Направление магнитной индукции: Магнитное поле. Магнитная индукция. Правила буравчика и правой руки. Сила Ампера. Правило левой руки

Содержание

Определение направления линий магнитного поля. Правило буравчика. Правило правой руки

Определение направления линий магнитного поля. Правило буравчика. Правило правой руки

Подробности
Просмотров: 475

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА для прямого проводника с током

— служит для определения направления магнитных линий ( линий магнитной индукции)
вокруг прямого проводника с током.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Допустим, проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа:

1. направление эл. тока от нас ( в плоскость листа)

Согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены по часовой стрелке.

или

2. направление эл. тока на нас ( из плоскости листа),

Тогда, согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены против часовой стрелки.

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ для соленоида, т.е. катушки с током

— служит для определения направления магнитных линий (линий магнитной индукции) внутри соленоида.

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

ПОДУМАЙ

1.Как взаимодействуют между собой 2 катушки с током?

2. Как направлены токи в проводах, если силы взаимодействия направлены так, как на рисунке?

3. Два проводника расположены параллельно друг другу. Укажите раправление тока в проводнике СД.

Жду решений на следующем уроке на «5»!

ИНТЕРЕСНО

Известно, что сверхпроводники ( вещества, обладающие при определенных температурах практически нулевым электрическим сопротивлением) могут создавать очень сильные магнитные поля. Были проделаны опыты по демонстрации подобных магнитных полей. После охлаждения керамического сверхпроводника жидким азотом на его поверхность помещали небольшой магнит. Отталкивающая сила магнитного поля сверхпроводника была столь высокой, что магнит поднимался, зависал в воздухе и парил над сверхпроводником до тех пор, пока сверхпроводник, нагреваясь, не терял свои необыкновенные свойства.

Электромагнитное поле — Класс!ная физика


Магнитное поле —
Определение направления линий магнитного поля —
Обнаружение магнитного поля по его действию на проводник с током —
Магнитная индукция. Магнитный поток —
Явление электромагнитной индукции —
Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

магнитная индукция, направление, поле постоянного магнита и соленоида

Устройство магнитного поля представляют с помощью силовых линий. Также их называют интегральными кривыми. Они показывают, как расположились бы свободные стрелки компаса в поле. В зависимости от формы магнита, схема направления магнитных линий будет различаться. Самые известные примеры — картина поля постоянных магнитов, соленоидов, проводников с током.

Магнитная индукция

Эта величина — главная характеристика магнитного поля. Она определяет его силу в конкретной точке пространства и показывает, как магнит воздействует на электрический заряд, перемещающийся с заданной скоростью. Понятие индукции необходимо не только при описании магнитов и их полей, но и во всей теории электромагнетизма.

Почему вокруг проводника с током возникают силовые линии? Взаимосвязь магнетизма и электричества была изучена Майклом Фарадеем. Именно он установил, что переменное электрическое поле создает постоянное магнитное, а переменное у магнита — постоянное электрическое.

Магнитная индукция — векторная величина. Направление этого вектора совпадает со свободной стрелкой компаса или с перпендикуляром к витку с током. Определить, куда направлен ток или силовые линии, можно с помощью правила буравчика или правой руки.

Линии магнитной индукции построены таким образом, что в каждой их точке индукция направлена по касательной к кривой. Модуль вектора тем больше, чем сильнее поле.

Свойства силовых линий

Особенности этих кривых связаны со свойствами самого поля. Для линий магнитной индукции характерно:

  1. Они замкнуты или начинаются и заканчиваются в бесконечности (например, для бесконечного соленоида)
  2. Нигде не прерываются.
  3. Имеют определенное направление, зависящее от того, куда идет ток.
  4. Чем сильнее поле, тем более густо расположены его линии.

Свойства замкнутости и непрерывности кривых связано с тем, что магнитных зарядов, подобных электрическим, не существует. Любой, даже самый маленький магнит имеет 2 полюса. Если его разрезать, каждая часть получит свои собственные полюса: северный и южный. Интегральные кривые поля вокруг постоянного магнита выходят из одного полюса и заходят в другой.

Это важное отличие магнитного поля от электрического. Интегральные кривые электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, поэтому они разомкнуты. Электрические заряды можно разделить.

Как увидеть строение поля

Впервые увидеть картину поля удалось в 1269 году, когда Петр Перегрин насыпал на постоянный сферический магнит небольшие железные иголки. Они выстроились в определенном порядке, расположившись по кривым, выходящим из одной точки и входящим в другую. Эти линии и называются теперь магнитными.

На сферическом магните точки, в которых сходились кривые, выглядели как полюса на глобусе и по аналогии с ними были названы. Позже было установлено, что Земля сама является огромным магнитом.

Эрстед с помощью своего знаменитого опыта установил влияние электричества на магнитную стрелку. Если поместить ее рядом с проводником, при пропускании тока по проводу указатель поворачивается перпендикулярно ему. Он повернется на 180 градусов, если пустить электроток в обратную сторону.

Увидеть строение поля можно с помощью железных опилок. Если их насыпать на неметаллическую пластину и поместить над магнитом, опилки выстроятся как раз по силовым кривым поля.

Различные схемы направления

У постоянного полосового магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, огибая магнит. Так же выглядит поле катушки (соленоида) с током, но в этом случае направление кривых зависит от направления тока. Они выходят из того полюса, где ток входит в катушку. При этом внутри катушки поле однородно, линии параллельны друг другу. Если представить бесконечный соленоид, все его поле будет находиться внутри катушки и будет однородным.

У дугообразного (подковообразного) магнита линии соединяют северный и южный полюса. Внутри дуги они прямые, а за ее пределами огибают магнит.

Поле прямого проводника с током имеет вид окружностей, перпендикулярных проводнику и имеющих центр в нем самом. Если пустить ток в противоположную сторону, кривые тоже станут направлены противоположно.

Направление окружностей определяется по правилу часовой стрелки или буравчика:

  1. Если ток по проводнику течет в сторону наблюдателя, линии направлены по часовой стрелке.
  2. Их направление совпадает с вращения винта (буравчика), который движется вдоль тока (закручивается, если от наблюдателя, и выкручивается, если к человеку).

Для витка с током справедливы подобные правила, но с некоторыми изменениями:

  1. Правило часов: силовые линии направлены к наблюдателю, если он видит, что ток течет по часовой стрелке.
  2. Правило буравчика: направление кривых совпадает с движением винта, который крутят так же, как идет ток.

Чем меньше расстояние до проводника, тем гуще расположены окружности. По мере удаления они постепенно разрежаются. Это показывает, что магнитное поле ослабевает при удалении от проводника.

Вектор магнитной индукции. Сила Ампера

 

Направление вектора магнитной индукции \vec{B}

 

Определение: за направление вектора магнитной индукции принимают направление от южного полюса к северному свободно устанавливающейся в магнитном поле магнитной стрелки.

Это направление совпадает с направлением положительной нормали к контуру с током.

Определение: нормаль – это единичный вектор, перпендикулярный данной поверхности.

Направление положительной нормали определяется по правилу буравчика (правой руки)

 

Правило буравчика: если буравчик (правый винт, штопор) вращать так, чтобы поступательно он двигался по току, то его рукоятка будет вращаться по направлению поля.

Расположение магнитных полюсов Земли и направление магнитного поля Земли

 

Магнитные полюса Земли перепутаны: рядом с северным географическим полюсом расположен южный магнитный, а рядом с южным географическим – северный магнитный.

Направление магнитного поля постоянных магнитов

 

Модуль вектора магнитной индукции

 

Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, она поворачивается под действием магнитных сил.

Если рамка перпендикулярна плоскости прямоугольника \Rightarrow действующий на нее момент сил максимален.

 

B=\frac{M}{IS}

M – максимальный момент сил, действующих на рамку со стороны поля

 

Сила Ампера

 

Сила Ампера действует со стороны магнитного поля на проводник с током.

 

B_{\parallel}=B\cos\alpha – горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции (не оказывает влияния на проводник).

B_{\perp}=B\sin\alpha – вертикальная составляющая вектора магнитной индукции.

l – длина участка проводника.

F_{A}=IBl\sin\alpha

Правило левой руки: если левую руку расположить так, чтобы пальцы были направлены по току, а вертикальная оставляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец левой руки покажет направление силы Ампера.

 

Магнитная индукция

2

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ПОЛЕ


существует вокруг электрического
заряда, материально.
Основное свойство
электрического поля: действие с силой
на эл.заряд, внесенный в него.

Электростатическое
поле

поле неподвижного эл.заряда, не меняется
со временем.

Напряженность
электрического поля.
 
количественная характеристика эл.
поля.
— это отношение силы, с которой
поле действует на внесенный точечный
заряд к величине этого заряда.
— не
зависит от величины внесенного заряда,
а характеризует электрическое поле!

