Konu 11. ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON OLAYI.

11.1. Faraday'ın deneyleri. İndüksiyon akımı. Lenz'in kuralı. 11.2. Büyüklük indüklenen emk.

11.3. İndüklenen emk'nin doğası.

11.4. Girdap yoğunluk vektörünün dolaşımı Elektrik alanı.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Cilt etkisi.

11.1. Faraday'ın deneyleri. İndüksiyon akımı. Lenz'in kuralı.

İLE Manyetik alan ile akım arasındaki bağlantının (doğa yasalarının simetrisini doğrulayan) keşfedilmesinden bu yana, manyetik alanı elde etmek için çok sayıda girişimde bulunulmuştur. manyetik alan kullanarak akım. Sorun 1831'de Michael Faraday tarafından çözüldü. (Amerikalı Joseph Henry de keşfetti ancak sonuçlarını yayınlamaya zamanı olmadı. Ampere de keşfi üstlendi ancak sonuçlarını sunamadı).

Michael Faraday (1791 - 1867) - ünlü İngiliz fizikçi. Elektrik, manyetizma, manyetooptik, elektrokimya alanında araştırma. Bir elektrik motorunun laboratuvar modelini oluşturduk. Devreyi kapatıp açarken oluşan ekstra akımları keşfettim ve yönlerini belirledim. Elektroliz yasalarını keşfetti, alan kavramlarını tanıtan ilk kişi oldu ve dielektrik sabiti 1845 yılında “manyetik alan” terimini kullandı.

M. Faraday, diğer şeylerin yanı sıra dia ve paramanyetizma olaylarını keşfetti. Manyetik alandaki tüm malzemelerin farklı davrandığını buldu: alan boyunca (buhar ve ferromıknatıslar) veya manyetik alan boyunca yönlendirilmişlerdir.

alanlar diyamanyetiktir.

İtibaren okul kursu fizikçiler Faraday'ın deneyleri iyi biliniyor: bir bobin ve kalıcı bir mıknatıs (Şekil 11.1)

Pirinç. 11.1 Şek. 11.2

Bir mıknatısı bobine yaklaştırdığınızda veya tam tersi durumda bobinde bir elektrik akımı oluşacaktır. Yakın aralıklı iki bobin için de aynı şey geçerlidir: Bobinlerden birine bir kaynak bağlarsanız alternatif akım, diğerinde de alternatif akım görünecektir

(Şekil 11.2), ancak bu etki en iyi şekilde iki bobin bir çekirdeğe bağlandığında ortaya çıkar (Şekil 11.3).

Faraday'ın tanımına göre bu deneylerin ortak noktası şudur: Eğer akış

Kapalı iletken devreye giren indüksiyon vektörü değiştikçe devrede bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Bu fenomene denir elektromanyetik indüksiyon olgusu ve akım indüksiyondur . Üstelik olay, manyetik indüksiyon vektörünün akısını değiştirme yönteminden tamamen bağımsızdır.

Böylece, hareketli yüklerin (akım) bir manyetik alan oluşturduğu ve hareketli bir manyetik alanın da bir (girdap) elektrik alanı oluşturduğu ve aslında, indüklenen akım.

Faraday, her özel durum için indüksiyon akımının yönünü belirtti. 1833'te Lenz bir general kurdu. Akımın yönünü bulma kuralı:

indüklenen akım her zaman bu akımın manyetik alanının değişimi önleyeceği şekilde yönlendirilir. manyetik akı, indüklenen bir akıma neden olur. Bu ifadeye Lenz kuralı denir.

Diğer koşullar altında tüm alanın homojen mıknatıs uçları ile doldurulması, eşit koşullar indüksiyonda µ kat artışa neden olur. Bu gerçek şunu doğruluyor

indüklenen akım, yoğunluk vektörü H'nin akışından değil, manyetik indüksiyon vektörü B'nin akışındaki bir değişiklikten kaynaklanır.

11.2. İndüklenen emk'nin büyüklüğü.

Bir devrede akım oluşturmak için bir elektromotor kuvvetin mevcut olması gerekir. Bu nedenle, elektromanyetik indüksiyon olgusu, devredeki manyetik akı değiştiğinde, E i'nin elektromotor indüksiyon kuvvetinin ortaya çıktığını gösterir. Bizim

görev, enerjinin korunumu yasalarını kullanarak E i değerini bulun ve bulun

Devrenin 1 - 2 numaralı hareketli bölümünün manyetik alanda akımla hareketini düşünelim

B (Şekil 11.4).

Öncelikle manyetik alan olmamasına izin verin B. EMF'ye eşit bir pil 0 oluşturur

mevcut ben 0 . Dt süresi boyunca pil çalışır

dA = E I0 dt(11.2.1)

– bu iş, Joule-Lenz yasasına göre bulunabilen ısıya dönüşecektir:

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

burada I 0 = E R 0, R tüm devrenin toplam direncidir.

Devreyi B indüksiyonlu düzgün bir manyetik alana yerleştirelim. ÇizgilerB ||n ve gimlet kuralına göre akımın yönü ile ilişkilidir. Devreyle ilişkili FluxF pozitiftir.r

Her devre elemanının deneyimleri mekanik kuvvet d F. Çerçevenin hareketli tarafı F 0 kuvvetine maruz kalacaktır. Bu kuvvetin etkisi altında bölüm 1 – 2

υ = dx dt hızıyla hareket edecektir. Bu durumda manyetik akı da değişecektir.

indüksiyon.

Daha sonra elektromanyetik indüksiyonun bir sonucu olarak devredeki akım değişecek ve

sonuçlanan). Bu kuvvet dt zamanında dA işini üretecektir: dA = Fdx = IdФ.

Çerçevenin tüm elemanlarının sabit olması durumunda işin kaynağı E 0'dır.

Sabit bir devre ile bu çalışma yalnızca ısının salınmasına indirgendi. Bizim durumumuzda ısı da açığa çıkacak, ancak akım değiştiği için farklı bir miktarda. Ayrıca yapılır mekanik iş. Genel çalışma dt zamanı için şuna eşittir:

Ortaya çıkan ifadeyi, E 0 kaynağına ek olarak, E i'nin aşağıdakilere eşit olduğu bir devre için Ohm yasası olarak değerlendirme hakkına sahibiz:

Bu devreden geçen indüksiyon.

Bir devrenin indüklenen emk'si için bu ifade, manyetik indüksiyon akısını değiştirme yönteminden bağımsız olarak tamamen evrenseldir ve denir.

Faraday yasası.

İmza (-) – matematiksel ifade Lenz'in indüksiyon akımının yönüne ilişkin kuralları: indüklenen akım her zaman alanı öyle yönlendirilir ki

Başlangıçtaki manyetik alandaki değişime karşı koyun.

İndüksiyon akımının yönü ve d dt Ф yönü ilişkilidir burgu kuralı(Şekil 11.5).

İndüklenen emk'nin boyutu: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Devre birkaç dönüşten oluşuyorsa, o zaman konsepti kullanmalıyız

akı bağlantısı (toplam manyetik akı):

Ψ = Ф·N,

burada N, dönüş sayısıdır. Yani eğer

11.3. İndüklenen emk'nin doğası.

Şu soruyu cevaplayalım: Yüklerin hareketinin nedeni nedir, indüksiyon akımının ortaya çıkmasının nedeni nedir? Şekil 11.6'yı düşünün.

1) Bir iletkeni düzgün bir B manyetik alanında hareket ettirirseniz, Lorentz kuvvetinin etkisi altında elektronlar aşağı doğru sapacaktır ve pozitif yükler yukarı - potansiyel bir fark ortaya çıkar. Bu etki altındaki E i taraflı kuvvet olacaktır.

hangi akımın aktığı. Bildiğimiz gibi pozitif yükler için

F, = q +; elektronlar için F l = –e - .

2) İletken sabitse ve manyetik alan değişiyorsa, bu durumda indüklenen akımı hangi kuvvet harekete geçirir? Sıradan bir transformatör alalım (Şekil 11.7).

Birincil sargının devresini kapattığımız anda ikincil sargıda hemen bir akım ortaya çıkar. Ancak Lorentz kuvvetinin bununla hiçbir ilgisi yok, çünkü hareketli yüklere etki ediyor ve başlangıçta hareketsizdiler (termal hareket halindeydiler - kaotik, ama burada yönlendirilmiş harekete ihtiyacımız var).

Cevap 1860 yılında J. Maxwell tarafından verildi: Herhangi bir alternatif manyetik alan, çevredeki alanda bir elektrik alanını (E") harekete geçirir.İletkende endüksiyon akımının oluşmasının nedeni budur. Yani, E" yalnızca alternatif bir manyetik alanın varlığında meydana gelir ( DC transformatör çalışmıyor).

Elektromanyetik indüksiyon olgusunun özü hiç indüksiyon akımı görünümünde değil (akım, yükler olduğunda ve devre kapalıyken ortaya çıkar), ve bir girdap elektrik alanının ortaya çıkmasında (yalnızca iletkende değil, aynı zamanda çevredeki boşlukta da).

Bu alan, alandan tamamen farklı bir yapıya sahiptir. masraflar tarafından oluşturulan. Yükler tarafından oluşturulmadığından kuvvet çizgileri elektrostatikte yaptığımız gibi yüklerle başlayıp bitemez. Bu alan bir girdaptır, kuvvet çizgileri kapalıdır.

Bu alan yükleri hareket ettirdiğinden dolayı kuvveti vardır. Hadi tanıştıralım

girdap elektrik alanı kuvvetinin vektörü E ". Bu alanın yüke etki ettiği kuvvet

F "= q E ".

Ancak bir yük manyetik alanda hareket ettiğinde Lorentz kuvveti ona etki eder.

MANYETİK ALAN

Alan teorisi kavramlarına göre hareketli elektrik yüklerinin manyetik etkileşimi şu şekilde açıklanmaktadır: elektrik şarjıçevredeki alanda diğer hareketli elektrik yüklerine etki edebilecek bir manyetik alan yaratır.

İÇİNDE - fiziksel miktar, hangisi güç karakteristiği manyetik alan. Buna manyetik indüksiyon (veya manyetik alan indüksiyonu) denir.

Manyetik indüksiyon - vektör miktarı. Manyetik indüksiyon vektör modülü orana eşit maksimum değer Akımlı düz bir iletkene etki eden amper kuvvetinin, iletkendeki akım gücüne ve uzunluğuna oranı:

Manyetik indüksiyon birimi. İÇİNDE Uluslararası sistem manyetik indüksiyon birimi başına birim, iletkenin her metre uzunluğu için 1 A akım gücünde hareket eden böyle bir manyetik alanın indüksiyonudur. maksimum güç Amper 1 N. Bu birime, seçkin Yugoslav fizikçi N. Tesla'nın onuruna Tesla (kısaltılmış: T) adı verilir:

LORENTZ KUVVETİ

Akım taşıyan bir iletkenin manyetik alan içindeki hareketi, manyetik alanın hareketli elektrik yüklerine etki ettiğini gösterir. Amper kuvveti iletkene etki eder FA = ​​IBlsin a ve Lorentz kuvveti hareketli bir yüke etki eder:

Nerede A- B ve vektörleri arasındaki açı v.

