Явление магнитной индукции: Явление электромагнитной индукции. Видеоурок. Физика 9 Класс

Содержание

Изучение явления электромагнитной индукции, магнитного взаимодействия, дисперсии света

  • Участник: Ибрагимов Булат Наилевич
  • Руководитель:Сулейманова Альфия Сайфулловна
Лабораторные работы на темы: «Электромагнитная индукция», «Магнитное взаимодействие», «Дисперсия света».
Цель работы: экспериментальное изучение данных явлений.

Лабораторная работа №1 «Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы: экспериментальное изучение явления магнитной индукции.

Теоретическая часть: 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. в нашем случае разумнее было бы менять во времени магнитное поле, так как оно создается движущимися (свободно) магнитом. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. В данном случае это мы можем наблюдать по отклонению стрелки миллиамперметра.

Оборудование: миллиамперметр, катушка с сердечником, дугообразный магнит, соединительные провода.

Вывод по проделанной работе: вводя магнит в катушку одним полюсом (северным) и выводя ее, мы наблюдаем, что стрелка амперметра отклоняется в разные стороны. В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку (магнитный поток), растет, а во втором случае – наоборот. Причем в первом случае линии индукции, созданные магнитным полем индукционного тока, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Так как стрелка амперметра отклоняется, то направление индукционного тока меняется. Именно это показывает нам правило Ленца.

Вводя магнит в катушку южным полюсом, мы наблюдаем картину, противоположную первой.

Лабораторная работа №2 «Изучение магнитного взаимодействия»

Цель работы: проверить на опыте, что магнитное взаимодействие сильнее гравитационного.

Теоретическая часть: В гравитационном взаимодействии участвуют все тела обладающие массой. Гравитационные силы являются лишь силами притяжения, так как все тела обладают положительной массой. Гравитационные силы убывают пропорционально квадрату расстояния между взаимодействующими телами. Электромагнитное взаимодействие очень похоже на гравитационное. Отличие лишь в том, что у нас есть как положительные так и отрицательные заряды. Электромагнитное взаимодействие более сильное чем гравитационное из-за большей константы связи (заряды в один кулон притягиваются сильнее чем массы в один килограмм).

Оборудование: пластиковый стержень, магниты.

Вывод по проделанной работе: опуская магниты в пластиковый стержень одноименными полюсами друг к другу мы наблюдаем, как магниты отталкиваются, преодолевая тем самым силу гравитации.

Лабораторная работа №3 «Изучение дисперсии света»

Цель работы: наблюдение дисперсии света.

Теоретическая часть: дисперсия света – это зависимость показателя преломления вещества и скорости света в нем от частоты световой волны. Очень просто наблюдать явление дисперсии при пропускании белого света через призму. При этом мы увидим, что пучок света не только отклониться к более широкой части призмы, но и разложиться в спектр, в котором семь цветов – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый- как в радуге, плавно переходят друг в друга. Белый свет является сложным, состоящим из световых волн разных цветов и, соответственно, разных частот. Цветные лучи являются простыми или, как их еще называют, монохроматическими. Сложить спектральные цвета и получить белый цвет можно и на более простом опыте. Возьмем картонный диск с изображенными на нем разноцветными секторами и укрепим его на валу центробежной машины.

При быстром вращении диска создается впечатление, что он белый.

Оборудование: картонный диск с изображенными на нем разноцветными секторами, источник питания, машина с валом центробежной силы.

Вывод по проделанной работе:

Закрепив картонный диск с изображенными на нем разноцветными секторами на валу машины с центробежной силой, мы наблюдаем, что спектральные цвета складываются и получается белый цвет. В состав белого цвета входят все цвета радуги.

Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/d/Y9-xtikU3JZBSc3

Презентация «Явление электромагнитной индукции» — физика, презентации

библиотека
материалов

Содержание слайдов

Номер слайда 1

Явление электромагнитной индукции

Номер слайда 2

Ханс Кристиан Эрстед 14. 08.1777 -09.03.1851

Номер слайда 3

Опыт Эрстедамагнитная стрелка и проводник.

Номер слайда 4

А.

Ампер

Номер слайда 5

Опыт А. Ампера 1820 г.:

Номер слайда 6

Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами

Номер слайда 7

Характеристики магнитного поля. B=𝑭𝑰∙𝒍 Ф=В∙𝑺∙𝐜𝐨𝐬𝜶 

Номер слайда 8

Можно ли изменить магнитный поток через площадь,ограниченную замкнутым контуром?style.colorfillcolorfill.typestyle.colorfillcolorfill.type

Номер слайда 9

Проводник показанный на рис. притягивается к магниту. Почему? на проводник действует сила Ампера

Номер слайда 10

Опыт Эрстеда, 1820 год. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙТОКпорождает. МАГНИТНОЕ ПОЛЕОпыты Фарадея, 1831годstyle.colorfillcolorfill.typestyle.colorfillcolorfill.typestyle.colorfillcolorfill.typestyle.colorfillcolorfill.type

Номер слайда 11

Открытие явления электромагнитной индукции29 августа 1831 года, Майкл Фарадей:«Превратить магнетизм в электричество»

Номер слайда 12

Опыты Фарадея

Номер слайда 13

Опыты Фарадея

Номер слайда 14

Опыты Фарадея: Ввод и вывод магнита. Движение катушки относительно другой катушки3. Изменение силы тока в цепи с помощью реостата4. Замыкание и размыкание электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

Номер слайда 15

Электромагнитная индукция — это явление возникновения индукционного тока в катушке при любом изменении магнитного поля, пронизывающего площадь его витков.

Номер слайда 16

Причина возникновения Ii Изменение магнитного потока → возникновение вихревого электрического поля → возникновение ЭДСi → перемещение зарядов (индукционный ток)

Номер слайда 17

Характеристики Ii Направление индукционного тока зависит от ориентации полюсов магнитанаправление индукционного тока зависит от изменения магнитного потока. Величина тока зависит от скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающий контур. И не зависит от способа этого изменения.

Номер слайда 18

Ленц Эмилий Христианович. В 1883 г. сформулировал правило для определения направления индукционного тока

Номер слайда 19

Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток. Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Номер слайда 20

SNSNОтталкиваются

Номер слайда 21

SNПритягиваются SN

Номер слайда 22

NSNSОтталкиваются

Номер слайда 23

NSSNПритягиваются

Номер слайда 24

Номер слайда 25

Определить направление индукционного тока в замкнутом контуре.

Номер слайда 26

ПЛАН РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ на правило ЛЕНЦА 1. Определить направление вектора В внешнего магнитного поля 2. Определить, как изменяется магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром3. Определить направление вектора. Вi поля индукционного тока: а) если магнитный поток уменьшается, то векторы сонаправлены б) если магнитный поток увеличивается, то векторы противоположно направлены.4. Пользуясь правилом буравчика,определить направление индукционного токав контуре. VI

Номер слайда 27

РЕШИМ ЗАДАЧУVОпределим направление вектора В внешнего поля(входит в южный полюс)Магнит удаляется от кольца. Значит вектор магнитного поля индукционного тока сонаправлен с вектором ВПо правилу буравчика определим направление индукционного тока( т.е. магнитный поток уменьшается)BBi. I

Номер слайда 28

Видеомагнитофон. Жесткий диск компьютера. Детектор полицейского. Детектор металла в аэропортах. Поезд на магнитной подушке. Применение электромагнитной индукции

Номер слайда 29

ЗАКРЕПЛЕНИЕ Можно ли изменить магнитный поток через площадь, ограниченную замкнутым контуром?В чём заключается явление ЭМИ?Причина возникновения Ii. Описать серии опытов Фарадея по исследованию явления ЭМИ. Характеристики Ii.

