§ 138. Podmienky vzniku indukčného prúdu.

Pripomeňme si niekoľko jednoduchých experimentov, pri ktorých sa pozoruje vznik elektrického prúdu v dôsledku elektromagnetickej indukcie.

Jeden z týchto experimentov je znázornený na obr. 253. Ak sa cievka pozostávajúca z veľkého počtu závitov drôtu rýchlo nasadí na magnet alebo ho stiahne (obr. 253, a), potom v ňom vznikne krátkodobý indukčný prúd, ktorý sa dá zistiť prehodením. ihly galvanometra pripojenej ku koncom cievky. To isté sa stane, ak sa magnet rýchlo zatlačí do cievky alebo z nej vytiahne (obr. 253, b). Je zrejmé, že záleží len na relatívnom pohybe cievky a magnetického poľa. Prúd sa zastaví, keď sa tento pohyb zastaví.

Ryža. 253. Relatívnym pohybom cievky a magnetu vzniká v cievke indukovaný prúd: a) cievka sa nasunie na magnet; b) magnet sa presunie do cievky

Poďme sa teraz pozrieť na niekoľko...

0 0

Prosím, pomôžte mi s L.R. vo fyzike!
Laboratórna práca č.4

Návod na použitie

4. Na základe vášho...

0 0

Laboratórna práca č.4
Štúdium fenoménu elektromagnetickej indukcie

Účel práce: študovať fenomén elektromagnetickej indukcie.

Vybavenie: miliampérmeter, cievka, oblúkový magnet, zdroj energie, cievka so železným jadrom z demontovateľného elektromagnetu, reostat, kľúč, spojovacie vodiče, model generátora elektrického prúdu (jeden na triedu).

Návod na použitie

1. Pripojte cievku ku svorkám miliampérmetra.

2. Pri sledovaní odčítania miliampérmetra priložte jeden z pólov magnetu k cievke, potom magnet na niekoľko sekúnd zastavte a potom ho znova približte k cievke a zatlačte ho do nej (obr. 184). Napíšte, či pri pohybe magnetu voči cievke vznikol v cievke indukovaný prúd; kým je zastavená.

3. Napíšte, či sa pri pohybe magnetu zmenil magnetický tok F prechádzajúci cievkou; kým je zastavená.

4. Na základe vašich odpovedí na predchádzajúcu otázku urobte a...

0 0

Účel práce: študovať fenomén elektromagnetickej indukcie.

Ako je známe, fenomén elektromagnetickej indukcie spočíva vo výskyte elektrického prúdu v uzavretom vodiči, keď sa magnetický tok, ktorý preniká oblasťou pokrytou vodičom, mení.

Príklad vykonanej práce.

1. Zostavenie inštalácie (obr. 152 učebnice).

2. V prvom experimente vznikol v cievke indukovaný prúd, keď sa magnet pohyboval vzhľadom na cievku. Pri brzdení magnet

sila indukčného prúdu sa prudko zvýšila a klesla na nulu, keď sa magnet zastavil (v pokoji).

3. Zmena magnetického toku spôsobí vznik indukovaného prúdu. Tie. magnetický tok F prechádzajúci cievkou sa menil spolu s indukčným prúdom, t.j. kým sa magnet pohybuje.

4. Pri zmene magnetického toku prechádzajúceho touto cievkou vznikol v cievke indukovaný prúd.

5. Ako sa magnet približoval k cievke, magnetický tok sa menil, pretože magnetický tok...

0 0

„Najvyšší sudca všetkých

fyzikálna teória je skúsenosť...“

Lev Davidovič Landau

Účel práce: študovať fenomén elektromagnetickej indukcie.

Výbava: miliameter, cievka-cievka, magnet, napájací zdroj, cievka so železným jadrom z demontovateľného elektromagnetu, reostat, kľúč, spojovacie vodiče, model generátora elektrického prúdu.

Pred začatím práce si pripomeňme základné ustanovenia týkajúce sa fenoménu elektromagnetickej indukcie.

Fenomén elektromagnetickej indukcie spočíva v tom, že pri akejkoľvek zmene magnetického toku prenikajúceho do obvodu uzavretého vodiča vzniká v tomto vodiči elektrický prúd, existujúci počas celého procesu zmeny magnetického toku.

Takto získaný prúd sa nazýva indukovaný prúd.

Hodnota indukčného prúdu nezávisí od dôvodu zmeny magnetického toku. Jediné na čom záleží je rýchlosť...

0 0

Elektromagnetická indukcia. Faradayove experimenty

Videli sme, že okolo vodiča prenášajúceho prúd je vždy magnetické pole.

Je možné vytvoriť prúd vo vodiči pomocou magnetického poľa?

Tento problém vyriešil M. Faraday. Po intenzívnom hľadaní, vynaložení množstva práce a vynaliezavosti dospel k záveru: iba magnetické pole meniace sa v čase môže generovať elektrický prúd.

Faradayove experimenty pozostávali z nasledujúcich. Ak sa vo vnútri cievky, ku ktorej je pripojený galvanometer, pohybuje permanentný magnet (obr. 2.a), vzniká v obvode elektrický prúd. Ak je magnet vytiahnutý z cievky, galvanometer tiež ukazuje prúd, ale v opačnom smere (obr. 2, b). Elektrický prúd vzniká aj vtedy, keď magnet stojí a cievka sa pohybuje (nahor alebo nadol). Akonáhle sa pohyb zastaví, prúd okamžite zmizne. Nie každý pohyb magnetu (alebo cievky) však vytvára elektrický prúd. Ak otáčate magnetom okolo zvislej osi (obr. 2, c),...

0 0

Už viete, že okolo elektrického prúdu je vždy magnetické pole. Elektrický prúd a magnetické pole sú od seba neoddeliteľné.

Ale ak sa hovorí, že elektrický prúd „vytvára“ magnetické pole, nedochádza k opačnému javu? Je možné „vytvoriť“ elektrický prúd pomocou magnetického poľa?

Takáto úloha na začiatku 19. stor. Mnohí vedci sa to pokúsili vyriešiť. Položil to pred seba aj anglický vedec Michael Faraday. „Premeňte magnetizmus na elektrinu“ – takto Faraday napísal tento problém do svojho denníka v roku 1822. Vedcovi trvalo takmer 10 rokov tvrdej práce, aby ho vyriešil.

Michael Faraday (1791-1867)
anglický fyzik. Objavil fenomén elektromagnetickej indukcie, extraprúdy pri zatváraní a otváraní

Aby sme pochopili, ako Faraday dokázal „premeniť magnetizmus na elektrinu“, vykonajte niektoré z Faradayových experimentov pomocou moderných nástrojov.

Obrázok 119a ukazuje, že ak sa magnet presunie do cievky uzavretej ku galvanometru, potom...

0 0

Indukčný prúd. Definícia. Podmienky výskytu. Veľkosť a smer.

Indukčný prúd je prúd, ktorý sa vyskytuje v uzavretom vodivom obvode umiestnenom v striedavom magnetickom poli. Tento prúd sa môže vyskytnúť v dvoch prípadoch. Ak existuje stacionárny obvod preniknutý meniacim sa tokom magnetickej indukcie. Alebo keď sa vodivý obvod pohybuje v konštantnom magnetickom poli, čo spôsobuje aj zmenu magnetického toku prenikajúceho obvodom.

Obrázok 1 - Vodič sa pohybuje v konštantnom magnetickom poli

Príčinou indukčného prúdu je vírivé elektrické pole, ktoré je generované magnetickým poľom. Toto elektrické pole pôsobí na voľné náboje umiestnené vo vodiči umiestnenom v tomto vírivom elektrickom poli.

Obrázok 2 - vírivé elektrické pole

Môžete tiež nájsť túto definíciu. Indukčný prúd je elektrický prúd, ktorý vzniká pôsobením...

0 0

ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCIA

§ 1. Vzájomná indukcia

V roku 1820 dánsky fyzik experimentálne zistil spojenie medzi elektrickým prúdom a magnetickým poľom. Podstatou Oerstedových pokusov bolo, že ak vodičom prechádzal elektrický prúd, okolo vodiča vzniklo magnetické pole, ktoré bolo možné skúmať pomocou magnetickej ihly.

V nie príliš presnom jazyku vtedajšej vedy, keď sa podobné experimenty prvýkrát uskutočnili, „elektrina dala vzniknúť magnetizmu“.

Oerstedov objav, ktorý sa uskutočnil ako výsledok jednoduchého experimentu, slúžil ako impulz pre rozvoj nového smeru v prírodných vedách - doktríny elektromagnetizmu. Okrem toho, že tento objav zahŕňal reťaz nových fundamentálnych experimentov v oblasti štúdia súvislostí medzi elektrickými a magnetickými javmi (štúdium interakcie paralelných prúdov podľa A. Ampereho), viedol k množstvu dôležitých vynálezov , najmä elektromagnet (1820, F. Arago),...

0 0

10

Učiteľ fyziky, Stredná škola č.58, Sevastopoľ, Safronenko N.I.

Téma lekcie: Faradayove experimenty. Elektromagnetická indukcia.

Laboratórna práca „Štúdium fenoménu elektromagnetickej indukcie“

Ciele lekcie: Poznať/porozumieť: Definícia javu elektromagnetickej indukcie. Vedieť popísať a vysvetliť elektromagnetickú indukciu, vedieť pozorovať prírodné javy, používať jednoduché meracie prístroje na štúdium fyzikálnych javov.

Rozvojové: rozvíjať logické myslenie, kognitívny záujem, pozorovanie.

Výchovné: Rozvíjať dôveru v možnosť poznávania prírody, potrebu múdreho využívania vedeckých úspechov pre ďalší rozvoj ľudskej spoločnosti, úctu k tvorcom vedy a techniky.

Vybavenie: Elektromagnetická indukcia: cievka s galvanometrom, magnet, cievka s jadrom, zdroj prúdu, reostat, cievka s jadrom, cez ktoré preteká striedavý prúd, pevná hmota a krúžok so štrbinou, cievka. ..

0 0

11

Prvá časť článku: Induktory a magnetické polia

Vzťah medzi elektrickým a magnetickým poľom

Elektrické a magnetické javy sa skúmajú už dlho, no nikoho ani nenapadlo tieto štúdie medzi sebou nejako spájať. Až v roku 1820 sa zistilo, že vodič s prúdom pôsobí na strelku kompasu. Tento objav patril dánskemu fyzikovi Hansovi Christianovi Oerstedovi. Následne bola po ňom pomenovaná jednotka merania intenzity magnetického poľa v systéme GHS: ruské označenie je E (Ørsted), anglické označenie je Oe. Toto je intenzita magnetického poľa vo vákuu s indukciou 1 Gauss.

Tento objav naznačil, že magnetické pole by mohlo byť generované z elektrického prúdu. Zároveň sa však objavili myšlienky o reverznej transformácii, konkrétne o tom, ako získať elektrický prúd z magnetického poľa. Koniec koncov, mnohé procesy v prírode sú reverzibilné: voda produkuje ľad, ktorý sa môže roztopiť späť na vodu.

0 0

Téma 11. FENOMÉN ELEKTROMAGNETICKEJ INDUKCIE.

11.1. Faradayove experimenty. Indukčný prúd. Lenzove pravidlo. 11.2. Veľkosť indukovaného emf.

11.3. Povaha indukovaného emf.

11.4. Cirkulácia vektora intenzity elektrického poľa víru.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Efekt kože.

11.1. Faradayove experimenty. Indukčný prúd. Lenzove pravidlo.

S Od objavu spojenia medzi magnetickým poľom a prúdom (čo potvrdzuje symetriu prírodných zákonov) sa uskutočnili početné pokusy získať prúd pomocou magnetického poľa. Problém vyriešil Michael Faraday v roku 1831. (Američan Joseph Henry tiež objavil, ale nestihol zverejniť svoje výsledky. Ampere tiež tvrdil objav, ale nebol schopný prezentovať svoje výsledky).

Michael Faraday (1791 - 1867) - slávny anglický fyzik. Výskum v oblasti elektriny, magnetizmu, magnetooptiky, elektrochémie. Vytvoril laboratórny model elektromotora. Pri zatváraní a otváraní okruhu otvoril extra prúdy a určil ich smer. Objavil zákony elektrolýzy, ako prvý zaviedol pojmy pole a dielektrická konštanta a v roku 1845 použil termín „magnetické pole“.

M. Faraday okrem iného objavil javy dia a paramagnetizmu. Zistil, že všetky materiály v magnetickom poli sa správajú odlišne: sú orientované pozdĺž poľa (para a feromagnety) alebo cez

polia sú diamagnetické.

Faradayove experimenty sú dobre známe zo školského kurzu fyziky: cievka a permanentný magnet (obr. 11.1)

Ryža. 11.1 Obr. 11.2

Ak magnet priblížite k cievke alebo naopak, v cievke vznikne elektrický prúd. To isté s dvoma tesne umiestnenými cievkami: ak je zdroj striedavého prúdu pripojený k jednej z cievok, potom sa striedavý prúd objaví aj v druhej

(obr. 11.2), ale tento efekt sa najlepšie prejaví, ak sú dve cievky spojené jadrom (obr. 11.3).

Podľa Faradayovej definície majú tieto experimenty spoločné to, že: ak tok

Keď sa indukčný vektor prenikajúci do uzavretého vodivého obvodu mení, vzniká v obvode elektrický prúd.

Tento jav sa nazýva fenomén elektromagnetickej indukcie a prúd je indukcia . Tento jav je navyše úplne nezávislý od spôsobu zmeny toku vektora magnetickej indukcie.

Ukazuje sa teda, že pohybujúce sa náboje (prúd) vytvárajú magnetické pole a pohybujúce sa magnetické pole vytvára (vírivé) elektrické pole a v skutočnosti indukovaný prúd.

Pre každý konkrétny prípad Faraday naznačil smer indukčného prúdu. V roku 1833 Lenz zriadil generál pravidlo hľadania smeru prúdu:

indukovaný prúd smeruje vždy tak, aby magnetické pole tohto prúdu zabránilo zmene magnetického toku spôsobujúcej indukovaný prúd. Toto tvrdenie sa nazýva Lenzove pravidlo.

Vyplnenie celého priestoru homogénnym magnetom vedie za ostatných okolností k zvýšeniu indukcie µ-krát. Táto skutočnosť to potvrdzuje

indukovaný prúd je spôsobený zmenou toku vektora magnetickej indukcie B, a nie tokom vektora intenzity H.

11.2. Veľkosť indukovaného emf.

Na vytvorenie prúdu v obvode musí byť prítomná elektromotorická sila. Preto jav elektromagnetickej indukcie naznačuje, že pri zmene magnetického toku v obvode vzniká elektromotorická sila indukcie E i. náš

úlohu pomocou zákonov zachovania energie nájdite hodnotu E i a zistite ju

Uvažujme pohyb pohyblivého úseku 1 - 2 obvodu prúdom v magnetickom poli

B (obr. 11.4).