Направление
вектора напряженности
 
совпадает
с направлением вектора силы, действующей
на положительный заряд, и противоположно
направлению силы, действующий на
отрицательный заряд.

Напряженность
поля точечного заряда:

где
q0 — заряд, создающий электрическое
поле.
В любой точке поля напряженность
направлена всегда вдоль прямой,
соединяющей эту точку и q0.

3

ПРИНЦИП
СУПЕРПОЗИЦИИ ( НАЛОЖЕНИЯ ) ПОЛЕЙ

Если
в данной точке пространства различные
электрически заряженные частицы 1, 2,
3… и т.д. создают электрические поля с
напряженностью Е1, Е2, Е3 … и т.д., то
результирующая напряженность в данной
точке поля равна геометрической сумме
напряженностей.

Силовые
линии
 эл.
поля — непрерывные линии, касательными
к которым являются векторы напряженности
эл.поля в этих точках.

Однородное
эл.поле
 
напряженность поля одинакова во всех
точках этого поля.

Свойства
силовых линий:
 не
замкнуты (идут от + заряда к _ ), непрерывны,
не пересекаются,
их густота говорит
о напряженности поля (чем гуще линии,
тем больше напряженность).

Графически
надо уметь
показать
 эл.поля:
точечного заряда, двух точечных зарядов,
обкладок
конденсатора ( в учебнике
есть).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ПОЛЕ
заряженного шара.

Есть
заряженный проводящий шар радиусом R.


заряд равномерно рапределен лишь по
поверхности шара! 

Напряженность
эл. поля снаружи:

Напряженность
внутри шара: 

Е
= 0

12

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ


характеризует способность двух
проводников накапливать электрический
заряд. 

не зависит от q и U.
— зависит от
геометрических размеров проводников,
их формы, взаимного расположения,
электрических свойств среды между
проводниками.

Единицы
измерения в СИ: ( Ф — фарад )

КОНДЕНСАТОРЫ


электротехническое устройство,
накапливающее заряд
( два проводника,
разделенных слоем диэлектрика ).

где
d много меньше размеров проводника.

Обозначение
на электрических схемах:

Все
электрическое поле сосредоточено внутри
конденсатора.
Заряд конденсатора —
это абсолютное значение заряда одной
из обкладок конденсатора.

Виды
конденсаторов:
1.
по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные,
керамические, электролитические
2. по
форме обкладок: плоские, сферические.
3.
по величине емкости: постоянные,
переменные (подстроечные).

Электроемкость
плоского конденсатора

где
S — площадь пластины (обкладки) конденсатора
d
— расстояние между пластинами
eо —
электрическая постоянная
e —
диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Включение
конденсаторов в электрическую цепь

параллельное

последовательное

Тогда общая электроемкость
(С):

при
параллельном включении

.при
последовательном включении

ЭНЕРГИЯ
ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор
— это система заряженных тел и обладает
энергией.
Энергия любого конденсатора:

где
С — емкость конденсатора
q — заряд
конденсатора
U — напряжение на обкладках
конденсатора
Энергия конденсатора
равна работе, которую совершит
электрическое поле при сближении пластин
конденсатора вплотную,
или равна
работе по разделению положительных и
отрицательных зарядов , необходимой
при зарядке конденсатора.

ЭНЕРГИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

Энергия
конденсатора приблизительно равна
квадрату напряженности эл. поля внутри
конденсатора.
Плотность энергии эл.
поля конденсатора:

14

Электри́ческий
ток
 —
направленное (упорядоченное)
движение заряженных частиц[1][2][3].
Такими частицами могут являться:
в металлах —электроны,
в электролитах — ионы (катионы и анионы),
в газах — ионы и электроны,
в вакууме при
определенных условиях — электроны,
вполупроводниках —
электроны и дырки (электронно-дырочная
проводимость). Иногда электрическим
током называют также ток
смещения,
возникающий в результате изменения во
времени электрического поля].

Сила
тока
 — физическая
величина ,
равная отношению количества
заряда ,
прошедшего через некоторую поверхность
за время ,
к величине этого промежутка времени[1]:

В
качестве рассматриваемой поверхности
часто используется поперечное сечение
проводника.

Сила
тока в Международной
системе единиц (СИ) измеряется
в амперах (русское
обозначение: А; международное: A), ампер
является одной из семиосновных
единиц СИ.
1 А = 1 Кл/с.

По закону
Ома сила
тока для
участка цепи прямо пропорциональна
приложенному напряжению к
участку цепи и обратно
пропорциональнасопротивлению проводника этого
участка цепи:

Носителями
заряда, движение которых, приводит к
возникновению тока, являются заряженные
частицы, в роли которых обычно
выступаютэлектроны, ионы или дырки.
Сила тока зависит от заряда этих
частиц, их концентрации ,
средней скорости упорядоченного движения
частиц ,
а также площади и
формы поверхности, через которую течёт
ток.

Если и постоянны
по объёму проводника, а интересующая
поверхность плоская, то выражение для
силы тока можно представить в виде

где  —
угол между скоростью частиц
и вектором
нормали к
поверхности.

В
более общем случае, когда сформулированные
выше ограничения не выполняются,
аналогичное выражение можно записать
только для силы тока ,
протекающего через малый элемент
поверхности площадью :

Тогда
выражение для силы тока, протекающего
через всю поверхность, записывается в
виде интеграла по поверхности

В металлах заряд
переносят электроны, соответственно в
этом случае выражение для силы тока
имеет вид

где
e — элементарный
электрический заряд.

Вектор называют плотностью
электрического тока.
Как следует из сказанного выше, его
величина равна силе тока, протекающей
через малый элемент поверхности единичной
площади, расположенный перпендикулярно
скорости ,
а направление совпадает с направлением
упорядоченного движения заряженных
частиц[2].

Для
измерения силы тока используют специальный
прибор — амперметр (для
приборов, предназначенных для измерения
малых токов, также используются названия
миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр).
Его включают в разрыв цепи в том месте,
где нужно измерить силу тока. Основные
методы измерения силы
тока: магнитоэлектрический, электромагнитный
и косвенный (путём измерения вольтметром
напряжения на известном сопротивлении).

В
случае переменного
тока различают
мгновенную силу тока, амплитудную
(пиковую) силу тока и эффективную силу
тока (равную силе постоянного тока,
который выделяет такую же мощность).

Пло́тность
то́ка
 —
векторная физическая
величина,
имеющая смысл силы
тока,
протекающего через элемент поверхности
единичной площади[1].
Например, при равномерном распределении
плотности тока и всюду ортогональности
её плоскости сечения, через которое
вычисляется или измеряется ток, величина
вектора плотности тока:

где I —
сила тока через поперечное сечение
проводника площадью S (также
см.рисунок).

Иногда
речь может идти о скалярной[2] плотности
тока, в таких случаях под ней подразумевается
именно та величина j,
которая приведена в формуле.

В
общем случае:

,

где  —
нормальная (ортогональная) составляющая
вектора плотности тока по отношению к
элементу поверхности площадью ;
вектор —
специально вводимый вектор элемента
поверхности, ортогональный элементарной
площадке и имеющий абсолютную величину,
равную её площади, позволяющий записать
подынтегральное выражение как обычное
скалярное произведение.

Как
видим из этого определения, сила тока
есть поток
вектора плотности
тока через некую заданную фиксированную
поверхность.

В
простейшем предположении, что все
носители тока (заряженные частицы)
двигаются с одинаковым вектором
скорости и
имеют одинаковые заряды (такое
предположение может иногда быть
приближенно верным; оно позволяет лучше
всего понять физический смысл плотности
тока), а концентрация их ,

или

где —
плотность заряда этих носителей.

Направление
вектора соответствует
направлению вектора скорости ,
с которой движутся заряды,
создающие ток, если q положительно.

В
реальности даже носители одного типа
движутся вообще говоря и как правило с
различными скоростями. Тогда под следует
понимать среднюю скорость.

В
сложных системах (с различными типами
носителей заряда, например, в плазме
или электролитах)

то
есть вектор плотности тока есть сумма
плотностей тока по всем типам подвижных
носителей; где — концентрация
частиц каждого
типа, —
заряд частицы данного типа, —
вектор средней скорости частиц этого
типа.

Выражение
для общего случая может быть записано
также через сумму по всем индивидуальным
частицам:

15

Зако́н
О́ма
 — эмпирический физический закон,
определяющий связь электродвижущей
силы источника или
электрического напряжения с силой
тока и сопротивлением проводника.
Экспериментально установлен в 1826
году,
и назван в честь его первооткрывателя Георга
Ома.

В
своей оригинальной форме он был записан
его автором в виде : ,

Здесь X —
показания гальванометра,
т.е в современных обозначениях сила
тока Ia —
величина, характеризующая свойства
источника тока, постоянная в широких
пределах и не зависящая от величины
тока, то есть в современной терминологии
электродвижущая сила (ЭДС) , l —
величина, определяемая длиной соединяющих
проводов, чему в современных представлениях
соответствует сопротивление внешней
цепи R и,
наконец, b параметр,
характеризующий свойства всей установки,
в котором сейчас можно усмотреть учёт
внутреннего сопротивления источника
тока r[1].

В
таком случае в современных терминах и
в соответствии с предложенной автором
записи формулировка Ома (1) выражает

Закон
Ома для полной цепи
:

,
(2)

где:

  •  — ЭДС источника
    напряжения,

  •  — сила
    тока в
    цепи,

  •  — сопротивление всех
    внешних элементов цепи,

  •  — внутреннее
    сопротивление источника
    напряжения.

Из
закона Ома для полной цепи вытекают
следствия:

  • При r<<R сила
    тока в цепи обратно пропорциональна
    её сопротивлению. А сам источник в ряде
    случаев может быть назван источником
    напряжения

  • При r>>R сила
    тока от свойств внешней цепи (от величины
    нагрузки) не зависит. И источник может
    быть назван источником тока.

Часто[2] выражение:

 (3)

(где есть напряжение или падение
напряжения,
или, что то же, разность
потенциалов между
началом и концом участка проводника)
тоже называют «Законом Ома».

Таким
образом, электродвижущая сила в замкнутой
цепи, по которой течёт ток в соответствии
с (2) и (3) равняется:

 (4)

То
есть сумма падений напряжения на
внутреннем сопротивлении источника
тока и на внешней цепи равна ЭДС источника.
Последний член в этом равенстве
специалисты называют «напряжением на
зажимах», поскольку именно его показывает
вольтметр, измеряющий напряжение
источника между началом и концом
присоединённой к нему замкнутой цепи.
В таком случае оно всегда меньше ЭДС.

К
другой записи формулы (3), а именно:

 (5)

применима
другая формулировка:

Сила
тока в участке цепи прямо пропорциональна
напряжению и обратно пропорциональна
электрическому сопротивлению данного
участка цепи.

Выражение
(5) можно переписать в виде:

 (6)

где
коэффициент
пропорциональности G назван проводимость или электропроводность.
Изначально единицей измерения проводимости
был «обратный Ом» —
[3],
в Международной
системе единиц (СИ) единицей
измерения проводимости является си́менс (русское
обозначение: См;
международное: S),
величина которого равна обратному ому.

ЗАКОН
ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При
прохождениии тока по проводнику проводник
нагревается, и происходит теплообмен
с окружающей средой, т.е. проводник
отдает теплоту окружающим его телам.

Количество
теплоты, выделяемое проводником с током
в окружающую среду, равно произведению
квадрата силы тока, сопротивления
проводника и времени прохождения тока
по проводнику.

По
закону сохранения энергии количество
теплоты, выделяемое проводником численно
равно работе, которую совершает
протекающий по проводнику ток за это
же время.

В
системе СИ:

[Q]
= 1 Дж

19

МАГНИТНОЕ
ПОЛЕ


это особый вид материи, посредством
которой осуществляется взаимодействие
между движущимися электрически
заряженными частицами.


СВОЙСТВА
( стационарного) МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Постоянное
(или стационарное) 
магнитное
поле — это магнитное поле, неизменяющееся
во времени .

1.
Магнитное поле создается движущимися
заряженными частицами и телами,
проводниками с током, постоянными
магнитами.

2.
Магнитное поле действует на
движущиеся заряженные частицы и тела,
на проводники с током, на постоянные
магниты, на рамку с током.

3.
Магнитное поле вихревое,
т.е. не имеет источника.


это силовая характеристика магнитного
поля.

Вектор
магнитной индукции направлен всегда
так, как сориентирована свободно
вращающаяся магнитная стрелка в магнитном
поле.

Единица
измерения магнитной индукции в системе
СИ:

Направление линий магнитной индукции


определяется по правилу буравчика или
по правилу правой руки.

Правило
буравчика
 (
в основном для прямого проводника с
током):

Если
направление поступательного движения
буравчика совпадает с направлением
тока в проводнике, то направление
вращения ручки буравчика совпадает с
направлением линий магнитного поля
тока.

Правило
правой руки
 (
в основном для определения направления
магнитных линий 
внутри
соленоида):

Если
обхватить соленоид ладонью правой руки
так, чтобы четыре пальца были направлены
вдоль тока в витках, то отставленный
большой палец покажет направление линий
магнитного поля внутри соленоида.

Существуют
другие возможные варианты применения
правил буравчика и правой руки.

Сила ампера


это сила, с которой магнитное поле
действует на проводник с током.

Модуль
силы Ампера равен произведению силы
тока в проводнике на модуль вектора
магнитной индуции, длину проводника и
синус угла между вектором магнитной
индукции и направлением тока в проводнике.

Сила
Ампера максимальна, если вектор магнитной
индукции перпендикулярен проводнику.

Если
вектор магнитной индукции параллелен
проводнику, то магнитное поле не оказывает
никакого действия на проводник с током,
т.е. сила Ампера равна нулю.

Направление
силы Ампера
 определяется
по правилу
левой руки
:

Если
левую руку расположить так, чтобы
перпендикулярная проводнику составляющая
вектора магнитной индукции входила в
ладонь, а 4 вытянутых пальца были
направлены по направлению тока, то
отогнутый на 90 градусов большой палец
покажет направление силы, действующий
на проводник с током.

Примеры:

или 

Действие магнитного поля на рамку с током

Однородное
магнитное поле ориентирует рамку (т.е.
создается вращающий момент и рамка
поворачивается в положение, когда вектор
магнитной индукции перпендикулярен
плоскости рамки).

Неоднородное
магнитное поле ориентирует + притягивает
или отталкивает рамку с током.

Так,
в магнитном поле прямого проводника с
током (оно неоднородно) рамка с током
ориентируется вдоль радиуса магнитной
линии и притягивается или отталкивается
от прямого проводника с током в зависимости
от направления токов.

22

Магнитный
момент витка с током это физическая
величина, как и любой  другой магнитный
момент, характеризует магнитные свойства
данной системы. В нашем случае систему
представляет круговой виток с током.
Этот ток создает магнитное поле, которое
взаимодействует с внешним магнитным
полем. Это может быть как поле земли,
так и поле постоянного или электромагнита.

Рисунок — 1
круговой виток с током

 Круговой
виток с током можно представить в виде
короткого магнита. Причем этот магнит
будет направлен перпендикулярно
плоскости витка. Расположение полюсов
такого магнита определяется с помощью
правила буравчика. Согласно которому
северный плюс будет находиться за
плоскостью витка, если ток в нем будет
двигаться по часовой стрелке.

Рисунок—  2
Воображаемый полосовой магнит на оси
витка

 На
этот магнит, то есть на наш круговой
виток с током, как и на любой другой
магнит, будет воздействовать внешнее
магнитное поле. Если это поле будет
однородным, то возникнет вращающий
момент, который будет стремиться
развернуть виток. Поле буде поворачивать
виток так чтобы его ось расположилась
вдоль поля. При этом силовые линии самого
витка, как маленького магнита, должны
совпасть по направлению с внешним полем.

 Если
же внешнее поле будет не однородным, то
к вращающему моменту добавится и
поступательное движение. Это движение
возникнет вследствие того что участки
поля с большей индукцией будут притягивать
наш магнит в виде витка больше чем
участки с меньшей индукцией. И виток
начнет двигаться в сторону поля с большей
индукцией.

 Величину
магнитного момента кругового витка с
током можно определить по формуле.

Магнитная индукция — Википедия. Что такое Магнитная индукция

Магни́тная инду́кция B→{\displaystyle {\vec {B}}} — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой F→{\displaystyle {\vec {F}}} магнитное поле действует на заряд q{\displaystyle q}, движущийся со скоростью v→{\displaystyle {\vec {v}}}.

Более конкретно, B→{\displaystyle {\vec {B}}} — это такой вектор, что сила Лоренца F→{\displaystyle {\vec {F}}}, действующая со стороны магнитного поля[1] на заряд q{\displaystyle q}, движущийся со скоростью v→{\displaystyle {\vec {v}}}, равна

F→=q[v→×B→]{\displaystyle {\vec {F}}=q\left[{\vec {v}}\times {\vec {B}}\right]}
F=qvBsin⁡α{\displaystyle F=qvB\sin \alpha }

где косым крестом обозначено векторное произведение, α — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора F→{\displaystyle {\vec {F}}} перпендикулярно им обоим и направлено по правилу буравчика).

Также магнитная индукция может быть определена[2] как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещённую в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В системе СГС единицей магнитной индукции является гаусс (Гс), в СИ — тесла (Тл)

1 Тл = 104 Гс

Магнитометры, применяемые для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами.

Основные уравнения

Поскольку вектор магнитной индукции является одной из основных фундаментальных физических величин в теории электромагнетизма, он входит в огромное множество уравнений, иногда непосредственно, иногда через связанную с ним напряжённость магнитного поля. По сути, единственная область в классической теории электромагнетизма, где он отсутствует, это пожалуй разве только чистая электростатика.

  • (Здесь формулы приведем в СИ, в виде для вакуума[3], где есть варианты для вакуума — для среды; запись в другом виде и подробности — см. по ссылкам).

В магнитостатике

В магнитостатическом пределе[4] наиболее важными являются:

Направление линий магнитной индукции определяется по правилу буравчика (правой руки).









⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 11Следующая ⇒

Примеры некоторых магнитных полей Линии поля Определение направления линий магнитной индукции
Поле прямого тока
Линии магнитной индукции прямого тока представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току.
Большой палец правой руки направляют по току в проводнике, четыре пальца сжимают в кулак, направление, в котором загибаются пальцы, совпадает с направлением линии магнитной индукции.
Поле кругового тока Четыре пальца правой руки сжимают в кулак, так, чтобы направление, в котором загибаются пальцы, совпадало с направлением тока в проводнике, тогда отогнутый большой палец укажет направление линии магнитной индукции.
Поле соленоида (катушки с током) Тот конец соленоида, из которого линии магнитной индукции выходят, является ее северным магнитным полюсом, другой конец, в который линии индукции входят, является южным магнитным полюсом.
 
Определяется аналогично полю кругового тока.

 

Магнитное поле обнаруживается по действию на проводники с током или движущуюся заряженную частицу.

 

  Сила Ампера Сила Лоренца
Определение Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу.
Формула
Направление Правило левой руки:если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отогнутый на 90обольшой палец укажет направление силы Ампера. Правило левой руки:если руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по направлению движения положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90обольшой палец укажет направление силы Лоренца.

 
 
Работа силы ,где угол между векторами и . Сила Лоренца не совершает над частицей работу и не изменяет ее кинетическую энергию, она только искривляет траекторию частицы, сообщая ей центростремительное ускорение.

 




Характер движения заряженных частиц в магнитном поле.

1) Частица с зарядом попадает в магнитное поле так, что вектор параллелен , в этом случае , частица движется прямолинейно и равномерно.

2) Частица с зарядом попадает в магнитное поле так, что вектор перпендикулярен , в этом случае частица движется по окружности в плоскости, перпендикулярной линиям индукции.

3) Частица с зарядом попадает в магнитное поле так, что вектор составляет некоторый угол с вектором , в этом случае частица движется по спирали.

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 4 . Найти период его обращения.

Ответ: 8,9

Из формулы, полученной при решении задачи, следует, что период обращения заряженной частицы в магнитном поле не зависит от скорости, с которой она влетает в магнитное поле и не зависит от радиуса окружности, по которой она движется.

Содержание

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Электромагнитная индукция – это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре, находящемся в изменяющемся магнитном поле. Если проводящий контур замкнут, то в нем возникает индукционный ток.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ (ЗАКОН ФАРАДЕЯ): ЭДС индукции равна по модулю скорости изменения магнитного потока.

или , где число витков в контуре, магнитный поток.

Знак «минус» в законе отражает правило Ленца: индукционный ток своим магнитным потоком препятствует изменению того магнитного потока, которым он вызван.

, где площадь поверхности контура, угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура.

, где индуктивность проводника.

Индуктивность зависит от формы, размеров проводника (индуктивность прямого проводника меньше индуктивности катушки), от магнитных свойств окружающей проводник среды.

 

Способы получения ЭДС индукции Формула Природа сторонних сил Определение направления индукционного тока
Проводник находится в переменном магнитном поле , где Вихревое электрическое поле, которое порождается изменяющимся магнитным полем. Алгоритм:
1) Определить направление внешнего магнитного поля.
2) Определить увеличивается или уменьшается магнитный поток.
3) Определить направление магнитного поля индукционного тока. Если >0,то , если
<0, то
4) По правилу буравчика (правой руки) по направлению определить
направление индукционного тока.
Изменяется площадь контура , где
Изменяется положение контура в магнитном поле (изменяется угол ) , где
Проводник движется в однородном магнитном поле , ,
где угол между
Сила Лоренца Правило правой руки: если ладонь расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный большой палец совпадал с направлением скорости проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.
Самоиндук-ция – явление возникнове-ния ЭДС индукции в проводнике, по которому идет изменяющий-ся ток
или
Вихревое электрическое поле Ток самоиндукции направлен в ту же сторону, что и ток созданный источником, если сила тока уменьшается, ток самоиндукции направлен против тока созданного источником, если сила тока увеличивается.

Пример использования алгоритма:




При решении задач на электромагнитную индукцию используют закон Ома: , причем .

ЭНЕГРИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ВИХРЕВЫЕ И ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОЛЯ

 

  Потенциальные поля:
гравитационное,
электростатическое
Вихревые (непотенциальные) поля
магнитное вихревое электрическое
Источник поля Неподвижный электрический заряд Движущийся заряд (электрический ток) Изменяющее-ся магнитное поле
Индикатор поля (объект, на который поле действует с некоторой силой) Электрический заряд Движущийся заряд (электрический ток) Электричес-кий заряд
Линии поля Незамкнутые линии напряженности электрического поля, начинаются на положительных зарядах Замкнутые линии магнитной индукции Замкнутые линии напряженнос-ти

 

Свойства сил потенциальных полей (консервативных сил):

1) Работа сил потенциального поля не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела.

2) Работа сил потенциального поля при перемещении тела (заряда) по замкнутой траектории равна нулю.

3) Работа сил потенциального поля равна изменению потенциальной энергии тела (заряда), взятому со знаком «минус».

Содержание

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

Электромагнитные колебания – это периодические изменения заряда, силы тока, напряжения.

формула для расчета периода электромагнитных колебаний (формула Томсона).

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ осуществляются в колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивностью и конденсатора емкости .Для того, чтобы в контуре возникли колебания, конденсатор необходимо зарядить, сообщив ему заряд .

Идеальный колебательный контур – контур, сопротивление которого равно нулю. В реальных контурах , поэтому колебания затухают, сообщенная контуру первоначально энергия превращается в тепло.

ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ (ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК)

Переменный ток можно получить, вращая проводящую рамку в магнитном поле. При этом магнитный поток будет изменяться по закону синуса или косинуса.

Мгновенное значение ЭДС индукции в контуре

где максимальное значение ЭДС индукции если рамка содержит витков, то

Действующим значением напряжения и силы переменного тока называют напряжение и силу такого постоянного тока, при котором в цепи выделяется такое же количество теплоты, как и при данном переменном токе.

Вольтметры и амперметры, включенные в цепь переменного тока, измеряют действующие значения.

 

 

НАГРУЗКИ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

 

РЕЗОНАНС В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ – это резкое возрастание амплитуды колебаний силы тока и напряжения при совпадении частоты подаваемого в цепь переменного тока с собственной частотой колебания цепи. Резонанс возможен, если цепь, содержащую индуктивность и емкость и имеющую собственную частоту колебаний , которая зависит только от и , подключают к цепи переменного тока с частотой причем Резонансная частота

При резонансе

ТРАНСФОРМАТОР – прибор, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты. Состоит из первичной и вторичной катушек, надетых на замкнутый сердечник. Первичная катушка содержит количество витков и подключается к источнику переменного тока, вторичная катушка содержит количество витков и подключается к потребителю электроэнергии.

Коэффициент трансформации

Повышая напряжение в несколько раз, трансформатор уменьшает силу тока во столько же раз:

Повышают напряжение и понижают соответственно силу тока при передаче энергии от электростанций к потребителю для того, чтобы уменьшить тепловые потери на проводах ЛЭП, затем получают напряжение, необходимое для потребителя с помощью понижающих трансформаторов.

Содержание

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

 

Электромагнитная волна– распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Теория электромагнитных волн создана Дж. Максвеллом в 60-х годах 19 века:

1) Переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле, переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле и т. д. Этот процесс лежит в образовании электромагнитной волны.

2) Источником электромагнитной волны является колеблющийся (движущийся с ускорением) заряд.

3) Электромагнитная волна в вакууме распространяется со скоростью света

4) Электромагнитные волны поперечные. Колебания векторов и происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые перпендикулярны направлению скорости распространения волны, т.е. взаимно перпендикулярны.

5) Колебания векторов и совпадают по фазе, т. е. они одновременно обращаются в нуль и одновременно достигают максимума.

6) Электромагнитные волны могут отражаться, преломляться, им присущи явления интерференции, дифракции, дисперсии, поляризации.

Впервые электромагнитные волны были обнаружены немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. В своих экспериментах Герц использовал открытый колебательный контур, представляющий собой отрезок металлического проводника (антенну или вибратор Герца).

ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ

Радиосвязь – передача информации с помощью электромагнитных волн.

РАДИОПЕРЕДАТЧИК

Элементы Назначение
Микрофон Преобразует звуковые колебания в электромагнитные колебания низкой частоты, которые несут информацию, но не излучаются в пространство.
Генератор высокой частоты Создает высокочастотные колебания, которые могут излучаться в пространство, но не несут информацию.
Модулятор Изменяет параметры высокочастотных колебаний с помощью колебаний низкой частоты, создаются волны, которые несут информацию и могут излучаться в пространство.
Передающая антенна Излучает модулированные колебания в пространство

РАДИОПРИЕМНИК

Элементы Назначение
Приемная антенна В приемной антенне электромагнитные волны возбуждают высокочастотные колебания.
Колебательный
контур переменной емкости
Выделяет из всевозможных электромагнитных колебаний те колебания, частота которых совпадает с частотой этого контура. Частоту контура можно изменять за счет изменения емкости контура.
Детектор Выделяет из модулированных высокочастотных колебаний низкочастотные колебания.
Динамик Преобразует низкочастотные электрические колебания в звуковые колебания.

КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОВОЛН

Наименование Диапазон длин волн (м) Свойства
Длинные
Средние
10000 – 1000
1000 — 100
Огибают земную поверхность. Используются для радиосвязи между пунктами расположенными на поверхности Земли вне прямой видимости.
Короткие 100 — 10 Отражаются от ионосферы и поверхности Земли.
Используются для радиосвязи на любых расстояниях между двумя пунктами на Земле.
Ультракороткие <10 Проникают сквозь ионосферу и почти не огибают Землю. Используются для радиосвязи между пунктами,
находящимися в пределах прямой видимости, для радиосвязи с космическими кораблями.

Содержание

 

 

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

1)Закон прямолинейного распространения света:




Читайте также:







Направление наведенной ЭДС и тока | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 12 класс> Физика> Электромагнитная индукция

регистр
Авторизоваться

  • Дом
  • Классы
    • 6 класс 7 класс 8 класс 9 класс 10 класс 11 класс 12 Дополнительные ссылки другие
      Предметы
      • Социальные исследования

      Просмотреть все предметы

      Предметы

      amp

      • & Science
      • & Science
      • Техническое образование
      • Непальский
      • Гражданское и нравственное воспитание
      • Обязательная математика
      • Социальные науки
      • Математика по выбору
      • Здоровье и физическое воспитание

      Просмотреть все предметы

      Предметы
      • Наука
      • Социальные науки
      • Образование Обязательная математика
      • Английский язык
      • Компьютер
      • Математика по выбору
      • Непальский
      • Здоровье и физическое воспитание
      • Бухгалтерский учет

      Просмотреть все предметы

      Предметы
      • Наука
      • Социальные исследования
      • Здравоохранение и общественное образование
      • Бухгалтерский учет
      • Компьютер
      • Английский язык
      • Дополнительная математика
      • नेपाली
      • Грамматика

      Просмотреть все предметы

      Предметы
      • Наука
      • Социальные исследования
      • Дополнительный математический matics
      • EPH
      • Обязательная математика
      • Бухгалтерский учет
      • Английский
      • Компьютерные науки
      • Непальский

      Просмотреть все предметы

      Предметы
      • Физика
      • Экономика
      • Информатика
      • Компьютерные науки
      • Компьютерные науки Английский язык
      • Непальский
      • Массовая связь
      • Гостиничный менеджмент
      • Математика
      • Путешествия и туризм

Электромагнитная индукция — A-Level Physics Revision

После изучения этого раздела вы должны уметь:

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

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Флюсовая и флюсовая передача

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

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

Flux представляет собой полезную модель для объяснения эффектов магнитных полей.

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

Современная точка зрения состоит в том, что эти силы можно отнести к «обмену частицами».

При рисовании диаграмм магнитного поля:

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

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

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

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

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

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

Размер или величина наведенной ЭДС. зависит от:

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

Каждый виток катушки имеет потокосцепление, которое изменяется по мере вращения катушки. Магнитосцепление катушки из Н, витков составляет Н Φ , где Φ — поток, проходящий через катушку.

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

Закон Фарадея

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

Примеры электромагнитной индукции:

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

На электростанции электричество вырабатывается электромагнитом, вращающимся внутри медных катушек.

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

Закон Фарадея связывает величину наведенной ЭДС. к изменению потокосцепления.

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

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

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

В каком направлении?

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

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

Самолет, летящий в направлении север-юг, пересекает только вертикальную составляющую, в то время как полет с востока на запад включает в себя дополнительно пересечение горизонтальной составляющей.

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

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

В случае самолета, летящего с севера на юг:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Трансформатор

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

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

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

В трансформаторе:

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

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

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

КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — соотношение между напряжениями и количеством витков для идеального трансформатора:

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

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

ПРОВЕРКА ПРОГРЕССА

PPT — Глава 28: Презентация PowerPoint по магнитной индукции, скачать бесплатно

  • Глава 28: Магнитная индукция Раздел 28-1: Магнитный поток

  • Квадратная петля сторон a лежит в плоскости yz с одним углом в происхождении.Переменное магнитное поле B = ky проходит через петлю и направлено в направлении + x. Магнитный поток через петлю: • ka2 • ka2 / 2 • ka3 / 2 • ka3 / 3 • Все это неверно.

  • Квадратная петля сторон a лежит в плоскости yz с одним углом в начале координат. Переменное магнитное поле B = ky проходит через петлю и указывает в направлении + x. Магнитный поток через петлю: • ka2 • ka2 / 2 • ka3 / 2 • ka3 / 3 • Все это неверно.

  • Вы можете изменить магнитный поток через заданную поверхность, • изменив магнитное поле.• изменение площади поверхности, по которой распределено магнитное поле. • изменение угла между магнитным полем и рассматриваемой поверхностью. • любая комбинация от a до c. • ни одна из этих стратегий.

  • Вы можете изменить магнитный поток через заданную поверхность с помощью • изменения магнитного поля. • изменение площади поверхности, по которой распределено магнитное поле. • изменение угла между магнитным полем и рассматриваемой поверхностью. • любая комбинация от a до c.• ни одна из этих стратегий.

  • Предположим, вы удвоили магнитное поле в заданной области и увеличили в четыре раза площадь, через которую это магнитное поле существует. Воздействие на поток через эту область будет заключаться в том, чтобы • оставить его неизменным. • удвоить это. • увеличить его в четыре раза. • увеличить его в шесть раз. • увеличить его в восемь раз.

  • Предположим, вы удвоили магнитное поле в заданной области и учетверили площадь, через которую это магнитное поле существует.Воздействие на поток через эту область будет заключаться в том, чтобы • оставить его неизменным. • удвоить это. • увеличить его в четыре раза. • увеличить его в шесть раз. • увеличить его в восемь раз.

  • Магнитный поток через петлю изменяется согласно относительно отношения, где единица измерения — СИ. ЭДС, индуцированная в контуре при t = 2 с, составляет: • 38 В • 39 В • 40 В • 31 В • 19 В

  • Магнитный поток через контур изменяется в соответствии с в зависимости от того, где расположены единицы измерения. SI.ЭДС, индуцированная в контуре при t = 2 с, составляет • 38 В • 39 В • 40 В • 31 В • 19 В

  • Магнитный поток, проходящий через определенную катушку, дается где , единицы измерения — СИ. Катушка имеет 100 витков. Величина наведенной ЭДС при t = 1/200 с составляет • 100 В • 200 В • ноль • 2 / пи В • 1/50 пи В

  • Магнитный поток через определенную катушку дается где единиц являются SI. Катушка имеет 100 витков. Величина наведенной ЭДС при t = 1/200 с составляет • 100 В • 200 В • ноль • 2 / пи В • 1/50 пи В

  • Для какой из диаграмм ток будет течь через лампочка? (В 3 и 4 предположим, что магниты движутся в плоскости контура.) • 1 • 2 • 3 • 4 • 1 и 2

  • На какой из диаграмм ток будет течь через лампочку ? (В 3 и 4 предположим, что магниты движутся в плоскости петли.) • 1 • 2 • 3 • 4 • 1 и 2

  • Круговая петля радиуса R имеет 50 витков. Он лежит в плоскости xy . Зависящее от времени магнитное поле B (t) = A sin (ωt), где A — постоянная величина, проходит через петлю в направлении + z. ЭДС, индуцированная в контуре: • 50πAR2 sin (ωt) • 50πAR2 cos (ωt) • 50πωAR2 sin (ωt) • 50πωAR2 cos (ωt) • Ни один из них не является правильным.

  • Круговая петля радиуса R имеет 50 витков. Он лежит в плоскости xy . Зависящее от времени магнитное поле B (t) = A sin (ωt), где A — постоянная величина, проходит через петлю в направлении + z. ЭДС, индуцированная в контуре: • 50πAR2 sin (ωt) • 50πAR2 cos (ωt) • 50πωAR2 sin (ωt) • 50πωAR2 cos (ωt) • Ни один из них не является правильным.

  • Глава 28: Магнитная индукция Раздел 28-2: Индуцированная ЭДС и закон Фарадея

  • Плоскость круговой 200-витковой катушки с радиусом 5.25 см — это перпендикулярно однородному магнитному полю, создаваемому большим электромагнитом. Это поле изменяется с постоянной скоростью от 0,650 Тл до 0,150 Тл за 0,0100 с. Какова величина наведенной в катушке ЭДС? • 110 В • 170 В • 1,7 В • 26 В • 87 В

  • Плоскость круглой 200-витковой катушки с радиусом 5,25 см расположена на перпендикулярно однородному магнитному полю, создаваемому большим электромагнитом. Это поле изменяется с постоянной скоростью от 0,650 Тл до 0.150 Тл за 0,0100 с. Какова величина наведенной в катушке ЭДС? • 110 В • 170 В • 1,7 В • 26 В • 87 В

  • Согласно закону Фарадея, необходимым и достаточным условием для индукции электродвижущей силы в замкнутом контуре является наличие в контуре • магнитное поле. • магнитные материалы. • электрический ток. • изменяющийся во времени магнитный поток. • изменяющееся во времени магнитное поле.

  • Согласно закону Фарадея, необходимым и достаточным условием для индукции электродвижущей силы в замкнутом контуре является наличие в контуре • магнитного поля.• магнитные материалы. • электрический ток. • изменяющийся во времени магнитный поток. • изменяющееся во времени магнитное поле.

  • Мгновенная наведенная ЭДС в катушке с проводом, находящейся в магнитном поле • зависит от скорости изменения потока через катушку во времени. • зависит от мгновенного значения потока через катушку. • не зависит от площади катушки. • не зависит от количества витков катушки. • определяется сопротивлением последовательно с катушкой.

  • Мгновенная наведенная ЭДС в катушке с проволокой, находящейся в магнитном поле • зависит от скорости изменения потока через катушку во времени. • зависит от мгновенного значения потока через катушку. • не зависит от площади катушки. • не зависит от количества витков катушки. • определяется сопротивлением последовательно с катушкой.

  • Глава 28: Магнитная индукция Раздел 28-3: Закон Ленца и проверка концепции 28-1

  • Используя альтернативную формулировку закона Ленца, найдите направление индуцированного тока в контуре, показанном, если магнит движется влево (в сторону от петли).• По часовой стрелке. • Против часовой стрелки. • Ток не индуцируется.

  • Используя альтернативную формулировку закона Ленца, найдите направление индуцированного тока в показанной петле, если магнит движется влево (от петли). • По часовой стрелке. • Против часовой стрелки. • Ток не индуцируется.

  • Медное кольцо лежит в плоскости yz, как показано. Длинная ось магнита лежит вдоль оси x. Индуцированный ток течет через кольцо, как показано.Магнит • должен отводиться от кольца. • должен двигаться к кольцу. • должен оставаться в неподвижном состоянии, чтобы ток не протекал.

  • Медное кольцо лежит в плоскости yz, как показано. Длинная ось магнита лежит вдоль оси x. Индуцированный ток течет через кольцо, как показано. Магнит • должен отводиться от кольца. • должен двигаться к кольцу. • должен оставаться в неподвижном состоянии, чтобы ток не протекал.

  • Проводящая петля вокруг стержневого магнита начинает удаляться от магнита.Какие из следующих утверждений верно? • Магнит и петля отталкиваются друг от друга. • Магнит и петля притягиваются друг к другу. • Магнит и петля не притягиваются и не отталкиваются.

  • Проводящая петля вокруг стержневого магнита начинает удаляться от магнита. Какие из следующих утверждений верно? • Магнит и петля отталкиваются друг от друга. • Магнит и петля притягиваются друг к другу. • Магнит и петля не притягиваются и не отталкиваются.

  • Петля лежит в плоскости xy. Ось z перпендикулярна плоскости и положительна вверх. Направление изменяющегося потока указано стрелкой вдоль оси z. Какая диаграмма правильно показывает направление результирующего индуцированного тока в контуре?

  • Петля лежит в плоскости xy. Ось z перпендикулярна плоскости и положительна вверх. Направление изменяющегося потока указано стрелкой вдоль оси z.Какая диаграмма правильно показывает направление результирующего индуцированного тока в контуре?

  • На какой из следующих диаграмм ток будет течь в направлении по часовой стрелке? • 1 и 2 • 3 и 4 • 1 и 3 • 2 и 4 • 2 и 3

  • На какой из следующих диаграмм ток будет течь в направлении по часовой стрелке? • 1 и 2 • 3 и 4 • 1 и 3 • 2 и 4 • 2 и 3

  • Стержневой магнит опускается через петлю из медного провода, как показано на рисунке .Напомним, что линии магнитного поля направлены от северного полюса к южному полюсу. Если положительное направление индуцированного тока I в петле показано стрелками на петле, изменение I во времени, когда стержневой магнит проходит через петлю, качественно иллюстрируется каким из графиков? Время, когда средняя точка магнита проходит через петлю, обозначено буквой C.

  • Барный магнит опускается через петлю из медной проволоки, как показано .Напомним, что линии магнитного поля направлены от северного полюса к южному полюсу. Если положительное направление индуцированного тока I в петле показано стрелками на петле, изменение I во времени, когда стержневой магнит проходит через петлю, качественно иллюстрируется каким из графиков? Время, когда средняя точка магнита проходит через петлю, обозначено буквой C.

  • Какой закон выражает следующее утверждение? «Во всех случаях электромагнитной индукции индуцированные напряжения имеют такое направление, что создаваемые ими токи противодействуют вызывающему их эффекту.«• Закон Максвелла • Правило Флеминга • Закон Ленца • Закон Гаусса • Закон Ампера

  • Какой закон выражает следующее утверждение?« Во всех случаях электромагнитной индукции индуцированные напряжения имеют такое направление, что создаваемые ими токи противодействуйте эффекту, который их производит ». • Закон Максвелла • Правило Флеминга • Закон Ленца • Закон Гаусса • Закон Ампера

  • Глава 28: Магнитная индукция Раздел 28-4: ЭДС движения и проверка концепции 28-2

  • Когда генератор подает электрическую энергию в цепь, откуда она берется? • Энергия поступает от внешнего источника электроэнергии, такого как аккумулятор или электрическая розетка.• Энергия исходит от тепла, поглощаемого катушкой при ее вращении. • Энергия исходит от внешнего агента, который выполняет механическую работу с катушкой. • Энергия исходит от химических реакций внутри катушки. • Энергия исходит от ядерных реакций внутри катушки.

  • Когда генератор подает электрическую энергию в цепь, откуда она берется? • Энергия поступает от внешнего источника электроэнергии, такого как аккумулятор или электрическая розетка.• Энергия исходит от тепла, поглощаемого катушкой при ее вращении. • Энергия исходит от внешнего агента, который выполняет механическую работу с катушкой. • Энергия исходит от химических реакций внутри катушки. • Энергия исходит от ядерных реакций внутри катушки.

  • Катанка катится со скоростью 20 м / с по двум металлическим рельсам на расстоянии 1,0 м друг от друга, которые образуют замкнутый контур. Если магнитное поле на странице составляет 1,5 Тл, мощность, рассеиваемая на резисторе R, и направление тока соответственно составляют 33 мВт по часовой стрелке.• 33 мВт, против часовой стрелки. • 76 мВт, против часовой стрелки. • 76 мВт по часовой стрелке. • 50 мВт по часовой стрелке.

  • Катанка катится со скоростью 20 м / с по двум металлическим рельсам на расстоянии 1,0 м друг от друга, которые образуют замкнутый контур. Если магнитное поле на странице составляет 1,5 Тл, мощность, рассеиваемая на резисторе R, и направление тока соответственно составляют 33 мВт по часовой стрелке. • 33 мВт, против часовой стрелки. • 76 мВт, против часовой стрелки. • 76 мВт по часовой стрелке. • 50 мВт по часовой стрелке.

  • Катанка катится со скоростью 30 м / с по двум металлическим рельсам , 2.0 м друг от друга, образуя замкнутый контур. Мощность, рассеиваемая на резисторе R, и направление тока составляют соответственно 33 мВт по часовой стрелке. • 33 мВт, против часовой стрелки. • 2,0 Вт, против часовой стрелки. • 10 Вт по часовой стрелке. • 10 Вт против часовой стрелки.

  • Катанка катится со скоростью 30 м / с по двум металлическим рельсам на расстоянии 2,0 м друг от друга, которые образуют замкнутый контур. Мощность, рассеиваемая на резисторе R, и направление тока составляют соответственно 33 мВт по часовой стрелке. • 33 мВт, против часовой стрелки.• 2,0 Вт, против часовой стрелки. • 10 Вт по часовой стрелке. • 10 Вт против часовой стрелки.

  • Катанка катится со скоростью 8,0 м / с по двум металлическим рельсам на расстоянии 30 см друг от друга, которые образуют замкнутый контур. Однородное магнитное поле величиной 1,20 Тл находится внутри страницы. Величина и направление тока, наведенного в резисторе R, составляют • 0,82 А по часовой стрелке. • 0,82 А, против часовой стрелки. • 1,2 А, по часовой стрелке. • 1,2 А, против часовой стрелки. • 2,9 А против часовой стрелки.

  • Катанка катится со скоростью 8.0 м / с на двух металлических рельсах , расположенных на расстоянии 30 см друг от друга, которые образуют замкнутый контур. Однородное магнитное поле величиной 1,20 Тл находится внутри страницы. Величина и направление тока, наведенного в резисторе R, составляют • 0,82 А по часовой стрелке. • 0,82 А, против часовой стрелки. • 1,2 А, по часовой стрелке. • 1,2 А, против часовой стрелки. • 2,9 А против часовой стрелки.

  • Прямоугольная катушка, движущаяся с постоянной скоростью v, входит в область однородного магнитного поля слева. Когда катушка входит в поле, какая стрелка показывает направление магнитной силы?

  • Прямоугольная катушка, движущаяся с постоянной скоростью v, входит в область однородного магнитного поля слева.Когда катушка входит в поле, какая стрелка показывает направление магнитной силы?

  • Прямоугольная катушка, движущаяся с постоянной скоростью v, входит в область однородного магнитного поля слева. Когда катушка выходит из поля справа, какая стрелка показывает направление магнитной силы?

  • Прямоугольная катушка, движущаяся с постоянной скоростью v, входит в область однородного магнитного поля слева. Когда катушка выходит из поля справа, какая стрелка показывает направление магнитной силы?

  • Загрузить еще…

    Технические подробности

    Обзор Alnico

    Магниты

    Alnico обладают превосходной температурной стабильностью, высокой остаточной индукцией и относительно высокими энергиями. Алнико состоит в основном из сплавов алюминия, никеля и кобальта. Они производятся методом литья или спекания. Литые магниты могут быть изготовлены сложной формы, например подковы, что невозможно с другими магнитными материалами. Спеченные магниты Alnico обладают несколько более низкими магнитными свойствами, но лучшими механическими характеристиками, чем литые магниты Alnico.

    Наиболее часто используемый литой магнит Alnico — это Cast Alnico 5. Этот материал Alnico широко используется во вращающихся механизмах, измерителях, инструментах, чувствительных устройствах и удерживающих устройствах, и это лишь некоторые из них.

    Алнико твердый и хрупкий. Следовательно, обработка или сверление не могут выполняться обычными методами. Отверстия обычно просверливаются в литейном производстве, а магниты отливаются почти до окончательного размера, а затем обрабатываются механической обработкой с меньшими допусками.

    Alnico имеет низкую коэрцитивную силу и легко размагничивается при неосторожном обращении.Для оптимальной работы Alnico 5 магнитная длина должна быть примерно в 5 раз больше диаметра полюса или эквивалентного диаметра. Например, магнит диаметром 0,250 дюйма должен иметь длину около 1,250 дюйма.

    Из-за более высокой коэрцитивной силы Alnico 8 может использоваться в более коротких длинах и в форме дисков.

    > Узнать больше! Получите 30 000 футов обзора магнитов Alnico и ознакомьтесь с некоторыми из наших продуктов Alnico.

    Производственные мощности

    Магниты Alnico производятся методом литья или спекания.Литые магниты Alnico производятся путем заливки расплавленного металлического сплава в форму и последующей его обработки в различных циклах термообработки. Полученный магнит имеет темно-серый внешний вид и может иметь шероховатую поверхность. Обработанные поверхности выглядят блестящими, как сталь.

    Спеченные магниты производятся путем прессования мелкодисперсного порошка Алнико в прессе, а затем спекания из спеченного порошка в твердый магнит.

    Магнитные сборки Alnico

    КупитьМагниты.com может изготавливать металлические и другие компоненты готовых узлов, используя наши возможности обработки. Сборки Alnico могут быть изготовлены путем приклеивания магнитов с помощью клея, подходящего для ряда условий, путем механического закрепления магнитов или сочетанием этих методов. Из-за относительно хрупкой природы этих магнитных материалов прессовая посадка не рекомендуется.

    Средства для обработки поверхностей Alnico

    Коррозионная стойкость Alnico считается превосходной, и обработка поверхности не требуется.Однако магниты Alnico легко покрываются пластиковым покрытием из косметических соображений, если это необходимо.

    Ограничения обработки

    Alnico твердый и хрупкий, склонен к сколам и трещинам. Для обработки этого материала необходимо использовать специальные методы обработки. Отверстия должны быть выполнены указанными методами обработки. BuyMagnets.com может предоставить наш материал Alnico в соответствии с вашими требованиями.

    Намагничивание и транспортировка

    Для магнитов

    Alnico требуется намагничивающее поле около 3 кЭ.Из-за их относительно низкой коэрцитивной силы следует проявлять особую осторожность, чтобы гарантировать, что эти магниты не подвергаются неблагоприятным отталкивающим полям, поскольку они могут частично размагнитить магниты. Намагниченные магниты следует хранить с «хранителями», чтобы уменьшить возможность частичного размагничивания. Если Alnicos частично размагничен, их можно легко перемагнитить.

    Температурные эффекты

    Примерно до 1000 ° F изменения намагниченности в значительной степени обратимы и подвержены повторному намагничиванию, в то время как изменения выше этого значения в основном являются структурными, а не полностью обратимыми или повторно намагничиваемыми.Приблизительно 90% намагниченности при комнатной температуре сохраняется при температурах до 1000 ° F.

    Характеристики материала Alnico

    Литые материалы Alnico обычно содержат литейные пустоты и микротрещины внутри материала.

    Удерживающая сила

    Все указанные значения натяжения являются приблизительными и предлагаются только для сравнения. Они были измерены, когда поверхности полюсов контактировали с отшлифованной пластиной из мягкой стали толщиной 1/2 дюйма. Из-за природы магнетизма очень трудно установить определенную удерживающую силу, подходящую для всех приложений.Предлагается, чтобы каждый заказчик составлял свои собственные таблицы вытягивания на реальной модели.

    Подробнее о Alnico

    Alnico — это аббревиатура, относящаяся к сплавам железа, которые помимо железа состоят в основном из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), следовательно, al-ni-co с добавлением меди, а иногда и титана. Сплавы алнико ферромагнитны, обладают высокой коэрцитивной силой (сопротивлением потере магнетизма) и используются для изготовления постоянных магнитов. До появления в 1970-х годах редкоземельных магнитов они были самыми сильными магнитами.Другие торговые наименования сплавов этого семейства: Alni, Alcomax, Hycomax, Colum

    Электромагнитная индукция Wikipedia

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

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

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

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

    История []

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

    Электромагнитная индукция была обнаружена Майклом Фарадеем, опубликована в 1831 году. [3] [4] Она была независимо обнаружена Джозефом Генри в 1832 году. [5] [6]

    В первой экспериментальной демонстрации Фарадея (29 августа 1831 г.) он намотал два провода на противоположные стороны железного кольца или «тора» (устройство, подобное современному тороидальному трансформатору). [ необходима ссылка ] Основываясь на своем понимании электромагнитов, он ожидал, что, когда ток начнет течь по одному проводу, своего рода волна пройдет через кольцо и вызовет некоторый электрический эффект на противоположной стороне. Он подключил один провод к гальванометру и наблюдал за ним, пока подсоединял другой провод к батарее. Он видел переходный ток, который он назвал «волной электричества», когда он подключал провод к батарее, и другой, когда он отключал его. [7] Эта индукция была вызвана изменением магнитного потока, которое происходило при подключении и отключении батареи. [2] В течение двух месяцев Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда быстро вставлял стержневой магнит в катушку с проводами и из нее, и генерировал постоянный (постоянный) ток, вращая медный диск возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода («диск Фарадея «). [8]

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

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

    Теория []

    Закон индукции Фарадея и закон Ленца []

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

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

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

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

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

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

    где E {\ displaystyle {\ mathcal {E}}} — это ЭДС, а Φ B — магнитный поток.Направление электродвижущей силы задается законом Ленца, который гласит, что индуцированный ток будет течь в направлении, которое будет противодействовать вызвавшему его изменению. [18] Это связано с отрицательным знаком в предыдущем уравнении. Чтобы увеличить генерируемую ЭДС, общий подход состоит в том, чтобы использовать потокосцепление путем создания плотно намотанной катушки провода, состоящей из N идентичных витков, каждый с одинаковым магнитным потоком, проходящим через них. Результирующая ЭДС в Н в раз больше, чем у одиночного провода. [19] [20]

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

    Генерация ЭДС посредством изменения магнитного Поток через поверхность проволочной петли может быть достигнут несколькими способами:

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

    уравнение Максвелла – Фарадея []

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

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

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

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

    мы можем записать интегральную форму уравнения Максвелла – Фарадея

    ∮∂ΣE⋅dℓ = −ddt∫ΣB⋅dA {\ displaystyle \ oint _ {\ partial \ Sigma} \ mathbf {E} \ cdot d {\ boldsymbol {\ ell}} = — {\ frac {d} {dt}} {\ int _ {\ Sigma} \ mathbf {B} \ cdot d \ mathbf {A}}}

    Это одно из четырех уравнений Максвелла и поэтому играет фундаментальную роль в теории классических электромагнетизм.

    Закон Фарадея и теория относительности []

    Закон

    Фарадея описывает два разных явления: ЭДС движения , создаваемая магнитной силой на движущемся проводе (см. Сила Лоренца), и ЭДС трансформатора , создаваемая электрической силой из-за изменения магнитного поля дифференциальная форма уравнения Максвелла – Фарадея). Джеймс Клерк Максвелл обратил внимание на отдельные физические явления в 1861 году. [21] [22] Считается, что это уникальный пример в физике, где такой фундаментальный закон используется для объяснения двух таких разных явлений. [23]

    Альберт Эйнштейн заметил, что обе ситуации соответствуют относительному движению между проводником и магнитом, и на результат не влияет то, какой из них движется. Это был один из основных путей, которые привели его к развитию специальной теории относительности. [24]

    Приложения []

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

    Электрогенератор []

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

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

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

    Электрический трансформатор []

    Когда электрический ток в проволочной петле изменяется, изменяющийся ток создает изменяющееся магнитное поле.Второй провод, находящийся в зоне действия этого магнитного поля, будет испытывать это изменение магнитного поля как изменение связанного магнитного потока, d Φ B / d t . Таким образом, во втором контуре возникает электродвижущая сила, которая называется наведенной ЭДС или ЭДС трансформатора. Если два конца этого контура соединить через электрическую нагрузку, ток будет течь.

    Токовые клещи []

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

    Магнитный расходомер []

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

    E = −Bℓv, {\ displaystyle {\ mathcal {E}} = — B \ ell v,}

    где ℓ — расстояние между электродами в магнитном расходомере.

    Вихревые токи []

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

    • Сердечники низкочастотных электромагнитов переменного тока и трансформаторов, вместо того, чтобы быть сплошными металлическими, часто состоят из стопок металлических листов, называемых пластинами , разделенных непроводящими покрытиями. Эти тонкие пластины уменьшают нежелательные паразитные вихревые токи, как описано ниже.
    • Катушки индуктивности и трансформаторы, используемые на более высоких частотах, часто имеют магнитные сердечники, сделанные из непроводящих магнитных материалов, таких как феррит или железный порошок, скрепленные связующим из смолы.

    Пластины электромагнитов []

    Вихревые токи возникают, когда твердая металлическая масса вращается в магнитном поле, поскольку внешняя часть металла прорезает больше магнитных силовых линий, чем внутренняя часть; следовательно, индуцированная электродвижущая сила неоднородна; это имеет тенденцию вызывать электрические токи между точками наибольшего и наименьшего потенциала. Вихревые токи потребляют значительное количество энергии и часто вызывают опасное повышение температуры. [25]

    В этом примере показаны только пять пластин или пластин, чтобы показать подразделение вихревых токов.При практическом использовании количество наслоений или перфораций составляет от 40 до 66 на дюйм (от 16 до 26 на сантиметр), что снижает потери на вихревые токи примерно до одного процента. Хотя пластины могут быть разделены изоляцией, напряжение настолько низкое, что естественного ржавого / оксидного покрытия пластин достаточно для предотвращения протекания тока через ламинаты. [25]

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

    Паразитная индукция в проводниках []

    На этом рисунке сплошной медный стержень на вращающемся якоре проходит под кончиком полюсного наконечника N полевого магнита. Обратите внимание на неравномерное распределение силовых линий по медному стержню. Магнитное поле более сконцентрировано и, следовательно, сильнее на левом крае медного стержня (a, b), в то время как поле слабее на правом крае (c, d). Поскольку два края стержня движутся с одинаковой скоростью, эта разница в напряженности поля на стержне создает завихрения или текущие водовороты внутри медного стержня. ЭДС — это напряжение, которое можно измерить, перерезав провод, чтобы создать разрыв цепи, и прикрепив к проводам вольтметр. a b c Изображения и справочный текст взяты из общедоступной книги: Hawkins Electrical Guide, Volume 1, Chapter 19: Theory of the Armature, pp. 270–273, авторское право 1917 г., Тео. Audel & Co., Отпечатано в США

    Дополнительная литература []

    Внешние ссылки []

    CBSE NCERT Notes Класс 12 Физика Электромагнитная индукция

    Направление наведенного тока: закон Ленца

    Наведенный ток противодействует ИЗМЕНЕНИЮ по потоку.

    Пример 1:

    • Рассмотрим область, в которой магнитное поле действует в направлении вниз.
    • Пусть магнитное поле будет 20Тл, и оно преобразуется в 10Тл в нисходящем направлении.
    • При изменении магнитного поля происходит изменение магнитного потока, равное уменьшению магнитного потока.
    • При изменении магнитного потока возникает индуцированный ток.
    • Поток индуцированного тока будет пытаться противодействовать уменьшению потока.
    • Следовательно, направление индуцированного потока также будет направлено вниз.
    • Применяя правило для большого пальца правой руки Флеминга, направление тока задается по часовой стрелке.

    Пример 2:

    • Рассмотрим магнитное поле 20 Тл в направлении вверх. Если магнитный поток уменьшается до 10 Тл в направлении вниз.
    • Меняются и величина, и направление.
    • Поскольку поток изменяется, возникает индуцированный ток.
    • Направление индуцированного потока будет противоположным. т.е. восходящее направление.
    • Индуцированный поток будет противодействовать изменению, которое является направлением вниз.
    • Направление тока будет против часовой стрелки.

    Пример 3: —

    • Рассмотрим область с направленным вниз магнитным полем и прямоугольную петлю, которая входит в область магнитного поля.
    • В результате увеличения потока индуцированный поток будет противодействовать увеличению потока. это уменьшит поток.
    • Следовательно, индуцированный поток будет направлен вверх.
    • В результате индуцированный ток будет направлен против часовой стрелки.

    Пример 4: —

    • Рассмотрим область, имеющую магнитное поле в направлении вниз и прямоугольную петлю, выходящую из магнитного поля с некоторой скоростью v.
    • Поскольку он выходит, поэтому поток уменьшается, ток будет индуцироваться из-за изменения потока.
    • Индуцированный поток будет пытаться противодействовать изменению, т.е. он будет пытаться увеличить поток.
    • Наведенный поток направлен вниз, в результате направление тока будет по часовой стрелке.

    Задача: — Используйте закон Ленца для определения направления индуцированного тока в ситуациях, описанных на рис.:

    (а) Проволока неправильной формы, переходящая в круглую;

    (b) Круглая петля, деформируемая в узкую прямую проволоку.

    Ответ: — Согласно закону Ленца направление наведенной ЭДС таково, что она имеет тенденцию производить ток, который противодействует изменению магнитного потока, создавшего ее.

    (a) Когда форма проволоки изменяется, поток, проникающий через единицу площади поверхности, увеличивается. В результате индуцированный ток создает встречный поток.Следовательно, индуцированный ток течет по adcb.

    (b) Когда форма круглой петли деформируется в узкую прямую проволоку, поток, пронизывающий поверхность, уменьшается. Следовательно, индуцированный ток течет по

    e = (4×3,14x50x0,1×10) / (2×3,14×0,2)

    e = 5×10 -5 V a’d’c’b ’.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *