Si toma un sistema conductor cerrado y crea en él las condiciones para que el flujo magnético cambie en un campo magnético, como resultado de estos movimientos aparecerá una corriente eléctrica. esta circunstancia describe la ley inducción electromagnética Faraday: un científico inglés que, durante experimentos, logró convertir la energía magnética en electricidad. Se le llamó inductivo, porque hasta ese momento sólo podía crearse por medios.
Historia del descubrimiento
El fenómeno de la inducción electromagnética fue descubierto por dos científicos a la vez. Fueron Michael Faraday y Joseph Henry quienes hicieron su descubrimiento en 1831. La publicación de Faraday de los resultados de sus experimentos se realizó antes que su colega, por lo que la inducción está asociada con este científico. Este concepto se incluyó posteriormente en el sistema GHS.
Para demostrar el fenómeno se utilizó un toroide de hierro, que recuerda la configuración de un transformador moderno. Sus lados opuestos estaban envueltos con dos conductores para aprovechar las propiedades electromagnéticas.
A uno de los cables se conectó una corriente, provocando una especie de onda eléctrica al pasar por el toro, y una cierta sobretensión eléctrica con lado opuesto. La presencia de corriente fue detectada por un galvanómetro. Exactamente el mismo aumento de electricidad se observó en el momento en que se desconectó el cable.
Poco a poco se descubrieron otras formas de manifestación de la inducción electromagnética. Se observó una aparición breve de corriente durante su generación en un disco de cobre que gira cerca de un imán. Se instaló un cable eléctrico deslizante en el propio disco.
La mejor idea de qué es la inductancia la dio un experimento con dos bobinas. Uno de ellos, de menores dimensiones, está conectado a una batería líquida situada en la figura con lado derecho. Así, a través de esta bobina comienza a fluir una corriente eléctrica, bajo cuya influencia surge un campo magnético.
Cuando ambas bobinas están en una posición estacionaria entre sí, no se produce ningún fenómeno. Cuando la bobina pequeña comienza a moverse, es decir, a salir o entrar a la bobina grande, se produce un cambio flujo magnético. Como resultado, aparece una fuerza electromotriz en una bobina grande.
El descubrimiento de Faraday fue perfeccionado por otro científico, Maxwell, quien lo corroboró matemáticamente, describiendo este fenómeno físico. ecuaciones diferenciales. Otro físico logró determinar la dirección de la corriente eléctrica y la fem obtenida bajo la influencia de la inducción electromagnética.
Leyes de la inducción electromagnética.
La esencia de la inducción electromagnética está determinada por un circuito cerrado con conductividad eléctrica, cuyo área permite que un flujo magnético cambiante lo atraviese. En este momento, bajo la influencia del flujo magnético, aparece una fuerza electromotriz Ei y una corriente eléctrica comienza a fluir por el circuito.
La ley de Faraday para la inducción electromagnética es que la fem y la velocidad son directamente proporcionales. Esta velocidad representa el tiempo durante el cual el flujo magnético sufre cambios.
Esta ley se expresa mediante la fórmula Ei = - ∆Ф/∆t, en la que Ei es el valor de la fuerza electromotriz que surge en el circuito y ∆Ф/∆t es la tasa de cambio del flujo magnético. En esta fórmula, el signo menos no queda del todo claro, pero también tiene su propia explicación. De acuerdo con la regla del científico ruso Lenz, que estudió los descubrimientos de Faraday, este signo refleja la dirección de la fuerza electromagnética que surge en el circuito. Es decir, la dirección de la corriente de inducción se produce de tal forma que el flujo magnético que crea en la zona limitada por el circuito evita los cambios provocados por esta corriente.
Los descubrimientos de Faraday fueron desarrollados aún más por Maxwell, cuya teoría campo electromagnetico recibió nuevas direcciones. Como resultado, apareció la ley de Faraday y Maxwell, expresada en las siguientes fórmulas:
- Edl = -∆Ф/∆t - muestra la fuerza electromotriz.
- Hdl = -∆N/∆t - muestra la fuerza magnetomotriz.
En estas fórmulas, E corresponde a la tensión. campo eléctrico en un área determinada dl, H es la intensidad del campo magnético en la misma área, N es el flujo de inducción eléctrica, t es el período de tiempo.
Ambas ecuaciones se distinguen por su simetría, lo que nos permite concluir que los fenómenos magnéticos y eléctricos están relacionados. CON punto fisico Desde una perspectiva, estas fórmulas definen lo siguiente:
- Los cambios en el campo eléctrico siempre van acompañados de la formación de un campo magnético.