Najprv nech neexistuje magnetické pole B. Vytvára sa batéria s emf rovným E 0

prúd I 0 . Počas času dt batéria funguje

dA = EIO dt (11.2.1)

– toto dielo sa zmení na teplo, ktoré možno nájsť podľa zákona Joule-Lenz:

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

tu I 0 = E R 0, R je celkový odpor celého obvodu.

Umiestnime obvod do rovnomerného magnetického poľa s indukciou B. ČiaryB ||n a súvisia so smerom prúdu podľa pravidla gimlet. FluxF spojený s obvodom je kladný.r

Na každý prvok obrysu pôsobí mechanická sila dF. Na pohyblivú stranu rámu bude pôsobiť sila F 0 . Pod vplyvom tejto sily úsek 1 – 2

sa bude pohybovať rýchlosťou υ = dx dt. V tomto prípade sa zmení aj magnetický tok.

indukcia.

Potom sa v dôsledku elektromagnetickej indukcie prúd v obvode zmení a stane sa

výsledný). Táto sila vytvorí prácu dA v čase dt: dA = Fdx = IdФ.

Rovnako ako v prípade, keď sú všetky prvky rámu stacionárne, zdrojom práce je E 0 .

Pri stacionárnom okruhu sa táto práca zredukovala len na uvoľňovanie tepla. V našom prípade sa bude uvoľňovať aj teplo, ale v inom množstve, keďže sa zmenil prúd. Okrem toho sa vykonáva mechanická práca. Celková práca vykonaná za čas dt sa rovná:

Výsledný výraz máme právo považovať za Ohmov zákon pre obvod, v ktorom okrem zdroja E 0 pôsobí E i, čo sa rovná:

indukcia prechádzajúca týmto obvodom.

Tento výraz pre indukované emf obvodu je úplne univerzálny, nezávislý od spôsobu zmeny toku magnetickej indukcie a je tzv.

Faradayov zákon.

Podpísať (-) – matematický výraz Lenzove pravidlá o smere indukčného prúdu: indukovaný prúd smeruje vždy tak, aby jeho pole

pôsobiť proti zmene počiatočného magnetického poľa.

Smer indukčného prúdu a smer d dt Ф spolu súvisia gimlet pravidlo(obr. 11.5).

Rozmer indukovaného emf: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Ak sa obvod skladá z niekoľkých závitov, potom musíme použiť koncept

väzba toku (celkový magnetický tok):

Ψ = Ф·N,

kde N je počet závitov. Ak teda

11.3. Povaha indukovaného emf.

Odpovedzme na otázku: aký je dôvod pohybu nábojov, dôvod výskytu indukčného prúdu? Pozrite si obrázok 11.6.

1) Ak pohybujete vodičom v rovnomernom magnetickom poli B, potom sa pod vplyvom Lorentzovej sily elektróny odklonia nadol a kladné náboje nahor - vznikne potenciálny rozdiel. Toto bude E i-stranná sila pod vplyvom

ktorým tečie prúd. Ako vieme, pre kladné náboje

Fl = q+; pre elektróny F l = –e - .

2) Ak je vodič nehybný a magnetické pole sa mení, aká sila vybudí indukovaný prúd v tomto prípade? Zoberme si obyčajný transformátor (obr. 11.7).

Akonáhle uzavrieme obvod primárneho vinutia, okamžite vznikne prúd v sekundárnom vinutí. Ale Lorentzova sila s tým nemá nič spoločné, pretože pôsobí na pohybujúce sa náboje a tie boli na začiatku v pokoji (boli v tepelnom pohybe - chaotickom, ale tu potrebujeme usmernený pohyb).

Odpoveď dal J. Maxwell v roku 1860: Akékoľvek striedavé magnetické pole vybudí v okolitom priestore elektrické pole (E). To je dôvod pre výskyt indukčného prúdu vo vodiči. To znamená, že E" sa vyskytuje iba v prítomnosti striedavého magnetického poľa (transformátor nefunguje pri jednosmernom prúde).

Podstata fenoménu elektromagnetickej indukcie vôbec nie vo vzhľade indukčného prúdu (prúd sa objaví, keď sú náboje a obvod je uzavretý), a pri vzniku vírivého elektrického poľa (nielen vo vodiči, ale aj v okolitom priestore, vo vákuu).

Toto pole má úplne inú štruktúru ako pole vytvorené nábojmi. Keďže ho nevytvárajú náboje, siločiary nemôžu začínať a končiť na nábojoch, ako sme to robili v elektrostatike. Toto pole je vír, jeho siločiary sú uzavreté.

Keďže toto pole pohybuje nábojmi, má teda silu. Poďme sa predstaviť

vektor sily vírového elektrického poľa E ". Sila, ktorou toto pole pôsobí na náboj

F "= q E".

Ale keď sa náboj pohybuje v magnetickom poli, pôsobí naň Lorentzova sila

Experimenty H. Oersteda a A. Ampereho (pozri § 1) ukázali, že elektrický prúd vytvára magnetické pole. Je možné urobiť opak, teda pomocou magnetického poľa získať elektrický prúd? Po viac ako 16 tisíc experimentoch dostal anglický fyzik a chemik Michael Faraday 29. augusta 1831 elektrický prúd pomocou magnetického poľa permanentného magnetu. Aké experimenty vykonal Faraday a aký význam mal jeho objav?

reprodukujeme Faradayove experimenty

Pripojíme cievku ku galvanometru a do cievky vložíme permanentný magnet. Počas pohybu magnetu sa ihla galvanometra vychýli, čo znamená, že v cievke vznikol elektrický prúd (obr. 8.1, a).

Čím rýchlejšie pohybujete magnetom, tým väčší bude prúd; ak sa pohyb magnetu zastaví, zastaví sa aj prúd - šípka sa vráti na nulu (obr. 8.1, b). Vytiahnutím magnetu z cievky vidíme, že strelka galvanometra sa odchyľuje v opačnom smere (obr. 8.1, c) a keď sa magnet prestane pohybovať, vráti sa opäť na nulu.

Ak necháme magnet stáť a cievku posunieme (alebo ju priblížime k magnetu, alebo ju od neho vzdialime, alebo otočíme blízko pólu magnetu), tak opäť pozorujeme vychýlenie strelky galvanometra.

Teraz vezmeme dve cievky - A a B - a nasadíme ich na jedno jadro (obr. 8.2). Cievku B pripojíme cez reostat k zdroju prúdu a cievku A pripojíme ku galvanometru. Ak posuniete posúvač reostatu, v cievke A bude prúdiť elektrický prúd. Prúd sa objaví so zvýšením aj znížením intenzity prúdu v cievke B. Ale smer

Ryža. 8.2. Ak otvoríte alebo zatvoríte obvod cievky B alebo zmeníte prúd v ňom, v cievke A vznikne prúd

Ryža. 8.1. Výskyt prúdu v cievke zaznamenáva galvanometer: a - ak je do cievky vložený magnet, strelka galvanometra sa odchyľuje doprava; b - ak je magnet nehybný, nevzniká prúd a ihla sa neodchyľuje; c - ak odstránite magnet z cievky, ihla galvanometra sa odchýli doľava

prúd bude iný: keď sa prúd zvýši, ihla galvanometra sa odchýli v jednom smere a keď sa zníži, v druhom. Prúd v cievke A nastane aj v momente zatvorenia a v momente otvorenia okruhu cievky B.

