Электричество и магнетизм

Индукционные токи возникают не только в проволочных витках, но и в толще массивных проводников. В этом случае их называют вихревыми токами или токами Фуко. Из–за малого сопротивления проводников они могут достигать большой силы. По правилу Ленца вихревые токи также действуют против причины, их вызывающей. На этом основана идея электромагнитных демпферов, успокаивающих колеблющиеся части приборов (стрелки гальванометров и т. п.). На подвижной части прибора укрепляется металлическая полоска, находящаяся в поле сильного магнита. При движении системы токи Ж. Фуко (рис. 8.23) тормозят ее, но они отсутствуют при покоящейся стрелке и не препятствуют её остановке в нужном месте, согласно значению измеряемой величины (в отличие от сил трения).

Рис. 8.23. Леон Фуко (1819–1868) — французский физик и астроном 

Итогом проведенных рассуждений может быть такая формулировка правила Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы препятствовать той причине, которая его породила.

Например, если проволочное кольцо падает в неоднородном магнитном поле под действием силы тяжести, то в нем течет индукционный ток. Соответственно на кольцо действует сила Ампера. Ничего не вычисляя, можно быть уверенным в том, что эта сила Ампера будет направлена вверх, чтобы — согласно правилу Ленца — мешать силе тяжести, которая является причиной падения кольца, что влечет за собой изменение магнитного потока, а это приводит к появлению индукционного тока, на который действует сила Ампера, тормозящая падение…

Ниже рассматриваются опыты, в которых изучаются свойства токов Фуко. 

На рис. 8.24 показан опыт, демонстрирующий падение тел в неоднородном магнитном поле. Неоднородное магнитное поле тормозит движение проводящих предметов из-за токов Фуко, возникающих в проводниках при изменении магнитного потока через них. Демонстрируется беспрепятственное падение диэлектрического деревянного диска между полюсами сильного электромагнита и медленное падение медного и алюминиевого дисков в магнитном поле, напоминающее движение тел в среде с большой вязкостью.

Рис. 8.24. Падение тел в неоднородном магнитном поле 

Видео 8.9. Электромагнитное торможение: падение медных и алюминиевых дисков  («монет») в магнитном поле.

При падении сильного постоянного магнита внутри вертикальной проводящей трубки в ее стенках возникают токи Фуко, тормозящие это падение. В опыте (рис. 8.25) демонстрируется свободное падение немагнитного алюминиевого цилиндра в разных трубках, а также маленького магнита в стеклянной трубке. Затем показывают замедление падения этого магнита в алюминиевой трубке и его очень медленное падение в толстостенной медной трубке.

Рис. 8.25. Падение магнита в трубках 

На рис. 8.26 показано демпфирование колебаний маятника. Толстая сплошная медная пластина, прикрепленная на конце физического маятника, движется при его колебаниях между полюсами сильного электромагнита. Слабо затухающие колебания маятника после включения магнитного поля начинают быстро затухать, превращаясь практически в апериодические колебания. Если на конце маятника закрепить медную пластинку, разрезанную в виде гребенки, то сильное затухание колебаний маятника исчезает, поскольку токи Фуко уже не могут замыкаться в объеме проводника. 

Рис. 8.26. Демпфирование колебаний маятника 

Видео 8.10. Электромагнитное торможение: маятник.

В опыте на рис. 8.27 показана левитация сплошного проводящего кольца. Токи Фуко могут возникать не только в проводниках при их перемещении в неоднородном магнитном поле, но и при быстром изменении этого поля. сплошное кольцо из алюминия, надетое на вертикальный сердечник электромагнита, питаемого переменным током частотой 50 Гц, висит в воздухе. в то время как такое же, но разрезанное кольцо свободно падает на обмотку. 

На рис. 8.28 показано взаимодействие проводника и электромагнита. Толстый медный диск укреплен в подшипниках на оси с ручкой. Вблизи него на такой же оси закреплен электромагнит. Если вращать за ручку включенный электромагнит, то диск начинает вращаться в ту же сторону. Если же, наоборот, вращать за ручку диск вблизи электромагнита, то последний также начинает вращаться. Силы взаимодействия диска и электромагнита, похожие по характеру на силы вязкого трения, обусловлены возникновением токов Фуко в диске.

ЭДС индукции. Основные определения и формулы. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции

ЭДС ИНДУКЦИИ

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ

Электромагнитная индукция

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине его вызывающей.

Закон электромагнитной индукции: ε_i = − ^d_dt^Φ  возникающая в контуре

ЭДС индукции.

Если замкнутый контур, в котором индуцируется ЭДС состоит не из одного витка, а из

Изменение тока в контуре, которое ведет к возникновению ЭДС индукции в этом же контуре называется самоиндукцией.

Если в пространстве, где находится контур с током I , нет ферромагнетиков, то полный магнитный поток через контур пропорционален силе тока I : Φ = LI , где L  коэффициент пропорциональности 

Взаимная индукция:

Рассмотрим два неподвижных контура 1 и 2, расположенных достаточно близко друг к другу. Если в контуре 1 течет ток I₁, то он создает через контур 2 полный магнитный поток Φ₂, пропорциональный (при отсутствии ферромагнетиков) току I₁: Φ =₂ L I_{21 1}.

