11 tema. ELEKTROMAGNETINĖS INDUKCIJOS REIKŠINIS.

11.1. Faradėjaus eksperimentai. Indukcinė srovė. Lenzo taisyklė. 11.2. Didumas sukeltas emf.

11.3. Sukeltos emf pobūdis.

11.4. Sūkurio intensyvumo vektoriaus cirkuliacija elektrinis laukas.

11.5. Betatronas.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Odos poveikis.

11.1. Faradėjaus eksperimentai. Indukcinė srovė. Lenzo taisyklė.

SU Nuo tada, kai buvo atrastas ryšys tarp magnetinio lauko ir srovės (tai patvirtina gamtos dėsnių simetriją), buvo daug bandymų pasiekti srovė naudojant magnetinį lauką. Problemą išsprendė Michaelas Faradėjus 1831 m. (Amerikietis Josephas Henry taip pat atrado, bet neturėjo laiko paskelbti savo rezultatų. Ampere'as taip pat tvirtino atradimą, tačiau negalėjo pateikti savo rezultatų).

Michaelas Faradėjus (1791–1867) – garsus anglų fizikas. Moksliniai tyrimai elektros, magnetizmo, magnetooptikos, elektrochemijos srityse. Sukūrė laboratorinį elektros variklio modelį. Jis atidarė papildomas sroves uždarydamas ir atidarydamas grandinę ir nustatė jų kryptį. Atrado elektrolizės dėsnius, pirmasis pristatė lauko ir sąvokas dielektrinė konstanta 1845 m. vartojo terminą „magnetinis laukas“.

Be kita ko, M. Faradėjus atrado dia ir paramagnetizmo reiškinius. Jis nustatė, kad visos medžiagos magnetiniame lauke elgiasi skirtingai: jos yra orientuotos išilgai lauko (garai ir feromagnetai) arba skersai.

laukai yra diamagnetiniai.

Iš mokyklos kursas Fizikai gerai žinomi Faradėjaus eksperimentai: ritė ir nuolatinis magnetas (11.1 pav.)

Ryžiai. 11.1 pav. 11.2

Jei priartinsite magnetą prie ritės arba atvirkščiai, ritėje atsiras elektros srovė. Tas pats su dviem glaudžiai išdėstytomis ritėmis: jei prie vienos iš ritinių prijungiate šaltinį kintamoji srovė, tada kintamoji srovė taip pat atsiras kitame

(11.2 pav.), tačiau šis efektas geriausiai pasireiškia, jei du ritės yra sujungtos su šerdimi (11.3 pav.).

Pagal Faradėjaus apibrėžimą, šie eksperimentai turi bendro: jei srautas

Kai keičiasi indukcijos vektorius, prasiskverbiantis į uždarą laidžiąją grandinę, grandinėje atsiranda elektros srovė.

Šis reiškinys vadinamas elektromagnetinės indukcijos reiškinys, o srovė yra indukcija . Be to, reiškinys visiškai nepriklauso nuo magnetinės indukcijos vektoriaus srauto keitimo metodo.

Taigi, pasirodo, kad judantys krūviai (srovė) sukuria magnetinį lauką, o judantis magnetinis laukas sukuria (sūkurinį) elektrinį lauką ir, tiesą sakant, indukuota srovė.

Kiekvienu konkrečiu atveju Faradėjus nurodė indukcijos srovės kryptį. 1833 m. Lencas įsteigė generolą srovės krypties nustatymo taisyklė:

indukuota srovė visada nukreipta taip, kad šios srovės magnetinis laukas neleistų keistis magnetinis srautas, sukelianti indukuotą srovę. Šis teiginys vadinamas Lenco taisykle.

Kitomis sąlygomis užpildykite visą erdvę vienalyčiais magneto laidais, vienodos sąlygos iki indukcijos padidėjimo µ kartų. Šis faktas tai patvirtina

indukuotą srovę sukelia magnetinės indukcijos vektoriaus B srauto pokytis, o ne intensyvumo vektoriaus H srautas.

11.2. Sukeltos emf dydis.

Norint sukurti srovę grandinėje, turi būti elektrovaros jėga. Todėl elektromagnetinės indukcijos reiškinys rodo, kad grandinėje pasikeitus magnetiniam srautui, atsiranda indukcijos elektrovaros jėga E i. Mūsų

užduotį, naudodami energijos tvermės dėsnius, raskite reikšmę E i ir ją išsiaiškinkite

Panagrinėkime judančios grandinės 1 - 2 dalies judėjimą su srove magnetiniame lauke

B (11.4 pav.).

Pirmiausia darykime prielaidą, kad nėra magnetinio lauko B. Sukuriama baterija, kurios emf lygi E 0

srovė I 0 . Per laiką dt baterija veikia

dA = E I0 dt(11.2.1)

– šis darbas pavirs šiluma, kurią galima rasti pagal Džaulio-Lenco dėsnį:

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

čia I 0 = E R 0, R yra visos grandinės bendra varža.

Pastatykime grandinę į vienodą magnetinį lauką su indukcija B. LinijosB ||n ir yra susietos su srovės kryptimi pagal gimlet taisyklę. Su grandine susietas FluxF yra teigiamas.r

Kiekvienas grandinės elementas patiria mechaninė jėga d F . Judančioji rėmo pusė patirs jėgą F 0 . Veikiant šiai jėgai, 1–2 skyrius

judės greičiu υ = dx dt. Tokiu atveju pasikeis ir magnetinis srautas.

indukcija.

