§ 138. Conditions d'apparition du courant d'induction.

Rappelons quelques expériences simples dans lesquelles on observe l'émergence d'un courant électrique résultant d'une induction électromagnétique.

Une de ces expériences est présentée sur la Fig. 253. Si une bobine composée d'un grand nombre de tours de fil est rapidement placée sur un aimant ou retirée de celui-ci (Fig. 253, a), alors un courant d'induction à court terme y apparaît, qui peut être détecté par le lancer de l'aiguille d'un galvanomètre reliée aux extrémités de la bobine. La même chose se produit si l'aimant est rapidement poussé dans la bobine ou retiré de celle-ci (Fig. 253, b). Évidemment, seul le mouvement relatif de la bobine et le champ magnétique comptent. Le courant s'arrête lorsque ce mouvement s'arrête.

Riz. 253. Avec le mouvement relatif de la bobine et de l'aimant, un courant induit apparaît dans la bobine : a) la bobine est posée sur l'aimant ; b) l'aimant entre dans la bobine

Voyons maintenant quelques-uns...

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S'il vous plaît, aidez-moi avec L.R. en physique !
Travail de laboratoire n°4

Conseils d'utilisation

4. En fonction de votre...

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Travail de laboratoire n°4
Etude du phénomène d'induction électromagnétique

But du travail : étudier le phénomène d'induction électromagnétique.

Équipement : milliampèremètre, bobine-bobine, aimant en forme d'arc, source d'alimentation, bobine avec un noyau de fer provenant d'un électro-aimant démontable, rhéostat, clé, fils de connexion, modèle de générateur de courant électrique (un par classe).

Conseils d'utilisation

1. Connectez la bobine aux pinces du milliampèremètre.

2. En observant les lectures du milliampèremètre, rapprochez l'un des pôles de l'aimant de la bobine, puis arrêtez l'aimant pendant quelques secondes, puis rapprochez-le à nouveau de la bobine en le poussant dedans (Fig. 184). Notez si un courant induit est apparu dans la bobine pendant le mouvement de l'aimant par rapport à la bobine ; alors qu'il est arrêté.

3. Notez si le flux magnétique F traversant la bobine a changé pendant le mouvement de l'aimant ; alors qu'il est arrêté.

4. En fonction de vos réponses à la question précédente, faites et...

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But du travail : étudier le phénomène d'induction électromagnétique.

Comme on le sait, le phénomène d'induction électromagnétique consiste en l'apparition d'un courant électrique dans un conducteur fermé lorsque le flux magnétique qui pénètre dans la zone couverte par le conducteur change.

Un exemple du travail réalisé.

1. Assemblage de l'installation (Fig. 152 du manuel).

2. Dans la première expérience, un courant induit apparaissait dans la bobine lorsque l'aimant se déplaçait par rapport à la bobine. Lors du freinage de l'aimant

la force du courant d'induction a fortement augmenté et est tombée à zéro lorsque l'aimant s'est arrêté (au repos).

3. Un changement du flux magnétique provoque l’apparition d’un courant induit. Ceux. le flux magnétique F traversant la bobine a changé avec le courant d'induction, c'est-à-dire pendant que l'aimant bouge.

4. Un courant induit apparaît dans la bobine lorsque le flux magnétique traversant cette bobine change.

5. À mesure que l’aimant s’approchait de la bobine, le flux magnétique changeait, car flux magnétique...

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"Le juge suprême de tous

la théorie physique est une expérience..."

Lev Davidovitch Landau

But du travail : étudier le phénomène d'induction électromagnétique.

Équipement : milliampèremètre, bobine-bobine, aimant, source d'alimentation, bobine avec un noyau de fer provenant d'un électro-aimant démontable, rhéostat, clé, fils de connexion, modèle de générateur de courant électrique.

Avant de commencer les travaux, rappelons les dispositions de base concernant le phénomène d'induction électromagnétique.

Le phénomène d'induction électromagnétique est qu'avec tout changement du flux magnétique pénétrant dans le circuit d'un conducteur fermé, un courant électrique apparaît dans ce conducteur, existant tout au long du processus de modification du flux magnétique.

Le courant ainsi obtenu est appelé courant induit.

La valeur du courant d'induction ne dépend pas de la raison de la modification du flux magnétique. La seule chose qui compte c'est sa vitesse...

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Induction électromagnétique. Les expériences de Faraday

Nous avons vu qu'il existe toujours un champ magnétique autour d'un conducteur transportant du courant.

Est-il possible de créer un courant dans un conducteur à l'aide d'un champ magnétique ?

Ce problème a été résolu par M. Faraday. Après d'intenses recherches, beaucoup de travail et d'ingéniosité, il est arrivé à la conclusion : seul un champ magnétique évoluant dans le temps peut générer un courant électrique.

Les expériences de Faraday étaient les suivantes. Si un aimant permanent est déplacé à l'intérieur de la bobine à laquelle le galvanomètre est connecté (Fig. 2.a), alors un courant électrique apparaît dans le circuit. Si l'aimant est retiré de la bobine, le galvanomètre affiche également le courant, mais dans le sens opposé (Fig. 2, b). Un courant électrique se produit également lorsque l'aimant est à l'arrêt et que la bobine se déplace (vers le haut ou vers le bas). Dès que le mouvement s'arrête, le courant disparaît immédiatement. Cependant, tous les mouvements d’un aimant (ou d’une bobine) ne produisent pas de courant électrique. Si vous faites pivoter l'aimant autour d'un axe vertical (Fig. 2, c),...

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Vous savez déjà qu’il existe toujours un champ magnétique autour d’un courant électrique. Le courant électrique et le champ magnétique sont indissociables l’un de l’autre.

Mais si l’on dit qu’un courant électrique « crée » un champ magnétique, n’y a-t-il pas le phénomène inverse ? Est-il possible de « créer » un courant électrique à l’aide d’un champ magnétique ?

Telle une tâche au début du XIXe siècle. De nombreux scientifiques ont tenté de le résoudre. Le scientifique anglais Michael Faraday l’a également mis en avant. "Convertir le magnétisme en électricité" - c'est ainsi que Faraday a écrit ce problème dans son journal en 1822. Il a fallu au scientifique près de 10 ans de travail acharné pour le résoudre.

Michael Faraday (1791-1867)
Physicien anglais. Découverte du phénomène d'induction électromagnétique, des courants supplémentaires lors de la fermeture et de l'ouverture

Pour comprendre comment Faraday a réussi à « transformer le magnétisme en électricité », réalisons certaines de ses expériences à l’aide d’instruments modernes.

La figure 119a montre que si un aimant est déplacé dans une bobine fermée à un galvanomètre, alors...

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Courant d'induction. Définition. Conditions d'occurrence. Ampleur et direction.

Le courant d'induction est un courant qui se produit dans un circuit conducteur fermé situé dans un champ magnétique alternatif. Ce courant peut se produire dans deux cas. S'il existe un circuit stationnaire pénétré par un flux changeant d'induction magnétique. Ou lorsqu'un circuit conducteur se déplace dans un champ magnétique constant, ce qui provoque également une modification du flux magnétique pénétrant dans le circuit.

Figure 1 - Un conducteur se déplace dans un champ magnétique constant

La cause du courant d’induction est le champ électrique vortex généré par le champ magnétique. Ce champ électrique agit sur des charges libres situées dans un conducteur placé dans ce champ électrique vortex.

