскачивает маятник между полюсами сильного магнита. Если боб металлический, на входе и выходе из поля возникает значительное сопротивление, что быстро гасит движение. Однако, если боб представляет собой металлическую пластину с прорезями, как показано на (b), эффект от магнита будет гораздо меньше.Заметного воздействия на боб из изолятора не наблюдается.

Устройство для исследования вихревых токов и магнитного затухания : Обычное демонстрационное устройство для изучения вихревых токов и магнитного затухания. (а) Движение металлического маятника, раскачивающегося между полюсами магнита, быстро затухает под действием вихревых токов. (b) Есть небольшое влияние на движение металлического боба с прорезями, что означает, что вихревые токи становятся менее эффективными. (c) На непроводящем бобе также отсутствует магнитное затухание, поскольку вихревые токи чрезвычайно малы.

показывает, что происходит с металлической пластиной, когда она входит в магнитное поле и выходит из него. В обоих случаях он испытывает силу, противодействующую его движению. Когда он входит слева, поток увеличивается, и поэтому возникает вихревой ток (закон Фарадея) в направлении против часовой стрелки (закон Ленца), как показано. Только правая сторона токовой петли находится в поле, так что слева на нее действует беспрепятственная сила (правило правой руки). Когда металлическая пластина полностью находится внутри поля, вихревой ток отсутствует, если поле однородно, поскольку поток остается постоянным в этой области.Но когда пластина покидает поле справа, поток уменьшается, вызывая вихревой ток по часовой стрелке, который, опять же, испытывает силу слева, еще больше замедляя движение. Аналогичный анализ того, что происходит, когда пластина поворачивается справа налево, показывает, что ее движение также затухает при входе в поле и выходе из него.

Проводящая пластина, проходящая между полюсами магнита : Более подробный взгляд на проводящую пластину, проходящую между полюсами магнита.Когда он входит в поле и выходит из него, изменение потока создает вихревой ток. Магнитная сила на токовой петле препятствует движению. Когда пластина полностью находится внутри однородного поля, нет ни тока, ни магнитного сопротивления.

Когда металлическая пластина с прорезями входит в поле, как показано на, ЭДС индуцируется изменением магнитного потока, но это менее эффективно, поскольку прорези ограничивают размер токовых петель. Более того, в соседних контурах есть токи в противоположных направлениях, и их эффекты нейтрализуются.Когда используется изолирующий материал, вихревые токи чрезвычайно малы, поэтому магнитное затухание на изоляторах незначительно. Если необходимо избежать вихревых токов в проводниках, они могут быть выполнены с прорезями или состоять из тонких слоев проводящего материала, разделенных изоляционными листами.

Вихревые токи, индуцированные в металлической пластине с прорезями : Вихревые токи, индуцируемые в металлической пластине с прорезями, входящие в магнитное поле, образуют небольшие петли, и силы на них имеют тенденцию нейтрализоваться, тем самым делая магнитное сопротивление почти нулевым.

Изменение магнитного потока создает электрическое поле

Закон индукции Фарадея гласит, что изменение магнитного поля создает электрическое поле: [latex] \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_ \ text {B}} {\ partial \ text {t}} [/ latex].

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между изменяющимся магнитным полем и электрическим полем

Основные выводы

Ключевые точки
  • Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу.
  • Альтернативная дифференциальная форма закона индукции Фарадея выражается в уравнении [латекс] \ nabla \ times \ vec {\ text {E}} = — \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} { \ partial \ text {t}} [/ latex].
  • Закон индукции Фарадея — одно из четырех уравнений Максвелла, управляющих всеми электромагнитными явлениями.
Ключевые термины
  • векторная область : вектор, величина которого соответствует рассматриваемой области и направление которого перпендикулярно плоскости.
  • Уравнения Максвелла : Набор уравнений, описывающих, как электрические и магнитные поля генерируются и изменяются друг другом, а также зарядами и токами.
  • Теорема Стокса : утверждение об интегрировании дифференциальных форм на многообразиях, которое одновременно упрощает и обобщает несколько теорем векторного исчисления.

Мы изучили закон индукции Фарадея в предыдущих атомах. Мы узнали взаимосвязь между наведенной электродвижущей силой (ЭДС) и магнитным потоком.Вкратце, закон гласит, что изменение магнитного поля [латекс] (\ frac {\ text {d} \ Phi_ \ text {B}} {\ text {dt}}) [/ latex] создает электрическое поле [латекс] (\ varepsilon) [/ latex], закон индукции Фарадея выражается как [latex] \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_ \ text {B}} {\ partial \ text {t}} [/ latex], где [латекс] \ varepsilon [/ latex] — это индуцированная ЭДС, а [latex] \ Phi_ \ text {B} [/ latex] — магнитный поток. («N» опущено из нашего предыдущего выражения. Количество витков катушки может быть включено в магнитный поток, поэтому коэффициент не является обязательным.) Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). В этом Атоме мы узнаем об альтернативном математическом выражении закона.

Эксперимент Фарадея : эксперимент Фарадея, показывающий индукцию между витками проволоки: 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).

Дифференциальная форма закона Фарадея

Магнитный поток [латекс] \ Phi_ \ text {B} = \ int_ \ text {S} \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [/ латекс], где [латекс] \ vec {\ text {A}} [/ latex] — это векторная площадь над замкнутой поверхностью S. Устройство, которое может поддерживать разность потенциалов, несмотря на протекание тока, является источником электродвижущей силы. .(EMF) Математически определение [латекс] \ varepsilon = \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} [/ latex], где интеграл вычисляется по замкнутому циклу C.

Закон Фарадея теперь можно переписать [latex] \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} = — \ frac {\ partial} {\ partial \ text {t}} (\ int \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}}) [/ latex]. Используя теорему Стокса в векторном исчислении, левая часть равна [latex] \ oint_ \ text {C} \ vec {\ text {E}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {s}} = \ int_ \ text {S} (\ nabla \ times \ vec {\ text {E}}) \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [/ latex].Также обратите внимание, что в правой части [latex] \ frac {\ partial} {\ partial \ text {t}} (\ int \ vec {\ text {B}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ текст {A}}) = \ int \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} {\ partial \ text {t}} \ cdot \ text {d} \ vec {\ text {A}} [ /латекс]. Таким образом, мы получаем альтернативную форму закона индукции Фарадея: [latex] \ nabla \ times \ vec {\ text {E}} = — \ frac {\ partial \ vec {\ text {B}}} {\ partial \ text {t}} [/ latex]. Это также называют дифференциальной формой закона Фарадея. Это одно из четырех уравнений Максвелла, управляющих всеми электромагнитными явлениями.