Yüklü parçacıkların manyetik alanda hareketi. Düzgün bir manyetik alanda, manyetik alan indüksiyon çizgilerine dik bir hızda hareket eden yüklü bir parçacığa, büyüklüğü sabit ve hız vektörüne dik olarak yönlendirilen bir m kuvveti uygulanır. Manyetik kuvvetin etkisi altında, parçacık kazanır. modülü şuna eşit olan ivme:

Düzgün bir manyetik alanda bu parçacık bir daire içinde hareket eder. Parçacığın hareket ettiği yörüngenin eğrilik yarıçapı, takip ettiği durumdan belirlenir,

Yörüngenin eğrilik yarıçapı sabit bir değerdir, çünkü kuvvet vektöre dik Hızın yalnızca yönü değişir, büyüklüğü değişmez. Bu da bu yörüngenin bir daire olduğu anlamına geliyor.

Düzgün bir manyetik alanda bir parçacığın dönme periyodu şuna eşittir:

Son ifade, bir parçacığın düzgün bir manyetik alan içindeki dönüş periyodunun, yörüngesinin hızına ve yarıçapına bağlı olmadığını göstermektedir.

Elektrik alan kuvveti sıfırsa Lorentz kuvveti l, manyetik kuvvet m'ye eşittir:

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON

Elektromanyetik indüksiyon olgusu, kapalı bir iletken devrede devreye giren manyetik alandaki herhangi bir değişiklikle bir elektrik akımının ortaya çıktığını tespit eden Faraday tarafından keşfedildi.

MANYETİK AKı

Manyetik akı F(manyetik indüksiyon akışı) bir alan yüzeyi boyunca S- boyut, ürüne eşit alan başına manyetik indüksiyon vektörünün modülü S ve açının kosinüsü A vektör ile yüzeye normal arasında:

Ф=BScos

SI'da, manyetik akı birimi 1 Weber'dir (Wb) - indüksiyonu 1 T olan düzgün bir manyetik alanın yönüne dik olarak yerleştirilmiş 1 m2'lik bir yüzey boyunca manyetik akı:

Elektromanyetik indüksiyon -oluş fenomeni elektrik akımı kapalı bir iletken devrede, devreden geçen manyetik akıdaki herhangi bir değişiklik.

Kapalı bir döngüde ortaya çıkan indüklenen akım öyle bir yöne sahiptir ki, manyetik alanı kendisine neden olan manyetik akıdaki değişime karşı koyar (Lenz kuralı).

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON YASASI

Faraday'ın deneyleri, bir iletken devrede indüklenen akımın I i gücünün, bu devrenin sınırladığı yüzeye giren manyetik indüksiyon hatlarının sayısındaki değişim oranıyla doğru orantılı olduğunu gösterdi.

Bu nedenle, endüksiyon akımının gücü, konturla sınırlanan yüzey boyunca manyetik akının değişim hızıyla orantılıdır:

Devrede bir akım belirirse bunun şu anlama geldiği bilinmektedir: ücretsiz masraflar Dış kuvvetler iletkene etki eder. Bu kuvvetlerin bir birim yükü kapalı bir döngü boyunca hareket ettirmek için yaptığı işe elektromotor kuvveti (EMF) adı verilir. İndüklenen emk ε i'yi bulalım.

Ohm'un kapalı devre yasasına göre

R bağımlı olmadığından, o zaman

İndüklenen emk, indüklenen akımla aynı doğrultudadır ve bu akım, Lenz kuralına uygun olarak, yarattığı manyetik akı, dış manyetik akıdaki değişime karşı koyacak şekilde yönlendirilir.

Elektromanyetik İndüksiyon Yasası

Kapalı bir döngüde indüklenen emk, buradan alınan emk'ye eşittir. zıt işaret Devreye giren manyetik akının değişim hızı:

KENDİ İNDÜKSİYON. İNDÜKTANS

Deneyimler gösteriyor ki manyetik akı F Bir devreyle ilişkili olan devredeki akımla doğru orantılıdır:

Ф = L*I .

Döngü endüktansı L- devreden geçen akım ile onun yarattığı manyetik akı arasındaki orantı katsayısı.

Bir iletkenin endüktansı, şekline, boyutuna ve ortamın özelliklerine bağlıdır.

Kendi kendine indüksiyon- devrenin kendisinden geçen akımdaki bir değişikliğin neden olduğu manyetik akı değiştiğinde, bir devrede indüklenen emf'nin ortaya çıkması olgusu.

Kendi kendine indüksiyon - özel durum elektromanyetik indüksiyon.

Endüktans - değer, sayısal olarak emf'ye eşit Bir devredeki akım birim zamanda bir değiştiğinde meydana gelen kendi kendine indüksiyon. SI'da endüktans birimi, akım gücü 1 saniyede 1 A değiştiğinde 1 V'luk bir kendi kendine endüktif emk'nin meydana geldiği bir iletkenin endüktansı olarak alınır. Bu birime Henry (H) adı verilir:

MANYETİK ALAN ENERJİSİ

Kendi kendine indüksiyon olgusu eylemsizlik olgusuna benzer. Endüktans, akımı değiştirirken, bir cismin hızını değiştirirken kütlenin oynadığı rolün aynısını oynar. Hızın analogu akımdır.

Bu, akımın manyetik alanının enerjisinin aşağıdakine benzer bir değer olarak kabul edilebileceği anlamına gelir: kinetik enerji vücut:

Bobini kaynaktan ayırdıktan sonra devredeki akımın doğrusal bir yasaya göre zamanla azaldığını varsayalım.

Bu durumda kendi kendine indüksiyon emf'sinin sabit bir değeri vardır:

Neredeyim - başlangıç ​​değeri akım, t akımın I'den 0'a düştüğü süredir.