Figure 2 - champ électrique vortex

Vous pouvez également trouver cette définition. Le courant d'induction est un courant électrique qui apparaît en raison de l'action...

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INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE

§ 1. Intégration mutuelle

En 1820, un physicien danois établit expérimentalement le lien entre le courant électrique et le champ magnétique. L'essence des expériences d'Oersted était que si un courant électrique traversait un conducteur, un champ magnétique apparaissait autour du conducteur, qui pouvait être examiné à l'aide d'une aiguille magnétique.

Dans le langage peu précis de la science de l’époque, lorsque des expériences similaires furent réalisées pour la première fois, « l’électricité donna naissance au magnétisme ».

La découverte d'Oersted, réalisée à la suite d'une expérience simple, a donné une impulsion au développement d'une nouvelle direction des sciences naturelles - la doctrine de l'électromagnétisme. Outre le fait que cette découverte a entraîné une chaîne de nouvelles expériences fondamentales dans le domaine de l'étude des connexions entre phénomènes électriques et magnétiques (l'étude de l'interaction des courants parallèles par A. Ampère), elle a conduit à un certain nombre d'inventions importantes. , en particulier l'électro-aimant (1820, F. Arago),...

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Professeur de physique, école secondaire n° 58, Sébastopol, Safronenko N.I.

Sujet de la leçon : Les expériences de Faraday. Induction électromagnétique.

Travaux de laboratoire « Etude du phénomène d'induction électromagnétique »

Objectifs du cours : Connaître/comprendre : Définition du phénomène d'induction électromagnétique. Être capable de décrire et d'expliquer l'induction électromagnétique, être capable de faire des observations de phénomènes naturels, utiliser des instruments de mesure simples pour étudier des phénomènes physiques.

Développemental : développer la pensée logique, l’intérêt cognitif, l’observation.

Éducatif : Développer la confiance dans la possibilité de connaître la nature, la nécessité d'une utilisation judicieuse des réalisations scientifiques pour le développement ultérieur de la société humaine, le respect des créateurs de la science et de la technologie.

Équipement : Induction électromagnétique : une bobine avec un galvanomètre, un aimant, une bobine avec un noyau, une source de courant, un rhéostat, une bobine avec un noyau traversé par un courant alternatif, un solide et un anneau avec une fente, une bobine. ..

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Première partie de l'article : Inducteurs et champs magnétiques

Relation entre les champs électriques et magnétiques

Les phénomènes électriques et magnétiques sont étudiés depuis longtemps, mais il n'est jamais venu à l'esprit de personne de relier d'une manière ou d'une autre ces études entre elles. Ce n’est qu’en 1820 qu’on découvrit qu’un conducteur porteur de courant agissait sur l’aiguille d’une boussole. Cette découverte appartenait au physicien danois Hans Christian Oersted. Par la suite, l'unité de mesure de l'intensité du champ magnétique dans le système GHS porte son nom : la désignation russe est E (Ørsted), la désignation anglaise est Oe. Il s'agit de l'intensité du champ magnétique dans le vide avec une induction de 1 Gauss.

Cette découverte suggérait qu'un champ magnétique pouvait être généré à partir d'un courant électrique. Mais en même temps, des réflexions ont également surgi sur la transformation inverse, à savoir comment obtenir un courant électrique à partir d'un champ magnétique. Après tout, de nombreux processus dans la nature sont réversibles : l’eau produit de la glace, qui peut être refondue pour devenir de l’eau.

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Thème 11. PHÉNOMÈNE D'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE.

11.1. Les expériences de Faraday. Courant d'induction. La règle de Lenz. 11.2. L'ampleur de la force électromotrice induite.

11.3. La nature de la force électromotrice induite.

11.4. Circulation du vecteur d’intensité du champ électrique vortex.

11.5. Bêtatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Effet peau.

11.1. Les expériences de Faraday. Courant d'induction. La règle de Lenz.

AVEC Depuis la découverte du lien entre le champ magnétique et le courant (ce qui confirme la symétrie des lois de la nature), de nombreuses tentatives ont été faites pour obtenir courant utilisant un champ magnétique. Le problème fut résolu par Michael Faraday en 1831. (L'Américain Joseph Henry l'a également découvert, mais n'a pas eu le temps de publier ses résultats. Ampère a également revendiqué la découverte, mais n'a pas pu présenter ses résultats).

Michael Faraday (1791 - 1867) - célèbre physicien anglais. Recherches dans le domaine de l'électricité, du magnétisme, de la magnétooptique, de l'électrochimie. Création d'un modèle de laboratoire d'un moteur électrique. Il a ouvert les courants supplémentaires lors de la fermeture et de l'ouverture du circuit et a établi leur direction. Il découvrit les lois de l'électrolyse, fut le premier à introduire les concepts de champ et de constante diélectrique et, en 1845, il utilisa le terme « champ magnétique ».

Entre autres choses, M. Faraday a découvert les phénomènes de dia et de paramagnétisme. Il a découvert que tous les matériaux présents dans un champ magnétique se comportent différemment : ils sont orientés le long du champ (vapeur et ferromagnétiques) ou à travers le champ magnétique.

les champs sont diamagnétiques.

Les expériences de Faraday sont bien connues du cours de physique scolaire : une bobine et un aimant permanent (Fig. 11.1)

Riz. 11.1 Fig. 11.2

Si vous rapprochez un aimant de la bobine ou vice versa, un courant électrique apparaîtra dans la bobine. Même chose avec deux bobines rapprochées : si une source de courant alternatif est connectée à l'une des bobines, alors du courant alternatif apparaîtra également dans l'autre.

(Fig. 11.2), mais cet effet se manifeste mieux si deux bobines sont reliées par un noyau (Fig. 11.3).

Selon la définition de Faraday, le point commun de ces expériences est que : si le flux

Lorsque le vecteur induction pénétrant dans un circuit conducteur fermé change, un courant électrique apparaît dans le circuit.

Ce phénomène est appelé le phénomène d'induction électromagnétique, et le courant est une induction . De plus, le phénomène est totalement indépendant de la méthode de modification du flux du vecteur induction magnétique.

Ainsi, il s'avère que les charges en mouvement (courant) créent un champ magnétique, et qu'un champ magnétique en mouvement crée un champ électrique (de Foucault) et, en fait, un courant induit.

Pour chaque cas particulier, Faraday a indiqué le sens du courant d'induction. En 1833, Lenz créa une direction générale règle pour trouver la direction du courant:

le courant induit est toujours dirigé de telle manière que le champ magnétique de ce courant empêche le changement de flux magnétique provoquant le courant induit. Cette affirmation est appelée la règle de Lenz.

Remplir tout l'espace avec un aimant homogène conduit, toutes choses égales par ailleurs, à une augmentation de l'induction de µ fois. Ce fait confirme que

le courant induit est provoqué par une modification du flux du vecteur induction magnétique B, et non du flux du vecteur intensité H.

11.2. L'ampleur de la force électromotrice induite.

Pour créer du courant dans un circuit, une force électromotrice doit être présente. Par conséquent, le phénomène d'induction électromagnétique indique que lorsque le flux magnétique change dans le circuit, une force d'induction électromotrice E i apparaît. Notre

tâche, en utilisant les lois de conservation de l'énergie, trouver la valeur E i et la découvrir

Considérons le mouvement de la section mobile 1 - 2 du circuit avec du courant dans un champ magnétique

B (Fig. 11.4).