Номер слайда 30

Экспресс — опрос«Электромагнитная индукция»

Номер слайда 31

1. Один раз полосовой магнит падает сквозь неподвижное металлическое кольцо южным полюсом вниз, а второй раз – северным полюсом вниз. Ток в кольцеа) возникает в обоих случаяхб) не возникает ни в одном из случаевв) возникает только в первом случаег) возникает только во втором случаеstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 32

2. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?а) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с токомб) взаимодействие двух проводников с токомв) появление тока в замкнутой катушке при опускании в нее постоянного магнитаг) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном полеstyle. text. Decoration. Underline

Номер слайда 33

3. Виток провода, подключенный к гальванометру, находится в магнитном поле. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику. В какой промежуток времени гальванометр покажет наличие тока в витке?а) от 0 до 1 сб) от 1с до 3 св) от 3с до 4 сг) от 0 до 4 сstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 34

4. От чего зависит направление индукционного тока в катушке?а) от скорости движения магнитаб) от количества витков в катушкев) от полюса магнитаг) от силы магнитаstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 35

5 Определить направление индукционного тока

Номер слайда 36

Итоги урока. Обнаружили наличие электрического тока в катушке при взаимодействии ее с магнитом. Установили, от каких параметров зависит величина этого тока. Установили, от чего зависит направление этого тока. Сформулировали закон электромагнитной индукции. Превратили магнетизм в электричество

Номер слайда 37

Ленц Эмилий Христианович. В 1883 г. сформулировал правило для определения направления индукционного тока

Номер слайда 38

Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток. Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Номер слайда 39

SNSNОтталкиваются

Номер слайда 40

SNПритягиваются SN

Номер слайда 41

NSNSОтталкиваются

Номер слайда 42

NSSNПритягиваются

Номер слайда 43

Номер слайда 44

Определить направление индукционного тока в замкнутом контуре.

Номер слайда 45

Закономерности явления ЭМИОпытные факты. IiN витков в катушке. Ii  N вносимых (выносимых) магнитов. Ii  скорости внесения (вынесения) магнитов. Анализ формулы. N витков в контуре меняет его S N вносимых (выносимых) магнитов меняет численное значение BСкорость внесения (вынесения) магнитов в контур влияет на быстроту изменения ФСила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока

Номер слайда 46

Причина возникновения Ii Изменение магнитного потока → возникновение вихревого электрического поля → возникновение ЭДСi → перемещение зарядов (индукционный ток)

Номер слайда 47

ЭДС индукции ( Ɛi )-это… Работа сил вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура[Ɛi] = вольт (В), вольтметр

Номер слайда 48

Закон электромагнитной индукции. Максвелл, 1855 г. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром: ε = — ∆ Ф/ ∆t

Номер слайда 49

Закон электромагнитной индукции – сила индукционного тока зависит от скорости:…изменения магнитного потока …изменения силы тока Ei = Bvℓsinβ …движения проводника

Номер слайда 50

{5940675 A-B579-460 E-94 D1-54222 C63 F5 DA}Вносить и выносить магнит в контур. Деформировать весь контур. Менять число витков в контуре. Деформировать один виток контура. Поворачивать магнит или контур относительно оси контура. Способы получения индукционного тока (магнитное поле создано постоянным магнитом)

Номер слайда 51

Пример №1 Круговой проволочный виток площадью 2·10-3 м2 находится в однородном магнитном поле, индукция которого изменяется на 0,1 Тл за 0,4 с. Плоскость витка перпендикулярна линиям индукции. Чему равна ЭДС, возникающая в витке?

Номер слайда 52

ПЛАН РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ на правило ЛЕНЦА 1. Определить направление вектора В внешнего магнитного поля 2. Определить, как изменяется магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром3. Определить направление вектора. Вi поля индукционного тока: а) если магнитный поток уменьшается, то векторы сонаправлены б) если магнитный поток увеличивается, то векторы противоположно направлены.4. Пользуясь правилом буравчика,определить направление индукционного токав контуре. VI

Номер слайда 53

РЕШИМ ЗАДАЧУVОпределим направление вектора В внешнего поля(входит в южный полюс)Магнит удаляется от кольца. Значит вектор магнитного поля индукционного тока сонаправлен с вектором ВПо правилу буравчика определим направление индукционного тока( т.е. магнитный поток уменьшается)BBi. I

Номер слайда 54

+_RBAПользуясь правилом Ленца, определите направление индукционного тока в кольце Вв следующих случаях:1. При замыкании ключа в цепи кольца Апротив часовой стрелки2. При размыкании ключа в цепи кольца А ( выполнить дома)3. При замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают вправопо часовой стрелке4. При замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают влево (выполнить дома)BBi. Ii. Дома: п.10, задачи по рисунку. KB

Номер слайда 55

Тест«Электромагнитная индукция»

Номер слайда 56

1. Один раз полосовой магнит падает сквозь неподвижное металлическое кольцо южным полюсом вниз, а второй раз – северным полюсом вниз. Ток в кольцеа) возникает в обоих случаяхб) не возникает ни в одном из случаевв) возникает только в первом случаег) возникает только во втором случаеstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 57

2. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?а) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с токомб) взаимодействие двух проводников с токомв) появление тока в замкнутой катушке при опускании в нее постоянного магнитаг) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном полеstyle. text. Decoration. Underline

Номер слайда 58

3. Виток провода, подключенный к гальванометру, находится в магнитном поле. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику. В какой промежуток времени гальванометр покажет наличие тока в витке?а) от 0 до 1 сб) от 1с до 3 св) от 3с до 4 сг) от 0 до 4 сstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 59

4. Как математически записывает закон электромагнитной индукции?а) 𝜀=−Ф𝑡б) 𝜀=Ф𝑡в) 𝜀=∆Ф∆𝑡 г) 𝜀=−∆Ф∆𝑡 style.text. Decoration. Underline

Номер слайда 60

5. От чего зависит направление индукционного тока в катушке?а) от скорости движения магнитаб) от количества витков в катушкев) от полюса магнитаг) от силы магнитаstyle.text. Decoration. Underline

Номер слайда 61

6. Применим правило Ленца для следующих случаев:1234 Ответ 1 и 2 Ответ 3 и 4

Номер слайда 62

Ответ 1 и 2назад

Номер слайда 63

Ответ 3 и 4назад

Номер слайда 64

Видеомагнитофон. Жесткий диск компьютера. Детектор полицейского. Детектор металла в аэропортах. Поезд на магнитной подушке. Применение электромагнитной индукции

Номер слайда 65

Частные случаи ЭМИД/З §§9, 11, с/р №9 (с/у №1, д/у №1)

Номер слайда 66

1) ЭДС индукции в движущихся проводниках

Номер слайда 67

ЭДС индукции в движущихся проводниках. Механизм явления: пересечение движущимся проводником магнитных линий  возникновение силы Лоренцаперемещение зарядов возникновение ЭДС

Номер слайда 68

q=1,6*10 -19 Кл me=9,1*10 -31 кгm p=1,67*10 -27 кг Сила Лоренца

Номер слайда 69

ЭДС индукции в движущихся проводниках

Номер слайда 70

Направление индукционного тока в движущемся проводнике Если правую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции (В) входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике. ПРАВИЛО правой руки

Номер слайда 71

2) Явление самоиндукции. Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока.

Номер слайда 72

Самоиндукция Явление открыто в 1832 г. американским физиком Д. Генри(1797 – 1878)

Номер слайда 73

Установка для изучения явления самоиндукции

Номер слайда 74

Опыт

Номер слайда 75

Механизм самоиндукции

Номер слайда 76

Механизм самоиндукции. Изменяется сила тока в проводнике изменяется магнитный поток  происходит возникновение вихревого электрического поля → который порождает ЭДСi → в результате происходит перемещение зарядов (индукционный ток)

Номер слайда 77

магнитный поток самоиндукции контура. Ф~В~IФ=𝐿∙𝐼где L – индуктивность контура или коэффициент самоиндукции(L зависит от размеров и формы проводника, от магнитный свойств среды) 

Номер слайда 78

ЭДС самоиндукции. Ф=𝐿∙𝐼 

Номер слайда 79

И Н Д У К Т И В Н О С Т ЬИндуктивность – это физическая величина, характеризующая способность проводника в с током создавать магнитное поле. Единица измерения:

Номер слайда 80

Физический смысл Индуктивности: Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при равномерном изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В:

Номер слайда 81

Характеристики индуктивности Все проводники в переменном электромагнитном поле обладают индуктивностью. Чем больше L проводника, тем медленнее происходит изменение силы тока в проводнике Индуктивность проводника зависит от его формы и конструкции:у соленоида индуктивность зависит от числа витков, чем больше n, тем больше L.

