Si vous prenez un système conducteur fermé et créez des conditions pour que le flux magnétique change dans un champ magnétique, alors à la suite de ces mouvements, un courant électrique apparaîtra. Cette circonstance décrit la loi induction électromagnétique Faraday - un scientifique anglais qui, au cours d'expériences, a réussi à convertir l'énergie magnétique en électricité. On l'appelait inductif, car jusqu'alors on ne pouvait le créer que par des moyens.
Histoire de la découverte
Le phénomène d'induction électromagnétique a été découvert par deux scientifiques à la fois. Ce sont Michael Faraday et Joseph Henry qui firent leur découverte en 1831. La publication par Faraday des résultats de ses expériences a été faite avant son collègue, l'induction est donc associée à ce scientifique. Ce concept a ensuite été inclus dans le système GHS.
Pour démontrer le phénomène, un tore de fer a été utilisé, rappelant la configuration d'un transformateur moderne. Ses côtés opposés étaient enveloppés de deux conducteurs afin d’utiliser les propriétés électromagnétiques.
Un courant était connecté à l'un des fils, provoquant une sorte d'onde électrique lors du passage dans le tore, et une surtension électrique avec le côté opposé. La présence de courant a été détectée par un galvanomètre. Exactement la même surtension électrique a été observée au moment où le fil a été débranché.
Peu à peu, d'autres formes de manifestation de l'induction électromagnétique ont été découvertes. Une apparition à court terme d'un courant a été observée lors de sa génération sur un disque de cuivre tournant à proximité d'un aimant. Un fil électrique coulissant a été installé sur le disque lui-même.
La meilleure idée de ce qu'est l'inductance a été donnée par une expérience avec deux bobines. L'un d'eux, de plus petites dimensions, est relié à une batterie liquide située sur la figure avec côté droit. Ainsi, un courant électrique commence à circuler à travers cette bobine, sous l'influence duquel un champ magnétique apparaît.
Lorsque les deux bobines sont en position stationnaire l’une par rapport à l’autre, aucun phénomène ne se produit. Lorsque la petite bobine commence à bouger, c'est-à-dire à sortir ou à entrer dans la grande bobine, un changement se produit. Flux magnétique. En conséquence, une force électromotrice apparaît dans une grande bobine.
La découverte de Faraday a été affinée par un autre scientifique, Maxwell, qui l'a justifiée mathématiquement, décrivant ce phénomène physique. équations différentielles. Un autre physicien a réussi à déterminer la direction du courant électrique et de la force électromotrice obtenue sous l'influence de l'induction électromagnétique.
Lois de l'induction électromagnétique
L'essence de l'induction électromagnétique est déterminée par une boucle fermée avec conductivité électrique, dont la surface permet à un flux magnétique changeant de la traverser. A ce moment, sous l'influence du flux magnétique, une force électromotrice Ei apparaît et un courant électrique commence à circuler dans le circuit.
La loi de Faraday pour l'induction électromagnétique est que la force électromotrice et la vitesse sont directement proportionnelles. Cette vitesse représente le temps pendant lequel le flux magnétique subit des modifications.
Cette loi est exprimé par la formule Ei = - ∆Ф/∆t, dans laquelle Ei est la valeur de la force électromotrice apparaissant dans le circuit, et ∆Ф/∆t est le taux de variation du flux magnétique. Dans cette formule, le signe moins ne reste pas tout à fait clair, mais il a aussi sa propre explication. Conformément à la règle du scientifique russe Lenz, qui a étudié les découvertes de Faraday, ce signe reflète la direction des champs électromagnétiques apparaissant dans le circuit. C'est-à-dire que la direction du courant d'induction est telle que le flux magnétique qu'il crée dans la zone limitée par le circuit empêche les changements provoqués par ce courant.
Les découvertes de Faraday ont été développées par Maxwell, dont la théorie Champ électromagnétique reçu de nouvelles orientations. En conséquence, la loi de Faraday et Maxwell est apparue, exprimée dans les formules suivantes :
- Edl = -∆Ф/∆t - affiche la force électromotrice.
- Hdl = -∆N/∆t - affiche la force magnétomotrice.
Dans ces formules, E correspond à la tension champ électrique dans une certaine zone dl, H est l'intensité du champ magnétique dans la même zone, N est le flux d'induction électrique, t est la période de temps.
Les deux équations sont symétriques, ce qui permet de conclure que les phénomènes magnétiques et électriques sont liés. AVEC point physique D'un point de vue, ces formules définissent ce qui suit :
- Les modifications du champ électrique s'accompagnent toujours de la formation d'un champ magnétique.
