Στον κόσμο μας, κάθε είδους υπάρχουσες δυνάμεις, με εξαίρεση τις βαρυτικές δυνάμεις, αντιπροσωπεύονται από ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Στο Σύμπαν, παρά την εκπληκτική ποικιλία των επιδράσεων των σωμάτων μεταξύ τους, σε οποιεσδήποτε ουσίες, ζωντανούς οργανισμούς, υπάρχει πάντα μια εκδήλωση ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Πώς έγινε η ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (EI), θα περιγράψουμε παρακάτω.

Σε επαφή με

Ανακάλυψη ΕΙ

Η περιστροφή μιας μαγνητικής βελόνας κοντά σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα στα πειράματα του Oersted ήταν η πρώτη που έδειξε τη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων. Προφανώς: ηλεκτρικό ρεύμα «περιβάλλεται» με μαγνητικό πεδίο.

Είναι λοιπόν δυνατόν να επιτευχθεί η εμφάνισή του μέσω ενός μαγνητικού πεδίου - μια παρόμοια αποστολή έθεσε ο Michael Faraday. Το 1821, σημείωσε αυτή την ιδιότητα στο ημερολόγιό του σχετικά με τη μετατροπή του μαγνητισμού σε.

Η επιτυχία δεν ήρθε στον επιστήμονα αμέσως. Μόνο μια βαθιά εμπιστοσύνη στην ενότητα των φυσικών δυνάμεων και η σκληρή δουλειά τον οδήγησαν δέκα χρόνια αργότερα σε μια νέα μεγάλη ανακάλυψη.

Η λύση στο πρόβλημα δεν δόθηκε στον Faraday και στους άλλους συναδέλφους του για πολύ καιρό, επειδή προσπάθησαν να πάρουν ηλεκτρική ενέργεια σε ένα σταθερό πηνίο χρησιμοποιώντας τη δράση ενός σταθερού μαγνητικού πεδίου. Εν τω μεταξύ, αργότερα αποδείχθηκε: ο αριθμός των γραμμών ηλεκτρικού ρεύματος που διεισδύουν στα καλώδια αλλάζει και εμφανίζεται η ηλεκτρική ενέργεια.

Φαινόμενο ΕΙ

Η διαδικασία εμφάνισης ηλεκτρισμού στο πηνίο ως αποτέλεσμα μιας αλλαγής στο μαγνητικό πεδίο είναι χαρακτηριστική της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και ορίζει αυτήν την έννοια. Είναι πολύ φυσικό η ποικιλία που προκύπτει κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας να ονομάζεται επαγωγή. Το αποτέλεσμα θα διατηρηθεί εάν το ίδιο το πηνίο μείνει χωρίς κίνηση, αλλά ο μαγνήτης μετακινηθεί. Με τη χρήση ενός δεύτερου πηνίου, μπορείτε να κάνετε χωρίς μαγνήτη καθόλου.

Εάν η ηλεκτρική ενέργεια διέρχεται από ένα από τα πηνία, τότε με την αμοιβαία κίνησή τους στο δεύτερο θα υπάρχει ρεύμα επαγωγής. Μπορείτε να βάλετε ένα πηνίο σε ένα άλλο και να αλλάξετε την τιμή τάσης ενός από αυτά κλείνοντας και ανοίγοντας το κλειδί. Σε αυτή την περίπτωση, το μαγνητικό πεδίο που διεισδύει στο πηνίο, το οποίο επηρεάζεται από το κλειδί, αλλάζει και αυτό προκαλεί την εμφάνιση ρεύματος επαγωγής στο δεύτερο.

Νόμος

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, είναι εύκολο να ανιχνευθεί ότι ο αριθμός των γραμμών δύναμης που διεισδύουν στο πηνίο αυξάνεται - ο δείκτης της χρησιμοποιούμενης συσκευής (γαλβανόμετρο) κινείται προς τη μία κατεύθυνση, μειώνεται στην άλλη. Μια πιο προσεκτική εξέταση δείχνει ότι η ισχύς του επαγωγικού ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής του αριθμού των γραμμών δύναμης. Αυτός είναι ο βασικός νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Αυτός ο νόμος εκφράζεται με τον τύπο:

Χρησιμοποιείται εάν η μαγνητική ροή μεταβάλλεται κατά το ίδιο ποσό σε μια χρονική περίοδο t, όταν ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής f/t είναι σταθερός.

Σπουδαίος!Για τα ρεύματα επαγωγής, ισχύει ο νόμος του Ohm: I \u003d / R, πού είναι το EMF επαγωγής, το οποίο βρίσκεται σύμφωνα με το νόμο EI.

Αξιοσημείωτα πειράματα που έκανε κάποτε ο διάσημος Άγγλος φυσικός και που αποτέλεσαν τη βάση του νόμου που ανακάλυψε, σήμερα κάθε μαθητής μπορεί να κάνει χωρίς ιδιαίτερη δυσκολία. Για τους σκοπούς αυτούς χρησιμοποιούνται:

• μαγνήτης,
• δύο συρμάτινα καρούλια
• πηγή ενέργειας,
• γαλβανόμετρο.

Στερεώνουμε ένα μαγνήτη στη βάση και φέρνουμε ένα πηνίο σε αυτό με τα άκρα συνδεδεμένα στο γαλβανόμετρο.

Γυρνώντας, γέρνοντας και μετακινώντας το πάνω-κάτω, αλλάζουμε τον αριθμό των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διαπερνούν τα πηνία του.

Μητρώα γαλβανομέτρουη ανάδυση ηλεκτρισμού με συνεχώς μεταβαλλόμενο μέγεθος και κατεύθυνση στην πορεία του πειράματος.

Ένα πηνίο και ένας μαγνήτης που βρίσκονται σε ηρεμία μεταξύ τους δεν θα δημιουργήσουν συνθήκες για την εμφάνιση ηλεκτρισμού.

Άλλοι νόμοι Faraday

Με βάση την έρευνα, διαμορφώθηκαν δύο ακόμη νόμοι με το ίδιο όνομα:

1. Η ουσία του πρώτου είναι η εξής: μάζα ύλης m, που απελευθερώνεται από την ηλεκτρική τάση στο ηλεκτρόδιο, είναι ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας Q που έχει περάσει από τον ηλεκτρολύτη.
2. Ο ορισμός του δεύτερου νόμου του Faraday, ή η εξάρτηση του ηλεκτροχημικού ισοδυνάμου από το ατομικό βάρος ενός στοιχείου και το σθένος του, διατυπώνεται ως εξής: το ηλεκτροχημικό ισοδύναμο μιας ουσίας είναι ανάλογο με το ατομικό της βάρος, και επίσης αντιστρόφως ανάλογο του σθένους.

