Apa yang lebih baik daripada membaca tentang perkara asas pada petang Isnin elektrodinamik. Betul, anda boleh menemui banyak perkara yang akan menjadi lebih baik. Walau bagaimanapun, kami masih menjemput anda untuk membaca artikel ini. Ia tidak mengambil banyak masa, tetapi maklumat yang berguna akan kekal dalam alam bawah sedar. Sebagai contoh, dalam peperiksaan, di bawah tekanan, adalah mungkin untuk berjaya mengeluarkan hukum Faraday dari kedalaman ingatan. Oleh kerana terdapat beberapa undang-undang Faraday, mari kita jelaskan bahawa di sini kita bercakap tentang hukum aruhan Faraday.

Elektrodinamik- cabang fizik yang mengkaji medan elektromagnet dalam semua manifestasinya.

Ini adalah interaksi medan elektrik dan magnet, arus elektrik, sinaran elektromagnet, pengaruh medan pada badan bercas.

Di sini kami tidak bertujuan untuk mempertimbangkan keseluruhan elektrodinamik. Tuhan selamatkan! Mari kita lihat dengan lebih dekat salah satu undang-undang asasnya, yang dipanggil undang-undang aruhan elektromagnet Faraday.

Sejarah dan definisi

Faraday, selari dengan Henry, menemui fenomena aruhan elektromagnet pada tahun 1831. Benar, saya berjaya menerbitkan hasilnya lebih awal. Undang-undang Faraday digunakan secara meluas dalam kejuruteraan, dalam motor elektrik, transformer, penjana dan pencekik. Apakah intipati hukum Faraday untuk aruhan elektromagnet, secara ringkasnya? Dan inilah perkaranya!

Apabila ia berubah fluks magnet melalui litar pengalir tertutup, arus elektrik timbul dalam litar. Iaitu, jika kita memutar bingkai dari wayar dan meletakkannya dalam medan magnet yang berubah-ubah (kita mengambil magnet dan memutarnya di sekeliling bingkai), arus akan mengalir melalui bingkai!

Faraday semasa ini dipanggil induksi, dan fenomena itu sendiri dipanggil induksi elektromagnet.

Aruhan elektromagnet– kejadian dalam gelung tertutup arus elektrik apabila menukar fluks magnet yang melalui litar.

Perumusan undang-undang asas elektrodinamik - Hukum Faraday aruhan elektromagnet, rupa dan bunyi seperti berikut:

EMF, yang timbul dalam litar, adalah berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet F melalui gelung.

Dan dari mana datangnya tolak, anda bertanya. Untuk menerangkan tanda tolak dalam formula ini, ada yang istimewa Peraturan Lenz. Ia mengatakan bahawa tanda tolak, masuk kes ini, menunjukkan cara emf yang terhasil diarahkan. Hakikatnya adalah bahawa medan magnet yang dicipta oleh arus aruhan diarahkan sedemikian rupa sehingga ia menghalang perubahan dalam fluks magnet, yang menyebabkan arus aruhan.

Contoh penyelesaian masalah

Nampaknya itu sahaja. Kepentingan undang-undang Faraday adalah asas, kerana asas hampir keseluruhan industri elektrik dibina berdasarkan penggunaan undang-undang ini. Untuk memahaminya dengan lebih cepat, pertimbangkan contoh penyelesaian masalah mengenai hukum Faraday.

Dan ingat, kawan-kawan! Jika tugas itu tersekat seperti tulang di kerongkong, dan tiada lagi kekuatan untuk menanggungnya - hubungi pengarang kami! Sekarang anda tahu . Kami akan segera menyediakan penyelesaian terperinci dan kami akan menjawab semua soalan anda!

Hasil daripada banyak eksperimen, Faraday menubuhkan undang-undang kuantitatif asas aruhan elektromagnet. Beliau menunjukkan bahawa apabila terdapat perubahan dalam fluks aruhan magnet yang digabungkan dengan litar, arus aruhan muncul dalam litar. Kejadian arus aruhan menunjukkan kehadiran dalam litar daya elektromotif dipanggil daya elektromotif aruhan elektromagnet. Faraday mendapati bahawa nilai EMF aruhan elektromagnet E i adalah berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet:

E i \u003d -K, (27.1)

di mana K ialah pekali perkadaran, bergantung hanya pada pilihan unit ukuran.

Dalam sistem unit SI, pekali K = 1, i.e.

E i = - . (27.2)

Formula ini ialah hukum aruhan elektromagnet Faraday. Tanda tolak dalam formula ini sepadan dengan peraturan (undang-undang) Lenz.

Hukum Faraday juga boleh dirumuskan dengan cara ini: EMF aruhan elektromagnet E i dalam litar adalah sama secara berangka dan bertentangan dalam tanda dengan kadar perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh litar ini. Undang-undang ini adalah universal: EMF E i tidak bergantung pada bagaimana fluks magnet berubah.

Tanda tolak masuk (27.2) menunjukkan bahawa peningkatan dalam fluks (> 0) menyebabkan EMF E i< 0, т.е. магнитный поток индукционного тока направлен навстречу потоку, вызвавшему его; уменьшение потока ( < 0) вызывает E i >0 iaitu, arah fluks magnet arus aruhan dan fluks yang menyebabkannya adalah sama. Rumus tanda tolak dalam (27.2) ialah ungkapan matematik peraturan Lenz peraturan Am untuk mencari arah arus aruhan (dan seterusnya tanda dan EMF aruhan), diperolehi pada tahun 1833. Peraturan Lenz: arus aruhan sentiasa diarahkan sedemikian rupa untuk mengatasi punca yang menyebabkannya. Dalam erti kata lain, arus aruhan mencipta fluks magnet yang menghalang perubahan fluks magnet yang menyebabkan EMF aruhan.

Emf aruhan dinyatakan dalam volt (V). Sesungguhnya, memandangkan unit fluks magnet ialah weber (Wb), kita dapat:

Jika gelung tertutup, di mana EMF aruhan teraruh, terdiri daripada N lilitan, maka E i akan sama dengan jumlah EMF teraruh dalam setiap lilitan. Dan jika fluks magnet yang diliputi oleh setiap lilitan adalah sama dan sama dengan Ф, maka jumlah fluks melalui permukaan lilitan N adalah sama dengan (NF) - jumlah fluks magnet (hubungan fluks). Dalam kes ini, emf aruhan adalah sama dengan:

E i = -N× , (27.3)

Formula (27.2) menyatakan hukum aruhan elektromagnet dalam bentuk umum. Ia boleh digunakan untuk kedua-dua litar pegun dan konduktor bergerak dalam medan magnet. Terbitan fluks magnet berkenaan dengan masa masuk kes am terdiri daripada dua bahagian, satu daripadanya disebabkan oleh perubahan aruhan magnet dari masa ke masa, dan satu lagi disebabkan oleh pergerakan litar berbanding dengan medan magnet(atau ubah bentuknya). Pertimbangkan beberapa contoh penggunaan undang-undang ini.

Contoh 1 konduktor lurus panjang l bergerak selari dengan dirinya dalam medan magnet seragam (Rajah 38). Konduktor ini mungkin sebahagian daripada litar tertutup, bahagian yang selebihnya tidak bergerak. Cari EMF yang berlaku dalam konduktor.

Jika nilai serta-merta kelajuan konduktor ialah v, maka dalam masa dt dia akan menerangkan luas dS = l× v×dt dan pada masa ini akan melintasi semua garis aruhan magnet yang melalui dS. Oleh itu, perubahan dalam fluks magnet melalui litar, yang termasuk konduktor bergerak, akan menjadi dФ = B n ×l× v×dt. Di sini B n ialah komponen aruhan magnet berserenjang dengan dS. Menggantikan ini ke dalam formula (27.2) kita memperoleh nilai EMF:

E i = B n×l× v. (27.4)

Arah arus aruhan dan tanda EMF ditentukan oleh peraturan Lenz: arus aruhan dalam litar sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnet yang diciptanya menghalang perubahan dalam fluks magnet yang menyebabkan arus aruhan ini. Dalam sesetengah kes, adalah mungkin untuk menentukan arah arus aruhan (kekutuban EMF aruhan) mengikut rumusan lain peraturan Lenz: arus aruhan dalam konduktor bergerak diarahkan sedemikian rupa sehingga daya Ampère yang terhasil. adalah bertentangan dengan vektor halaju (memperlahankan pergerakan).

Mari analisa contoh berangka. Konduktor menegak (antena kereta) dengan panjang l = 2 m bergerak dari timur ke barat dalam medan magnet Bumi dengan kelajuan v= 72 km/j = 20 m/s. Kira voltan antara hujung konduktor. Oleh kerana konduktor terbuka, tidak akan ada arus di dalamnya dan voltan pada hujungnya akan sama dengan emf aruhan. Dengan mengambil kira bahawa komponen mendatar aruhan magnet medan Bumi (iaitu, komponen berserenjang dengan arah pergerakan) untuk latitud tengah ialah 2 × 10 -5 T, mengikut formula (27.4) yang kita dapati

U = B n×l× v\u003d 2 × 10 -5 × 2 × 20 \u003d 0.8 × 10 -3 V,

mereka. kira-kira 1 mV. Medan magnet bumi diarahkan dari selatan ke utara. Oleh itu, kami mendapati bahawa EMF diarahkan dari atas ke bawah. Ini bermakna hujung bawah wayar akan mempunyai potensi yang lebih tinggi (akan dicas secara positif), dan hujung atas akan lebih rendah (akan dicas negatif).

Contoh 2. Terdapat litar wayar tertutup dalam medan magnet, ditembusi oleh fluks magnet F. Mari kita andaikan bahawa fluks ini berkurangan kepada sifar, dan hitung jumlah cas yang telah melalui litar. Nilai serta-merta EMF dalam proses kehilangan fluks magnet dinyatakan oleh formula (27.2). Oleh itu, mengikut undang-undang Ohm, nilai serta-merta kekuatan semasa ialah

di mana R berada impedans rantai.

Nilai caj yang diluluskan adalah sama dengan

q = = - = . (27.6)

Hubungan yang diperoleh menyatakan hukum aruhan elektromagnet dalam bentuk yang ditemui oleh Faraday, yang daripada eksperimennya menyimpulkan bahawa magnitud cas yang melalui litar adalah berkadar dengan nombor penuh garis aruhan magnet yang dipalang oleh konduktor (iaitu, perubahan dalam fluks magnet Ф 1 -Ф 2), dan berkadar songsang dengan rintangan litar R. Hubungan (27.6) membolehkan kita menentukan unit fluks magnet dalam sistem SI: weber - fluks magnet, dengan penurunan di mana kepada sifar dalam litar ditambah dengannya dengan rintangan 1 ohm, caj 1 C berlalu.

Mengikut undang-undang Faraday, kejadian EMF aruhan elektromagnet juga mungkin berlaku dalam kes litar tetap yang terletak dalam medan magnet berselang-seli. Walau bagaimanapun, daya Lorentz tidak bertindak pada caj pegun, oleh itu, dalam kes ini, ia tidak boleh menjadi punca EMF aruhan. Maxwell, untuk menerangkan EMF aruhan dalam konduktor pegun, mencadangkan bahawa sebarang medan magnet berselang-seli merangsang medan elektrik pusaran di ruang sekeliling, yang merupakan punca arus aruhan dalam konduktor. Peredaran vektor keamatan medan ini di sepanjang mana-mana litar tetap L konduktor ialah EMF aruhan elektromagnet:

E i = = - . (27.7)

Garis ketegangan vorteks medan elektrik adalah lengkung tertutup, oleh itu, apabila cas bergerak dalam medan elektrik pusaran sepanjang litar tertutup, kerja bukan sifar dilakukan. Ini ialah perbezaan antara medan elektrik vorteks dan medan elektrostatik, garis keamatan yang bermula dan berakhir pada cas.

Hukum aruhan elektromagnet (z. Faraday-Maxwell). peraturan Lenz

Merumuskan hasil eksperimen, Faraday merumuskan hukum aruhan elektromagnet. Dia menunjukkan bahawa dengan sebarang perubahan dalam fluks magnet dalam litar pengalir tertutup, arus aruhan teruja. Oleh itu, emf aruhan berlaku dalam litar.

Emf aruhan adalah berkadar terus dengan kadar perubahan fluks magnet dari semasa ke semasa. Rekod matematik undang-undang ini telah direka oleh Maxwell dan oleh itu ia dipanggil undang-undang Faraday-Maxwell (undang-undang aruhan elektromagnet).

4.2.2. Peraturan Lenz

Undang-undang aruhan elektromagnet tidak menyatakan tentang arah arus aruhan. Soalan ini telah diselesaikan oleh Lenz pada tahun 1833. Dia menetapkan peraturan untuk menentukan arah arus aruhan.

Arus aruhan mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnet yang dicipta olehnya menghalang perubahan dalam fluks magnet yang menembusi litar ini, i.e. arus aruhan. Ia diarahkan sedemikian rupa untuk mengatasi punca yang menyebabkannya. Sebagai contoh, biarkan magnet kekal NS ditolak ke dalam litar tertutup (Gamb. 250).

Rajah.250 Rajah.251

Bilangan garis daya yang melintasi litar tertutup bertambah, oleh itu, fluks magnet meningkat. Dalam litar terdapat arus aruhan saya i , yang mencipta medan magnet, garisan daya yang (garis putus-putus berserenjang dengan satah kontur) diarahkan terhadap garis daya magnet. Apabila magnet dilanjutkan, fluks magnet yang menembusi litar berkurangan (Rajah 251), dan arus aruhan saya i mencipta medan, garisan daya yang diarahkan ke arah garis aruhan magnet (garis putus-putus dalam Rajah 251).

Dengan mengambil kira peraturan Lenz, undang-undang Faraday-Maxwell boleh ditulis dalam bentuk

Untuk penyelesaian tugas fizikal formula (568) digunakan.

Nilai purata masa bagi emf aruhan ditentukan oleh formula

Ketahui cara untuk menukar fluks magnet.

Cara pertama. B=const Dan α=const. Perubahan kawasan S.

Contoh. Biarkan dalam medan magnet seragam B=const konduktor panjang l bergerak berserenjang dengan garis daya dengan kelajuan (Gamb. 252) Kemudian beza keupayaan timbul pada hujung konduktor, sama dengan EMF aruhan. Jom cari dia.

Perubahan fluks magnet ialah

Dalam formula (570) α - ini ialah sudut antara normal satah, dibasuh oleh pergerakan konduktor, dan vektor aruhan.

Hukum aruhan elektromagnet Faraday.

Kami telah meneliti dengan terperinci yang mencukupi tiga berbeza, pada pandangan pertama, varian fenomena aruhan elektromagnet, kejadian arus elektrik dalam litar pengalir di bawah pengaruh medan magnet: apabila konduktor bergerak dalam medan magnet malar; apabila sumber medan magnet bergerak; apabila medan magnet berubah mengikut masa. Dalam semua kes ini, undang-undang aruhan elektromagnet adalah sama:
EMF aruhan elektromagnet dalam litar adalah sama dengan kadar perubahan fluks magnet melalui litar, diambil dengan tanda yang bertentangan

tanpa mengira sebab yang membawa kepada perubahan dalam aliran ini.
Mari kita jelaskan beberapa butiran rumusan di atas.
 Pertama. Fluks magnet melalui litar boleh berubah-ubah sewenang-wenangnya, iaitu, fungsi Ф(t) tidak perlu sentiasa linear, tetapi boleh menjadi apa-apa. Jika fluks magnet berubah secara linear, maka EMF aruhan dalam litar adalah malar, dalam kes ini nilai selang masa Δt boleh sewenang-wenangnya, nilai hubungan (1) dalam kes ini tidak bergantung pada nilai selang ini. Jika aliran berubah lebih banyak cara yang rumit, Itu nilai EMF tidak tetap, tetapi bergantung pada masa. Dalam kes ini, selang masa yang dipertimbangkan harus dianggap sangat kecil, kemudian nisbah (1) dengan titik matematik pandangan menjadi terbitan bagi fungsi fluks magnet berkenaan dengan masa. Secara matematik, peralihan ini adalah sama sepenuhnya dengan peralihan daripada purata kepada kelajuan serta merta dalam sinematik.
 Kedua. Konsep aliran medan vektor terpakai hanya pada permukaan, jadi perlu untuk menentukan permukaan mana dalam soalan dalam lafaz undang-undang. Walau bagaimanapun, fluks medan magnet melalui mana-mana permukaan tertutup adalah sifar. Oleh itu, untuk dua permukaan berbeza berdasarkan kontur, fluks magnet adalah sama. Bayangkan aliran bendalir mengalir keluar dari lubang. Mana-mana permukaan yang anda pilih, sempadannya adalah sempadan lubang, aliran melaluinya akan sama. Analogi lain sesuai di sini: jika kerja daya sepanjang kontur tertutup adalah sifar, maka kerja daya ini tidak bergantung pada bentuk trajektori, tetapi hanya ditentukan oleh titik awal dan akhir.
 Ketiga. Tanda tolak dalam perkataan undang-undang mempunyai dalam makna fizikal, malah, ia memastikan pelaksanaan undang-undang pemuliharaan tenaga dalam fenomena ini. Tanda ini adalah ungkapan peraturan Lenz. Mungkin ini satu-satunya kes dalam fizik apabila satu lencana dianugerahkan nama sendiri.
Seperti yang telah kami tunjukkan, dalam semua kes entiti fizikal Fenomena aruhan elektromagnet adalah sama dan dirumuskan secara ringkas seperti berikut: medan magnet berselang-seli menghasilkan medan elektrik pusaran. Dari sini, medan, sudut pandangan, undang-undang aruhan elektromagnet dinyatakan melalui ciri-ciri medan elektromagnet: peredaran vektor kekuatan medan elektrik di sepanjang mana-mana litar adalah sama dengan kadar perubahan fluks magnet melalui litar ini

Dalam tafsiran fenomena ini, adalah penting bahawa medan elektrik pusaran timbul apabila medan magnet berubah, tidak kira sama ada terdapat konduktor tertutup sebenar (litar) di mana arus berlaku atau tidak. Litar sebenar ini boleh memainkan peranan sebagai peranti untuk mengesan medan teraruh.
Akhir sekali, kami menekankan sekali lagi bahawa medan elektrik dan magnet adalah relatif, iaitu, ciri-cirinya bergantung pada pilihan bingkai rujukan di mana ia diterangkan. Bagaimanapun, kesewenang-wenangan ini dalam pemilihan sistem rujukan, dalam pemilihan kaedah penerangan tidak membawa kepada sebarang percanggahan. diukur kuantiti fizik adalah invarian, tidak bergantung pada pilihan sistem rujukan. Sebagai contoh, daya yang bertindak ke atas jasad bercas dari sisi medan elektromagnet tidak bergantung pada pilihan kerangka rujukan. Tetapi apabila menerangkannya dalam beberapa sistem, ia boleh ditafsirkan sebagai daya Lorentz, dalam yang lain ia boleh "ditambah" kepadanya daya elektrik. Begitu juga (walaupun sebagai akibatnya), EMF aruhan dalam litar (kekuatan arus teraruh, jumlah haba yang dibebaskan, kemungkinan ubah bentuk litar, dll.) tidak bergantung pada pilihan sistem rujukan.
Seperti biasa, kebebasan memilih yang disediakan boleh dan harus digunakan - sentiasa ada peluang untuk memilih kaedah penerangan yang paling anda sukai - sebagai yang paling mudah, paling visual, paling biasa, dsb.

Fenomena aruhan elektromagnet telah dibuka oleh yang cemerlang ahli fizik Inggeris M. Faraday pada tahun 1831. Ia terdiri daripada berlakunya arus elektrik dalam litar pengalir tertutup dengan perubahan masa fluks magnet menembusi kontur.

Fluks magnetik Φ melalui kawasan itu S kontur dipanggil nilai

di mana B– modul vektor aruhan magnetik, α ialah sudut antara vektor dan normal kepada satah kontur (Rajah 1.20.1).

Takrif fluks magnet boleh digeneralisasikan dengan mudah kepada kes medan magnet yang tidak homogen dan kontur bukan satah. Unit fluks magnet dalam sistem SI dipanggil weber (Wb). Fluks magnet sama dengan 1 Wb dicipta oleh medan magnet dengan aruhan 1 T, menembusi kontur rata dengan luas 1 m 2 ke arah normal:

Faraday secara eksperimen menetapkan bahawa apabila fluks magnet berubah dalam litar pengalir, induksi emf ind timbul, sama dengan kelajuan perubahan dalam fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur, diambil dengan tanda tolak:

Formula ini dipanggil hukum Faraday .

Pengalaman menunjukkan bahawa arus aruhan teruja dalam litar tertutup apabila fluks magnet berubah sentiasa diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptanya menghalang perubahan dalam fluks magnet yang menyebabkan arus aruhan. Pernyataan ini, yang dirumuskan pada tahun 1833, dipanggil Peraturan Lenz .

nasi. 1.20.2 menggambarkan peraturan Lenz tentang contoh litar pengalir tetap, yang berada dalam medan magnet seragam, modulus aruhan yang meningkat dengan masa.

Peraturan Lenz mencerminkan fakta eksperimen yang ind dan sentiasa ada tanda yang bertentangan(tanda tolak dalam formula Faraday). Peraturan Lenz mempunyai makna fizikal yang mendalam - ia menyatakan undang-undang pemuliharaan tenaga.

Perubahan dalam fluks magnet yang menembusi litar tertutup boleh berlaku atas dua sebab.

1. Fluks magnet berubah disebabkan oleh pergerakan litar atau bahagiannya dalam pemalar medan magnet dalam masa. Ini adalah kes apabila konduktor, dan dengan mereka pembawa caj percuma, bergerak dalam medan magnet. Kejadian EMF aruhan dijelaskan oleh tindakan daya Lorentz pada caj percuma dalam konduktor bergerak. Kuasa Lorentz memainkan peranan sebagai kuasa luar dalam kes ini.

Pertimbangkan, sebagai contoh, kejadian EMF aruhan dalam litar segi empat tepat yang diletakkan dalam medan magnet seragam berserenjang dengan satah litar. Biarkan salah satu sisi kontur itu l gelongsor dengan laju di sepanjang dua sisi yang lain (Rajah 1.20.3).

Daya Lorentz bertindak atas caj percuma dalam bahagian kontur ini. Salah satu komponen daya ini, dikaitkan dengan mudah alih kelajuan cas diarahkan sepanjang konduktor. Komponen ini ditunjukkan dalam Rajah. 1.20.3. Dia memainkan peranan sebagai kuasa luar. Modulusnya ialah

Mengikut definisi EMF

Untuk menetapkan tanda dalam formula yang menghubungkan ind dan ia adalah perlu untuk memilih arah normal dan arah positif traversal kontur, yang konsisten antara satu sama lain mengikut peraturan gimlet yang betul, seperti yang dilakukan dalam Rajah. 1.20.1 dan 1.20.2. Jika ini dilakukan, maka mudah untuk datang ke formula Faraday.

Jika rintangan keseluruhan litar ialah R, maka arus induktif akan mengalir melaluinya, sama dengan saya ind = ind / R. Pada masa Δ t pada rintangan R menonjol haba joule

Persoalannya timbul: dari mana tenaga ini datang, kerana daya Lorentz tidak berfungsi! Paradoks ini timbul kerana kami mengambil kira kerja hanya satu komponen pasukan Lorentz. Apabila arus induktif mengalir melalui konduktor dalam medan magnet, caj bebas dipengaruhi oleh komponen lain daya Lorentz, yang dikaitkan dengan relatif kelajuan pergerakan cas sepanjang konduktor. Komponen ini bertanggungjawab untuk penampilan Daya ampere. Untuk kes yang ditunjukkan dalam Rajah. 1.20.3, modulus daya Ampere ialah F A= saya B l. Daya Ampere diarahkan ke arah pergerakan konduktor; oleh itu dia melakukan sesuatu yang negatif kerja mekanikal. Pada masa Δ t kerja ini A bulu adalah

Pengalir yang bergerak dalam medan magnet, yang melaluinya arus aruhan mengalir, mengalami brek magnetik . Kerja penuh Daya Lorentz adalah sifar. Haba joule dalam litar dilepaskan sama ada disebabkan kerja kuasa luar, yang memastikan kelajuan konduktor tidak berubah, atau dengan mengurangkan tenaga kinetik konduktor.

2. Sebab kedua bagi perubahan fluks magnet yang menembusi litar ialah perubahan masa medan magnet apabila litar pegun. Dalam kes ini, kejadian EMF aruhan tidak lagi dapat dijelaskan oleh tindakan daya Lorentz. Elektron dalam konduktor tetap hanya boleh digerakkan oleh medan elektrik. Medan elektrik ini dijana oleh medan magnet yang berubah-ubah masa. Kerja bidang ini apabila bergerak tunggal caj positif dalam gelung tertutup adalah sama dengan EMF aruhan dalam konduktor tetap. Oleh itu, medan elektrik yang dihasilkan oleh perubahan medan magnet, tidak potensi . Dia dipanggil medan elektrik pusaran . Konsep medan elektrik pusaran telah diperkenalkan ke dalam fizik oleh ahli fizik Inggeris yang hebat J. Maxwell pada tahun 1861

Fenomena aruhan elektromagnet dalam konduktor tetap, yang berlaku apabila perubahan medan magnet di sekeliling, juga diterangkan oleh formula Faraday. Oleh itu, fenomena aruhan dalam konduktor bergerak dan pegun teruskan dengan cara yang sama, Tetapi sebab fizikal kejadian arus aruhan ternyata berbeza dalam dua kes ini: dalam kes bergerak Konduktor EMF aruhan disebabkan oleh daya Lorentz; dalam kes konduktor tetap, EMF aruhan adalah akibat daripada tindakan ke atas caj percuma medan elektrik vorteks yang berlaku apabila medan magnet berubah.

Sekiranya terdapat litar pengalir tertutup dalam medan magnet yang tidak mengandungi sumber arus, maka apabila medan magnet berubah, arus elektrik timbul dalam litar. Fenomena ini dipanggil aruhan elektromagnet. Kemunculan arus menunjukkan berlakunya medan elektrik dalam litar, yang boleh memberikan pergerakan tertutup caj elektrik atau, dengan kata lain, tentang kejadian EMF. Medan elektrik, yang timbul apabila medan magnet berubah dan kerjanya tidak sama dengan sifar apabila menggerakkan cas di sepanjang litar tertutup, mempunyai garisan daya tertutup dan dipanggil pusaran.

Untuk penerangan kuantitatif aruhan elektromagnet, konsep fluks magnet (atau fluks vektor aruhan magnet) melalui gelung tertutup diperkenalkan. Untuk litar rata yang terletak dalam medan magnet seragam (dan hanya situasi sedemikian boleh dihadapi oleh pelajar sekolah pada satu peperiksaan negeri), fluks magnet ditakrifkan sebagai

di mana ialah aruhan medan, ialah kawasan kontur, ialah sudut antara vektor aruhan dan normal (berserenjang) dengan satah kontur (lihat rajah; serenjang dengan satah kontur ditunjukkan oleh garis putus-putus). Unit fluks magnet masuk sistem antarabangsa Unit SI ialah Weber (Wb), yang ditakrifkan sebagai fluks magnet melalui kontur kawasan 1 m 2 medan magnet seragam dengan aruhan 1 T, berserenjang dengan satah kontur.

Nilai EMF aruhan yang berlaku dalam litar apabila fluks magnet melalui litar ini berubah adalah sama dengan kadar perubahan fluks magnet.

Berikut ialah perubahan dalam fluks magnet melalui litar dalam selang masa yang kecil. Harta yang penting undang-undang aruhan elektromagnet (23.2) adalah kesejagatannya berkenaan dengan sebab-sebab perubahan fluks magnet: fluks magnet melalui litar boleh berubah disebabkan oleh perubahan dalam aruhan medan magnet, perubahan dalam kawasan \u200b \u200blitar, atau perubahan dalam sudut antara vektor aruhan dan normal, yang berlaku apabila litar berputar dalam medan . Dalam semua kes ini, mengikut undang-undang (23.2), EMF aruhan dan arus aruhan akan muncul dalam litar.

Rumus tanda tolak dalam (23.2) adalah "bertanggungjawab" untuk arah arus yang terhasil daripada aruhan elektromagnet (peraturan Lenz). Walau bagaimanapun, tidak begitu mudah untuk memahami dalam bahasa undang-undang (23.2) arah mana arus aruhan tanda ini akan membawa kepada perubahan ini atau itu dalam fluks magnet melalui litar. Tetapi cukup mudah untuk mengingati hasilnya: arus aruhan akan diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dicipta olehnya akan "cenderung" untuk mengimbangi perubahan dalam medan magnet luar yang menghasilkan arus ini. Sebagai contoh, dengan peningkatan dalam aliran medan magnet luar melalui litar, arus aruhan akan muncul di dalamnya, medan magnetnya akan diarahkan bertentangan dengan medan magnet luar untuk mengurangkan medan luar dan dengan itu mengekalkan nilai asal medan magnet. Dengan penurunan dalam fluks medan melalui litar, medan arus aruhan akan diarahkan dengan cara yang sama seperti medan magnet luaran.

Jika, atas sebab tertentu, arus berubah dalam litar dengan arus, maka fluks magnet melalui litar medan magnet yang dicipta oleh arus ini sendiri juga berubah. Kemudian, mengikut undang-undang (23.2), induksi EMF sepatutnya muncul dalam litar. Fenomena berlakunya EMF aruhan dalam litar elektrik tertentu akibat daripada perubahan arus dalam litar ini sendiri dipanggil aruhan kendiri. Untuk mencari Induksi kendiri EMF dalam sesetengah litar elektrik, adalah perlu untuk mengira fluks medan magnet yang dicipta oleh litar ini melalui dirinya sendiri. Pengiraan sedemikian adalah masalah yang sukar kerana ketidakhomogenan medan magnet. Walau bagaimanapun, satu sifat aliran ini adalah jelas. Oleh kerana medan magnet yang dicipta oleh arus dalam litar adalah berkadar dengan magnitud arus, maka fluks magnet medan sendiri melalui litar adalah berkadar dengan arus dalam litar ini.

di mana adalah kekuatan semasa dalam litar, adalah faktor perkadaran, yang mencirikan "geometri" litar, tetapi tidak bergantung pada arus di dalamnya dan dipanggil induktansi litar ini. Unit induktansi dalam sistem unit SI antarabangsa ialah Henry (H). 1 H ditakrifkan sebagai kearuhan litar sedemikian, fluks aruhan medan magnetnya sendiri yang melaluinya ialah 1 Wb pada kekuatan arus 1 A. Mengambil kira takrifan aruhan (23.3) daripada undang-undang aruhan elektromagnet (23.2), kami memperoleh untuk EMF aruhan diri

Oleh kerana fenomena induksi diri, arus dalam mana-mana litar elektrik mempunyai "inersia" tertentu dan, oleh itu, tenaga. Sesungguhnya, untuk mencipta arus dalam litar, perlu melakukan kerja untuk mengatasi EMF aruhan diri. Tenaga litar dengan arus dan sama dengan kerja ini. Ia adalah perlu untuk mengingati formula untuk tenaga litar dengan arus

di manakah kearuhan litar, ialah arus di dalamnya.

Fenomena aruhan elektromagnet digunakan secara meluas dalam teknologi. Ia berdasarkan penciptaan arus elektrik dalam penjana elektrik dan loji kuasa. Disebabkan oleh undang-undang aruhan elektromagnet, transformasi berlaku getaran mekanikal dalam mikrofon elektrik. Berdasarkan undang-undang aruhan elektromagnet, ia berfungsi, khususnya, litar elektrik, yang dipanggil litar berayun(cm. bab seterusnya), dan yang merupakan asas bagi mana-mana peralatan pemancar radio atau penerima radio.

Pertimbangkan sekarang tugas.

Daripada yang tersenarai dalam tugasan 23.1.1 fenomena, hanya terdapat satu akibat daripada undang-undang aruhan elektromagnet - kemunculan arus dalam cincin apabila magnet kekal melaluinya (jawapannya 3 ). Segala-galanya adalah hasil daripada interaksi magnetik arus.

Seperti yang ditunjukkan dalam pengenalan kepada bab ini, fenomena aruhan elektromagnet mendasari operasi alternator ( tugasan 23.1.2), iaitu peranti yang mencipta arus ulang alik, kekerapan yang diberikan (tindak balas 2 ).

Aruhan medan magnet dicipta magnet kekal, berkurangan dengan bertambahnya jarak kepadanya. Oleh itu, apabila magnet menghampiri cincin ( tugasan 23.1.3) fluks aruhan medan magnet magnet melalui gelang berubah, dan arus aruhan muncul dalam gelang. Jelas sekali, ini akan berlaku apabila magnet menghampiri cincin dan utara, dan kutub Selatan. Tetapi arah arus aruhan dalam kes ini akan berbeza. Ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila magnet menghampiri cincin dengan kutub yang berbeza, medan dalam satah cincin dalam satu kes akan diarahkan bertentangan dengan medan yang lain. Oleh itu, untuk mengimbangi perubahan dalam medan luaran ini, medan magnet arus aruhan mesti diarahkan secara berbeza dalam kes ini. Oleh itu, arah arus aruhan dalam gelang akan bertentangan (jawapannya ialah 4 ).

Untuk berlakunya EMF aruhan dalam cincin, fluks magnet melalui cincin perlu berubah. Dan kerana aruhan magnet medan magnet bergantung pada jarak kepadanya, maka dalam kes yang dipertimbangkan tugasan 23.1.4 kes, aliran melalui gelang akan berubah, arus aruhan akan muncul dalam gelang (jawapannya ialah 1 ).

Apabila memutar bingkai 1 ( tugasan 23.1.5) sudut antara garis aruhan magnet (dan, oleh itu, vektor aruhan) dan satah bingkai pada bila-bila masa adalah sama dengan sifar. Akibatnya, fluks magnet melalui bingkai 1 tidak berubah (lihat formula (23.1)), dan arus aruhan tidak berlaku di dalamnya. Dalam bingkai 2, arus aruhan akan berlaku: dalam kedudukan yang ditunjukkan dalam rajah, fluks magnet yang melaluinya adalah sifar, apabila bingkai itu berpusing seperempat pusingan, ia akan sama dengan , di manakah aruhan, ialah kawasan daripada bingkai itu. Selepas satu perempat pusingan lagi, aliran akan menjadi sifar sekali lagi, dan seterusnya. Oleh itu, fluks aruhan magnet melalui bingkai 2 berubah semasa putarannya, oleh itu, arus aruhan timbul di dalamnya (jawapannya ialah 2 ).

DALAM tugasan 23.1.6 arus aruhan berlaku hanya dalam kes 2 (jawapan 2 ). Sesungguhnya, dalam kes 1, bingkai kekal pada jarak yang sama dari konduktor semasa pergerakan, dan, akibatnya, medan magnet yang dicipta oleh konduktor ini dalam satah bingkai tidak berubah. Apabila bingkai bergerak menjauhi konduktor, aruhan magnet medan konduktor dalam kawasan bingkai berubah, fluks magnet melalui bingkai berubah, dan arus aruhan timbul.

Undang-undang aruhan elektromagnet menyatakan bahawa arus aruhan dalam gelang akan mengalir pada saat-saat tertentu apabila fluks magnet melalui gelang ini berubah. Oleh itu, semasa magnet berada dalam keadaan diam berhampiran cincin ( tugasan 23.1.7) arus aruhan dalam gelang tidak akan mengalir. Jadi jawapan yang betul untuk masalah ini ialah 2 .

Mengikut undang-undang aruhan elektromagnet (23.2), EMF aruhan dalam bingkai ditentukan oleh kadar perubahan fluks magnet melaluinya. Dan sejak dengan syarat tugasan 23.1.8 aruhan medan magnet di kawasan bingkai berubah secara seragam, kadar perubahannya adalah malar, magnitud ggl aruhan tidak berubah semasa eksperimen (jawapannya ialah 3 ).

DALAM tugasan 23.1.9 Emf aruhan yang berlaku dalam bingkai dalam kes kedua adalah empat kali lebih besar daripada emf aruhan yang berlaku pada yang pertama (jawapannya ialah 4 ). Ini disebabkan oleh peningkatan empat kali ganda dalam kawasan bingkai dan, dengan itu, fluks magnet melaluinya dalam kes kedua.

DALAM tugasan 23.1.10 dalam kes kedua, kadar perubahan fluks magnet berganda (induksi medan berubah dengan jumlah yang sama, tetapi pada separuh masa). Oleh itu, EMF aruhan elektromagnet yang berlaku dalam bingkai dalam kes kedua adalah dua kali lebih besar daripada yang pertama (jawapannya ialah 1 ).

Apabila arus dalam konduktor tertutup berganda ( tugasan 23.2.1), nilai aruhan medan magnet akan meningkat pada setiap titik dalam ruang dua kali, tanpa mengubah arah. Oleh itu, fluks magnet melalui mana-mana kawasan kecil dan, dengan itu, keseluruhan konduktor akan berubah tepat dua kali (jawapannya ialah 1 ). Tetapi nisbah fluks magnet melalui konduktor kepada arus dalam konduktor ini, yang merupakan kearuhan konduktor , sementara tidak berubah ( tugasan 23.2.2- jawab 3 ).

Menggunakan formula (23.3) kita dapati dalam tugasan 32.2.3 gn (jawapan 4 ).

Hubungan antara unit pengukuran fluks magnet, aruhan magnet dan kearuhan ( tugasan 23.2.4) mengikut takrifan kearuhan (23.3): satu unit fluks magnetik (Wb) adalah sama dengan hasil darab unit arus (A) per unit kearuhan (H) - jawapannya 3 .

Menurut formula (23.5), dengan peningkatan dua kali ganda dalam kearuhan gegelung dan penurunan dua kali ganda dalam arus di dalamnya ( tugasan 23.2.5) tenaga medan magnet gegelung akan berkurangan sebanyak 2 kali ganda (jawapan 2 ).

Apabila bingkai berputar dalam medan magnet seragam, fluks magnet melalui bingkai berubah disebabkan oleh perubahan sudut antara serenjang dengan satah bingkai dan vektor medan magnet. Dan sejak dalam kes pertama dan kedua dalam tugasan 23.2.6 sudut ini berubah mengikut undang-undang yang sama (mengikut keadaan, kekerapan putaran bingkai adalah sama), maka EMF induksi berubah mengikut undang-undang yang sama, dan, oleh itu, nisbah nilai amplitud EMF induksi dalam rangka kerja adalah sama dengan satu (jawapan 2 ).

Medan magnet yang dicipta oleh konduktor dengan arus di kawasan bingkai ( tugasan 23.2.7), dihantar "daripada kami" (lihat penyelesaian masalah dalam Bab 22). Nilai aruhan medan wayar dalam kawasan bingkai akan berkurangan apabila ia bergerak menjauhi wayar. Oleh itu, arus aruhan dalam bingkai mesti mencipta medan magnet yang diarahkan di dalam bingkai "jauh dari kami". Sekarang menggunakan peraturan gimlet untuk mencari arah aruhan magnet, kami membuat kesimpulan bahawa arus aruhan dalam gelung akan diarahkan mengikut arah jam (jawapannya ialah 1 ).

Dengan peningkatan arus dalam wayar, medan magnet yang dicipta olehnya akan meningkat dan arus aruhan akan muncul dalam bingkai ( tugasan 23.2.8). Akibatnya, akan berlaku interaksi arus aruhan dalam gelung dan arus dalam konduktor. Untuk mencari arah interaksi ini (tarikan atau tolakan), anda boleh mencari arah arus aruhan, dan kemudian, menggunakan formula Ampère, daya interaksi antara bingkai dan wayar. Tetapi anda boleh melakukannya secara berbeza, menggunakan peraturan Lenz. Semua fenomena induktif mesti mempunyai arah yang sedemikian untuk mengimbangi sebab yang menyebabkannya. Dan kerana sebabnya ialah peningkatan arus dalam gelung, daya interaksi antara arus aruhan dan wayar harus cenderung untuk mengurangkan fluks magnet medan wayar melalui gelung. Dan oleh kerana aruhan magnet medan wayar berkurangan dengan peningkatan jarak kepadanya, daya ini akan menolak bingkai dari wayar (jawapan 2 ). Jika arus dalam wayar berkurangan, maka bingkai akan tertarik ke wayar.

Tugasan 23.2.9 juga berkaitan dengan arah fenomena aruhan dan peraturan Lenz. Apabila magnet menghampiri cincin pengalir, arus aruhan akan muncul di dalamnya, dan arahnya akan seperti untuk mengimbangi punca yang menyebabkannya. Dan kerana sebab ini adalah pendekatan magnet, cincin itu akan menolaknya (jawapan 2 ). Jika magnet dialihkan dari cincin, maka atas sebab yang sama akan ada tarikan cincin kepada magnet.

Tugasan 23.2.10 adalah satu-satunya masalah pengiraan dalam bab ini. Untuk mencari EMF aruhan, anda perlu mencari perubahan dalam fluks magnet melalui litar . Ia boleh dilakukan seperti ini. Biarkan pada satu ketika pelompat berada dalam kedudukan yang ditunjukkan dalam rajah, dan biarkan selang masa yang kecil berlalu. Semasa selang masa ini, pelompat akan bergerak mengikut nilai . Ini akan meningkatkan kawasan kontur mengikut jumlah . Oleh itu, perubahan dalam fluks magnet melalui litar akan sama, dan magnitud emf aruhan (jawapan 4 ).