Аналогично, если в контуре 2 течет ток I₂, он создает через контур 1 полный магнитный поток: Φ =₁ L I_{12 2}.

Коэффициенты L₁₂ и L₂₁ называют взаимной индуктивностью контуров.

Теорема взаимности: при отсутствии ферромагнетиков коэффициенты L₁₂ и L₂₁ одинаковы: L₁₂ = L₂₁.

Взаимная индукция: при всяком изменении тока в одном из контуров в другом контуре возникает ЭДС индукции.

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС, возникающие в контурах 1 и 2 равны, соответственно: ε₁ = − ^d_dt^Φ1 = −L₁₂

ε2 = − ddtΦ = −L21 dIdt1 .

С учетом явления электромагнитной индукции, закон Ома для контура 1:

R I_{1 1} =ε₁ − L₁ ^dIdt¹ − L₁₂ ^dIdt² , где ε₁  сторонняя ЭДС в контуре 1 (помимо индукционных ЭДС), L₁  индуктивность контура 1.

Энергия магнитного поля:

Дополнительная работа, совершаемая сторонними силами против ЭДС самоиндукции в процессе установления тока: δ

При отсутствии ферромагнетиков контур с индуктивностью L, по которому течет ток I обладает энергией: W = ¹₂ LI² = ¹₂ IΦ = ^Φ_2L²  магнитная

W dV  энергия магнитного поля.

                объемная плотность магнитной энергии. Данное выражение справедливо лишь для случаев, когда зависимость

W ₌ ^{L I1 1}2 ² ₊ ^{L I2 2}2 ² + L I I_{12 1 2}  магнитная энергия двух контуров с токами; первые два слагаемых  собственная энергия, последнее слагаемое  взаимная энергия.

W dV dV dV  полевая трактовка энергии, где B₁  магнитное поле тока I₁, B₂  магнитное поле тока I₂.

ЗАДАЧИ ЭДС индукции, ЭДС самоиндукции:

1.  Провод, имеющий форму параболы y = kx² , находится в однородном магнитном поле _B^! , перпендикулярном плоскости параболы. Из вершины параболы перемещают поступательно и без начальной скорости перемычку с постоянным ускорением a. Найти ЭДС индукции в образовавшемся контуре как функцию времени.

Решение:

За время dt перемычка переместится на dy , и замкнутый контур получит приращение площади dS = 2xdy .

Если S^! ↑↑ B^! , то dΦ = BdS .

Поток Φ возрастает и индукционный ток I_и течет против часовой стрелки, порождая поле B^!_и ↑↓ B^! компенсируя изменение Φ .

Тогда εи = − ddtΦ = −B 2xdydt . Но dydt = v = at , x =   ky =  at2k2 .

Поэтому ε_и = −B⋅2at   ^at_2k² = −Ba ²_k^at².

Ответ: Ba       t².

2.  Плоская спираль с большим числом N витков, плотно прилегающих друг к другу, находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном в плоскости спирали. Наружный радиус спирали равен a. Магнитное поле изменяется со временем по закону B = B₀ sinωt . Найти амплитудное значение ЭДС индукции, наведенной в спирали.

Решение:

Выделим участок спирали толщиной dr . В нем dN = ^N_a dr витков по форме совпадающих с окружностью радиуса r .

Полный магнитный поток через этот участок спирали равен dΦ = B r dNπ ² = ^{B Nπ}a r dr² .

Полный        магнитный        поток        через        всю        спираль                           равен

Φ = ^∫₀a dΦ = B Nπ_a r₃3 ₀a=πNa₃ 2 B₀ sinωt.

Тогда       B   t и амплитуда ε_{и0 = −}^πNa₃ ²ωB₀.

Ответ: εи0 = −πNa3 2ωB0.

3.  По двум металлическим столбам, поставленным вертикально

Электромагнитная индукция — это.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа^{[источник не указан 100 дней]} 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Закон Фарадея

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

 — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

 — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом:

где

 — электродвижущая сила,

 — число витков,

 — магнитный поток через один виток,

 — потокосцепление катушки.

Векторная форма

В дифференциальной форме закон Фарадея можно записать в следующем виде:

(в системе СИ)

или

(в системе СГС).

В интегральной форме (эквивалентной):

(СИ)

или

(СГС)

Здесь  — напряжённость электрического поля,  — магнитная индукция,  — произвольная поверхность,  — её граница. Контур интегрирования подразумевается фиксированным (неподвижным).

Следует отметить, что закон Фарадея в такой форме, очевидно, описывает лишь ту часть ЭДС, что возникает при изменении магнитного потока через контур за счёт изменения со временем самого поля без изменения (движения) границ контура (об учете последнего см. ниже).

• В этом виде закон Фарадея входит в систему уравнений Максвелла для электромагнитного поля (в дифференциальной или интегральной форме соответственно)^[1].

Если же, скажем, магнитное поле постоянно, а магнитный поток изменяется вследствие движения границ контура (например, при увеличении его площади), то возникающая ЭДС порождается силами, удерживающими заряды на контуре (в проводнике) и силой Лоренца, порождаемой прямым действием магнитного поля на движущиеся (с контуром) заряды. При этом равенство продолжает соблюдаться, но ЭДС в левой части теперь не сводится к (которое в данном частном примере вообще равно нулю). В общем случае (когда и магнитное поле меняется со временем, и контур движется или меняет форму) последняя формула верна так же, но ЭДС в левой части в таком случае есть сумма обоих слагаемых, упомянутых выше (то есть порождается частично вихревым электрическим полем, а частично силой Лоренца и силой реакции движущегося проводника).

• Некоторые авторы, например, М. Лившиц в журнале «Квант» за 1998 год^[2] отрицают корректность применения термина закон Фарадея или закон электромагнитной индукции и т. п. к формуле в случае подвижного контура (оставляя для обозначения этого случая или его объединения со случаем изменения магнитного поля, например, термин правило потока)^[3]. В таком понимании закон Фарадея — это закон, касающийся лишь циркуляции электрического поля (но не ЭДС, создаваемой с участием силы Лоренца), и в этом понимании понятие закон Фарадея в точности совпадает с содержанием соответствующего уравнения Максвелла.
• Однако возможность (пусть с некоторыми оговорками, уточняющими область применимости) совпадающей формулировки «правила потока» с законом электромагнитной индукции нельзя назвать чисто случайной. Дело в том, что, по крайней мере для определенных ситуаций, это совпадение оказывается очевидным проявлением принципа относительности. А именно, например, для случая относительного движения катушки с присоединенным к ней вольтметром, измеряющим ЭДС, и источника магнитного поля (постоянного магнита или другой катушки с током), в системе отсчета, связанной с первой катушкой, ЭДС оказывается равной именно циркуляции электрического поля, тогда как в системе отсчета, связанной с источником магнитного поля (магнитом), происхождение ЭДС связано с действием силы Лоренца на движущиеся с первой катушкой носители заряда. Однако та и другая ЭДС обязаны совпадать, поскольку вольтметр показывает одну и ту же величину, независимо от того, для какой системы отсчета мы ее рассчитали.

Потенциальная форма

При выражении магнитного поля через векторный потенциал закон Фарадея принимает вид:

(в случае отсутствия безвихревого поля, то есть тогда, когда электрическое поле порождается полностью только изменением магнитного, то есть электромагнитной индукцией).

В общем случае, при учёте и безвихревого (например, электростатического) поля имеем:

История

В 1820 г. Ганс Христиан Эрстед показал, что протекающий по цепи электрический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. Если электрический ток порождает магнетизм, то с магнетизмом должно быть связано появление электрического тока. Эта мысль захватила английского ученого М. Фарадея. «Превратить магнетизм в электричество», — записал он в 1822 г. в своём дневнике. Многие годы настойчиво ставил он различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф: он открыл явление электромагнитной индукции. Установка, на которой Фарадей сделал своё открытие, заключалась в том, что Фарадей изготовил кольцо из мягкого железа примерно 2 см шириной и 15 см диаметром и намотал много витков медной проволоки на каждой половине кольца. Цепь одной обмотки замыкала проволока, в её витках находилась магнитная стрелка, удаленная настолько, чтобы не сказывалось действие магнетизма, созданного в кольце. Через вторую обмотку пропускался ток от батареи гальванических элементов. При включении тока магнитная стрелка совершала несколько колебаний и успокаивалась; когда ток прерывали, стрелка снова колебалась. Выяснилось, что стрелка отклонялась в одну сторону при включении тока и в другую, когда ток прерывался. М. Фарадей установил, что «превращать магнетизм в электричество» можно и с помощью обыкновенного магнита.

В это же время американский физик Джозеф Генри также успешно проводил опыты по индукции токов, но пока он собирался опубликовать результаты своих опытов, в печати появилось сообщение М. Фарадея об открытии им электромагнитной индукции.

М. Фарадей стремился использовать открытое им явление, чтобы получить новый источник электричества.

См. также

Примечания

1. ↑ Это уравнение Максвелла может быть переписано в эквивалентном виде
   (здесь просто производная по t внесена под знак интеграла). В таком виде уравнение также может быть включено в систему уравнений Максвелла, причем оговорка о неподвижности контура интегрирования теряет актуальность, так как производная теперь очевидно не действует на границу области (на пределы интегрирования), а само интегрирование в любом случае полагается «мгновенным». В принципе, в таком виде это уравнение также могут называть законом Фарадея (чтобы отличить его от других уравнений Максвелла), пусть в таком виде оно и не совпадает прямо с его обычной формулировкой (но эквивалентно ей в своей области применимости).
2. ↑ М. Лившиц Закон электромагнитной индукции или «правило потока»? // Квант.  — 1998. — № 3. — С. 37—38.
3. ↑ Такой отказ объясняется тем, что, в отличие от закона для циркуляции электрического поля, выполняющегося всегда, «правило» корректно работает лишь для случаев, когда контур, в котором вычисляется ЭДС, совпадает физически с проводником (то есть совпадает их движение; в противном же случае правило может не работать (самый известный пример — униполярная машина Фарадея; контур, который в этом случае трудно определить, но кажется довольно очевидным, что он не меняется; во всяком случае, довольно затруднительно указать разумное определение для контура, который бы в этом случае менялся), то есть проявляется парадокс, что для «закона природы» недопустимо.

Ссылки

ЭДС индукции в движущихся проводниках

ЭДС индукции в движущихся проводниках

Подробности

Просмотров: 356

Прямолинейный проводник АВ движется в магнитном поле с индукцией В по проводящим шинам, которые замкнуты на гальванометр.

На электрические заряды, перемещающиеся вместе с проводником в магнитном поле, действует сила Лоренца:

Fл = /q/vB sin a

Её направление можно определить по правилу левой руки.

Под действием силы Лоренца внутри проводника происходит распределение положительных и отрицательных зарядов вдоль всей длины проводника l.
Сила Лоренца является в данном случае сторонней силой, и в проводнике возникает ЭДС индукции, а на концах проводника АВ возникает разность потенциалов.

Причина возникновения ЭДС индукции в движущемся проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды.

Готовимся к проверочной работе!

1. При каком направлении движения контура в магнитном поле в контуре будет возникать индукционный ток?

2. Укажите направление индукционного тока в контуре при введении его в однородное магнитное поле.

3. Как изменится магнитный поток в рамке, если рамку повернуть на 90 градусов из положения 1 в положение 2 ?

4. Будет ли возникать индукционный ток в проводниках, если они движутся так, как показано на рисунке?

5. Определить направление индукционного тока в проводнике АБ, движущемся в однородном магнитном поле.

6. Указать правильное направление индукционного тока в контурах.

Электромагнитное поле — Класс!ная физика

Взаимодействие токов. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера — Действие магнитного поля на движущийся заряд.Магнитные свойства вещества — Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Направление индукционного тока. Правило Ленца — ЭДС электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле — ЭДС индукции в движущихся проводниках
— Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Вопросы к пр/работе

Закон Фарадея, ЭДС индукции — Служебный Дом

График

Новый рисунок

Задание является довольно простым. Амперметр покажет наличие тока в те промежутки времени, когда на первичной катушке сила тока изменялась В данном примере, это промежутки времени от 2 до 4 в объединении от 5 до 8 секунд. В остальные моменты на вторичной катушке ток индуцироваться не будет, так как при этом на первичной катушке сила тока не изменяется.

При пропускании тока в одной катушке, ток в другой катушке будет появляться только в том случае, если в первой катушке ток изменяется.

Ток во вращающейся в магнитном поле рамке не появляется, если ось вращения параллельна вектору магнитной индукции.

Явление возникновения электрического тока при движении проводника в магнитном поле применяется в электрогенераторах.

Явление движения проводника с током под действием магнитного поля применяется в электродвигателях.

Магнитным потоком называется величина Ф=BScosα, где α — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к контуру.

Чтобы изменить магнитный поток через рамку, необходимо её вращать. При неподвижном положении, а также при поступательном движении в однородном магнитном поле, магнитный поток через рамку не изменяется, а значит, не появляется индукционный ток.

В катушке возникает индукционный ток, если её двигать относительно магнита, так как магнит создаёт неоднородное магнитное поле и при перемещении катушки изменяется магнитный поток через неё, а значит возникает индукционный ток.

В момент замыкания электрической цепи, содержащей катушку, появится электрический ток, препятствующий установлению тока.

Силовые линии магнитного поля магнита выходят из северного полюса и входят в южный.

При поднесении магнита к замкнутому контуру, за счёт появления электромагнитной индукции в нём возникает  индукционный ток, который и создаёт магнитное поле контура, направленное противоположно магнитному полю магнита, за счёт чего и происходит отталкивание контура магнитом. Это происходит по тому что согласно правилу Ленца, индукционный ток направлен таким образом, чтобы препятствовать изменению магнитного потока через кольцо.

ЭДС индукции зависит от изменения магнитного потока Ф за изменения времени t.

С помощью основного закона электромагнитной индукции можно объяснить возникновение электрического тока в замкнутой катушке при увеличении силы тока в другой катушке, находящейся рядом с ней.

Зависимость магнитного потока от времени имеет вид Ф=BScos2πνt, где 2πνt — зависимость угла от времени. Если в начале равно 0, то используется синус, если в начальный момент времени максимум — то косинус.

Циклическая частота — скалярная физическая величина, мера частоты вращательного или колебательного движения. Или же число колебаний за 2π секунд.

Если в проводнике ток увеличивается во времени, то в контуре, расположенном в одной плоскости с проводником возникает такой ток, который создаёт такое направление магнитного поля, чтобы препятствовать магнитному полю проводника, то есть в другую сторону. Если же в проводнике ток уменьшается, то в контуре магнитное поле сонаправленно с магнитным полем проводника в данной точке.

При одинаковых внешних условиях и одинаковых размерах контуров, но разных материалов, из которых они изготовлены, в конутрах будет наводиться одинаковая ЭДС индукции, так как эта величина не зависит от сопротивления контура. Протекающие электрические заряды и сила тока могут отличаться, так как они зависят от сопротивления проводника..

При изменении формы рамки в ней возникает ток, если она находится в магнитном поле.

Электромагнитная индукция: требования, формула, принцип, применение

Электромагнитная индукция — это явление, из-за которого в проводящей петле, помещенной в магнитное поле, индуцируется ЭДС, когда происходит изменение магнитного потока, связанного с петлей. Это также явление, из-за которого на концах проводника индуцируется ЭДС, когда он движется через область магнитного поля. Проще говоря, электромагнитная индукция — это явление, из-за которого с помощью магнитного поля создается ЭДС.Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в \ (1831, \), а позже Джеймс Клерк Максвелл математически описал ее как закон индукции Фарадея. Давайте разберемся с этим явлением подробно с помощью этой статьи.

Последнее обновление:

👉 18 октября : Центральный совет среднего образования (CBSE) выпустил 10-й и 12-й листы данных CBSE по основным предметам.
👉 21 октября : CBSE выпустила 10-е и 12-е даты для второстепенных предметов.

Practice Embibe’s Эксклюзивные образцы документов CBSE Term 1 на основе новых рекомендаций:

Здесь, в Embibe, вы можете получить бесплатный пробный тест CBSE Revised MCQ 2021 по всем темам. Тест MCQ, предлагаемый Embibe, основан на пересмотренных учебниках, бумажных шаблонах и учебной программе CBSE на 2021 год. Эта серия пробных тестов включает в себя исчерпывающий выбор соответствующих вопросов и их решений. Кандидаты в CBSE Board могут пройти эти бесплатные пробные тесты, чтобы попрактиковаться и найти области, в которых им нужно улучшить свои экзамены.

УДАЛИТЬ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ СОМНЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Что такое электромагнитная индукция?

Электромагнитная индукция — это процесс, при котором в проводящей петле индуцируется ЭДС (или ток) из-за изменения магнитного потока, связанного с катушкой. ЭДС известна как , индуцированная ЭДС , а управляемый ею ток известен как индуцированный ток .

Ученые вроде Эрстеда и Ампера продемонстрировали, что электрический ток, проходящий через проводник, создает вокруг него магнитное поле.Майкл Фарадей, английский физик, думал, что может произойти и обратное, то есть магнитное поле может создать ток. Наконец, после многих экспериментов он смог продемонстрировать, что это возможно.

Эксперимент Фарадея по демонстрации электромагнитной индукции

1. Подключите провод в виде катушки к гальванометру. Гальванометр используется для определения наличия тока.
2. Поднесите сильный магнит к катушке. Стрелка гальванометра на мгновение перемещается и возвращается к нулю.
3. Переместите магнит в обратном направлении. Стрелка гальванометра движется в обратном направлении и снова возвращается к нулю. Это означает, что текущее направление меняется на противоположное.
4. Держите магнит неподвижным, но двигайте катушку. Мы видим, что в игле есть прогиб.
5. Держите катушку и магнит неподвижными. Прогиба нет.

Этот эксперимент показывает, что ЭДС (или ток) индуцируется в проводнике только тогда, когда есть изменение магнитного потока, связанного с катушкой, которое устанавливается здесь путем перемещения магнита или катушки.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Каждый раз, когда изменяется поток магнитного поля, связанного с проводящей катушкой, в катушке индуцируется ЭДС, величина которой равна скорости изменения магнитного потока. Магнитный поток, связанный с катушкой, — это просто мера количества силовых линий магнитного поля, проходящих через катушку. Математически это дается

\ (\ Phi = NBA \ cos \ theta \)

где,

\ (\ left (\ Phi \ right) \) — магнитный поток (единица СИ Вебер \ ((Wb) \))

\ (N \) — количество витков в катушке.{\ rm {2}}}. \)

\ (\ theta \) — угол между вектором площади поверхности и силовыми линиями магнитного поля.

Согласно закону Фарадея, ЭДС \ ((e) \), индуцированная в катушке, равна

\ (e = — N \ frac {{d \ Phi}} {{dt}} \)

где,

\ (\ frac {{d \ Phi}} {{dt}} \) — скорость изменения потока во времени

Здесь отрицательный знак означает, что индуцированная ЭДС (или ток) противодействует причине его возникновения. Давайте узнаем об этом немного подробнее с помощью закона Ленца.

Закон Ленца

В нем говорится, что ЭДС, индуцированная в катушке, такова, что она противодействует причине (изменению магнитного потока) ее образования. Давайте разберемся в этом на примере. Предположим, что северный полюс стержневого магнита перемещается к катушке с замкнутым контуром. Затем, согласно закону Фарадея, в нем индуцируется ЭДС, которая пропускает ток через катушку и создает магнитное поле. Закон Ленца гласит, что это поле (создаваемое индуцированным током) будет иметь такое направление, что оно будет противодействовать входящему северному полюсу.Это означает, что поверхность катушки, к которой движется северный полюс, станет северным полюсом для отражения входящего магнита. Если магнит отодвигается, индуцированный ток меняет свое направление, создавая на этом конце южный полюс, чтобы притягивать магнит.

Самоиндукция

Все мы знаем, что катушка с током создает магнитное поле, и поток этого магнитного поля проходит через саму катушку. Когда происходит изменение тока через катушку, произойдет изменение магнитного потока, проходящего через катушку, и, следовательно, в соответствии с законом Фарадея будет индуцирована ЭДС.Это явление, из-за которого в катушке с током индуцируется ЭДС из-за изменения собственного тока, известно как самоиндукция . Математически это дается как

\ (e = -L \ frac {{di}} {{dt}} \)

, где константа пропорциональности \ (L \) называется индуктивностью. Это геометрическая величина, то есть она зависит от формы и размера катушки. Единица измерения индуктивности в системе СИ — генри. Любая проводящая петля, которая может проявлять самоиндукцию, называется индуктором.

Когда катушка с током размещается рядом с другой проводящей катушкой, через вторую катушку возникает магнитный поток из-за магнитного поля первой катушки. Теперь, если есть изменение тока в первой катушке, произойдет изменение магнитного потока, связанного со второй катушкой, и, следовательно, согласно закону Фарадея, во второй катушке будет индуцирована ЭДС. Это явление, из-за которого во второй катушке индуцируется ЭДС из-за изменения тока в первой катушке, известно как взаимная индукция .

Правило правой руки Флеминга для определения направления тока

Согласно экспериментальным результатам Фарадея, когда проводник движется в магнитном поле так, что его длина движется перпендикулярно магнитному полю, в нем индуцируется ЭДС. Если цепь замкнута, через нее будет протекать ток.

Направление тока зависит от —

1. Направление движения проводника
2. Направление магнитного поля

Когда направления этих трех параметров перпендикулярны друг другу, направление тока можно найти с помощью правила правой руки Флеминга.

Если мы возьмем правую руку так, чтобы большой, указательный и средний пальцы были перпендикулярны друг другу, и —

1. , если указательный палец указывает в направлении поля (с севера на юг),
2. , если большой палец указывает направление движения проводника,
3. , тогда средний палец указывает в текущем направлении.

Применение электромагнитной индукции

Трансформаторы, генераторы переменного тока, индукционные варочные панели — это несколько примеров из нашей повседневной жизни, которые работают по принципу электромагнитной индукции.

Это устройство, которое преобразует или изменяет уровень напряжения с более высокого на более низкий или наоборот. Он работает по принципу взаимной индукции, поэтому может работать только на переменном токе. Он состоит из двух катушек, намотанных на железный сердечник. Переменный ток проходит через одну из катушек, которую мы называем первичной катушкой. Его переменный магнитный поток связан со второй катушкой, называемой вторичной катушкой, и индуцирует в ней ЭДС. В зависимости от соотношения витков первичной и вторичной обмоток напряжение можно увеличивать или уменьшать.

На простейшем уровне он состоит из прямоугольной катушки между двумя магнитными полюсами. Концы катушки соединены с двумя контактными кольцами. Они подключены к внешнему контуру через угольные щетки. Катушка вращается с угловой скоростью \ (\ omega \) за счет внешней силы. В любой момент времени \ (t \) плоскость катушки составляет угол \ (\ theta = \ omega t \) с направлением силовых линий. Магнитный поток, связанный с катушкой, составляет

\ (\ Phi = NBA \ cos \ theta = NBA \ cos \ omega t \)

По закону Фарадея индуцированная ЭДС равна

\ (e = \) — \ (\ frac {{d \ Phi}} {{dt}} \)

\ (e = \) — \ (\ frac {{d (NBA \ cos \ omega t)}} {{dt}} \)

Число витков \ ((N) \), плотность потока \ ((B) \) и площадь \ ((A) \) постоянны для данного генератора.{\ rm {o}}}) \) к силовым линиям, наведенная ЭДС максимальна \ (\ left ({{e_0}} \ right). \)

\ ({e_0} = NBA \ omega \), когда \ (\ sin \ omega t = \ pm 1 \)

Следовательно, наведенная ЭДС равна

\ (e = {e_0} \ sin \ omega t \)

Индуцированная ЭДС следует синусоидальной волновой функции. Поскольку ЭДС регулярно меняет положительные и отрицательные значения, индуцированный ток называется переменным током (AC).

Решенные примеры — электромагнитная индукция

Q.{\ rm {o}}} \)
Тогда индуцированная ЭДС равна \ (\ Phi = 0,1 \ times 0,02 \ times 1 = 0,002 \; {\ rm {Wb}} \)
Максимальная индуцированная ЭДС равна \ ({\ rm {2}} \, {\ rm {milliweber}} {\ rm {.}} \)

Сводка

В этой статье мы увидели связь между электричеством и магнетизмом и то, как они связаны друг с другом. Мы видели, что ток индуцирует магнитное поле, а также магнитное поле, индуцирующее напряжение, тем самым создавая ток в проводнике. Эти взаимоотношения имеют большое значение в работе различных обычных устройств, которые мы используем и видим ежедневно, от двигателей, генераторов до трансформаторов.Мы можем использовать машины в повседневной жизни благодаря исследованиям Фарадея, Ленца, Ампера и других ученых.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ, СВЯЗАННЫЕ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ

Часто задаваемые вопросы по электромагнитной индукции

Q.1. Почему возникает ток, когда магнит вставляется в замкнутую катушку?
Ответ: Движущееся магнитное поле индуцирует ЭДС, которая создает ток.

Q.2. Будет ли индуцирована ЭДС в проводнике, если и поле, и проводник неподвижны?
Ответ: Нет. Для наведения ЭДС магнитное поле или проводник должны двигаться.

Q.3. Почему в уравнении наведенной ЭДС в уравнении Фарадея используется отрицательный знак?
Ответ: Знак минус говорит о том, что индуцированная ЭДС устанавливает ток для создания поля, противодействующего причине наведенной ЭДС. Это согласно закону Ленца.

Q.4. Какое направление показывает большой палец при использовании правила Флеминга?
Ответ: Большой палец показывает направление движения проводника.

Q.5. Какое свойство использует трансформатор?
Ответ: Трансформатор использует свойство взаимной индукции между двумя катушками.

Мы надеемся, что эта подробная статья об электромагнитной индукции поможет вам в вашей подготовке. Если вы застряли, дайте нам знать в разделе комментариев ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время.

102 Просмотры

Что такое электромагнитная индукция?

Что означает электромагнитная индукция?

Принцип электромагнитной индукции иллюстрируется схемой, в которой переменный ток генерирует другой ток в соседней цепи, но не связан с ней напрямую.

Обычно приписывается Майклу Фарадею, электромагнитная индукция применялась к различным системам в качестве электродвижущей силы, проходящей через электрический проводник в изменяющемся магнитном поле.

Techopedia объясняет электромагнитную индукцию

Если задуматься об электромагнитной индукции в поэтическом смысле, можно вспомнить видения двух потоков тока, которые влияют друг на друга, несмотря на их очевидное разделение, проходящих как «корабли в ночи», но передающих энергию от одного к другому через своего рода осмос.

Другой способ подумать об электромагнитной индукции — это взять яркий пример: поезд на магнитной подушке или поезд на магнитной подушке иллюстрируют, как это работает.

Поскольку сила, создаваемая магнитной линией, не связана с самим поездом, легко понять, как работает этот принцип, чтобы двигать что-то вроде поезда без трения.

Помимо других применений, электромагнитная индукция также используется для выработки тепла в современных плитах. Отчасти польза от электромагнитной индукции заключается в ее способности создавать «тонкую фигуру».

Например: в моделях горелок, имеющих традиционную подключенную систему электрического тока, в целом может потребоваться больше места.

Устройства для беспроводной зарядки

Однако одно из новейших и наиболее широко известных приложений электромагнитной индукции — это новаторские усилия по созданию устройств для беспроводной зарядки.

Возвращаясь к основному принципу электромагнитной индукции, мы видим, что она очень полезна в ситуациях, когда вы не хотите, чтобы источник питания был физически связан с объектами, к которым он обеспечивает питание. Такой вид инженерии может привести к появлению в будущем «свободных рук» или менее трудоемких моделей использования устройств.

Например: в случае поезда на магнитной подушке вы можете альтернативно использовать аккумулятор, соединенный электрическим кабелем с двигателем. Использование магнитной левитации вместо этого показывает, насколько полезна и практична электромагнитная индукция в системах.

Нет необходимости что-либо подключать, потому что взаимодействие полей тока само по себе выполняет передачу энергии. Это само по себе будет большим стимулом для пользовательского опыта в эпоху, когда отличный пользовательский опыт и путь к покупке — это святой Грааль для розничных фирм.

Возвращаясь к беспроводной зарядке, эти новые системы заменят систему традиционной зарядки, в которой устройства должны быть подключены к розетке или другому источнику питания через определенные кабели с определенными портами и разъемами.

Здесь очень интересен принцип электромагнитной индукции, потому что он позволил бы гораздо более универсально использовать устройства с электрическим приводом. Бескабельный подход сделает зарядку намного более универсальной и эффективной.

Это уберет много электронных отходов из глобального потока и сделает приобретение технологий дешевле и проще.

Использование электромагнитной индукции для создания зарядных устройств для устройств

В настоящее время предпринимаются попытки использовать электромагнитную индукцию для создания зарядных устройств для устройств, например, в конфигурациях с разомкнутым контуром, которые могут быть приемлемы для более низких уровней выходной мощности.

Однако у многих из этих систем есть проблема при использовании более высокого напряжения, поскольку они выделяют слишком много тепла, чтобы их можно было использовать на практике. Другие проблемы включают выделение тепла из-за радиочастотной активности.

Пример уравнения для индуцированного электромагнитной индукцией напряжения

Индуцированное напряжение в электромагнитной индукции описывается следующим уравнением:

Многие типы электрического оборудования, такие как двигатели, генераторы и трансформаторы, работают по принципу электромагнитной индукции. .

Определение индукции в физике.

Примеры индукции по следующим темам:

• Индуктивность

  • В частности, в случае электроники, индуктивность — это свойство проводника, благодаря которому изменение тока в проводнике создает напряжение как в самом проводе (собственная — индуктивность ), так и в любых соседних проводниках (взаимная индуктивность ). ).
  • Self — индуктивность , эффект закона Фарадея индукции устройства на самом себе, также существует.
  • , где L — собственная индуктивность устройства.
  • Единицы собственной индуктивности — это Генри (Гн), как и для взаимной индуктивности .
  • Индуктивность Л обычно заданная величина.

• Индуктивность

  • Ответ — да, и эта физическая величина называется , индуктивность .
  • Взаимная индуктивность — это эффект закона Фарадея индукции для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе.
  • Чем больше взаимная индуктивность M, тем эффективнее связь.
  • Self — индуктивность , эффект закона Фарадея индукции устройства на самом себе, также существует.
  • , где L — собственная индуктивность устройства.

• Закон индукции Фарадея и закон Ленца

  • Это соотношение известно как закон Фарадея индукции .
  • Знак минус в законе Фарадея индукции очень важен.
  • Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противостоит и, таким образом, замедляет изменение.
  • Это один из аспектов закона Ленца — индукция препятствует любому изменению потока.
  • Выразите закон Фарадея индукции в форме уравнения

• Изменение магнитного потока создает электрическое поле

  • Закон индукции Фарадея утверждает, что изменение магнитного поля создает электрическое поле: $ \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_B} {\ partial t} $.
  • Мы изучили закон Фарадея , индукция в предыдущих атомах.
  • Вкратце, закон гласит, что изменение магнитного поля $ (\ frac {d \ Phi_B} {dt}) $ создает электрическое поле $ (\ varepsilon) $, закон Фарадея индукции выражается как $ \ varepsilon = — \ frac {\ partial \ Phi_B} {\ partial t} $, где $ \ varepsilon $ — индуцированная ЭДС, а $ \ Phi_B $ — магнитный поток.
  • Следовательно, мы получаем альтернативную форму закона Фарадея индукции : $ \ nabla \ times \ vec E = — \ frac {\ partial \ vec B} {\ partial t} $.Это также называют дифференциальной формой закона Фарадея.
  • Эксперимент Фарадея показывает индукцию между витками провода: жидкая батарея (справа) обеспечивает ток, который течет через небольшую катушку (A), создавая магнитное поле.

• RL Схемы

  • Напомним, что индукция — это процесс, в котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока.
  • Взаимная индуктивность — это эффект закона Фарадея , индукция для одного устройства на другом, в то время как собственная индуктивность — это эффект закона Фарадея , индукция устройства на самом себе.
  • Катушка индуктивности — это устройство или компонент схемы, который имеет собственную индуктивность .
  • Характерное время $ \ tau $ зависит только от двух факторов: индуктивности Л и сопротивления R.
  • Чем больше индуктивность L, тем она больше, что имеет смысл, поскольку большая индуктивность очень эффективна в противодействии изменению.

• Звуковые системы, компьютерная память, сейсмограф, GFCI

  • Микрофон работает за счет индукции , так как вибрирующая мембрана индуцирует ЭДС в катушке.
  • Затем динамик приводится в действие модулированными электрическими токами (создаваемыми усилителем), которые проходят и намагничивают (на индуктивности ) катушку динамика из медной проволоки, создавая магнитное поле.
  • Это делается с помощью индуктивности .

• Индуцированный заряд

  • Электростатическая индукция — это перераспределение зарядов внутри объекта, которое происходит как реакция на присутствие ближайшего заряда.
  • Электростатическая индукция — это перераспределение заряда внутри объекта, которое происходит как реакция на ближайший заряд.

• Энергия, запасенная в магнитном поле

  • В простом генераторе используется индуктивность для создания тока путем вращения магнита в катушке с проволокой.
  • Если ток изменяется, изменение магнитного потока пропорционально скорости изменения тока во времени на коэффициент, называемый , индуктивность (L).
  • (уравнение 1), где L — индуктивность , в единицах Генри, а I — ток в единицах Ампера.
• Цепь серии

  RLC: на больших и малых частотах; Фазорная диаграмма

  • Отклик цепи RLC зависит от частоты возбуждения — на достаточно больших частотах преобладает индуктивный (емкостной) член.
  • Если частота достаточно высока, так что XL также намного больше, чем R, то в импедансе Z доминирует индуктивный член .

• Движение ЭДС

  • Как было замечено в предыдущих атомах, любое изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу (ЭДС), противодействующую этому изменению — процесс, известный как индукция .
  • Движение — одна из основных причин индукции .
  • При изменении магнитного потока индуцируется ЭДС согласно закону Фарадея индукции .
  • Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, воспользуемся законом Фарадея индукции без знака:

Электромагнитная индукция — теория, применение, преимущества, недостатки

Электромагнитная индукция — единственный эффективный способ выработки электроэнергии, если исключить солнечные батареи.Он находит применение везде, от производства электроэнергии до ее распределения конечным потребителям. В этом посте будут обсуждаться электромагнитная индукция, теория, основанная на законах Фарадея и Ленца, различные приложения, преимущества и недостатки.

  Также прочтите:
Принцип эффекта Холла - история, объяснение теории, математические выражения и приложения
Что такое токоизмерительные клещи (клещи-тестеры) - типы, принцип работы и принцип действия; Как работать
Датчики на эффекте Холла - работа, типы, применение, преимущества и недостатки