Objaví sa prúd v cievke A (pozri obr. 8.2), ak sa pohybuje vzhľadom na cievku B?

Všetky diskutované experimenty sú modernou verziou tých, ktoré Michael Faraday vykonával 10 rokov a vďaka ktorým dospel k záveru: v uzavretom vodivom okruhu,

elektrický prúd, ak sa zmení počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich povrchom ohraničeným obrysom.

Ryža. 8.3. Vzhľad indukovaného prúdu, keď sa zmení počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich obvodom: a - obvod sa priblíži k magnetu; b - oslabiť magnetické pole, v ktorom sa obvod nachádza

Tento jav sa nazýval elektromagnetická indukcia a elektrický prúd vznikajúci v tomto prípade sa nazýval indukčný (indukovaný) prúd (obr. 8.3).

Objaví sa v uzavretom ráme indukovaný prúd, ak sa rám posunie translačne (bez otáčania) medzi pólmi elektromagnetu (obr. 8.4)?

Zisťujeme dôvody výskytu indukčného prúdu

Dozvedeli ste sa, kedy sa v uzavretom vodivom obvode vyskytuje indukovaný prúd. čo to spôsobuje? Zoberme si dva prípady.

1. Vodivý obvod sa pohybuje v magnetickom poli (obr. 8.3, a). V tomto prípade sa voľné nabité častice vo vnútri vodiča pohybujú s ním v určitom smere. Magnetické pole pôsobí na pohybujúce sa nabité častice určitou silou a pod vplyvom tejto sily sa častice začínajú usmernený pohyb pozdĺž vodiča - vo vodiči vzniká indukčný elektrický prúd.

2. Stacionárny vodivý obvod je umiestnený v striedavom magnetickom poli (obr. 8.3, b). V tomto prípade sily pôsobiace z magnetického poľa nemôžu usmerňovať chaotický pohyb nabitých častíc vo vnútri vodiča. Prečo sa v obvode objavuje indukovaný prúd? Faktom je, že striedavé magnetické pole je vždy sprevádzané objavením sa vírivého elektrického poľa v okolitom priestore (siločiary takéhoto poľa sú uzavreté). Nie magnetické, ale elektrické pole, pôsobiace na voľné nabité častice vo vodiči, im dáva smerový pohyb, čím vytvára indukovaný prúd.

Určenie smeru indukčného prúdu

Na určenie smeru indukčného prúdu používame uzavretú cievku. Ak zmeníte magnetické pole prenikajúce do cievky (napríklad posuniete magnet bližšie alebo ďalej), potom sa v cievke objaví indukovaný prúd a sama sa stane magnetom. Experimenty ukazujú: 1) ak sa magnet priblíži k cievke, cievka sa od magnetu odpudí; 2) ak je magnet odstránený z cievky, cievka bude priťahovaná k magnetu.

To znamená:

Ryža. 8.5. Smer indukčného prúdu v uzavretej cievke: a - magnet sa priblíži k cievke; b - magnet je odstránený z cievky

Ryža. 8.6. Ak otáčate rámom v magnetickom poli, v ráme sa objaví indukovaný prúd

1) ak sa zvýši počet čiar magnetickej indukcie prepichujúcich cievku (magnetické pole vo vnútri cievky sa zintenzívni), potom sa v cievke objaví indukovaný prúd v takom smere, že cievka bude čeliť magnetu rovnakým pólom (obr. 8.5, a).

2) ak sa počet čiar magnetickej indukcie prepichujúcich cievku zníži, potom sa v cievke objaví indukovaný prúd v takom smere, že cievka bude obrátená k magnetu opačným pólom (obr. 8.5, b).

Po znalosti pólov cievky a pomocou pravej ruky (pozri § 3) môžete určiť smer indukčného prúdu. To isté sa robí v prípade, keď sú na spoločné jadro umiestnené dve cievky (pozri odsek 5 § 8).

Zoznámime sa s priemyselnými zdrojmi elektrickej energie

Fenomén elektromagnetickej indukcie sa využíva v elektromechanických generátoroch, bez ktorých si nemožno predstaviť modernú elektroenergetiku.

Elektromechanický generátor je zariadenie, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.

Poďme zistiť princíp fungovania elektromechanického generátora. Vezmime si rám pozostávajúci z niekoľkých závitov drôtu a otočíme ho v magnetickom poli (obr. 8.6). Keď sa rám otáča, počet magnetických čiar, ktoré doň prenikajú, sa buď zvyšuje alebo znižuje. V dôsledku toho sa v ráme objaví prúd, ktorého prítomnosť dokazuje žiara lampy.

Priemyselné generátory elektrického prúdu sú navrhnuté takmer rovnakým spôsobom ako elektromotory, avšak podľa princípu činnosti je generátor elektromotorom „v opačnom smere“. Podobne ako elektromotor, aj generátor pozostáva zo statora a rotora (obr. 8.7). Masívny stacionárny stator (1) je dutý valec, na vnútornom povrchu ktorého je tl

medený izolovaný drôt - vinutie statora (2). Rotor (3) sa otáča vo vnútri statora. Rovnako ako rotor elektromotora je to veľký valec, do ktorého drážok je vložené vinutie rotora (4). Toto vinutie je napájané jednosmerným zdrojom. Prúd preteká vinutím rotora a vytvára magnetické pole, ktoré preniká do vinutia statora.

Vplyvom pary (v tepelných a jadrových elektrárňach) alebo vody padajúcej z výšky (pri vodných elektrárňach) sa rotor generátora začne rýchlo otáčať. V dôsledku toho sa mení počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich do závitov vinutia statora a vo vinutí sa objavuje indukovaný prúd. Po sérii transformácií sa tento prúd dodáva spotrebiteľom elektrickej energie.

Naučiť sa riešiť problémy Problém. Cievka a hliníkový krúžok sú umiestnené na spoločnom jadre (obr. 1). Určte smer indukčného prúdu v krúžku, keď je kľúč zatvorený. Ako sa bude prsteň správať, keď je kľúč zatvorený? nejaký čas po zatvorení kľúča? v momente otvorenia kľúča?

Fyzikálna analýza problému, riešenie

1) Prúd v cievke smeruje nahor pozdĺž jej prednej steny (od „+“ po „-“). Pravou rukou určíme póly cievky (smer magnetických čiar vo vnútri cievky): južný pól cievky bude bližšie k prstencu (obr. 2).

2) V momente zatvorenia kľúča sa prúd v cievke zvýši, takže magnetické pole vo vnútri prstenca sa zintenzívni.

3) V prstenci vzniká indukovaný prúd v takom smere, že prstenec bude smerovať k cievke rovnakým pólom (na juh) a bude sa od nej odpudzovať.

4) Pravou rukou určte smer indukčného prúdu v krúžku (bude opačný ako smer prúdu v cievke).

Takmer okamžite po zatvorení kľúča bude prúd v cievke konštantný, magnetické pole vo vnútri krúžku sa nezmení a v krúžku nebude indukčný prúd. Krúžok je vyrobený z magneticky slabého materiálu, takže s cievkou len ťažko interaguje.

V momente otvorenia kľúča sa prúd v cievke rýchlo zníži a magnetické pole vytvorené cievkou sa oslabí. V prstenci vzniká indukčný prúd v takom smere, že prstenec bude obrátený k cievke opačným pólom a bude k nej na krátky čas priťahovaný (obr. 3).