Электрогенераторы

Электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую; они индуцируют ЭДС, вращая катушку в магнитном поле.

Цели обучения

Объясните, как в электрогенераторах индуцируется электродвижущая сила.

Основные выводы

Ключевые точки
  • Электрический генератор вращает катушку в магнитном поле, индуцируя ЭДС, заданную как функцию времени величиной ε = NABw sinωt.
  • Генераторы поставляют почти всю мощность для электрических сетей, которые обеспечивают большую часть мировой электроэнергии.
  • Двигатель становится генератором, когда его вал вращается.
Ключевые термины
  • электродвижущая сила : (ЭДС) — напряжение, генерируемое батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея. Она измеряется в вольтах, а не в ньютонах, и поэтому на самом деле не является силой.
  • турбина : Любая из различных вращающихся машин, которые используют кинетическую энергию непрерывного потока жидкости (жидкости или газа) для вращения вала.

Электрические генераторы — это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую.Они индуцируют электродвижущую силу (ЭДС), вращая катушку в магнитном поле. Это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. Генератор заставляет электрический заряд (обычно переносимый электронами) проходить через внешнюю электрическую цепь. Возможные источники механической энергии включают в себя поршневой или турбинный паровой двигатель, воду, падающую через турбину или водяное колесо, двигатель внутреннего сгорания, ветряную турбину, ручной кривошип, сжатый воздух или любой другой источник механической энергии.Генераторы поставляют почти всю мощность для электрических сетей, которые обеспечивают большую часть мировой электроэнергии.

Паровой турбогенератор : современный паротурбинный генератор.

Базовая настройка

Рассмотрим установку, показанную на. Заряды в проводах петли испытывают магнитную силу, потому что они движутся в магнитном поле. Заряды в вертикальных проводах испытывают силы, параллельные проводу, вызывая токи. Однако те, кто находится в верхнем и нижнем сегментах, ощущают силу, перпендикулярную проводу; эта сила не вызывает тока.Таким образом, мы можем найти наведенную ЭДС, рассматривая только боковые провода. ЭДС движения задается равной ЭДС = Bℓv, где скорость v перпендикулярна магнитному полю B (см. Наш Атом в «ЭДС движения»). Здесь скорость находится под углом θ к B, так что ее составляющая, перпендикулярная B, равна vsinθ.

Схема электрического генератора : Генератор с одной прямоугольной катушкой, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени.Обратите внимание, что генератор похож на двигатель, за исключением того, что вал вращается для выработки тока, а не наоборот.

Таким образом, в этом случае ЭДС, индуцированная с каждой стороны, равна ЭДС = Bℓvsinθ, и они направлены в одном направлении. Общая ЭДС [латекс] \ varepsilon [/ latex] вокруг петли тогда:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Blv} \ sin {\ theta} [/ latex].

Это выражение допустимо, но оно не дает ЭДС как функцию времени. Чтобы найти зависимость ЭДС от времени, предположим, что катушка вращается с постоянной угловой скоростью ω.Угол θ связан с угловой скоростью соотношением θ = ωt, так что:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Blv} \ sin {\ omega \ text {t}} [/ latex].

Итак, линейная скорость v связана с угловой скоростью соотношением v = rω. Здесь r = w / 2, так что v = (w / 2) ω, и:

[латекс] \ varepsilon = 2 \ text {Bl} \ frac {\ text {w}} {2} \ omega \ sin {\ omega \ text {t}} = (\ text {lw}) \ text {B } \ omega \ sin {\ omega \ text {t}} [/ латекс].

Учитывая, что площадь петли A = ℓw, и учитывая N петель, мы находим, что:

[латекс] \ varepsilon = \ text {NABw} ~ \ sin {\ omega \ text {t}} [/ latex] — это ЭДС, индуцированная в катушке генератора N витков и площади A, вращающейся с постоянной угловой скоростью в однородное магнитное поле B.

Генераторы, показанные в этом Atom, очень похожи на двигатели, показанные ранее. Это не случайно. Фактически, двигатель становится генератором, когда его вал вращается.

Электродвигатели

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

Цели обучения

Объясните, как сила создается в электродвигателях

Основные выводы

Ключевые точки
  • Большинство электродвигателей используют взаимодействие магнитных полей и токопроводящих проводников для создания силы.
  • Ток в проводнике состоит из движущихся зарядов. Следовательно, катушка с током в магнитном поле также будет ощущать силу Лоренца.
  • В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, которая создает крутящую силу (называемую крутящим моментом), заставляющую ее вращаться.
Ключевые термины
  • Сила Лоренца : Сила, действующая на заряженную частицу в электромагнитном поле.
  • крутящий момент : вращательное или скручивающее действие силы; (Единица СИ ньютон-метр или Нм; британская единица измерения фут-фунт или фут-фунт)

Основные принципы работы двигателя такие же, как и у генератора, за исключением того, что двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию (движение).(Сначала прочтите наш атом об электрических генераторах.) Большинство электродвигателей используют взаимодействие магнитных полей и проводников с током для создания силы. Электродвигатели находят применение в самых разных областях, таких как промышленные вентиляторы, нагнетатели и насосы, станки, бытовые приборы, электроинструменты и дисководы.

Лоренц Форс

Если вы поместите движущуюся заряженную частицу в магнитное поле, на нее будет действовать сила, называемая силой Лоренца:

[латекс] \ text {F} = \ text {q} \ times \ text {v} \ times \ text {B} [/ latex]

Правило правой руки : Правило правой руки, показывающее направление силы Лоренца

, где v — скорость движущегося заряда, q — заряд, а B — магнитное поле.Ток в проводнике состоит из движущихся зарядов. Следовательно, катушка с током в магнитном поле также будет ощущать силу Лоренца. Для неподвижного прямолинейного токоведущего провода сила Лоренца составляет:

.