- Los cambios en el campo magnético siempre ocurren simultáneamente con la formación de un campo eléctrico.
Un flujo magnético cambiante que pasa a través de una configuración cerrada de un circuito conductor conduce a la aparición en este circuito. corriente eléctrica. Ésta es la formulación básica de la ley de Faraday. Si haces un marco de alambre y lo colocas dentro de un imán giratorio, aparecerá electricidad en el marco mismo.
Esta será la corriente inducida, en total conformidad con la teoría y la ley de Michael Faraday. Los cambios en el flujo magnético que pasa por el circuito pueden ser arbitrarios. En consecuencia, la fórmula ∆Ф/∆t no sólo es lineal, sino que bajo ciertas condiciones puede tomar cualquier configuración. Si los cambios ocurren linealmente, entonces EMF electromagnético la inducción que se produce en el circuito será constante. El intervalo de tiempo t se convierte en lo que quieras, y la relación ∆Ф/∆t no dependerá de su duración.
si toman mas Forma compleja, Eso fem inducida ya no será constante, sino que dependerá de un periodo de tiempo determinado. En este caso, el intervalo de tiempo se considera un valor infinitesimal y entonces la relación ∆Ф/∆t desde el punto de vista matemático se convertirá en una derivada del flujo magnético cambiante.
Existe otra opción que interpreta la ley de inducción electromagnética de Faraday. Su breve formulación explica que la acción de un campo magnético alterno provoca la aparición de un campo eléctrico de vórtice. La misma ley puede interpretarse como una de las características del campo electromagnético: el vector de intensidad de campo puede circular por cualquiera de los circuitos a una velocidad igual velocidad cambios en el flujo magnético que pasa por uno u otro circuito.
La electricidad tiene la capacidad de generar un campo magnético. En 1831, M. Faraday introdujo el concepto de inducción electromagnética. Pudo obtener electricidad en un sistema cerrado de conductores, que aparecía cuando cambiaba el flujo magnético. La fórmula de la ley de Faraday impulsó el desarrollo de la electrodinámica.
Historia del desarrollo
Después de que el científico inglés M. Faraday demostrara la ley de la inducción electromagnética, los científicos rusos E. Lenz y B. Jacobi trabajaron en el descubrimiento. Gracias a su trabajo, hoy el principio desarrollado constituye la base para el funcionamiento de muchos dispositivos y mecanismos.
Las principales unidades en las que se aplica la ley de inducción electromagnética de Faraday son un motor, un transformador y muchos otros dispositivos.
Inducción es el nombre electromagnético que se le da a la inducción de corriente eléctrica en un sistema conductor cerrado. Este fenómeno es posible cuando se mueve físicamente a través de un sistema conductor de campo magnético. La acción mecánica produce electricidad. Generalmente se le llama inducción. Antes del descubrimiento de la ley de Faraday, la humanidad no conocía otros métodos para generar electricidad además de la galvanización.
Si un campo magnético pasa a través de un conductor, surgirá en él una fem inducida. También se le llama fuerza electromotriz. Con la ayuda de este descubrimiento es posible cuantificar el indicador.
prueba experimental
Durante su investigación, el científico inglés descubrió que la corriente inducida se obtiene de dos maneras. En el primer experimento, aparece cuando el marco se mueve en un campo magnético creado por una bobina estacionaria. El segundo método implica una posición fija del marco. En este experimento, solo cambia el campo de la bobina cuando se mueve o cambia la corriente en ella.
Los experimentos de Faraday llevaron al investigador a la conclusión de que cuando se genera una corriente de inducción, ésta es provocada por un aumento o una disminución del flujo magnético en el sistema. Además, los experimentos de Faraday permitieron afirmar que el valor de la electricidad obtenida experimentalmente no depende de la metodología mediante la cual se cambió el flujo de inducción magnética. El indicador se ve afectado únicamente por la velocidad de dicho cambio.
Expresión cuantitativa
Instalar valor cuantitativo El fenómeno de la inducción electromagnética está permitido por la ley de Faraday. Afirma que la FEM determinada en el sistema cambia su valor en proporción a la velocidad del flujo en el conductor. La fórmula se verá así:
Un signo negativo indica que el EMF evita que se produzcan cambios dentro del circuito. Para resolver algunos problemas signo negativo no está incluido en la fórmula. En este caso, el resultado se escribe como un módulo.