Supposons d’abord qu’il n’y ait pas de champ magnétique B. Une batterie avec une FEM égale à E 0 crée

courant je 0 . Pendant le temps dt, la batterie fonctionne

dA = E I0dt(11.2.1)

– ce travail va se transformer en chaleur, que l’on retrouve selon la loi Joule-Lenz :

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

ici I 0 = E R 0, R est la résistance totale de l'ensemble du circuit.

Plaçons le circuit dans un champ magnétique uniforme avec induction B. Les lignesB ||n et sont liées à la direction du courant par la règle de la vrille. Le FluxF associé au circuit est positif.r

Chaque élément de contour subit une force mécanique d F . Le côté mobile du châssis subira une force F 0 . Sous l'influence de cette force, section 1 – 2

se déplacera avec la vitesse υ = dx dt. Dans ce cas, le flux magnétique changera également.

induction.

Ensuite, à la suite de l’induction électromagnétique, le courant dans le circuit va changer et devenir

résultant). Cette force produira un travail dA dans le temps dt : dA = Fdx = IdФ.

Comme dans le cas où tous les éléments de la charpente sont fixes, la source de travail est E 0 .

Avec un circuit fixe, ce travail se réduisait uniquement au dégagement de chaleur. Dans notre cas, de la chaleur sera également libérée, mais en quantité différente, puisque le courant a changé. De plus, des travaux mécaniques sont effectués. Le travail total effectué dans le temps dt est égal à :

On a le droit de considérer l'expression résultante comme la loi d'Ohm pour un circuit dans lequel, en plus de la source E 0, agit E i, qui est égale à :

induction traversant ce circuit.

Cette expression de la force électromotrice induite d'un circuit est complètement universelle, indépendante de la méthode de modification du flux d'induction magnétique et est appelée

La loi de Faraday.

Signe (-) – expression mathématique Règles de Lenz sur la direction du courant d'induction : le courant induit est toujours dirigé de manière à ce que son champ

contrecarrer le changement du champ magnétique initial.

La direction du courant d'induction et la direction d dt Ф sont liées règle de la vrille(Fig. 11.5).

Dimension de la force électromotrice induite : [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Si le circuit comporte plusieurs tours, alors il faut utiliser le concept

liaison de flux (flux magnétique total) :

Ψ = Ф·N,

où N est le nombre de tours. Alors si

11.3. La nature de la force électromotrice induite.

Répondons à la question : quelle est la raison du mouvement des charges, la raison de l'apparition du courant d'induction ? Considérez la figure 11.6.

1) Si vous déplacez un conducteur dans un champ magnétique uniforme B, alors sous l'influence de la force de Lorentz, les électrons seront déviés vers le bas et les charges positives vers le haut - une différence de potentiel apparaîtra. Ce sera la force du côté E i, sous l'influence

quel courant circule. Comme on le sait, pour les charges positives

F l = q + ; pour les électrons F l = –e - .

2) Si le conducteur est stationnaire et que le champ magnétique change, quelle force excite le courant induit dans ce cas ? Prenons un transformateur ordinaire (Fig. 11.7).

Dès que l'on ferme le circuit de l'enroulement primaire, un courant apparaît immédiatement dans l'enroulement secondaire. Mais la force de Lorentz n'a rien à voir avec cela, car elle agit sur des charges en mouvement, et au début elles étaient au repos (elles étaient en mouvement thermique - chaotique, mais ici nous avons besoin d'un mouvement dirigé).

La réponse a été donnée par J. Maxwell en 1860 : Tout champ magnétique alternatif excite un champ électrique (E") dans l'espace environnant. C'est la raison de l'apparition d'un courant d'induction dans le conducteur. C'est-à-dire que E" se produit uniquement en présence d'un champ magnétique alternatif (le transformateur ne fonctionne pas en courant continu).

L'essence du phénomène d'induction électromagnétique pas du tout dans l'apparition de courant d'induction (le courant apparaît lorsqu'il y a des charges et que le circuit est fermé), et dans l'émergence d'un champ électrique vortex (non seulement dans le conducteur, mais aussi dans l'espace environnant, sous vide).

Ce champ a une structure complètement différente de celle créée par les charges. Puisqu’elles ne sont pas créées par des charges, les lignes de force ne peuvent pas commencer et se terminer par des charges, comme nous l’avons fait en électrostatique. Ce champ est un vortex, ses lignes de force sont fermées.

Puisque ce champ déplace les charges, il a donc de la force. Présentons

vecteur de l'intensité du champ électrique du vortex E". La force avec laquelle ce champ agit sur la charge

F " = q E ".

Mais lorsqu’une charge se déplace dans un champ magnétique, elle est soumise à l’action de la force de Lorentz.

Les expériences de H. Oersted et A. Ampère (voir § 1) ont montré que le courant électrique crée un champ magnétique. Est-il possible de faire l’inverse, c’est-à-dire d’utiliser un champ magnétique pour obtenir un courant électrique ? Après plus de 16 000 expériences, le physicien et chimiste anglais Michael Faraday reçut le 29 août 1831 un courant électrique utilisant le champ magnétique d'un aimant permanent. Quelles expériences Faraday a-t-il menées et quelle était la signification de sa découverte ?

nous reproduisons les expériences de Faraday

Connectons la bobine au galvanomètre et insérons un aimant permanent dans la bobine. Pendant que l'aimant se déplace, l'aiguille du galvanomètre se dévie, ce qui signifie qu'un courant électrique est apparu dans la bobine (Fig. 8.1, a).

Plus vous déplacez l’aimant rapidement, plus le courant sera important ; si le mouvement de l'aimant est arrêté, le courant s'arrêtera également - la flèche reviendra à zéro (Fig. 8.1, b). En retirant l'aimant de la bobine, nous voyons que l'aiguille du galvanomètre dévie dans l'autre sens (Fig. 8.1, c), et une fois que l'aimant cesse de bouger, il revient à zéro.

Si nous laissons l'aimant immobile et déplaçons la bobine (ou la rapprochons de l'aimant, ou l'en éloignons, ou la tournons près du pôle de l'aimant), alors nous observerons à nouveau une déviation de l'aiguille du galvanomètre.

Prenons maintenant deux bobines - A et B - et plaçons-les sur un seul noyau (Fig. 8.2). Nous connectons la bobine B via un rhéostat à une source de courant et connectons la bobine A à un galvanomètre. Si vous déplacez le curseur du rhéostat, un courant électrique circulera dans la bobine A. Un courant se produira à la fois avec une augmentation et une diminution de l'intensité du courant dans la bobine B. Mais la direction

Riz. 8.2. Si vous ouvrez ou fermez le circuit de la bobine B ou modifiez le courant qui y circule, un courant apparaîtra dans la bobine A.

Riz. 8.1. L'apparition d'un courant dans la bobine est enregistrée par un galvanomètre : a - si un aimant est inséré dans la bobine, l'aiguille du galvanomètre dévie vers la droite ; b - si l'aimant est stationnaire, aucun courant n'apparaît et l'aiguille ne dévie pas ; c - si vous retirez l'aimant de la bobine, l'aiguille du galvanomètre dévie vers la gauche

le courant sera différent : lorsque le courant augmente, l'aiguille du galvanomètre s'écarte dans un sens, et lorsqu'il diminue, dans l'autre. Le courant dans la bobine A se produira également au moment de la fermeture et au moment de l'ouverture du circuit de la bobine B.