[латекс] \ text {F} = \ text {I} \ times \ text {L} \ times \ text {B} [/ latex]

где F — сила (в ньютонах, Н), I — ток в проводе (в амперах, А), L — длина провода, находящегося в магнитном поле (в м). , B — напряженность магнитного поля (в теслах, Тл).Направление силы Лоренца перпендикулярно как направлению потока тока, так и магнитного поля, и его можно найти с помощью правила правой руки, показанного на рисунке. Используя правую руку, направьте большой палец в направлении тока, и укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля. Ваш третий палец теперь будет указывать в направлении силы.

Момент : Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях.Это означает, что катушка будет вращаться.

Механика двигателя

И двигатели, и генераторы можно объяснить с помощью катушки, вращающейся в магнитном поле. В генераторе катушка подключена к внешней цепи, которая затем включается. Это приводит к изменению потока, который индуцирует электромагнитное поле. В двигателе катушка с током в магнитном поле испытывает силу с обеих сторон катушки, которая создает крутящую силу (называемую крутящим моментом), заставляющую ее вращаться.Любая катушка, по которой проходит ток, может ощущать силу в магнитном поле. Эта сила является силой Лоренца, действующей на движущиеся заряды в проводнике. Сила на противоположных сторонах катушки будет в противоположных направлениях, потому что заряды движутся в противоположных направлениях. Это означает, что катушка будет вращаться.

Индуктивность

Индуктивность — это свойство устройства, которое показывает, насколько эффективно оно индуцирует ЭДС в другом устройстве или на самом себе.

Цели обучения

Описание свойств катушки индуктивности с указанием взаимной индуктивности и самоиндукции

Основные выводы

Ключевые точки
  • Взаимная индуктивность — это эффект воздействия двух устройств друг на друга ЭДС.Изменение тока ΔI 1 / Δt в одном вызывает ЭДС ЭДС2 в секунду: ЭДС 2 = -M ΔI 1 / Δt, где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами.
  • Самоиндукция — это эффект, который устройство вызывает само по себе.
  • Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется индуктором, и ЭДС, индуцированная в нем изменением тока через него, равна ЭДС = −L ΔI / Δt.
Ключевые термины
  • Закон индукции Фарадея : основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).
  • трансформатор : статическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной цепи к другой с помощью магнитной связи. Их основное назначение — передача энергии между различными уровнями напряжения, что позволяет выбирать наиболее подходящее напряжение для выработки, передачи и распределения электроэнергии по отдельности.

Индукция — это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. Трансформаторы, например, спроектированы так, чтобы быть особенно эффективными для создания желаемого напряжения и тока с очень небольшими потерями энергии в другие формы (см. Наш Atom в разделе «Трансформаторы.«) Есть ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько« эффективно »данное устройство? Ответ положительный, и эта физическая величина называется индуктивностью.

Взаимная индуктивность

Взаимная индуктивность — это влияние закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. Посмотрите, где простые катушки наводят друг на друга ЭДС.

Взаимная индуктивность катушек : Эти катушки могут вызывать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор.Их взаимная индуктивность M указывает на эффективность связи между ними. Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 вызывает ЭДС в катушке 2. (Обратите внимание, что «E2 индуцированная» представляет наведенную ЭДС в катушке 2.)

Во многих случаях, когда геометрия устройств является фиксированной, магнитный поток изменяется за счет изменения тока. Поэтому мы концентрируемся на скорости изменения тока, ΔI / Δt, как на причине индукции. Изменение тока I 1 в одном устройстве, катушка 1, индуцирует ЭДС 2 в другом.Мы выражаем это в форме уравнения как

[латекс] \ text {EMF} _2 = — \ text {M} \ frac {\ Delta \ text {I} _1} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами. Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность M, тем эффективнее связь.

Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток I2 в катушке 2, мы индуцируем ЭДС1 в катушке 1, которая равна

[латекс] \ text {EMF} _1 = — \ text {M} \ frac {\ Delta \ text {I} _2} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где M то же, что и для обратного процесса.Трансформаторы работают в обратном направлении с такой же эффективностью или взаимной индуктивностью M.

Собственная индуктивность

Самоиндуктивность, действие закона индукции Фарадея устройства на самого себя, также существует. Когда, например, увеличивается ток через катушку, магнитное поле и магнитный поток также увеличиваются, вызывая противоэдс, как того требует закон Ленца. И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, препятствующая уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение магнитного потока полностью связано с изменением тока ΔI через устройство.Индуцированная ЭДС связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока. Выдается

[латекс] \ text {EMF} = — \ text {L} \ frac {\ Delta \ text {I}} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

где L — самоиндукция устройства. Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется индуктором. Опять же, знак минус является выражением закона Ленца, указывающего на то, что ЭДС препятствует изменению тока.

Количественная интерпретация ЭДС движения

A ЭДС движения — это электродвижущая сила (ЭДС), индуцированная движением относительно магнитного поля B.

Цели обучения

Сформулируйте две точки зрения, которые применяются для расчета электродвижущей силы

Основные выводы

Ключевые точки
  • Движущаяся и наведенная ЭДС — одно и то же явление, только наблюдаемое в разных системах отсчета. Эквивалентность этих двух явлений подтолкнула Эйнштейна к работе над специальной теорией относительности.
  • ЭДС, возникающая из-за относительного движения петли и магнита, задается как [latex] \ varepsilon _ {\ text {motion}} = \ text {vB} \ times \ text {L} [/ latex] (Eq.1), где L — длина объекта, движущегося со скоростью v относительно магнита.
  • ЭДС можно рассчитать с двух разных точек зрения: 1) с точки зрения магнитной силы, действующей на движущиеся электроны в магнитном поле, и 2) с точки зрения скорости изменения магнитного потока. Оба дают одинаковый результат.
Ключевые термины
  • специальная теория относительности : теория, которая (игнорируя эффекты гравитации) согласовывает принцип относительности с наблюдением, что скорость света постоянна во всех системах отсчета.
  • магнитное поле : Состояние в пространстве вокруг магнита или электрического тока, в котором существует обнаруживаемая магнитная сила и где присутствуют два магнитных полюса.
  • рамка отсчета : система координат или набор осей, в пределах которых можно измерить положение, ориентацию и другие свойства объектов в ней.