El sistema puede incluir varias vueltas. Su número está indicado. letra latina N. Todos los elementos del circuito están atravesados por un único flujo magnético. La fem inducida se calculará de la siguiente manera:
Un claro ejemplo de recreación de electricidad en un conductor es una bobina por la que se mueve un imán permanente.
Obra de E. Lenz
La dirección de la corriente de inducción permite determinar la regla de Lenz. La breve formulación parece bastante simple. La corriente que aparece cuando cambian los parámetros de campo del circuito conductor, gracias a su campo magnético, evita dicho cambio.
Si se introduce gradualmente un imán en la bobina, aumenta el nivel de flujo magnético en ella. Según la regla de Lenz, el campo magnético será en dirección opuesta al aumento del campo del imán. Para comprender esta direccionalidad, es necesario mirar el imán desde lado norte. Desde aquí se atornillará la barrena hacia Polo Norte. La corriente se moverá en el sentido de las agujas del reloj.
Si se retira un imán del sistema, el flujo magnético en él disminuirá. Para establecer la dirección de la corriente, se desenrosca una barrena. La rotación se dirigirá hacia reverso moviendo el dial en el sentido de las agujas del reloj.
Las formulaciones de Lenz se vuelven gran importancia para un sistema con circuito cerrado y sin resistencia. Se le suele llamar contorno ideal. Según la regla de Lenz, es imposible aumentar o disminuir el flujo magnético en él.
El concepto de autoinducción.
Generación por inducción en sistema ideal, que ocurre cuando la electricidad disminuye o aumenta en un conductor, se llama autoinducción.
La ley de Faraday para la autoinducción se expresa en igualdad cuando no se producen otros cambios cuando cambia la electricidad:
donde e es la fem, L es la inductancia de la bobina cerrada, ΔI/Δt es la velocidad a la que ocurren los cambios de corriente.
Inductancia
La relación que muestra la proporcionalidad entre categorías como la intensidad de la corriente en un sistema conductor y el flujo magnético se llama inductancia. El indicador está influenciado por las dimensiones físicas de la bobina y características magnéticas ambiente. La relación se describe mediante la fórmula:
La electricidad que se mueve en el circuito provoca la aparición de un campo magnético. Penetra en su propio conductor y provoca la aparición de su flujo a través del circuito. Además propia corriente proporcional a la electricidad que lo genera:
El valor de la inductancia también se obtiene a partir de la ley de Faraday.
Sistema inmobiliario
La fuerza de Lorentz explica la aparición de campos electromagnéticos cuando el sistema se mueve en un campo con un valor constante. Los EMF de inducción también tienen la capacidad de surgir cuando un sistema conductor está estacionario y ubicado en un campo magnético alterno. La fuerza de Lorentz en este ejemplo no puede explicar la aparición de la fem inducida.
Para sistemas conductores de tipo fijo, Maxwell propuso utilizar ecuación especial. Explica la aparición de EMF en tales sistemas. El principio fundamental de la ley de Faraday-Maxwell es el hecho de que un campo alterno crea un campo eléctrico en el espacio que lo rodea. Actúa como factor que provoca la aparición de corriente de inducción en un sistema fijo. El movimiento del vector (E) a lo largo de contornos estacionarios (L) es la FEM:
cuando hay corriente valor variable Las leyes de Faraday se traducen en las ecuaciones de Maxwell. Además, se pueden presentar como forma diferencial, y en forma de integrales.
Trabaja en el campo de la electrólisis.
Al utilizar las leyes de Faraday se describen los patrones que existen durante la electrólisis. Este proceso implica la transformación de sustancias con una variedad de diferentes caracteristicas. Esto ocurre cuando la electricidad pasa a través del electrolito.
Estos patrones fueron probados por M. Faraday en 1834. La primera afirmación establece que la masa de la sustancia que se forma en el electrodo cambia según la carga que se mueve a través del electrolito.
La segunda afirmación establece que los equivalentes de componentes con diferentes características son proporcionales. equivalentes químicos estos componentes.
Ambas declaraciones presentadas se combinan en la ley de Faraday combinada. De esto se deduce que el número de Faraday será igual a la electricidad capaz de liberar 1 mol de una sustancia en un electrolito. Se calcula por unidad de valencia. Fue mediante la fórmula combinada que se calculó la carga de un electrón en 1874.
Las leyes de la electrólisis establecidas por Faraday fueron probadas en significado diferente corriente, temperatura, presión, así como con la liberación simultánea de dos o más sustancias. La electrólisis también se llevó a cabo en diferentes fundidos y disolventes. La concentración de electrolitos también difirió entre los experimentos. Al mismo tiempo, a veces se observaron ligeras desviaciones de la ley de Faraday. estan explicados conductividad electrónica electrolitos, que se determina junto con la conductividad iónica.