Номер слайда 82

Энергия магнитного поля

Номер слайда 83

Применение явления самоиндукции. Работа ламп дневного света. Электрические колебания в колебательном контуре

Номер слайда 84

Решение задач. Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 25 см, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8м. Тл со скоростью 5 м/с под углом 30° к вектору магнитной индукции.

Номер слайда 85

Решение задач2. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м, под углом 60° к линиям индукции магнитного поля, чтобы в проводнике возбуждалась ЭДС индукции 1 В? Индукция магнитного поля равна 0,2 Тл.

Номер слайда 86

Задача №3 Какова индуктивность проволочной рамки, если при силе тока 3 А в рамке возникает магнитный поток, равный 6 Вб?

Номер слайда 87

Задача №4 На два одинаковых сердечника намотаны катушки: в первой катушке 100 витков; во второй – 200. Сравните индуктивность L1 и L2.

Номер слайда 88

Применение электромагнитной индукции

Номер слайда 89

Электрогенераторы

Номер слайда 90

Трансформаторы

Номер слайда 91

Металлоискатели

Номер слайда 92

Другие применения

Номер слайда 93

Видеомагнитофон. Жесткий диск компьютера. Детектор полицейского. Детектор металла в аэропортах. Поезд на магнитной подушке. Маглев Электромагнитная индукция в современном мире

Номер слайда 94

Номер слайда 95

Номер слайда 96

Номер слайда 97

Видеомагнитофон. Жесткий диск компьютера. Детектор полицейского. Детектор металла в аэропортах. Поезд на магнитной подушке. Маглев Электромагнитная индукция в современном мире

Номер слайда 98

Номер слайда 99

Номер слайда 100

Номер слайда 101

Вариант 11. Прямолинейный проводник движется со скоростью 25 м/c в поле с индукцией 0, 0038 Тл перпендикулярно силовым линиям. Чему равна длина проводника, если на его концах имеется напряжение 0, 028 В?2. Виток площадью 100 см2 находится в магнитном поле с индукцией 1 Тл. Плоскость витка перпендикулярна линиям поля. Определите среднее значение ЭДС индукции при выключении поля за 0, 01с. Вариант 21. Прямолинейный проводник длиной 120 см движется в однородном магнитном поле под углом 90° к силовым линиям со скоростью 15 м/с. Определите индукцию поля, если в проводнике создается ЭДС индукции 0, 12 В.2. Найдите индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции 20 м. В. Вариант 31. Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Найдите разность потенциалов, возникающую между концами крыльев самолета, если вертикальная составляющая земного магнитного поля равна 50 мк. Тл и размах крыльев 12 м.2. Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного потока внутри нее от 0, 024 Вб до 0, 056 Вб за промежуток времени 0,32с в катушке возникала средняя ЭДС индукции 10 В?

Номер слайда 102

I вариант. II вариант. III вариант10,029 м6,67 м. Тл0,15 В21 В2,5 м. Гн100

Номер слайда 103

Спасибо за работу и внимание!

Номер слайда 104

Модуль вектора магнитной индукции

Номер слайда 105

Номер слайда 106

q=1,6*10 -19 Кл me=9,1*10 -31 кгm p=1,67*10 -27 кг Сила Лоренца

Электромагнитная индукция.

Правило Ленца

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в результате изменения во времени магнитного потока, который пронизывает замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток. Открыто это явление было физиком из Великобритании Максом Фарадеем в 1831 году.

Формула магнитного потока

Введем обозначения, необходимые нам для записи формулы. Для обозначения магнитного потока используем букву Ф, площади контура – S, модуля вектора магнитной индукции – B, α – это угол между вектором B→ и нормалью n→ к плоскости контура.

Магнитный поток, который проходит через площадь замкнутого проводящего контура, можно задать следующей формулой:

Φ=B·S·cos α,

Проиллюстрируем формулу.

Рисунок 1.20.1. Магнитный поток через замкнутый контур. Направление нормали n→ и выбранное положительное направление l→ обхода контура связаны правилом правого буравчика.

За единицу магнитного потока в СИ принят 1 вебер (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, может быть создан в плоском контуре площадью 1 м2 под воздействием магнитного поля с индукцией 1 Тл, которое пронизывает контур по направлению нормали.

1 Вб=1 Тл·м2

Закон Фарадея

Изменение магнитного потока приводит к тому, что в проводящем контуре возникает ЭДС индукции δинд. Она равна скорости, с которой происходит изменение магнитного потока через ограниченную контуром поверхность, взятой со знаком минус. Впервые экспериментально установил это Макс Фарадей. Он же записал свое наблюдение в виде формулы ЭДС индукции, которая теперь носит название Закона Фарадея:

Определение 1

Закон Фарадея:

δинд=-∆Φ∆t

Правило Ленца

Определение 2

Согласно результатам опытов, индукционный ток, который возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока, всегда направлен определенным образом. Создаваемое индукционным током магнитное поле препятствует изменению вызвавшего этот индукционный ток магнитного потока. Ленц сформулировал это правило в 1833 году.

Проиллюстрируем правило Ленца рисунком, на котором изображен неподвижный замкнутый проводящий контур, помещенный в однородное магнитное поле. Модуль индукции увеличивается во времени. 

Пример 1

Рисунок 1.20.2. Правило Ленца

Здесь ∆Φ∆t>0, а δинд<0 < 0. Индукционный ток Iинд протекает навстречу выбранному положительному направлению l→ обхода контура.

Благодаря правилу Ленца мы можем обосновать тот факт, что в формуле электромагнитной индукции δинд и ∆Φ∆t противоположны по знакам.

Если задуматься о физическом смысле правила Ленца, то это частный случай Закона сохранения энергии.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Причины возникновения индукционного тока в движущихся и неподвижных проводниках

Причин, по которым может происходить изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, две:

  1. Изменение магнитного потока вследствие перемещения всего контура или отдельных его частей в магнитном поле, которое не изменяется со временем;
  2. Изменение магнитного поля при неподвижном контуре.

Перейдем к рассмотрению этих случаев подробнее.

Перемещение контура или его частей в неизменном магнитном поле

При движении проводников и свободных носителей заряда в магнитном поле возникает ЭДС индукции. Объяснить возникновение δинд можно действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца здесь – это сторонняя сила.

Пример 2

На рисунке мы изобразили пример индукции, когда прямоугольный контур помещен в однородное магнитное поле B→ направленное перпендикулярно плоскости контура. Одна из сторон контура перемещается по двум другим сторонам с некоторой скоростью.

Рисунок 1.20.3. Возникновение ЭДС индукции в движущемся проводнике. Отражена составляющая силы Лоренца, которая действует на свободный электрон

На свободные заряды подвижной части контура воздействует сила Лоренца. Основная составляющая силы Лоренца в данном случае направлена вдоль проводника и связана с переносной скоростью зарядов υ→. Модуль этой сторонней силы равен:

FЛ=eυ→B.

Работа силы FЛ на пути l равна:

A=FЛ·l=eυBl.

По определению ЭДС: 

δинд=Ae=υBl.

Значение сторонней силы для неподвижных частей контура равно нулю. Для соотношения δинд можно записать другой вариант формулы. Площадь контура с течением времени изменяется на ΔS=lυΔt. Соответственно, магнитный поток тоже будет с течением времени изменяться: ΔΦ=BlυΔt.

Следовательно, 

δинд=∆Φ∆t.