Tada dėl elektromagnetinės indukcijos srovė grandinėje pasikeis ir taps

gautas). Ši jėga sukurs darbą dA per laiką dt: dA = Fdx = IdФ.

Kaip ir tuo atveju, kai visi rėmo elementai yra nejudantys, darbo šaltinis yra E 0 .

Naudojant stacionarią grandinę, šis darbas buvo sumažintas tik iki šilumos išsiskyrimo. Mūsų atveju taip pat bus išleista šiluma, tačiau kitokiu kiekiu, nes pasikeitė srovė. Be to, tai daroma mechaninis darbas. Bendras darbas laikui dt yra lygus:

Turime teisę gautą išraišką laikyti Omo dėsniu grandinei, kurioje, be šaltinio E 0, veikia E i, kuris yra lygus:

indukcija, einanti per šią grandinę.

Ši grandinės indukuoto emf išraiška yra visiškai universali, nepriklausoma nuo magnetinės indukcijos srauto keitimo metodo ir vadinama

Faradėjaus dėsnis.

Pasirašykite (-) – matematinė išraiška Lenco taisyklės dėl indukcijos srovės krypties: indukuota srovė visada nukreipta taip, kad jos laukas

neutralizuoti pradinio magnetinio lauko pokytį.

Indukcijos srovės kryptis ir kryptis d dt Ф yra susijusios gimlet taisyklė(11.5 pav.).

Indukuotos emf matmenys: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Jei grandinė susideda iš kelių posūkių, turime naudoti koncepciją

srauto jungtis (bendras magnetinis srautas):

Ψ = Ф·N,

kur N yra apsisukimų skaičius. Taigi, jei

11.3. Sukeltos emf pobūdis.

Atsakykime į klausimą: kokia yra krūvių judėjimo priežastis, indukcinės srovės atsiradimo priežastis? Apsvarstykite 11.6 pav.

1) Jei perkeliate laidininką vienodame magnetiniame lauke B, tada, veikiami Lorenco jėgos, elektronai bus nukreipti žemyn ir teigiami krūviai aukštyn – atsiranda potencialų skirtumas. Tai bus E i pusės jėga, veikiama

kuria srovė teka. Kaip žinome, už teigiamus krūvius

Fl = q +; elektronams F l = –e - .

2) Jei laidininkas stovi ir magnetinis laukas kinta, kokia jėga šiuo atveju sužadina indukuotą srovę? Paimkime įprastą transformatorių (11.7 pav.).

Kai tik uždarome pirminės apvijos grandinę, antrinėje apvijoje iš karto atsiranda srovė. Bet Lorenco jėga su tuo neturi nieko bendra, nes ji veikia judančius krūvius, o pradžioje jie buvo ramybės būsenoje (jie buvo šiluminiame judėjime – chaotiškai, bet čia reikia nukreipto judėjimo).

Atsakymą pateikė J. Maxwell 1860 m. Bet koks kintamasis magnetinis laukas sužadina elektrinį lauką (E") supančioje erdvėje. Tai yra indukcinės srovės atsiradimo laidininke priežastis. Tai yra, E" atsiranda tik esant kintamam magnetiniam laukui (at DC transformatorius neveikia).

Elektromagnetinės indukcijos reiškinio esmė visai neatrodo indukcinė srovė (srovė atsiranda, kai yra įkrovimų ir grandinė uždaryta), o atsiradus sūkuriniam elektriniam laukui (ne tik laidininke, bet ir supančioje erdvėje, vakuume).

Šis laukas turi visiškai kitokią struktūrą nei laukas sukurtas mokesčiais. Kadangi jis nėra sukurtas dėl krūvių, jėgos linijos negali prasidėti ir baigtis nuo krūvių, kaip tai darėme elektrostatikos srityje. Šis laukas yra sūkurys, jo jėgos linijos uždaros.

Kadangi šis laukas judina krūvius, jis turi jėgą. Supažindinkime

sūkurio elektrinio lauko stiprio E vektorius. Jėga, kuria šis laukas veikia krūvį

F "= q E".

Bet kai krūvis juda magnetiniame lauke, jį veikia Lorenco jėga

MAGNETINIS LAUKAS

Judančių elektros krūvių magnetinė sąveika pagal lauko teorijos sąvokas paaiškinama taip: kiekvienas judantis elektros krūvis supančioje erdvėje sukuria magnetinį lauką, kuris gali veikti kitus judančius elektros krūvius.

IN – fizinis kiekis, kuris yra galios charakteristika magnetinis laukas. Tai vadinama magnetine indukcija (arba magnetinio lauko indukcija).

Magnetinė indukcija - vektorinis kiekis. Magnetinės indukcijos vektoriaus modulis lygus santykiui maksimali vertė Ampero jėga, veikianti tiesų laidininką su srove, atsižvelgiant į srovės stiprumą laidininke ir jo ilgį:

Magnetinės indukcijos vienetas. IN Tarptautinė sistema vienetai magnetinės indukcijos vienetui yra tokio magnetinio lauko indukcija, kurioje veikia kiekvieną laidininko ilgio metrą esant 1 A srovės stipriui. maksimali jėga Amperas 1 N. Šis vienetas vadinamas tesla (sutrumpintai: T), iškilaus Jugoslavijos fiziko N. Teslos garbei:

LORENTZO JĖGA

Srovę nešančio laidininko judėjimas magnetiniame lauke rodo, kad magnetinis laukas veikia judančius elektros krūvius. Amperinė jėga veikia laidininką F A = ​​IBlsin a, o Lorenco jėga veikia judantį krūvį:

Kur a- kampas tarp vektorių B ir v.