Los descubrimientos realizados por el físico inglés M. Faraday permitieron describir muchos fenómenos. Sus leyes son la base de la electrodinámica moderna. Varios equipos modernos funcionan según este principio.
Mayoría ley principal ingeniería eléctrica - ley de ohm
Ley de Joule-Lenz
Ley de Joule-Lenz
En formulación verbal suena así: La potencia de calor liberada por unidad de volumen de un medio durante el flujo de corriente eléctrica es proporcional al producto de la densidad de corriente eléctrica y el valor del campo eléctrico.
Dónde w- potencia de generación de calor por unidad de volumen, - densidad de corriente eléctrica, - intensidad del campo eléctrico, σ
- conductividad del medio.
La ley también se puede formular en forma integral para el caso del flujo de corriente en alambres delgados:
La cantidad de calor liberado por unidad de tiempo en la sección del circuito considerado es proporcional al producto del cuadrado de la corriente en esta sección y la resistencia de la sección.
EN forma matemática esta ley se parece a:
Dónde dQ- la cantidad de calor liberado durante un período de tiempo dt, yo- fuerza actual, R- resistencia, q- la cantidad total de calor liberado durante el período de tiempo desde t1 antes t2.
Cuando constantes de fuerza corriente y resistencia:
las leyes de kirchhoff
Las leyes de Kirchhoff (o reglas de Kirchhoff) son relaciones que se mantienen entre corrientes y voltajes en secciones de cualquier circuito eléctrico. Las reglas de Kirchhoff le permiten calcular cualquier circuito eléctrico de corriente continua y cuasi estacionaria. Tener significado especial en ingeniería eléctrica por su versatilidad, ya que es apto para solucionar cualquier problema eléctrico. Aplicar las reglas de Kirchhoff a un circuito nos permite obtener un sistema ecuaciones lineales en relación con las corrientes y, en consecuencia, encuentre el valor de las corrientes en todas las ramas del circuito.
Para formular las leyes de Kirchhoff, en un circuito eléctrico se distinguen nodos (puntos de conexión de tres o más conductores y contornos), caminos cerrados de conductores. En este caso, cada conductor puede incluirse en varios circuitos.
En este caso, las leyes se formulan de la siguiente manera.
primera ley(ZTK, Ley de las corrientes de Kirchhoff) establece que suma algebraica Las corrientes en cualquier nodo de cualquier circuito son cero (los valores de las corrientes que fluyen se toman con el signo opuesto):
En otras palabras, tanta corriente fluye hacia un nodo, tanta corriente sale de él. Esta ley se deriva de la ley de conservación de la carga. Si la cadena contiene pag nodos, entonces se describe pag-1 ecuaciones actuales. Esta ley también puede aplicarse a otros. fenomeno fisico(por ejemplo, tuberías de agua), donde existe una ley de conservación de la cantidad y un flujo de esta cantidad.
Segunda ley(ZNK, Ley de tensión de Kirchhoff) establece que la suma algebraica de las caídas de voltaje a lo largo de cualquier contorno cerrado del circuito es igual a la suma algebraica de la fem que actúa a lo largo del mismo contorno. Si no hay EMF en el circuito, entonces la caída de voltaje total es cero:
Para voltajes constantes: 
para tensiones alternas:
En otras palabras, al recorrer el circuito a lo largo del circuito, el potencial, al cambiar, vuelve a su valor original. Si un circuito contiene ramas, de las cuales las ramas contienen fuentes de corriente en una cantidad de , entonces se describe mediante ecuaciones de voltaje. Un caso especial de la segunda regla para un circuito que consta de un circuito es la ley de Ohm para este circuito.
Las leyes de Kirchhoff son válidas para circuitos lineales y no lineales para cualquier tipo de cambio de corrientes y voltajes a lo largo del tiempo.
En esta figura, para cada conductor se indica la corriente que circula por él (la letra “I”) y la tensión entre los nodos que conecta (la letra “U”)
Por ejemplo, para el circuito que se muestra en la figura, de acuerdo con la primera ley, se cumplen las siguientes relaciones:
Tenga en cuenta que para cada nodo se debe elegir la dirección positiva; por ejemplo, aquí, las corrientes que fluyen hacia un nodo se consideran positivas y las corrientes que salen se consideran negativas.