Знаки в формуле, которая связывает δинд и ∆Φ∆t, можно установить в зависимости от того, какие направления нормали и направления контура будут выбраны. В случае выбора согласованных между собой по правилу правого буравчика направлений нормали n→ и положительного направления обхода контура l→ можно прийти к формуле Фарадея.

При условии, что сопротивление всей цепи – это R, то по ней будет протекать индукционный ток, который равен Iинд=δиндR. За время Δt на сопротивлении R выделится джоулево тепло:

∆Q=RIинд2∆t=υ2B2l2R∆t

Парадокса здесь нет. Мы просто не учли воздействие на систему еще одной силы. Объяснение заключается в том, что при протекании индукционного тока по проводнику, расположенному в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, которая связана с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Благодаря этой составляющей появляется сила Ампера FА→.

Для рассмотренного выше примера модуль силы Ампера равен FA =IBl. Направление силы Ампера таково, что она совершает отрицательную механическую работу Aмех. Вычислить эту механическую работу за определенный период времени можно по формуле:

Aмех=-Fυ∆t=-IBlυ∆t=-υ2B2l2R∆t

Проводник, перемещающийся в магнитном поле, испытывает магнитное торможение. Это приводит к тому, что полная работа силы Лоренца равна нулю. Джоулево тепло может выделяться либо за счет уменьшения кинетической энергии движущегося проводника, либо за счет энергии, которая поддерживает скорость перемещения проводника в пространстве.

Изменение магнитного поля при неподвижном контуре

Определение 3

Вихревое электрическое поле – это электрическое поле, которое вызывается изменяющимся магнитным полем.

В отличие от потенциального электрического поля работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому проводящему контуру равна δинд в неподвижном проводнике.

В неподвижном проводнике электроны могут приводиться в движение только под действием электрического поля. А возникновение δинд нельзя объяснить действием силы Лоренца.

Первым, кто ввел понятие вихревого электрического поля, был английский физик Джон Максвелл. Случилось это в 1861 году.

Фактически, явления индукции в подвижных и неподвижных проводниках протекают одинаково. Так что в этом случае мы тоже можем использовать формулу Фарадея. Отличия касаются физической причины возникновения индукционного тока: в движущихся проводниках δинд обусловлена силой Лоренца, в неподвижных – действием на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Рисунок 1.20.4. Модель электромагнитной индукции

Рисунок 1. 20.5. Модель опытов Фарадея

Рисунок 1.20.6. Модель генератора переменного тока

Явление электромагнитной индукции. Генератор электрического тока

Изучение электромагнитных явлений показывает, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Но если электрический ток, как говорят, «создает» магнитное поле, то не существует ли обратного явления? Нельзя ли с помощью магнитного поля создать электрический ток? Такую задачу в начале IX столетия пытались решить многие ученые. Поставил ее перед собой и английский ученый Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так записал в своем дневнике эту задачу Фарадей в 1822 г. Почти 10 лет упорной работы потребовалось Фарадею для ее решения.

Чтобы понять, как Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество», выполним некоторые опыты Фарадея, используя современные приборы.

На рисунке 305 изображен проводник, концы которого присоединены к гальванометру. Если этот проводник вдвигать внутрь магнита или удалять из него так, чтобы он пересекал магнитные линии, то в нем возникает и существует во все время движения электрический ток. Это видно по отклонению стрелки гальванометра. Можно двигать магнит, а проводник закрепить неподвижно, важно, чтобы существовало движение проводника относительно магнитного поля и чтобы магнитные линии и проводник при этом пересекались.

Явление возникновения электрического тока в проводнике, пересекающем магнитные линии, называется электромагнитной индукцией. А возникающий при этом ток—индукционным током,

Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от гальванического элемента или аккумулятора. Название же «индукционный» указывает только на причину его возникновения.

На явлении электромагнитной индукции основано устройство и действие мощных источников тока – генераторов. Модель генератора показана на рисунке 306. Когда рамка вращается в магнитном поле (рис, 306), в ее обмотке возникает ток.

Фарадей Майкл (1791—1867)— английский физик. Создал учение о магнитном и электрическом поле. Открыл явление электромагнитной индукции, установил законы электролиза, прославился опытами по сжижению газов.

Устройство технического генератора значительно сложнее. При помощи их вырабатывается ток на электростанциях. Для приведения во вращение подвижной части генератора используют двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины и гидротурбины.

Электрический генератор и паровую турбину, соединенные в один агрегат (рис. 307), называет турбогенератором. На рисунке 307 слева изображен внешний вид генератора, справа — внешний вид турбины. Турбогенераторы устанавливают на тепловых (и атомных) электростанциях. Наши заводы могут сейчас строить генераторы мощностью свыше 1 млн. кВт, создающие напряжение 13—15 тыс. В.

На рисунке 308 изображена схема гидрогенератора, они, как и турбогенераторы, вырабатывают ток большой мощности. При работе генераторов энергия топлива (угля, нефти, газа) или воды (на гидроэлектростанциях) превращается в энергию электрического тока, которая используется в промышленности, транспорте, сельском хозяйстве и в быту.

Вопросы.  1. На каком опыте можно показать возникновение в проводнике индукционного тока? 2. Какие необходимы условия для получения в проводнике индукционного тока? 3. Какое явление называют электромагнитной индукцией? Кто и когда открыл это явление? 4. Как называются мощные современные источники электрического тока? 5. На каком физическом явлении основано устройство и действие генераторов тока? 6. Какие агрегаты называются турбогенераторами, какие — гидрогенераторами? 7. Какие превращения энергии происходят при работе турбогенератора и гидрогенератора?

Явление электромагнитной индукции: опыт Фарадея, выводы

 

Изучением явления электромагнитной индукции занялся вплотную первым Майкл Фарадей. Точнее сказать, он установил и исследовал это явление в поисках способов превратить магнетизм в электричество.

У него на решение такой задачи ушло десять лет, мы же сейчас пользуемся плодами его труда повсеместно, и не представляем себе современную жизнь без применения электромагнитной индукции. В 8 классе, мы уже рассматривали эту тему, в 9 классе это явление рассматривается уже более детально, но вывод формул относится к курсу 10 класса. По этой ссылке вы можете перейти для ознакомления со всеми аспектами данного вопроса.

Явление электромагнитной индукции: рассмотрим опыт

Мы рассмотрим, что представляет собой явление электромагнитной индукции. Можно провести опыт, для которого понадобится гальванометр, постоянный магнит и катушка. Соединив гальванометр с катушкой, мы вдвигаем внутрь катушки постоянный магнит. При этом гальванометр покажет изменение тока в цепи.

Так как никакого источника тока у нас в цепи нет, то логично предположить, что ток возникает вследствие появления магнитного поля внутри катушки. Когда мы будем вытаскивать магнит обратно из катушки, мы увидим, что снова изменятся показания гальванометра, но его стрелка при этом отклонится в противоположную сторону. Мы опять получим ток, но уже направленный в другую сторону.

Теперь проделаем похожий опыт с теми же элементами, только при этом мы зафиксируем магнит неподвижно, а надевать на магнит и снимать с него мы теперь будем саму катушку, подсоединенную к гальванометру. Мы получим те же результаты стрелка гальванометра будет показывать нам появление тока в цепи. При этом, когда магнит неподвижен, тока в цепи нет стрелка стоит на ноле.

Можно провести измененный вариант такого же опыта, только постоянный магнит заменить электрическим, который можно включать и выключать. Мы получим схожие с первым опытом результаты при движении магнита внутри катушки. Но, кроме того, при выключении и выключении неподвижного электромагнита, он будет вызывать кратковременное появление тока в цепи катушки.

Катушку можно заменить проводящим контуром и проделать опыты по перемещению и вращению самого контура в постоянном магнитном поле, либо же магнита внутри неподвижного контура. Результаты будут те же появление тока в цепи при движении магнита или контура.

Изменение магнитного поля вызывает появление тока

Из всего этого следует вывод, что изменение магнитного поля вызывает появление электрического тока в проводнике. Ток этот ничем не отличается от тока, который мы можем получить от батареек, например. Но чтобы указать причину его возникновения, такой ток назвали индукционным.

Во всех случаях у нас менялось магнитное поле, а точнее, магнитный поток через проводник, вследствие чего и возникал ток. Таким образом, можно вывести следующее определение:

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

Вот это и есть явление электромагнитной индукции, на основе которой созданы самые различные генераторы электроэнергии.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Магнитный поток: определение, направление и количество + пример
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspПолучение переменного электрического тока: что это и как получить

Электромагнитная индукция — Основы электроники

Мы знаем, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, приходит в движение. Это обусловлено явлением магнитной индукции. Существует и другое очень важное явление, в известном смысле обратное явлению магнитной индукции: при движении замкнутого проводника в маг­нитном поле в нем по­является электрический ток. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Возьмем проводник, концы которого зам­кнуты на гальванометр (прибор для обнаруже­ния малых электрических токов, можно использовать микроамперметр), и быстро пересечем этим проводником поле магнита (рисунок 1). При этом мы заметим, что стрелка гальванометра отклонится в тот мо­мент, когда проводник пересечет магнитное по­ле. Следовательно, по проводнику в этот мо­мент пройдет электри­ческий ток.

Рисунок 1. Электромагнитная индукция. При быстром пересечении проводником магнитных силовых линий в проводнике возникает электрический ток.

Пересечем теперь магнитное поле проводником в обратном направлении. Стрелка гальванометра снова отклонится, но уже в противоположную сторону. Это говорит о том, что по про­воднику снова прошел электрический ток, но уже в обратном направлении.

Отсюда можно сделать вывод, что при пересечении про­водником магнитного поля в проводнике возникает ЭДС, направление которой зависит от направления движения про­водника. Эта ЭДС называется индуктированной ЭДС или ЭДС индукции, то есть наведение ЭДС в проводнике и есть не что иное, как явление электромагнитной индукции (не следует сме­шивать с магнитной индукцией!).

Наведение ЭДС индукции при движении проводника в магнитном поле объясняется следующим образом. При движе­нии проводника вместе с ним движутся и свободные электроны, находящиеся в нем. При изучении магнитной индукции мы узнали, что на электрические заряды, движущиеся в магнитном поле, дей­ствует сила в направлении, перпендикулярном направлению магнитного потока. Поэтому при движении электронов вместе с проводником, пересекающим магнитные силовые линии, на электроны будут действо­вать силы, заставляющие их перемещаться вдоль проводника, что и приводит к возникновению электрического тока в нем.

Явление электромагнитной индукции имеет большое значе­ние в электро- и радиотехнике, поэтому мы остановимся на нем несколько подробнее.

Попробуем производить перемещение проводника в магнитном поле с различной скоростью. При этом мы заметим, что стрелка гальванометра будет отклоняться тем больше, чем быстрее наш проводник пересекает магнитное поле. При очень медленном перемещении проводника в нем совершенно не воз­никает тока или, говоря точнее, ток будет настолько мал, что наш гальванометр не в состоянии его обнаружить.

Далее обратим внимание на то обстоятельство, что, вдви­гая проводник в пространство между полюсами магнита, мы тем самым увеличиваем число магнитных силовых линий, охва­тываемых замкнутым контуром проводника, а при обратном перемещении проводника уменьшаем число этих линий, или, другими словами, в первом случае магнитный поток, охваты­ваемый нашим замкнутым контуром, увеличивается, а во вто­ром случае уменьшается. С этой точки зрения возникновение индукционного тока в замкнутом проводящем контуре мы мо­жем объяснить как результат изменения величины магнитного потока внутри контура; большие или меньшие отклонения стрелки при разных скоростях движения проводника свиде­тельствуют о том, что ЭДС индукции зависит от скорости изменения магнитного потока внутри контура.

При быстром возрастании (или убывании) магнитного по­тока внутри контура в нем наводится большая ЭДС индук­ции, а при медленном возрастании (или убывании)малая.

На принципе электромагнитной индукции основано устрой­ство электродинамических микрофонов, звукоснимателей , трансформаторов, электроизмерительных приборов, генераторов электрического тока и т. д.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции

Самая большая ошибка в том,

что мы быстро сдаёмся.

Иногда, чтобы получить желаемое,

надо просто попробовать ещё один раз.

Томас Эдисон

Современный мир не может обойтись без таких, казалось бы, уже повседневных приборов, как микрофоны и громкоговорители, трансформаторы и генераторы, планшеты и мобильные телефоны, и многое-многое другое.

Что лежит в основе работы данных приборов? Без явления, которое было открыто Майклам Фарадеем чуть более 180 лет назад, эти приборы создать было бы не возможно и по сей день.

В прошлых уроках мы говорилось о том, что магнитное поле в каждой точке пространства полностью характеризуется вектором магнитной индукции.

Возникает вопрос: можно ли ввести такую величину, которая характеризовала магнитное поле не только в данной точке поля, а во всех точках поверхности, ограниченной замкнутым контуром?

Для ответа на этот вопрос, рассмотрим плоский замкнутый контур, который помещен в однородное магнитное поле, и ограничивающий поверхность площадью S. Пусть нормаль (вектор, длина которого равна единице, и который всегда перпендикулярен контуру) составляет с вектором магнитной индукции некий угол a.

Рассмотрим, что будет происходить с контуром и с линиями магнитной индукции при изменении некоторых величин.

Первое изменим магнитное поле, например, усилив его с помощью еще одного магнита. Как можем заметить, при усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и их количество, которое будет пронизывать наш контур.

Если уменьшить площадь контура при неизменной индукции магнитного поля, то это приведет к уменьшению числа линий, пронизывающих контур.

Поворот контура также приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур.

Если же плоскость контура расположить параллельно линиям магнитной индукции, то ни одна из этих линий не будет пронизывать контур.

Требовалось ввести величину, которая характеризовала бы все эти закономерности магнитного поля. И физики нашли выход. По аналогии с потоком воздуха, который меняется в зависимости от силы ветра или области пространства, в котором он ограничен, или потока воды в реке, в зависимости от ее ширины или проливных дождей, эту величину назвали магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции.

В настоящее время под магнитным потоком через плоскую поверхность понимают скалярную физическую величину, численно равную произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

Произведение модуля магнитной индукции на косинус угла альфа представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.

Анализируя формулу, легко заметить, что магнитный поток тем больше, чем больше линий магнитной индукции пронизывает контур и чем больше площадь этого контура.

Обозначается магнитный поток большой греческой буквой F

Единицей магнитного потока в СИ является Вб (вебер).

[F] = [Вб]

1 вебер — это магнитный поток однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему поверхность площадью 1 м2.

Введенная физическая величина, является одной из главных в описании важнейшего физического явления современного мира: речь идет о явлении электромагнитной индукции.

Что это за явление?

Как известно, в 1820 году Ханс Кристиан Эрстед с помощью серии опытов показал, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле. Значит, имея электрический ток, можно получить магнитное поле.

Однако вставал тогда и другой вопрос: нельзя ли наоборот, имея магнитное поле, получить электрический ток? А если можно, то, что для этого нужно сделать?

Такую задачу в начале XIX в. попытались решить многие ученые. Среди них швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон и английский физик Майкл Фарадей, которые практически одновременно начали заниматься решением этой проблемы. Записав в своем дневнике фразу «Превратить магнетизм в электричество!», Фарадей 10 лет потратил на упорные эксперименты, для решения поставленной задачи.

Майкл Фарадей был уверен в том, что электрические и магнитные явления — это явления одной природы. Благодаря своему упорству и вере в неделимость электрических и магнитных явлений, он сделал открытие, которое вошло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. Открытие было сделано 17 октября 1831 года.

Вот полное описание первого успешного опыта: «Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей».

Таков был первый опыт, давший положительный результат после десятилетних поисков. Фарадей устанавливает, что при замыкании и размыкании  возникают индукционные токи противоположных направлений.