Įkrautų dalelių judėjimas magnetiniame lauke. Vienodame magnetiniame lauke įkrautą dalelę, judančią statmenu magnetinio lauko indukcijos linijoms, veikia pastovaus dydžio jėga m, nukreipta statmenai greičio vektoriui Veikiant magnetinei jėgai, dalelė įgyja pagreitis, kurio modulis lygus:

Vienodame magnetiniame lauke ši dalelė juda ratu. Trajektorijos, kuria dalelė juda, kreivumo spindulys nustatomas pagal būseną, iš kurios ji kyla,

Trajektorijos kreivio spindulys yra pastovi reikšmė, nes jėga statmenai vektoriui greičiu, keičiasi tik jo kryptis, bet ne dydis. O tai reiškia, kad ši trajektorija yra apskritimas.

Dalelės apsisukimo vienodame magnetiniame lauke periodas yra lygus:

Paskutinė išraiška rodo, kad dalelės apsisukimo periodas vienodame magnetiniame lauke nepriklauso nuo jos trajektorijos greičio ir spindulio.

Jei elektrinio lauko stipris lygus nuliui, tai Lorenco jėga l lygi magnetinei jėgai m:

ELEKTROMAGNETINĖ INDUKCIJA

Elektromagnetinės indukcijos reiškinį atrado Faradėjus, kuris nustatė, kad elektros srovė atsiranda uždaroje laidžioje grandinėje, kai keičiasi į grandinę prasiskverbiantis magnetinis laukas.

MAGNETINIS SRAUTAS

Magnetinis srautas F(magnetinės indukcijos srautas) per ploto paviršių S- dydis, lygus produktui magnetinės indukcijos vektoriaus modulis vienam plotui S ir kampo kosinusas A tarp vektoriaus ir normalaus paviršiaus:

Ф=BScos

SI magnetinio srauto vienetas yra 1 Weberis (Wb) - magnetinis srautas per 1 m2 paviršių, esantį statmenai vienodo magnetinio lauko, kurio indukcija yra 1 T, krypčiai:

Elektromagnetinė indukcija -pasireiškimo reiškinys elektros srovė uždaroje laidžioje grandinėje su bet kokiu per grandinę einančio magnetinio srauto pasikeitimu.

Atsiradusi uždaroje grandinėje, indukuota srovė turi tokią kryptį, kad jos magnetinis laukas neutralizuoja jį sukeliantį magnetinio srauto pokytį (Lenco taisyklė).

ELEKTROMAGNETINĖS INDUKCIJOS DĖSNIS

Faradėjaus eksperimentai parodė, kad indukuotos srovės stipris I i laidžioje grandinėje yra tiesiogiai proporcingas magnetinės indukcijos linijų, prasiskverbiančių į šios grandinės ribojamą paviršių, skaičiaus kitimo greičiui.

Todėl indukcijos srovės stipris yra proporcingas magnetinio srauto pokyčio greičiui per paviršių, ribojamą kontūro:

Yra žinoma, kad jei grandinėje atsiranda srovė, tai reiškia nemokami mokesčiai laidininką veikia išorinės jėgos. Šių jėgų darbas, perkeliantis vienetinį krūvį uždaroje kilpoje, vadinamas elektrovaros jėga (EMF). Raskime indukuotą emf ε i.

Pagal Omo dėsnį uždarai grandinei

Kadangi R nepriklauso nuo , Tada

Indukuota emf kryptis sutampa su indukuota srove, o ši srovė pagal Lenco taisyklę yra nukreipta taip, kad jos sukuriamas magnetinis srautas neutralizuoja išorinio magnetinio srauto pokytį.

Elektromagnetinės indukcijos dėsnis

Indukuota emf uždaroje kilpoje yra lygi tam, kuris paimtas iš priešingas ženklasį grandinę prasiskverbiančio magnetinio srauto kitimo greitis:

SAVIINDUKCIJA. INDUKCIJA

Patirtis rodo, kad magnetinis srautas F susietas su grandine, yra tiesiogiai proporcingas toje grandinėje esančiai srovei:

Ф = L*I .

Kilpos induktyvumas L- proporcingumo koeficientas tarp srovės, einančios per grandinę, ir jos sukurto magnetinio srauto.

Laidininko induktyvumas priklauso nuo jo formos, dydžio ir aplinkos savybių.

Savęs indukcija- reiškinys, kai grandinėje atsiranda indukuotas emf, kai keičiasi magnetinis srautas, kurį sukelia srovės, einančios per pačią grandinę, pasikeitimas.

Savęs indukcija - ypatinga byla elektromagnetinė indukcija.

Induktyvumas – reikšmė, skaitinė lygus emf saviindukcija, kuri atsiranda grandinėje, kai srovė joje pasikeičia vienu per laiko vienetą. SI induktyvumo vienetu laikomas laidininko induktyvumas, kuriame srovės stiprumui pasikeitus 1 A per 1 s, atsiranda 1 V saviindukcinis emf Šis vienetas vadinamas Henry (H):

MAGNETINIO LAUKO ENERGIJA

Savęs indukcijos reiškinys panašus į inercijos reiškinį. Keičiant srovę, induktyvumas atlieka tą patį vaidmenį, kaip ir masė keičiant kūno greitį. Greičio analogas yra srovė.

Tai reiškia, kad srovės magnetinio lauko energija gali būti laikoma panašia į kinetinė energija kūnas:

Tarkime, kad atjungus ritę nuo šaltinio srovė grandinėje laikui bėgant mažėja pagal tiesinį dėsnį.