Электродвижущая сила (ЭДС), индуцированная движением относительно магнитного поля B, называется ЭДС движения. Вы могли заметить, что ЭДС движения очень похожа на ЭДС, вызванную изменяющимся магнитным полем.В этом атоме мы видим, что это действительно одно и то же явление, показанное в разных системах отсчета.

Motional EMF

В случае, когда проводящая петля перемещается в магнит, показанный на (а), магнитная сила, действующая на движущийся заряд в петле, определяется выражением [латекс] evB [/ латекс] (сила Лоренца, e: заряд электрона).

Петля проводника, движущаяся в магнит : (a) ЭДС движения. Токовая петля переходит в неподвижный магнит. Направление магнитного поля внутрь экрана.(б) Индуцированная ЭДС. Токовая петля неподвижна, а магнит движется.

Из-за силы электроны будут продолжать накапливаться на одной стороне (нижний конец на рисунке), пока на стержне не установится достаточное электрическое поле, препятствующее движению электронов, которое составляет [латекс] \ text {eE} [/ латекс]. Приравнивая две силы, получаем [латекс] \ text {E} = \ text {vB} [/ latex].

Следовательно, двигательная ЭДС на длине L стороны петли определяется как [latex] \ varepsilon _ {\ text {motion}} = \ text {vB} \ times \ text {L} [/ latex] (Eq .1), где L — длина объекта, движущегося со скоростью v относительно магнита.

Индуцированная ЭДС

Поскольку скорость изменения магнитного потока, проходящего через петлю, равна [latex] \ text {B} \ frac {\ text {dA}} {\ text {dt}} [/ latex] (A: площадь петли что магнитное поле проходит), индуцированная ЭДС [латекс] \ varepsilon _ {\ text {индуцированный}} = \ text {BLv} [/ latex] (уравнение 2).

Эквивалентность движущей и индуцированной ЭДС

Из уравнения. 1 и уравнение. 2 мы можем подтвердить, что двигательная и индуцированная ЭДС дают одинаковый результат.Фактически, эквивалентность двух явлений побудила Альберта Эйнштейна исследовать специальную теорию относительности. В своей основополагающей статье по специальной теории относительности, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн начинает с упоминания эквивалентности двух явлений:

«…… например, взаимное электродинамическое действие магнита и проводника. Наблюдаемое явление здесь зависит только от относительного движения проводника и магнита, в то время как обычный взгляд проводит резкое различие между двумя случаями, в которых одно или другое из этих тел находится в движении.Поскольку, если магнит находится в движении, а проводник находится в покое, в окрестности магнита возникает электрическое поле с определенной энергией , производящее ток в местах, где части проводника находятся расположенный. Но если магнит неподвижен, а проводник движется, электрическое поле поблизости от магнита не возникает. В проводнике, однако, мы находим электродвижущую силу, которой сама по себе не соответствует энергия, но которая порождает — при условии равенства относительного движения в двух рассмотренных случаях — электрические токи того же пути и силы, что и создаваемые электрическими силами в первом случае.«

Механические работы и электроэнергия

Механическая работа, совершаемая внешней силой для создания ЭДС движения, преобразуется в тепловую энергию; энергия сохраняется в процессе.

Цели обучения

Применить закон сохранения энергии для описания производственной двигательной электродвижущей силы с механической работой

Основные выводы

Ключевые точки
  • ЭДС движения, создаваемая движущимся проводником в однородном поле, задается следующим образом [latex] \ varepsilon = \ text {Blv} [/ latex].
  • Чтобы стержень двигался с постоянной скоростью v, мы должны постоянно прикладывать внешнюю силу F ext к стержню во время его движения.
  • Закон Ленца гарантирует, что движение стержня противоположно, и, следовательно, закон сохранения энергии не нарушается.
Ключевые термины
  • ЭДС движения : ЭДС (электродвижущая сила), индуцированная движением относительно магнитного поля.
  • Закон индукции Фарадея : основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Мы узнали о двигательной ЭДС ранее (см. Наш Атом в «Двигательной ЭДС»). Для простой схемы, показанной ниже, движущаяся ЭДС [латекс] (\ varepsilon) [/ латекс], создаваемая движущимся проводником (в однородном поле), задается следующим образом:

[латекс] \ varepsilon = \ text {Blv} [/ латекс]

, где B — магнитное поле, l — длина проводящего стержня, а v — (постоянная) скорость его движения. ( B , l и v все перпендикулярны друг другу, как показано на изображении ниже.)

ЭДС движения : (a) ЭДС движения = Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень перемещается вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле B направлено внутрь страницы, перпендикулярно движущемуся стержню и рельсам и, следовательно, к области, окружающей их. (б) Закон Ленца дает направление индуцированного поля и тока, а также полярность наведенной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или за пределы страницы. Правило правой руки дает указанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током.

Сохранение энергии

В этом атоме мы рассмотрим систему с точки зрения энергии . Поскольку стержень движется и пропускает ток и , он ощущает силу Лоренца

.

[латекс] \ text {F} _ \ text {L} = \ text {iBL} [/ latex].

Чтобы стержень двигался с постоянной скоростью v , мы должны постоянно прикладывать внешнюю силу F ext (равную величине F L и противоположную по направлению) к стержню вдоль его движения. .Поскольку стержень движется со скоростью v , мощность P , передаваемая внешней силой, будет:

[латекс] \ text {P} = \ text {F} _ {\ text {ext}} \ text {v} = (\ text {iBL}) \ times \ text {v} = \ text {i} \ варепсилон [/ латекс].

На последнем этапе мы использовали первое уравнение, о котором мы говорили. Обратите внимание, что это в точности мощность, рассеиваемая в контуре (= ток [латекс] \ умноженное на [/ латекс] напряжение). Таким образом, мы заключаем, что механическая работа, совершаемая внешней силой, чтобы стержень двигался с постоянной скоростью, преобразуется в тепловую энергию в контуре.В более общем смысле, механическая работа, совершаемая внешней силой для создания ЭДС движения, преобразуется в тепловую энергию. Энергия сохраняется в процессе.

Закон Ленца

Из «Закона индукции Фарадея и закона Ленца» мы узнали, что закон Ленца является проявлением сохранения энергии. Как мы видим в примере с этим атомом, закон Ленца гарантирует, что движение стержня противодействует из-за склонности природы противодействовать изменению магнитного поля. Если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, возникла бы положительная обратная связь, заставляющая стержень улетать от малейшего возмущения.