Далее он переходит к изучению влияния железа на индукцию. «Из круглого брускового, мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи-восьми дюймам, а наружный диаметр кольца — шести дюймам. На одну часть этого кольца было намотано три спирали, каждая из которых содержала около двадцати четырех футов медной проволоки толщиной в одну двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга и наложены одна на другую… Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А. На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, образовавших спираль B, которая имела одинаковое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце на протяжении примерно полу дюйма голым железом.

Спираль B соединялась медными проводами с гальванометром, помещенным на расстоянии трех футов от кольца. Отдельные спирали А соединялись конец с концом так, что образовали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма. Гальванометр реагировал немедленно, притом значительно сильнее, чем это наблюдалось выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью без железа».

Таким образом, задача, поставленная Фарадеем в 1820 году, была решена: магнетизм был превращен в электричество.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Как говорилось в начале, одновременно с Фарадеем получить ток в катушке с помощью магнита пытался и швейцарский физик Колладон. Он пользовался в своей работе гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Что бы магнит непосредственно не оказывал никакого влияния на магнитную стрелку, концы катушки были выведены в отдельную комнату и там присоединены к гальванометру.

Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и разочарованный убеждался, что гальванометр не показывал наличие тока в цепи.

Действительно, ведь покоящийся относительно катушки магнит не может вызвать в ней тока. Стоило бы ему, например, наблюдать за гальванометром, а ассистента попросить заняться магнитом, и проблема была бы решена.

О вопросах надобности и ненадобности открытия данного явления долго спорил научный, и не только, мир. В архивах сохранилась следующая примечательная запись: «Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:

- Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?

- А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей. »

На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс, изобретший в 1866 г. динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.

Впоследствии опыт Фарадея видоизменили и теперь в школах он представлен в следующем виде.

Берется катушка с намотанной на нее проволокой, концы которой присоединены к гальванометру. Если постоянный магнит, например полосовой, вдвигать внутрь катушки, то в цепи возникает электрический ток. Если же магнит выдвигать из катушки, то гальванометр также регистрировал ток в цепи, но уже противоположного направления. Электрический ток возникает и в том случае, если магнит оставить неподвижным, а двигать относительно него катушку.

Однако не при всяком движении магнита (или катушки) в цепи возникает электрический ток. Например, если вращать магнит внутри катушки, то гальванометр не зафиксирует наличие тока в цепи.

Аналогичный опыт можно проделать, используя вместо постоянного магнита, другую катушку, но уже с током. Не трудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку.

Таким образом, явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции. Полученный таким образом ток, называется индукционным током.

Как известно, ток в проводнике возникает лишь в том случае, если на свободные заряды проводника будут действовать сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного заряда вдоль замкнутого проводника называют электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром (т.е. при изменении количества линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность), в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

Обозначают ее греческой буквой xi (кси), а измеряется она в В (вольт).

Как показывают опыты, значение индукционного тока, а, следовательно, и ЭДС индукции, не зависит от причин изменения магнитного потока (меняется ли площадь, ограниченная контуром, или его ориентация в пространстве, или за счет изменения среды и т.д.). Самое главное и существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока (так, стрелка гальванометра будет отклоняться сильнее, чем быстрее мы будем вдвигать и выдвигать магнит).

Поэтому мы можем сказать, что сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Сформулируем непосредственно сам закон электромагнитной индукции: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

где Dt – промежуток времени, в течении которого произошло изменение магнитного потока.

Стоит обратить внимание, что закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы индукционного тока, т.к. сила тока зависит и от свойств проводника, а ЭДС определяется только изменением магнитного потока.

Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»? Какого его назначение? Индукционный ток противодействует изменению магнитного потока. Поэтому ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Упражнения.

Задача. Из провода длиной 2 м сделан квадрат, который расположен горизонтально. Какой заряд пройдет по проводу, если его потянуть за две диагонально противоположные вершины так, чтобы он сложился? Сопротивление провода 0,1 Ом, а вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли 50 мкТл.

Основные выводы:

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

– Единицей магнитного потока в системе СИ является Вб (вебер).

– Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре (или тока, если контур замкнут) при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции.

– Полученный таким способом ток называется индукционным током.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

электромагнетизм | Определение, уравнения и факты

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами, находящимися в состоянии покоя или в движении.С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Он невероятно силен по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона на каждый миллиард молекул у двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн.В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные штормы.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии.Напротив, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи.Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду). Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако интерпретация его работ в 20 веке расширилась.Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения. В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы представляют собой сильное взаимодействие, ответственное за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер.В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место.Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологиях, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения.Распространенная проблема в электричестве — это определение взаимосвязи между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья стремится дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Закон Фарадея

Закон Фарадея
Далее: Закон Ленца Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция Явление магнитной индукции играет решающую роль в три очень полезных электрических устройства: электрогенератор , , электрогенератор . двигатель , и трансформатор .Без этих устройств современная жизнь была бы невозможно в нынешнем виде. Магнитная индукция была открыта в 1830 г. Английский физик Майкл Фарадей. Американский физик Джозеф Генри независимо друг от друга сделал то же открытие примерно в одно и то же время. Оба физиков заинтриговал тот факт, что электрический ток, протекающий вокруг цепь может генерировать магнитное поле. Наверняка, рассуждали они, если электрический ток может генерировать магнитное поле, тогда магнитное поле должно каким-то образом быть способным генерировать электрический ток.Однако потребовалось много лет бесплодных экспериментов. прежде, чем они смогли найти необходимый ингредиент, который позволяет магнитное поле для генерации электрического тока. Этот ингредиент — изменение во времени .

Рассмотрим плоскую петлю из токопроводящего провода соответствующей площади поперечного сечения. Поместим эту петлю в магнитное поле, напряженность которого приблизительно равна равномерный по всей длине петли. Предположим, что направление магнитное поле образует угол с нормальным направлением к петля.Магнитный поток через петлю равен определяется как произведение площади петли и составляющей магнитное поле, перпендикулярное петле. Таким образом,

(191)

Если цикл оборачивается вокруг себя раз (, т. Е. , если цикл имеет витков ), то магнитный поток через петлю просто умножить на магнитный поток за один виток:
(192)

Наконец, если магнитное поле неоднородно по петле или петля не лежать в одной плоскости, тогда мы должны оценить магнитный поток как поверхностный интеграл
(193)

Вот какая-то поверхность, к которой прикреплена.Если петля имеет витки, то поток в несколько раз превышает указанное выше значение. Единица измерения магнитного потока в системе СИ — вебер (Вб). Одна тесла эквивалентна один вебер на квадратный метр:
(194)

Фарадей обнаружил, что если магнитное поле проходит через петлю из проволоки изменяется во времени. , тогда вокруг петли наводится ЭДС. Фарадей смог наблюдать этот эффект, потому что ЭДС вызывает ток, циркулирующий в петле.Фарадей обнаружил, что величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного поля во времени. Он также обнаружил, что ЭДС генерируется, когда петля из проволоки перемещается на из области низкой напряженности магнитного поля в область высокой напряженности магнитного поля, и наоборот . ЭДС прямо пропорциональна скорость, с которой петля перемещается между двумя областями. Ну наконец то, Фарадей обнаружил, что ЭДС генерируется вокруг петли, которая на вращается на . в однородном магнитном поле постоянной напряженности.В этом случае ЭДС прямо пропорциональна скорости вращения петли. Фарадей в конце концов может предложить единый закон, который мог объяснить все его многочисленные и разнообразные наблюдения. Этот закон, известный как Закон магнитной индукции Фарадея , выглядит следующим образом:

ЭДС, индуцированная в цепи, пропорциональна скорости изменения во времени магнитный поток, связывающий эту цепь.
Единицы СИ были зафиксированы таким образом, чтобы константа пропорциональности в этом закон единица .Таким образом, если магнитный поток через цепь изменяется на сумму во временном интервале тогда генерируемая в цепи ЭДС равна
(195)

Есть много разных способов, которыми магнитный поток связывает электрическая цепь может менять. Может изменяться либо напряженность магнитного поля, либо направление магнитного поля. поле может измениться, или положение цепи может измениться, или форма цепь может измениться, или ориентация цепи может измениться.Закон Фарадея гласит, что все эти способы полностью эквивалент по генерации ЭДС вокруг цепь касается.