Saviindukcijos emf šiuo atveju turi pastovią vertę:

kur aš - pradinė vertė srovė, t yra laikotarpis, per kurį srovė sumažėja nuo I iki 0.

Laiko t metu per grandinę praeina elektros krūvis q = I cp t. Nes I cp = (I + 0)/2 = I/2, tada q=It/2. Todėl elektros srovės darbas yra toks:

Šis darbas atliekamas dėl ritės magnetinio lauko energijos. Taigi vėl gauname:

Pavyzdys. Nustatykite ritės, kurioje esant 7,5 A srovei magnetinis srautas yra 2,3 * 10 -3 Wb, magnetinio lauko energiją. Kaip pasikeis lauko energija, jei srovės stiprumas sumažės perpus?

Ritės magnetinio lauko energija W 1 = LI 1 2 /2. Pagal apibrėžimą ritės induktyvumas yra L = Ф/I 1. Vadinasi,

Atsiradimas m EMF laidininkas indukcija

Jei įdėsite jį į laidininką ir perkelsite taip, kad judėjimo metu jis kirstų lauko linijas, tada laidininke atsiras kažkas, vadinamas indukuotu emf.

Indukuota emf laidininke atsiras net jei pats laidininkas nejudės, o magnetinis laukas juda, kirsdamas laidininką savo jėgos linijomis.

Jei laidininkas, kuriame indukuojamas emf, yra uždarytas bet kokiai išorinei grandinei, tai veikiant šiai emf srovė, vadinama indukcijos srovė.

EML indukcijos reiškinys laidininke, kai jį kerta magnetinio lauko linijos, vadinamas elektromagnetinė indukcija.

Elektromagnetinė indukcija yra atvirkštinis procesas, ty transformacija mechaninė energija prie elektrinio.

Elektromagnetinės indukcijos reiškinys buvo plačiai pritaikytas. Įvairių elektros mašinų projektavimas pagrįstas jo panaudojimu.

Sukeltos emf dydis ir kryptis

Dabar apsvarstykime, koks bus laidininke sukelto EML dydis ir kryptis.

Indukuoto emf dydis priklauso nuo lauko linijų, kertančių laidininką per laiko vienetą, skaičiaus, t.y. nuo laidininko judėjimo lauke greičio.

Indukuoto emf dydis tiesiogiai priklauso nuo laidininko judėjimo greičio magnetiniame lauke.

Indukuoto emf dydis taip pat priklauso nuo tos laidininko dalies, kurią kerta lauko linijos, ilgio. Kaip dauguma laidininką kerta lauko linijos, tuo didesnis emf indukuojamas laidininke. Ir galiausiai, kuo stipresnis magnetinis laukas, t.y., kuo didesnė jo indukcija, tuo didesnis emf atsiranda laidininke, kertančiame šį lauką.

Taigi, indukuotos emf, atsirandančios laidininke, kai jis juda magnetiniame lauke, dydis yra tiesiogiai proporcingas magnetinio lauko indukcijai, laidininko ilgiui ir jo judėjimo greičiui.

Ši priklausomybė išreiškiama formule E = Blv,

kur E yra sukeltas emf; B - magnetinė indukcija; I yra laidininko ilgis; v – laidininko judėjimo greitis.

Reikėtų tvirtai tai atsiminti Laidininke, judančiame magnetiniame lauke, indukuota emf atsiranda tik tada, kai šį laidininką kerta magnetinio lauko linijos. Jei laidininkas juda išilgai lauko linijų, tai yra, nekerta, bet atrodo, kad slysta išilgai jomis, tada jame EML nesukeliama. Todėl aukščiau pateikta formulė galioja tik tuo atveju, kai laidininkas juda statmenai magnetui elektros laidai laukai.

Indukuoto emf kryptis (taip pat ir srovė laidininke) priklauso nuo to, kuria kryptimi laidininkas juda. Norint nustatyti sukelto EML kryptį, yra taisyklė dešinė ranka.

Jei dešinės rankos delną laikote taip, kad į jį patektų magnetinio lauko linijos, ir sulenktą nykštys rodytų laidininko judėjimo kryptį, tada ištiesti keturi pirštai parodys indukuoto emf veikimo kryptį ir srovės kryptį laidininke.

Dešinės rankos taisyklė

Indukcinis emf ritėje

Jau sakėme, kad norint sukurti indukcinį emf laidininke, reikia perkelti arba patį laidininką, arba magnetinį lauką magnetiniame lauke. Abiem atvejais laidininką turi kirsti magnetinio lauko linijos, kitaip EML nesukels. Indukuotą emf, taigi ir indukuotą srovę, galima gauti ne tik tiesiame, bet ir į ritę susuktame laidininke.

Judant į vidų nuolatinis magnetas jame sukeliamas EML dėl to, kad magneto magnetinis srautas kerta ritės posūkius, t.y. lygiai toks pat, koks buvo judant tiesus laidininkas magneto lauke.

Jei magnetas lėtai nuleidžiamas į ritę, tada jame atsirandantis EML bus toks mažas, kad prietaiso adata gali net nenukrypti. Jei, priešingai, magnetas greitai įkišamas į ritę, adatos įlinkis bus didelis. Tai reiškia, kad sukeltos emf dydis, taigi ir srovės stipris ritėje, priklauso nuo magneto judėjimo greičio, t.y., nuo to, kaip greitai lauko linijos susikerta su ritės posūkiais. Jei dabar pakaitomis į ritę tuo pačiu greičiu įvesite stiprų magnetą ir tada silpną magnetą, pastebėsite, kad stiprus magnetas instrumento adata nukryps didesnis kampas. Reiškia, sukeltos emf dydis, taigi ir srovės stipris ritėje, priklauso nuo magneto magnetinio srauto dydžio.