- Les modifications du champ magnétique se produisent toujours simultanément à la formation d'un champ électrique.
Un flux magnétique changeant traversant une configuration fermée d'un circuit conducteur conduit à l'apparition dans ce circuit courant électrique. C'est la formulation de base de la loi de Faraday. Si vous fabriquez un cadre en fil de fer et le placez à l’intérieur d’un aimant rotatif, de l’électricité apparaîtra dans le cadre lui-même.
Ce sera le courant induit, en totale conformité avec la théorie et la loi de Michael Faraday. Les modifications du flux magnétique traversant le circuit peuvent être arbitraires. Par conséquent, la formule ∆Ф/∆t est non seulement linéaire, mais sous certaines conditions elle peut prendre n’importe quelle configuration. Si les changements se produisent de manière linéaire, alors CEM électromagnétique l'induction se produisant dans le circuit sera constante. L'intervalle de temps t devient celui que vous voulez, et le rapport ∆Ф/∆t ne dépendra pas de sa durée.
S'ils prennent plus forme complexe, Que FEM induite ne sera plus constante, mais dépendra d'une période de temps donnée. Dans ce cas, l'intervalle de temps est considéré comme une valeur infinitésimale et le rapport ∆Ф/∆t du point de vue mathématique deviendra une dérivée du flux magnétique changeant.
Il existe une autre option qui interprète la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Sa brève formulation explique que l'action d'un champ magnétique alternatif provoque l'apparition d'un champ électrique vortex. La même loi peut être interprétée comme l'une des caractéristiques du champ électromagnétique : le vecteur d'intensité du champ peut circuler le long de n'importe lequel des circuits à une vitesse vitesse égale modifications du flux magnétique traversant l'un ou l'autre circuit.
L'électricité a la capacité de générer un champ magnétique. En 1831, M. Faraday introduit le concept d'induction électromagnétique. Il était capable d'obtenir de l'électricité dans un système fermé de conducteurs, qui apparaissait lorsque le flux magnétique changeait. La formule de la loi de Faraday a donné une impulsion au développement de l'électrodynamique.
Histoire du développement
Après la preuve de la loi de l'induction électromagnétique par le scientifique anglais M. Faraday, les scientifiques russes E. Lenz et B. Jacobi ont travaillé sur la découverte. Grâce à leurs travaux, le principe développé constitue aujourd'hui la base du fonctionnement de nombreux appareils et mécanismes.
Les principales unités dans lesquelles la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique est appliquée sont un moteur, un transformateur et de nombreux autres appareils.
L'induction est le nom électromagnétique donné à l'induction d'un courant électrique dans un système conducteur fermé. Ce phénomène devient possible lors d'un déplacement physique à travers un système conducteur de champ magnétique. L'action mécanique produit de l'électricité. C'est ce qu'on appelle généralement l'induction. Avant la découverte de la loi de Faraday, l'humanité ne connaissait pas d'autres méthodes de création d'électricité que la galvanisation.
Si un champ magnétique traverse un conducteur, une force électromotrice induite y apparaîtra. On l'appelle aussi force électromotrice. Grâce à cette découverte, il est possible de quantifier l'indicateur.
Preuve expérimentale
En effectuant ses recherches, le scientifique anglais a découvert que le courant induit s'obtient de deux manières. Dans la première expérience, cela apparaît lorsque le cadre se déplace dans un champ magnétique créé par une bobine stationnaire. La deuxième méthode implique une position fixe du cadre. Dans cette expérience, seul le champ de la bobine change lorsqu'elle bouge ou que le courant qu'elle contient change.
Les expériences de Faraday ont conduit le chercheur à la conclusion que lorsqu'un courant d'induction est généré, il est provoqué par une augmentation ou une diminution du flux magnétique dans le système. Aussi, les expériences de Faraday ont permis d'affirmer que la valeur de l'électricité obtenue expérimentalement ne dépend pas de la méthodologie par laquelle le flux d'induction magnétique a été modifié. L'indicateur n'est affecté que par la vitesse d'un tel changement.
Expression quantitative
Installer valeur quantitative Le phénomène d'induction électromagnétique est autorisé par la loi de Faraday. Il indique que la FEM déterminée dans le système change de valeur proportionnellement à la vitesse d'écoulement dans le conducteur. La formule ressemblera à ceci :
Un signe négatif indique que la FEM empêche les changements de se produire dans le circuit. Pour résoudre certains problèmes signe négatif n'est pas inclus dans la formule. Dans ce cas, le résultat est écrit sous forme de module.
Le système peut comprendre plusieurs tours. Leur numéro est indiqué Lettre latine N. Tous les éléments du circuit sont traversés par un seul flux magnétique. La force électromotrice induite sera calculée comme suit :
Un exemple clair de création d’électricité dans un conducteur est une bobine à travers laquelle se déplace un aimant permanent.
Œuvre de E. Lenz
Le sens du courant d'induction permet de déterminer la règle de Lenz. La brève formulation semble assez simple. Le courant qui apparaît lorsque les paramètres de champ du circuit conducteur changent, grâce à son champ magnétique, empêche un tel changement.
Si un aimant est progressivement introduit dans la bobine, le niveau de flux magnétique augmente. Selon la règle de Lenz, le champ magnétique sera dans la direction opposée à l'augmentation du champ magnétique. Pour comprendre cette directivité, il faut regarder l'aimant depuis côté nord. De là, la vrille sera vissée vers pôle Nord. Le courant se déplacera dans le sens des aiguilles d’une montre.
Si un aimant est retiré du système, le flux magnétique qu'il contient diminuera. Pour établir la direction du courant, une vrille est dévissée. La rotation sera orientée vers verso en déplaçant le cadran dans le sens des aiguilles d’une montre.
Les formulations de Lenz deviennent grande importance pour un système avec une boucle fermée et sans résistance. On l'appelle généralement le contour idéal. Selon la règle de Lenz, il est impossible d'augmenter ou de diminuer le flux magnétique.
Le concept d'auto-induction
Génération d'induction dans système idéal, qui se produit lorsque l’électricité diminue ou augmente dans un conducteur, est appelée auto-induction.
La loi de Faraday pour l'auto-induction s'exprime par l'égalité lorsqu'aucun autre changement ne se produit lorsque l'électricité change :
où e est la force électromotrice, L est l'inductance de la bobine fermée, ΔI/Δt est la vitesse à laquelle les changements de courant se produisent.
Inductance
La relation qui montre la proportionnalité entre des catégories telles que le courant dans un système conducteur et le flux magnétique est appelée inductance. L'indicateur est influencé par les dimensions physiques de la bobine et caractéristiques magnétiques environnement. La relation est décrite par la formule :
L'électricité circulant dans le circuit provoque l'apparition d'un champ magnétique. Il pénètre dans son propre conducteur et fait apparaître son propre flux à travers le circuit. De plus propre flux proportionnel à l'électricité qui le produit :
La valeur de l'inductance est également formée à partir de la loi de Faraday.
Système immobilier
La force de Lorentz explique l'apparition des champs électromagnétiques lorsque le système se déplace dans un champ de valeur constante. Les champs électromagnétiques d'induction ont également la capacité de se produire lorsqu'un système conducteur stationnaire se trouve dans un champ magnétique alternatif. La force de Lorentz dans cet exemple n'est pas en mesure d'expliquer l'apparition de la force électromotrice induite.
Pour les systèmes conducteurs de type fixe, Maxwell a proposé d'utiliser équation spéciale. Cela explique l'apparition des champs électromagnétiques dans de tels systèmes. Le principe principal de la loi Faraday-Maxwell est le fait qu'un champ alternatif crée un champ électrique dans l'espace qui l'entoure. Il agit comme un facteur provoquant l'apparition d'un courant d'induction dans un système fixe. Le mouvement du vecteur (E) le long des contours stationnaires (L) est la FEM :
Quand il y a du courant valeur variable Les lois de Faraday sont traduites dans les équations de Maxwell. De plus, ils peuvent être présentés comme forme différentielle, et sous forme d'intégrales.
Travaille dans le domaine de l'électrolyse
En utilisant les lois de Faraday, les modèles qui existent lors de l'électrolyse sont décrits. Ce processus implique la transformation de substances ayant une variété de différentes caractéristiques. Cela se produit lorsque l’électricité traverse l’électrolyte.
Ces modèles ont été prouvés par M. Faraday en 1834. La première affirmation indique que la masse de la substance formée sur l’électrode change en fonction de la charge déplacée à travers l’électrolyte.
La deuxième affirmation stipule que les équivalents des composants ayant des caractéristiques différentes sont proportionnels équivalents chimiques ces composants.
Les deux déclarations présentées sont combinées dans la loi de Faraday combinée. Il en résulte que le nombre de Faraday sera égal à l'électricité capable de libérer 1 mole d'une substance sur l'électrolyte. Il est calculé par unité de valence. C'est selon la formule combinée que la charge d'un électron a été calculée en 1874.
Les lois de l'électrolyse établies par Faraday ont été testées à sens différent courant, température, pression, ainsi qu'avec la libération simultanée de deux ou plusieurs substances. L'électrolyse a également été réalisée dans différentes matières fondues et solvants. La concentration en électrolyte différait également d’une expérience à l’autre. Parallèlement, de légers écarts par rapport à la loi de Faraday ont parfois été observés. Ils sont expliqués conductivité électroniqueélectrolytes, qui sont déterminés avec la conductivité ionique.
Les découvertes faites par le physicien anglais M. Faraday ont permis de décrire de nombreux phénomènes. Ses lois sont à la base de l'électrodynamique moderne. Divers équipements modernes fonctionnent sur ce principe.
La plupart loi principale génie électrique - loi d'Ohm
Loi Joule-Lenz
Loi Joule-Lenz
En formulation verbale, cela ressemble à ceci - La puissance thermique dégagée par unité de volume d'un milieu lors de la circulation du courant électrique est proportionnelle au produit de la densité du courant électrique et de la valeur du champ électrique.
Où w- puissance de production de chaleur par unité de volume, - densité de courant électrique, - intensité du champ électrique, σ
- conductivité du milieu.
La loi peut également être formulée sous forme intégrale pour le cas de passage de courant dans des fils fins :
La quantité de chaleur dégagée par unité de temps dans la section du circuit considérée est proportionnelle au produit du carré du courant dans cette section et de la résistance de la section
DANS forme mathématique cette loi ressemble à :
Où dQ- la quantité de chaleur dégagée sur une période de temps dt, je- la force actuelle, R.- résistance, Q- la quantité totale de chaleur dégagée pendant la période allant de t1 avant t2.
Quand constantes de force courant et résistance :
Les lois de Kirchhoff
Les lois de Kirchhoff (ou règles de Kirchhoff) sont des relations qui existent entre les courants et les tensions dans des sections de tout circuit électrique. Les règles de Kirchhoff permettent de calculer tous circuits électriques à courant continu et quasi-stationnaire. Avoir sens spécial en génie électrique en raison de sa polyvalence, car il convient pour résoudre tous les problèmes électriques. L'application des règles de Kirchhoff au circuit permet d'obtenir le système équations linéaires par rapport aux courants, et par conséquent, trouver la valeur des courants sur toutes les branches du circuit.
Pour formuler les lois de Kirchhoff, on distingue les nœuds dans un circuit électrique - les points de connexion de trois conducteurs ou plus et les contours - les chemins fermés des conducteurs. Dans ce cas, chaque conducteur peut être inclus dans plusieurs circuits.
Dans ce cas, les lois sont formulées comme suit.
Première loi(ZTK, loi des courants de Kirchhoff) déclare que somme algébrique les courants dans n'importe quel nœud de n'importe quel circuit sont nuls (les valeurs des courants circulant sont prises avec le signe opposé) :
En d’autres termes, plus de courant entre dans un nœud, plus il en sort. Cette loi découle de la loi de conservation de charge. Si la chaîne contient p nœuds, alors il est décrit p − 1équations actuelles. Cette loi peut également s'appliquer à d'autres. phénomènes physiques(par exemple, les conduites d'eau), où il existe une loi de conservation de la quantité et un écoulement de cette quantité.
Deuxième loi(ZNK, loi de contrainte de Kirchhoff) déclare que la somme algébrique des chutes de tension le long de tout contour fermé du circuit est égale à la somme algébrique de la force électromotrice agissant le long du même contour. S'il n'y a pas de CEM dans le circuit, alors la chute de tension totale est nulle :
Pour tensions constantes: 
pour les tensions alternatives :
En d'autres termes, lorsque vous parcourez le circuit le long du circuit, le potentiel, changeant, revient à sa valeur d'origine. Si un circuit contient des branches, dont les branches contiennent des sources de courant d'un montant de , alors il est décrit par des équations de tension. Un cas particulier de la deuxième règle pour un circuit constitué d'un seul circuit est la loi d'Ohm pour ce circuit.
Les lois de Kirchhoff sont valables pour les circuits linéaires et non linéaires pour tout type de changement de courants et de tensions au fil du temps.
Sur cette figure, pour chaque conducteur, est indiqué le courant qui le traverse (la lettre « I ») et la tension entre les nœuds qu'il connecte (la lettre « U »).
Par exemple, pour le circuit représenté sur la figure, conformément à la première loi, les relations suivantes sont satisfaites :
Notez que pour chaque nœud, la direction positive doit être choisie, par exemple ici, les courants entrant dans un nœud sont considérés comme positifs et les courants sortant sont considérés comme négatifs.
Conformément à la deuxième loi, les relations suivantes sont valables :
Si le sens du courant coïncide avec le sens de contournement du circuit (qui est choisi arbitrairement), la chute de tension est considérée comme positive, sinon négative.
Les lois de Kirchhoff, écrites pour les nœuds et les circuits d'un circuit, fournissent un système complet d'équations linéaires qui permet de trouver tous les courants et tensions.
Il existe une opinion selon laquelle les « lois de Kirchhoff » devraient être appelées « règles de Kirchhoff », car elles ne reflètent pas entités fondamentales nature (et ne constituent pas une généralisation grande quantité données expérimentales), mais peuvent être déduites d’autres dispositions et hypothèses.
LOI DU COURANT TOTAL
LOI DU COURANT TOTAL l'une des lois fondamentales du champ électromagnétique. Établit la relation entre la force magnétique et la quantité de courant traversant une surface. Le courant total s'entend comme la somme algébrique des courants pénétrant une surface délimitée par une boucle fermée.
La force magnétisante le long d'un contour est égale au courant total traversant la surface délimitée par ce contour. DANS cas général L'intensité du champ dans différentes parties de la ligne magnétique peut avoir différentes significations, et alors la force magnétisante sera égale à la somme des forces magnétisantes de chaque ligne.
Loi Joule-Lenz
Loi Joule-Lenz - loi physique donnant évaluation quantitative action thermique courant électrique. Découvert en 1840 indépendamment par James Joule et Emilius Lenz.
En formulation verbale, cela ressemble à ceci :
La puissance thermique dégagée par unité de volume d'un milieu lors de la circulation du courant électrique est proportionnelle au produit de la densité du courant électrique et de la valeur du champ électrique.
Mathématiquement peut être exprimé en formulaire suivant:
Où w- puissance de dégagement de chaleur par unité de volume, - densité de courant électrique, - intensité du champ électrique, σ - conductivité du milieu.
LOI DE L'INDUCTION ÉLECTROMAGNÉTIQUE, la loi de Faraday est une loi qui établit la relation entre le magnétique et phénomènes électriques. La FEM de l'induction électromagnétique dans un circuit est numériquement égale et de signe opposé au taux de variation du flux magnétique à travers la surface délimitée par ce circuit. L'ampleur du champ EMF dépend du taux de variation du flux magnétique.
LES LOIS DE FARADAY(du nom du physicien anglais M. Faraday (1791-1867)) – les lois fondamentales de l'électrolyse.
Une relation s'établit entre la quantité d'électricité traversant une solution électriquement conductrice (électrolyte) et la quantité de substance libérée au niveau des électrodes.
Lorsqu'il passe à travers un électrolyte courant continu je en une seconde q = Il, m = kIt.
Deuxième loi de Faraday : les équivalents électrochimiques des éléments sont directement proportionnels à leurs équivalents chimiques.
Règle de la vrille
La règle de Gimlet(aussi, règle main droite) - règle mnémonique pour déterminer la direction d'un vecteur vitesse angulaire, caractérisant la vitesse de rotation du corps, ainsi que le vecteur d'induction magnétique B ou pour déterminer la direction du courant induit.
Règle de la main droite
Règle de la main droite
Règle de la vrille: "Si la direction mouvement vers l'avant la vrille (vis) coïncide avec la direction du courant dans le conducteur, puis le sens de rotation de la poignée de la vrille coïncide avec la direction du vecteur d'induction magnétique.
Détermine la direction du courant induit dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique
Règle de la main droite : « Si la paume de la main droite est positionnée de manière à inclure les lignes électriques champ magnétique et plié pouce suivez le mouvement du conducteur, puis quatre doigts tendus indiqueront la direction du courant d'induction.
Pour solénoïde il est formulé comme suit : « Si vous saisissez le solénoïde avec la paume de votre main droite de manière à ce que quatre doigts soient dirigés le long du courant dans les spires, alors le pouce étendu indiquera la direction des lignes de champ magnétique à l'intérieur du solénoïde.
Règle de la main gauche
Règle de la main gauche
Si la charge est en mouvement et que l’aimant est au repos, alors la règle de gauche s’applique pour déterminer la force : « Si main gauche positionné de manière à ce que les lignes de champ magnétique pénètrent dans la paume perpendiculairement à celle-ci et que quatre doigts soient dirigés le long du courant (dans le sens du mouvement d'une particule chargée positivement ou à contre-courant du mouvement d'une particule chargée négativement), alors le pouce réglé à 90° montrer la direction force agissante Lorentz ou Ampère."