Ako určiť smer indukčného prúdu (algoritmus)

1. Určte smer magnetickej indukcie vonkajšieho magnetického poľa (B).

2. Zistite, či sa vonkajšie magnetické pole zosilňuje alebo zoslabuje (zvyšuje alebo znižuje sa počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich do obvodu).

3. Určte smer magnetického poľa vytvoreného indukčným prúdom (B).

4. Určte smer indukčného prúdu.

Poďme si to zhrnúť

V uzavretom vodivom obvode pri zmene počtu magnetických indukčných čiar prenikajúcich obvodom vzniká elektrický prúd. Takýto prúd sa nazýva indukcia a jav výskytu prúdu sa nazýva elektromagnetická indukcia.

Jedným z dôvodov vzniku indukovaného prúdu je, že striedavé magnetické pole je vždy sprevádzané objavením sa elektrického poľa v okolitom priestore. Elektrické pole pôsobí na voľné nabité častice vo vodiči a tie sa začnú smerovo pohybovať – vzniká indukovaný prúd.

Kontrolné otázky

1. Opíšte pokusy M. Faradaya. 2. Aký je jav elektromagnetickej indukcie? 3. Aký prúd sa nazýva indukčný prúd? 4. Aké sú príčiny indukovaného prúdu? 5. Činnosť ktorých zariadení je založená na fenoméne elektromagnetickej indukcie? Aké energetické premeny v nich prebiehajú? 6. Popíšte konštrukciu a princíp činnosti generátorov elektrického prúdu.

Cvičenie č.8

1. Dve pevné cievky sú usporiadané tak, ako je znázornené na obr. 1. Miliampérmeter pripojený k jednej z cievok registruje prítomnosť prúdu. Za akých podmienok je to možné?

2. Na obr. Obrázok 2 zobrazuje zariadenie s názvom „Lenz rings“. Zariadenie sa skladá z dvoch hliníkových krúžkov (plný a rezaný),

namontovaný na hliníkovom vahadle, ktoré sa dá ľahko otáčať okolo zvislej osi.

1) Ako sa bude správať pevný prstenec zariadenia, ak: a) sa k nemu priblíži magnet? b) odstrániť z neho magnet? c) priblížiť magnet k nemu južným pólom?

2) Pre každý prípad a-c v bode 1 určte smer indukovaného prúdu v pevnom prstenci a smer magnetického poľa vytvoreného týmto prúdom.

3) Čo sa stane, ak sa magnet priblíži k vyrezanému hliníkovému krúžku?

3. Na jedno jadro sú nasadené dve cievky (obr. 3). Určte smer indukčného prúdu v cievke A, ak: 1) obvod je uzavretý; 2) otvorte okruh; 3) posuňte posúvač reostatu doľava; 4) posuňte posúvač reostatu doprava.

4. Zostavte inverznú úlohu k úlohe uvedenej v odseku 5 § 8. Vyriešte zostavenú úlohu.

LABORATÓRNE PRÁCE č.2

Predmet. Pozorovanie javu elektromagnetickej indukcie.

Účel: preskúmať podmienky výskytu indukčného prúdu v uzavretej cievke; zistiť faktory, od ktorých závisí sila a smer indukčného prúdu.

Vybavenie: miliampérmeter, dva pásikové alebo dva podkovovité magnety, cievka drôtu na ráme, fixka.

pokyny pre prácu

príprava na experiment

1. Pred vykonaním práce nezabudnite:

1) bezpečnostné požiadavky pri práci s elektrickými obvodmi;

2) pravidlá, ktoré sa musia dodržiavať pri meraní prúdu ampérmetrom;

3) ako závisí sila indukčného prúdu od rýchlosti zmeny magnetického poľa;

4) čo určuje smer indukčného prúdu.

2. Dokončite úlohu. Na obr. 1-4 znázorňujú pásový magnet, cievku spojenú s miliampérmetrom a je naznačený smer rýchlosti pohybu magnetu. Preneste výkresy do svojho notebooku a pre každý prípad: 1) označte magnetické póly cievky; 2) určte a ukážte smer indukčného prúdu v cievke.

3. Zostavte elektrický obvod pripojením vodičov cievky ku svorkám miliampérmetra.

4. Umiestnite značku na jeden z koncov cievky pomocou značky.

Dôsledne dodržujte bezpečnostné pokyny (pozri leták). Experiment 1

Objasnenie podmienok vzniku indukčného prúdu v uzavretom vodiči a faktorov, od ktorých závisí smer indukčného prúdu.

Držte cievku a magnet v rukách a postupne vykonajte experimenty uvedené v tabuľke. 1. Vyplňte tabuľku. 1.

Poznámka! Magnet sa musí vkladať do cievky a von z nej iba zo strany konca cievky, na ktorej je značka umiestnená.

stôl 1

Analýza výsledkov experimentu 1

Analyzujte tabuľku. 1 a sformulujte záver, v ktorom uvediete:

1) za akých podmienok vzniká indukovaný prúd v uzavretej cievke;

2) ako sa mení smer indukčného prúdu pri zmene smeru pohybu magnetu;

3) ako sa mení smer indukčného prúdu pri zmene pólu magnetu, ktorý sa približuje alebo vzďaľuje od cievky.

Experiment 2

Zistenie faktorov, od ktorých závisí hodnota indukčného prúdu. Držte cievku a magnet v rukách a postupne vykonajte experimenty uvedené v tabuľke. 2. Zakaždým odoberte údaje z miliampérmetra a zadajte ich do tabuľky. 2.

tabuľka 2

Analýza výsledkov experimentu 2

Analyzujte tabuľku. 2 a sformulujte záver, v ktorom uvediete:

1) ako závisí sila indukčného prúdu od rýchlosti relatívneho pohybu magnetu a cievky;

2) ako závisí sila indukčného prúdu od hodnoty indukcie vonkajšieho magnetického poľa, zmena ktorej spôsobila vznik prúdu v cievke.

Kreatívna úloha

Premyslite si a napíšte si plán na uskutočnenie experimentov na štúdium podmienok výskytu indukovaného prúdu v uzavretej cievke pre prípady, keď sú dve cievky nasadené na spoločné jadro (pozri obr. 5-7). Vykonajte experimenty vždy, keď je to možné. Formulujte svoje závery. Pre každú cievku uveďte póly a smer prúdu.

ZHRNUTIE SEKCIE I „Magnetické pole“

1. Pri štúdiu časti I ste zistili, že najprv sa človek dozvedel o permanentných magnetoch a začal ich používať; Oveľa neskôr vznikli elektromagnety.

2. Dozvedeli ste sa, že v blízkosti zmagnetizovaného telesa je magnetické pole, pohybujúca sa nabitá častica a vodič s prúdom.

magnetické pole

forma hmoty, ktorá existuje v blízkosti magnetizovaných telies, vodičov s prúdom a pohybujúcich sa nabitých telies alebo častíc a pôsobí na iné zmagnetizované telesá, vodiče s prúdom a pohybujúce sa nabité telesá alebo častice umiestnené v tomto poli

3. Dozvedeli ste sa, že v magnetickom poli sa magnetizujú všetky látky, ale rôznymi spôsobmi.

MAGNETICKÉ VLASTNOSTI LÁTOK

4. Zistili ste, že na vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli pôsobí ampérová sila.

NAPÁJANIE AMP

Praktická aplikácia ampérovej sily

5. Reprodukovali ste experimenty M. Faradaya a zoznámili ste sa s fenoménom elektromagnetickej indukcie.

FENOMÉN ELEKTROMAGNETICKEJ INDUKCIE

Faradayove experimenty

Priemyselná súčasná generácia

Keď sa zmení počet čiar magnetickej indukcie prepichujúcich uzavretú cievku, v cievke sa objaví indukovaný elektrický prúd

Elektromechanický generátor -

zariadenie, v ktorom sa vďaka elektromagnetickej indukcii mení mechanická energia na elektrickú energiu

AUTOTESTOVACIE ÚLOHY PRE ČASŤ I „Magnetické pole“

Úlohy 1, 2, 5-7 obsahujú iba jednu správnu odpoveď.

1. (1 bod) Južný magnetický pól strelky kompasu zvyčajne označuje:

a) na severný geografický pól Zeme;

b) južný magnetický pól Zeme;

c) južný geografický pól Zeme;

d) zemský rovník.

2. (1 bod) Magnetické pole cievky s prúdom sa oslabuje, ak:

a) vložte železné jadro do cievky; c) znížiť prúd;

b) zvýšiť počet závitov vo vinutí; d) zvýšiť prúd.

A Experimenty A. Ampera B Experimenty V. Hilberta C Experimenty H. Oersteda D Experimenty C. Coulomba E Experimenty M. Faradaya

3. (2 body) Vytvorte súlad medzi vedeckým faktom a experimentmi, prostredníctvom ktorých bola táto skutočnosť odhalená.

1 V blízkosti vodiča s prúdom sa nachádza magnetické pole

2 V blízkosti planéty Zem sa nachádza magnetické pole

3 Dva vodiče prenášajúce prúd interagujú

4 Striedavé magnetické pole vytvára elektrické pole

4. (2 body) Uveďte všetky správne tvrdenia.

a) Pól magnetu je oblasť povrchu magnetu, kde je magnetický efekt najsilnejší.

b) Indukčné čiary rovnomerného magnetického poľa môžu byť zakrivené.

c) Jednotkou SI magnetickej indukcie je tesla.

d) Rotor je stacionárna časť motora.

5. (2 body) V akom prípade (obr. 1) je správne vyznačený smer magnetických siločiar priameho vodiča s prúdom?

Správny?

7. (2 body) Priamy vodič s dĺžkou 0,6 m sa nachádza v rovnomernom magnetickom poli s indukciou 1,2 mT pod uhlom 30° k čiaram magnetickej indukcie poľa. Určte ampérovú silu pôsobiacu na vodič, ak je v ňom prúd 5 A.

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

8. (2 body) Predtým, ako sa zrno dostane k mlynským kameňom mlyna, prejde medzi pólmi silného elektromagnetu. Prečo to robia?

9. (3 body) Magnetická strelka sa usadí v magnetickom poli cievky s prúdom (obr. 3). Určte póly zdroja prúdu.

10. (3 body) Rám sa otáča v magnetickom poli permanentného magnetu (obr. 4). Určte póly zdroja prúdu, ku ktorému je rám pripojený.

11. (3 body) V magnetickom poli podkovovitého magnetu sa nachádza vodič, ktorým prechádza prúd (obr. 5). Identifikujte póly magnetu.

12. (3 body) Odchýli sa magnetická strelka zo severojužného smeru, ak sa k nej privedie železná tyč? medená tyč?

13. (4 body) Identifikujte póly elektromagnetu na obr. 6. Ako sa zmení zdvíhacia sila elektromagnetu, ak sa posúvač reostatu posunie doľava?

14. (4 body) Určte smer indukčného prúdu v uzavretom vodivom krúžku v momente zatvorenia kľúča (obr. 7).

15. (4 body) Oceľová tyč s dĺžkou 40 cm a hmotnosťou 50 g leží kolmo na vodorovné koľajnice (obr. 8). Po koľajniciach smeruje rovnomerné magnetické pole s indukciou 0,25 Tesla. Tyčom prechádza elektrický prúd 2 A. Akou silou tlačí tyč na koľajnice?

Skontrolujte svoje odpovede s tými, ktoré sú uvedené na konci učebnice. Označte úlohy, ktoré ste správne splnili, a vypočítajte celkový počet bodov. Potom túto sumu vydeľte tromi. Získaný výsledok bude zodpovedať úrovni vašich vzdelávacích úspechov.

Tréningové testové úlohy s počítačovým overením nájdete na elektronickom vzdelávacom zdroji „Interactive Learning“.

Od hviezd po „lietajúce“ žaby alebo Prečo sú potrebné supervýkonné magnety?

Väčšina ľudí spája magnety s kompasom. Inžinieri si spomenú na ich použitie v elektromotoroch a generátoroch elektrického prúdu. Ale všetky tieto návrhy sú známe už dlho. Znamená to, že ďalšie štúdium magnetických javov už nie je potrebné?

Neponáhľajte sa s odpoveďou, spomeňte si napríklad na vlaky „bez trenia“. Koľajnice pre takéto vlaky sú magnetické pole. Dva magnety, z ktorých jeden je umiestnený v podperách a druhý v samotnom vlaku, sú oproti sebe otočené podobnými pólmi, čo znamená, že sa odpudzujú. V dôsledku toho sa zdá, že vlak „preletí“ cez cestu. Výhody takéhoto technického riešenia boli podrobne popísané na „Encyklopedickej stránke“ učebnice pre 7. ročník. Na pohyb vlakov „bez trenia“ sa používajú vysokovýkonné magnety. Aké magnety sa nazývajú supervýkonné a kde sa ešte používajú?

Najprv porovnajme indukciu magnetických polí vytvorených rôznymi objektmi. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje, koľkokrát sa indukcia B magnetického poľa daného objektu líši od indukcie B 3 magnetického poľa Zeme. Magnetické pole Zeme je pomerne slabé, napriek tomu môže ovplyvniť presnosť množstva experimentov a vedci sa ho naučili tieniť (zmenšovať) v špeciálne vybavených miestnostiach – magneticky tienených miestnostiach. Indukcia magnetického poľa v takejto miestnosti je 10 miliónov krát menšia ako na povrchu Zeme.

Ako vidíme z tabuľky, bol vytvorený magnet, ktorého indukcia magnetického poľa je 200 000-krát väčšia ako magnetické pole Zeme. Prečo sú potrebné také silné magnety?

Relatívne veľkosti magnetických polí

V prvom rade sú potrebné supervýkonné magnety, ktoré udržia lúče nabitých častíc v urýchľovačoch. Na obr. Obrázok 1 ukazuje jeden z najväčších svetových urýchľovačov. Nabité častice sa pohybujú pozdĺž obrovského prstenca s priemerom niekoľkých kilometrov. Na zabránenie „vystreknutiu“ častíc na steny sú potrebné supervýkonné magnety (obr. 2).

Použitie supervýkonných magnetov v medicíne je všeobecne známe: s ich pomocou sa získavajú obrazy vnútorných orgánov človeka (obr. 3, 4). Na rozdiel od diagnostiky pomocou röntgenového žiarenia je metóda magnetickej rezonancie oveľa bezpečnejšia.

A na záver uveďme ešte jeden príklad využitia supervýkonných magnetov. Inžinieri už prinútili ťažké vlaky „lietať“, ale je možné naučiť človeka alebo zviera lietať?

Ukazuje sa, že je to všetko o materiáloch. Pri konštrukcii vlaku je možné použiť feromagnety na zosilnenie magnetického poľa, ale látky, ktoré tvoria telo, takéto vlastnosti nemajú. Neimplantujte „žľazy“ do tela!