De acuerdo con la segunda ley, son válidas las siguientes relaciones:
Si la dirección de la corriente coincide con la dirección de derivación del circuito (que se elige arbitrariamente), la caída de voltaje se considera positiva; de lo contrario, negativa.
Las leyes de Kirchhoff, escritas para los nodos y circuitos de un circuito, proporcionan un sistema completo de ecuaciones lineales que permite encontrar todas las corrientes y voltajes.
Existe la opinión de que las “leyes de Kirchhoff” deberían llamarse “reglas de Kirchhoff”, porque no reflejan entidades fundamentales naturaleza (y no son una generalización grandes cantidades datos experimentales), pero puede deducirse de otras disposiciones y suposiciones.
LEY DE CORRIENTE TOTAL
LEY DE CORRIENTE TOTAL una de las leyes básicas del campo electromagnético. Establece la relación entre la fuerza magnética y la cantidad de corriente que pasa por una superficie. Se entiende por corriente total la suma algebraica de las corrientes que atraviesan una superficie delimitada por un bucle cerrado.
La fuerza magnetizante a lo largo de un contorno es igual a la corriente total que pasa por la superficie delimitada por este contorno. EN caso general La intensidad del campo en diferentes partes de la línea magnética puede tener diferentes significados, y entonces la fuerza magnetizante será igual a la suma de las fuerzas magnetizantes de cada línea.
Ley de Joule-Lenz
Ley de Joule-Lenz - ley fisica donación evaluación cuantitativa acción térmica corriente eléctrica. Descubierto en 1840 de forma independiente por James Joule y Emilius Lenz.
En formulación verbal suena así:
La potencia de calor liberada por unidad de volumen de un medio durante el flujo de corriente eléctrica es proporcional al producto de la densidad de corriente eléctrica y el valor del campo eléctrico.
Matemáticamente se puede expresar en siguiente formulario:
Dónde w- potencia de liberación de calor por unidad de volumen, - densidad de corriente eléctrica, - intensidad del campo eléctrico, σ - conductividad del medio.
LEY DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA, la ley de Faraday es una ley que establece la relación entre magnético y fenómenos eléctricos. La EMF de la inducción electromagnética en un circuito es numéricamente igual y de signo opuesto a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por este circuito. La magnitud del campo EMF depende de la tasa de cambio del flujo magnético.
LEYES DE FARADAY(llamado así en honor al físico inglés M. Faraday (1791-1867)): las leyes básicas de la electrólisis.
Se establece una relación entre la cantidad de electricidad que pasa a través de una solución eléctricamente conductora (electrolito) y la cantidad de sustancia liberada en los electrodos.
Cuando pasa a través de un electrolito. corriente continua I dentro de un segundo q = It, m = kIt.
Segunda ley de Faraday: los equivalentes electroquímicos de los elementos son directamente proporcionales a sus equivalentes químicos.
regla de barrena
regla de gimlet(también regla mano derecha) - regla mnemotécnica para determinar la dirección de un vector velocidad angular, caracterizando la velocidad de rotación del cuerpo, así como el vector de inducción magnética. B o para determinar la dirección de la corriente inducida.
regla de la mano derecha
regla de la mano derecha
regla de barrena: "Si la dirección movimiento hacia adelante La barrena (tornillo) coincide con la dirección de la corriente en el conductor, luego la dirección de rotación del mango de la barrena coincide con la dirección del vector de inducción magnética”.
Determina la dirección de la corriente inducida en un conductor que se mueve en un campo magnético.
Regla de la mano derecha: “Si la palma de la mano derecha está colocada de manera que incluya líneas eléctricas campo magnético y doblado pulgar Sigue el movimiento del conductor, luego cuatro dedos extendidos indicarán la dirección de la corriente de inducción”.
Para solenoide está formulado de la siguiente manera: "Si agarra el solenoide con la palma de su mano derecha de modo que cuatro dedos se dirijan a lo largo de la corriente en las vueltas, entonces el pulgar extendido mostrará la dirección de las líneas del campo magnético dentro del solenoide".
regla de la mano izquierda
regla de la mano izquierda
Si la carga se mueve y el imán está en reposo, entonces se aplica la regla de la mano izquierda para determinar la fuerza: “Si mano izquierda colocado de modo que las líneas del campo magnético entren en la palma perpendicularmente a ella, y cuatro dedos se dirigen a lo largo de la corriente (a lo largo del movimiento de una partícula cargada positivamente o contra el movimiento de una cargada negativamente), entonces el pulgar colocado a 90° muestra la dirección fuerza actuante Lorentz o Ampère."