T süresi boyunca devreden bir elektrik yükü geçer. q = ben cp t. Çünkü ben cp = (ben + 0)/2 = ben/2, o zaman q=It/2. Bu nedenle elektrik akımının işi:

Bu iş bobinin manyetik alanının enerjisi nedeniyle yapılır. Böylece yine şunu elde ederiz:

Örnek. 7,5 A akımda manyetik akının 2,3 * 10 -3 Wb olduğu bobinin manyetik alanının enerjisini belirleyin. Akım gücü yarıya indirilirse alan enerjisi nasıl değişecek?

Bobinin manyetik alanının enerjisi W 1 = LI 1 2/2'dir. Tanım gereği bobinin endüktansı L = Ф/I 1'dir. Buradan,

Oluşum EMF iletkeni tümevarım

Eğer onu bir iletkenin içine yerleştirirseniz ve hareketi sırasında alan çizgileriyle kesişecek şekilde hareket ettirirseniz, iletkende indüklenmiş emk adı verilen bir şey ortaya çıkacaktır.

İletkenin kendisi sabit kalsa ve manyetik alan hareket ederek kuvvet çizgileriyle iletkeni kesse bile iletkende indüklenen bir emk meydana gelecektir.

İndüklenen emk'nin indüklendiği iletken herhangi bir harici devreye kapalıysa, bu emf'nin etkisi altında bir akım denir. indüksiyon akımı.

EMF indüksiyonu olgusu Bir iletkenin manyetik alan çizgilerinden geçmesine denir elektromanyetik indüksiyon.

Elektromanyetik indüksiyon ters bir işlemdir, yani. dönüşüm mekanik enerji elektriğe.

Elektromanyetik indüksiyon olgusu geniş bir uygulama alanı bulmuştur. Çeşitli elektrikli makinelerin tasarımı kullanımına dayanmaktadır.

İndüklenen emk'nin büyüklüğü ve yönü

Şimdi iletkende indüklenen EMF'nin büyüklüğünün ve yönünün ne olacağını düşünelim.

İndüklenen emk'nin büyüklüğü, birim zamanda iletkenden geçen alan çizgilerinin sayısına, yani iletkenin alandaki hareket hızına bağlıdır.

İndüklenen emk'nin büyüklüğü doğrudan iletkenin manyetik alandaki hareket hızına bağlıdır.

İndüklenen emk'nin büyüklüğü aynı zamanda iletkenin alan çizgileriyle kesişen kısmının uzunluğuna da bağlıdır. Nasıl çoğu iletken alan çizgileriyle kesiştiğinde iletkende emk ne kadar büyük indüklenir. Ve son olarak, manyetik alan ne kadar güçlüyse, yani indüksiyonu ne kadar büyük olursa, bu alanı geçen iletkende ortaya çıkan emf de o kadar büyük olur.

Bu yüzden, Bir iletken manyetik alanda hareket ettiğinde meydana gelen indüklenen emk'nin büyüklüğü, manyetik alanın indüksiyonu, iletkenin uzunluğu ve hareketinin hızı ile doğru orantılıdır.

Bu bağımlılık E = Blv formülüyle ifade edilir,

burada E indüklenen emk'dir; B - manyetik indüksiyon; I iletkenin uzunluğudur; v iletkenin hareket hızıdır.

Şunun kesinlikle hatırlanması gerekir ki Manyetik alanda hareket eden bir iletkende indüklenen emk, yalnızca bu iletkenin manyetik alan çizgileri ile kesişmesi durumunda meydana gelir.İletken alan çizgileri boyunca hareket ederse, yani kesişmezse, ancak bunlar boyunca kayıyor gibi görünüyorsa, içinde hiçbir EMF indüklenmez. Bu nedenle yukarıdaki formül yalnızca iletkenin manyetik alana dik olarak hareket etmesi durumunda geçerlidir. Güç hatları alanlar.

İndüklenen EMF'nin yönü (ve iletkendeki akım) iletkenin hangi yöne hareket ettiğine bağlıdır. İndüklenen EMF'nin yönünü belirlemek için bir kural vardır sağ el.

Sağ elinizin ayasını manyetik alan çizgileri girecek şekilde tutarsanız ve bükülmüş baş parmak iletkenin hareket yönünü gösterecektir, daha sonra uzatılmış dört parmak, indüklenen emk'nin hareket yönünü ve iletkendeki akımın yönünü gösterecektir.

Sağ el kuralı

Bir bobinde indüksiyon emk'si

Bir iletkende endüktif emk oluşturmak için ya iletkenin kendisini ya da manyetik alanı manyetik alan içerisinde hareket ettirmek gerektiğini daha önce söylemiştik. Her iki durumda da iletkenin manyetik alan çizgileriyle kesişmesi gerekir, aksi takdirde EMF indüklenmeyecektir. İndüklenen EMF ve dolayısıyla indüklenen akım, yalnızca düz bir iletkende değil, aynı zamanda bobin şeklinde bükülmüş bir iletkende de elde edilebilir.

İçeri doğru hareket ederken kalıcı mıknatıs Mıknatısın manyetik akısının bobinin dönüşlerinden geçmesi, yani hareket ederken olduğu gibi tamamen aynı olması nedeniyle içinde bir EMF indüklenir. düz iletken bir mıknatısın alanında.

Mıknatıs bobine yavaşça indirilirse, içinde ortaya çıkan EMF o kadar küçük olacaktır ki cihazın iğnesi bile sapmayabilir. Aksine, mıknatıs bobine hızlı bir şekilde yerleştirilirse, iğnenin sapması büyük olacaktır. Bu, indüklenen emk'nin büyüklüğünün ve dolayısıyla bobindeki akım gücünün, mıknatısın hareket hızına, yani alan çizgilerinin bobinin dönüşleriyle ne kadar hızlı kesiştiğine bağlı olduğu anlamına gelir. Şimdi dönüşümlü olarak bobine aynı hızda güçlü bir mıknatıs ve ardından zayıf bir mıknatıs sokarsanız, şunu fark edeceksiniz: güçlü mıknatıs alet iğnesi şu kadar sapacaktır: daha büyük açı. Araç, indüklenen emk'nin büyüklüğü ve dolayısıyla bobindeki akımın gücü, mıknatısın manyetik akısının büyüklüğüne bağlıdır.