Энергия в магнитном поле

Магнитное поле накапливает энергию. Плотность энергии задается как [латекс] \ text {u} = \ frac {\ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {B}}} {2 \ mu} [/ latex].

Цели обучения

Выразите плотность энергии магнитного поля в форме уравнения

Основные выводы

Ключевые точки
  • Энергия необходима для создания магнитного поля как для работы против электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным полем, так и для изменения намагниченности любого материала в магнитном поле.2 [/ латекс].
Ключевые термины
  • проницаемость : количественная мера степени намагничивания материала в присутствии приложенного магнитного поля (измеряется в ньютонах на ампер в квадрате в единицах СИ).
  • индуктор : Пассивное устройство, которое вводит индуктивность в электрическую цепь.
  • ферромагнетик : Материалы, обладающие постоянными магнитными свойствами.

Энергия необходима для создания магнитного поля как для работы против электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным полем, так и для изменения намагниченности любого материала в магнитном поле.Для недисперсионных материалов эта же энергия высвобождается при разрушении магнитного поля. Следовательно, эту энергию можно смоделировать как «хранящуюся» в магнитном поле.

Магнитное поле, создаваемое соленоидом : Магнитное поле, создаваемое соленоидом (вид в разрезе), описываемое с помощью силовых линий. Энергия «хранится» в магнитном поле.

Энергия, запасенная в магнитном поле

Для линейных недисперсионных материалов (таких, что B = мкм H, где мкм, называемая проницаемостью, не зависит от частоты), плотность энергии составляет:

[латекс] \ text {u} = \ frac {\ mathbf {\ text {B}} \ cdot \ mathbf {\ text {B}}} {2 \ mu} = \ frac {\ mu \ mathbf {\ text {H}} \ cdot \ mathbf {\ text {H}}} {2} [/ latex].

Плотность энергии — это количество энергии, хранящейся в данной системе или области пространства на единицу объема. Если поблизости нет магнитных материалов, μ можно заменить на μ 0 . Однако приведенное выше уравнение нельзя использовать для нелинейных материалов; необходимо использовать более общее выражение (приведенное ниже).

В общем, дополнительная работа на единицу объема δW , необходимая для того, чтобы вызвать небольшое изменение магнитного поля δ B, составляет:

[латекс] \ delta \ text {W} = \ mathbf {\ text {H}} \ cdot \ delta \ mathbf {\ text {B}} [/ latex].

Когда связь между H и B известна, это уравнение используется для определения работы, необходимой для достижения заданного магнитного состояния. Для гистерезисных материалов, таких как ферромагнетики и сверхпроводники, необходимая работа также зависит от того, как создается магнитное поле. Однако для линейных недисперсионных материалов общее уравнение приводит непосредственно к более простому уравнению плотности энергии, приведенному выше.

Энергия, запасенная в поле соленоида

Энергия, запасаемая индуктором, равна количеству работы, необходимой для установления тока через индуктор и, следовательно, магнитного поля.2 [/ латекс].

Трансформаторы

Трансформаторы преобразуют напряжения из одного значения в другое; его функция определяется уравнением трансформатора.

Цели обучения

Примените уравнение трансформатора для сравнения вторичного и первичного напряжений

Основные выводы

Ключевые точки
  • Трансформаторы часто используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, а также во многих бытовых адаптерах питания.
  • Уравнение
  • трансформатора утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках: [латекс] \ frac {\ text {V} _ \ text {s}} {\ text { V} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {s}} {\ text {N} _ \ text {p}} [/ latex].
  • Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной. Это приводит нас к другому полезному вопросу: [latex] \ frac {\ text {I} _ \ text {s}} {\ text {I} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ текст {p}} {\ text {N} _ \ text {s}} [/ latex]. Если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.
Ключевые термины
  • магнитный поток : мера силы магнитного поля в заданной области.
  • Закон индукции Фарадея : основной закон электромагнетизма, который предсказывает, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС).

Трансформаторы изменяют напряжение с одного значения на другое. Например, такие устройства, как сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшая бытовая техника, имеют трансформатор (встроенный в их съемный блок), который преобразует 120 В в напряжение, соответствующее устройству.Трансформаторы также используются в нескольких точках в системах распределения электроэнергии, как показано на рисунке. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, поскольку для данного количества мощности требуется меньший ток (это означает меньшие потери в линии). Поскольку высокое напряжение представляет большую опасность, трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.

Настройка трансформатора : Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках в системе распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, иногда даже до 700 кВ, для ограничения потерь энергии.Распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям осуществляется через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемого здесь, основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство, которое Фарадей использовал для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи (показано на рисунке). Две катушки называются первичной и вторичной катушками.При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля. Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.

Простой трансформатор : Типичная конструкция простого трансформатора состоит из двух катушек, намотанных на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов.Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке. На рисунке показан простой трансформатор с двумя катушками, намотанными с обеих сторон многослойного ферромагнитного сердечника. Набор катушек на левой стороне сердечника обозначен как первичный, и его номер указан как N p. Напряжение на первичной обмотке равно V p. Набор катушек на правой стороне сердечника обозначен как вторичный, и его номер представлен как N s.Напряжение на вторичной обмотке равно В с. Символ трансформатора также показан под диаграммой. Он состоит из двух катушек индуктивности, разделенных двумя равными параллельными линиями, представляющими сердечник.

Уравнение трансформатора

Для простого трансформатора, показанного на, выходное напряжение V s почти полностью зависит от входного напряжения V p и соотношения количества петель в первичной и вторичной катушках. Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает ее индуцированное выходное напряжение V с как:

[латекс] \ text {V} _ \ text {s} = — \ text {N} _ \ text {s} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex],

, где N s — количество витков вторичной катушки, а Δ / Δt — скорость изменения магнитного потока.Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС (В с = ЭДС с ), при условии, что сопротивление катушки невелико. Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому / Δt одинаково с обеих сторон. Входное первичное напряжение V p также связано с изменением магнитного потока соотношением:

[латекс] \ text {V} _ \ text {p} = — \ text {N} _ \ text {p} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta \ text {t}} [/ latex].

Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс] \ frac {\ text {V} _ \ text {s}} {\ text {V} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {s}} {\ текст {N} _ \ text {p}} [/ latex].