Από όλους τους υπάρχοντες τύπους επαγωγής, ένας ξεχωριστός τύπος αυτού του φαινομένου, η αυτοεπαγωγή, έχει μεγάλη σημασία. Αν πάρουμε ένα πηνίο που έχει μεγάλο αριθμό στροφών, τότε όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, η λάμπα δεν ανάβει αμέσως.

Αυτή η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει αρκετά δευτερόλεπτα. Ένα πολύ εκπληκτικό γεγονός με την πρώτη ματιά. Για να κατανοήσουμε τι διακυβεύεται εδώ, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τι συμβαίνει μέσα στιγμή κλεισίματος κυκλώματος. Ένα κλειστό κύκλωμα φαίνεται να «ξυπνά» το ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο αρχίζει την κίνησή του κατά μήκος των στροφών του σύρματος. Ταυτόχρονα, δημιουργείται ακαριαία ένα αυξανόμενο μαγνητικό πεδίο στον χώρο γύρω του.

Οι στροφές του πηνίου διαπερνώνται από ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, συγκεντρώνοντας τον πυρήνα. Διεγερμένο στις στροφές του πηνίου, το ρεύμα επαγωγής, με αύξηση του μαγνητικού πεδίου (τη στιγμή που το κύκλωμα είναι κλειστό), εξουδετερώνει το κύριο. Είναι αδύνατο να φτάσει στη στιγμή τη μέγιστη τιμή του τη στιγμή του κλεισίματος του κυκλώματος, «μεγαλώνει» σταδιακά. Εδώ είναι η εξήγηση γιατί η λάμπα δεν αναβοσβήνει αμέσως. Όταν ανοίγει το κύκλωμα, το κύριο ρεύμα ενισχύεται με επαγωγή ως αποτέλεσμα του φαινομένου της αυτεπαγωγής και η λάμπα αναβοσβήνει έντονα.

Σπουδαίος!Η ουσία του φαινομένου, που ονομάζεται αυτοεπαγωγή, χαρακτηρίζεται από την εξάρτηση της αλλαγής που διεγείρει το ρεύμα επαγωγής του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου από τη μεταβολή της ισχύος του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσω του κυκλώματος.

Η κατεύθυνση του ρεύματος αυτοεπαγωγής καθορίζεται από τον κανόνα Lenz. Η αυτοεπαγωγή συγκρίνεται εύκολα με την αδράνεια στον τομέα της μηχανικής, αφού και τα δύο φαινόμενα έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά. Και πράγματι, μέσα αποτέλεσμα αδράνειαςυπό την επίδραση της δύναμης, το σώμα αποκτά μια ορισμένη ταχύτητα σταδιακά και όχι στιγμιαία. Όχι αμέσως - υπό τη δράση της αυτεπαγωγής - όταν συνδεθεί η μπαταρία στο κύκλωμα, εμφανίζεται και ηλεκτρισμός. Συνεχίζοντας τη σύγκριση με την ταχύτητα, σημειώνουμε ότι επίσης δεν είναι σε θέση να εξαφανιστεί αμέσως.

Δινορεύματα

Η παρουσία δινορευμάτων σε μαζικούς αγωγούς μπορεί να χρησιμεύσει ως ένα άλλο παράδειγμα ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Οι ειδικοί γνωρίζουν ότι οι μεταλλικοί πυρήνες μετασχηματιστών, οι οπλισμοί της γεννήτριας και του κινητήρα δεν είναι ποτέ στερεοί. Κατά την κατασκευή τους, εφαρμόζεται μια στρώση βερνικιού στα επιμέρους λεπτά φύλλα από τα οποία αποτελούνται, απομονώνοντας το ένα φύλλο από το άλλο.

Είναι εύκολο να το καταλάβεις ποια δύναμη κάνει ένα άτομο να δημιουργήσει ακριβώς μια τέτοια συσκευή. Κάτω από τη δράση της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, ο πυρήνας τρυπιέται από γραμμές δύναμης ενός ηλεκτρικού πεδίου δίνης.

Φανταστείτε ότι ο πυρήνας είναι κατασκευασμένος από συμπαγές μέταλλο. Δεδομένου ότι η ηλεκτρική αντίστασή του είναι μικρή, η εμφάνιση μεγάλης επαγωγικής τάσης θα ήταν αρκετά κατανοητή. Ο πυρήνας θα ζεσταθεί τελικά και ένα μεγάλο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας θα σπαταληθεί άχρηστα. Επιπλέον, θα ήταν απαραίτητο να ληφθούν ειδικά μέτρα για την ψύξη. Και τα μονωτικά στρώματα δεν επιτρέπουν φτάσει σε μεγάλα ύψη.

Τα ρεύματα επαγωγής που είναι εγγενή σε μαζικούς αγωγούς ονομάζονται δινορεύματα όχι τυχαία - οι γραμμές τους είναι κλειστές όπως οι γραμμές δύναμης ενός ηλεκτρικού πεδίου, όπου προκύπτουν. Τις περισσότερες φορές, τα δινορεύματα χρησιμοποιούνται στη λειτουργία επαγωγικών μεταλλουργικών κλιβάνων για την τήξη μετάλλων. Αλληλεπιδρώντας με το μαγνητικό πεδίο που τα γέννησε, μερικές φορές προκαλούν ενδιαφέροντα φαινόμενα.

Πάρτε έναν ισχυρό ηλεκτρομαγνήτηκαι τοποθετήστε ανάμεσα στους κάθετα διατεταγμένους πόλους του, για παράδειγμα, ένα νόμισμα πέντε καπίκων. Σε αντίθεση με την προσδοκία, δεν θα πέσει, αλλά σιγά σιγά θα βυθιστεί. Χρειάζονται δευτερόλεπτα για να ταξιδέψετε μερικά εκατοστά.

Ας τοποθετήσουμε, για παράδειγμα, ένα νόμισμα πέντε καπίκων ανάμεσα στους κάθετα τοποθετημένους πόλους ενός ισχυρού ηλεκτρομαγνήτη και ας το απελευθερώσουμε.

Σε αντίθεση με την προσδοκία δεν θα πέσει, αλλά σιγά σιγά θα βυθιστεί.Χρειάζονται δευτερόλεπτα για να ταξιδέψετε μερικά εκατοστά. Η κίνηση ενός νομίσματος μοιάζει με την κίνηση ενός σώματος σε ένα παχύρρευστο μέσο. Γιατί συμβαίνει αυτό.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, οι κατευθύνσεις των δινορευμάτων που προκύπτουν κατά την κίνηση ενός νομίσματος σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο είναι τέτοιες που το πεδίο του μαγνήτη ωθεί το νόμισμα προς τα πάνω. Αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται για να «ηρεμήσει» τα βέλη στα όργανα μέτρησης. Μια πλάκα αλουμινίου, που βρίσκεται ανάμεσα στους μαγνητικούς πόλους, είναι προσαρτημένη στο βέλος και τα δινορεύματα που προκύπτουν σε αυτό συμβάλλουν στην ταχεία απόσβεση των ταλαντώσεων.

Επίδειξη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής εκπληκτικής ομορφιάςπου προτείνεται από τον καθηγητή του Πανεπιστημίου της Μόσχας V.K. Αρκάντιεφ. Ας πάρουμε ένα μπολ μολύβδου, το οποίο έχει υπεραγώγιμη ικανότητα, και ας προσπαθήσουμε να ρίξουμε έναν μαγνήτη από πάνω του. Δεν θα πέσει, αλλά θα φαίνεται να «αιωρείται» πάνω από το μπολ. Η εξήγηση εδώ είναι απλή: η ηλεκτρική αντίσταση του υπεραγωγού, ίση με το μηδέν, συμβάλλει στην ανάδυση ηλεκτρισμού σε αυτόν μεγάλου μεγέθους, ικανό να επιμένει για μεγάλο χρονικό διάστημα και να «κρατά» τον μαγνήτη πάνω από το μπολ. Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, η κατεύθυνση του μαγνητικού τους πεδίου είναι τέτοια που απωθεί τον μαγνήτη και τον εμποδίζει να πέσει.

Μελετάμε φυσική - τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Σωστή διατύπωση του νόμου του Faraday

συμπέρασμα

Οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις είναι δυνάμεις που επιτρέπουν στους ανθρώπους να δουν τον κόσμο γύρω τους και είναι πιο κοινές στη φύση, για παράδειγμα, το φως είναι επίσης ένα παράδειγμα ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων. Η ζωή της ανθρωπότητας δεν μπορεί να φανταστεί χωρίς αυτό το φαινόμενο.

Το σχήμα δείχνει την κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος που εμφανίζεται σε ένα πηνίο βραχυκυκλωμένου σύρματος όταν το πηνίο μετακινείται σε σχέση με αυτό.

μαγνήτης Σημειώστε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες.
Α. Ο μαγνήτης και το πηνίο έλκονται μεταξύ τους.
Β. Μέσα στο πηνίο, το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος επαγωγής κατευθύνεται προς τα πάνω.
Β. Μέσα στο πηνίο οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής του πεδίου του μαγνήτη κατευθύνονται προς τα πάνω.
Δ. Ο μαγνήτης αφαιρείται από το πηνίο.

1. Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα;

2. Ποια πλαίσια αναφοράς είναι αδρανειακά και μη; Δώσε παραδείγματα.
3. Ποια είναι η ιδιότητα των σωμάτων που ονομάζεται αδράνεια; Ποια είναι η τιμή της αδράνειας;
4. Ποια είναι η σχέση μεταξύ των μαζών των σωμάτων και των μονάδων επιταχύνσεων που λαμβάνουν κατά την αλληλεπίδραση;
5. Τι είναι δύναμη και πώς χαρακτηρίζεται;
6. Δήλωση του 2ου νόμου του Νεύτωνα; Ποια είναι η μαθηματική του σημειογραφία;
7. Πώς διατυπώνεται ο 2ος νόμος του Νεύτωνα σε παρορμητική μορφή; Η μαθηματική του σημειογραφία;
8. Τι είναι 1 Newton;
9. Πώς κινείται ένα σώμα αν του ασκηθεί δύναμη σταθερής σε μέγεθος και κατεύθυνση; Ποια είναι η κατεύθυνση της επιτάχυνσης που προκαλείται από τη δύναμη που ασκεί σε αυτό;
10. Πώς προσδιορίζεται το αποτέλεσμα των δυνάμεων;
11. Πώς διατυπώνεται και καταγράφεται ο 3ος νόμος του Νεύτωνα;
12. Πώς κατευθύνονται οι επιταχύνσεις των σωμάτων που αλληλεπιδρούν;
13. Δώστε παραδείγματα της εκδήλωσης του 3ου νόμου του Νεύτωνα.
14. Ποια είναι τα όρια εφαρμογής όλων των νόμων του Νεύτωνα;
15. Γιατί μπορούμε να θεωρήσουμε τη Γη ως αδρανειακό σύστημα αναφοράς αν κινείται με κεντρομόλο επιτάχυνση;
16. Τι είναι η παραμόρφωση, ποια είδη παραμόρφωσης γνωρίζετε;
17. Ποια δύναμη ονομάζεται δύναμη ελαστικότητας; Ποια είναι η φύση αυτής της δύναμης;
18. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά της ελαστικής δύναμης;
19. Πώς κατευθύνεται η ελαστική δύναμη (δύναμη αντίδρασης στήριξης, δύναμη τάνυσης νήματος;)
20. Πώς διατυπώνεται και γράφεται ο νόμος του Χουκ; Ποια είναι τα όρια εφαρμογής του; Σχεδιάστε ένα γράφημα που απεικονίζει τον νόμο του Χουκ.
21. Πώς διατυπώνεται και καταγράφεται ο νόμος της παγκόσμιας έλξης, πότε είναι εφαρμόσιμος;
22. Περιγράψτε τα πειράματα για τον προσδιορισμό της τιμής της σταθεράς βαρύτητας;
23. Τι είναι η σταθερά βαρύτητας, ποια η φυσική της σημασία;
24. Το έργο της βαρυτικής δύναμης εξαρτάται από το σχήμα της τροχιάς; Ποιο είναι το έργο που κάνει η βαρύτητα σε έναν κλειστό βρόχο;
25. Το έργο της ελαστικής δύναμης εξαρτάται από το σχήμα της τροχιάς;
26. Τι γνωρίζετε για τη βαρύτητα;
27. Πώς υπολογίζεται η επιτάχυνση ελεύθερης πτώσης στη Γη και σε άλλους πλανήτες;
28. Ποια είναι η πρώτη κοσμική ταχύτητα; Πώς υπολογίζεται;
29. Τι ονομάζεται ελεύθερη πτώση; Η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης εξαρτάται από τη μάζα του σώματος;
30. Περιγράψτε την εμπειρία του Galileo Galilei, αποδεικνύοντας ότι όλα τα σώματα στο κενό πέφτουν με την ίδια επιτάχυνση.
31. Ποια δύναμη ονομάζεται δύναμη τριβής; Τύποι δυνάμεων τριβής;
32. Πώς υπολογίζεται η δύναμη της τριβής ολίσθησης και κύλισης;
33. Πότε προκύπτει η δύναμη στατικής τριβής; Με τι ισούται;
34. Η δύναμη της τριβής ολίσθησης εξαρτάται από την περιοχή των επιφανειών επαφής;
35. Από ποιες παραμέτρους εξαρτάται η δύναμη της τριβής ολίσθησης;
36. Τι καθορίζει τη δύναμη αντίστασης στην κίνηση ενός σώματος σε υγρά και αέρια;
37. Τι ονομάζεται σωματικό βάρος; Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του βάρους ενός σώματος και της δύναμης της βαρύτητας που ασκείται σε ένα σώμα;
38. Σε ποια περίπτωση το βάρος του σώματος είναι αριθμητικά ίσο με το μέτρο βαρύτητας;
39. Τι είναι η έλλειψη βαρύτητας; Τι είναι η υπερφόρτωση;
40. Πώς υπολογίζεται το βάρος ενός σώματος κατά την επιταχυνόμενη κίνησή του; Μεταβάλλεται το βάρος ενός σώματος αν κινείται κατά μήκος σταθερού οριζόντιου επιπέδου με επιτάχυνση;
41. Πώς μεταβάλλεται το βάρος ενός σώματος όταν κινείται κατά μήκος των κυρτών και κοίλων τμημάτων του κύκλου;
42. Ποιος είναι ο αλγόριθμος για την επίλυση προβλημάτων όταν ένα σώμα κινείται υπό την επίδραση πολλών δυνάμεων;
43. Ποια δύναμη ονομάζεται Δύναμη του Αρχιμήδη ή δύναμη άνωσης; Από ποιες παραμέτρους εξαρτάται αυτή η δύναμη;
44. Ποιοι τύποι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον υπολογισμό της δύναμης του Αρχιμήδη;
45. Κάτω από ποιες συνθήκες ένα σώμα σε υγρό επιπλέει, βυθίζεται, επιπλέει;
46. ​​Πώς εξαρτάται από την πυκνότητά του το βάθος βύθισης σε υγρό ενός πλωτού σώματος;
47. Γιατί τα μπαλόνια γεμίζουν με υδρογόνο, ήλιο ή ζεστό αέρα;
48. Εξηγήστε την επίδραση της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της στην τιμή της επιτάχυνσης της ελεύθερης πτώσης.
49. Πώς αλλάζει η τιμή της βαρύτητας όταν: α) η απομάκρυνση του σώματος από την επιφάνεια της Γης, Β) όταν το σώμα κινείται κατά μήκος του μεσημβρινού, παράλληλα

ηλεκτρικό κύκλωμα?

3. Ποια είναι η φυσική έννοια του EMF; Ορίστε το βολτ.

4. Συνδέστε το βολτόμετρο για μικρό χρονικό διάστημα σε μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, παρατηρώντας την πολικότητα. Συγκρίνετε τις αναγνώσεις του με τον υπολογισμό με βάση τα αποτελέσματα του πειράματος.

5. Τι καθορίζει την τάση στους ακροδέκτες των πηγών ρεύματος;

6. Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα της μέτρησης, προσδιορίστε την τάση στο εξωτερικό κύκλωμα (αν η εργασία έγινε με τη μέθοδο I), την αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος (αν η εργασία έγινε με τη μέθοδο II).

6 ερώτηση στον υπολογισμό ένθεσης

Βοηθήστε με παρακαλώ!

1. Κάτω από ποιες συνθήκες εμφανίζονται δυνάμεις τριβής;
2. Τι καθορίζει το μέτρο και την κατεύθυνση της στατικής δύναμης τριβής;
3. Μέσα σε ποια όρια μπορεί να μεταβληθεί η δύναμη στατικής τριβής;
4. Ποια δύναμη προσδίδει επιτάχυνση σε ένα αυτοκίνητο ή μια ατμομηχανή;
5. Μπορεί η δύναμη της τριβής ολίσθησης να αυξήσει την ταχύτητα ενός σώματος;
6. Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ της δύναμης αντίστασης σε υγρά και αέρια και της δύναμης τριβής μεταξύ δύο στερεών σωμάτων;
7. Δώστε παραδείγματα των ευεργετικών και επιβλαβών επιπτώσεων των δυνάμεων τριβής όλων των τύπων

ΕΠΑΓΩΓΙΚΟ ΡΕΥΜΑ είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα που προκύπτει όταν η ροή της μαγνητικής επαγωγής αλλάζει σε ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Θέλετε να μάθετε ποια κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής; Το Rosinductor είναι μια πύλη πληροφοριών εμπορίου όπου θα βρείτε πληροφορίες σχετικά με τις τρέχουσες πληροφορίες.

Ο κανόνας που καθορίζει την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής είναι ο εξής: «Το επαγωγικό ρεύμα κατευθύνεται έτσι ώστε το μαγνητικό του πεδίο να εξουδετερώνει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής από την οποία προκαλείται». Το δεξί χέρι στρέφεται με την παλάμη προς τις μαγνητικές γραμμές δύναμης, ενώ ο αντίχειρας κατευθύνεται προς την κίνηση του αγωγού και τέσσερα δάχτυλα δείχνουν προς ποια κατεύθυνση θα ρέει το ρεύμα επαγωγής. Μετακινώντας τον αγωγό, μετακινούμε μαζί με τον αγωγό όλα τα ηλεκτρόνια που περικλείονται σε αυτόν και όταν κινούμαστε σε ένα μαγνητικό πεδίο ηλεκτρικών φορτίων, θα ασκηθεί δύναμη πάνω τους σύμφωνα με τον κανόνα του αριστερού χεριού.

Η κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος, καθώς και το μέγεθός του, καθορίζεται από τον κανόνα Lenz, ο οποίος δηλώνει ότι η κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος εξασθενεί πάντα την επίδραση του παράγοντα που διεγείρει το ρεύμα. Κατά την αλλαγή της ροής του μαγνητικού πεδίου μέσω του κυκλώματος, η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής θα είναι τέτοια ώστε να αντισταθμίζει αυτές τις αλλαγές. Όταν το μαγνητικό πεδίο που διεγείρει το ρεύμα στο κύκλωμα δημιουργείται σε άλλο κύκλωμα, η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής εξαρτάται από τη φύση των αλλαγών: όταν το εξωτερικό ρεύμα αυξάνεται, το ρεύμα επαγωγής έχει αντίθετη κατεύθυνση, όταν μειώνεται, είναι κατευθύνεται προς την ίδια κατεύθυνση και τείνει να αυξήσει τη ροή.

Το πηνίο με ρεύμα επαγωγής έχει δύο πόλους (βόρειο και νότιο), οι οποίοι καθορίζονται ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος: οι γραμμές επαγωγής βγαίνουν από τον βόρειο πόλο. Η προσέγγιση του μαγνήτη στο πηνίο προκαλεί την εμφάνιση ρεύματος με κατεύθυνση που απωθεί τον μαγνήτη. Όταν αφαιρείται ο μαγνήτης, το ρεύμα στο πηνίο έχει κατεύθυνση που ευνοεί την έλξη του μαγνήτη.

Το ρεύμα επαγωγής εμφανίζεται σε ένα κλειστό κύκλωμα σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Το κύκλωμα μπορεί να είναι είτε ακίνητο (τοποθετημένο σε μεταβαλλόμενη ροή μαγνητικής επαγωγής) είτε κινούμενο (η κίνηση του κυκλώματος προκαλεί αλλαγή στη μαγνητική ροή). Η εμφάνιση ενός ρεύματος επαγωγής προκαλεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, το οποίο διεγείρεται υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου.

Μπορείτε να μάθετε πώς να δημιουργείτε ένα βραχυπρόθεσμο επαγωγικό ρεύμα από ένα μάθημα σχολικής φυσικής.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να γίνει αυτό:

• - κίνηση μόνιμου μαγνήτη ή ηλεκτρομαγνήτη σε σχέση με το πηνίο,
• - κίνηση του πυρήνα σε σχέση με τον ηλεκτρομαγνήτη που εισάγεται στο πηνίο,
• - κλείσιμο και άνοιγμα κυκλώματος,
• - ρύθμιση του ρεύματος στο κύκλωμα.

Ο βασικός νόμος της ηλεκτροδυναμικής (νόμος Faraday) δηλώνει ότι η ισχύς του επαγωγικού ρεύματος για οποιοδήποτε κύκλωμα είναι ίση με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται από το κύκλωμα, λαμβανόμενος με το πρόσημο μείον. Η ισχύς του επαγόμενου ρεύματος ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη.

Εμφάνιση στον αγωγό επαγωγής EMF

Εάν το τοποθετήσετε σε έναν αγωγό και το μετακινήσετε έτσι ώστε κατά την κίνησή του να διασχίσει τις γραμμές πεδίου δύναμης, τότε θα εμφανιστεί ένας αγωγός, που ονομάζεται επαγωγή emf.

Το EMF επαγωγής θα συμβεί στον αγωγό ακόμα κι αν ο ίδιος ο αγωγός παραμένει ακίνητος και το μαγνητικό πεδίο κινείται, διασχίζοντας τον αγωγό με τις γραμμές δύναμής του.

Εάν ο αγωγός στον οποίο επάγεται το EMF επαγωγής είναι κλειστός σε οποιοδήποτε εξωτερικό κύκλωμα, τότε υπό τη δράση αυτού του EMF, ένα ρεύμα θα ρέει μέσω του κυκλώματος, που ονομάζεται ρεύμα επαγωγής.

Φαινόμενο επαγωγής EMFσε έναν αγωγό όταν αυτός διασχίζεται από γραμμές μαγνητικού πεδίου ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.

Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής έχει βρει την ευρύτερη εφαρμογή στο. Η συσκευή διαφόρων ηλεκτρικών μηχανών βασίζεται στη χρήση της.

Το μέγεθος και η κατεύθυνση της επαγωγής emf

Ας εξετάσουμε τώρα ποιο θα είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση του EMF που προκαλείται στον αγωγό.

Το μέγεθος του EMF επαγωγής εξαρτάται από τον αριθμό των γραμμών δύναμης πεδίου που διασχίζουν τον αγωγό ανά μονάδα χρόνου, δηλαδή από την ταχύτητα του αγωγού στο πεδίο.

Το μέγεθος του επαγόμενου emf εξαρτάται άμεσα από την ταχύτητα του αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Το μέγεθος του επαγόμενου emf εξαρτάται επίσης από το μήκος εκείνου του τμήματος του αγωγού που τέμνεται από τις γραμμές πεδίου. Όσο μεγαλύτερο μέρος του αγωγού διασχίζεται από τις γραμμές πεδίου, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF που προκαλείται στον αγωγό. Και, τέλος, όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η επαγωγή του, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF στον αγωγό που διασχίζει αυτό το πεδίο.

Ετσι, το μέγεθος του EMF επαγωγής που εμφανίζεται στον αγωγό όταν κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογο με την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου, το μήκος του αγωγού και την ταχύτητα της κίνησής του.

Αυτή η εξάρτηση εκφράζεται με τον τύπο E = Blv,

όπου E είναι το επαγωγικό emf. Β - μαγνητική επαγωγή. I - μήκος αγωγού. v - η ταχύτητα του αγωγού.

Πρέπει να το θυμόμαστε σταθερά Σε έναν αγωγό που κινείται σε μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται ένα EMF επαγωγής μόνο εάν αυτός ο αγωγός διασχίζεται από γραμμές μαγνητικού πεδίου.Εάν ο αγωγός κινείται κατά μήκος των γραμμών δύναμης πεδίου, δηλ. δεν διασταυρώνεται, αλλά, όπως ήταν, ολισθαίνει κατά μήκος τους, τότε δεν προκαλείται EMF σε αυτόν. Επομένως, ο παραπάνω τύπος ισχύει μόνο όταν ο αγωγός κινείται κάθετα στις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.

Η κατεύθυνση του επαγόμενου emf (καθώς και του ρεύματος στον αγωγό) εξαρτάται από την κατεύθυνση που κινείται ο αγωγός. Για να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του επαγόμενου emf, υπάρχει ένας κανόνας του δεξιού χεριού.

Εάν κρατάτε την παλάμη του δεξιού σας χεριού έτσι ώστε οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου να εισέλθουν σε αυτήν και ο λυγισμένος αντίχειρας δείχνει την κατεύθυνση κίνησης του αγωγού, τότε τα εκτεταμένα τέσσερα δάχτυλα δείχνουν την κατεύθυνση του επαγόμενου EMF και την κατεύθυνση του ρεύματος ο μαέστρος.

Κανόνας του δεξιού χεριού

EMF επαγωγής στο πηνίο

Έχουμε ήδη πει ότι για να δημιουργηθεί επαγωγή EMF σε έναν αγωγό, είναι απαραίτητο να μετακινηθεί είτε ο ίδιος ο αγωγός είτε το μαγνητικό πεδίο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Και στις δύο περιπτώσεις, ο αγωγός πρέπει να διασταυρωθεί από γραμμές μαγνητικού πεδίου, διαφορετικά δεν θα προκληθεί το EMF. Το επαγόμενο EMF, και επομένως το επαγόμενο ρεύμα, μπορεί να ληφθεί όχι μόνο σε έναν ευθύ αγωγό, αλλά και σε έναν αγωγό που τυλίγεται σε ένα πηνίο.

Όταν κινείται μέσα σε έναν μόνιμο μαγνήτη, ένα EMF προκαλείται σε αυτό λόγω του γεγονότος ότι η μαγνητική ροή του μαγνήτη διασχίζει τις στροφές του πηνίου, δηλαδή με τον ίδιο ακριβώς τρόπο όπως όταν ένας ευθύγραμμος αγωγός κινούνταν στο πεδίο του ένας μαγνήτης.

Εάν ο μαγνήτης χαμηλώσει αργά στο πηνίο, τότε το emf που εμφανίζεται σε αυτό θα είναι τόσο μικρό που το βέλος της συσκευής μπορεί να μην αποκλίνει καν. Εάν, αντίθετα, ο μαγνήτης εισαχθεί γρήγορα στο πηνίο, τότε η εκτροπή του βέλους θα είναι μεγάλη. Αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος του επαγόμενου EMF, και επομένως η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, εξαρτάται από την ταχύτητα του μαγνήτη, δηλαδή από το πόσο γρήγορα οι γραμμές πεδίου διασχίζουν τις στροφές του πηνίου. Εάν τώρα εισάγουμε εναλλάξ στο πηνίο με την ίδια ταχύτητα, πρώτα έναν ισχυρό μαγνήτη και μετά έναν αδύναμο, τότε μπορούμε να δούμε ότι με έναν ισχυρό μαγνήτη, το βέλος της συσκευής θα αποκλίνει κατά μεγαλύτερη γωνία. Που σημαίνει, το μέγεθος του επαγόμενου emf, και επομένως η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, εξαρτάται από το μέγεθος της μαγνητικής ροής του μαγνήτη.

Και, τέλος, εάν ο ίδιος μαγνήτης εισάγεται με την ίδια ταχύτητα, πρώτα σε ένα πηνίο με μεγάλο αριθμό στροφών και στη συνέχεια με πολύ μικρότερο αριθμό, τότε στην πρώτη περίπτωση το βέλος της συσκευής θα αποκλίνει κατά μεγαλύτερη γωνία παρά στο δεύτερο. Αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος του επαγόμενου EMF, και επομένως η τρέχουσα ισχύς στο πηνίο, εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών του. Τα ίδια αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν εάν χρησιμοποιηθεί ηλεκτρομαγνήτης αντί για μόνιμο μαγνήτη.

Η κατεύθυνση του EMF επαγωγής στο πηνίο εξαρτάται από την κατεύθυνση κίνησης του μαγνήτη. Πώς να καθορίσετε την κατεύθυνση του EMF επαγωγής, λέει ο νόμος που θέσπισε ο E. X. Lenz.

Ο νόμος του Lenz για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Οποιαδήποτε αλλαγή στη μαγνητική ροή μέσα στο πηνίο συνοδεύεται από την εμφάνιση επαγωγικού EMF σε αυτό και όσο πιο γρήγορα αλλάζει η μαγνητική ροή που διεισδύει στο πηνίο, τόσο μεγαλύτερο το EMF προκαλείται σε αυτό.

Εάν το πηνίο στο οποίο δημιουργείται το επαγωγικό EMF είναι κλειστό σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, τότε ένα ρεύμα επαγωγής ρέει στις στροφές του, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό, λόγω του οποίου το πηνίο μετατρέπεται σε σωληνοειδές. Αποδεικνύεται με τέτοιο τρόπο ότι ένα μεταβαλλόμενο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ρεύμα επαγωγής στο πηνίο, το οποίο, με τη σειρά του, δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο - το τρέχον πεδίο.

Μελετώντας αυτό το φαινόμενο, ο E. X. Lenz θέσπισε έναν νόμο που καθορίζει την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής στο πηνίο και, κατά συνέπεια, την κατεύθυνση του EMF επαγωγής. Η επαγωγή emf που εμφανίζεται στο πηνίο όταν αλλάζει η μαγνητική ροή σε αυτό δημιουργεί ένα ρεύμα στο πηνίο σε τέτοια κατεύθυνση ώστε η μαγνητική ροή του πηνίου που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα να εμποδίζει μια αλλαγή στην εξωτερική μαγνητική ροή.

Ο νόμος του Lenz ισχύει για όλες τις περιπτώσεις επαγωγής ρεύματος σε αγωγούς, ανεξάρτητα από το σχήμα των αγωγών και τον τρόπο με τον οποίο επιτυγχάνεται η αλλαγή στο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Όταν ένας μόνιμος μαγνήτης κινείται σε σχέση με ένα συρμάτινο πηνίο συνδεδεμένο στους ακροδέκτες ενός γαλβανόμετρου ή όταν το πηνίο κινείται σε σχέση με έναν μαγνήτη, εμφανίζεται ένα ρεύμα επαγωγής.

Ρεύματα επαγωγής σε ογκώδεις αγωγούς

Μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή είναι ικανή να επάγει ένα EMF όχι μόνο σε στροφές πηνίου, αλλά και σε τεράστιους μεταλλικούς αγωγούς. Διαπερνώντας το πάχος ενός τεράστιου αγωγού, η μαγνητική ροή προκαλεί ένα EMF σε αυτόν, το οποίο δημιουργεί ρεύματα επαγωγής. Αυτά τα λεγόμενα διαδίδονται κατά μήκος του ογκώδους αγωγού και βραχυκυκλώνονται σε αυτόν.

Οι πυρήνες των μετασχηματιστών, τα μαγνητικά κυκλώματα διαφόρων ηλεκτρικών μηχανών και συσκευών είναι ακριβώς εκείνοι οι ογκώδεις αγωγοί που θερμαίνονται από τα ρεύματα επαγωγής που προκύπτουν σε αυτούς. Αυτό το φαινόμενο είναι ανεπιθύμητο, επομένως, προκειμένου να μειωθεί το μέγεθος των ρευμάτων επαγωγής, τα μέρη των ηλεκτρικών μηχανών και οι πυρήνες μετασχηματιστή δεν κατασκευάζονται ογκώδη, αλλά αποτελούνται από λεπτά φύλλα που απομονώνονται μεταξύ τους με χαρτί ή ένα στρώμα μονωτικού βερνικιού. Εξαιτίας αυτού, η διαδρομή διάδοσης των δινορευμάτων κατά μήκος της μάζας του αγωγού εμποδίζεται.

Αλλά μερικές φορές στην πράξη τα δινορεύματα χρησιμοποιούνται και ως χρήσιμα ρεύματα. Η χρήση αυτών των ρευμάτων βασίζεται, για παράδειγμα, στη λειτουργία των λεγόμενων μαγνητικών αποσβεστήρων των κινητών μερών των ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης.

Θέμα 11. ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΠΑΓΩΓΗΣ.

11.1. Τα πειράματα του Faraday. ρεύμα επαγωγής. Ο κανόνας του Lenz. 11.2. Η τιμή της επαγωγής emf.

11.3. Η φύση της επαγωγής EMF.

11.4. Κυκλοφορία του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου δίνης.

11.5. Βητατρόνιο.

11.6. Τόκι Φούκο.

11.7. Δερματικό αποτέλεσμα.

11.1. Τα πειράματα του Faraday. ρεύμα επαγωγής. Ο κανόνας του Lenz.

ΑΠΟ από τη στιγμή της ανακάλυψης της σύνδεσης μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και του ρεύματος (που είναι μια επιβεβαίωση της συμμετρίας των νόμων της φύσης), έγιναν πολλές προσπάθειες γιαρεύμα χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο. Το πρόβλημα λύθηκε από τον Michael Faraday το 1831. (Ο Αμερικανός Joseph Henry ανακάλυψε επίσης, αλλά δεν είχε χρόνο να δημοσιεύσει τα αποτελέσματά του. Ο Ampère ισχυρίστηκε επίσης την ανακάλυψη, αλλά δεν μπόρεσε να παρουσιάσει τα αποτελέσματά του).

FARADEUS Michael (1791 - 1867) - ο διάσημος Άγγλος φυσικός. Έρευνα στον τομέα του ηλεκτρισμού, του μαγνητισμού, της μαγνητοοπτικής, της ηλεκτροχημείας. Δημιούργησε ένα εργαστηριακό μοντέλο του ηλεκτροκινητήρα. Ανακάλυψε τα επιπλέον ρεύματα κατά το κλείσιμο και το άνοιγμα του κυκλώματος και καθόρισε την κατεύθυνσή τους. Ανακάλυψε τους νόμους της ηλεκτρόλυσης, ήταν ο πρώτος που εισήγαγε τις έννοιες του πεδίου και της διαπερατότητας και το 1845 χρησιμοποίησε τον όρο «μαγνητικό πεδίο».

Μεταξύ άλλων, ο M. Faraday ανακάλυψε τα φαινόμενα διά και παραμαγνητισμού. Βρήκε ότι όλα τα υλικά σε ένα μαγνητικό πεδίο συμπεριφέρονται διαφορετικά: προσανατολίζονται κατά μήκος του πεδίου (ατμός και σιδηρομαγνήτες) ή κατά μήκος

τα πεδία είναι διαμαγνήτες.

Τα πειράματα του Faraday είναι γνωστά από το μάθημα της σχολικής φυσικής: ένα πηνίο και ένας μόνιμος μαγνήτης (Εικ. 11.1)

Ρύζι. 11.1 Εικ. 11.2

Εάν φέρετε έναν μαγνήτη σε ένα πηνίο ή το αντίστροφο, τότε θα εμφανιστεί ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο. Το ίδιο με δύο πηνία σε κοντινή απόσταση: εάν μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος είναι συνδεδεμένη σε ένα από τα πηνία, τότε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα θα εμφανιστεί και στο άλλο

(Εικ.11.2), αλλά αυτό το φαινόμενο εκδηλώνεται καλύτερα εάν δύο πηνία συνδέονται με έναν πυρήνα (Εικ.11.3).

Σύμφωνα με τον ορισμό του Faraday, το κοινό για αυτά τα πειράματα είναι ότι: αν η ροή

το διάνυσμα επαγωγής που διεισδύει σε ένα κλειστό, αγώγιμο κύκλωμα αλλάζει, τότε εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεταιτο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, και το ρεύμα - επαγωγή . Ταυτόχρονα, το φαινόμενο είναι εντελώς ανεξάρτητο από τη μέθοδο αλλαγής της ροής του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής.

Έτσι, αποδεικνύεται ότι τα κινούμενα φορτία (ρεύμα) δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο και ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα (δίνη) ηλεκτρικό πεδίο και, στην πραγματικότητα, ένα ρεύμα επαγωγής.

Για κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, ο Faraday υπέδειξε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. Το 1833, ο Lenz ίδρυσε έναν στρατηγό κανόνας για την εύρεση της κατεύθυνσης του ρεύματος:

το ρεύμα επαγωγής κατευθύνεται πάντα έτσι ώστε το μαγνητικό πεδίο αυτού του ρεύματος να αποτρέπει μια αλλαγή στη μαγνητική ροή που προκαλεί το ρεύμα επαγωγής. Αυτή η δήλωση ονομάζεται κανόνας του Lenz.

Η πλήρωση ολόκληρου του χώρου με έναν ομοιογενή μαγνήτη οδηγεί, αν και άλλα πράγματα είναι ίσα, σε αύξηση της επαγωγής κατά ένα συντελεστή μ. Το γεγονός αυτό το επιβεβαιώνει

το ρεύμα επαγωγής οφείλεται σε αλλαγή της ροής του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής Β και όχι στη ροή του διανύσματος έντασης Η.

11.2. Η τιμή της επαγωγής emf.

Για να δημιουργηθεί ρεύμα σε ένα κύκλωμα, απαιτείται ηλεκτροκινητική δύναμη. Επομένως, το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής δείχνει ότι όταν η μαγνητική ροή αλλάζει στο κύκλωμα, προκύπτει μια ηλεκτροκινητική δύναμη επαγωγής E i. Μας

εργασία , χρησιμοποιώντας τους νόμους διατήρησης της ενέργειας, βρείτε την τιμή του E i και ανακαλύψτε την

Εξετάστε την κίνηση του κινούμενου τμήματος 1 - 2 του κυκλώματος με ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο

Β (Εικ. 11.4).

Ας απουσιάζει αρχικά το μαγνητικό πεδίο Β. Μια μπαταρία με EMF ίσο με E 0 δημιουργεί

τρέχον I 0 . Για το χρόνο dt, η μπαταρία λειτουργεί

dA = E I0 dt(11.2.1)

- αυτό το έργο θα μετατραπεί σε θερμότητα, η οποία μπορεί να βρεθεί σύμφωνα με το νόμο Joule-Lenz:

Q = dA = E 0 I0 dt = I0 2 Rdt,

εδώ I 0 \u003d E R 0, R είναι η σύνθετη αντίσταση ολόκληρου του κυκλώματος.

Ας τοποθετήσουμε το κύκλωμα σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή B . Γραμμές B || n και συνδέονται με την κατεύθυνση του ρεύματος με τον κανόνα του gimlet. Το StreamF που συνδέεται με το κύκλωμα είναι θετικό.r

Κάθε στοιχείο του περιγράμματος δέχεται μια μηχανική δύναμη d F . Η κινητή πλευρά του πλαισίου θα δεχτεί τη δύναμη F 0 . Υπό τη δράση αυτής της δύναμης, τμήμα 1 - 2

θα κινείται με ταχύτητα υ = dx dt . Αυτό θα αλλάξει επίσης τη μαγνητική ροή.

