Как обозначается индукция магнитного поля в физике? Формула и теория / Справочник :: Бингоскул

Магнитное поле относится к силовым физическим величинам – воздействует на проводник, пропускающий электрический ток. Зависит от активной длины проводника, силы Ампера и протекающего тока. Ознакомимся подробнее с понятием магнитная индукция, формулой для её вычисления, причинами появления, практическим использованием.

Теория

Магнитное поле относится к силовым, значит, его характеризуют индукцией. Последняя обнаруживается двумя путями:

•  по наличию силы Ампера, оказывающей воздействие на прямой проводник, пропускающий электрический ток;
•  пиковым вращающим моментом, действующим на закрытый контур с магнитным моментом.

Исследуя магнитные поля посредством проводящего электричество проводника, модуль их индукции вычисляется как отношение пикового значения силы Ампера FA, оказывающей воздействие на проводник к произведению силы проходящего по нему тока, умноженную на активную длину проводящего ток провода. Магнитное поле относится к однородным, если в его точках вектор B одинаков по модулю и направлению.

Направление индукции определяется по следующему алгоритму:

1. Прямолинейный проводник ориентируется в поле так, чтобы действовала как можно большая сила FA.
2. Левая рука с раскрытой ладонью помещается у проводника.
3. Четыре пальца указывают на направление протекания тока.
4. Большой палец отгибается на 90°, указывает направление F_A.
5. Вектор индукции направлен в раскрытую ладонь под углом 90°.

Алгоритм называется правилом левой руки.

Вектор индукции для соленоида входит в катушку со стороны, где ток двигается по ходу часовой стрелки. 

Силовые линии обнаруживаются и при помощи металлических опилок.

Изменяя параметры поля и соленоида, формируют интересные узоры.

Магнитная индукция: формула, единица измерения

В физике индукция магнитного поля обозначается буквой B. Вычисляется по формуле:

B= F / Il, здесь:

•  F – максимальная сила Ампера;
•  I – значение тока;
•  l – длина проводника.

Единица измерения B: Н / (А*м) = 1 Тл – Тесла. Названа в честь югославского физика и изобретателя Никола Тесла.

Исследуя магнитную составляющую проводника при помощи замкнутого контура, направление вектора B принимают за направление, расположенное под 90° к плоскости, где установлен вращающийся контур.

По модулю B также равняется отношению пикового момента сил M, оказывающего воздействие на контур с током, к величине тока, протекающего по рамке, и её площади:

B = M / IS.

Единица измерения совпадает с описанной ранее: Н*м /А*м² = Н / А* м = 1 Тл.

Задача

Вычислить индукцию куска провода длиной 10 см, расположенного в магнитном поле 50 мН, если по нему протекает ток 5 А.

B = F / Il. Всё известно, подставляем значения в формулу.

B = 0,05 / (5*0,1) = 0,2 Тл.

Ответ: индукция равняется 0,02 Тл.

Конвертер магнитной индукции • Магнитостатика, магнетизм и электродинамика • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Обмотка, якорь, ярмо и контакты электромеханического реле

Общие сведения

Удивительным образом идеи одного человека могут повлиять на последующее развитие человеческого общества в целом. Таким человеком был Майкл Фарадей, не слишком разбирающийся в хитросплетениях современной ему математики, но прекрасно понимающий физический смысл известных к тому времени сведений о природе электричества и магнетизма благодаря выдвинутой им концепции полевых взаимодействий.

Слева направо: Андре-Мари Ампер, Карл Фридрих Гаусс, Хендрик Антон Лоренц, Ханс Кристиан Э́рстед, Ипполит Пикси; источник: Wikimedia.org

Существованию современного общества, основанного на использовании электричества, магнетизма и электродинамики, мы обязаны целой плеяде замечательных учёных. Среди них надо отметить Ампера, Эрстеда, Генри, Гаусса, Вебера, Лоренца и, безусловно, Максвелла. В конечном итоге они свели науку об электричестве и магнетизме в единую картину, которая послужила основой целой когорте изобретателей, создавших своими творениями предпосылки для появления современного информационного общества.

В аккумуляторных дрелях обычно используется универсальный двигатель, который может работать как на постоянном, так и на переменном токе

Мы живём в окружении электродвигателей и генераторов: они наши первые помощники на производстве, на транспорте и в быту. Любой уважающий себя человек не мыслит существования без холодильника, пылесоса и стиральной машины. В приоритете также микроволновая печь, фен, кофемолка, миксер, блендер и — предел мечтаний — электромясорубка и хлебопечка. Безусловно, кондиционер тоже страшно полезная штука, но если нет средств для его приобретения, то сойдёт и простой вентилятор.

У некоторых мужчин запросы несколько скромнее: пределом мечтаний самого неумелого мужчины является электродрель. Некоторые из нас, безуспешно пытаясь завести автомобиль в сорокаградусный мороз и безнадежно терзая стартер (тоже электродвигатель), втайне мечтают о приобретении машины производства Tesla Motors на электродвигателях и аккумуляторах, чтобы забыть навсегда о проблемах бензиновых и дизельных моторов.

Электродвигатели повсюду: они поднимают нас в лифте, они перевозят нас в метро, электричках, трамваях, троллейбусах и скоростных поездах. Они доставляют нам воду на этажи небоскрёбов, приводят в действие фонтаны, откачивают воду из шахт и колодцев, прокатывают сталь, поднимают тяжести, работая в различных кранах. И делают очень много других полезных дел, приводя в движение станки, инструменты и механизмы.

Даже экзоскелеты для людей с ограниченными возможностями и для военных выполнены с использованием электродвигателей, не говоря уже о целой армии промышленных и исследовательских роботов.

Сегодня электродвигатели трудятся в космосе — достаточно вспомнить марсоход Curiosity. Они трудятся на земле, под землёй, на воде, под водой и даже в воздухе — не сегодня, так завтра (статья написана в ноябре 2015 г.) самолёт Solar Impulse 2 наконец-то закончит своё кругосветное путешествие, а беспилотным летательным аппаратам на электродвигателях уж просто несть числа. Недаром вполне серьёзные корпорации сейчас трудятся над сервисами доставки почтовых отправлений с помощью беспилотных летательных аппаратов.

Историческая справка

Этот дизель-генератор мощностью 12,5 кВт из экспозиции Военного музея связи и электроники в г. Кингстоне, Онтарио, использовался на радиостанциях при освоении канадского севера

Построенная в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта химическая батарея, названная впоследствии по имени изобретателя «вольтов столб», воистину оказалась «рогом изобилия» для учёных. Она позволяла приводить в движение электрические заряды в проводниках, то есть создавать электрический ток. Новые открытия с использованием вольтова столба непрерывно следовали одно за другим в различных областях физики и химии.

Например, английский учёный сэр Гемфри Дэви в 1807 году, изучая электролиз расплавов гидроксидов натрия и калия, получил металлический натрий и калий. Ранее, в 1801году, он же открыл электрическую дугу, хотя русские считают её первооткрывателем Василия Владимировича Петрова. Петров в 1802 году описал не только саму дугу, но и возможности её практического применения для целей плавки, сварки металлов и восстановления их из руд, а также освещения.

Слева направо: Майкл Фарадей, Вильгельм Эдуард Вебер, Петер Барлоу, Джозеф Генри, Джеймс Кларк Максвелл

Но самое важное открытие совершил датский физик Ханс Кристиан Эрстед: 21 апреля 1820 года во время демонстрации опытов на лекции он заметил отклонение стрелки магнитного компаса при включении и отключении электрического тока, протекающего через проводник в виде проволоки. Так впервые была подтверждена взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.

Следующий шаг сделал французский физик Андре Мари Ампер несколько месяцев спустя после знакомства с опытом Эрстеда. Любопытен ход рассуждений этого учёного, изложенных в сообщениях, направленных им одно за другим во Французскую академию наук. Сначала, наблюдая поворот стрелки компаса у проводника с током, Ампер предположил, что магнетизм Земли тоже вызван токами, обтекающими Землю в направлении с запада на восток. Отсюда им был сделан вывод, что магнитные свойства тела могут быть объяснены циркуляцией внутри него тока. Далее Ампер довольно смело заключил, что магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него, а магнитное взаимодействие обусловлено не особыми магнитными зарядами, а просто движением электрических зарядов, т. е. током.

Ампер тут же занялся экспериментальным исследованием этого взаимодействия и установил, что проводники с током, текущим в одном направлении притягиваются, а в противоположном — отталкиваются. Взаимно перпендикулярные проводники не взаимодействуют друг с другом.

Трудно удержаться, чтобы не привести открытый Ампером закон в его собственной формулировке:

«Сила взаимодействия движущихся зарядов пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, как и в законе Кулона, но, сверх того, ещё зависит от скоростей этих зарядов и направления их движения».

Очень простой электродвигатель из куска проволоки и сильного магнита, извлеченного из старого жесткого диска

Так в физике были открыты фундаментальные силы, зависящие от скоростей.

Но настоящим прорывом в науке об электричестве и магнетизме стало открытие Майклом Фарадеем явления электромагнитной индукции — возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Независимо от Фарадея явление электромагнитной индукции было также открыто Джозефом Генри в 1832 году, попутно открывшим явление самоиндукции.

Публичная демонстрация Фарадеем 29 августа 1831 года была выполнена на изобретённой им установке, состоящей из вольтова столба, выключателя, железного кольца, на котором были намотаны на противоположных сторонах две одинаковые катушки из медного провода. Одна из катушек через выключатель подключалась к батарее, к концам другой был подключён гальванометр. При включении и отключении тока гальванометр фиксировал появление тока разного направления во второй катушке.

В опытах Фарадея электрический ток, названный индукционным током, появлялся и при внесении магнита внутрь катушки или его выдвижения из катушки, нагруженной на измерительную цепь. Аналогично, ток появлялся и при внесении/выдвижении меньшей катушки с током внутрь/из большой катушки из предыдущего опыта. Причём направление индукционного тока менялось на противоположное при внесении/выдвижении магнита или малой катушки с током в соответствии с правилом, сформулированным русским учёным Эмилем Христиановичем Ленцем. в 1833 году.

На основании произведённых опытов Фарадей вывел закон для электродвижущей силы, впоследствии названный его именем.

Идеи и результаты экспериментов Фарадея были переосмыслены и обобщены другим великим соотечественником — гениальным английским физиком и математиком Джеймсом Клерком Максвеллом — в его четырёх дифференциальных уравнениях электродинамики, названных позднее уравнениями Максвелла.

Надо отметить, что в трёх из четырёх уравнений Максвелла фигурирует магнитная индукция в виде вектора магнитного поля.

Магнитная индукция. Определение

Биполярный шаговый двигатель состоит из ротора в форме постоянного магнита и статора, в котором находятся две обмотки с сердечниками, образующие электромагниты

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Она определяет, с какой силой F магнитное поле действует на заряд q, движущийся со скоростью v. Обозначается латинской буквой В (произносится как вектор Б) и сила рассчитывается по формуле:

F = q [v∙B]

где F —сила Лоренца, действующая со стороны магнитного поля на заряд q; v — скорость движения заряда; B — индукция магнитного поля; [v × B] — векторное произведение векторов v и B.

Алгебраически выражение может быть записано в виде:

F = q∙v∙B∙sin α

где α — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление вектора F перпендикулярно им обоим и направлено по правилу левой руки.

Магнитная индукция является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

В Международной системе единиц СИ магнитная индукция поля измеряется в теслах (Тл), в системе СГС — в гауссах (Гс)

1 Тл = 10⁴ Гс

С другими величинами измерения магнитной индукции, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин.

Измерительные приборы для измерения величины магнитной индукции называются тесламетрами или гауссметрами.

Магнитная индукция поля. Физика явлений

В зависимости от реакции на внешнее магнитное поле, все вещества делятся на три группы:

Динамический громкоговоритель, используемый в системных блоках настольных компьютеров; звук создается за счет перемещения звуковой катушки с током в магнитном поле постоянного магнита; катушка соединена с диффузором, который преобразует ее колебания в звуковые колебания воздуха

• Диамагнетики
• Парамагнетики
• Ферромагнетики

Термины диамагнетизм и парамагнетизм были введены Фарадеем в 1845 году. Для количественной оценки этих реакций введено понятие магнитной проницаемости. В системе СИ введена абсолютная магнитная проницаемость, измеряемая в Гн/м, и относительная безразмерная магнитная проницаемость, равная отношению проницаемости данной среды к проницаемости вакуума. У диамагнетиков относительная магнитная проницаемость несколько меньше единицы, у парамагнетиков — несколько больше единицы. У ферромагнетиков магнитная проницаемость значительно больше единицы и носит нелинейный характер.

Явление диамагнетизма заключается в способности вещества противодействовать воздействию внешнего магнитного поля за счёт намагничивания против его направления. То есть, диамагнетики отталкиваются магнитным полем. При этом атомы, молекулы или ионы диамагнетика приобретают магнитный момент, направленный против внешнего поля.

Явление парамагнетизма заключается в способности вещества намагничиваться при воздействии внешнего магнитного поля. В отличие от диамагнетиков, парамагнетики втягиваются магнитным полем. При этом атомы, молекулы или ионы парамагнетика приобретают магнитный момент в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля. При снятии поля парамагнетики не сохраняют намагниченность.

Визуализация информации на карте с магнитной полосой с помощью магнитной пленки-визуализатора и магнитного тонера для лазерного принтера

Явление ферромагнетизма заключается в способности вещества спонтанно намагничиваться при отсутствии внешнего магнитного поля или намагничиваться под воздействием внешнего магнитного поля и сохранять намагниченность при снятии поля. При этом большинство магнитных моментов атомов, молекул или ионов параллельны друг другу. Такой порядок сохраняется до температур, ниже определённой критической, называемой точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри для данного вещества, ферромагнетики превращаются в парамагнетики.

Магнитная проницаемость сверхпроводников равна нулю.

Абсолютная магнитная проницаемость воздуха приблизительно равна магнитной проницаемости вакуума и в технических расчётах принимается равной 4π• 10 ⁻⁷ Гн/м

Особенности поведения магнитного поля в диамагнетиках

Как указывалось выше, диамагнитные материалы создают индуцированное магнитное поле, направленное против внешнего магнитного поля. Диамагнетизм является квантово-механическим эффектом, присущим всем веществам. В парамагнетиках и ферромагнетиках он нивелируется за счёт иных, более сильных, эффектов.

Левитация пиролитического углерода в магнитном поле неодимовых магнитов

К диамагнетикам относятся, например, такие вещества, как инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор и пиролитический углерод; некоторые металлы — висмут, цинк, медь, золото, серебро. Многие другие неорганические и органические соединения также являются диамагнетиками, в том числе и вода.

В неоднородном магнитном поле диамагнетики смещаются в область более слабого поля. Магнитные силовые линии как бы выталкиваются диамагнитными материалами за пределы тела. На этом свойстве построено явление диамагнитной левитации. В достаточно сильном магнитном поле, создаваемом современными магнитами, возможна левитация не только различных диамагнетиков, но и мелких живых существ, состоящих в основном из воды.

Магнит падает в алюминиевом желобе очень медленно в связи с тем, что в алюминии образуется тормозящее магнитное поле

Учёным из Университета Нимингена, Нидерланды, удался опыт по подвешиванию в воздухе лягушки в поле с магнитной индукцией порядка 16 Тл, а исследователям из лаборатории НАСА, использовавшим магнит на сверхпроводниках — левитация мыши, которая, как биологический объект, гораздо ближе к человеку, чем лягушка.

Все проводники проявляют диамагнетизм под действием переменного магнитного поля.

Суть явления состоит в том, что под действием переменного магнитного поля в проводниках индуцируются вихревые токи — токи Фуко — направленные против действия внешнего магнитного поля.

Особенности поведения магнитного поля в парамагнетиках

Колебания магнитного маятника полностью затухают после одного качка над алюминиевой поверхностью из-за тормозящего эффекта

Совершенно иным является взаимодействие магнитного поля с парамагнетиками. Поскольку атомы, молекулы или ионы парамагнетиков обладают собственным магнитным моментом, они выстраиваются в направлении внешнего магнитного поля. Тем самым создаётся результирующее магнитное поле, превышающее исходное поле.

К парамагнетикам относятся алюминий, платина, щелочные и щелочноземельные металлы литий, цезий, натрий, магний, вольфрам, а также сплавы этих металлов. Парамагнетиками также являются кислород, оксид азота, оксид марганца, хлорное железо и многие другие химические соединения.

Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, их магнитная проницаемость чуть больше единицы. В неоднородном магнитном поле парамагнетики втягиваются в область более сильного поля. В отсутствие магнитного поля парамагнетики не сохраняют намагниченность, поскольку из-за теплового движения собственные магнитные моменты их атомов, молекул или ионов направлены хаотично.

Особенности поведения магнитного поля в ферромагнетиках

Ферромагнитная жидкость в магнитном поле; ферромагнитная жидкость представляет собой коллоидную систему, состоящую из ферромагнитных или ферримагнитных частицы в органическом растворителе

Благодаря присущему им свойству самопроизвольно намагничиваться, ферромагнетики образуют природные магниты, которые известные человечеству с глубокой древности. Магнитам приписывались магические свойства, их использовали в различных религиозных ритуалах и даже при постройке зданий. Первый прообраз компаса, изобретённый китайцами во втором–первом веках до нашей эры, пытливые пращуры-первооткрыватели использовали для возведения домов согласно правилам фэн-шуй. Использование компаса как средства навигации началось уже в 11 веке для путешествий через пустыни по Великому Шёлковому пути. Позднее применение компаса в морском деле сыграло значительную роль в развитии мореплавания, открытия новых земель и освоения новых морских торговых путей.

Ферромагнитная жидкость

Ферромагнетизм является проявлением квантово-механических свойств электронов, обладающих спином, т.е. собственным дипольным магнитным моментом. Проще говоря, электроны ведут себя подобно крошечным магнитикам. На каждой заполненной электронной оболочке атома может находиться только парное число электронов с противоположными спинами, т.е. магнитное поле таких электронов направлено в противоположные стороны. Из-за этого у атомов, имеющих парное число электронов, общий магнитный момент равен нулю, поэтому ферромагнетиками являются только атомы с незаполненной внешней оболочкой, имеющие непарное число электронов.

К ферромагнетикам относятся металлы переходных групп (железо, медь, никель) и редкоземельные металлы (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий и эрбий), а также сплавы этих металлов. Ферромагнетиками являются и сплавы вышеперечисленных элементов с неферромагнитными материалами; сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами, а также некоторые из металлов группы актиноидов.

В накопителях на жестких магнитных дисках поверхность дисков покрыта тонким слоем ферромагнитного материала

Ферромагнетики имеют значение магнитной проницаемости намного больше единицы; зависимость их намагничивания под действием внешнего магнитного поля носит нелинейный характер и для них характерно проявление гистерезиса — если снять действие магнитного поля, ферромагнетики остаются намагниченными. Чтобы убрать эту остаточную намагниченность, необходимо приложить поле обратного направления.

График зависимости магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля H в ферромагнетике, называемый кривой Столетова, показывает, что при нулевой напряженности магнитного поля H = 0 магнитная проницаемость имеет небольшое значение μ₀; затем, по мере роста напряженности, магнитная проницаемость быстро растет до максимума μ_max, затем медленно падает до нуля.

Пионером исследования свойств ферромагнетиков был русский физик и химик Александр Столетов. Ныне кривая зависимости магнитной проницаемости от напряжённости магнитного поля носит его имя.

Современные ферромагнитные материалы находят широкое применение в науке и технике: многие технологии и приборы основаны на их использовании и на использовании явления магнитной индукции. Например, в вычислительной технике: первые поколения ЭВМ имели память на ферритовых сердечниках, информация хранилась на магнитных лентах, гибких дискетах и жёстких дисках. Впрочем, последние используются в компьютерах до сих пор и выпускаются сотнями миллионов штук в год.

Применение магнитной индукции в электротехнике и электронике

Память на ферритовых сердечниках диаметром около 1 мм использовалась в компьютерах до середины семидесятых годов прошлого века; одно кольцо использовалось для запоминания одного бита информации; объем этой части матрицы памяти размером около 8×8 см — 1024 (32×32) ферритовых кольца, в которых может храниться 1024 бита, или 1 Кбит информации

В современном мире существует множество примеров использования магнитной индукции поля, в первую очередь в силовой электротехнике: в генераторах электричества, трансформаторах напряжения, в разнообразных электромагнитных приводах различных устройств, инструментов и механизмов, в измерительной технике и в науке, в различных физических установках для проведения экспериментов, а также в средствах электрической защиты и аварийного отключения.

Электродвигатели, генераторы и трансформаторы

Английским физиком и математиком Питером Барлоу в 1824 году был описан изобретённый им униполярный двигатель, ставший прообразом современных электродвигателей постоянного тока. Изобретение ценно также тем, что было сделано задолго до открытия явления электромагнитной индукции.

Ныне практически во всех электродвигателях используется сила Ампера, которая действует на контур с током в магнитном поле, заставляя его двигаться.

Ещё Фарадеем для демонстрации явления магнитной индукции в 1831 году была создана экспериментальная установка, важной частью которой было устройство, ныне известное как тороидальный трансформатор. Принцип действия трансформатора Фарадея и сейчас используется во всех современных трансформаторах напряжения и тока вне зависимости от мощности, конструкции и сферы применения.

Мощные электродвигатели насосной станции в Торонто, Онтарио

Помимо этого Фарадей научно обосновал и доказал экспериментально возможность преобразования механического движения в электричество с помощью изобретённого им униполярного генератора постоянного тока, ставшего прототипом всех генераторов постоянного тока.

Этот мотор-генератор из экспозиции Канадского музея науки и техники в Оттаве использовался на электростанции в Ниагара-Фоллз, шт. Нью-Йорк

Первый генератор переменного тока был создан французским изобретателем Ипполитом Пикси в 1832 году. Позднее, по предложению Ампера, он был дополнен коммутационным устройством, которое позволяло получать пульсирующий постоянный ток.

В основе практически всех генераторов электроэнергии, использующих принцип магнитной индукции, лежит возникновение электродвижущей силы в замкнутом контуре, который находится в изменяющемся магнитном поле. При этом либо магнитный ротор вращается относительно неподвижных катушек статора в генераторах переменного тока, либо обмотки ротора вращаются относительно неподвижных магнитов статора (ярма) в генераторах постоянного тока.

Самый мощный генератор в мире, построенный в 2013 году для АЭС «Тайшань» китайской компанией DongFang Electric, может вырабатывать мощность 1750 МВт.

Помимо генераторов и электродвигателей традиционного типа, связанных с преобразованием механической энергии в электрическую энергию и обратно, существуют так называемые магнитогидродинамические генераторы и двигатели, работающие на ином принципе.

Реле и электромагниты

При подаче напряжения на обмотку реле его якорь притягивается к сердечнику и контакты замыкаются (2)

Изобретённый американским учёным Дж. Генри электромагнит стал первым исполнительным механизмом на электричестве и предшественником всем знакомого электрического звонка. Позднее на его основе Генри создал электромагнитное реле, которое стало первым автоматическим коммутационным устройством, имеющим бинарное состояние.

Работа реле

Это реле Морзе из экспозиции Военного музея связи и электроники в Кингстоне, Онтарио, использовалось в ранних телеграфных станциях, где сигналы воспринимались на слух и записывались телеграфистом на бумагу

Слаботочное реле Генри стало также предпосылкой создания телеграфа, использовавшего простую в технической реализации кодировку Морзе: для передачи точки применялось короткое замыкание контактов ключа на передающей стороне, а для передачи тире — более длительное замыкание. Реле на приёмной стороне под действием протекающего тока, в свою очередь, замыкало контакты более мощного электромагнита, который опускал графитовый стержень на движущуюся бумажную ленту, записывая таким образом передаваемый сигнал. Подъём грифеля над лентой осуществлялся автоматически за счёт механической пружины. В более ранних конструкциях ленты не было и сигналы воспринимались на слух и записывались на бумагу вручную.

Динамический микрофон Shure, используемый в видеостудии TranslatorsCafe.com

При передаче телеграфного сигнала на большие расстояния реле использовались в качестве усилителей постоянного тока, коммутируя подключение внешних батарей промежуточных станций для дальнейшей передачи сигнала.

Динамические головки и микрофоны

В современной аудиотехнике широко применяются электромагнитные динамики, звук в которых появляется из-за взаимодействия подвижной катушки, прикрепленной к диффузору, через которую протекает ток звуковой частоты, с магнитным полем в зазоре неподвижного постоянного магнита. В результате катушка вместе с диффузором движутся и создают звуковые волны.

В динамических микрофонах используется та же конструкция, что и в динамической головке, однако в микрофоне, наоборот, колеблющаяся под воздействием акустического сигнала подвижная катушка с мини-диффузором в зазоре неподвижного постоянного магнита генерирует электрический сигнал звуковой частоты.

Измерительные приборы и датчики

Несмотря на обилие современных цифровых измерительных приборов, в технике измерений до сих пор используются приборы магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического, ферродинамического и индукционного типов.

Во всех системах вышеперечисленных типов используется принцип взаимодействия магнитных полей либо постоянного магнита с полем катушки с током, либо ферромагнитного сердечника с полями катушек с током, либо магнитных полей катушек с током.

За счёт относительной инерционности таких систем измерений, они применимы для измерений средних значений переменных величин.

Автор статьи: Сергей Акишкин

Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Физика — 9

2.3

Известно, что действие электрического поля на электрический заряд, помещенный в это поле, определяется напряженностью электрического поля. Напряженность электрического поля — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля, равна силе, действующей на единичный положительный заряд. Магнитное поле также действует на магнит, помещенный в это поле, значит, у него тоже имеется силовая характеристика.

Исследованние

1

Определим направление силы действия магнитного поля

Оборудование: полосовой магнит, маленькие магнитные стрелки (6-8 штук), деревянные опоры.
Ход исследования:

1. Поместите полосовой магнит на деревянные опоры (обратите внимание, чтобы рядом не было железных изделий). Поместите магнитные стрелки в разных точках магнитного поля полосового магнита.
2. Изобразите на рабочем листке прерывистой линией положения магнитных стрелок, полученных под действием магнитного поля (a).

Обсудите результат:

• Какая закономерность наблюдается в положении магнитных стрелок, полученных в магнитном поле полосового магнита?
• Какие имеются предположения о направлении силы действия магнитного поля?

Силовая характеристика магнитного поля. Условно за силовую характеристику магнитного поля была принята индукция магнитного поля (или магнитная индукция). Она обозначается буквой и характеризует воздействие на магнит (или тело с магнитными свойствами), помещенный в данное магнитное поле. Магнитная индукция является векторной физической величиной.

• Направление вектора индукции магнитного поля — направление северного полюса магнитной стрелки, помещенной в данной точке магнитного поля.

Линии магнитной индукции. Как вы знаете, магнитное поле невидимо, однако его картину можно смоделировать при помощи линий магнитной индукции (или силовыми линиями магнитного поля):

• Линии магнитной индукции — это такие линии магнитного поля, касательные к каждой точке которых совпадают с направлением вектора магнитной индукции в данной точке (b).

Цепочки из магнитных стрелок вокруг магнита отображают форму линий магнитной индукции. Линии магнитной индукции выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс.

Магнитная индукция | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Магнетизм

Наблюдения за магнитными явлениями в природе, в лаборатории, на производстве по­казывают, что действие магнитного поля на различные объекты может быть различным.

Если магнитное поле лабораторного элект­ромагнита может удерживать груз массой 1—2 кг, то в промышленных электромаг­нитах эта масса составляет несколько тонн.

Магнитное поле Земли слабо действует на магнитную стрелку компаса, поэтому ее приходится устанавливать на специальных подшипниках. Если же к компасу поднести электромагнит, в обмотках которого про­ходит электрический ток, то действие на стрелку будет значительно сильнее.

Интенсивность магнитного вза­имодействия может быть раз­личной.

По-разному взаимодействуют и парал­лельные проводники с током. Сила взаи­модействия этих проводников будет изменяться, если изменять силу тока в них, рас­стояние между ними, среду, в которой они находятся.

Во всех таких и подобных случаях говорят о поле «слабом» или «сильном». Если для характеристики силового действия электри­ческого поля на электрически заряженное тело используется напряженность, то для магнитного поля —

магнитная индукция. По­скольку магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля, она явля­ется векторной величиной. Для определения направления магнитной индукции сначала воспользуемся магнитной стрелкой, наса­женной на тонкое острие, для уменьшения силы трения. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 6.4. Продольная ось магнитной стрелки, которая находится в центре вит­ка с током, перпендикулярна его плос­кости

Исследуем с помощью такого устройства магнитное поле проволочного витка, по ко­торому проходит ток. Поднося стрелку к витку с различных сторон, заметим, что она все время изменяет свою ориентацию в пространстве, поворачиваясь к витку одним из своих концов. Самым сильным действие магнитного поля витка будет тогда, когда стрелка будет находиться в его центре (рис. 6.4). В этом случае продольная ось магнитной стрелки будет перпендикулярной плоскости витка. Направление, которое ука­зывает магнитная стрелка своим северным полюсом, считается направлением магнит­ной индукции поля. Таким образом, маг­нитная индукция витка или прямоугольной рамки с током имеет максимальное зна­чение в центре витка или рамки.

Как физическая величина магнитная индукция обозначается буквой B̅.

Магнитная индукция — это си­ловая характеристика магнит­ного поля.

На этой странице материал по темам:

• Почему магнитная индукция считается силовой характеристикой магнитного поля

• Электродинамические величины

• Магнитная индукция доклад

• Доклад индукция магнитного поля

• Доклад по химии тема магнитная индукция

Вопросы по этому материалу:

• Почему магнитная индукция считается силовой характерис­тикой магнитного поля?

• Что общего и отличного между напряженностью электричес­кого поля и магнитной индукцией магнитного поля?

Использование рабочих листов на уроке «Индукция магнитного поля» в 9-м классе

Цель урока: ввести понятие индукции магнитного поля.

Задачи:

1) образовательные:

— сформировать метод нахождения модуля вектора магнитной индукции однородного магнитного поля;

— ввести единицу магнитной индукции;
— сформировать представления о направлении вектора магнитной индукции и графическом изображении магнитных полей.

2) развивающие:

— установить взаимосвязь теории и эксперимента при изучении явлений;
— дальнейшее развитие умений, навыков сопоставлять, анализировать;
— поддерживать интерес к предмету при постановке опытов.

3) воспитательные: воспитание чувства коммуникабельности, доброжелательности, умения слушать и слышать друг друга.

Приобретаемые навыки детей:

сравнивать результаты опытов, наблюдать и объяснять физические явления, анализировать, обобщать, делать выводы, решать задачи, развивать устную речь.

Оборудование: кодоскоп, осциллограф, полосовой магнит, два разных магнита, железные опилки, индикатор индукции магнитного поля, видеофрагмент, рабочие листы. (Приложение 1)

План-конспект

Урок сопровождается показом компьютерной презентации. (Приложение 4)

I. Организационный момент

Тема урока, цель урока, готовность к уроку.

II. Актуализация

— Чем обусловлено существование магнитного поля?
— Что такое магнитные линии?

— Какое магнитное поле называют однородным?

III.Повторение

Фронтальный опрос.

— Как читается правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током?

— Какое правило устанавливает связь между направлением тока и направлением его магнитных линий?

— Определите направление силы на Рисунке №1.

— Что еще можно определить по правилу левой руки?

— С помощью осциллографа проиллюстрировать правило левой руки для заряженной частицы (осциллограф, магнит).

— Сформулируйте задачу для каждого случая взаимодействия магнитного поля с током и решите ее. (Рисунки №2, №3, №4.)

(Рисунки удобно проецировать на классную доску. На кодопозитиве рисуется повторяющаяся часть чертежей, а вариативная часть дополняется мелом на доске.)

Пример:

 

 

IV. Изучение нового материала

В процессе изучения нового материала учащиеся заполняют рабочие листы. Текст, помещаемый в рабочие листы, выделен полужирным курсивом. (Приложение 2)

1) Введение физической величины [5]

Проблемный опыт. Два разных по силе действия магнита, железные опилки, листы. (Лучше использовать маленький магнит с большей по величине силой, а большой магнит — с меньшей.)

— Какое магнитное поле сильнее?

— Как вы это определили?

Вывод 1. Необходима физическая величина, которая характеризовала бы магнитное поле. Она нужна для описания магнитных полей.

Физическая величина, характеризующая магнитное поле называется индукцией магнитного поля или магнитной индукцией. Обозначается   – вектор магнитной индукции. Векторная величина имеет модуль и направление.

2) Модуль вектора магнитной индукции (В)

Вы знаете, что магнитное поле действует с некоторой силой на проводник с током, помещенный в него. От чего же зависит эта сила?

В учебнике на странице 154 вы сможете найти ответ на этот вопрос. [1]

Эта сила зависит от:

— самого поля,
— длины проводника,
— силы тока в нем.

Но отношение F/Il величина постоянная и может служить количественной характеристикой магнитного поля, она и принимается за модуль вектора магнитной индукции.

Модуль вектора магнитной индукции В равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине l.

Границы применимости: формула справедлива для однородного магнитного поля.

В СИ единица магнитной индукции названа в честь югославского электротехника Николы Тесла (Тл — тесла).

=1Тл=1Н/(А. м)

Пример. Модуль вектора магнитной индукции Земли равен 0, 00005 Тл.

(В_Земли= 0,00005 Тл)

3) Направление вектора магнитной индукции ()

Магнитные линии точнее будем называть линиями магнитной индукции (или линиями вектора магнитной индукции).

Определение. Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитных стрелок в магнитном поле.

Вектор  направлен по касательной к линии магнитной индукции.

Изобразите в рабочих листах в Задании №3 направление векторов магнитной индукции в указанных точках на рисунке с использованием правила левой руки.

Проверьте правильность выполнения задания.

Демонстрация. Индикатор индукции магнитного поля. [4]

Прибор для измерения магнитной индукции называется индикатор индукции магнитного поля.

Вывод 2: вектор магнитной индукции — силовая характеристика магнитного поля.

4) Виды магнитных полей

Дадим более точное определение однородного и неоднородного магнитных полей с использованием введенной физической величины. Прочтите на странице 156-157 учебника.

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова.

Проверка понимания прочитанного материала (на магнитной доске рисунки магнитных полей, 5 стрелок различной длины на магнитах).

— Какие поля изображены на Рисунках №6, №7, №8?

— Расположите в рабочих листах в Задании №4 векторы магнитной индукции в магнитном поле в указанных точках. (Один ученик выполняет задание на закрытой магнитной доске.)

Вывод 3. Чем больше модуль магнитной индукции в данной точке поля, тем с большей силой будет действовать магнитное поле на движущиеся заряды.

V. Закрепление

Фронтальный опрос.

1. От чего зависит модуль вектора магнитной индукции?

2. Как его можно вычислить?

3. В магнитное поле с индукцией В поместили проводник с током. Через некоторое время силу тока в проводнике увеличили в 3 раза. Изменилась ли при этом индукция В магнитного поля, в которое был помещен проводник? Сопровождалось ли уменьшение силы тока изменением какой-либо другой физической величиной? Если да, то что это за величина и как она изменилась?

Решение задач

№1 (фронтально). По проводнику длиной 45 см протекает ток силой 20А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещен проводник, если на проводник действует сила 9 мН? (Ответ: 1 мТл)

№2 (самостоятельно). Определите модуль силы, действующей на проводник длиной 20 см при силе тока 10А в магнитном поле с индукцией 0,13 Тл. (Ответ: 0,26 Н)

№3 (самостоятельно). В однородном магнитном поле с индукцией 0,82 Тл расположен проводник длиной 1,28 м. Определите силу, действующую на проводник, если сила тока в нем равна 18А. (Ответ: 19 Н)

VI. Проверка знаний

Приложение 3 [2], [3]

VII. Подведение итогов урока

Теперь вы знаете ответы на следующие вопросы (при ответах можно использовать рабочие листы).

— Как называется характеристика магнитного поля?
— Как определить модуль вектора магнитной индукции?
— Как называется единица измерения магнитной индукции?
— Как направлен вектор индукции магнитного поля?
— Что называют линиями магнитной индукции?

VIII. Дополнительный материал (Видеофрагмент о Никола Тесла.)

IX. Домашнее задание

1. Прочитать и выучить материал §47.
2. Выполнить упражнение 37.
3. Ответить на вопрос: почему два параллельных проводника, по которым текут токи в одном направлении, притягиваются, а два параллельных катодных пучка (пучки электронов) отталкиваются?

Список литературы

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник; Физика, 9-й класс; Москва, Дрофа, 2007.
2. А.Е. Марон, Е.А. Марон; Физика. Дидактические материалы, 9-й класс; Москва, Дрофа, 2005.
3. А.П. Рымкевич; Задачник; Физика 10-11-й классы; Москва, Дрофа, 2005.
4. Н.М. Шахмаев, В.Ф. Шилов; Физический эксперимент в средней школе; Москва, Просвещение, 1989.
5. Ю.А. Сауров, Г.А. Бутырский; Электродинамика. Модели уроков; Москва, Просвещение, 1992.

Магнитная индукция. Определение и описание явления.

     Магнитная индукция (обозначается символом В) – главная характеристика магнитного поля; которая определяется силой, воздействующей на перемещающийся электрический заряд (ток) в магнитном поле, направленной в перпендикулярном направлении скорости движения. 

     Магнитная индукция определяется способностью влиять на объект с помощью магнитного поля. Эта способность проявляется при помещении металлического стержня в катушке, по которой течет электрический ток, при этом ее магнитный поток увеличивается в несколько раз. Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру. Отдельные его кристаллы, ввиду того, что внутри них происходит перемещение электронов, т. е. имеются электрические токи, характеризующиеся качеством магнитов. В обычном состоянии данные магниты расположены хаотично. Их поля под взаимным воздействием друг на друга нейтрализуются, и металл без воздействия не имеет магнитных качеств.

     При помещении металла в магнитное поле частицы оборачиваются на определенный угол и размещаются по силовым линиям магнитного поля. Чем выше сила магнитного поля, тем большее количество магнитов оборачивается, и тем более однородным будет являться их расположение. Поля магнитов, ориентированных в одном направлении, не нейтрализуют друг друга, а складываются, формируя дополнительные силовые линии.

 

     Магнитный поток, формируемый элементарными частицами металла, во много раз превосходит значение основного магнитного потока, созданного катушкой; поэтому магнитный поток катушки при помещении железного сердечника увеличивается в несколько раз.

     При постепенном увеличении электрического тока, протекающего по виткам катушки, магнитный поток в сердечнике будет также увеличиваться, пока все частицы не обернуться в направлении силовых линий магнитного поля. При этом нарастание магнитного потока прекратится. Данное состояние металлического сердечника принято называть насыщением. Качеством увеличивать магнитный поток за счет поля катушки могут многие металлы – железо, кобальт, никель, но у железа – имеет наибольшую величину. Сильными магнитными свойствами обладают также некоторые сплавы. 

     Магнитная индукция определяет числом силовых линий, проходящих через 1 см2 сечения металла. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тесла (Тл). Магнитометры, используемые для ее измерения, называют тесламетрами.

     После прекращения движение электронов в катушке сердечник, если он выполнен из мягкого железа, теряет магнитные качества. Если он изготовлен из стали, то он имеет способность некоторое время сохранять свои магнитные свойства.

Источник

Наведенный ток> Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

EM.2 (1) — Эксперимент Фарадея по электромагнитной индукции

В этой демонстрации используются индукционная катушка и лекционный гальванометр. Погруженный в катушку стержневой магнит создает в катушке электрический ток, который отображается на гальванометре. Когда магнит удаляется, возникает ток в противоположном направлении.Прогиб стрелки гальванометра хорошо виден всем классом.

Эксперимент Фарадея теперь проводится с одной петлей вместо катушки с проволокой. Прогиб гальванометра в этом случае намного меньше. Это также можно сделать с увеличивающимся числом петель, чтобы показать его зависимость от числа петель.

Верх

EM.2 (2) — Индукционные рельсы

К лекционному гальванометру подключаются две токопроводящие шины.Рельсы размещены вокруг магнитного поля большого подковообразного магнита. Когда проводник быстро скользит по рельсам, разрезая магнитное поле, индуцируется ЭДС. На индуцированную ЭДС указывает отклонение стрелки гальванометра. Переместите стержень в противоположном направлении, и стрелка гальванометра отклонится в противоположном направлении. Индуцированный ток направлен в таком направлении, чтобы создать магнитный поток, который противодействует изменению магнитного поля, вызванному скольжением проводника.

Верх

EM.2 (3) — Катушки с токовой связью

Две индукционные катушки соединены длинными проводами и расположены далеко друг от друга в аудитории. Рядом с ними расположены высокие стойки, так что стержневые магниты на пружинах колеблются в них. Когда один магнит настроен на колебание, индуцированный ток заставляет колебаться и другой.

Верх

ЭМ.2 (4) — Индуцированный ток — две катушки

Одна индукционная катушка подключена к лекционным гальванометрам, как в EM.2 (2), а другая — к источнику постоянного тока и переключателю. Одна катушка установлена ​​поверх другой, но они не подключены. Включите блок питания. Когда переключатель разомкнут или замкнут, ток, наведенный в другой катушке, будет отображаться на гальванометре.

Стальной сердечник, установленный через обе катушки, усилит эффект.

Верх

ЭМ.2 (5) — Эксперимент с прыгающим кольцом

Индукционная катушка с очень длинным железным сердечником поддерживается вертикально, при этом часть стального сердечника выдвигается вверх. Сплошное металлическое кольцо установлено вокруг железного сердечника над катушкой. Индукционная катушка подключена к источнику переменного тока. Когда на катушку подается переменный ток, металлическое кольцо подбрасывается вверх в воздух. Попробуйте с разрезным кольцом, и ничего не произойдет.

Ток, наведенный в металлическом кольце, создает магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому индукционной катушкой.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (6) — Погружная лампа

Используется та же установка, что и EM.2 (5), но теперь с опущенным железным сердечником, так что стакан может быть помещен поверх змеевика. Внутри стакана находится небольшой моток проволоки с небольшой лампочкой посередине. Когда на индукционную катушку подаётся переменная ЭДС, загорается фонарик.Наполните стакан водой, и он снова загорится при подаче переменного тока ЭДС.

Верх

EM.2 (7) — Магнитный фонарик

При встряхивании фонарика в течение 1 минуты будет светиться 1-2 часа. Внутри него две катушки, которые могут легко увидеть наблюдатели. Эта демонстрация демонстрирует принципы закона Ленца.

Верх

ЭМ.2 (8) — Электромагнитное демпфирование

Индукционная катушка укладывается на бок и поддерживается так, чтобы стальной сердечник располагался горизонтально. Железный сердечник может выступать из катушки примерно на половину своей длины. Опорный стержень, прикрепленный к торцевой пластине индукционной катушки, удерживает медное или алюминиевое кольцо на сердечнике магнита с помощью шнура. Кольцо свободно висит вокруг сердечника. Катушка подключается к батарее 6 В или источнику постоянного тока через переключатель. Быстро замкните выключатель.Кольцо внезапно вытолкнется наружу, а затем медленно вернется в вертикальное положение без колебаний. Откройте переключатель, и кольцо сначала повернется к катушке, а затем начнет колебаться в своем свободном положении.

Когда переключатель замкнут, ток, наведенный в кольце, создает противоположное поле, которое, взаимодействуя с полем, создаваемым током в индукционной катушке, замедляет движение кольца. Энергия, передаваемая движением кольца, поглощается индуцированным током в кольце, таким образом обеспечивая превосходную демонстрацию электромагнитного затухания.Когда переключатель разомкнут, магнитное поле почти отсутствует и затухание не происходит.

Генератор с ручным заводом, подключенный к электрической лампочке, также является полезной демонстрацией закона Ленца, поскольку доброволец может проверить, что намного легче повернуть, когда в цепи нет нагрузки, т.е. отключен.

Верх

EM.2 (9) — Индукционная искровая катушка

Этот эксперимент демонстрирует электромагнитную индукцию: повторяющиеся обрывы первичного тока вызывают импульсы высокого напряжения на вторичных выводах.Это визуально наблюдается по возникающим искрам между этими выводами (расположенными наверху индукционной катушки). Аппарат подключен к источнику постоянного тока (напряжение ~ 7В, ток ~ 2А).

Включите устройство, убедившись, что вибратор расположен далеко от основного вывода. Медленно поверните ручку, чтобы переместить вибратор в сторону вывода, пока первый не начнет вибрировать и искры не начнут прыгать через вторичные выводы.

Верх

ЭМ.2 (10) — Индукционная трубка

Цель этого эксперимента — продемонстрировать реализацию индукционного тока. К усилителю подключается трубка длиной примерно три фута с одинаково расположенными, плотно связанными катушками. Каждый набор катушек подключается к предыдущему набору, в конце концов, сходясь к месту подключения выводов. Индуцированный ток, собранный с катушек, передается от места подключения выводов к усилителю, где сигнал проявляется на слух через три пятидюймовых динамика.Сигнал может быть довольно низким, поэтому рекомендуется установить усилитель на максимальную громкость.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (11) — Петля индукционного проводника

Цель этого эксперимента — показать, что напряжение (то есть ток) будет индуцироваться вокруг контура, когда магнитный поток, проходящий через контур, изменяется со временем. Величина наведенного напряжения зависит от количества витков в проводящей петле.В этом эксперименте есть три варианта. Чтобы увидеть изменение наведенного напряжения, воспользуемся проекционным измерителем. Чтобы максимизировать отклонение вольтметра, перемещайте петлю рукой вместо встроенного двигателя. (ПРИМЕЧАНИЕ: индуцированное напряжение вызывает небольшое отклонение вольтметра, чтобы произвести впечатление на ученика, вы можете переключиться в режим тока, который максимизирует отклонение проекционного измерителя).

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (12) — Радиомодуль с двумя катушками индуктивности

Этот эксперимент с использованием двух наборов туго намотанных катушек предназначен для демонстрации того, как ток / напряжение могут передаваться от приемника к динамику с помощью магнитной индукции. Установка состоит из приемника, подключенного к DVD-плееру, который обеспечивает передачу музыки. Приемник подключен к одному набору катушек, набору A, который обеспечивает зависящее от времени магнитное поле, необходимое для возникновения магнитной индукции.Второй набор катушек, набор B, подключен к пятидюймовому динамику, через который будет записываться выходной сигнал DVD-плеера. По мере приближения наборов A и B друг к другу магнитный поток будет увеличиваться в наборе B, тем самым увеличивая силу выходного сигнала, громкость. Изменение выходного сигнала относительно расстояния между наборами A и B может быть проанализировано вместе с эффектом вращения. Относительное вращение между наборами A и B изменит выходную мощность так, что при 90 градусах магнитный поток в наборе B будет равен нулю, т.е.е. нет выходного сигнала.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (13) — Динамик для бумажных стаканчиков

Динамик — это устройство, преобразующее электронный сигнал в звук. В этой демонстрации электронный сигнал преобразуется в переменный ток и проходит через провод от источника сигнала. Токовая петля из проволоки индуцирует магнитное поле, перпендикулярное проволочной петле.Это небольшое магнитное поле взаимодействует с большим магнитным полем, создаваемым при вставке большого постоянного магнита в чашку динамика. Магнитный поток создает в среде возмущение, колебания, которые генерируют звук, который мы слышим из-за присутствия воздуха.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Top

Закон Ленца

Закон Ленца
следующий: Магнитная индукция Up: Магнитная индукция Предыдущая: Закон Фарадея Мы до сих пор не уточнили, в каком направлении генерируется ЭДС. изменяющимся во времени магнитным потоком, соединяющим электрическую цепь, действует.Чтобы помогите указать это направление, нам нужно использовать правило правой руки. Предполагать что ток циркулирует по плоской петле из проводящего провода, и тем самым создает магнитное поле. Какое направление это магнитное поле, когда оно проходит через середину петли? Хорошо, если пальцы правой руки движутся в том же направлении, что и течение, затем большой палец указывает направление магнитное поле, когда оно проходит через центр петли. Это показано в Инжир.34.

Рисунок 34: Магнитное поле, создаваемое плоской токоведущей петлей.

Рассмотрим плоскую петлю из проводящего провода, соединенную магнитным поток. По соглашению, направление, в котором ток должен был бы Обтекать петлю, чтобы увеличить магнитный поток, связывающий петлю называется положительным направлением . Точно так же направление, в котором ток должен обтекать контур, чтобы уменьшить магнитный поток соединение цикла называется отрицательным направлением .Предположим, что магнитный поток, связывающий петля увеличена. В соответствии с По закону Фарадея вокруг контура возникает ЭДС. Действует ли эта ЭДС положительно? направление, так чтобы ток вокруг петли что еще больше увеличивает магнитный поток, или действует в отрицательное направление, так что ток вокруг петли, которая уменьшает магнитный поток? Экспериментально легко продемонстрировать, что ЭДС действует в отрицательном направлении. Таким образом:

ЭДС, индуцированная в электрической цепи, всегда действует в таком направлении, что ток, который он движет по цепи, противодействует изменению в магнитном потоке, который производит ЭДС.

Этот результат известен как закон Ленца , в честь русского языка девятнадцатого века. ученый Генрих Ленц, который первым ее сформулировал. Закон Фарадея в сочетании с Закон Ленца, обычно написано

(196)

Знак минус напоминает нам, что ЭДС всегда противодействует изменению. в магнитном потоке, который генерирует ЭДС.

---

следующий: Магнитная индукция Up: Магнитная индукция Предыдущая: Закон Фарадея

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Пешаварский университет

Автор (ы): Латиф-ур-Рахман, Анвар-уль-Хак Али Шах, Афзал Шах, Сайед Мухаммад Салман, Абдул Халик, январь
Год: 2022
Журнал: Biointerface Res.Прил. Chem.
Объем: 12
Выпуск: . 1
Страниц: 377-390

Автор (ы): Парвин, С., Л. Бадшах, А. Уллах, С.Г. Али, С.М. Шах, А. Заман и С. Х. Сиддики
Год: 2021
Журнал: Этноботанические исследования и приложения
Том: 22
Выпуск: 30
Страниц: 1-16
Ссылка: Скачать

Автор (ы): Аббас, К., S. Batool, SW Khan, A. Hussain, SU Din, MA Nafees, S.Ali, MA Faizi & A. Ullah
Год: 2021
Журнал: Пакистанский журнал серии научных и промышленных исследований по биологическим наукам,
Объем: 64
Выпуск: . 3
Страниц: 251-255
Ссылка: Скачать

Автор (ы): Раис Хан, Башир Хан, Абдур Рашид, Асад Уллах и Шейх Заин Ул Абидин
Год: 2021
Журнал: Microscopy Research & Technique
Том: 84
Выпуск: 12
Страниц: 1-7
Ссылка: Скачать

Автор (ы): Муджиб Ур Рахман, З.Мухаммад, Р. Уллах, В. М. Хан, А. Уллах, Т. Уллах, Х. Али, Г. Джелани и И. А. Шах
Год: 2021
Журнал: Mitteilungen Klosterneuburg
Том: 71
Выпуск: 5
Страниц: 20-40
Ссылка: Скачать

Закон Ленца — Физика Дугласского колледжа 1207

Резюме

• Рассчитайте ЭДС, ток и магнитные поля, используя закон Фарадея.
• Объясните физические результаты Закона Ленца

Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит только от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению магнитного потока Δφ . Во-вторых, ЭДС является наибольшей, когда изменение во времени Δt является наименьшим, то есть ЭДС обратно пропорциональна Δt . Наконец, если катушка имеет Н витков, будет создана ЭДС, которая в Н в раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна Н .Уравнение для ЭДС, вызванной изменением магнитного потока, равно

Это соотношение известно как закон индукции Фарадея. Обычно единицами измерения ЭДС являются вольты.

Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению магнитного потока Δφ . — это известно как закон Ленца . Направление (обозначенное знаком минус) ЭДС настолько важно, что оно названо законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри , независимо исследовал аспекты индукции.Фарадей знал о направлении, но Ленц так ясно изложил его, что ему приписывают его открытие. (См. Рисунок 1.)

Рис. 1. (a) Когда стержневой магнит вставляется в катушку, сила магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном направлению стержневого магнита, чтобы противодействовать увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации.Убедитесь сами, что направление наведенной катушки B , показанной на самом деле, противостоит изменению магнитного потока и что показанное направление тока согласуется с RHR-2.

Стратегия решения проблем закона Ленца

Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:

1. Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
2. Определите направление магнитного поля B.
3. Определите, увеличивается или уменьшается поток.
4. Теперь определите направление индуцированного магнитного поля B. Оно противодействует изменению в магнитном потоке, добавляя или вычитая из исходного поля.
5. Используйте RHR-2 для определения направления индуцированного тока I, который отвечает за индуцированное магнитное поле B.
6. Направление (или полярность) наведенной ЭДС теперь будет управлять током в этом направлении и может быть представлено как ток, выходящий из положительного вывода ЭДС и возвращающийся к ее отрицательному выводу.

Для практики примените эти шаги к ситуациям, показанным на Рисунке 1, и другим, которые являются частью следующего текстового материала.

Существует множество приложений закона индукции Фарадея, которые мы исследуем в этой и других главах. В этот момент позвольте нам упомянуть несколько, которые имеют отношение к хранению данных и магнитным полям. Очень важное приложение связано с аудио и видео , записывающими пленками . Пластиковая лента, покрытая оксидом железа, проходит мимо записывающей головки.Эта записывающая головка представляет собой круглое железное кольцо, на которое намотана катушка с проволокой — электромагнит (рис. 2). Сигнал в виде переменного входного тока от микрофона или камеры поступает на записывающую головку. Эти сигналы (которые являются функцией амплитуды и частоты сигнала) создают переменные магнитные поля на записывающей головке. Когда лента движется мимо записывающей головки, ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте изменяется, таким образом записывая сигнал.В режиме воспроизведения намагниченная лента проходит мимо другой головки, аналогичной по конструкции записывающей головке. Различная ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте индуцирует ЭДС в проволочной катушке в воспроизводящей головке. Затем этот сигнал отправляется на громкоговоритель или видеоплеер.

Рисунок 2. Головки для записи и воспроизведения, используемые с аудио- и видеомагнитными лентами. (кредит: Стив Джурветсон)

Аналогичные принципы применимы к жестким дискам компьютеров, но с гораздо большей скоростью.Здесь записи находятся на вращающемся диске с покрытием. Исторически считывающие головки создавались по принципу индукции. Однако входная информация передается в цифровой, а не аналоговой форме — на вращающемся жестком диске записывается серия нулей или единиц. Сегодня большинство считывающих устройств с жестких дисков не работают по принципу индукции, а используют технологию, известную как гигантское магнитосопротивление . (Открытие того, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке из железа и хрома могут вызывать гораздо большие изменения электрического сопротивления, было одним из первых крупных успехов нанотехнологии.Еще одно применение индукции можно найти на магнитной полосе на обратной стороне вашей личной кредитной карты, которая используется в продуктовом магазине или банкомате. Это работает по тому же принципу, что и аудио- или видеолента, упомянутая в последнем абзаце, в которой голова считывает личную информацию с вашей карты.

Другое применение электромагнитной индукции — это когда электрические сигналы должны передаваться через барьер. Рассмотрим кохлеарный имплант , показанный ниже. Звук улавливается микрофоном на внешней стороне черепа и используется для создания переменного магнитного поля.Ток индуцируется в приемнике, закрепленном в кости под кожей, и передается на электроды во внутреннем ухе. Электромагнитная индукция может использоваться и в других случаях, когда электрические сигналы должны передаваться через различные среды.

Рисунок 3. Электромагнитная индукция, используемая при передаче электрического тока через среды. Устройство на голове ребенка индуцирует электрический ток в приемнике, закрепленном в кости под кожей. (кредит: Бьорн Кнетч)

Еще одна современная область исследований, в которой успешно применяется (и с большим потенциалом) электромагнитная индукция, — это транскраниальное магнитное моделирование.Множество расстройств, включая депрессию и галлюцинации, можно объяснить нерегулярной локальной электрической активностью в головном мозге. В транскраниальной магнитной стимуляции быстро меняющееся и очень локализованное магнитное поле помещается рядом с определенными участками, идентифицированными в головном мозге. В идентифицированных участках индуцируются слабые электрические токи, которые могут привести к восстановлению электрических функций в тканях мозга.

Апноэ сна («остановка дыхания») поражает как взрослых, так и младенцев (особенно недоношенных детей, и это может быть причиной внезапной детской смерти [SID]).У таких людей дыхание может многократно останавливаться во время сна. Прекращение действия более чем на 20 секунд может быть очень опасным. Инсульт, сердечная недостаточность и усталость — вот лишь некоторые из возможных последствий для человека, страдающего апноэ во сне. У младенцев проблема заключается в задержке дыхания на это более длительное время. В одном из типов мониторов, предупреждающих родителей о том, что ребенок не дышит, используется электромагнитная индукция. Проволока, намотанная вокруг груди младенца, пропускает через нее переменный ток. Расширение и сжатие грудной клетки младенца во время дыхания изменяет площадь спирали.В расположенной рядом катушке датчика индуцируется переменный ток из-за изменяющегося магнитного поля исходного провода. Если ребенок перестанет дышать, наведенный ток изменится, и родители могут быть предупреждены.

Установление соединений: сохранение энергии

Закон Ленца является проявлением сохранения энергии. Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может входить или уходить, но не мгновенно.Закон Ленца — следствие. Когда изменение начинается, закон гласит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. Фактически, если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, была бы положительная обратная связь, которая не давала бы нам бесплатную энергию из любого видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

Пример 1: Расчет ЭДС: насколько велика индуцированная ЭДС?

Рассчитайте величину наведенной ЭДС, когда магнит, изображенный на Рисунке 1 (а), вдавливается в катушку, учитывая следующую информацию: одноконтурная катушка имеет радиус 6.00 см , а среднее значение B cosθ (это дано, поскольку поле стержневого магнита сложное) увеличивается с 0,0500 Тл до 0,250 Тл за 0,100 с.

Стратегия

Чтобы найти величину ЭДС, мы используем закон индукции Фарадея, как указано, но без знака минус, указывающего направление:

Решение

Нам дано, что N = 1 и Δ t = 0.100 с , но мы должны определить изменение потока Δφ , прежде чем мы сможем найти ЭДС. Поскольку площадь петли фиксирована, мы видим, что

Δφ = Δ (BA) cosθ = A ΔB cosθ

Теперь ΔB = 0,200 T , поскольку было дано, что Bcosθ изменяется с 0,0500 до 0,250 T. Площадь петли составляет A = πr ² = (3,14….) (0,060 м ² ) = 1,13 x 10 ^-2 м ² . Таким образом, Δφ = (1,13 x10 ^-2 м ² ) (0.200 т)

Ввод определенных значений в выражение для ЭДС дает

Обсуждение

Хотя это напряжение легко измерить, его явно недостаточно для большинства практических приложений. Больше петель в катушке, более сильный магнит и более быстрое движение делают индукцию практическим источником напряжения.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея

Поиграйте с стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея.Поднесите стержневой магнит к одной или двум катушкам, чтобы лампочка загорелась. Просмотрите силовые линии магнитного поля. Измеритель показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Рисунок 4. Электромагнитная лаборатория Фарадея

• Закон индукции Фарадея гласит, что ЭДС , вызванная изменением магнитного потока, равна

• при изменении потока на Δφ за время Δt.
  
• Если в катушке индуцируется ЭДС, Н — это ее количество витков.
• Знак минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B , которые препятствуют изменению потока Δφ — это противостояние известно как закон Ленца.

Концептуальные вопросы

1: Человек, работающий с большими магнитами, иногда помещает голову в сильное поле. Она сообщает, что у нее кружится голова, когда она быстро поворачивает голову.Как это может быть связано с индукцией?

2: Ускоритель частиц отправляет заряженные частицы с высокой скоростью по откачанной трубе. Объясните, как катушка с проволокой, намотанная вокруг трубы, может обнаруживать прохождение отдельных частиц. Нарисуйте график выходного напряжения катушки при прохождении через нее одиночной частицы.

Задачи и упражнения

1: Как показано на рисунке 5 (а), каково направление тока, индуцируемого в катушке 2: (а) Если ток в катушке 1 увеличивается? (б) Если ток в катушке 1 уменьшается? (c) Если ток в катушке 1 постоянный? Ясно покажите, как вы следуете шагам, изложенным в стратегии решения проблем по закону Ленца.

Рис. 5. (a) Катушки лежат в одной плоскости. (b) Проволока находится в плоскости катушки

2: Как показано на Рисунке 5 (b), каково направление тока, индуцируемого в катушке: (a) Если ток в проводе увеличивается? (б) Если ток в проводе уменьшится? (c) Если ток в проводе внезапно меняет направление? Ясно покажите, как вы следуете шагам, изложенным в стратегии решения проблем по закону Ленца.

3: Как показано на рисунке 6, каковы направления токов в катушках 1, 2 и 3 (предположим, что катушки лежат в плоскости цепи): (a) Когда переключатель в первый раз замкнут? (б) Когда переключатель был замкнут в течение длительного времени? (c) Сразу после размыкания переключателя?

Рисунок 6.

4: Повторите предыдущую проблему с перевернутой батареей.

5: Убедитесь, что единицы измерения Δφ / Δt — вольт. То есть показать это.

6: Предположим, катушка с 50 витками лежит в плоскости страницы в однородном магнитном поле, направленном внутрь страницы. Изначально змеевик имел площадь 0,250 м ² . Он растягивается, чтобы не было площади за 0,100 с. Каковы направление и величина наведенной ЭДС, если однородное магнитное поле имеет напряженность 1?50 т?

7: (a) Техник МРТ перемещает свою руку из области очень низкой напряженности магнитного поля в поле 2,00 Тл сканера МРТ, указывая пальцами в направлении поля. Найдите среднюю ЭДС, индуцированную в его обручальном кольце, учитывая его диаметр 2,20 см и предполагая, что для его перемещения в поле требуется 0,250 с. (б) Обсудите, может ли этот ток существенно изменить температуру кольца.

8: Комплексные концепции

Что касается ситуации в предыдущей задаче: (a) Какой ток индуцируется в кольце, если его сопротивление равно 0.0100 Ом? (б) Какая средняя мощность рассеивается? (c) Какое магнитное поле индуцируется в центре кольца? (d) Каково направление индуцированного магнитного поля относительно поля МРТ?

9: ЭДС индуцируется вращением катушки с 1000 витками диаметром 20,0 см в магнитном поле Земли 5,00 x 10 ^-5 . Какая средняя ЭДС индуцируется, учитывая, что плоскость катушки изначально перпендикулярна полю Земли и повернута параллельно полю в 10 раз.0 мс?

10: Катушка с 500 витками радиусом 0,250 м поворачивается на одну четверть оборота за 4,17 мс, первоначально ее плоскость перпендикулярна однородному магнитному полю. (Это 60 об / с.) Найдите напряженность магнитного поля, необходимую для индукции средней ЭДС 10 000 В.

11: Комплексные концепции

Примерно как ЭДС, наведенная в петле на рисунке 5 (b), зависит от расстояния центра петли от провода?

12: Комплексные концепции

(a) Молния создает быстро меняющееся магнитное поле.Если болт ударяется о землю вертикально и действует как ток в длинном прямом проводе, он вызывает напряжение в петле, выровненной, как показано на рисунке 5 (b). Какое напряжение индуцируется в контуре 1,00 м диаметром 50,0 м от удара молнии 2,00 x 10 ⁶ A , если ток падает до нуля за 25,0 мкс? (b) Обсудите обстоятельства, при которых такое напряжение может привести к заметным последствиям.

Глоссарий

Закон индукции Фарадея

— средство расчета ЭДС в катушке из-за изменения магнитного потока, заданное в

.

Закон Ленца

знак минус в законе Фарадея означает, что ЭДС, индуцированная в катушке, противодействует изменению магнитного потока.

Решения

Задачи и упражнения

1: (a) против часовой стрелки (b) по часовой стрелке (c) наведенный ток отсутствует

3: (a) 1 против часовой стрелки, 2 против часовой стрелки, 3 по часовой стрелке (b) 1, 2 и 3 без тока индуцированного (c) 1 CW, 2 CW, 3 CCW

7: (а) 3.04 мВ (b) В качестве нижнего предела на кольце оценим R = 1,00 мОм . Передаваемое тепло составит 2,31 мДж. Это небольшое количество тепла.

9: 0,157 В

11: пропорционально 1 / r

Закон Фарадея — Электромагнитная индукция

Рисунок 1: Установка электроскопа

Рисунок 2: Настройка осциллографа

Доступны две версии демонстрации электромагнитной индукции.

1. «Классический» вариант, показанный на Рисунке 1, может быть выполнен путем быстрой вставки и удаления магнита в катушку. Электрометр показывает значение и направление индуцированного тока.
2. «Современная» версия, показанная на рис. 2, требует осциллографа с памятью. Он отображает наведенное напряжение катушки индуктивности и отображает его на экране осциллографа в течение нескольких секунд для просмотра студентами. Можно отображать импульс или колебание, как показано ниже на рисунках 3 и 4 соответственно.Магнит пропускается через соленоид для создания импульса или многократно перемещается внутрь и наружу для создания колебаний.

Для отображения как экранов осциллографа, так и значений электрометра следует использовать видеокамеру, чтобы учащиеся могли видеть на большом экране.

Рисунок 3: Идеальный осциллограф для захвата импульса

Рисунок 4: Идеальный осциллограф для захвата колебаний

Оснащение:

• Соленоид / индуктор [Шкаф F4]
• Электрометр или осциллограф [шкаф F2 и K1 соответственно]
• Стержневой магнит и неодимовые магниты [Шкаф F3]
• Банановые кабели
• Банан — соединитель BNC [Слева от шкафа K]
• Мешок с песком [Шкаф A3]
• Домкраты или подставка

Демо:

Классическая версия

• • Прикрепите соленоид к стойке так, чтобы стержневой магнит мог легко проходить через центр соленоида.
  • Присоедините электрометр параллельно соленоиду.
  • Переместите стержневой магнит через соленоид.

Когда стержневой магнит приближается и удаляется от соленоида, вы должны увидеть, как электрометр обнаруживает быстрое изменение разности электрических потенциалов. Это вызвано индуцированным напряжением или электродвижущей силой (ЭДС) из-за взаимодействия магнитного поля стержневого магнита с соленоидом по закону Фарадея. Более медленно движущийся стержневой магнит рядом с соленоидом создает более слабую ЭДС, в то время как более быстро движущийся стержневой магнит создает более сильную ЭДС.

Современная версия

• Прикрепите соленоид к стойке так, чтобы стержневой магнит мог легко проходить через центр соленоида.
• Подключите соленоид к каналу 1 осциллографа с помощью бананового кабеля или кабеля BNC-банан, показанного на Рисунке 2.
• Измените настройки шкалы на шкалу времени 500 мс и шкалу напряжения 2 В.
• Чтобы приостановить экран, нажмите кнопку запуска / остановки, чтобы просмотреть отдельный импульс более подробно.

Когда стержневой магнит приближается к соленоиду и удаляется от него, вы должны увидеть на осциллографе синусоидальную волну. Если вы перемещаете магнит достаточно быстро, вы сможете создать одиночную синусоидальную импульсную волну. Более быстрый движущийся магнит рядом с соленоидом создаст синусоидальную волну с большей амплитудой и меньшей длиной волны. Медленнее движущийся магнит приведет к меньшей амплитуде и большей длине волны генерируемой синусоидальной волны.

Пояснение:
Майкл Фарадей обнаружил, что электродвижущая сила, или ЭДС, индуцируется в цепи и вызывается изменением магнитного потока () в цепи:

, где магнитный поток определяется по формуле:

В нем говорится, что магнитный поток или величина магнитного поля, проходящего через площадь поверхности, зависит от силы магнитного поля, площади перпендикулярного поперечного сечения катушки с проволокой и угла между ними.Магнитный поток также определяется по формуле:

.

, где мы суммируем все бесконечно малые области, в которых выровнено магнитное поле. Это совмещение дается скалярным произведением магнитного поля, и исследуется бесконечно малая область.
Когда магнитный поток изменяется, это вызывает индуцированное напряжение или ЭДС на катушке с проволокой.

В этой демонстрации стержневой магнит используется в качестве источника магнитного поля.Когда стержневой магнит приближается к соленоиду или катушке с проволокой, магнитное поле, протекающее через катушку с проволокой, увеличивается. Это вызывает изменение магнитного потока, которое индуцирует ЭДС в катушке с проволокой. Однако индуцированного тока не будет, так как установка для этой демонстрации не содержит замкнутого контура провода; концы соленоида напрямую подключены либо к электрометру, либо к осциллографу.

Направление индуцированного напряжения и, возможно, протекание индуцированного тока, если это был соединенный контур, определяется законом Ленца.Закон Ленца утверждает, что ток, создаваемый наведенной ЭДС в проводе, движется в таком направлении, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противодействует первоначальному изменению потока.

В примере, где северный полюс стержневого магнита приближается к катушке с проволокой, индуцированный ток будет течь по часовой стрелке, и, следовательно, индуцированное магнитное поле будет направлено вниз. Теперь, когда стержневой магнит северного полюса перемещается от катушки с проволокой, индуцированный ток будет двигаться против часовой стрелки, создавая магнитное поле, направленное вверх.

Наведенное напряжение можно измерить электрометром или осциллографом. Индуцированный ток можно измерить амперметром или осциллографом. Если вы переместите ось магнитного стержня параллельно оси соленоида, вы получите максимальный магнитный поток. Это приведет к максимальной ЭДС или максимальному току, протекающему через провод. Если вы переместите стержневой магнит под любым другим углом через катушку с проволокой, вы заметите меньшее количество тока, протекающего по проволоке. Если вы переместите стержневой магнит к соленоиду так, чтобы его ось была перпендикулярна оси соленоида, это приведет к нулевой ЭДС.

Написано Райаном Дудшусом
Отредактировано Ноа Пиком

Электромагнитная индукция — Проблемы — Гипертекст по физике

• … lorentz
• индукция
• закон Фарадея…

Гипертекст по физике
© 1998–2021 Glenn Elert
Автор, иллюстратор, веб-мастер

Нет постоянных условий.

1. Механика
   1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
   2. Dynamics I: Force
      1. Сил
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Рамки ссылки
   3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Машины простые
   4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
   5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Динамика вращения
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокат
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
   6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
   7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Генератор простых гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
   8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
2. Теплофизика
   1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа вещества
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
   2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Потенциально химическая энергия
   3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
   4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
3. Волны и оптика
   1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
   2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
   3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (светлый)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочный интерференционный
      7. Цвет
   4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
4. Электричество и магнетизм
   1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводники
   2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Аккумуляторы
   3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
   4. цепей постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
   5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
   6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
   7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. Цепи LC
   8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
5. Современная физика
   1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
   2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэлектрический эффект
      3. Рентгеновские лучи
      4. Антиматерия
   3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
   4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
   5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкусов
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
6. Фонды
   1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Англо-американская система единиц
      4. Единицы разного назначения
      5. Время
      6. Преобразование единиц
   2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
   3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка по кривой
      4. Исчисление
   4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение векторов
   5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая таблица элементов
      6. Люди в физике
7. Назад дело
   1. Предисловие
      1. Об этой книге
   2. Связаться с автором
      1. гленнелерт.нас
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
   3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Внезапное изменение подвижности указывает на определение градиентов магнитного поля в штамме Magnetospirillum Magneticum AMB-1

Bahaj AS, James PAB, Moeschler FD. (1996). Альтернативный метод оценки магнитного момента несферических магнитотактических бактерий. IEEE Trans Magn 32 : 5133–5135.

Артикул Google ученый

Берг Х. (1993) Случайные блуждания в биологии . Издательство Принстонского университета.

Google ученый

Блейкмор Р. (1975). Магнитотактические бактерии. Наука 190 : 377–379.

CAS Статья Google ученый

Blakemore RP, Frankel RB, Kalmijn AJ.(1980). Магнитотактические бактерии, стремящиеся к югу, в Южном полушарии. Nature 286 : 384–385.

Артикул Google ученый

Cullity BD, Graham CD. (2009) Введение в магнитные материалы . Wiley-IEEE Press: Хобокен.

Google ученый

Diebel CE, Proksch R, Green CR, Neilson P, Walker MM. (2000). Магнетит определяет магниторецептор позвоночных. Природа 406 : 299–302.

CAS Статья Google ученый

Dusenbery DB. (1998). Пространственное восприятие градиентов стимула может превзойти временное восприятие свободно плавающих бактерий. Biophys J 74 : 2272–2277.

CAS Статья Google ученый

Erglis K, Wen Q, Ose V, Zeltins A, Sharipo A, Janmey PA et al .(2007). Динамика магнитотактических бактерий во вращающемся магнитном поле. Biophys J 93 : 1402–1412.

CAS Статья Google ученый

Esquivel DMS, Линс де Баррос HGP. (1986). Движение магнитотактических микроорганизмов. J Exp Biol 121 : 153–163.

Google ученый

Falke JJ, Hazelbauer GL. (2001).Трансмембранная передача сигналов в бактериальных хеморецепторах. Trends Biochem Sci 26 : 257–265.

CAS Статья Google ученый

Франкель РБ, Блейкмор РП, Вулф РС. (1979). Магнетит в пресноводных магнитотактических бактериях. Наука 203 : 1355–1356.

CAS Статья Google ученый

Франкель РБ, Базилински Д.А., Джонсон М.С., Тейлор Б.Л.(1997). Магнитоаэротаксис у морских кокковидных бактерий. Biophys J 73 : 994–1000.

CAS Статья Google ученый

Франкель РБ. (2003). Магнитное наведение организмов. Анну Рев Биофиз Биоенг 13 : 85–103.

Артикул Google ученый

Франкель РБ, Уильямс Т.Дж., Базилински Д.А. (2006). Магнитоаэротаксис.В: Schuler D (ed) Магниторецепция и магнитосомы у бактерий . Springer: Нью-Йорк, стр. 1-24.

Google ученый

Fukuda Y, Okamura Y, Takeyama H, Matsunaga T. (2006). Динамический анализ геномного острова у Magnetospirillum sp. штамм AMB-1 показывает, как развивался синтез магнитосом. FEBS Lett 580 : 801–812.

CAS Статья Google ученый

Гонсалес Л.М., Рудер WC, LeDuc PR, Месснер WC.(2014). Контроль над магнитотактическими бактериями с помощью интегрированного металлического острова с нанотехнологиями и оптического микроскопа. Sci Rep 4 : 1–8.

Google ученый

Гулд Дж. Л., Киршвинк Дж. Л., Деффайес К. С.. (1978). Пчелы обладают магнитной намагниченностью. Наука 201 : 1026–1028.

CAS Статья Google ученый

Гринберг М., Кантер К., Малер I, Торнхейм А.(2005). Наблюдение за магниторецептивным поведением многоклеточного магнитотактического прокариота в полях, превышающих геомагнитное. Biophys J 88 : 1496–1499.

CAS Статья Google ученый

Грин С.Е., Брилли М, Бионди Э.Г., Комейли А. (2012). Анализ пути CtrA в магнитоспирилл показывает наследственную роль в подвижности альфа-протеобактерий. Дж. Бактериол 194 : 2973–2986.

CAS Статья Google ученый

Ху Б, Чен В, Раппель В-Дж, Левин Х. (2010). Физические ограничения клеточного восприятия пространственных градиентов. Phys Rev Lett 105 : 048104.

Статья Google ученый

Katzmann E, Scheffel A, Gruska M, Plitzko JM, Schüler D. (2010). Потеря актин-подобного белка MamK оказывает плейотропное действие на формирование магнитосом и сборку цепей у Magnetospirillum gryphiswaldense. Mol Microbiol 77 : 208–224.

CAS Статья Google ученый

Киршвинк Дж. Л., Уокер ММ, Diebel CE. (2001). Магниторецепция на основе магнетита. Curr Opin Neurobiol 11 : 462–467.

CAS Статья Google ученый

Komeili A, Vali H, Beveridge TJ, Newman DK. (2004). Везикулы магнитосом присутствуют до образования магнетита, и MamA необходим для их активации. Proc Natl Acad Sci USA 101 : 3839–3844.

CAS Статья Google ученый

Комейли А., Ли З., Ньюман Д.К., Дженсен Дж. (2006). Магнитосомы представляют собой инвагинации клеточной мембраны, организованные актин-подобным белком MamK. Наука 311 : 242–245.

CAS Статья Google ученый

Комейли А. (2012).Молекулярные механизмы компартментализации и биоминерализации у магнитотактических бактерий. FEMS Microbiol Rev 36 : 232–255.

CAS Статья Google ученый

Kopp RE, Киршвинк JL. (2008). Идентификация и биогеохимическая интерпретация ископаемых магнитотактических бактерий. Earth Sci Rev 86 : 42–61.

Артикул Google ученый

Krieg NR.(1976). Биология хемогетеротрофной спириллы. Bacteriol Rev 40 : 55–115.

CAS PubMed PubMed Central Google ученый

Лонг М.Л., Ньюман Дж. (1984). Методы обращения изображения со стандартным позитивным фоторезистом. Proc SPIE 0469 : 189–193.

CAS Статья Google ученый

Lowenstam HA.(1981). Минералы, образованные организмами. Наука 211 : 1126–1131.

CAS Статья Google ученый

Lower SK, Yongsunthon R, Casillas-Ituarte NN, Taylor ES, DiBartola AC, Lower BH и др. . (2010). Тактильный ответ при золотистом стафилококке. Biophys J 99 : 2803–2811.

CAS Статья Google ученый

Macnab RM, Koshland DE.(1972). Механизм восприятия градиента в бактериальном хемотаксисе. Proc Natl Acad Sci USA 69 : 2509–2512.

CAS Статья Google ученый

Maher BA. (1998). Биоминерализация магнетита у термитов. Proc R Soc London B Biol Sci 265 : 733–737.

Артикул Google ученый

Mann S, Sparks NH, Walker MM, Kirschvink JL.(1988). Ультраструктура, морфология и организация биогенного магнетита из нерки, Oncorhynchus nerka: значение для магниторецепции. J Exp Biol 140 : 35–49.

CAS PubMed Google ученый

Мурат Д., Куинлан А., Вали Н., Комейли А. (2010). Всестороннее генетическое вскрытие острова гена магнитосомы показывает пошаговую сборку прокариотической органеллы. Proc Natl Acad Sci USA 107 : 5593–5598.

CAS Статья Google ученый

Петерсен Н, фон Добенек Т., Вали Х. (1986). Ископаемый бактериальный магнетит в глубоководных отложениях южной части Атлантического океана. Природа 320 : 611–615.

CAS Статья Google ученый

Филипп Н, Ву Л. (2010). MCP-подобный белок взаимодействует с цитоскелетом MamK и участвует в магнитотаксисе в AMB-1 Magnetospirillum Magnetum. J Mol Biol 400 : 309–322.

CAS Статья Google ученый

Pradel N, Santini C, Bernadac A, Fukumori Y, Wu L. (2006). Биогенез актиноподобных бактериальных филаментов цитоскелета, предназначенных для позиционирования прокариотических магнитных органелл. Proc Natl Acad Sci USA 103 : 17485–17489.

CAS Статья Google ученый

Рудер WC, Hsu C-PD, Edelman BD, Schwartz R, LeDuc PR.(2012). Биологическая коллоидная инженерия: Самосборка диполярных ферромагнитных цепей в функционализированной биогенной феррожидкости. Appl Phys Lett 101 : 063701.

Статья Google ученый

Scheffel A, Gruska M, Faivre D, Linaroudis A, Plitzko JM, Schuler D. (2006). Кислый белок выравнивает магнитосомы вдоль нитчатой ​​структуры магнитотактических бактерий. Природа 440 : 110–114.

CAS Статья Google ученый

Шуман Д., Рауб Т.Д., Копп Р.Э., Геркин-Керн Дж.Л., Ву Т.-Д., Руиллер I и др. . (2008). Гигантизм в уникальном биогенном магнетите в палеоцен-эоценовом термальном максимуме. Proc Natl Acad Sci USA 105 : 17648–17653.

CAS Статья Google ученый

Simmons SL, Sievert SM, Frankel RB, Bazylinski DA, Edwards KJ.(2004). Пространственно-временное распределение морских магнитотактических бактерий в сезонно стратифицированном прибрежном соляном пруду. Appl Environ Microbiol 70 : 6230–6239.

CAS Статья Google ученый

Симмонс С.Л., Базилински Д.А., Эдвардс К.Дж. (2006). Магнитотактические бактерии, стремящиеся к югу, в Северном полушарии. Наука 311 : 371–374.

CAS Статья Google ученый

Симмонс С.Л., Базилински Д.А., Эдвардс К.Дж.(2007). Динамика популяции морских магнитотактических бактерий в пруду с меромиктической солью, описанная с помощью КПЦР. Environ Microbiol 9 : 2162–2174.

CAS Статья Google ученый

Спорманн AM, Вулф RS. (1984). Хемотаксическое, магнитотаксическое и тактильное поведение в магнитном спирилле. FEMS Microbiol Lett 22 : 171–177.

CAS Статья Google ученый

Штольц JF, Чанг S-BR, Киршвинк JL.(1986). Магнитотактические бактерии и однодоменный магнетит в гемипелагических отложениях. Nature 321 : 849–851.

Артикул Google ученый

Thar R, Kühl M. (2003). Бактерии не слишком малы для пространственного восприятия химических градиентов: экспериментальное свидетельство. Proc Natl Acad Sci USA 100 : 5748–5753.

CAS Статья Google ученый

Тар Р., Фенчел Т.(2005). Обзор подвижных микроаэрофильных бактериальных морфотипов в градиенте кислорода над морским сульфидным осадком. Appl Environ Microbiol 71 : 3682–3691.

CAS Статья Google ученый

Вали Х, Киршвинк Дж. (1989). Растворение магнетофоссилий в палеомагнитно нестабильных глубоководных отложениях. Природа 339 : 203–206.

Артикул Google ученый

Виктор С.(2004). Кластеризация рецепторов и обработка сигналов при хемотаксисе E. coli. Trends Microbiol 12 : 569–576.

Артикул Google ученый

Wadhams GH, Armitage JP. (2004). Разбираемся во всем: бактериальный хемотаксис. Nat Rev Mol Cell Biol 5 : 1024-1037.

CAS Статья Google ученый

Уолкотт С.(1977). Магнитные поля и ориентация почтовых голубей под солнцем. J Exp Biol 70 : 105–123.

Google ученый

Уолкотт К., Гулд Дж. Л., Киршвинк Дж. Л.. (1979). У голубей есть магниты. Наука 205 : 1027–1029.

CAS Статья Google ученый

Wauthier F. (2011). Код MATLAB для отслеживания движения в видеопоследовательностях [компьютерная программа].Доступно по адресу: http://www.stats.ox.ac.uk/∼wauthier/tracker/tracker-code-2011.11.18.zip.

West AH, Stock AM. (2001). Гистидинкиназы и белки-регуляторы ответа в двухкомпонентных сигнальных системах. Trends Biochem Sci 26 : 369–376.

CAS Статья Google ученый

Zhu X, Ge X, Li N, Wu L-F, Luo C, Ouyang Q и др.