Ir galiausiai, jei tą patį magnetą įvesite tuo pačiu greičiu pirmiausia į ritę su didelis skaičius posūkių, o vėliau su žymiai mažiau, tada pirmuoju atveju instrumento adata nukryps didesniu kampu nei antruoju. Tai reiškia, kad sukeltos emf dydis, taigi ir srovės stipris ritėje, priklauso nuo jos apsisukimų skaičiaus. Tokius pačius rezultatus galima gauti, jei vietoj nuolatinio magneto naudojamas elektromagnetas.

Indukuoto emf kryptis ritėje priklauso nuo magneto judėjimo krypties. E. H. Lenco nustatytas dėsnis nurodo, kaip nustatyti sukeltos emf kryptį.

Lenco elektromagnetinės indukcijos dėsnis

Bet koks magnetinio srauto pokytis ritės viduje yra lydimas indukuoto emf atsiradimo joje, ir kuo greičiau keičiasi per ritę einantis magnetinis srautas, tuo didesnis emf joje sukeliamas.

Jei ritė, kurioje sukuriama indukuota emf, yra uždaryta išorinei grandinei, tada per jos posūkius teka indukuota srovė, aplink laidininką sukuriant magnetinį lauką, dėl kurio ritė virsta solenoidu. Pasirodo, kintantis išorinis magnetinis laukas sukelia ritėje indukuotą srovę, kuri savo ruožtu aplink ritę sukuria savo magnetinį lauką – srovės lauką.

Tyrinėdamas šį reiškinį, E. H. Lencas nustatė dėsnį, kuris nustato indukcijos srovės kryptį ritėje, taigi ir indukuotos emf kryptį. Indukuotas emf, atsirandantis ritėje, kai joje keičiasi magnetinis srautas, sukuria ritėje tokios krypties srovę, kad šios srovės sukurtas ritės magnetinis srautas neleidžia keisti pašalinio magnetinio srauto.

Lenco dėsnis galioja visais srovės indukcijos laidininkuose atvejais, nepriklausomai nuo laidininkų formos ir būdo, kuriuo pasiekiamas išorinio magnetinio lauko pokytis.

Kai nuolatinis magnetas juda vielos ritės, prijungtos prie galvanometro gnybtų, atžvilgiu arba kai ritė juda magneto atžvilgiu, atsiranda indukuota srovė.

Indukcinės srovės masyviuose laiduose

Kintantis magnetinis srautas gali sukelti emf ne tik ritės posūkiuose, bet ir masyviuose metaliniuose laiduose. Įsiskverbdamas į masyvaus laidininko storį, magnetinis srautas jame sukelia EML, sukurdamas indukuotas sroves. Šie vadinamieji plinta palei masyvų laidininką ir jame trumpą jungimą.

Transformatorių šerdys, įvairių elektros mašinų ir prietaisų magnetinės grandinės yra būtent tie masyvūs laidininkai, kurie šildomi juose kylančiomis indukcinėmis srovėmis. Šis reiškinys yra nepageidautinas, todėl, siekiant sumažinti indukuojamų srovių dydį, elektros mašinų dalys ir transformatorių šerdys nėra masyvios, o susideda iš plonų lakštų, izoliuotų vienas nuo kito popieriumi arba izoliacinio lako sluoksniu. Tai užkerta kelią plitimui sūkurinės srovės pagal laidininko masę.

Bet kartais praktiškai sūkurinės srovės Jie taip pat naudojami kaip naudingos srovės. Pavyzdžiui, elektrinių matavimo prietaisų judančių dalių vadinamųjų magnetinių slopintuvų darbas pagrįstas šių srovių panaudojimu.

Mūsų pasaulyje visokių esamas pajėgas, išskyrus gravitacines jėgas, yra pavaizduotos elektromagnetinės sąveikos. Visatoje, nepaisant nuostabios kūnų įtakos vienas kitam įvairovės, bet kokiose medžiagose ar gyvuose organizmuose visada pasireiškia apraiška. elektromagnetinės jėgos. Toliau aprašysime, kaip įvyko elektromagnetinės indukcijos (EI) atradimas.

Susisiekus su

EI atidarymas

Magnetinės adatos sukimasis šalia srovės laidininko Oerstedo eksperimentuose pirmiausia parodė ryšį tarp elektros ir magnetiniai reiškiniai. Akivaizdu: Elektros srovė „supa“ save magnetiniu lauku.

Taigi ar įmanoma pasiekti jo atsiradimą naudojant magnetinį lauką? panaši užduotis režisierius Michael Faraday. 1821 m. jis pažymėjo šią savybę savo dienoraštyje apie magnetizmo transformaciją į .

Sėkmė mokslininką atėjo ne iš karto. Tik gilus pasitikėjimas vienybe gamtos jėgos ir sunkus darbas po dešimties metų atvedė jį prie naujo didelio atradimo.

Problemos sprendimas Faraday ir kitiems jo kolegoms nebuvo duotas ilgą laiką, nes jie bandė generuoti elektrą stacionarioje ritėje, naudojant nuolatinį magnetinį lauką. Tuo tarpu vėliau paaiškėjo: keičiasi laidų perveriančių elektros linijų skaičius, atsiranda elektra.

EI fenomenas

Elektros atsiradimo ritėje procesas, pasikeitus magnetiniam laukui, yra būdingas elektromagnetinei indukcijai ir apibrėžia šią sąvoką. Visiškai natūralu, kad įvairovė, kuri atsiranda per šis procesas, vadinamas indukcija. Poveikis tęsis, jei pati ritė bus palikta nejuda, bet magnetas bus perkeltas. Naudodami antrą ritę, galite apsieiti be magneto.

Jei praleidžiate elektrą per vieną iš ritinių, tada, kai jie juda tarpusavyje antroje bus indukuota srovė. Galite uždėti vieną ritę ant kitos ir pakeisti vienos iš jų įtampą uždarydami ir atidarydami jungiklį. Šiuo atveju magnetinis laukas, prasiskverbiantis į ritę, kurį veikia raktas, pasikeičia, o tai sukelia indukcinės srovės atsiradimą sekundėje.

Teisė

Eksperimentų metu nesunku pastebėti, kad ritę perveriančių jėgos linijų skaičius didėja – naudojamo prietaiso (galvanometro) adata pasislenka į vieną pusę, o į kitą mažėja. Išsamesnis tyrimas rodo, kad indukcijos srovės stipris yra tiesiogiai proporcingas elektros linijų skaičiaus kitimo greičiui. Tai yra pagrindinis elektromagnetinės indukcijos dėsnis.

Šis įstatymas išreiškia formulę:

Jis taikomas, jei per laikotarpį t magnetinis srautas pakinta tiek pat, kai magnetinio srauto kitimo greitis Ф/t yra pastovus.

Svarbu! Indukuotoms srovėms galioja Omo dėsnis: I=/R, kur indukuota emf, randama pagal EI dėsnį.

Įspūdingus eksperimentus, kuriuos kadaise atliko garsus anglų fizikas ir kurie tapo jo atrasto įstatymo pagrindu, šiandien bet kuris moksleivis gali atlikti be didelių sunkumų. Šiems tikslams naudojami šie:

• magnetas,
• dvi vielos ritės,
• elektros energijos šaltinis,
• galvanometras.

Pritaisykime magnetą ant stovo ir prie jo atveskime ritę, kurios galai pritvirtinti prie galvanometro.

Sukdami, pakreipdami ir judindami aukštyn ir žemyn, keičiame magnetinio lauko linijų, kurios prasiskverbia į jo posūkius, skaičių.

Galvanometriniai registrai elektros atsiradimas, kurio dydis ir kryptis eksperimento metu nuolat kinta.

Jei ritė ir magnetas stovi vienas kito atžvilgiu, jie nesudarys sąlygų elektros energijai gaminti.

Kiti Faradėjaus įstatymai

Remiantis atliktais tyrimais, buvo suformuoti dar du to paties pavadinimo dėsniai:

1. Pirmojo esmė yra tokia schema: medžiagos masė m, paskirta elektros įtampa ant elektrodo, yra proporcingas elektros kiekiui Q, praeinančiam per elektrolitą.
2. Antrojo Faradėjaus dėsnio apibrėžimas arba elektrocheminio ekvivalento priklausomybė nuo elemento atominės masės ir jo valentingumo formuluojamas taip: elektrocheminis medžiagos ekvivalentas yra proporcingas jos atominei masei, o taip pat atvirkščiai proporcingas valentiškumui.

Iš visų esamų rūšių indukcija Gera vertė Tai turi izoliuotas vaizdas šis reiškinys– saviindukcija. Jei paimtume ritę, kuri turi didelis skaičius apsisuka, tada uždarius grandinę lemputė neužsidega iš karto.

Šis procesas gali užtrukti kelias sekundes. Iš pirmo žvilgsnio labai stebinantis faktas. Norėdami suprasti, kas čia vyksta, turite suprasti, kas vyksta grandinės uždarymo momentas. Atrodo, kad uždara grandinė „pažadina“ elektros srovę, kuri pradeda judėti išilgai laido posūkių. Tuo pačiu metu erdvėje aplink jį akimirksniu sukuriamas didėjantis magnetinis laukas.

Ritės posūkius prasiskverbia kintantis elektromagnetinis laukas, koncentruojamas šerdies. Indukcinė srovė, sužadinama ritės posūkiuose, padidėjus magnetiniam laukui (šiuo momentu grandinė uždaryta), atsveria pagrindinę. Neįmanoma akimirksniu pasiekti maksimalią vertę tuo metu, kai grandinė uždaroma, ji palaipsniui „auga“. Štai paaiškinimas, kodėl lemputė neužsidega iš karto. Kai grandinė atidaroma, pagrindinė srovė padidėja indukcija dėl savaiminės indukcijos reiškinio, o lemputė mirksi ryškiai.

Svarbu! Reiškinio, vadinamo saviindukcija, esmei būdinga priklausomybė nuo pokyčio, sukeliančio indukcijos srovę elektromagnetinis laukas nuo grandine tekančios elektros srovės stiprumo pokyčių.

Saviindukcijos srovės kryptis nustatoma pagal Lenco taisyklę. Savęs indukcija yra lengvai palyginama su inercija mechanikos srityje, nes abu reiškiniai turi panašias charakteristikas. Ir tikrai, viduje kaip inercijos rezultatas veikiamas jėgos kūnas tam tikrą greitį įgauna palaipsniui, o ne akimirksniu. Ne iš karto – veikiant saviindukcijos – kai akumuliatorius prijungiamas prie grandinės, atsiranda elektra. Tęsdami palyginimą su greičiu, pastebime, kad jis taip pat negali akimirksniu išnykti.

Sūkurinės srovės

Sūkurinių srovių buvimas masyviuose laiduose gali būti dar vienas elektromagnetinės indukcijos pavyzdys.

Specialistai žino, kad metalinės transformatorių šerdys, generatorių ir elektros variklių armatūra niekada nėra tvirtos. Jų gamybos metu atskiri ploni lakštai, iš kurių jie yra sudaryti, padengiami lako sluoksniu, atskiriant vieną lakštą nuo kito.

Nesunku suprasti kokia jėga verčia žmogų sukurti tokį įrenginį. Veikiant elektromagnetinei indukcijai kintamajame magnetiniame lauke, šerdį prasiskverbia sūkurinio elektrinio lauko jėgos linijos.

Įsivaizduokime, kad šerdis pagaminta iš tvirto metalo. Kadangi tai elektrinė varža mažas, indukcinės įtampos atsiradimas didelis dydis būtų visai suprantama. Šerdis ilgainiui įkais ir didelė dalis elektros energijos būtų nenaudingai prarasta. Be to, reikėtų imtis specialių aušinimo priemonių. Ir izoliaciniai sluoksniai neleidžia pasiekti didelių vertybių.

Indukcinės srovės, būdingos masyviems laidininkams, ne veltui vadinamos sūkurinėmis srovėmis – jų linijos yra uždaros, kaip ir elektros lauko linijos ten, kur jos kyla. Dažniausiai sūkurinės srovės naudojamos metalų lydymosi indukcinėse metalurginėse krosnyse. Sąveikaujant su juos pagimdžiusiu magnetiniu lauku, jie kartais tampa įdomių reiškinių priežastimi.

Paimkime galingą elektromagnetą ir įdėkite, pavyzdžiui, penkių kapeikų monetą tarp vertikaliai išdėstytų stulpų. Priešingai nei tikėtasi, jis ne kris, o lėtai leisis žemyn. Prireiks sekundžių, kol ji nukeliaus kelis centimetrus.

Padėkime, pavyzdžiui, penkių kapeikų monetą tarp vertikaliai išdėstytų polių galingas elektromagnetas ir paleisk ją.

Priešingai nei tikėtasi, jis nenukris, o lėtai leisis žemyn. Prireiks sekundžių, kol ji nukeliaus kelis centimetrus. Monetos judėjimas primena kūno judėjimą klampioje terpėje. Kodėl taip nutinka?

Pagal Lenco taisyklę sūkurinių srovių, kylančių monetai judant netolygiame magnetiniame lauke, kryptys yra tokios, kad magnetinis laukas monetą stumia aukštyn. Ši funkcija naudojama adatai „nuraminti“ matavimo priemonėse. Aliuminio plokštė, esanti tarp magnetiniai poliai, yra pritvirtintas prie rodyklės, o joje kylančios sūkurinės srovės prisideda prie greito svyravimų slopinimo.

Nuostabaus grožio elektromagnetinės indukcijos reiškinio demonstravimas pasiūlė Maskvos universiteto profesorius V.K. Arkadijevas. Paimkime švino dubenį, turintį superlaidžių savybių, ir pabandykime ant jo numesti magnetą. Jis nenukris, bet atrodys, kad „svyruos“ virš dubens. Paaiškinimas čia paprastas: lygus nuliui superlaidininko elektrinė varža prisideda prie didelio kiekio elektros generavimo jame, kuris gali išlikti ilgą laiką ir „laikyti“ magnetą virš dubens. Pagal Lenco taisyklę, jų magnetinio lauko kryptis yra tokia, kad jis atstumia magnetą ir neleidžia jam nukristi.

Studijuojame fiziką – elektromagnetinės indukcijos dėsnį

Teisingas Faradėjaus dėsnio formulavimas

Išvada

Elektromagnetinės jėgos yra jėgos, leidžiančios žmonėms matyti pasaulis ir gamtoje aptinkami dažniau nei kiti, pavyzdžiui, šviesa taip pat yra pavyzdys elektromagnetiniai reiškiniai. Neįmanoma įsivaizduoti žmonijos gyvenimo be šio reiškinio.

magnetas pažymėkite šiuos teiginius teisingas ir kai kurie yra neteisingi.
A. Magnetas ir ritė traukia vienas kitą.
B. Ritės viduje indukcijos srovės magnetinis laukas nukreiptas aukštyn.
B. Ritės viduje magneto laukų magnetinės indukcijos linijos nukreiptos į viršų.
D. Magnetas pašalinamas iš ritės.

2. Kurios atskaitos sistemos yra inercinės ir neinercinės? Pateikite pavyzdžių.
3. Kokia kūnų savybė vadinama inercija? Kokia reikšmė apibūdina inerciją?
4. Koks ryšys tarp kūnų masių ir pagreičio modulių, kuriuos jie gauna sąveikos metu?
5. Kas yra jėga ir kaip ji apibūdinama?
6. 2-ojo Niutono dėsnio formulavimas? Kas tai matematinis žymėjimas?
7. Kaip impulsine forma formuluojamas 2-asis Niutono dėsnis? Jo matematinis žymėjimas?
8. Kas yra 1 Niutonas?
9. Kaip juda kūnas, jei jį veikia pastovaus dydžio ir krypties jėga? Kokia pagreičio kryptis, kurią sukelia jį veikianti jėga?
10. Kaip nustatomas jėgų rezultatas?
11. Kaip suformuluotas ir parašytas 3-asis Niutono dėsnis?
12. Kaip nukreipiami sąveikaujančių kūnų pagreičiai?
13. Pateikite 3-iojo Niutono dėsnio pasireiškimo pavyzdžių.
14. Kokios yra visų Niutono dėsnių taikymo ribos?
15. Kodėl galime suskaičiuoti Žemę inercinė sistema skaičiuojant, ar juda kartu įcentrinis pagreitis?
16. Kas yra deformacija, kokias deformacijų rūšis žinote?
17. Kokia jėga vadinama tamprumo jėga? Kokia šios jėgos prigimtis?
18. Kokie yra tamprumo jėgos požymiai?
19. Kaip nukreipiama tamprumo jėga (atramos reakcijos jėga, sriegio įtempimo jėga?)
20. Kaip suformuluotas ir parašytas Huko dėsnis? Kokios jo taikymo ribos? Sukurkite Huko dėsnį iliustruojančią grafiką.
21. Kaip formuluojamas ir rašomas įstatymas Universali gravitacija kada jis taikomas?
22. Apibūdinkite eksperimentus gravitacinės konstantos reikšmei nustatyti?
23. Kas yra gravitacinė konstanta, kokia ji fizinę reikšmę?
24. Ar gravitacinės jėgos atliekamas darbas priklauso nuo trajektorijos formos? Koks darbas atliekamas gravitacijos uždarame kontūre?
25. Ar tamprumo jėgos darbas priklauso nuo trajektorijos formos?
26. Ką tu žinai apie gravitaciją?
27. Kaip apskaičiuojamas pagreitis? laisvas kritimasŽemėje ir kitose planetose?
28. Kas yra pirmasis pabėgimo greitis? Kaip jis apskaičiuojamas?
29. Kas vadinama laisvuoju kritimu? Ar gravitacijos pagreitis priklauso nuo kūno masės?
30. Apibūdinkite patirtį Galilėjus Galilėjus, įrodantis, kad visi kūnai vakuume krinta tokiu pačiu pagreičiu.
31. Kokia jėga vadinama trinties jėga? Trinties jėgų rūšys?
32. Kaip apskaičiuojamos slydimo ir riedėjimo trinties jėgos?
33. Kada atsiranda statinė trinties jėga? Kam jis lygus?
34. Ar slydimo trinties jėga priklauso nuo besiliečiančių paviršių ploto?
35. Nuo kokių parametrų priklauso slydimo trinties jėga?
36. Nuo ko priklauso pasipriešinimo kūno judėjimui jėga skysčiuose ir dujose?
37. Kaip vadinamas kūno svoris? Kuo skiriasi kūno svoris ir jį veikiančios gravitacijos jėga?
38. Kokiu atveju kūno svoris yra skaitinis lygus moduliui gravitacija?
39. Kas yra nesvarumas? Kas yra perkrova?
40. Kaip apskaičiuoti kūno svorį jo pagreitinto judėjimo metu? Ar keičiasi kūno svoris, jei jis juda išilgai stacionarios padėties horizontali plokštuma su pagreičiu?
41. Kaip kinta kūno svoris, kai jis juda išgaubta ir įgaubta apskritimo dalimi?
42. Koks yra uždavinių sprendimo algoritmas, kai kūnas juda veikiamas kelių jėgų?
43. Kokia jėga vadinama Archimedo jėga arba plūduriuojančia jėga? Nuo kokių parametrų priklauso ši jėga?
44. Kokiomis formulėmis galima apskaičiuoti Archimedo jėgą?
45. Kokiomis sąlygomis kūnas skystyje plūduriuoja, skęsta arba plūduriuoja?
46. ​​Kaip plūduriuojančio kūno panardinimo į skystį gylis priklauso nuo jo tankio?
47. Kodėl Balionai Ar jie užpildyti vandeniliu, heliu ar karštu oru?
48. Paaiškinkite Žemės sukimosi aplink savo ašį įtaką gravitacijos pagreičio reikšmei.
49. Kaip kinta gravitacijos reikšmė, kai: a) kūnas tolsta nuo Žemės paviršiaus, B) kūnas juda dienovidiniu, lygiagrečiai

elektros grandinė?

3. Kokia fizinė EML reikšmė? Apibrėžkite voltą.

4. Prisijunkite prie trumpam laikui voltmetro šaltinis elektros energija, stebint poliškumą. Palyginkite jo rodmenis su skaičiavimais remiantis eksperimento rezultatais.

5. Nuo ko priklauso įtampa srovės šaltinių gnybtuose?

6. Pagal matavimo rezultatus nustatyti išorinės grandinės įtampą (jei darbas atliekamas I metodu), išorinės grandinės varžą (jei darbas atliekamas II metodu).

6 klausimas priede: skaičiavimas

1. Kokiomis sąlygomis atsiranda trinties jėgos?
2. Kas lemia statinės trinties jėgos modulį ir kryptį?
3. Kokiose ribose gali kisti statinės trinties jėga?
4. Kokia jėga suteikia pagreitį automobiliui ar dyzeliniam lokomotyvui?
5. Ar slydimo trinties jėga gali padidinti kūno greitį?
6. Koks pagrindinis skirtumas tarp pasipriešinimo jėgos skysčiuose ir dujose ir trinties jėgos tarp dviejų kietosios medžiagos?
7. Pateikite naudingų ir pavyzdžių žalingas poveikis visų tipų trinties jėgų