Далее: Закон Ленца Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Что такое магнетизм? | Магнитные поля и магнитная сила

Магнетизм — это один из аспектов комбинированной электромагнитной силы. Это относится к физическим явлениям, возникающим из-за силы, вызванной магнитами, объектами, которые создают поля, которые притягивают или отталкивают другие объекты.

Согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия, магнитное поле воздействует на частицы в поле за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц порождает магнетизм. Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и силы магнитного поля.

Все материалы обладают магнетизмом, некоторые сильнее, чем другие. Постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм.За редким исключением, это единственная форма магнетизма, достаточно сильная, чтобы ее могли почувствовать люди.

Противоположности притягиваются

Магнитные поля генерируются вращающимися электрическими зарядами, согласно HyperPhysics. Все электроны обладают свойством углового момента или спина. Большинство электронов имеют тенденцию образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», в соответствии с принципом исключения Паули, который гласит, что два электрона не могут находиться в одном и том же энергетическом состоянии одновременно.В этом случае их магнитные поля направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, спин которых может создавать направленное магнитное поле. По данным Ресурсного центра неразрушающего контроля (NDT), направление их вращения определяет направление магнитного поля. Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены со своими спинами в одном направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было почувствовать в макроскопическом масштабе.

Источники магнитного поля дипольные, с северным и южным магнитными полюсами. По словам Джозефа Беккера из Университета Сан-Хосе, противоположные полюса (северный и южный) притягиваются, а подобные полюса (северный и северный или южный и южный) отталкиваются. Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.

Земля сама по себе является гигантским магнитом. Согласно HyperPhysics, планета получает свое магнитное поле от циркулирующих электрических токов внутри расплавленного металлического ядра.Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена, так что он может свободно вращаться внутри своего корпуса, выравниваясь с магнитным полем планеты. Как ни парадоксально, то, что мы называем Северным магнитным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.

Ферромагнетизм

Если выравнивание неспаренных электронов продолжается без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, образуется постоянный магнит.Постоянные магниты — результат ферромагнетизма. Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдался в форме естественной железной руды, называемой магнетитом, Fe 3 O 4 . Кусочки магнетита можно найти разбросанными на поверхности земли или рядом с ней, и иногда они намагничиваются. Эти встречающиеся в природе магниты называются магнитными камнями. «Мы до сих пор не уверены в их происхождении, но большинство ученых считают, что магнитный камень — это магнетит, пораженный молнией», — говорится в сообщении Университета Аризоны.

Вскоре люди узнали, что можно намагнитить железную иглу, поглаживая ее магнитом, в результате чего большинство неспаренных электронов в игле выстраиваются в одном направлении. По данным НАСА, примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивался в направлении север-юг. Таким образом, магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем ​​и ночью, когда звезды были скрыты облаками.

Было обнаружено, что другие металлы, помимо железа, обладают ферромагнитными свойствами.К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как самарий или неодим, которые используются для создания сверхпрочных постоянных магнитов.

Другие формы магнетизма

Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать за исключением чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах. Диамагнетизм был впервые открыт в 1778 году Антоном Бругнамсом, который использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо.По словам Джеральда Кюстлера, широко публикуемого независимого немецкого исследователя и изобретателя, в его статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи», опубликованной в Румынском журнале технических наук, Бругнамс заметил: «Только темный и почти фиолетовый висмут проявлял конкретное явление в исследовании; потому что, когда я положил его кусок на круглый лист бумаги, плавающий на воде, он оттолкнулся обоими полюсами магнита ».

Было установлено, что висмут обладает самым сильным диамагнетизмом из всех элементов, но, как обнаружил Майкл Фарадей в 1845 году, это свойство всей материи отталкиваться магнитным полем.

Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов, создающих крошечные токовые петли, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics. Когда к материалу прикладывается внешнее магнитное поле, эти токовые петли имеют тенденцию выравниваться таким образом, чтобы противостоять приложенному полю. Это заставляет все материалы отталкиваться постоянным магнитом; однако результирующая сила обычно слишком мала, чтобы быть заметной. Однако есть некоторые заметные исключения.

Пиролитический углерод, вещество, похожее на графит, демонстрирует даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может подниматься над сверхсильным редкоземельным магнитом.Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры, поэтому над ними можно левитировать редкоземельные магниты. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания один может левитировать над другим.)

Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. При приложении магнитного поля некоторые из неспаренных электронных спинов выравниваются с полем и преодолевают противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом.Однако, по словам Дэниела Марша, профессора физики Южного государственного университета Миссури, эффект заметен только при очень низких температурах.

Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, в котором участвуют как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе, он все же имеет свою уникальность.

Электромагнетизм

Когда провод перемещается в магнитном поле, поле индуцирует в проводе ток. И наоборот, магнитное поле создается движущимся электрическим зарядом. Это соответствует закону индукции Фарадея, который лежит в основе электромагнитов, электродвигателей и генераторов. Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое вращается вокруг провода по спирали. Когда этот провод превращается в петлю, поле приобретает форму пончика или тора.Согласно Руководству по магнитной записи (Springer, 1998) Marvin Cameras, это магнитное поле можно значительно усилить, поместив ферромагнитный металлический сердечник внутрь катушки.

В некоторых приложениях постоянный ток используется для создания постоянного поля в одном направлении, которое можно включать и выключать вместе с током. Это поле может затем отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. Это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морзе, который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на импульсах большой и малой длительности.Импульсы посылались опытными операторами, которые быстро включали и выключали ток с помощью подпружиненного переключателя с мгновенным контактом или ключа. Другой оператор на принимающей стороне затем переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.

Катушка вокруг магнита также может двигаться по шаблону с изменяющейся частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона. Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу с волнами переменного давления.Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитопровода, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные магниты из редкоземельных металлов теперь используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сообщил Марш Live Science.

Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку входить и выходить по магнитному сердечнику по той же схеме.Затем катушка прикрепляется к подвижному диффузору динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. Первым практическим применением микрофона и динамика был телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была усовершенствована и усовершенствована, она все еще является основой для записи и воспроизведения звука.

Применения электромагнитов почти бесчисленны. Закон индукции Фарадея формирует основу для многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров.Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку металлолома, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.

Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.

Дополнительные ресурсы

Закон Фарадея и закон электромагнитной индукции Ленца

Законы электромагнитной индукции Фарадея объясняют взаимосвязь между электрической цепью и магнитным полем.Этот закон является основным принципом работы большинства электродвигателей, генераторов, трансформаторов, индукторов и т. Д.

Первый закон Фарадея:

Всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, ЭДС индуцируется поперек проводника (называемая индуцированной ЭДС), и если проводник представляет собой замкнутую цепь, то индуцированный ток течет через него.
Магнитное поле можно варьировать различными методами —
1. Путем перемещения магнита
2. Перемещая катушку
3. Поворачивая катушку относительно магнитного поля

Второй закон Фарадея:

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что, , величина наведенной ЭДС равна скорости изменения магнитных связей с катушкой.Магнитопроводы — это произведение количества витков и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея:

Если считать, что проводник движется в магнитном поле, тогда
потокосцепление с катушкой в ​​исходном положении проводника = NΦ 1 (Wb) (N — скорость двигателя, Φ — поток)
потокосцепление с катушкой в ​​конечном положении проводника = NΦ 2 (Wb)
изменение потокосцепления с начального на конечное = N (Φ 1 — Φ 2 )
пусть Φ 1 — Φ 2 = Φ
следовательно, изменение потокосцепления = NΦ
и скорость изменения потокосцепления = NΦ / t
взяв производную от RHS
скорость изменения магнитных связей = N (dΦ / dt)

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея , скорость изменения магнитных связей равна наведенной ЭДС

Итак, E = N (dΦ / dt) (вольт )

Феномен взаимной индукции

Переменный ток, протекающий в катушке, создает вокруг нее переменное магнитное поле.Когда две или более катушек магнитно связаны друг с другом, тогда переменный ток, протекающий через одну катушку, вызывает наведенную ЭДС на других связанных катушках. Это явление называется взаимной индукцией.