Ve son olarak, aynı mıknatısı aynı hızda ilk önce bir bobine sokarsanız Büyük bir sayı dönüşler ve daha sonra önemli ölçüde daha azıyla, ilk durumda alet oku ikinciye göre daha büyük bir açıyla sapacaktır. Bu, indüklenen emk'nin büyüklüğünün ve dolayısıyla bobindeki akım gücünün, sarım sayısına bağlı olduğu anlamına gelir. Kalıcı mıknatıs yerine elektromıknatıs kullanılırsa aynı sonuçlar elde edilebilir.

Bobinde indüklenen emk'nin yönü mıknatısın hareket yönüne bağlıdır. E. H. Lenz tarafından oluşturulan yasa, indüklenen emk'nin yönünün nasıl belirleneceğini anlatıyor.

Lenz'in elektromanyetik indüksiyon yasası

Bobin içindeki manyetik akıdaki herhangi bir değişikliğe, içinde indüklenen bir emf'nin ortaya çıkması eşlik eder ve bobinden geçen manyetik akı ne kadar hızlı değişirse, içindeki emf de o kadar büyük olur.

İndüklenen emf'nin oluşturulduğu bobin harici bir devreye kapatılırsa, indüklenen akım dönüşlerinden akar ve iletkenin etrafında bobinin bir solenoide dönüşmesi nedeniyle manyetik bir alan oluşturur. Değişen bir dış manyetik alanın bobinde indüklenen bir akıma neden olduğu ve bunun da bobin etrafında kendi manyetik alanını - mevcut alanı - yarattığı ortaya çıktı.

Bu olguyu inceleyen E. H. Lenz, bobinde indüklenen akımın yönünü ve dolayısıyla indüklenen emk'nin yönünü belirleyen bir yasa oluşturdu. Bir bobindeki manyetik akı değiştiğinde meydana gelen indüklenen emk, bobinde öyle bir yönde bir akım oluşturur ki, bu akımın yarattığı bobinin manyetik akısı, dış manyetik akının değişmesini engeller.

Lenz yasası, iletkenlerin şekline ve dış manyetik alanda bir değişikliğin nasıl elde edildiğine bakılmaksızın, iletkenlerde akım indüksiyonunun tüm durumları için geçerlidir.

Kalıcı bir mıknatıs, bir galvanometrenin terminallerine bağlı bir tel bobine göre hareket ettiğinde veya bir bobin bir mıknatısa göre hareket ettiğinde, bir indüklenen akım meydana gelir.

Masif iletkenlerde endüksiyon akımları

Değişen bir manyetik akı, yalnızca bobinin dönüşlerinde değil aynı zamanda büyük metal iletkenlerde de bir emk indükleme yeteneğine sahiptir. Büyük bir iletkenin kalınlığına nüfuz eden manyetik akı, içinde bir emk'yi indükleyerek indüklenmiş akımlar yaratır. Bu sözde olanlar büyük bir iletken boyunca yayılır ve içinde kısa devre olur.

Transformatörlerin çekirdekleri, çeşitli elektrikli makinelerin ve cihazların manyetik devreleri, tam olarak içlerinde ortaya çıkan endüksiyon akımları tarafından ısıtılan büyük iletkenlerdir. Bu fenomen, bu nedenle, indüklenen akımların büyüklüğünü azaltmak için istenmeyen bir durumdur, elektrik makinelerinin ve transformatör çekirdeklerinin parçaları masif yapılmaz, ancak birbirlerinden kağıtla veya bir yalıtım verniği tabakasıyla izole edilmiş ince tabakalardan oluşur. Bu yayılmasını önler girdap akımları iletkenin kütlesine göre.

Ama bazen pratikte girdap akımları Ayrıca faydalı akımlar olarak da kullanılırlar. Örneğin, elektrikli ölçüm cihazlarının hareketli parçalarının manyetik sönümleyicileri olarak adlandırılan sistemin çalışması, bu akımların kullanımına dayanmaktadır.

Dünyamızda her türlü mevcut kuvvetler yerçekimi kuvvetleri hariç, temsil edilir elektromanyetik etkileşimler. Evrende, bedenlerin birbirleri üzerindeki şaşırtıcı etkilerine rağmen, herhangi bir maddede veya canlı organizmada her zaman bir tezahür vardır. elektromanyetik kuvvetler. Aşağıda elektromanyetik indüksiyonun (EI) keşfinin nasıl gerçekleştiğini anlatacağız.

Temas halinde

EI'yi açma

Oersted'in deneylerinde manyetik bir iğnenin akım taşıyan bir iletkenin yakınında dönmesi, ilk olarak elektrik ve elektrik arasındaki bağlantıyı gösterdi. manyetik olaylar. Açıkça: Elektrik akımı kendisini manyetik bir alanla “çevreler”.

Peki bunun oluşumunu manyetik alan aracılığıyla sağlamak mümkün müdür? benzer görev Michael Faraday'ın yönettiği. 1821'de günlüğünde bu özelliği manyetizmanın .

Başarı bilim adamına hemen gelmedi. Yalnızca birliğe derin güven doğal güçler ve sıkı çalışma onu on yıl sonra yeni ve büyük bir keşfe götürdü.

Faraday ve diğer meslektaşları uzun süre sorunun çözümünü bulamadılar çünkü sabit bir manyetik alanın hareketini kullanarak sabit bir bobinde elektrik üretmeye çalıştılar. Bu arada daha sonra netleşti: Telleri geçen elektrik hatlarının sayısı değişiyor ve elektrik ortaya çıkıyor.