Это известно как уравнение трансформатора , которое просто утверждает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества контуров в их катушках. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках. Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки.Повышающий трансформатор — это трансформатор, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение.

Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной. Уравнивание входной и выходной мощности,

[латекс] \ text {P} _ \ text {p} = \ text {I} _ \ text {p} \ text {V} _ \ text {p} = \ text {I} _ \ text {s} \ text {V} _ \ text {s} = \ text {P} _ \ text {s} [/ latex].

Комбинируя эти результаты с уравнением трансформатора, находим:

[латекс] \ frac {\ text {I} _ \ text {s}} {\ text {I} _ \ text {p}} = \ frac {\ text {N} _ \ text {p}} {\ текст {N} _ \ text {s}} [/ latex].

Значит, если напряжение увеличивается, ток уменьшается. И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Каковы методы создания наведенной ЭДС, класс 12, физика CBSE

Подсказка: Чтобы создать ток в катушке, нам нужно создать разность потенциалов на концах провода. Метод создания разности потенциалов — с помощью электромагнитной индукции. Это делается с помощью закона электромагнитной индукции Фарадея.

Полное пошаговое решение:
Закон электромагнитной индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу или, скажем, разность потенциалов на концах провода.Это явление называется электромагнитной индукцией.
Фарадей (ученый) заметил, что если магнитный поток, связанный с цепью, изменяется со временем, в цепи индуцируется ЭДС. Итак, сначала нам нужно понять, что такое магнитный поток.
Магнитный поток: это мера количества линий, проходящих через область A. Выражение для магнитного поля дается следующим образом:
$
\ phi = \ overrightarrow B. \ Overrightarrow A \\
= BA \ cos \ theta \\
\\
\ $
Где $ \ theta $ — угол между магнитным полем и направлением, перпендикулярным площади поперечного сечения цепи.
Величина ЭДС, индуцированная в цепи, равна скорости изменения магнитного потока, соединенного с цепью.
$
ЭДС = — \ dfrac {{d \ phi}} {{dt}} \\
\\
$

Знак минус используется, поскольку направление наведенной ЭДС противоположно причине, вызывающей изменение магнитного поля, как указано по закону Ленца.
Есть три способа изменить магнитный поток, связанный с катушкой:
1. Изменение магнитного поля (B).
2. Изменение площади контурной петли (A)
3.Изменение угла $ \ theta $.
Давайте теперь обсудим один за другим все методы индукции ЭДС.
Метод 1:
Магнитное поле можно изменить, изменив ток, протекающий в электромагните, который создает магнитное поле.
Метод 2:
Площадь контура можно изменить, перемещая часть контура в магнитном поле.
Метод 3:
Углы можно изменять, изменяя контур в магнитном поле.

Примечание: Наконец, мы можем сделать вывод, что ЭДС может быть индуцирована изменением магнитного потока, связанного с катушкой, любым из трех методов, указанных выше.Некоторые важные приложения наведенной ЭДС находятся в генераторах, гальванометрах и трансформаторах. Чем больше скорость изменения магнитного потока, тем больше величина наведенной ЭДС.

Индуцированная ЭДС и магнитный поток — College Physics

Цели обучения

  • Рассчитайте поток однородного магнитного поля через петлю произвольной ориентации.
  • Опишите методы создания электродвижущей силы (ЭДС) с помощью магнитного поля или магнита и проволочной петли.

Аппарат, использованный Фарадеем для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показан на (Рисунок). Когда переключатель замкнут, в катушке в верхней части железного кольца создается магнитное поле, которое передается катушке в нижней части кольца. Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в катушке внизу. Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр обнаруживает ток в одном направлении в катушке внизу.(Вы также можете наблюдать это в физической лаборатории.) Каждый раз, когда переключатель открывается, гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении. Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым в течение некоторого времени, через гальванометр нет тока. Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток. Это изменение магнитного поля, которое создает ток. Более основным, чем текущий ток, является ЭДС , которая его вызывает. Ток является результатом ЭДС , индуцированной изменяющимся магнитным полем , независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может производить ток. Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, вызывает ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель разомкнут и замкнут, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях. Когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым, через гальванометр не течет ток.

Эксперимент, который легко выполняется и часто проводится в физических лабораториях, показан на (Рисунок).ЭДС индуцируется в катушке, когда стержневой магнит вставляется и выходит из нее. ЭДС противоположных знаков создаются движением в противоположных направлениях, и ЭДС также меняются на противоположные за счет изменения полюсов. Те же результаты будут получены, если перемещать катушку, а не магнит — важно относительное движение. Чем быстрее движение, тем больше ЭДС, и когда магнит неподвижен относительно катушки, ЭДС отсутствует.

Движение магнита относительно катушки создает ЭДС, как показано на рисунке.Такие же ЭДС возникают при перемещении катушки относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина ЭДС, и при отсутствии движения ЭДС равна нулю.

Метод индукции ЭДС, используемый в большинстве электрических генераторов, показан на (Рисунок). Катушка вращается в магнитном поле, создавая ЭДС переменного тока, которая зависит от скорости вращения и других факторов, которые будут исследованы в следующих разделах. Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель (другая симметрия).

При вращении катушки в магнитном поле возникает ЭДС. Это основная конструкция генератора, в котором работа, выполняемая по вращению катушки, преобразуется в электрическую энергию. Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель.

Итак, мы видим, что изменение величины или направления магнитного поля вызывает ЭДС. Эксперименты показали, что существует критическая величина, называемая магнитным потоком, равная

.

, где — напряженность магнитного поля над областью под углом к ​​перпендикуляру к области, как показано на (Рисунок). Любое изменение магнитного потока индуцирует ЭДС. Этот процесс определяется как электромагнитная индукция. Единицы магнитного потока ар. Как видно на (Рисунок), , который является составляющей , перпендикулярной области . Таким образом, магнитный поток является произведением площади и составляющей магнитного поля, перпендикулярной ей.

Магнитный поток связан с магнитным полем и площадью, на которой он существует. Поток связан с индукцией; любое изменение вызывает ЭДС.

Вся индукция, включая приведенные до сих пор примеры, возникает из-за некоторого изменения магнитного потока . Например, Фарадей изменил и, следовательно, при размыкании и замыкании переключателя в своем устройстве (показано на (Рисунок)). Это также верно для стержневого магнита и катушки, показанных на (Рисунок). При вращении катушки генератора угол, а значит, и угол изменяется. Насколько велика ЭДС и какое направление она принимает, зависит от изменения в и от того, как быстро это изменение выполняется, как будет рассмотрено в следующем разделе.

Концептуальные вопросы

Каким образом многопетлевые катушки и железное кольцо в версии аппарата Фарадея, показанной на (Рисунок), улучшают наблюдение наведенной ЭДС?

Когда магнит вставляется в катушку, как показано на (Рисунок) (а), в каком направлении катушка воздействует на магнит? Нарисуйте диаграмму, показывающую направление тока, индуцируемого в катушке, и создаваемое ею магнитное поле, чтобы обосновать вашу реакцию. Как величина силы зависит от сопротивления гальванометра?

Объясните, как магнитный поток может быть нулевым, когда магнитное поле не равно нулю.

Индуцируется ли ЭДС в катушке (рисунок), когда она растягивается? Если да, укажите причину и укажите направление индуцированного тока.

Круглая катушка с проволокой натянута в магнитном поле.

Задачи и упражнения

Какое значение магнитного потока в катушке 2 (рисунок) из-за катушки 1?

(a) Плоскости двух катушек перпендикулярны. (б) Проволока перпендикулярна плоскости катушки.

Какое значение имеет магнитный поток, проходящий через катушку на (Рисунок) (b) из-за провода?

Глоссарий

магнитный поток
— величина магнитного поля, проходящего через конкретную область, вычисляемая по формуле, где — напряженность магнитного поля в области под углом к ​​перпендикуляру к области
.
электромагнитная индукция
процесс наведения ЭДС (напряжения) с изменением магнитного потока
Индукционный нагрев

: что это и как работает?

Что такое индукционный нагрев?

Индукционный нагрев — это процесс нагрева металлов и других электропроводящих материалов, который является точным, повторяемым и безопасным бесконтактным методом.Он включает сложную комбинацию электромагнитной энергии и теплопередачи, которая проходит через индукционную катушку, создавая электромагнитное поле внутри катушки для металлических материалов. Такие материалы, как сталь, медь, латунь, графит, золото, серебро, алюминий и карбид, можно нагревать для различных применений, включая различные виды термообработки, такие как закалка, отжиг, отпуск, пайка, пайка, термоусадочная муфта, нагрев стекинг, склеивание, отверждение, плавление и многое другое.

Чтобы понять основы индукционного нагрева, необходимо изучить два ключевых явления; Закон индукции и скин-эффекта Фарадея.

Закон индукции Фарадея

Когда электропроводящий материал (например, металл) помещается в изменяющееся во времени магнитное поле, электрический ток (называемый «вихревым током») индуцируется в части, создающей второе магнитное поле, которое противостоит приложенному полю (рисунок ниже). Причина этого явления заключается в том, что изменяющееся во времени магнитное поле нарушает расслабленное состояние окружающей среды для электропроводящего материала.В свою очередь, материал пытается противодействовать этому изменению, создавая другое магнитное поле, чтобы отменить наложенное поле.

Как работает индукционный нагрев?

Явление индукции имеет два важных следствия:

и. Индуцированная сила . На рисунке ниже показан пример, где постоянный магнит помещен в медную трубку. Индуцированная сила согласно закону Фарадея пытается остановить движение магнита внутри трубки.

ii. Индуцированное тепло. Когда электропроводящий материал подвергается воздействию переменного магнитного поля, в зависимости от материала, тепло индуцируется двумя механизмами; Джоулев нагрев и магнитный гистерезис. Последнее происходит в магнитных металлах (таких как углеродистая сталь ниже температуры Кюри), в которых вращение соседних магнитных диполей из-за изменения направления наложенного магнитного поля приведет к трению и нагреву. Этот эффект усиливается при увеличении частоты наложенного магнитного поля.2, где R — электрическое сопротивление пути тока. Сопротивление пути тока обратно пропорционально площади поперечного сечения, по которой течет ток.

Как генерируется индуцированное тепло?

Если электропроводящий материал подвергается воздействию магнитного поля, в материале индуцируются вихревые токи. Особые характеристики таких токов приводят к явлению, которое мы называем «индукционным нагревом». Вихревые токи концентрируются на поверхности материала.Причина в том, что на высокой частоте наложенное магнитное поле очень быстро меняет свое направление. Следовательно, индуцированные токи в одном направлении не успевают проникнуть в глубину металла, прежде чем их время истечет. Толщина проникновения тока в материал называется «глубиной скин-слоя». Глубина скин-слоя зависит от электромагнитных свойств материала, а также обратно пропорциональна частоте. На рисунке ниже показана зависимость глубины скин-слоя от частоты.2. Следовательно, происходит преобразование высокой энергии из электрической в ​​тепловую.

Артикул:

  • С. Зинн и С. Л. Семятин, «Элементы индукционного нагрева, проектирования, управления и приложений», A S M International, ISBN-13: 9780871703088, 1988

Видео предоставлено: https://www.youtube.com/watch?v=5BeFoz3Ypo4

Что такое индукция? | Consarc

Компании группы Inductotherm используют электромагнитную индукцию для плавления, нагрева и сварки в различных отраслях промышленности.Но что такое индукция? И чем он отличается от других способов обогрева?

Для типичного инженера индукция — увлекательный метод нагрева. Наблюдение за тем, как кусок металла в катушке становится вишнево-красным за считанные секунды, может быть удивительным для тех, кто не знаком с индукционным нагревом. Оборудование для индукционного нагрева требует понимания физики, электромагнетизма, силовой электроники и управления технологическими процессами, но основные концепции, лежащие в основе индукционного нагрева, просты для понимания.

Основы

Обнаружил Майкл Фарадей, индукция начинается с катушки из проводящего материала (например, меди). Когда ток течет через катушку, в катушке и вокруг нее создается магнитное поле. Способность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а также от величины тока, протекающего через катушку.

Направление магнитного поля зависит от направления протекания тока, поэтому переменный ток через катушку приведет к изменению направления магнитного поля с той же скоростью, что и частота переменного тока.Переменный ток 60 Гц заставит магнитное поле менять направление 60 раз в секунду. Переменный ток 400 кГц вызовет переключение магнитного поля 400 000 раз в секунду.

Когда проводящий материал, заготовка, помещается в изменяющееся магнитное поле (например, поле, генерируемое переменным током), в заготовке индуцируется напряжение (закон Фарадея). Индуцированное напряжение приведет к потоку электронов: току! Ток, протекающий через заготовку, будет идти в направлении, противоположном току в катушке.Это означает, что мы можем контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке.

Когда ток течет через среду, движение электронов будет сопротивляться. Это сопротивление проявляется в виде тепла (эффект джоулевого нагрева). Материалы, которые более устойчивы к потоку электронов, будут выделять больше тепла, когда через них протекает ток, но, безусловно, можно нагревать материалы с высокой проводимостью (например, медь) с помощью индуцированного тока.Это явление критично для индукционного нагрева.

Что нам нужно для индукционного нагрева?

Все это говорит нам о том, что для индукционного нагрева необходимы две основные вещи:

  1. Изменяющееся магнитное поле
  2. Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле

Чем индукционный нагрев отличается от других методов нагрева?

Есть несколько методов нагрева объекта без индукции.Некоторые из наиболее распространенных промышленных практик включают газовые печи, электрические печи и соляные бани. Все эти методы основаны на передаче тепла продукту от источника тепла (горелки, нагревательного элемента, жидкой соли) посредством конвекции и излучения. Когда поверхность продукта нагревается, тепло передается через продукт за счет теплопроводности.

Продукты с индукционным нагревом не используют конвекцию и излучение для доставки тепла к поверхности продукта. Вместо этого тепло генерируется на поверхности продукта за счет протекания тока.Затем тепло от поверхности продукта передается через продукт за счет теплопроводности. Глубина, на которую тепло генерируется непосредственно с помощью индуцированного тока, зависит от того, что называется эталонной электрической глубиной .

Электрическая эталонная глубина сильно зависит от частоты переменного тока, протекающего через заготовку. Более высокая частота тока приведет к более мелкой электрической опорной глубине , а более низкая частота приведет к более глубокой электрической опорной глубине .Эта глубина также зависит от электрических и магнитных свойств детали.

Опорная электрическая глубина высокой и низкой частоты Компании группы

Inductotherm используют преимущества этих физических и электрических явлений, чтобы адаптировать решения для обогрева для конкретных продуктов и приложений. Тщательный контроль мощности, частоты и геометрии катушек позволяет компаниям группы Inductotherm проектировать оборудование с высоким уровнем управления технологическим процессом и надежностью независимо от области применения.

Индукционная плавка

Для многих процессов плавление — это первый шаг в производстве полезного продукта; индукционная плавка происходит быстро и эффективно. Изменяя геометрию индукционной катушки, индукционные плавильные печи могут удерживать заряды, размер которых варьируется от объема кофейной кружки до сотен тонн расплавленного металла. Кроме того, регулируя частоту и мощность, компании группы Inductotherm могут обрабатывать практически все металлы и материалы, включая, помимо прочего: железо, сталь и сплавы нержавеющей стали, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний.Индукционное оборудование разрабатывается индивидуально для каждого приложения, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.

Основным преимуществом индукционной плавки является индукционное перемешивание. В индукционной печи металлическая шихта плавится или нагревается током, генерируемым электромагнитным полем. Когда металл расплавляется, это поле также заставляет ванну двигаться. Это называется индуктивным перемешиванием. Это постоянное движение естественным образом перемешивает ванну, образуя более однородную смесь, и способствует легированию.Величина перемешивания определяется размером печи, мощностью, подаваемой на металл, частотой электромагнитного поля и типом / количеством металла в печи. При необходимости количество индукционного перемешивания в любой печи можно регулировать для специальных применений.

Индукционная вакуумная плавка

Поскольку индукционный нагрев осуществляется с помощью магнитного поля, заготовка (или нагрузка) может быть физически изолирована от индукционной катушки огнеупором или другой непроводящей средой.Магнитное поле будет проходить через этот материал, чтобы вызвать напряжение в находящейся внутри нагрузке. Это означает, что груз или заготовку можно нагревать в вакууме или в тщательно контролируемой атмосфере. Это позволяет обрабатывать химически активные металлы (Ti, Al), специальные сплавы, кремний, графит и другие чувствительные проводящие материалы.

Индукционный нагрев

В отличие от некоторых методов сжигания, индукционный нагрев точно регулируется независимо от размера партии. Изменение тока, напряжения и частоты через индукционную катушку приводит к точно настроенному инженерному нагреву, идеально подходящему для точных применений, таких как упрочнение, закалка и отпуск, отжиг и другие формы термообработки.Высокий уровень точности важен для критически важных приложений, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, волоконная оптика, соединение боеприпасов, закалка проволоки и отпуск пружинной проволоки. Индукционный нагрев хорошо подходит для специальных применений в металлах, включая титан, драгоценные металлы и современные композиты. Точный контроль нагрева, доступный с помощью индукции, не имеет себе равных. Кроме того, при использовании тех же принципов нагрева, что и при нагревании в вакуумных тиглях, индукционный нагрев может осуществляться в атмосфере для непрерывного использования.Например, светлый отжиг трубы и трубы из нержавеющей стали.

Высокочастотная индукционная сварка

Когда индукция осуществляется с использованием высокочастотного (HF) тока, возможна даже сварка. В этом приложении очень малые электрические опорные глубины , которые могут быть достигнуты с помощью высокочастотного тока. В этом случае металлическая полоса формируется непрерывно, а затем проходит через набор точно спроектированных валков, единственная цель которых состоит в том, чтобы прижать края сформированной полосы друг к другу и создать сварной шов.Непосредственно перед тем, как сформированная полоса достигает комплекта валков, она проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вниз по геометрической «форме», образованной краями полосы, а не только вокруг внешней части сформированного канала. По мере прохождения тока по краям ленты они нагреваются до подходящей температуры сварки (ниже температуры плавления материала). Когда кромки прижимаются друг к другу, весь мусор, оксиды и другие загрязнения вытесняются наружу, что приводит к образованию твердотельного кузнечного шва.

Будущее

С наступлением эры высокотехнологичных материалов, альтернативных источников энергии и необходимости расширения возможностей развивающихся стран уникальные возможности индукции предлагают инженерам и конструкторам будущего быстрый, эффективный и точный метод нагрева.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.