Закон Ленца

Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что, когда ЭДС индуцируется в соответствии с законом Фарадея, полярность (направление) этой индуцированной ЭДС такова, что она противодействует причине ее возникновения.

Таким образом, учитывая закон Ленца


E = -N (dΦ / dt) (вольт)

Отрицательный знак показывает, что направление наведенной ЭДС и направление изменения магнитных полей имеют противоположные знаки.

Электромагнитная индукция | Инжиниринг | Фэндом

Электромагнитная индукция не следует путать с «Магнитной индукцией», которая обычно относится к Магнитному полю.

Электромагнитная индукция — это создание разности электрических потенциалов (или напряжения) на проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном потоке.

Майклу Фарадею [1] обычно приписывают открытие явления индукции в 1831 году, хотя, возможно, его предвосхитили работы Франческо Зантедески [2] в 1829 году.

Фарадей обнаружил, что электродвижущая сила (ЭДС), создаваемая вокруг замкнутого пути, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через любую поверхность, ограниченную этим путем.

На практике это означает, что электрический ток будет индуцироваться в любой замкнутой цепи при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводником. Это применимо независимо от того, изменяется ли само поле по силе или через него перемещается проводник.

Электромагнитная индукция лежит в основе работы генераторов, асинхронных двигателей, трансформаторов и большинства других электрических машин.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит:

,

где

— электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах
Φ B — магнитный поток в сетках

Для общего, но особого случая катушки с проволокой, состоящей из N петель с одинаковой площадью, закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что

где

— электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах
N — количество витков провода
Φ B — магнитный поток в полотнах через одну петлю.

Далее, закон Ленца дает направление наведенной ЭДС, таким образом:

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

Следовательно, за знак минус в приведенном выше уравнении отвечает закон Ленца.

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

  • цитировать книгу | автор = Дэвид Дж.Гриффитс | title = Введение в электродинамику (3-е изд.) | издатель = Prentice Hall | год = 1998 | id = ISBN 013805326X
  • цитировать книгу | автор = Пол Типлер | title = Физика для ученых и инженеров: электричество, магнетизм, свет и элементарная современная физика (5-е изд.) | издатель = W. Х. Фриман | год = 2004 | id = ISBN 0716708108
  • J.S. Ковач и П. Сигнелл, Магнитная индукция (2001), документ проекта PHYSNET MISN-0-145.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм



Эксперимент Фарадея по индукции магнитного поля

Когда Майкл Фарадей сделал свое открытие электромагнитной индукции в 1831 году, он предположил, что изменяющееся магнитное поле необходимо для индукции тока в соседней цепи.Чтобы проверить свою гипотезу, он сделал катушку, обмотав бумажный цилиндр проволокой. Он подключил катушку к гальванометру, а затем перемещал магнит вперед и назад внутри цилиндра.

Щелкните и перетащите магнит назад и вперед внутри катушки.

Когда вы перемещаете магнит вперед и назад, обратите внимание, что стрелка гальванометра движется, указывая на то, что в катушке индуцируется ток. Также обратите внимание, что стрелка немедленно возвращается в ноль, когда магнит не движется.Фарадей подтвердил, что для возникновения электромагнитной индукции необходимо движущееся магнитное поле.

НАЗАД К РУКОВОДСТВАМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ И МАГНЕТИЗМУ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей.Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашим

Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: пятница, 31 марта 2017 г., 10:10
Счетчик доступа с 6 сентября 1999 г .: 2166788

Лекция 14

gc6 tb21.5
Петля из проволоки вращается в однородном магнитном поле. Что произойдет с наведенной ЭДС, если диаметр петли увеличен вдвое, но все остальные факторы остались прежними?
A. Индуцированная ЭДС в четыре раза больше.
Б. Индуцированная ЭДС в два раза больше.
C. Индуцированная ЭДС вдвое меньше.
D. Нет изменения наведенной ЭДС.
Ответ

PSE6 31,6
Магнитное поле 0,200 Тл существует внутри соленоида из 500 витков и диаметром 10.0 см. В чем период времени, поле должно быть уменьшено до нуля, если средняя наведенная ЭДС внутри соленоида за этот промежуток времени должно быть 10,0 кВ?
А. 5,33 µ с
Б. 78,5 µ с
C. 335 µ с
D. 22,2 мс
Ответ

Walker5 пр. 23-6
Металлическое кольцо выпадает из области магнитного поля в область, свободную от поля, как показано на рисунке. В наведенный ток в кольце ______.

А.по часовой стрелке
B. ноль
C. против часовой стрелки
Ответ

Walker5 23,27a
Проволочная петля проходит между полюсами магнита, как показано на рисунке. Когда петля находится над магнитом, наведенный ток в контуре ______.
А. по часовой стрелке
B. ноль
C. против часовой стрелки
Ответ

Walker5 Ex 23-8
Если B = 2,71 T, & ell; = 1,25 м и v = 3,1 м / с на рисунке ниже, с какой скоростью изменяется магнитный поток Φ?

А.3,88 Вт / с
Б. 10,5 Вт / с
C. 0,700 Вт / с
D. 28,4 Вт / с
Ответ

Walker5 пр. 23-6
Металлическое кольцо перемещается в область магнитного поля, как показано. В наведенный ток в кольце ______.

А. по часовой стрелке
B. ноль
C. против часовой стрелки
Ответ

A. Индуцированная ЭДС в четыре раза больше.
Магнитный поток пропорционален площади, которая будет увеличиваться в четыре раза при увеличении диаметра вдвое.Тогда изменение потока будет в четыре раза больше, как и наведенная ЭДС.

Б. 78,5 µ с

C. против часовой стрелки
По закону Ленца ток будет течь против часовой стрелки, чтобы выступить против уменьшения потока вне страницы. Индуцированный ток против часовой стрелки вызывает выход за пределы страницы. поток, который частично восстанавливает уменьшенный поток, который возникает, когда кольцо выпадает из области магнитного поля.
Как показано на рисунке, существует также сила магнитного сопротивления из-за индуцированного тока.

A. по часовой стрелке
Поток сообщений вне страницы через петлю увеличивается по мере приближения петли. полюса магнита. Индуцированный ток по часовой стрелке создает поток на странице, который препятствует изменению поток, который возникает, когда кольцо попадает в область самого сильного магнитного поля.


Б.10,5 Вт / с
Скорость изменения площади составляет v & ell; или (3,1 м / с) (1,25 м) = 3,88 м² / с. Поскольку поле перпендикулярно площади, Φ = BA , а скорость изменения потока просто (2,71 Тл) (3,88 м² / с) = 10,5 Тл · м² / с.


C. против часовой стрелки
По закону Ленца ток будет течь против часовой стрелки, чтобы противодействовать увеличению потока внутрь страницы. Индуцированный ток против часовой стрелки вызывает выход за пределы страницы. поток, который частично снижает увеличенный поток, замедляя скорость, с которой поток изменяется в кольце.


Вертикальная скорость (или V2) — это каботажное судно Impulse Coaster в Six Flags Great America, которое представляет собой каботажное судно, которое запускается вперед и назад с помощью электромагнитных двигателей. Вы можете видеть магниты над трассой, когда поезд с гонщиками запускается из станция. Первый запуск — довольно спешка, и вы продвигаетесь все быстрее и быстрее, двигаясь вперед и назад, пока не доберетесь до 70 миль в час.


Магнит подвешен над сверхпроводящей таблеткой, потому что индуцированные токи на поверхности сверхпроводника создать магнитное поле, которое противодействует полю магнита по закону Ленца.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *