Закон эми формула: Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции . Видеоурок. Физика 11 Класс

Содержание

формула, краткое определение, описание явления

Автор Маргарита Малиновская На чтение 7 мин. Опубликовано

Наука, изучающая поле, которое взаимодействует с электрически заряженными телами называется электродинамикой. Основным её утверждением является закон электромагнитной индукции Фарадея. Формула, описывающая его, была получена экспериментальным путём, а после уже доказана теоретически. При этом некоторые учёные считают, что правило в одном уравнении затрагивает сразу два природных явления.

Общие сведения

Упорядоченное движение элементарных частиц, обладающих зарядом, приводит к появлению электрического тока. Его существование приводит к возникновению электромагнитного поля. Майкл Фарадей, зная об этом эффекте, предположил, что возможна и обратная зависимость. А натолкнул его на эти мысли эксперимент датского учёного Эрстеда.

В 1820 году физик из Дании провёл интереснейший опыт. Он взял магнитную стрелку и поместил над ней узкий проводник. Как только был подан ток, стрелка развернулась почти перпендикулярно к проводящему материалу. Если же он изменял направление протекания электротока, то указатель разворачивался на 180 градусов. Аналогично себя вела стрелка и при размещении её над проводником. Объяснить этот эффект можно было лишь предположением, что при протекании тока возникает магнитное поле, линии которого направлены радиально.

Считается, что явление было открыто случайно. Эрстед вёл преподавательскую деятельность. И вот на одном из своих уроков он демонстрировал ученикам эксперимент по тепловому воздействию электротока. Во время опыта один из студентов обратил внимание, что стрелка лежащего рядом компаса начинает отклоняться. Эрстед после отрицал случайность открытия, заявляя, что знал о нём заранее. Этот опыт стал первым эмпирическим доказательством взаимосуществования электрических и магнитных полей.

Открытие Эрстеда завлекло Фарадея. Он загорелся желанием научиться превращать магнетизм в электричество. Почти десять лет учёный ставил различные опыты, но только в 1831 году он смог открыть явление, позже названное электромагнитной индукцией. Благодаря ей учёный мечтал создать нового типа источник тока.

В это же время независимо от Фарадея в Америке Генри Джозеф, создавая магниты, обнаружил явление, приводящее к созданию в проводнике электродвижущей силы (ЭДС) при изменении тока. Названо оно было самоиндукцией. Вместе с ней он наблюдал и взаимоиндукцию. Но учёный не успел опубликовать свои результаты, немногим раньше это сделал Фарадей. Генри оставалось только подтвердить полученные результаты.

Опыт Фарадея

Вначале XIX века пришёлся бум на открытия в области электричества и магнетизма. Установленные в это время законы служат базисами и в современных исследованиях. Так, одним из важных открытий стала взаимосвязь между магнитными и электрическими полями. Фарадею удалось сделать то, что не получилось у Эрстеда и Ампера. Он смог превратить магнетизм в электричество.

Для открытия своего закона учёному понадобилось подготовить:

  • магнит;
  • две проволочные катушки;
  • гальванометр;
  • источник тока.

Фарадей провёл два разных опыта. Для первого он собрал цепь, содержащую одну катушку. Вокруг неё он передвигал магнит и смотрел за поведением гальванометра. Физик наблюдал как при внесении намагниченного тела в катушку, стрелка в измерительном устройстве откланялась. При выведении же из проводника указатель изменял направление. Если же магнит оставался неподвижным, то гальванометр ток не обнаруживал.

Полученные результаты Фарадей назвал самонаводящимся электричеством. Эти наблюдения послужили началом зарождения такой науки, как электротехника. В работе всех современных электродвигателей лежит использование рассмотренного принципа.

Во втором эксперименте Фарадей использовал две катушки. К одной он подключил источник переменного тока, а ко второй измерительный прибор. При этом он опять же наблюдал ток, возникающий во вторичном проводнике. Фактически Фарадей сам того не зная изобрёл трансформатор.

Открытия позволили сформулировать определение, после названное именем учёного. Звучит закон Фарадея в современной трактовке так: когда поток вектора индукции, пронизывающий замкнутый, контур проводника, изменяется, то в замкнутой цепи возникает упорядоченное движение электрических зарядов. Другими словами, возникает ток. Природное же явление называют электромагнитной индукцией, а возникший ток — индукционным.

Описывается закон Фарадея формулой: E = — ΔФ / Δt. Как видно из выражения электродвижущая сила зависит от скорости, с которой изменяется магнитный поток. При этом знак минус показывает направление индукционного тока. Определяется он по правилу Лоренца. Таким образом, идея Фарадея описывает как двигательную ЭДС, так и трансформаторную, то есть генерируемую магнитной и электрической силами. Впервые на это обратил внимание Максвелл, который в своих трудах дал подробное физическое объяснение для каждого из этих двух явлений.

Закон Максвелла

В 1873 году Джон Максвелл теоретически изложил действие электромагнитного поля. Его уравнения составили основу для создания электротехники. Уравнения, полученные им устанавливают взаимосвязь магнитных явлений с электрическими и наоборот. Вместе с тем физик обнаружил, что значение распространения электромагнитной волны совпадает со скоростью света.

Физический смысл уравнений заключается в следующем:

  • изменение электрического поля приводит к возникновению магнитного: Edl = -dФ/dt;
  • если существует магнитное поле, то оно вызывает появление электрического: Hdl = -dN/dt.

В формулах: E — это напряжение электрополя на участке цепи; H — напряжённость; N — поток индукции; t — время. В том случае, когда контур замкнут при изменении магнитного потока возникает электродвижущая сила (ЭДС). Проявляется она в виде индукционного тока: I = e * i / R, где R — сопротивление цепи. Если контур будет незамкнутым, то в месте обрыва возникнет разность потенциалов.

Направление движения индукционного тока определяется по правилу Ленца. Формулироваться оно будет так: возникающее движение носителей зарядов направлено таким образом, чтобы магнитное поле противодействовало потоку им вызывающимся. На практике же сторону движения индукционного тока можно определить следующим образом:

  • выяснить направление внешнего магнитного поля;
  • узнать возрастает или спадает поток вектора магнитной индукции;
  • используя правило Ленца, определить направление вектора;
  • воспользовавшись методом правого винта найти направление индукционного тока в контуре.

Таким образом, если имеется N витков в контуре, то сила индукции равна: E = — N * (dФ / dt). Отсюда сила тока в цепи будет следующей: I = E / R. Если же длина проводника равна L, а скорость V, то в однородном постоянном поле электромагнитную индукцию (ЭМИ) можно найти как E = B * V * L * sin (a), где альфа-угол между векторами.

Кратко объяснить природу ЭДС самоиндукции можно так. Пусть имеется проводник длиной L вокруг которого изменяется магнитное поле со скоростью V. На заряд двигающийся под действием намагниченности оказывает влияние сила Лоренца: F = q * (E + v * B). Отрицательные заряды собираются возле одного края проводника, а некомпенсированные положительные у другого. В итоге возникает напряжение. Представляет оно собой ЭДС индукции (e * i). Найти её значение можно, определив работу, которая совершается силой Лоренца при движении заряда по проводнику: ei = A / q = F * L / q = B·V·L·sin (a).

Применение явления

Значение закона Фарадея трудно недооценить, понимая, в каких целях он используется на практике. Вся электрическая промышленность построена на реализации открытия учёного. Одним из устройств использующего принцип возникновения ЭДС за счёт движения замкнутого проводника в магнитном поле является электрический генератор.

Его работа заключается в том, что если постоянный магнит перемещать относительно контура, то возникнет электродвижущая сила. Соответственно подключив проводник к нагрузке, можно получить ток. А это значит, что механическая энергия превратится в электрическую. При этом различают два принципиально разных механизма работы:

  1. Индуцированный — вращение магнита, вокруг не изменяющего своё положение проводника. В этом случае электрическое поле двигает заряды через проводник.
  2. Двигательный — магнит неподвижен, а проводник вращается. Появляется сила Лоренца, и магнитное поле толкает заряды.

Второе, но не менее важное устройство, электродвигатель. По сути, это генератор работающий «задом наперёд». На заряд действует магнитная сила, вращающая диск в обратном направлении, определить которое можно по правилу левой руки. Если будут потери небольшие, например, связанные с трением или выделением тепла, то подключённый диск будет вращаться с такой скоростью, чтобы отношение dF / dt сравнялось с разностью потенциалов вызывающего ток.

На использовании ЭДС построена работа и трансформатора. Проходящий по первичным виткам переменный электрический ток приводит к возникновению магнитного поля. Последнее и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу. Если только концы катушки подключить к нагрузке, то через неё сразу же потечёт ток.

В СИ индуктивность измеряется в генри [Гн]. Величина магнитного потока пропорциональна току: Ф = L * I. Отсюда следует, что один генри равен отношению вебер на секунду [Вб / с], а он, в свою очередь, равняется вольту [В]. Напряжённость электрического поля принято выражать в амперах, делённых на метр [A / m].

Законы электромагнитной индукции Фарадея • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

После того как в начале XIX века было установлено, что электрические токи порождают магнитные поля (см. Открытие Эрстеда, Закон Био—Савара), ученые заподозрили, что должна наблюдаться и обратная закономерность: магнитные поля должны каким-то образом производить электрические эффекты. В 1822 году в своей записной книжке Майкл Фарадей записал, что должен найти способ «превратить магнетизм в электричество». На решение этой задачи у него ушло почти десять лет.

Не раз за эти годы он возвращался к этой проблеме, пока не придумал серию экспериментов, кажущихся крайне незамысловатым по современным меркам. На железную катушку в форме бублика, например, он с одной стороны намотал плотные витки длинного, заизолированного от железного сердечника проводника, подключаемые к сильной электрической батарее, а с другой — плотные витки электрического проводника, подключенного к гальванометру — прибору для обнаружения электрического тока. Железный сердечник был нужен для «поимки» силовых линий образующегося магнитного поля и передачи их внутрь контура второй обмотки.

Первые результаты пришли не сразу. Сначала, сколько Фарадей ни наблюдал за своей установкой, при протекании электрического тока по первичной обмотке тока во вторичной обмотке не возбуждалось. Могло показаться, что предположения Фарадея относительно «преобразования» электричества в магнетизм и обратно ошибочны. И тут на помощь пришел случай: обнаружилось, к полному удивлению Фарадея, что стрелка гальванометра в цепи вторичной обмотки скачкообразно отклоняется от нулевого положения лишь при подключении или отключении батареи. И тогда Фарадея посетило великое прозрение: электрическое поле возбуждается лишь при изменении магнитного поля. Самого по себе присутствия магнитного поля недостаточно. Сегодня эффект возникновения электрического поля при изменении магнитного физики называют электромагнитной индукцией.

Повторяя свои опыты и анализируя результаты, Фарадей вскоре пришел к выводу, что протекающий по контуру электрический заряд пропорционален изменению т. н. магнитного потока, проходящего через него. Представьте себе, что замкнутый электропроводящий контур положен на лист бумаги, через который проходят силовые линии магнитного поля. Магнитным потоком называется произведение площади контура на напряженность (условно говоря, число силовых линий) магнитного поля, проходящего через эту площадь перпендикулярно ей. В первоначальной формулировке закон электромагнитной индукции Фарадея гласил, что при изменении магнитного потока, проходящего через контур, по проводящему контуру протекает электрический заряд, пропорциональный изменению магнитного потока, который возбуждается без всякого внешнего источника питания типа электрической батареи. Не будучи до конца удовлетворенным формулировкой, в которой фигурировала столь трудноизмеримая величина, как электрический заряд, Фарадей вскоре объединил свой закон с законом Ома и получил формулу (иногда ее принято называть вторым законом электромагнитной индукции Фарадея) для определения электродвижущей силы, возникающей в результате изменения магнитного потока через контур.

Изменить магнитный поток через контур можно тремя способами:

  • изменить площадь контура;
  • изменить интенсивность магнитного поля;
  • изменить взаимную ориентацию магнитного поля и плоскости, в которой лежит контур.

Последний метод работает, поскольку при таком движении изменяется проекция магнитного поля на перпендикуляр к площади контура, хотя ни напряженность магнитного поля, ни площадь контура не меняются. Это очень важно с практической точки зрения, поскольку именно это явление лежит в основе действия любого электрогенератора. В самом простом варианте генератора проволочный контур вращается между полюсами сильного магнита. Поскольку в процессе вращения магнитный поток, проходящий через контур, постоянно меняется, по нему всё время протекает электрический ток. Согласно правилу Ленца, на протяжении одного полуоборота контура ток будет течь в одну сторону, а на протяжении следующего полуоборота — в другую. Собственно, по этому принципу и вырабатывается так хорошо нам знакомый переменный ток, который поступает в дома жителей всего мира по сетям энергоснабжения. И не важно, что частота его в Америке равна 60 герц, а в Европе — 50 герц; важен сам принцип его получения. А тот факт, что американские генераторы совершают 60 оборотов в секунду, а европейские — 50 оборотов в секунду, — это уже дань исторической традиции.

Электрогенераторы играли, играют и будут играть важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии — и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т. п.

Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей, демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу (John Peel), Канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, всё это очень интересно, а какой от всего этого толк?»

«Какой толк? — якобы удивился Фарадей. — Да вы знаете, сэр, сколько налогов в казну эта штука со временем будет приносить?!»

См. также:

Явление ЭМИ. Закон Фарадея. Вихревые токи — Студопедия

К началу К следующей лекции

К содержанию К титулу

[1] М. Фарадей (1791–1867) – английский физик.

В 1821 году Эрстед обнаружил, что любой ток создает вокруг себя магнитное поле. Возник вопрос: способно ли магнитное поле порождать электрический ток? Само сочетание «ЭМИ» означает создание электричества с помощью магнетизма.

Фарадей обнаружил, что в проводящем контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока через контур (рис.1). Он показал, что величина индукционного тока зависит не от , а от (вводя в соленоид с током железный сердечник, ).

ЭМИ — явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

Экспериментально было установлено, что величина Ii не зависит от способа изменения Ф, а определяется лишь скоростью его изменения. Максвелл обобщил результаты экспериментов Фарадея и сформулировал закон ЭМИ в математическом виде.

Если в контуре протекает ток Ii, значит, в нем действует э.д.с., которая получила название э.д.с. ЭМИ.

Закон Фарадея для ЭМИ:

.

Э.д.с. ЭМИ в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром, взятой со знаком «минус».

деформация изменение В вращение

контура

При экспериментах можно наблюдать эффект, который дает каждое из слагаемых. Знак «минус» имеет принципиальное значение и отражает закон сохранения энергии. Вначале он был установлен экспериментально профессором Петербургского университета Э.Х. Ленцем в 1834 году.



Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать причине, его вызвавшей.

Немецкий физик Г. Гельмгольц показал, что основной закон ЭМИ является следствием закона сохранения энергии.

Рассмотрим замкнутый проводящий контур, помещенный в неоднородное магнитное поле. Если в него включить гальванический элемент (рис. 2), то под действием сил Ампера незакрепленный контур придет в движение.

— работа, совершенная силой Ампера при перемещении контура,

— изменение магнитного потока сквозь площадь контура за время ,

— работа, совершаемая током за время по преодолению электрического сопротивления цепи,

— полная работа за время , совершаемая гальваническим элементом.

— по закону сохранения энергии.

, где


Таким образом, при изменении магнитного потока, сцепленного с контуром, в контуре возникает добавочная .

Природа ЭМИ.

1. Если проводник движется в постоянном магнитном поле, возникновение ЭМИ объединяется действием силы Лоренца на заряды внутри проводника (свободные электроны). Между концами проводника возникает разность потенциалов (рис. 3), т.е. электрическое поле с напряженностью . Перераспределение свободных электронов прекращается, когда сила, действующая на них со стороны электрического поля, равна Fл.

, если ,

(т.к. ), , ,

,

где — магнитный поток сквозь поверхность, прочерчиваемую проводником при его движении.

Если проводник замкнуть, в нем возникнет :

, где- сопротивление проводника.

Направление определяется правилом правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а большой палец, отставленный на 900 сонаправить с движением проводника, то 4 вытянутых пальца покажут направление .

2. Если неподвижный замкнутый проводник находится в переменном магнитном поле, сила Лоренца не действует на неподвижные заряды. Максвелл предположил, что переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве переменное вихревое электрическое поле, которое является причиной возникновения в неподвижном проводнике.

Циркуляция вектора напряженности этого поля по любому неподвижному замкнутому контуру L представляет собой :

Вихревые токи (токи Фуко)

Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках, при этом замкнутая цепь индукционного тока образуется в толще самого проводника и они носят вихревой характер. Вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников. Впервые на это обратил внимание французский физик Л. Фуко.

Применение токов Фуко.

1. Тепловое действие токов Фуко используют в индукционных печах. Такая печь представляет собой катушку, питаемую высокочастотным током большой силы, внутрь которой помещают проводящее тело, которое разогревается токами Фуко до плавления. Так осуществляют плавление металлов в вакууме для получения материалов высокой чистоты.

2. Прогрев внутренних металлических частей вакуумных установок для их обезгазживания.

3. Для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов. Токи Фуко, как индукционные токи, подчиняются правилу Ленца. Если между полюсами не включенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания, то при включении тока он испытывает сильное торможение и очень быстро останавливается. Это объясняется тем, что возникающие токи Фуко направлены так, что действующая на них со стороны магнитного поля сила Ампера тормозит движение маятника.

Во многих случаях токи Фуко нежелательны. Так сердечники трансформаторов набирают из тонких пластин, разделенных изолирующими прослойками, для предотвращения потерь энергии на нагревание.

Явление ЭМИ применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этого используются генераторы переменного тока, принцип действия которых основан на возникновении ei в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле.

Физика 11 класс. Все формулы и определения

Физика 11 класс. Все формулы и определения

«Физика 11 класс. Все формулы и определения» — это Справочник по физике для учащихся 11 класса, доступный для просмотра в Интернете с компьютера, планшета и смартфона. Автор справочных таблиц: Е.А. Марон (кандидат пед. наук, учитель физики). Смотрите также справочные материалы по физике за другие классы:

Формулы 7 класс
 Формулы 8 класс
 Формулы 9 класс
 Формулы 10 класс


В пособии «Физика 11 класс. Все формулы и определения» представлено 30 тем за 11 класс.

1 Магнитное поле и его свойства

Магнитное поле и его свойства. Опыт Ампера. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Модуль вектора магнитной индукции


2 Сила Ампера. Сила Лоренца

Сила Ампера. Сила Лоренца. Движение q в однородном магнитном поле.


3 Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции (ЭМИ). Магнитный поток. Правило Ленца. Закон ЭМИ.


4 Самоиндукция

Самоиндукция. Проявление самоиндукции. Индуктивность. Энергия МП тока. Теория Максвелла


5 Механические колебания

 

Механические колебания. Условия возникновения свободных колебаний. Характеристики механических колебаний. Математический маятник. Гармонические колебания.


6 Фаза колебаний. Затухающие и вынужденные колебания

Фаза колебаний. Сдвиг фаз колебаний. Затухающие и вынужденные колебания


7 Механические волны

Механические волны. Причины возникновения. Продольные волны. Распространение волн в упругих средах

8 Колебательный контур

Колебательный контур. Электромагнитные колебания. Аналогия. Формула Томсона


9 Переменный ток

Переменный ток. Активное сопротивление. Средняя мощность. Резонанс


10 Генерирование электроэнергии

Генерирование электроэнергии. Индукционный генератор переменного тока. Передача электроэнергии


11 Трансформаторы

Трансформаторы. Устройство трансформатора. Работа нагруженного трансформатора и на холостом ходу


12 Электромагнитные волны

Электромагнитные волны. Опыты Герца.


13 Принципы радиосвязи

Принципы радиосвязи. Амплитудная модуляция. Детектирование. Распространение радиоволн. Радиолокация


14 Световые волны.

Световые волны.


15 Законы отражения и преломления света

Закон отражения света. Закон преломления света


16 Линза

Линза. Виды линз. Оптическая сила линз. Формула тонкой линзы. Построение изображения в линзах.


17 Свойства световых волн

Свойства световых волн. Опыты Ньютона. Интерференция света. Дифракция. Естественный свет


18 Элементы теории относительности

Элементы теории относительности. Принцип относительности. Постулаты теории. Основные следствия из теории относительности


19 Излучение и спектры

Излучение и спектры. Виды излучений. Виды спектров. Спектральный анализ


20 Виды электромагнитных излучений

Виды электромагнитных излучений. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Рентгеновские лучи.


21 Световые кванты. Фотоэффект

Световые кванты. Фотоэффект. Законы фотоэффекта.


22 Теория фотоэффекта

Теория фотоэффекта. Формула Планка. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм света.


23 Строение атома

Строение атома. Опыт Резерфорда. Планетарная модель атома и ее противоречия. Постулаты Бора.


24 Лазеры

Лазеры. Индуцированное излучение. Свойства лазерного излучения. Принцип действия лазера


25 Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц

Методы наблюдения и регистрации элементарных частиц. Счетчик Гейгера. Камера Вильсона. Пузырьковая камера. Метод толстослойных фотоэмульсий


26 Явление радиоактивности

Явление радиоактивности. Опыт Резерфорда. Свойства излучений. Закон радиоактивного распада. Изотопы.


27 Строение атомного ядра

Строение атомного ядра. Открытие нейтрона. Модель ядра. Энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции


28 Деление ядер урана

Деление ядер урана. Механизм деления урана. Цепные ядерные реакции. Образование плутония


29 Ядерный реактор. Термоядерные реакции

Ядерный реактор. Термоядерные реакции


30 Биологическое действие радиоактивных излучений

Биологическое действие радиоактивных излучений. Поглощенная доза излучений. Экспозиционная доза. Эквивалентная доза поглощенного излучения. Радиационные эффекты


Справочник «Физика 11 класс. Все формулы и темы». Смотрите также другие Справочники по физике:

Формулы 7 класс
 Формулы 8 класс
 Формулы 9 класс
 Формулы 10 класс

Электромагнитная индукция

Элементарным магнитным потоком




через физически малый элемент поверхности площадью
называется скалярное произведение вектора индукции магнитного поля


на вектор нормали

к данному элементу поверхности и на площадь dS:



Магнитным потоком ФB через поверхность площадью S называется сумма всех элементарных потоков через все элементы этой поверхности (интеграл по поверхности):



Анализируя свойства интеграла в правой части данного соотношения, можем получить условия, когда для определения потока не требуется интегрирование.

Простейший вариант: потока нет, если



1)магнитное поле равно нулю, или
2)вектор магнитной индукции направлен по касательной к поверхности в любой ее точке ().

Второй вариант: поток есть произведение индукции на площадь (т. е.
, если . В частном случае одновременно выполняются два условия: вектор индукции направлен под постоянным углом к нормали и имеет одну и ту же величину в любой точке поверхности.

Индукцией называется явление возникновения одного поля (например, электрического) при изменении другого поля (например, магнитного). В общем случае циркуляция одного поля пропорциональна быстроте изменения потока второго поля (через поверхность, ограниченную контуром, по которому рассчитана циркуляция).

Электромагнитной индукцией называется явление возникновения электрического поля при изменении потока магнитного поля.

Закон ЭМИ: циркуляция электрического поля по замкнутому контуру
пропорциональна быстроте изменения потока магнитного поля
через поверхность
ограниченную контуром
по которому рассчитана циркуляция. Математически:



где знак «–» соответствует «правилу Ленца» (см. учебник).

В расшифрованном виде



В результате ЭМИ возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. Поле с ненулевой циркуляцией называется вихревым.

Если в таком поле находится проводящее вещество, то в веществе возникает вихревой электрический ток, величина которого пропорциональна напряженности вихревого электрического поля. Такие токи называются токами Фуко.

Если проводящее вещество имеет форму замкнутого контура (кольца), тогда циркуляция электрического поля в нем по пределению является ЭДС, которая в случае ЭМИ называется ЭДС индукции. Закон ЭМИ для проводящего контура будет выглядеть так:



Ток, который в этом случае появляется в контуре, называется индукционным.

Обозначая ЭДС индукции символом инд и используя закон Ома для полной цепи, получим выражение для тока индукции:

                                                                                                                                              Iинд = инд/R,



где R – сопротивление контура.

Если имеется замкнутый контур с переменным током, тогда магнитное поле с изменяющимся потоком создается собственным током в этом контуре, и в соответствии с законом ЭМИ в контуре возникает дополнительная ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции.

Явлением самоиндукции называется возникновение ЭДС индукции (в данном случае самоиндукции) при протекании по самому проводнику переменного тока.

Закон самоиндукции:



где L – индуктивность проводника.

Задачи 11 класс. Электромагнитная индукция

Методика решения задач на применение закона электромагнитной индукции
будет полезна как учащимся, так и абитуриентам

—————————————————————————————————-

Решая задачи на закон электромагнитной индукции, удобно пользоваться следующими  рекомендациями.

  • Анализируя условия задачи,  необходимо прежде, всего установить   причины   изменения   магнитного   потока,   связанного  с контуром, и определить, какая из величин В, S или α, входящих в выражение для магнитного потока Ф,  изменяется с течением времени.  После этого нужно   записать закон электромагнитной индукции Фарадея для одного витка или для нескольких витков
    .
    Если в задаче речь идет о поступательном движении прямого проводника, то э.д.с. индукции определяют по формуле
    ,
    вытекающей из закона электромагнитной индукции.
  • Затем выражение для Ф надо представить в развернутом виде. Для этого выбирают два момента времени t1 и t2 и для каждого из них определяют потоки Ф1 и Ф2, связанные с данным контуром.  Изменение магнитного потока за время Δt = t2t1 в зависимости от условия задачи, будет равно или

    если изменяется магнитная индукция поля,  в котором находится контур, или

    если изменяется положение рамки в поле, или, наконец,

    где ΔS — площадь, описанная в пространстве движущимся проводником.

  • Далее надо подставить выражение для ΔФ в исходную формулу закона электромагнитной индукции и, записав дополнительные условия, решить полученные уравнения совместно относительно искомой величины.
    Наибольшие затруднения возникают обычно при расчете электрических цепей,   содержащих аккумуляторы, когда на одном из участков цепи возникает э.д.с. индукции, вызванная движением проводника в магнитном поле. 
    Решение в этом случае нужно начинать с определения величины и направления этой э.д.с, после чего задача сведется к расчету обычной цепи постоянного тока с несколькими источниками э.д.с. (см. п.3е в методике решения задач электродинамики), соединенными между собой последовательно или параллельно.

—————————————————————————————————
Решая приведенные ниже задачи,
Вы сможете повторить основы электромагнетизма.

—————————————————————————————————-
Для решения задач Вам могут потребоваться таблицы
физических постоянных
или кратных и дольных приставок к единицам физических величин

Закон ЭМ индукции Фарадея.

1. Магнитный поток внутри катушки с числом витков равным 400, за 0,2 с изменился от 0,1 Вб до 0,9 Вб. Определить ЭДС, индуцируемую в катушке.

2. Определить магнитный поток, проходящий через прямоугольную площадку со сторонами 20х40 см, если она помещена в однородное магнитное поле с индукцией в 5 Тл под углом 60° к линиям магнитной индукции поля.

3. Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного потока внутри нее от 0,024 до 0,056 Вб за 0,32 с в ней создавалась средняя э.д.с. 10 В?

ЭДС индукции в движущихся проводниках.

1. Определить ЭДС индукции на концах крыльев самолета Ан-2, имеющих длину 12,4 м, если скорость самолёта при горизонтальном полёте 180 км/ч, а вертикальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли 0,5·10-4 Тл.

2. Найти ЭДС индукции на крыльях самолета Ту-204, имеющих длину 42 м, летящего горизонтально со скоростью 850 км/ч, если вертикальная составляющая вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-5 Тл.

ЭДС самоиндукции

1. В катушке возникает магнитный поток 0,015 Вб, когда по ее виткам проходит ток 5,0 А. Сколько витков содержит катушка, если ее индуктивность 60 мГ?

2. Во сколько раз изменится индуктивность катушки без сердечника, если число витков в ней увеличить в два раза?

3. Какая э.д.с. самоиндукции возникнет в катушке с индуктивностью 68 мГ, если ток 3,8 А исчезнет в ней за 0,012 с?

4. Определить индуктивность катушки, если при ослаблении в ней тока на 2,8 А за 62 мс в катушке появляется средняя э.д.с. самоиндукции 14 В.

5.  За сколько времени в катушке с индуктивностью 240 мГ происходит нарастание тока от нуля до 11,4 А, если при этом возникает средняя э.д.с. самоиндукции 30 В?

Энергия электромагнитного поля

1. По катушке с индуктивностью 0,6 Гн течет ток силой 20 А. Какова энергия магнитного поля катушки? Как изменится эта энергия при возпастании силы тока в 2 раза? в 3 раза?

2. Какой силы ток нужно пропускать по обмотке дросселя с индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия поля оказалась равной 100 Дж?

3. Энергия магнитного поля какой катушки больше и во сколько раз, если первая имеет характеристики: I1=10A, L1=20 Гн, вторая: I2=20A, L2=10 Гн?

4.  Определить энергию магнитного поля катушки, в которой при токе 7,5 А магнитный поток равен 2,3·10-3 Вб. Число витков в катушке 120.

5. Определить индуктивность катушки, если при токе 6,2 А ее магнитное поле обладает энергией 0,32 Дж.

6.  Магнитное поле катушки с индуктивностью 95 мГ обладает энергией  0,19 Дж.  Чему равна сила токав катушке?


источники:

Балаш В.А. «Задачи по физике и методы их решения». Пособие для учителей. М., «Просвещение», 1974.
Мартынов И.М., Хозяинова Э.М. «Дидактический материал по физике 9 кл.» М., «Просвещение», 1978.
Марон А.Е., Мякишев Г.Я. «Физика». Учебное пособие для 11 кл. вечерней (заоч.) средн. шк. и самообразования. М., «Просвещение», 1992.
Гладкова Р.А., Добронравов В.Е., Жданов Л.С., Цодиков Ф.С. «Сборник задач и вопросов по физике» для сред. спец. уч. заведений М., «Наука», 1975.


Ответы на вопросы к §11

1. Что называется магнитным потоком (потоком магнитной индукции)?

Ответы на вопросы к §11

Ответы на вопросы к §11
2. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока?

Ответы на вопросы к §11

Ответы на вопросы к §11
3. Как формулируется закон электромагнитной индукции?

Ответы на вопросы к §11

Ответы на вопросы к §11
4. Почему в формуле для закона электромагнитной индукции стоит знак «—»?

Ответы на вопросы к §11

Ответы на вопросы к §11

 

Закон Ома Формулы • Закон Ома

Формула закона

Ома помогает рассчитать напряжение, ток и сопротивление. Смешав закон Ома с законом джоуля, можно легко получить формулу мощности. Давайте посмотрим на формулы:

ohms-law-formula

Формула расчета напряжения

Если заданы ток и сопротивление используйте V = IR для расчета напряжения.

Пример №1: Найдите напряжение, приложенное к резисторам 10 кОм, когда через них протекает ток 5 мА

Решение: V = 10 кОм * 5 мА = 50 В

Когда заданы ток и мощность, используйте V = P / I, чтобы найти вольт.

Пример № 2: Найдите напряжение, приложенное к неизвестному резистору, который рассеивает мощность 20 Вт, пока через него протекает ток 5 А.

Решение: V = 20 Вт / 5 A = 4 В

Когда указаны мощность и сопротивление используйте V = √P * R, чтобы найти вольт.

Пример № 3: Найдите напряжение, приложенное к резистору 200 Ом, который рассеивает мощность 20 Вт.

Решение: V = √200 Ом * 20 Вт = 63,24 В

Текущая формула расчета

Если заданы напряжение и сопротивление используйте R = P / I для расчета тока.

Пример №4: Найдите ток, протекающий через резистор 2,5 МОм, когда к нему приложена разность потенциалов 20 В.

Решение: I = V / R = 20 В / 2,5 МОм = 8 мкА

Вот еще один пример расчета тока через резистор 47 Ом.

Когда указаны мощность и напряжение используйте I = P / V для расчета ампер.

Пример № 5: Найдите ток, протекающий через неизвестный резистор, который рассеивает мощность 20 Вт при понижении на нем 10 В.

Решение: I = P / V = ​​20 Вт / 10 В = 2 A

Если мощность и сопротивление известны , используйте I = √P / R для расчета ампер.

Пример № 6: Резистор 15 кОм рассеивает мощность 5 Вт. Найдите значение тока, протекающего через него.

Решение: I = √P / R = √5 / 15 = 0,577 мА

Формула расчета сопротивления

Если мощность и ток известны , используйте R = P / I 2 для расчета сопротивления.

Пример № 7: Найдите значение неизвестного резистора, который рассеивает 30 Вт, когда через него протекает ток 5 мА.

Решение: R = 30 / (5 мА) 2 = 1,2 МОм

Когда напряжение и ток известны , используйте R = V / I для расчета номинала резистора.

Пример № 8: Найдите значение неизвестного резистора, которое падает на 10 В, когда через него проходит ток 25 мА.

Решение: R = 10 В / 25 мА = 400 Ом

Когда напряжение и мощность известны, используйте формулу R = V 2 / P для нахождения номинала неизвестного резистора.

Пример № 9: Найдите значение неизвестного резистора, который падает на 10 В при рассеивании 200 Вт.

Решение: R = 10 В / 25 мА = 400 Ом

Формула расчета мощности

Когда напряжение и ток известны , используйте P = VI для вычисления значения мощности.

Пример № 10: Приложение падения потенциала 10 В на резисторе приводит к протеканию через него тока 20 мА. Найдите мощность, рассеиваемую на нем.

Решение: P = VI = 10 В.20 мА = 0,2 Вт

Если известны ток и сопротивление , используйте P = I 2 R для расчета значения мощности.

Пример №11: ток 50 мА протекает через резистор 10 кОм. Найдите мощность, рассеиваемую на нем.

Решение: P = (50 мА) 2 * 10 кОм = 25 Вт

Если напряжение и сопротивление известны , используйте P = V 2 / R для расчета значения мощности.

Пример № 12: Разность потенциалов 20 В приложена к резисторам 10 кОм.Найдите рассеиваемую мощность.

Решение: P = (20) 2 /10 кОм = 40 мВт

.

Что такое закон Ленца? — Определение, формула, приложения, эксперименты

    • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
    • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
      • BNAT
      • Классы
        • Класс 1-3
        • Класс 4-5
        • Класс 6-10
        • Класс 110003 CBSE
          • Книги NCERT
            • Книги NCERT для класса 5
            • Книги NCERT, класс 6
            • Книги NCERT для класса 7
            • Книги NCERT для класса 8
            • Книги NCERT для класса 9
            • Книги NCERT для класса 10
            • NCERT Книги для класса 11
            • NCERT Книги для класса 12
          • NCERT Exemplar
            • NCERT Exemplar Class 8
            • NCERT Exemplar Class 9
            • NCERT Exemplar Class 10
            • NCERT Exemplar Class 11
            • 9plar

            • RS Aggarwal
              • RS Aggarwal Решения класса 12
              • RS Aggarwal Class 11 Solutions
              • RS Aggarwal Решения класса 10
              • Решения RS Aggarwal класса 9
              • Решения RS Aggarwal класса 8
              • Решения RS Aggarwal класса 7
              • Решения RS Aggarwal класса 6
            • RD Sharma
              • RD Sharma Class 6 Решения
              • RD Sharma Class 7 Решения
              • Решения RD Sharma Class 8
              • Решения RD Sharma Class 9
              • Решения RD Sharma Class 10
              • Решения RD Sharma Class 11
              • Решения RD Sharma Class 12
            • PHYSICS
              • Механика
              • Оптика
              • Термодинамика
              • Электромагнетизм
            • ХИМИЯ
              • Органическая химия
              • Неорганическая химия
              • Периодическая таблица
            • MATHS
              • Статистика
              • 9000 Pro Числа
              • Числа
              • 9000 Pro Числа Тр Игонометрические функции
              • Отношения и функции
              • Последовательности и серии
              • Таблицы умножения

      .

      Формула закона Гука

      Вытягивание или отталкивание пружины от ее положения равновесия (покоя) требует приложения силы. Когда пружина удерживается на расстоянии x от ее положения равновесия, пружина оказывает восстанавливающую силу в отрицательном направлении x. Для многих пружин восстанавливающая сила пропорциональна расстоянию от положения равновесия, на котором пружина удерживается. Это известно как закон Гука. Соотношение между силой и расстоянием определяется константой.Жесткость пружины k зависит от конкретной пружины и измеряется в ньютонах на метр (Н / м). Единица восстанавливающей силы — Ньютоны (Н).

      F = восстанавливающая сила пружины (Ньютоны, Н)

      k = жесткость пружины (Н / м)

      x = перемещение пружины (м)

      Формула закона Гука Вопросы:

      1) У длинной упругой пружины жесткость пружины составляет. Если пружина растянута на 1,50 м, какова восстанавливающая сила пружины?

      Ответ: Восстанавливающая сила может быть найдена по формуле закона Гука:

      Возвратная сила пружины -2.40 Н (Ньютоны). Это означает, что сила имеет величину 2,40 Н и направлена ​​в сторону положения равновесия.

      2) Жесткая амортизирующая пружина была сжата на расстояние 1,00 см за счет приложения к ней силы 1500 Н. Какова силовая постоянная k для этой пружины?

      Ответ: Сила, действующая на пружину, имеет величину 1500 Н. Это означает, что пружина оказывает равную (величина) и противоположную (знак) восстанавливающую силу, равную -1500 Н. Пружина сжимается на расстояние 1.00 см. Чтобы найти жесткость пружины в Н / м, расстояние необходимо преобразовать в метры:

      Силовую постоянную можно найти, переставив формулу закона Гука:

      Жесткость амортизирующей пружины составляет.

      .

      Формула закона Кулона

      Объекты с электрическим зарядом притягиваются и отталкиваются друг от друга за счет приложения силы. Заряды одного знака отталкиваются, а заряды противоположных знаков притягиваются. Величину электростатической силы между зарядами можно определить с помощью закона Кулона. Электростатическая сила зависит от величины зарядов, расстояния между ними и постоянной Кулона, равной. Кулоновскую постоянную можно также записать через диэлектрическую проницаемость свободного пространства.В таком виде кулоновская постоянная равна. Значения электрических зарядов выражены в кулонах, C. Заряды часто записывают как кратные наименьшему возможному заряду. Единица измерения электростатической силы — Ньютоны (Н).

      F = электростатическая сила между двумя точечными зарядами ()

      k = постоянная Кулона ()

      q 1 = начисление первого точечного начисления (C)

      q 2 = заряд второго точечного заряда (Кл)

      r = расстояние между зарядами (м)

      Формула закона Кулона Вопросы:

      1) Две маленькие заряженные сферы помещаются 0.300 м друг от друга. Первый имеет заряд -3,00 мкКл (микрокулоны), а второй — -12,0 мкКл. Эти заряженные сферы притягиваются или отталкиваются? Какова величина электростатической силы на каждой сфере?

      Ответ: У сфер есть заряды одного знака, поэтому сила между ними отталкивающая. Направление силы на каждой сфере указывает в противоположную сторону. Чтобы определить величину силы, заряд частиц должен быть преобразован в кулоны. Префикс «µ», означающий «микро», указывает, что число масштабируется на 10 -6 , и поэтому 1 мкКл = 10 -6 C.Заряд первой сферы:

      q 1 = -3,00 мкКл

      Заряд второй сферы:

      Величину электростатической силы на каждой сфере можно найти с помощью закона Кулона:

      Величина силы, действующей на каждую сферу, равна 3.595 Н (Ньютоны).

      2) Электрон и протон находятся на расстоянии 1.000 нм (нанометров) друг от друга. Заряд электрона равен, а заряд протона равен. Эти обвинения привлекают или отталкивают? Какова величина электростатической силы, действующей на эти заряженные частицы?

      Ответ: Электрон и протон имеют заряды противоположных знаков, поэтому сила между ними притягивает. Направление силы, действующей на каждую частицу, совпадает с направлением другой. Чтобы определить величину силы, расстояние между частицами необходимо сначала перевести в метры.Приставка «n», означающая «нано», означает, что число масштабируется на 10 -9 , поэтому 1 нм = 10 -9 м. Расстояние между заряженными частицами составляет:

      r = 1.000 нм

      Величину электростатической силы между частицами можно определить с помощью закона Кулона:

      Величина силы между электроном и протоном равна 2.307 x 10 -10 Н (Ньютонов).

      .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *