I vår verden er alle slags eksisterende krefter, med unntak av gravitasjonskrefter, representert av elektromagnetiske interaksjoner. I universet, til tross for den fantastiske variasjonen av effekter av kropper på hverandre, i alle stoffer, levende organismer, er det alltid en manifestasjon elektromagnetiske krefter. Hvordan oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon (EI) skjedde, vil vi beskrive nedenfor.

I kontakt med

EI oppdagelse

Rotasjonen av en magnetisk nål nær en strømførende leder i Oersteds eksperimenter var den første som indikerte sammenhengen mellom elektriske og magnetiske fenomener. Åpenbart: elektrisk strøm "omgir" seg selv med et magnetfelt.

Så er det mulig å oppnå dens forekomst ved hjelp av et magnetfelt - en lignende oppgave ble satt av Michael Faraday. I 1821 noterte han denne egenskapen i dagboken sin om transformasjonen av magnetisme til.

Suksessen kom ikke til forskeren umiddelbart. Bare en dyp tillit til naturens krefters enhet og hardt arbeid førte ham ti år senere til en ny stor oppdagelse.

Løsningen på problemet ble ikke gitt til Faraday og hans andre kolleger på lenge, fordi de prøvde å få elektrisitet i en fast spole ved hjelp av virkningen av et konstant magnetfelt. I mellomtiden viste det seg senere: antall kraftledninger som trenger inn i ledningene endres, og elektrisitet vises.

EI-fenomen

Prosessen med utseendet av elektrisitet i spolen som et resultat av en endring i magnetfeltet er karakteristisk for elektromagnetisk induksjon og definerer dette konseptet. Det er ganske naturlig at variasjonen som oppstår under denne prosessen kalles induksjon. Effekten vil bli bevart hvis selve spolen blir stående uten bevegelse, men magneten flyttes. Med bruk av en andre spole kan du klare deg uten magnet i det hele tatt.

Hvis elektrisitet føres gjennom en av spolene, så med deres gjensidige bevegelse i den andre vil det være en induksjonsstrøm. Du kan sette en spole på en annen og endre spenningsverdien til en av dem ved å lukke og åpne nøkkelen. I dette tilfellet endres magnetfeltet som trenger inn i spolen, som påvirkes av nøkkelen, og dette fører til at det oppstår en induksjonsstrøm i den andre.

Lov

Under eksperimenter er det lett å oppdage at antall kraftlinjer som trenger inn i spolen øker - pekeren til enheten som brukes (galvanometer) beveger seg i én retning, avtar i den andre. En nærmere undersøkelse viser at styrken til den induktive strømmen er direkte proporsjonal med endringshastigheten i antall kraftlinjer. Dette er den grunnleggende loven for elektromagnetisk induksjon.

Denne loven er uttrykt med formelen:

Den brukes hvis den magnetiske fluksen endres med samme mengde over en periode t, når endringshastigheten til den magnetiske fluksen f/t er konstant.

Viktig! For induksjonsstrømmer er Ohms lov gyldig: I \u003d / R, hvor er induksjons-EMK, som finnes i henhold til EI-loven.

Bemerkelsesverdige eksperimenter utført en gang av den berømte engelske fysikeren og som ble grunnlaget for loven han oppdaget, i dag er ethvert skolebarn i stand til å gjøre uten store problemer. For disse formålene brukes:

• magnet,
• to trådspoler
• strømkilde,
• galvanometer.

Vi fester en magnet på stativet og bringer en spole til den med endene festet til galvanometeret.

Ved å snu, vippe og flytte den opp og ned, endrer vi antall magnetfeltlinjer som trenger gjennom spolene.

Galvanometer registre fremveksten av elektrisitet med stadig skiftende størrelse og retning i løpet av eksperimentet.

En spole og en magnet som er i ro i forhold til hverandre vil ikke skape forhold for fremveksten av elektrisitet.

Andre Faraday-lover

Basert på forskningen ble ytterligere to lover med samme navn dannet:

1. Essensen av den første er som følger: masse av materie m, frigjort av den elektriske spenningen ved elektroden, er proporsjonal med mengden elektrisitet Q som har passert gjennom elektrolytten.
2. Definisjonen av Faradays andre lov, eller avhengigheten av den elektrokjemiske ekvivalenten av atomvekten til et element og dets valens, er formulert som følger: den elektrokjemiske ekvivalenten til et stoff er proporsjonal med dets atomvekt, og også omvendt proporsjonal med valens.

Av alle eksisterende typer induksjon er en egen type av dette fenomenet, selvinduksjon, av stor betydning. Hvis vi tar en spole som har et stort antall svinger, så når kretsen er lukket, lyser ikke lyspæren umiddelbart.

Denne prosessen kan ta flere sekunder. Et veldig overraskende faktum ved første øyekast. For å forstå hva som står på spill her, er det nødvendig å forstå hva som skjer i øyeblikk av kretsslutning. En lukket krets ser ut til å "vekke" den elektriske strømmen, som begynner sin bevegelse langs ledningens svinger. Samtidig skapes det øyeblikkelig et økende magnetfelt i rommet rundt det.

Spolevendinger penetreres av et elektromagnetisk felt i endring, og konsentrerer kjernen. Begeistret i svingene på spolen, motvirker induksjonsstrømmen, med en økning i magnetfeltet (i øyeblikket kretsen er lukket), den viktigste. Det er umulig for det å umiddelbart nå sin maksimale verdi i det øyeblikket kretsen lukkes, den "vokser" gradvis. Her er forklaringen på hvorfor lyspæren ikke blinker umiddelbart. Når kretsen åpnes, forsterkes hovedstrømmen ved induksjon som følge av fenomenet selvinduksjon, og lyspæren blinker sterkt.

Viktig! Essensen av fenomenet, kalt selvinduksjon, er preget av avhengigheten av endringen som eksiterer induksjonsstrømmen til det elektromagnetiske feltet på endringen i styrken til den elektriske strømmen som flyter gjennom kretsen.

Retningen til selvinduksjonsstrømmen bestemmes av Lenz-regelen. Selvinduksjon sammenlignes lett med treghet innen mekanikk, siden begge fenomenene har lignende egenskaper. Og faktisk i resultat av treghet under påvirkning av makt oppnår kroppen en viss hastighet gradvis, og ikke øyeblikkelig. Ikke umiddelbart - under påvirkning av selvinduksjon - når batteriet er koblet til kretsen, vises også elektrisitet. For å fortsette sammenligningen med hastighet, merker vi at den heller ikke er i stand til å forsvinne umiddelbart.

Virvelstrømmer

Tilstedeværelsen av virvelstrømmer i massive ledere kan tjene som et annet eksempel på elektromagnetisk induksjon.

Eksperter vet at transformatorkjerner av metall, generator- og motorarmaturer aldri er solide. Under fremstillingen påføres et lag med lakk på de individuelle tynne arkene de er sammensatt av, og isolerer et ark fra et annet.

Det er lett å forstå hvilken kraft får en person til å lage akkurat en slik enhet. Under påvirkning av elektromagnetisk induksjon i et vekslende magnetfelt, gjennombores kjernen av kraftlinjer i et elektrisk virvelfelt.

Tenk deg at kjernen er laget av solid metall. Siden dens elektriske motstand er liten, vil forekomsten av en stor induktiv spenning være ganske forståelig. Kjernen ville til slutt varmes opp, og en stor del av den elektriske energien ville bli ubrukelig bortkastet. I tillegg vil det være nødvendig å iverksette spesielle tiltak for kjøling. Og de isolerende lagene tillater ikke nå store høyder.

Induksjonsstrømmene som er iboende i massive ledere kalles ikke tilfeldig virvelstrøm - linjene deres er lukket som kraftlinjene til et elektrisk felt, der de oppstår. Oftest brukes virvelstrømmer i driften av induksjonsmetallurgiske ovner for smelting av metaller. I samspill med magnetfeltet som ga opphav til dem, forårsaker de noen ganger interessante fenomener.

Ta en kraftig elektromagnet og plasser mellom de vertikalt arrangerte stolpene, for eksempel en femkopekmynt. Mot forventning vil den ikke falle, men sakte synke. Det tar sekunder å reise noen få centimeter.

La oss for eksempel plassere en femkopekmynt mellom de vertikalt plasserte polene til en kraftig elektromagnet og slippe den.

Mot forventning den vil ikke falle, men sakte synke. Det tar sekunder å reise noen få centimeter. Bevegelsen til en mynt ligner bevegelsen til en kropp i et viskøst medium. Hvorfor skjer dette.

I følge Lenz sin regel er retningene til virvelstrømmene som oppstår under bevegelsen av en mynt i et uensartet magnetfelt slik at feltet til magneten skyver mynten opp. Denne funksjonen brukes til å "roe ned" pilene i måleinstrumenter. En aluminiumsplate, plassert mellom de magnetiske polene, er festet til pilen, og virvelstrømmene som oppstår i den bidrar til rask demping av svingningene.

Demonstrasjon av fenomenet elektromagnetisk induksjon av fantastisk skjønnhet foreslått av professor ved Moskva-universitetet V.K. Arkadiev. La oss ta en blyskål, som har en superledende evne, og prøve å slippe en magnet over den. Han vil ikke falle, men ser ut til å "sveve" over bollen. Forklaringen her er enkel: den elektriske motstanden til superlederen, lik null, bidrar til fremveksten av elektrisitet i den av stor størrelse, i stand til å vedvare i lang tid og "holde" magneten over bollen. I følge Lenz sin regel er retningen til magnetfeltet deres slik at det frastøter magneten og hindrer den i å falle.

Vi studerer fysikk - loven om elektromagnetisk induksjon

Riktig formulering av Faradays lov

Konklusjon

Elektromagnetiske krefter er krefter som lar mennesker se verden rundt seg og er mer vanlig i naturen, for eksempel er lys også et eksempel på elektromagnetiske fenomener. Menneskehetens liv kan ikke forestilles uten dette fenomenet.

Figuren viser retningen til den induktive strømmen som oppstår i en kortsluttet trådspole når spolen beveges i forhold til denne.

magnet Merk hvilke av følgende utsagn som er riktige og hvilke som er feil.
A. Magneten og spolen tiltrekkes av hverandre.
B. Inne i spolen er magnetfeltet til induksjonsstrømmen rettet oppover.
B. Inne i spolen er linjene for magnetisk induksjon av magnetens felt rettet oppover.
D. Magneten fjernes fra spolen.

1. Newtons første lov?

2. Hvilke referanserammer er treghets- og ikke-treghet? Gi eksempler.
3. Hva er egenskapen til legemer kalt treghet? Hva er verdien av treghet?
4. Hva er forholdet mellom massene av kropper og modulene av akselerasjoner som de mottar under interaksjon?
5. Hva er styrke og hvordan karakteriseres den?
6. Uttalelse av Newtons 2. lov? Hva er dens matematiske notasjon?
7. Hvordan er Newtons 2. lov formulert i impulsiv form? Matematikken hans?
8. Hva er 1 Newton?
9. Hvordan beveger et legeme seg hvis det påføres en kraft som er konstant i størrelse og retning? Hva er retningen på akselerasjonen forårsaket av kraften som virker på den?
10. Hvordan bestemmes resultanten av krefter?
11. Hvordan er Newtons 3. lov formulert og skrevet ned?
12. Hvordan er akselerasjonene til samvirkende kropper rettet?
13. Gi eksempler på manifestasjonen av Newtons 3. lov.
14. Hva er grensene for anvendelighet av alle Newtons lover?
15. Hvorfor kan vi betrakte Jorden som en treghetsreferanseramme hvis den beveger seg med sentripetalakselerasjon?
16. Hva er deformasjon, hvilke typer deformasjoner kjenner du til?
17. Hvilken kraft kalles elastisitetskraften? Hva er arten av denne kraften?
18. Hva er egenskapene til den elastiske kraften?
19. Hvordan rettes den elastiske kraften (støttereaksjonskraft, trådspenningskraft?)
20. Hvordan er Hookes lov formulert og skrevet? Hva er grensene for anvendelse? Tegn en graf som illustrerer Hookes lov.
21. Hvordan er loven om universell gravitasjon formulert og nedskrevet, når er den anvendelig?
22. Beskriv forsøkene for å bestemme verdien av gravitasjonskonstanten?
23. Hva er gravitasjonskonstanten, hva er dens fysiske betydning?
24. Er gravitasjonskraftens arbeid avhengig av banens form? Hva er arbeidet utført av tyngdekraften i en lukket sløyfe?
25. Er arbeidet til den elastiske kraften avhengig av formen på banen?
26. Hva vet du om tyngdekraften?
27. Hvordan beregnes akselerasjon av fritt fall på jorden og andre planeter?
28. Hva er den første kosmiske hastigheten? Hvordan beregnes det?
29. Hva kalles fritt fall? Avhenger akselerasjonen av fritt fall av kroppens masse?
30. Beskriv opplevelsen av Galileo Galilei, som beviser at alle kropper i et vakuum faller med samme akselerasjon.
31. Hvilken kraft kalles friksjonskraften? Typer friksjonskrefter?
32. Hvordan beregnes kraften av glidende og rullende friksjon?
33. Når oppstår den statiske friksjonskraften? Hva er det lik?
34. Er kraften til glidefriksjonen avhengig av arealet til kontaktflatene?
35. Hvilke parametere avhenger kraften til glidefriksjonen?
36. Hva bestemmer kraften av motstand mot bevegelse av et legeme i væsker og gasser?
37. Hva kalles kroppsvekt? Hva er forskjellen mellom vekten til en kropp og tyngdekraften som virker på en kropp?
38. I hvilket tilfelle er vekten av kroppen numerisk lik tyngdemodulen?
39. Hva er vektløshet? Hva er overbelastning?
40. Hvordan beregne vekten til en kropp under dens akselererte bevegelse? Endres vekten til en kropp hvis den beveger seg langs et fast horisontalplan med akselerasjon?
41. Hvordan endres vekten til en kropp når den beveger seg langs de konvekse og konkave delene av sirkelen?
42. Hva er algoritmen for å løse problemer når en kropp beveger seg under påvirkning av flere krefter?
43. Hvilken kraft kalles Arkimedesstyrken eller flytekraften? Hvilke parametere er denne kraften avhengig av?
44. Hvilke formler kan brukes for å beregne kraften til Arkimedes?
45. Under hvilke forhold flyter, synker, flyter et legeme i en væske?
46.​Hvordan avhenger dybden av nedsenking i en væske av en flytende kropp av dens tetthet?
47. Hvorfor fylles ballonger med hydrogen, helium eller varmluft?
48. Forklar påvirkningen av jordens rotasjon rundt sin akse på verdien av akselerasjonen av fritt fall.
49. Hvordan endres verdien av tyngdekraften når: a) fjerning av kroppen fra jordoverflaten, B) når kroppen beveger seg langs meridianen, parallelt

elektrisk krets?

3. Hva er den fysiske betydningen av EMF? Definer volt.

4. Koble voltmeteret for en kort stund til en elektrisk energikilde, og observer polariteten. Sammenlign avlesningene hans med beregningen basert på resultatene av eksperimentet.

5. Hva bestemmer spenningen ved terminalene til strømkilder?

6. Bruk måleresultatene til å bestemme spenningen på den eksterne kretsen (hvis arbeidet ble utført ved metode I), motstanden til den eksterne kretsen (hvis arbeidet ble utført ved metode II).

6 spørsmål i hekkeberegning

Hjelp meg vær så snill!

1. Under hvilke forhold oppstår friksjonskrefter?
2. Hva bestemmer modulen og retningen til den statiske friksjonskraften?
3. Innenfor hvilke grenser kan den statiske friksjonskraften endres?
4. Hvilken kraft gir akselerasjon til en bil eller lokomotiv?
5. Kan kraften fra glidefriksjonen øke hastigheten til en kropp?
6. Hva er hovedforskjellen mellom motstandskraften i væsker og gasser og friksjonskraften mellom to faste legemer?
7. Gi eksempler på gunstige og skadelige effekter av friksjonskrefter av alle typer

INDUKSJONSSTRØM er en elektrisk strøm som oppstår når fluksen av magnetisk induksjon endres i en lukket ledende krets. Dette fenomenet kalles elektromagnetisk induksjon. Vil du vite hvilken retning av induksjonsstrømmen? Rosinductor er en handelsinformasjonsportal hvor du finner informasjon om strøm.

Regelen som bestemmer retningen til induksjonsstrømmen er som følger: "Induksjonsstrømmen er rettet slik at dens magnetiske felt motvirker endringen i den magnetiske fluksen som den er forårsaket av." Høyre hånd dreies med håndflaten mot de magnetiske kraftlinjene, mens tommelen er rettet mot lederens bevegelse, og fire fingre viser i hvilken retning induksjonsstrømmen vil flyte. Ved å bevege lederen flytter vi sammen med lederen alle elektronene som er innelukket i den, og når vi beveger oss i et magnetfelt av elektriske ladninger, vil en kraft virke på dem i henhold til venstrehåndsregelen.

Retningen til den induktive strømmen, så vel som dens størrelse, bestemmes av Lenz-regelen, som sier at retningen til den induktive strømmen alltid svekker effekten av faktoren som eksiterte strømmen. Når strømmen av magnetfeltet endres gjennom kretsen, vil retningen til induksjonsstrømmen være slik at den kompenserer for disse endringene. Når magnetfeltet som stimulerer strømmen i kretsen skapes i en annen krets, avhenger retningen til induksjonsstrømmen av endringenes art: når den eksterne strømmen øker, har induksjonsstrømmen motsatt retning, når den avtar, er den rettet i samme retning og har en tendens til å øke strømmen.

Spolen med induksjonsstrøm har to poler (nord og sør), som bestemmes avhengig av strømmens retning: induksjonslinjene kommer ut av nordpolen. Tilnærmingen av magneten til spolen forårsaker utseendet til en strøm med en retning som frastøter magneten. Når magneten fjernes, har strømmen i spolen en retning som favoriserer tiltrekningen av magneten.

Induksjonsstrøm oppstår i en lukket krets i et vekslende magnetfelt. Kretsen kan enten være stasjonær (plassert i en skiftende fluks av magnetisk induksjon) eller bevegelig (bevegelsen av kretsen forårsaker en endring i den magnetiske fluksen). Forekomsten av en induksjonsstrøm forårsaker et elektrisk virvelfelt, som eksiteres under påvirkning av et magnetfelt.

Du kan lære hvordan du lager en kortsiktig induksjonsstrøm fra et fysikkkurs på skolen.

Det er flere måter å gjøre dette på:

• - bevegelse av en permanent magnet eller elektromagnet i forhold til spolen,
• - bevegelse av kjernen i forhold til elektromagneten satt inn i spolen,
• - kretslukking og åpning,
• - regulering av strømmen i kretsen.

Den grunnleggende loven om elektrodynamikk (Faradays lov) sier at styrken til den induktive strømmen for enhver krets er lik endringshastigheten til den magnetiske fluksen som går gjennom kretsen, tatt med et minustegn. Styrken til den induserte strømmen kalles den elektromotoriske kraften.

Forekomst i lederen av EMF-induksjon

Hvis du plasserer den i en leder og flytter den slik at den under bevegelsen krysser kraftfeltlinjene, vil en leder dukke opp, kalt induksjons-emf.

EMF av induksjon vil oppstå i lederen selv om lederen selv forblir ubevegelig, og magnetfeltet beveger seg og krysser lederen med kraftlinjene.

Hvis lederen som induksjons-EMK er indusert i er lukket for en ekstern krets, vil det under påvirkning av denne EMF flyte en strøm gjennom kretsen, kalt induksjonsstrøm.

EMF-induksjonsfenomen i en leder når den krysses av magnetfeltlinjer kalles elektromagnetisk induksjon.

Elektromagnetisk induksjon er den omvendte prosessen, dvs. konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi.

Fenomenet elektromagnetisk induksjon har funnet den bredeste anvendelsen i. Enheten til forskjellige elektriske maskiner er basert på bruken.

Størrelsen og retningen til induksjons-emf

La oss nå vurdere hva som vil være størrelsen og retningen til EMF indusert i lederen.

Størrelsen på EMF av induksjon avhenger av antall feltlinjer med kraft som krysser lederen per tidsenhet, dvs. av hastigheten til lederen i feltet.

Størrelsen på den induserte emk er direkte avhengig av hastigheten til lederen i et magnetfelt.

Størrelsen på den induserte emk avhenger også av lengden på den delen av lederen som er krysset av feltlinjene. Jo større del av lederen som krysses av feltlinjene, jo større EMF induseres i lederen. Og til slutt, jo sterkere magnetfeltet er, dvs. jo større induksjonen er, jo større EMF oppstår i lederen som krysser dette feltet.

Så, størrelsen på EMF av induksjon som oppstår i lederen når den beveger seg i et magnetfelt er direkte proporsjonal med induksjonen av magnetfeltet, lengden på lederen og hastigheten på dens bevegelse.

Denne avhengigheten uttrykkes med formelen E = Blv,

hvor E er induksjons-emf; B - magnetisk induksjon; I - lederlengde; v - hastigheten til lederen.

Det må man godt huske på i en leder som beveger seg i et magnetfelt, oppstår en EMF av induksjon bare hvis denne lederen krysses av magnetiske feltlinjer. Hvis lederen beveger seg langs feltkraftlinjene, dvs. ikke krysser, men som det var glir langs dem, induseres ingen EMF i den. Derfor er formelen ovenfor bare gyldig når lederen beveger seg vinkelrett på magnetfeltlinjene.

Retningen til den induserte emk (samt strømmen i lederen) avhenger av hvilken retning lederen beveger seg. For å bestemme retningen til den induserte emf, er det en høyrehåndsregel.

Hvis du holder håndflaten på høyre hånd slik at magnetfeltlinjene kommer inn i den, og den bøyde tommelen indikerer lederens bevegelsesretning, indikerer de utvidede fire fingrene retningen til den induserte EMF og retningen til strømmen i konduktøren.

Høyrehåndsregel

EMF av induksjon i spolen

Vi har allerede sagt at for å lage en EMF-induksjon i en leder, er det nødvendig å flytte enten selve lederen eller magnetfeltet i et magnetfelt. I begge tilfeller må lederen krysses av magnetfeltlinjer, ellers vil ikke EMF bli indusert. Den induserte EMF, og dermed den induserte strømmen, kan oppnås ikke bare i en rett leder, men også i en leder viklet inn i en spole.

Når man beveger seg inne i en permanent magnet, induseres en EMF i den på grunn av det faktum at magnetens magnetiske fluks krysser spolens svinger, dvs. på nøyaktig samme måte som den var da en rettlinjet leder beveget seg i feltet med en magnet.

Hvis magneten senkes sakte ned i spolen, vil emf som oppstår i den være så liten at pilen på enheten kanskje ikke engang avviker. Hvis tvert imot magneten raskt introduseres i spolen, vil avbøyningen av pilen være stor. Dette betyr at størrelsen på den induserte EMF, og dermed strømstyrken i spolen, avhenger av hastigheten til magneten, det vil si hvor raskt feltlinjene krysser spolens svinger. Hvis vi nå vekselvis innfører spolen med samme hastighet, først en sterk magnet, og deretter en svak, så kan vi se at med en sterk magnet vil pilen til enheten avvike med en større vinkel. Midler, størrelsen på den induserte emk, og dermed strømstyrken i spolen, avhenger av størrelsen på magnetens magnetiske fluks.

Og til slutt, hvis den samme magneten introduseres med samme hastighet, først i en spole med et stort antall omdreininger, og deretter med et mye mindre antall, vil i det første tilfellet pilen til enheten avvike med en større vinkel enn i den andre. Dette betyr at størrelsen på den induserte EMF, og dermed strømstyrken i spolen, avhenger av antall omdreininger. De samme resultatene kan oppnås hvis en elektromagnet brukes i stedet for en permanent magnet.

Retningen til EMF-induksjonen i spolen avhenger av magnetens bevegelsesretning. Hvordan bestemme retningen til EMF av induksjon, sier loven etablert av E. X. Lenz.

Lenz lov for elektromagnetisk induksjon

Enhver endring i den magnetiske fluksen inne i spolen er ledsaget av utseendet til en induksjons-EMK i den, og jo raskere den magnetiske fluksen som penetrerer spolen endres, desto større blir EMF indusert i den.

Hvis spolen som induksjons-EMF er opprettet i, er lukket for en ekstern krets, strømmer en induksjonsstrøm gjennom svingene, og skaper et magnetisk felt rundt lederen, på grunn av hvilket spolen blir til en solenoid. Det viser seg på en slik måte at et skiftende eksternt magnetfelt forårsaker en induksjonsstrøm i spolen, som igjen skaper sitt eget magnetfelt rundt spolen - strømfeltet.

Ved å studere dette fenomenet etablerte E. X. Lenz en lov som bestemmer retningen til induksjonsstrømmen i spolen, og følgelig retningen til induksjons-EMK. Induksjons-emk som oppstår i spolen når den magnetiske fluksen endres i den, skaper en strøm i spolen i en slik retning at den magnetiske fluksen til spolen som skapes av denne strømmen forhindrer en endring i den fremmede magnetiske fluksen.

Lenz sin lov gjelder for alle tilfeller av strøminduksjon i ledere, uavhengig av ledernes form og hvordan endringen i det ytre magnetfeltet oppnås.

Når en permanent magnet beveger seg i forhold til en trådspole festet til terminalene på et galvanometer, eller når spolen beveger seg i forhold til en magnet, oppstår en induksjonsstrøm.

Induksjonsstrømmer i massive ledere

En skiftende magnetisk fluks er i stand til å indusere en EMF ikke bare i spolevendinger, men også i massive metallledere. Den magnetiske fluksen trenger gjennom tykkelsen til en massiv leder og induserer en EMF i den, som skaper induksjonsstrømmer. Disse såkalte forplanter seg langs den massive lederen og kortsluttes i den.

Kjernene til transformatorer, de magnetiske kretsene til forskjellige elektriske maskiner og apparater er bare de massive lederne som varmes opp av induksjonsstrømmene som oppstår i dem. Dette fenomenet er uønsket, derfor, for å redusere størrelsen på induksjonsstrømmene, er deler av elektriske maskiner og transformatorkjerner laget ikke massive, men består av tynne ark isolert fra hverandre med papir eller et lag med isolerende lakk. På grunn av dette er banen for forplantning av virvelstrømmer langs lederens masse blokkert.

Men noen ganger brukes i praksis virvelstrømmer også som nyttige strømmer. Bruken av disse strømmene er for eksempel basert på driften av de såkalte magnetiske demperne til de bevegelige delene av elektriske måleinstrumenter.

Emne 11. FENOMEN ELEKTROMAGNETISK INDUKSJON.

11.1. Faradays eksperimenter. induksjonsstrøm. Lenz sin regel. 11.2. Verdien av emk-induksjonen.

11.3. Naturen til EMF-induksjonen.

11.4. Sirkulasjon av virvelens elektriske feltintensitetsvektor.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Hudeffekt.

11.1. Faradays eksperimenter. induksjonsstrøm. Lenz sin regel.

FRA fra øyeblikket av oppdagelsen av forbindelsen mellom magnetfeltet og strømmen (som er en bekreftelse på symmetrien til naturlovene), ble det gjort mange forsøk på å oppnå strøm ved hjelp av et magnetfelt. Problemet ble løst av Michael Faraday i 1831. (Amerikaneren Joseph Henry oppdaget også, men hadde ikke tid til å publisere resultatene sine. Ampère hevdet også funnet, men klarte ikke å presentere resultatene sine).

FARADEUS Michael (1791 - 1867) - den berømte engelske fysikeren. Forskning innen elektrisitet, magnetisme, magnetoptikk, elektrokjemi. Laget en laboratoriemodell av den elektriske motoren. Han oppdaget de ekstra strømmene under lukkingen og åpningen av kretsen og etablerte deres retning. Han oppdaget elektrolyselovene, var den første som introduserte begrepene felt og permittivitet, og brukte i 1845 begrepet "magnetisk felt".

M. Faraday oppdaget blant annet fenomenene dia og paramagnetisme. Han fant at alle materialer i et magnetfelt oppfører seg annerledes: de er orientert langs feltet (damp og ferromagneter) eller på tvers

felt er diamagneter.

Faradays eksperimenter er godt kjent fra skolens fysikkkurs: en spole og en permanent magnet (fig. 11.1)

Ris. 11.1 Fig. 11.2

Hvis du tar med en magnet til en spole eller omvendt, vil det oppstå en elektrisk strøm i spolen. Det samme med to tettliggende spoler: hvis en AC-kilde er koblet til en av spolene, vil en vekselstrøm også vises i den andre

(Fig.11.2), men denne effekten kommer best til uttrykk hvis to spoler er forbundet med en kjerne (Fig.11.3).

I følge Faradays definisjon er det felles for disse eksperimentene at: hvis strømmen

induksjonsvektoren som penetrerer en lukket, ledende krets endres, så oppstår en elektrisk strøm i kretsen.

Dette fenomenet kalles fenomenet elektromagnetisk induksjon, og strømmen - induksjon . Samtidig er fenomenet helt uavhengig av metoden for å endre fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren.

Så det viser seg at bevegelige ladninger (strøm) skaper et magnetfelt, og et bevegelig magnetfelt skaper et (virvel) elektrisk felt og faktisk en induksjonsstrøm.

For hvert enkelt tilfelle indikerte Faraday retningen til induksjonsstrømmen. I 1833 etablerte Lenz en general regel for å finne strømretningen:

induksjonsstrømmen er alltid rettet slik at magnetfeltet til denne strømmen forhindrer en endring i den magnetiske fluksen som forårsaker induksjonsstrømmen. Dette utsagnet kalles Lenz sin regel.

Å fylle hele rommet med en homogen magnet fører, alt annet likt, til en økning i induksjonen med en faktor på µ. Dette faktum bekrefter det

induksjonsstrømmen skyldes en endring i fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren B, og ikke fluksen til intensitetsvektoren H.

11.2. Verdien av emk-induksjonen.

For å skape en strøm i en krets kreves en elektromotorisk kraft. Fenomenet elektromagnetisk induksjon indikerer derfor at når den magnetiske fluksen endres i kretsen, oppstår en elektromotorisk induksjonskraft E i. Våre

oppgave , bruk lovene for bevaring av energi, finn verdien av E i og finn ut den

Tenk på bevegelsen til den bevegelige delen 1 - 2 av kretsen med strøm i et magnetfelt

B (fig. 11.4).

La magnetfeltet B være fraværende først. Et batteri med en EMF lik E 0 skaper

nåværende I 0. For tiden dt fungerer batteriet

dA = E I0 dt(11.2.1)

- dette arbeidet vil bli omdannet til varme, som kan finnes i henhold til Joule-Lenz-loven:

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

her I 0 \u003d E R 0, R er impedansen til hele kretsen.

La oss plassere kretsen i et jevnt magnetfelt med induksjon B . Linjene B || n og er forbundet med strømmens retning ved gimlet-regelen. StreamF knyttet til kretsen er positiv.r

Hvert element i konturen opplever en mekanisk kraft d F . Den bevegelige siden av rammen vil oppleve kraften F 0 . Under påvirkning av denne styrken, seksjon 1 - 2

vil bevege seg med en hastighet υ = dx dt . Dette vil også endre den magnetiske fluksen.

induksjon.

Deretter, som et resultat av elektromagnetisk induksjon, vil strømmen i kretsen endres og bli

resulterende). Denne kraften vil gjøre arbeid dA i tid dt: dA = Fdx = IdФ.

Som i tilfellet når alle elementene i rammen er faste, er arbeidskilden E 0 .

Med en fast krets ble dette arbeidet redusert bare til frigjøring av varme. I vårt tilfelle vil også varme frigjøres, men i en annen mengde, siden strømmen har endret seg. I tillegg utføres mekanisk arbeid. Det totale arbeidet utført i tid dt er:

E 0 Idt \u003d I2 R dt + I dФ

Multipliser venstre og høyre side av dette uttrykket med

Få

Vi har rett til å betrakte det resulterende uttrykket som Ohms lov for en krets der, i tillegg til kilden E 0, virker E i, som er lik:

Kretsinduksjons-emf (E i )	lik endringshastigheten til den magnetiske fluksen

induksjon som trenger inn i denne kretsen.

Dette uttrykket for EMF til kretsinduksjonen er helt universelt, uavhengig av metoden for å endre fluksen av magnetisk induksjon og kalles

Faradays lov.

Tegn (-) - matematisk uttrykk Lenz sine regler om retningen til induksjonsstrømmen: indusert strøm er alltid rettet slik at dens felt

motvirke endringen i det innledende magnetfeltet.

Retningen til induksjonsstrømmen og retningen d dt Ф er relatert gimlet regel(Fig. 11.5).

Dimensjonen til EMF for induksjon: [ E i ] = [ Ф ] = B c = B .t c

Hvis kretsen består av flere svinger, må du bruke konseptet

flukskobling (total magnetisk fluks):

Ψ = Ф N,

der N er antall omdreininger. Så hvis

Ei = –∑						∑Ф i
i=1
∑ Ф = Ψ
Ei = −

11.3. Naturen til EMF-induksjonen.

La oss svare på spørsmålet, hva er årsaken til bevegelsen av ladninger, årsaken til induksjonsstrømmen? Tenk på figur 11.6.

1) Hvis du beveger lederen i et jevnt magnetfelt B, vil elektronene under påvirkning av Lorentz-kraften avvike nedover, og de positive ladningene oppover - en potensiell forskjell oppstår. Dette vil være E i-sidekraften under handlingen

som strømmen flyter. Som vi vet, for positive ladninger

F l \u003d q +; for elektroner F l \u003d -e -.

2) Hvis lederen er stasjonær, og magnetfeltet endres, hvilken kraft eksiterer induksjonsstrømmen i dette tilfellet? La oss ta en vanlig transformator (fig. 11.7).

Så snart vi har lukket kretsen til primærviklingen, oppstår det umiddelbart en strøm i sekundærviklingen. Men tross alt har Lorentz-styrken ingenting med det å gjøre, fordi den virker på bevegelige ladninger, og de var i ro i begynnelsen (de var i termisk bevegelse - kaotisk, men her trengs en rettet bevegelse).

Svaret ble gitt av J. Maxwell i 1860: ethvert vekslende magnetfelt eksiterer et elektrisk felt (E ") i det omkringliggende rommet. Det er årsaken til induksjonsstrømmen i lederen. Det vil si at E" oppstår bare i nærvær av et vekslende magnetfelt (transformatoren fungerer ikke på likestrøm).

Essensen av fenomenet elektromagnetisk induksjon ikke i det hele tatt i utseendet til en induksjonsstrøm (strømmen vises når det er ladninger og kretsen er lukket), og i utseendet til et elektrisk virvelfelt (ikke bare i lederen, men også i det omkringliggende rommet, i vakuum).

Dette feltet har en helt annen struktur enn feltet skapt av ladninger. Siden det ikke er skapt av ladninger, kan ikke kraftlinjene begynne og slutte på ladninger, slik vi gjorde i elektrostatikk. Dette feltet er virvel, dets kraftlinjer er lukket.

Siden dette feltet flytter ladninger, har det derfor en kraft. La oss introdusere

vortex elektrisk feltstyrke vektor E ". Kraften som dette feltet virker på ladningen

F "= q E ".

Men når en ladning beveger seg i et magnetfelt, er den utsatt for Lorentz-kraften

F" = q.
Disse kreftene må være like på grunn av loven om bevaring av energi:
q E " = − q , derav,
E" = − [vr, B] .
her er v r hastigheten til ladningen q i forhold til B . Men	for fenomenet
elektromagnetisk induksjon, endringshastigheten til magnetfeltet B er viktig. Derfor
kan skrives:
E" = - ,