Un courant apparaîtra-t-il dans la bobine A (voir Fig. 8.2) si elle est déplacée par rapport à la bobine B ?

Toutes les expériences évoquées sont une version moderne de celles que Michael Faraday a menées pendant 10 ans et grâce auxquelles il est arrivé à la conclusion : dans un circuit conducteur fermé,

courant électrique si le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans la surface limitée par le contour change.

Riz. 8.3. Apparition d'un courant induit lorsque le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans le circuit change : a - le circuit se rapproche de l'aimant ; b - affaiblir le champ magnétique dans lequel se trouve le circuit

Ce phénomène était appelé induction électromagnétique et le courant électrique résultant dans ce cas était appelé courant d'induction (induit) (Fig. 8.3).

Un courant induit apparaîtra-t-il dans un cadre fermé si le cadre est déplacé en translation (sans tourner) entre les pôles d'un électro-aimant (Fig. 8.4) ?

Nous découvrons les raisons de l'apparition du courant d'induction

Vous avez appris quand un courant induit se produit dans un circuit conducteur fermé. Qu’est-ce qui en est la cause ? Considérons deux cas.

1. Le circuit conducteur se déplace dans un champ magnétique (Fig. 8.3, a). Dans ce cas, les particules chargées libres à l'intérieur du conducteur se déplacent avec lui dans une certaine direction. Le champ magnétique agit sur les particules chargées en mouvement avec une certaine force, et sous l'influence de cette force, les particules commencent un mouvement dirigé le long du conducteur - un courant électrique inductif apparaît dans le conducteur.

2. Un circuit conducteur stationnaire est situé dans un champ magnétique alternatif (Fig. 8.3, b). Dans ce cas, les forces agissant du champ magnétique ne peuvent pas diriger le mouvement chaotique des particules chargées à l'intérieur du conducteur. Pourquoi un courant induit apparaît-il dans le circuit ? Le fait est qu'un champ magnétique alternatif s'accompagne toujours de l'apparition d'un champ électrique vortex dans l'espace environnant (les lignes de champ d'un tel champ sont fermées). Ainsi, ce n'est pas un champ magnétique, mais un champ électrique, agissant sur les particules chargées libres dans un conducteur, qui leur donne un mouvement directionnel, créant ainsi un courant induit.

Détermination de la direction du courant d'induction

Pour déterminer la direction du courant d'induction, nous utilisons une bobine fermée. Si vous modifiez le champ magnétique pénétrant dans la bobine (par exemple, rapprochez ou éloignez l'aimant), alors un courant induit apparaît dans la bobine et elle devient elle-même un aimant. Les expériences montrent : 1) si l'aimant est rapproché de la bobine, la bobine sera repoussée de l'aimant ; 2) si l’aimant est retiré de la bobine, la bobine sera attirée par l’aimant.

Cela signifie :

Riz. 8.5. Le sens du courant d'induction dans une bobine fermée : a - l'aimant est rapproché de la bobine ; b - l'aimant est retiré de la bobine

Riz. 8.6. Si vous faites pivoter le cadre dans un champ magnétique, un courant induit apparaît dans le cadre

1) si le nombre de lignes d'induction magnétique perçant la bobine augmente (le champ magnétique à l'intérieur de la bobine s'intensifie), alors un courant induit apparaît dans la bobine dans une direction telle que la bobine fera face à l'aimant avec le même pôle (Fig. 8.5, a).

2) si le nombre de lignes d'induction magnétique perçant la bobine diminue, alors un courant induit apparaît dans la bobine dans une direction telle que la bobine fera face à l'aimant avec le pôle opposé (Fig. 8.5, b).

Connaissant les pôles de la bobine et à l'aide de la main droite (voir § 3), vous pouvez déterminer le sens du courant d'induction. Il en est de même dans le cas où deux bobines sont placées sur un noyau commun (voir paragraphe 5 § 8).

Faisons connaissance avec les sources industrielles d'énergie électrique

Le phénomène d'induction électromagnétique est utilisé dans les générateurs électromécaniques, sans lesquels il est impossible d'imaginer une industrie électrique moderne.

Un générateur électromécanique est un appareil dans lequel l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique.

Découvrons le principe de fonctionnement d'un générateur électromécanique. Prenons un cadre composé de plusieurs tours de fil et faisons-le tourner dans un champ magnétique (Fig. 8.6). À mesure que le cadre tourne, le nombre de lignes magnétiques qui le pénètrent augmente ou diminue. En conséquence, un courant apparaît dans le cadre, dont la présence est attestée par la lueur de la lampe.

Les générateurs de courant électrique industriels sont conçus presque de la même manière que les moteurs électriques, cependant, selon le principe de fonctionnement, le générateur est un moteur électrique « en marche arrière ». Comme un moteur électrique, un générateur se compose d'un stator et d'un rotor (Fig. 8.7). Le stator fixe massif (1) est un cylindre creux sur la surface intérieure duquel se trouve un épais

fil isolé en cuivre - enroulement du stator (2). Le rotor (3) tourne à l'intérieur du stator. Comme le rotor d'un moteur électrique, il s'agit d'un grand cylindre dans les rainures duquel l'enroulement du rotor (4) est inséré. Cet enroulement est alimenté par une source DC. Le courant circule à travers l’enroulement du rotor, créant un champ magnétique qui pénètre dans l’enroulement du stator.

Sous l'influence de la vapeur (dans les centrales thermiques et nucléaires) ou de l'eau tombant de hauteur (dans les centrales hydroélectriques), le rotor du générateur se met à tourner rapidement. En conséquence, le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans les spires de l'enroulement du stator change et un courant induit apparaît dans l'enroulement. Après une série de transformations, ce courant est fourni aux consommateurs d'énergie électrique.

Apprendre à résoudre des problèmes Problème. La bobine et l'anneau en aluminium sont placés sur un noyau commun (Fig. 1). Déterminez le sens du courant d'induction dans l'anneau lorsque la clé est fermée. Comment se comportera la bague lorsque la clé sera fermée ? quelque temps après la fermeture de la clé ? au moment de l'ouverture de la clé ?

Analyse du problème physique, solution

1) Le courant dans la bobine est dirigé vers le haut le long de sa paroi avant (de « + » à « - »). A l'aide de notre main droite, on détermine les pôles de la bobine (la direction des lignes magnétiques à l'intérieur de la bobine) : le pôle sud de la bobine sera plus proche de l'anneau (Fig. 2).

2) Au moment où la clé est fermée, le courant dans la bobine augmente, donc le champ magnétique à l'intérieur de l'anneau s'intensifie.

3) Un courant induit apparaît dans l'anneau dans une direction telle que l'anneau fera face à la bobine avec le même pôle (sud) et en sera repoussé.

4) À l'aide de votre main droite, déterminez le sens du courant d'induction dans l'anneau (il sera opposé au sens du courant dans la bobine).

Presque immédiatement après la fermeture de la clé, le courant dans la bobine sera constant, le champ magnétique à l'intérieur de l'anneau ne changera pas et il n'y aura pas de courant d'induction dans l'anneau. L'anneau est constitué d'un matériau magnétiquement faible, il n'interagira donc pratiquement pas avec la bobine.

Au moment où la clé s'ouvre, le courant dans la bobine diminue rapidement et le champ magnétique créé par la bobine s'affaiblit. Un courant induit apparaît dans l'anneau dans une direction telle que l'anneau fera face à la bobine avec un pôle opposé et y sera attiré pendant une courte période (Fig. 3).

Comment déterminer la direction du courant d'induction (algorithme)

1. Déterminez la direction de l’induction magnétique du champ magnétique externe (B).

2. Découvrez si le champ magnétique externe se renforce ou s'affaiblit (le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant dans le circuit augmente ou diminue).

3. Déterminez la direction du champ magnétique créé par le courant d'induction (B).

4. Déterminez la direction du courant d'induction.

Résumons-le

Dans un circuit conducteur fermé, lorsque le nombre de lignes d’induction magnétique pénétrant dans le circuit change, un courant électrique apparaît. Un tel courant est appelé induction et le phénomène d'apparition du courant est appelé induction électromagnétique.

L'une des raisons de l'apparition du courant induit est qu'un champ magnétique alternatif s'accompagne toujours de l'apparition d'un champ électrique dans l'espace environnant. Le champ électrique agit sur les particules chargées libres dans le conducteur et elles commencent à se déplacer directionnellement - un courant induit se produit.

Questions de sécurité

1. Décrivez les expériences de M. Faraday. 2. Quel est le phénomène d’induction électromagnétique ? 3. Quel courant est appelé courant d’induction ? 4. Quelles sont les causes du courant induit ? 5. Le fonctionnement de quels appareils est basé sur le phénomène d’induction électromagnétique ? Quelles transformations énergétiques s'y produisent ? 6. Décrire la structure et le principe de fonctionnement des générateurs de courant électrique.

Exercice n°8

1. Deux bobines fixes sont disposées comme indiqué sur la Fig. 1. Un milliampèremètre connecté à l'une des bobines enregistre la présence de courant. Dans quelles conditions est-ce possible ?

2. Sur la fig. La figure 2 montre un dispositif appelé « anneaux de Lenz ». L'appareil est constitué de deux anneaux en aluminium (solides et découpés),

monté sur une bascule en aluminium pouvant facilement tourner autour d'un axe vertical.

1) Comment se comportera l'anneau plein de l'appareil si : a) on en rapproche un aimant ? b) en retirer l'aimant ? c) rapprocher l'aimant de lui avec le pôle sud ?

2) Pour chaque cas a-c du point 1, déterminer la direction du courant induit dans un anneau solide et la direction du champ magnétique créé par ce courant.

3) Que se passera-t-il si l'aimant est rapproché de l'anneau en aluminium découpé ?

3. Deux bobines sont placées sur un noyau (Fig. 3). Déterminez le sens du courant d'induction dans la bobine A si : 1) le circuit est fermé ; 2) ouvrir le circuit ; 3) déplacez le curseur du rhéostat vers la gauche ; 4) déplacez le curseur du rhéostat vers la droite.

4. Composer un problème inverse au problème considéré au paragraphe 5 du § 8. Résoudre le problème compilé.

TRAVAUX DE LABORATOIRE N°2

Sujet. Observation du phénomène d'induction électromagnétique.

Objectif : étudier les conditions d'apparition du courant d'induction dans une bobine fermée ; découvrez les facteurs dont dépendent l'intensité et la direction du courant d'induction.

Matériel : milliampèremètre, deux bandes magnétiques ou deux aimants en fer à cheval, une bobine de fil sur un châssis, un marqueur.

instructions pour le travail

préparation à l'expérience

1. Avant d'effectuer des travaux, n'oubliez pas :

1) exigences de sécurité lors du travail avec des circuits électriques ;

2) règles à suivre lors de la mesure du courant avec un ampèremètre ;

3) comment l'intensité du courant d'induction dépend de la vitesse de variation du champ magnétique ;

4) qu'est-ce qui détermine la direction du courant d'induction.

2. Terminez la tâche. Sur la fig. 1-4 représentent une bande magnétique, une bobine-bobine connectée à un milliampèremètre, et la direction de la vitesse de déplacement de l'aimant est indiquée. Transférez les dessins sur votre cahier et pour chaque cas : 1) indiquez les pôles magnétiques de la bobine ; 2) déterminer et montrer la direction du courant d'induction dans la bobine.

3. Assemblez un circuit électrique en connectant les fils de la bobine aux bornes du milliampèremètre.

4. Placez une marque sur l'une des extrémités de la bobine avec un marqueur.

Respectez scrupuleusement les consignes de sécurité (voir page de garde). Expérience 1

Clarification des conditions d'apparition du courant d'induction dans un conducteur fermé et des facteurs dont dépend la direction du courant d'induction.

En tenant la bobine et l'aimant dans vos mains, effectuez séquentiellement les expériences répertoriées dans le tableau. 1. Remplissez le tableau. 1.

Faites attention! L'aimant doit être inséré et retiré de la bobine uniquement du côté de l'extrémité de la bobine sur laquelle la marque est placée.

Tableau 1

Analyse des résultats de l'expérience 1

Analysez le tableau. 1 et formulez une conclusion dans laquelle vous indiquez :

1) dans quelles conditions un courant induit apparaît-il dans une bobine fermée ;

2) comment la direction du courant d'induction change lorsque la direction du mouvement de l'aimant change ;

3) comment la direction du courant d'induction change lorsque le pôle de l'aimant change, qui se rapproche ou s'éloigne de la bobine.

Expérience 2

Connaître les facteurs dont dépend la valeur du courant d'induction. En tenant la bobine et l'aimant dans vos mains, effectuez séquentiellement les expériences répertoriées dans le tableau. 2. À chaque fois, prenez les lectures du milliampèremètre et entrez-les dans le tableau. 2.

Tableau 2

Analyse des résultats de l'expérience 2

Analysez le tableau. 2 et formulez une conclusion dans laquelle vous indiquez :

1) comment l'intensité du courant d'induction dépend de la vitesse de mouvement relatif de l'aimant et de la bobine ;

2) comment l'intensité du courant d'induction dépend de la valeur d'induction du champ magnétique externe, dont le changement a provoqué l'apparition du courant dans la bobine.

Tâche créative

Réfléchissez et rédigez un plan expérimental pour étudier les conditions d'apparition d'un courant induit dans une bobine fermée dans les cas où deux bobines sont placées sur un noyau commun (voir Fig. 5-7). Menez des expériences autant que possible. Formulez vos conclusions. Pour chaque bobine, indiquez les pôles et le sens du courant.

RÉSUMÉ DE LA SECTION I « Champ magnétique »

1. En étudiant la section I, vous avez découvert qu'en premier lieu, une personne avait découvert les aimants permanents et avait commencé à les utiliser ; Bien plus tard, les électro-aimants furent créés.

2. Vous avez appris qu'il existe un champ magnétique à proximité d'un corps magnétisé, d'une particule chargée en mouvement et d'un conducteur chargé de courant.

champ magnétique

une forme de matière qui existe à proximité de corps magnétisés, de conducteurs porteurs de courant et de corps ou particules chargés en mouvement et qui agit sur d'autres corps magnétisés, conducteurs porteurs de courant et corps ou particules chargés en mouvement situés dans ce champ

3. Vous avez appris que dans un champ magnétique, toutes les substances sont magnétisées, mais de différentes manières.

PROPRIÉTÉS MAGNÉTIQUES DES SUBSTANCES

4. Vous avez découvert qu’une force Ampère agit sur un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique.

PUISSANCE D'AMPLI

Application pratique de la force ampère

5. Vous avez reproduit les expériences de M. Faraday et vous êtes familiarisé avec le phénomène d'induction électromagnétique.

PHÉNOMÈNE D'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE

Les expériences de Faraday

Génération actuelle industrielle

Lorsque le nombre de lignes d'induction magnétique perçant une bobine fermée change, un courant électrique induit apparaît dans la bobine.

Générateur électromécanique -

un dispositif dans lequel, grâce à l'induction électromagnétique, l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique

TÂCHES D'AUTO-TEST POUR LA SECTION I « Champ magnétique »

Les tâches 1, 2, 5 à 7 ne contiennent qu'une seule bonne réponse.

1. (1 point) Le pôle magnétique sud de l’aiguille d’une boussole indique généralement :

a) au pôle géographique nord de la Terre ;

b) le pôle magnétique sud de la Terre ;

c) le pôle géographique sud de la Terre ;

d) l'équateur terrestre.

2. (1 point) Le champ magnétique d'une bobine avec du courant s'affaiblit si :

a) insérer un noyau de fer dans la bobine ; c) réduire le courant ;

b) augmenter le nombre de tours dans le bobinage ; d) augmenter le courant.

A Expériences de A. Ampère B Expériences de V. Hilbert C Expériences de H. Oersted D Expériences de C. Coulomb E Expériences de M. Faraday

3. (2 points) Établir une correspondance entre un fait scientifique et les expériences par lesquelles ce fait a été révélé.

1 Il existe un champ magnétique à proximité d'un conducteur porteur de courant

2 Il existe un champ magnétique près de la planète Terre

3 Deux conducteurs transportant du courant interagissent

4 Un champ magnétique alternatif crée un champ électrique

4. (2 points) Énumérez toutes les affirmations correctes.

a) Le pôle d'un aimant est la zone de la surface d'un aimant où l'effet magnétique est le plus fort.

b) Les lignes d'induction d'un champ magnétique uniforme peuvent être courbées.

c) L'unité SI d'induction magnétique est le tesla.

d) Le rotor est la partie fixe du moteur.

5. (2 points) Dans quel cas (Fig. 1) la direction des lignes de champ magnétique d'un conducteur droit avec courant est-elle indiquée correctement ?

Droite?

7. (2 points) Un conducteur droit de 0,6 m de long est situé dans un champ magnétique uniforme avec une induction de 1,2 mT à un angle de 30° par rapport aux lignes d'induction magnétique du champ. Déterminez la force ampère agissant sur le conducteur si le courant qui y circule est de 5 A.

a) 1,8 mN ; b) 2,5 mN ; c) 3,6 mN ; d) 10 mN.

8. (2 points) Avant que le grain n'atteigne les meules du moulin, il passe entre les pôles d'un électro-aimant puissant. Pourquoi font-ils cela ?

9. (3 points) L'aiguille magnétique est établie dans le champ magnétique de la bobine avec du courant (Fig. 3). Déterminez les pôles de la source de courant.

10. (3 points) Le cadre tourne dans le champ magnétique d'un aimant permanent (Fig. 4). Déterminez les pôles de la source de courant à laquelle le cadre est connecté.

11. (3 points) Un conducteur transportant du courant est situé dans le champ magnétique d'un aimant en fer à cheval (Fig. 5). Identifiez les pôles de l’aimant.

12. (3 points) L'aiguille magnétique s'écartera-t-elle de la direction nord-sud si une barre de fer y est amenée ? une barre de cuivre ?

13. (4 points) Identifiez les pôles de l'électro-aimant sur la figure. 6. Comment la force de levage de l'électro-aimant changera-t-elle si le curseur du rhéostat est déplacé vers la gauche ?

14. (4 points) Déterminez le sens du courant d'induction dans un anneau conducteur fermé au moment où la clé est fermée (Fig. 7).

15. (4 points) Une tige d'acier de 40 cm de long et pesant 50 g repose perpendiculairement aux rails horizontaux (Fig. 8). Un champ magnétique uniforme avec une induction de 0,25 Tesla est dirigé le long des rails. Un courant électrique de 2 A traverse la tige. Avec quelle force la tige appuie-t-elle sur les rails ?

Vérifiez vos réponses avec celles données à la fin du manuel. Marquez les tâches que vous avez accomplies correctement et calculez le total des points. Divisez ensuite ce montant par trois. Le résultat obtenu correspondra au niveau de vos acquis scolaires.

Vous trouverez des tâches de test de formation avec vérification informatique sur la ressource pédagogique électronique « Interactive Learning ».

Des étoiles aux grenouilles « volantes », ou Pourquoi faut-il des aimants super puissants ?

La plupart des gens associent les aimants à une boussole. Les ingénieurs se souviendront de leur utilisation dans les moteurs électriques et les générateurs de courant électrique. Mais toutes ces conceptions sont connues depuis longtemps. Cela signifie-t-il qu’une étude plus approfondie des phénomènes magnétiques n’est plus nécessaire ?

Ne vous précipitez pas pour répondre, pensez par exemple aux trains « sans friction ». Les rails de ces trains sont un champ magnétique. Deux aimants, dont l'un est placé dans les supports et le second dans le train lui-même, se font face avec des pôles semblables, ce qui signifie qu'ils se repoussent. En conséquence, le train semble « voler » au-dessus de la route. Les avantages d'une telle solution technique ont été décrits en détail sur la « Page encyclopédique » du manuel de 7e année. Pour déplacer les trains « sans friction », des aimants puissants sont utilisés. Quels aimants sont appelés super puissants et où sont-ils utilisés ailleurs ?

Commençons par comparer l’induction des champs magnétiques créés par divers objets. Le tableau ci-dessous montre combien de fois l'induction B du champ magnétique d'un objet donné diffère de l'induction B 3 du champ magnétique terrestre. Le champ magnétique terrestre est relativement faible, mais il peut néanmoins affecter la précision d'un certain nombre d'expériences, et les scientifiques ont appris à le protéger (le réduire) dans des pièces spécialement équipées - des pièces à protection magnétique. L'induction du champ magnétique dans une telle pièce est 10 millions de fois inférieure à celle à la surface de la Terre.

Comme le montre le tableau, un aimant a été créé dont l’induction du champ magnétique est 200 000 fois supérieure au champ magnétique terrestre. Pourquoi des aimants aussi puissants sont-ils nécessaires ?

Magnitudes relatives des champs magnétiques

Tout d’abord, des aimants super puissants sont nécessaires pour retenir les faisceaux de particules chargées dans les accélérateurs. Sur la fig. La figure 1 montre l'un des plus grands accélérateurs du monde. Les particules chargées se déplacent le long d'un anneau géant de plusieurs kilomètres de diamètre. Pour éviter que les particules « éclaboussent » les murs, des aimants super puissants sont nécessaires (Fig. 2).

L'utilisation d'aimants super puissants en médecine est largement connue : avec leur aide, des images d'organes internes humains sont obtenues (Fig. 3, 4). Contrairement aux diagnostics utilisant les rayons X, la méthode par résonance magnétique est beaucoup plus sûre.

Et enfin, donnons un autre exemple d'utilisation d'aimants super puissants. Les ingénieurs ont déjà fait « voler » des trains lourds, mais est-il possible d’apprendre à voler à une personne ou à un animal ?

Il s'avère que tout est question de matériaux. Dans la conception d'un train, des ferromagnétiques peuvent être utilisés pour renforcer le champ magnétique, mais les substances qui composent le corps n'ont pas de telles propriétés. N’implantez pas de « glandes » dans le corps !

Des aimants super puissants ont aidé à maîtriser la lévitation. Il s'est avéré qu'en présence de champs magnétiques très puissants, même un faible magnétisme du corps est suffisant pour fournir la force répulsive requise. Les scientifiques ont réussi à faire « voler » une grenouille en la plaçant sur un aimant super puissant pendant l’expérience (Fig. 5). Selon les chercheurs, après le vol, le testeur se sentait bien. C'est une question de « petites choses » : vous devez augmenter le champ magnétique de 10 à 100 fois - et une personne ressentira la sensation grisante du vol.

Thèmes indicatifs du projet

1. Matériaux magnétiques et leur utilisation.

2. Enregistrement magnétique des informations.

3. Manifestation et application des interactions magnétiques dans la nature et la technologie.

4. Champ géomagnétique de la Terre.

5. Les tempêtes magnétiques et leur impact sur la santé humaine.

6. Divers appareils électromagnétiques.

7. Générateurs de courant électrique.

Sujets des résumés et des messages

1. L'influence du champ magnétique sur la qualité et la vitesse de germination des graines.

2. L'influence du champ magnétique sur la vie et la santé humaines.

3. Force de Lorentz. Manifestations de la force de Lorentz dans la nature, application dans la technologie.

4. Histoire de l'étude du magnétisme.

5. Moments magnétiques de l'atome et de ses éléments constitutifs.

6. Substances antimagnétiques et leur application.

7. Contribution des scientifiques ukrainiens à l'étude du magnétisme.

8. M. Faraday et J. Maxwell - fondateurs de la théorie du champ électromagnétique.

9. Tempêtes magnétiques dans l'atmosphère des planètes géantes Saturne et Uranus.

10. Nikola Tesla est un homme en avance sur son temps.

11. Comment fonctionnent les accélérateurs de particules chargées.

12. Qu'est-ce qu'un séparateur magnétique et à quoi est-il destiné.

13. Générateur MHD : ce qu'il génère et comment il fonctionne.

14. Qu'est-ce qu'une boucle d'hystérésis et quel est son lien avec la magnétisation et l'inversion de la magnétisation.

15. Fluide magnétique : propriétés uniques, exemples d'application.

sujets de recherche expérimentale

1. Etude des propriétés des aimants permanents.

2. Etude du champ magnétique terrestre.

3. Mesure de l'induction magnétique du champ magnétique d'une bobine avec courant ; champ magnétique d'un aimant en fer à cheval.

4. Fabrication d'un générateur de courant électrique.

5. Etude du phénomène d'induction électromagnétique.

6. Production de fluide magnétique, étude de ses propriétés.

7. Fabrication d'un moteur électrique.

Ceci est du matériel de manuel

Rappelons quelques expériences simples dans lesquelles on observe l'émergence d'un courant électrique résultant d'une induction électromagnétique.

Une de ces expériences est présentée sur la Fig. 253. Si une bobine constituée d'un grand nombre de tours de fil est rapidement placée sur un aimant ou retirée de celui-ci (Fig. 253, a), alors un courant d'induction à court terme y apparaît, qui peut être détecté par le lancer de l'aiguille d'un galvanomètre reliée aux extrémités de la bobine. La même chose se produit si l'aimant est rapidement poussé dans la bobine ou retiré de celle-ci (Fig. 253, b). Évidemment, seul le mouvement relatif de la bobine et le champ magnétique comptent. Le courant s'arrête lorsque ce mouvement s'arrête.

Riz. 253. Avec le mouvement relatif de la bobine et de l'aimant, un courant induit apparaît dans la bobine : a) la bobine est posée sur l'aimant ; b) l'aimant entre dans la bobine

Considérons maintenant quelques expériences complémentaires qui permettront de formuler sous une forme plus générale les conditions d'apparition d'un courant d'induction.

Première série d'expériences : modification de l'induction magnétique du champ dans lequel se trouve le circuit d'induction (bobine ou châssis).

La bobine est placée dans un champ magnétique, par exemple à l'intérieur d'un solénoïde (Fig. 254, a) ou entre les pôles d'un électro-aimant (Fig. 254, b). Installons la bobine de manière à ce que le plan de ses spires soit perpendiculaire aux lignes de champ magnétique du solénoïde ou de l'électro-aimant. Nous modifierons l'induction magnétique du champ en modifiant rapidement l'intensité du courant dans l'enroulement (à l'aide d'un rhéostat) ou simplement en coupant et en rallumant le courant (avec une clé). A chaque changement du champ magnétique, l'aiguille du galvanomètre donne un brusque rebond ; cela indique l'apparition d'un courant électrique d'induction dans le circuit de la bobine. Lorsque le champ magnétique se renforce (ou apparaît), un courant dans un sens apparaît, et lorsqu'il s'affaiblit (ou disparaît), un courant dans le sens opposé apparaît. Réalisons maintenant la même expérience, en installant la bobine de manière à ce que le plan de ses spires soit parallèle à la direction des lignes de champ magnétique (Fig. 255). L'expérience donnera un résultat négatif : peu importe la façon dont nous modifions l'induction magnétique du champ, nous ne détecterons pas de courant d'induction dans le circuit de la bobine.

Riz. 254. Un courant induit apparaît dans une bobine lorsque l'induction magnétique change si le plan de ses spires est perpendiculaire aux lignes du champ magnétique : a) la bobine dans le champ solénoïde ; b) une bobine dans le champ d'un électro-aimant. L'induction magnétique change lorsque l'interrupteur est fermé et ouvert ou lorsque le courant dans le circuit change

Riz. 255. Le courant d'induction ne se produit pas si le plan des spires de la bobine est parallèle aux lignes du champ magnétique

La deuxième série d'expériences : changer la position d'une bobine située dans un champ magnétique constant.

Plaçons la bobine à l'intérieur du solénoïde, là où le champ magnétique est uniforme, et faisons-la pivoter rapidement d'un certain angle autour d'un axe perpendiculaire à la direction du champ (Fig. 256). Lors d'une telle rotation, le galvanomètre connecté à la bobine détecte un courant induit dont le sens dépend de la position initiale de la bobine et du sens de rotation. Lorsque la bobine tourne complètement à 360°, la direction du courant d'induction change deux fois : à chaque fois que la bobine passe une position dans laquelle son plan est perpendiculaire à la direction du champ magnétique. Bien sûr, si vous faites tourner la bobine très rapidement, le courant induit changera si souvent de direction que l'aiguille d'un galvanomètre conventionnel n'aura pas le temps de suivre ces changements et il faudra un appareil différent, plus « obéissant ».

Riz. 256. Lorsqu'une bobine tourne dans un champ magnétique, un courant induit y apparaît

Si, toutefois, la bobine est déplacée de telle sorte qu'elle ne tourne pas par rapport à la direction du champ, mais se déplace uniquement parallèlement à elle-même dans n'importe quelle direction le long du champ, à travers celui-ci ou selon n'importe quel angle par rapport à la direction du champ, alors aucun courant induit ne se produira. Soulignons encore une fois : l’expérience de déplacement de la bobine est réalisée dans un champ uniforme (par exemple, à l’intérieur d’un long solénoïde ou dans le champ magnétique terrestre). Si le champ n'est pas uniforme (par exemple à proximité du pôle d'un aimant ou d'un électro-aimant), alors tout mouvement de la bobine peut s'accompagner de l'apparition d'un courant d'induction, à l'exception d'un cas : le courant d'induction ne se produisent si la bobine se déplace de telle manière que son plan reste tout le temps parallèle à la direction du champ (c'est-à-dire qu'aucune ligne de champ magnétique ne traverse la bobine).

La troisième série d'expériences : changer l'aire d'un circuit situé dans un champ magnétique constant.

Une expérience similaire peut être réalisée selon le schéma suivant (Fig. 257). Dans un champ magnétique, par exemple, entre les pôles d'un gros électro-aimant, on place un circuit constitué de fil flexible. Laissez le contour avoir initialement la forme d'un cercle (Fig. 257a). D'un mouvement rapide de la main, vous pouvez resserrer le contour en une boucle étroite, réduisant ainsi considérablement la zone qu'il couvre (Fig. 257, b). Le galvanomètre montrera l'apparition d'un courant d'induction.

Riz. 257. Un courant induit apparaît dans une bobine si la zone de son circuit, située dans un champ magnétique constant et perpendiculaire aux lignes du champ magnétique, change (le champ magnétique est éloigné de l'observateur)

Il est encore plus pratique de réaliser une expérience en modifiant la zone de contour selon le schéma illustré à la Fig. 258. Dans un champ magnétique, il existe un circuit dont l'un des côtés (sur la Fig. 258) est rendu mobile. A chaque mouvement, le galvanomètre détecte l'apparition d'un courant d'induction dans le circuit. De plus, lors d'un déplacement vers la gauche (zone croissante), le courant d'induction a un sens, et lors d'un déplacement vers la droite (zone décroissante) - dans le sens opposé. Cependant, même dans ce cas, la modification de la surface du circuit ne produit aucun courant induit si le plan du circuit est parallèle à la direction du champ magnétique.

Riz. 258. Lorsque la tige se déplace et, par conséquent, la zone du circuit située dans un champ magnétique change, un courant apparaît dans le circuit.

En comparant toutes les expériences décrites, nous pouvons formuler les conditions d'apparition d'un courant induit sous une forme générale. Dans tous les cas considérés, nous avions un circuit placé dans un champ magnétique, et le plan du circuit pouvait faire tel ou tel angle avec la direction de l'induction magnétique. Notons l'aire limitée par le contour par , l'induction magnétique du champ par , et l'angle entre la direction de l'induction magnétique et le plan du contour par . Dans ce cas, la composante de l'induction magnétique perpendiculaire au plan du circuit sera de grandeur égale (Fig. 259)

Riz. 259. Décomposition de l'induction magnétique en une composante perpendiculaire au plan de la boucle d'induction, et une composante parallèle à ce plan

Nous appellerons le produit le flux d'induction magnétique, ou, en bref, le flux magnétique à travers le circuit ; Nous désignerons cette quantité par la lettre . Ainsi,

. (138.1) à travers ce contour reste inchangé. Donc:

Chaque fois qu'il y a un changement dans le flux magnétique à travers un circuit conducteur, un courant électrique apparaît dans ce circuit.

C'est l'une des lois les plus importantes de la nature : la loi de l'induction électromagnétique, découverte par Faraday en 1831.

138.1. Les bobines I et II sont situées l'une dans l'autre (Fig. 260). Le premier circuit comprend une batterie, le deuxième circuit contient un galvanomètre. Si une tige de fer est poussée dans ou hors de la première bobine, le galvanomètre détectera l'apparition d'un courant d'induction dans la deuxième bobine. Expliquez cette expérience.

Riz. 260. Pour l'exercice 138.1

138.2. Le cadre métallique tourne dans un champ magnétique uniforme autour d’un axe parallèle à l’induction magnétique. Un courant induit y apparaîtra-t-il ?

138.3. Est-ce que e. d.s. induction aux extrémités de l'essieu en acier d'une voiture lorsqu'elle roule ? Dans quelle direction la voiture roule-t-elle ? d.s. le plus grand et à quel moment est-il le plus petit ? Est-ce que ça dépend ? d.s. induction due à la vitesse de la voiture ?

138.4. Le châssis de la voiture forme avec ses deux essieux un circuit conducteur fermé. Le courant y est-il induit lorsque la voiture bouge ? Comment concilier la réponse à ce problème avec les résultats du problème 138.3 ?

138.5. Pourquoi les coups de foudre ont-ils parfois endommagé des instruments de mesure électriques sensibles à plusieurs mètres du point d'impact et pourquoi des fusibles ont-ils fondu dans le réseau d'éclairage ?

LE COURANT D'INDUCTION est un courant électrique qui se produit lorsque le flux d'induction magnétique change dans un circuit conducteur fermé. Ce phénomène est appelé induction électromagnétique. Voulez-vous savoir dans quelle direction est le courant d’induction ? Rosinductor est un portail d'informations commerciales où vous trouverez des informations sur l'actualité.

La règle déterminant la direction du courant d’induction est la suivante : « Le courant d’induction est dirigé de manière à contrecarrer par son champ magnétique la variation du flux magnétique qui le provoque. » La main droite est tournée avec la paume vers les lignes de force magnétiques, le pouce dirigé vers le mouvement du conducteur, et les quatre doigts indiquent dans quelle direction circulera le courant induit. En déplaçant un conducteur, nous déplaçons avec le conducteur tous les électrons qu'il contient, et lors du déplacement de charges électriques dans un champ magnétique, une force agira sur elles selon la règle de gauche.

La direction du courant d’induction, ainsi que son amplitude, sont déterminées par la règle de Lenz, selon laquelle la direction du courant d’induction affaiblit toujours l’effet du facteur qui a excité le courant. Lorsque le flux du champ magnétique à travers le circuit change, la direction du courant induit sera telle qu'elle compensera ces changements. Lorsqu'un champ magnétique excitant un courant dans un circuit est créé dans un autre circuit, le sens du courant d'induction dépend de la nature des changements : lorsque le courant externe augmente, le courant d'induction a le sens opposé lorsqu'il diminue, il est ; dirigé dans la même direction et tend à augmenter le débit.

Une bobine de courant d'induction possède deux pôles (nord et sud), qui sont déterminés en fonction du sens du courant : les lignes d'induction sortent du pôle nord. L'approche d'un aimant vers une bobine provoque l'apparition d'un courant dans une direction qui repousse l'aimant. Lorsque l’aimant est retiré, le courant dans la bobine a une direction qui favorise l’attraction de l’aimant.

Le courant d'induction se produit dans un circuit fermé situé dans un champ magnétique alternatif. Le circuit peut être soit stationnaire (placé dans un flux d'induction magnétique variable), soit mobile (le mouvement du circuit provoque une modification du flux magnétique). L'apparition d'un courant d'induction provoque un champ électrique vortex excité sous l'influence d'un champ magnétique.

Vous pouvez apprendre à créer un courant induit à court terme dans un cours de physique scolaire.

Il existe plusieurs façons de procéder :

• - mouvement d'un aimant permanent ou d'un électro-aimant par rapport à la bobine,
• - mouvement du noyau par rapport à l'électro-aimant inséré dans la bobine,
• - fermeture et ouverture du circuit,
• - régulation du courant dans le circuit.

La loi fondamentale de l'électrodynamique (loi de Faraday) stipule que l'intensité du courant induit pour tout circuit est égale au taux de variation du flux magnétique traversant le circuit, pris avec un signe moins. L’intensité du courant d’induction est appelée force électromotrice.