EI fenomeni

Manyetik alandaki bir değişikliğin bir sonucu olarak bir bobinde elektriğin ortaya çıkma süreci, elektromanyetik indüksiyonun karakteristiğidir ve bu kavramı tanımlar. Bu dönemde ortaya çıkan çeşitliliğin olması oldukça doğaldır. bu süreç indüksiyon denir. Bobinin kendisi hareketsiz bırakılırsa ancak mıknatıs hareket ettirilirse etki devam edecektir. İkinci bir bobin kullanarak mıknatıssız da yapabilirsiniz.

Bobinlerden birinden elektrik geçirirseniz, karşılıklı olarak hareket ettiklerinde ikincisinde indüklenen bir akım olacak. Anahtarı kapatıp açarak bir bobini diğerinin üzerine koyabilir ve birinin voltajını değiştirebilirsiniz. Bu durumda anahtarın etki ettiği bobine giren manyetik alan değişir ve bu da ikincide bir endüksiyon akımının ortaya çıkmasına neden olur.

Kanun

Deneyler sırasında, bobini delen kuvvet çizgisi sayısının arttığını keşfetmek kolaydır - kullanılan cihazın iğnesi (galvanometre) bir yönde kayar ve diğer yönde azalır. Daha kapsamlı bir çalışma, endüksiyon akımının gücünün, elektrik hatlarının sayısındaki değişim oranıyla doğru orantılı olduğunu göstermektedir. Bu elektromanyetik indüksiyonun temel yasasıdır.

Bu yasa formülü ifade eder:

Manyetik akının değişim hızı Ф/t sabit olduğunda, belirli bir t süresi boyunca manyetik akı aynı miktarda değişirse uygulanır.

Önemli!İndüklenen akımlar için Ohm kanunu geçerlidir: I=/R, burada EI kanununa göre bulunan indüklenen emk bulunur.

Ünlü İngiliz fizikçinin bir zamanlar gerçekleştirdiği ve keşfettiği yasanın temeli haline gelen olağanüstü deneyleri bugün herhangi bir okul çocuğu fazla zorluk çekmeden yapabilir. Bu amaçlar için aşağıdakiler kullanılır:

• mıknatıs,
• iki tel makara,
• elektrik kaynağı,
• galvanometre.

Mıknatısı standın üzerine sabitleyelim ve uçları galvanometreye bağlı olan bobini ona getirelim.

Onu döndürerek, eğerek ve yukarı aşağı hareket ettirerek dönüşlerine giren manyetik alan çizgilerinin sayısını değiştiriyoruz.

Galvanometre kayıtları deney sırasında büyüklüğü ve yönü sürekli değişen elektriğin ortaya çıkışı.

Bobin ve mıknatısın birbirine göre hareketsiz olması elektrik üretimi için gerekli koşulları yaratmayacaktır.

Diğer Faraday yasaları

Yapılan araştırmalara dayanarak aynı isimde iki yasa daha oluşturuldu:

1. İlkinin özü aşağıdaki kalıptır: m maddesinin kütlesi, tahsis edilmiş elektrik voltajı elektrot üzerindeki elektrik miktarı, elektrolitten geçen Q elektriği miktarıyla orantılıdır.
2. Faraday'ın ikinci yasasının tanımı veya elektrokimyasal eşdeğerin bir elementin atom ağırlığına ve değerliliğine bağımlılığı şu şekilde formüle edilir: Bir maddenin elektrokimyasal eşdeğeri atom ağırlığıyla orantılıdır ve ayrıca değerlik ile ters orantılıdır.

Hepsinden mevcut türler tümevarım büyük bir değer Var yalıtılmış görünüm bu olgu– kendi kendine indüksiyon. Eğer bir bobin alırsak çok sayıda dönüyorsa devre kapatıldığında ampul hemen yanmaz.

Bu işlem birkaç saniye sürebilir. İlk bakışta çok şaşırtıcı bir gerçek. Burada neler olduğunu anlamak için içeride neler olduğunu anlamalısınız. devre kapanma anı. Kapalı devre, telin dönüşleri boyunca hareketini başlatan elektrik akımını "uyandırıyor" gibi görünüyor. Aynı zamanda etrafındaki boşlukta anında artan bir manyetik alan yaratılır.

Bobin dönüşleri, çekirdek tarafından yoğunlaştırılan değişen bir elektromanyetik alan tarafından delinir. Manyetik alan arttığında (devre kapatıldığı anda) bobinin dönüşlerinde uyarılan endüksiyon akımı ana akıma karşı koyar. Devrenin kapandığı anda maksimum değerine anında ulaşması imkansızdır; giderek “büyür”. İşte ampulün neden hemen yanmadığının açıklaması. Devre açıldığında, kendi kendine indüksiyon olgusunun bir sonucu olarak ana akım indüksiyonla güçlendirilir ve ampul parlak bir şekilde yanıp söner.

Önemli! Kendi kendine indüksiyon adı verilen olgunun özü, indüksiyon akımını heyecanlandıran değişimin bağımlılığı ile karakterize edilir. elektromanyetik alan devreden akan elektrik akımının gücündeki değişikliklerden.

Kendi kendine indüksiyon akımının yönü Lenz kuralına göre belirlenir. Kendi kendine indüksiyon, mekanik alanındaki ataletle kolayca karşılaştırılabilir, çünkü her iki olay da benzer özelliklere sahiptir. Ve gerçekten de eylemsizlik sonucu kuvvetin etkisi altında vücut, anında değil, yavaş yavaş belirli bir hız kazanır. Hemen değil - kendi kendine indüksiyonun etkisi altında - pil devreye bağlandığında elektrik ortaya çıkar. Hızla karşılaştırmaya devam edersek, onun da anında kaybolma yeteneğine sahip olmadığını not ediyoruz.

girdap akımları

Büyük iletkenlerde girdap akımlarının varlığı, elektromanyetik indüksiyonun başka bir örneği olabilir.

Uzmanlar, metal trafo çekirdeklerinin, jeneratör ve elektrik motoru armatürlerinin hiçbir zaman sağlam olmadığını biliyor. İmalatları sırasında, oluştukları tek tek ince tabakalara, bir tabakayı diğerinden izole edecek şekilde bir vernik tabakası uygulanır.

Anlamak zor değil Bir kişiyi böyle bir cihaz yaratmaya hangi güç zorlar?. Alternatif bir manyetik alanda elektromanyetik indüksiyonun etkisi altında, çekirdeğe girdap elektrik alanının kuvvet çizgileri nüfuz eder.

Çekirdeğin katı metalden yapıldığını hayal edelim. Onun elektrik direnci küçük, endüktif voltajın oluşması büyük boy tamamen anlaşılabilir olacaktır. Çekirdek sonunda ısınacak ve elektrik enerjisinin önemli bir kısmı gereksiz yere kaybolacaktı. Ayrıca soğutma için özel önlemlerin alınması gerekecektir. Ve yalıtım katmanları izin vermiyor büyük değerlere ulaşmak.

Büyük iletkenlerin doğasında bulunan endüksiyon akımlarının girdap akımları olarak adlandırılmasının bir nedeni vardır; bunların hatları, ortaya çıktıkları elektrik alan çizgileri gibi kapalıdır. Çoğu zaman, metallerin eritilmesi için indüksiyon metalurji fırınlarının çalışmasında girdap akımları kullanılır. Kendilerini doğuran manyetik alanla etkileşime girerek bazen ilginç olayların nedeni haline gelirler.

Güçlü bir elektromıknatıs alalım ve örneğin dikey olarak yerleştirilmiş kutupların arasına beş kopeklik bir madeni para yerleştirin. Beklentilerin aksine düşmeyecek, yavaş yavaş inecek. Birkaç santimetrelik mesafeyi kat etmesi saniyeler sürecektir.

Örneğin dikey olarak yerleştirilmiş kutupların arasına beş kopeklik bir madeni para koyalım. güçlü elektromıknatıs ve gitmesine izin ver.

Beklentinin aksine, düşmeyecek ama yavaş yavaş inecek. Birkaç santimetrelik mesafeyi kat etmesi saniyeler sürecektir. Bir madeni paranın hareketi, bir cismin viskoz bir ortamdaki hareketine benzer. Bu neden oluyor?

Lenz kuralına göre, bir madeni para düzgün olmayan bir manyetik alanda hareket ettiğinde ortaya çıkan girdap akımlarının yönleri, mıknatıs alanının madeni parayı yukarı doğru iteceği şekildedir. Bu özellik ölçüm cihazlarında iğneyi "sakinleştirmek" için kullanılır. Arasında bulunan alüminyum plaka manyetik kutuplar, oka bağlanır ve içinde ortaya çıkan girdap akımları, salınımların hızlı zayıflamasına katkıda bulunur.

Şaşırtıcı güzelliğe sahip elektromanyetik indüksiyon olgusunun gösterilmesi Moskova Üniversitesi profesörü V.K. tarafından önerildi. Arkadyev. Süperiletken özelliklere sahip bir kurşun kase alalım ve üzerine bir mıknatıs düşürmeye çalışalım. Düşmeyecek, ancak kasenin üzerinde "havada duruyor" gibi görünecek. Buradaki açıklama basit: sıfıra eşit bir süper iletkenin elektrik direnci, içinde uzun süre dayanabilen ve mıknatısı kasenin üzerinde "tutabilen" büyük miktarda elektriğin üretilmesine katkıda bulunur. Lenz kuralına göre manyetik alanların yönü, mıknatısı itecek ve düşmesini önleyecek şekildedir.

Fizik çalışıyoruz - elektromanyetik indüksiyon yasası

Faraday yasasının doğru formülasyonu

Çözüm

Elektromanyetik kuvvetler insanların görmesini sağlayan kuvvetlerdir. Dünya ve doğada diğerlerinden daha sık bulunur; örneğin ışık da buna bir örnektir elektromanyetik olaylar. Bu fenomen olmadan insanlığın yaşamını hayal etmek imkansızdır.

Hangilerini işaretleyin. aşağıdaki ifadeler doğru ve bazıları yanlış.
A. Mıknatıs ve bobin birbirini çeker.
B. Bobinin içinde indüksiyon akımının manyetik alanı yukarı doğru yönlendirilir.
B. Bobinin içinde mıknatıs alanlarının manyetik indüksiyon çizgileri yukarı doğru yönlendirilir.
D. Mıknatıs bobinden çıkarılır.

2. Hangi referans sistemleri ataletlidir ve ataletsizdir? Örnekler ver.
3. Cisimlerin eylemsizlik adı verilen özelliği nedir? Eylemsizliği hangi değer karakterize eder?
4. Cisimlerin kütleleri ile etkileşim sırasında aldıkları ivme modülleri arasındaki ilişki nedir?
5. Güç nedir ve nasıl karakterize edilir?
6. Newton'un 2. yasasının formülasyonu? Nedir matematiksel gösterim?
7. Newton'un 2. yasası itme biçiminde nasıl formüle edilir? Matematiksel gösterimi?
8. 1 Newton nedir?
9. Bir cisme büyüklüğü ve yönü sabit olan bir kuvvet uygulandığında nasıl hareket eder? Üzerine etki eden kuvvetin neden olduğu ivmenin yönü nedir?
10.Kuvvetlerin bileşkesi nasıl belirlenir?
11. Newton'un 3. Yasası nasıl formüle edilmiş ve yazılmıştır?
12. Etkileşen cisimlerin ivmeleri nasıl yönlendirilmektedir?
13. Newton'un 3. yasasının tezahürüne örnekler verin.
14. Tüm Newton yasalarının uygulanabilirliğinin sınırları nelerdir?
15. Dünyayı neden sayabiliriz? eylemsizlik sistemi birlikte hareket edip etmediğini saymak merkezcil ivme?
16. Deformasyon nedir, ne tür deformasyonları biliyorsunuz?
17. Hangi kuvvete elastik kuvvet denir? Bu kuvvetin doğası nedir?
18. Elastik kuvvetin özellikleri nelerdir?
19. Elastik kuvvet nasıl yönlendirilir (destek reaksiyon kuvveti, iplik gerginlik kuvveti?)
20. Hooke yasası nasıl formüle edilir ve yazılır? Uygulanabilirlik sınırları nelerdir? Hooke yasasını gösteren bir grafik oluşturun.
21. Kanun nasıl formüle edildi ve yazıldı? Evrensel yerçekimi ne zaman uygulanabilir?
22. Yerçekimi sabitinin değerini belirlemek için yapılan deneyleri açıklayınız?
23. Yerçekimi sabiti nedir, nedir fiziksel anlam?
24. Yerçekimi kuvvetinin yaptığı iş yörüngenin şekline bağlı mıdır? Kapalı bir döngüde yerçekiminin yaptığı iş nedir?
25. Elastik kuvvetin işi yörüngenin şekline bağlı mıdır?
26. Yerçekimi hakkında ne biliyorsunuz?
27. İvme nasıl hesaplanır? serbest düşüş Dünya'da ve diğer gezegenlerde mi?
28. İlki nedir kaçış hızı? Nasıl hesaplanır?
29. Serbest düşüşe ne denir? Yer çekiminin ivmesi cismin kütlesine bağlı mıdır?
30. Deneyimi anlatın Galileo Galilei boşluktaki tüm cisimlerin aynı ivmeyle düştüğünü kanıtlıyor.
31. Sürtünme kuvveti hangi kuvvete denir? Sürtünme kuvvetleri türleri?
32. Kayma ve yuvarlanma sürtünme kuvvetleri nasıl hesaplanır?
33. Statik sürtünme kuvveti ne zaman oluşur? Neye eşittir?
34. Kayma sürtünme kuvveti temas eden yüzeylerin alanına bağlı mıdır?
35. Kayma sürtünme kuvveti hangi parametrelere bağlıdır?
36. Sıvılarda ve gazlarda cisim hareketine karşı direnç kuvveti neye bağlıdır?
37. Vücut ağırlığına ne denir? Bir cismin ağırlığı ile cisme etki eden yer çekimi kuvveti arasındaki fark nedir?
38. Hangi durumda vücut ağırlığı sayısal olarak modüle eşit yer çekimi?
39. Ağırlıksızlık nedir? Aşırı yük nedir?
40. Bir cismin ivmeli hareketi sırasındaki ağırlığı nasıl hesaplanır? Bir cismin sabit bir yolda hareket etmesi halinde ağırlığı değişir mi? yatay düzlem ivme ile mi?
41. Bir cismin ağırlığı, bir dairenin dışbükey ve içbükey bir kısmı boyunca hareket ettiğinde nasıl değişir?
42. Bir cisim çeşitli kuvvetlerin etkisi altında hareket ettiğinde problemleri çözme algoritması nedir?
43. Arşimet Kuvveti veya kaldırma kuvveti olarak adlandırılan kuvvet nedir? Bu kuvvet hangi parametrelere bağlıdır?
44. Arşimet kuvvetini hesaplamak için hangi formüller kullanılabilir?
45. Sıvı içindeki bir cisim hangi koşullar altında yüzer, batar veya yüzer?
46. ​​​​Yüzen bir cismin sıvısına dalma derinliği yoğunluğuna nasıl bağlıdır?
47. Neden Balonlar hidrojen, helyum veya sıcak hava ile dolu mu?
48.Dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesinin yer çekimi ivmesi değerine etkisini açıklayınız.
49. Yer çekiminin değeri şu durumlarda nasıl değişir: a) vücut Dünya yüzeyinden uzaklaştığında, B) vücut meridyen boyunca paralel hareket ettiğinde

elektrik devresi?

3. EMF'nin fiziksel anlamı nedir? Volt'u tanımlayın.

4. Bağlan Kısa bir zaman voltmetre kaynağı elektrik enerjisi, kutupluluğu gözlemleyerek. Okumalarını deneysel sonuçlara dayalı hesaplamayla karşılaştırın.

5. Akım kaynaklarının terminallerindeki voltaj neye bağlıdır?

6. Ölçüm sonuçlarını kullanarak, harici devredeki voltajı (iş yöntem I kullanılarak gerçekleştiriliyorsa), harici devrenin direncini (iş yöntem II kullanılarak gerçekleştiriliyorsa) belirleyin.

Ek hesaplamada 6 soru

1. Sürtünme kuvvetleri hangi koşullar altında ortaya çıkar?
2. Statik sürtünme kuvvetinin modülünü ve yönünü ne belirler?
3. Statik sürtünme kuvveti hangi sınırlar dahilinde değişebilir?
4. Bir arabaya veya dizel lokomotife ivme kazandıran kuvvet nedir?
5. Kayma sürtünme kuvveti cismin hızını artırabilir mi?
6. Sıvı ve gazlardaki direnç kuvveti ile iki cisim arasındaki sürtünme kuvveti arasındaki temel fark nedir? katılar?
7. Yararlı ve faydalı örnekler verin zararlı etkiler her türlü sürtünme kuvveti