επαγωγή.

Στη συνέχεια, ως αποτέλεσμα της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το ρεύμα στο κύκλωμα θα αλλάξει και θα γίνει

με αποτέλεσμα). Αυτή η δύναμη θα λειτουργήσει dA σε χρόνο dt: dA = Fdx = IdФ.

Όπως και στην περίπτωση που όλα τα στοιχεία του πλαισίου είναι σταθερά, η πηγή εργασίας είναι E 0 .

Με ένα σταθερό κύκλωμα, αυτή η εργασία μειώθηκε μόνο στην απελευθέρωση θερμότητας. Στην περίπτωσή μας θα εκτονωθεί και θερμότητα, αλλά σε διαφορετική ποσότητα, αφού το ρεύμα έχει αλλάξει. Επιπλέον, εκτελούνται μηχανικές εργασίες. Η συνολική εργασία που έγινε σε χρόνο dt είναι:

E 0 Idt \u003d I2 R dt + I dФ

Πολλαπλασιάστε την αριστερή και τη δεξιά πλευρά αυτής της έκφρασης με

Παίρνω

Έχουμε το δικαίωμα να θεωρήσουμε την προκύπτουσα έκφραση ως νόμο του Ohm για ένα κύκλωμα στο οποίο, εκτός από την πηγή E 0, ενεργεί και το E i, το οποίο ισούται με:

Επαγωγή κυκλώματος emf (E i )	ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής

επαγωγή που διαπερνά αυτό το κύκλωμα.

Αυτή η έκφραση για το EMF του κυκλώματος επαγωγής είναι εντελώς καθολική, ανεξάρτητη από τη μέθοδο αλλαγής της ροής της μαγνητικής επαγωγής και ονομάζεται

Ο νόμος του Faraday.

Σημάδι (-) - μαθηματική έκφρασηΟι κανόνες του Lenz σχετικά με την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής: το επαγόμενο ρεύμα κατευθύνεται πάντα έτσι ώστε το πεδίο του

εξουδετερώσει την αλλαγή στο αρχικό μαγνητικό πεδίο.

Η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής και η κατεύθυνση d dt Ф σχετίζονται κανόνας του gimlet(Εικ. 11.5).

Η διάσταση του EMF επαγωγής: [ E i ] =[ Ф ] = B c = B .t c

Εάν το κύκλωμα αποτελείται από πολλές στροφές, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσετε την ιδέα

σύνδεση ροής (ολική μαγνητική ροή):

Ψ = Φ Ν,

όπου N είναι ο αριθμός των στροφών. Οπότε αν

Ei = –∑						∑Ф i
i=1
∑ Ф = Ψ
Ei = −

11.3. Η φύση της επαγωγής EMF.

Ας απαντήσουμε στην ερώτηση, ποια είναι η αιτία της κίνησης των φορτίων, η αιτία του ρεύματος επαγωγής; Εξετάστε την Εικόνα 11.6.

1) Εάν μετακινήσετε τον αγωγό σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο Β, τότε υπό τη δράση της δύναμης Lorentz, τα ηλεκτρόνια θα αποκλίνουν προς τα κάτω και τα θετικά φορτία προς τα πάνω - προκύπτει μια διαφορά δυναμικού. Αυτή θα είναι η δύναμη E i-side , κάτω από τη δράση

που ρέει το ρεύμα. Όπως γνωρίζουμε, για θετικά φορτία

F l \u003d q +; για ηλεκτρόνια F l \u003d -e -.

2) Εάν ο αγωγός είναι ακίνητος και το μαγνητικό πεδίο αλλάζει, ποια δύναμη διεγείρει το ρεύμα επαγωγής σε αυτή την περίπτωση; Ας πάρουμε έναν συνηθισμένο μετασχηματιστή (Εικ. 11.7).

Μόλις κλείσουμε το κύκλωμα του πρωτεύοντος τυλίγματος, αμέσως εμφανίζεται ρεύμα στο δευτερεύον τύλιγμα. Αλλά τελικά, η δύναμη Lorentz δεν έχει καμία σχέση με αυτό, γιατί δρα σε κινούμενα φορτία, και ήταν σε ηρεμία στην αρχή (ήταν σε θερμική κίνηση - χαοτική, αλλά εδώ χρειάζεται μια κατευθυνόμενη κίνηση).

Η απάντηση δόθηκε από τον J. Maxwell το 1860: οποιοδήποτε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διεγείρει ένα ηλεκτρικό πεδίο (Ε ") στον περιβάλλοντα χώρο.Είναι η αιτία του ρεύματος επαγωγής στον αγωγό. Δηλαδή, το E" εμφανίζεται μόνο με την παρουσία ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου (ο μετασχηματιστής δεν λειτουργεί με συνεχές ρεύμα).

Η ουσία του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής καθόλου στην εμφάνιση ρεύματος επαγωγής (το ρεύμα εμφανίζεται όταν υπάρχουν φορτίσεις και το κύκλωμα είναι κλειστό),και στην εμφάνιση ηλεκτρικού πεδίου δίνης (όχι μόνο στον αγωγό, αλλά και στον περιβάλλοντα χώρο, στο κενό).

Αυτό το πεδίο έχει εντελώς διαφορετική δομή από το πεδίο που δημιουργείται από χρεώσεις. Εφόσον δεν δημιουργείται από φορτία, οι γραμμές δύναμης δεν μπορούν να ξεκινούν και να τελειώνουν στα φορτία, όπως κάναμε στην ηλεκτροστατική. Αυτό το πεδίο είναι δίνη, οι γραμμές δύναμης του είναι κλειστές.

Εφόσον αυτό το πεδίο κινεί φορτία, επομένως, έχει μια δύναμη. Ας εισαγάγουμε

διάνυσμα έντασης ηλεκτρικού πεδίου δίνης Ε ". Η δύναμη με την οποία αυτό το πεδίο δρα στο φορτίο

F "= q E".

Αλλά όταν ένα φορτίο κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, υπόκειται στη δύναμη Lorentz

F" = q.
Αυτές οι δυνάμεις πρέπει να είναι ίσες λόγω του νόμου της διατήρησης της ενέργειας:
q E " = − q , επομένως,
E" = − [vr, B].
εδώ v r είναι η ταχύτητα του φορτίου q σε σχέση με το B . Αλλά	για το φαινόμενο
ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ο ρυθμός μεταβολής του μαγνητικού πεδίου Β είναι σημαντικός. Να γιατί
μπορεί να γραφτεί:
Ε" = - ,