Na ceste k zvládnutiu levitácie pomohli supervýkonné magnety. Ukázalo sa, že v prítomnosti veľmi silných magnetických polí stačí aj slabý magnetizmus telesa na poskytnutie potrebnej odpudivej sily. Vedcom sa podarilo prinútiť žabu „uletieť“ umiestnením nad supersilný magnet počas experimentu (obr. 5). Podľa výskumníkov sa tester po lete cítil dobre. Ide o „malé veci“: musíte zvýšiť magnetické pole 10-100-krát – a človek zažije opojný pocit letu.

Indikatívne témy projektu

1. Magnetické materiály a ich použitie.

2. Magnetický záznam informácií.

3. Prejav a aplikácia magnetických interakcií v prírode a technike.

4. Geomagnetické pole Zeme.

5. Magnetické búrky a ich vplyv na zdravie človeka.

6. Rôzne elektromagnetické zariadenia.

7. Generátory elektrického prúdu.

Témy abstraktov a správ

1. Vplyv magnetického poľa na kvalitu a rýchlosť klíčenia semien.

2. Vplyv magnetického poľa na život a zdravie človeka.

3. Lorentzova sila. Prejavy Lorentzovej sily v prírode, uplatnenie v technike.

4. História štúdia magnetizmu.

5. Magnetické momenty atómu a jeho zložiek.

6. Antimagnetické látky a ich použitie.

7. Príspevok ukrajinských vedcov k štúdiu magnetizmu.

8. M. Faraday a J. Maxwell - zakladatelia teórie elektromagnetického poľa.

9. Magnetické búrky v atmosfére obrích planét Saturn a Urán.

10. Nikola Tesla je muž, ktorý predbehol dobu.

11. Ako fungujú urýchľovače nabitých častíc.

12. Čo je magnetický separátor a na čo je určený.

13. Generátor MHD: čo generuje a ako funguje.

14. Čo je hysterézna slučka a ako súvisí s magnetizáciou a reverzáciou magnetizácie.

15. Magnetická kvapalina: jedinečné vlastnosti, príklady použitia.

experimentálne výskumné témy

1. Štúdium vlastností permanentných magnetov.

2. Štúdium magnetického poľa Zeme.

3. Meranie magnetickej indukcie magnetického poľa cievky s prúdom; magnetické pole podkovového magnetu.

4. Výroba generátora elektrického prúdu.

5. Štúdium fenoménu elektromagnetickej indukcie.

6. Výroba magnetickej tekutiny, štúdium jej vlastností.

7. Výroba elektromotora.

Toto je učebnicový materiál

Pripomeňme si niekoľko jednoduchých experimentov, pri ktorých sa pozoruje vznik elektrického prúdu v dôsledku elektromagnetickej indukcie.

Jeden z týchto experimentov je znázornený na obr. 253. Ak sa cievka pozostávajúca z veľkého počtu závitov drôtu rýchlo nasadí na magnet alebo ho stiahne (obr. 253, a), potom v ňom vznikne krátkodobý indukčný prúd, ktorý sa dá zistiť prehodením. ihly galvanometra pripojenej ku koncom cievky. To isté sa stane, ak sa magnet rýchlo zatlačí do cievky alebo z nej vytiahne (obr. 253, b). Je zrejmé, že záleží len na relatívnom pohybe cievky a magnetického poľa. Prúd sa zastaví, keď sa tento pohyb zastaví.

Ryža. 253. Relatívnym pohybom cievky a magnetu vzniká v cievke indukovaný prúd: a) cievka sa nasunie na magnet; b) magnet sa presunie do cievky

Uvažujme teraz o niekoľkých dodatočných experimentoch, ktoré nám umožnia formulovať vo všeobecnejšej forme podmienky pre výskyt indukčného prúdu.

Prvá séria experimentov: zmena magnetickej indukcie poľa, v ktorom sa nachádza indukčná slučka (cievka alebo rám).

Cievka je umiestnená v magnetickom poli, napríklad vo vnútri solenoidu (obr. 254, a) alebo medzi pólmi elektromagnetu (obr. 254, b). Nainštalujte cievku tak, aby rovina jej závitov bola kolmá na siločiary magnetického poľa solenoidu alebo elektromagnetu. Magnetickú indukciu poľa zmeníme rýchlou zmenou sily prúdu vo vinutí (pomocou reostatu) alebo jednoduchým vypnutím a zapnutím prúdu (kľúčom). Pri každej zmene magnetického poľa dáva ihla galvanometra ostrý odraz; to indikuje výskyt indukčného elektrického prúdu v obvode cievky. Keď magnetické pole zosilnie (alebo sa objaví), objaví sa prúd v jednom smere a keď zoslabne (alebo zmizne), objaví sa prúd v opačnom smere. Urobme teraz rovnaký experiment, nainštalujeme cievku tak, aby rovina jej závitov bola rovnobežná so smerom magnetických siločiar (obr. 255). Experiment poskytne negatívny výsledok: bez ohľadu na to, ako zmeníme magnetickú indukciu poľa, nezistíme indukčný prúd v obvode cievky.

Ryža. 254. Indukovaný prúd vzniká v cievke pri zmene magnetickej indukcie, ak rovina jej závitov je kolmá na siločiary magnetického poľa: a) cievka v poli elektromagnetu; b) cievka v poli elektromagnetu. Magnetická indukcia sa mení, keď je spínač zatvorený a otvorený alebo keď sa zmení prúd v obvode

Ryža. 255. Indukčný prúd nevzniká, ak je rovina závitov cievky rovnobežná s magnetickými siločiarami

Druhá séria experimentov: zmena polohy cievky umiestnenej v konštantnom magnetickom poli.

Umiestnime cievku dovnútra solenoidu, kde je magnetické pole rovnomerné a rýchlo ju otočíme o určitý uhol okolo osi kolmej na smer poľa (obr. 256). Pri každej takejto rotácii detekuje galvanometer pripojený k cievke indukovaný prúd, ktorého smer závisí od počiatočnej polohy cievky a od smeru otáčania. Keď sa cievka úplne otočí o 360°, smer indukčného prúdu sa zmení dvakrát: zakaždým, keď cievka prejde polohou, v ktorej je jej rovina kolmá na smer magnetického poľa. Samozrejme, ak budete otáčať cievkou veľmi rýchlo, indukovaný prúd bude meniť svoj smer tak často, že ihla bežného galvanometra nestihne tieto zmeny sledovať a bude potrebné iné, „poslušnejšie“ zariadenie.

Ryža. 256. Keď sa cievka otáča v magnetickom poli, vzniká v nej indukovaný prúd

Ak sa však cievka posunie tak, že sa neotáča vzhľadom na smer poľa, ale pohybuje sa len rovnobežne so sebou v ľubovoľnom smere pozdĺž poľa, naprieč ním alebo v akomkoľvek uhle k smeru poľa, potom nevznikne žiadny indukovaný prúd. Ešte raz zdôraznime: experiment pohybu cievky sa vykonáva v rovnomernom poli (napríklad vo vnútri dlhého solenoidu alebo v magnetickom poli Zeme). Ak je pole nerovnomerné (napríklad v blízkosti pólu magnetu alebo elektromagnetu), potom môže byť akýkoľvek pohyb cievky sprevádzaný objavením sa indukčného prúdu, s výnimkou jedného prípadu: indukčný prúd nie je vznikajú, ak sa cievka pohybuje tak, že jej rovina zostáva po celý čas rovnobežná so smerom poľa (t.j. cievkou neprechádzajú žiadne magnetické siločiary).

Tretia séria experimentov: zmena oblasti obvodu umiestneného v konštantnom magnetickom poli.

Podobný experiment možno uskutočniť podľa nasledujúcej schémy (obr. 257). V magnetickom poli, napríklad medzi póly veľkého elektromagnetu, umiestnime obvod z ohybného drôtu. Obrys nech má spočiatku tvar kruhu (obr. 257a). Rýchlym pohybom ruky môžete obrys utiahnuť do úzkej slučky, čím výrazne znížite plochu, ktorú pokrýva (obr. 257, b). Galvanometer ukáže výskyt indukčného prúdu.

Ryža. 257. Indukovaný prúd sa objaví v cievke, ak sa zmení oblasť jej obvodu, ktorá sa nachádza v konštantnom magnetickom poli a je umiestnená kolmo na siločiary magnetického poľa (magnetické pole smeruje preč od pozorovateľa)

Je ešte pohodlnejšie vykonať experiment so zmenou oblasti obrysu podľa schémy znázornenej na obr. 258. V magnetickom poli je obvod, ktorého jedna strana (na obr. 258) je pohyblivá. Pri každom pohybe galvanometer detekuje výskyt indukčného prúdu v obvode. Navyše, pri pohybe doľava (zväčšujúca sa oblasť) má indukčný prúd jeden smer a pri pohybe doprava (zmenšujúca sa oblasť) - v opačnom smere. Avšak ani v tomto prípade zmena plochy obvodu nevytvára žiadny indukovaný prúd, ak je rovina obvodu rovnobežná so smerom magnetického poľa.

Ryža. 258. Keď sa tyč pohybuje a v dôsledku toho sa mení oblasť obvodu umiestnená v magnetickom poli, vzniká v obvode prúd.

Porovnaním všetkých opísaných experimentov môžeme formulovať podmienky pre výskyt indukovaného prúdu vo všeobecnej forme. Vo všetkých uvažovaných prípadoch sme mali obvod umiestnený v magnetickom poli a rovina obvodu mohla zvierať ten či onen uhol so smerom magnetickej indukcie. Označme oblasť ohraničenú obrysom , magnetickú indukciu poľa , a uhol medzi smerom magnetickej indukcie a rovinou obrysu . V tomto prípade zložka magnetickej indukcie kolmá na rovinu obvodu bude mať rovnakú veľkosť (obr. 259)

Ryža. 259. Rozklad magnetickej indukcie na zložku kolmú na rovinu indukčnej slučky a zložku rovnobežnú s touto rovinou

Súčin budeme nazývať tok magnetickej indukcie, alebo v skratke magnetický tok obvodom; Toto množstvo budeme označovať písmenom . teda

. (138.1) cez tento obrys zostáva nezmenený. Takže:

Kedykoľvek dôjde k zmene magnetického toku vodivým obvodom, vzniká v tomto obvode elektrický prúd.

Toto je jeden z najdôležitejších prírodných zákonov - zákon elektromagnetickej indukcie, ktorý objavil Faraday v roku 1831.

138.1. Cievky I a II sú umiestnené jedna vo vnútri druhej (obr. 260). Prvý okruh obsahuje batériu, druhý okruh obsahuje galvanometer. Ak je železná tyč zatlačená do alebo z prvej cievky, galvanometer zistí výskyt indukčného prúdu v druhej cievke. Vysvetlite túto skúsenosť.

Ryža. 260. Na cvičenie 138,1

138.2. Drôtený rám sa otáča v rovnomernom magnetickom poli okolo osi rovnobežnej s magnetickou indukciou. Objaví sa v ňom indukovaný prúd?

138.3. Má e. d.s. indukcia na koncoch oceľovej nápravy auta pri jeho pohybe? Akým smerom sa auto pohybuje? d.s. najväčší a v ktorom bode je najmenší? Záleží na tom? d.s. indukcia z rýchlosti auta?

138.4. Podvozok auta spolu s jeho dvoma nápravami tvorí uzavretý vodivý okruh. Indukuje sa v ňom prúd, keď sa auto pohybuje? Ako možno zosúladiť odpoveď na tento problém s výsledkami úlohy 138.3?

138.5. Prečo niekedy úder blesku poškodil citlivé elektrické meracie prístroje niekoľko metrov od miesta zásahu a roztavil poistky v osvetľovacej sieti?

INDUKČNÝ PRÚD je elektrický prúd, ktorý vzniká pri zmene toku magnetickej indukcie v uzavretom vodivom obvode. Tento jav sa nazýva elektromagnetická indukcia. Chcete vedieť, ktorým smerom je indukčný prúd? Rosinductor je obchodný informačný portál, kde nájdete informácie o aktuálnom.

Pravidlo určujúce smer indukčného prúdu je nasledovné: "Indukčný prúd je nasmerovaný tak, aby svojim magnetickým poľom pôsobil proti zmene magnetického toku, ktorá ho spôsobuje." Pravá ruka je otočená dlaňou k magnetickým siločiaram, palec smeruje k pohybu vodiča a štyri prsty naznačujú, ktorým smerom bude tiecť indukovaný prúd. Pohybom vodiča posúvame spolu s vodičom všetky elektróny v ňom obsiahnuté a pri pohybe elektrických nábojov v magnetickom poli na ne bude pôsobiť sila podľa pravidla ľavej ruky.

Smer indukčného prúdu, ako aj jeho veľkosť je určená Lenzovým pravidlom, ktoré hovorí, že smer indukčného prúdu vždy oslabuje účinok činiteľa, ktorý prúd vybudil. Keď sa tok magnetického poľa obvodom zmení, smer indukovaného prúdu bude taký, aby kompenzoval tieto zmeny. Keď sa magnetické pole budiace prúd v obvode vytvorí v inom obvode, smer indukčného prúdu závisí od povahy zmien: keď sa vonkajší prúd zvýši, indukčný prúd má opačný smer; keď sa zníži, smeruje rovnakým smerom a má tendenciu zvyšovať prietok.

Cievka indukčného prúdu má dva póly (severný a južný), ktoré sú určené v závislosti od smeru prúdu: indukčné vedenia vychádzajú zo severného pólu. Priblíženie magnetu k cievke spôsobí, že sa objaví prúd v smere, ktorý magnet odpudzuje. Keď je magnet odstránený, prúd v cievke má smer, ktorý podporuje príťažlivosť magnetu.

Indukčný prúd sa vyskytuje v uzavretom obvode umiestnenom v striedavom magnetickom poli. Obvod môže byť buď stacionárny (umiestnený v meniacom sa toku magnetickej indukcie) alebo pohyblivý (pohyb obvodu spôsobuje zmenu magnetického toku). Výskyt indukčného prúdu spôsobuje vírivé elektrické pole, ktoré je excitované vplyvom magnetického poľa.

Ako vytvoriť krátkodobý indukovaný prúd sa môžete naučiť zo školského kurzu fyziky.

Existuje niekoľko spôsobov, ako to urobiť:

• - pohyb permanentného magnetu alebo elektromagnetu vzhľadom na cievku,
• - pohyb jadra vzhľadom na elektromagnet vložený do cievky,
• - zatváranie a otváranie okruhu,
• - regulácia prúdu v obvode.

Základný zákon elektrodynamiky (Faradayov zákon) hovorí, že sila indukovaného prúdu pre ľubovoľný obvod sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku prechádzajúceho obvodom, branej so znamienkom mínus. Sila indukčného prúdu sa nazýva elektromotorická sila.