Найти скорость изменения магнитного потока: Найти скорость изменения магнитного потока в… — Физика

Содержание

Тема №8713 ИДЗ по физике Электромагнитная индукция 27

Тема №8713

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 1.
1. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменился от 3 мВб до 1,5 мВб.
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 3 до 11 мВб? Сопротивление витка 4 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 2м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 2 Тл?
5. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м,
под углом 60° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,2 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В? Ответ округлите до целых.

6. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока от 5 до
10 А за 0,1 с возникает ЭДС самоиндукции равная 30 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 2.
1. В контуре проводника магнитный поток изменился за 0,3 с на 0,06 Вб. Какова скорость
изменения магнитного потока? Какова ЭДС индукции в контуре?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 10 мВб? Сопротивление витка 2 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.

4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 25 и 60 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 1,5 Тл,
а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 15 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,4 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 3 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 70 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 3.
1. За 5 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно

убывает с 7 до 3 мВб. Найдите ЭДС индукции в соленоиде.
2. Плоский виток площадью 10 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
потечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью 0,01
Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 1,5 В?
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 6 А создается магнитный
поток 12·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 70 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 4.
1. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде, состоящем из 2000
витков, при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 200 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 8 до 6 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу

индукционного тока в нем, если сопротивление равно 40 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 25 и 30 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 10 Тл,
а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Найдите ЭДС индукции на концах крыльев самолета (размах крыльев 36,5 м),
летящего горизонтально со скоростью 900 км/ч, если вертикальная составляющая
вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-3
Тл. Ответ округлите до целых.
6. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 6 А создается магнитный
поток 24·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 5.
1. Магнитный поток, пронизывающий контур проводника. Равномерно изменился на 0,6
Вб так, что ЭДС индукции оказалась равной 1,2 В. Найдите время изменения
магнитного потока.
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 7 мВб? Сопротивление витка 0,5 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.

4. Прямолинейный проводник с активной длиной 70 см пересекает однородное
магнитное поле под углом 30° со скоростью 10 м/с. Определить индукцию магнитного
поля, если ЭДС, индуцируемая в проводнике, равна 4,9 В.
5. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока от 5 до
10 А за 0,1 с возникает ЭДС самоиндукции равная 40 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 77 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 6.
1. За 5 мс в соленоиде, содержащем 600 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 9 до 7 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде.

2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 10 мВб? Сопротивление витка 0,4 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 2м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 3 Тл?
5. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м,
под углом 30° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,2 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 77 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 7.
1. В однородном магнитном поле расположен виток площадью 50 см2
. Плоскость витка
составляет с направлением магнитного поля угол 30°. Индукция поля 0,2 Тл. Чему
будет равно среднее значение ЭДС индукции, возникающей в витке при выключении
поля за время 0,02 с?
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 100 витков провода, магнитный поток равномерно

убывает с 8 до 6 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 40 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 12,5 и 60 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 8 Тл,
а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 15 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,2 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 3 В?
6. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 5 А создается магнитный
поток 12·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 8.
1. В обмотке на стальном сердечнике с площадью поперечного сечения 100 см2
в течение
0,01 с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении магнитной индукции от 0,3
Тл до 1,3 Тл. Сколько витков провода в данной обмотке?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 12 мВб? Сопротивление витка 0,4 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на

рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Найдите ЭДС индукции на концах крыльев самолета (размах крыльев 36,5 м),
летящего горизонтально со скоростью 936 км/ч, если вертикальная составляющая
вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-3
Тл. Ответ округлите до целых.
5. Индуктивность контура 50 мГн. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
контур, если сила тока в нем 8 А?
6. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 5 А создается магнитный
поток 12·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 9.
1. Соленоид содержит 150 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом

соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменился от 3 мВб до 1,5 мВб.
2. Плоский виток площадью 10 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
протечет по витку, если магнитная индукция начнет убывать со скоростью 0,01 Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 2м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 4 Тл?
5. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 2,5 В?
6. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока от 5 до
10 А за 0,2 с возникает ЭДС самоиндукции равная 20 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 10.
1. Виток площадью 2 см2
расположен перпендикулярно к линиям индукции магнитного
однородного поля. Чему равна индуцированная в витке ЭДС, если за время 0,05 с
магнитная индукция равномерно убывает с 0,5 до 0,1 Тл?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 3 до 8 мВб? Сопротивление витка 0,04 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 25 и 60 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 5 Тл, а
вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Найдите ЭДС индукции на концах крыльев самолета (размах крыльев 36,5 м),
летящего горизонтально со скоростью 864 км/ч, если вертикальная составляющая
вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-3
Тл.
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 70 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 11.
1. Какой магнитный поток пронизывал каждый виток катушки, имеющей 1000 витков,
если при равномерном исчезновении магнитного поля в течение промежутка времени
0,1 с в катушке индуцируется ЭДС 10 В?
2. Плоский виток площадью 20 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
потечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью 0,01
Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м,
под углом 30° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,4 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В?
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 2 А создается магнитный
поток 12·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 70 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 12.
1. За 4 мс в соленоиде, содержащем 1000 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 7 до 3 мВб. Найдите ЭДС индукции в соленоиде.
2. Плоский виток площадью 10 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
потечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью 0,1 Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 3 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,4 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 3 В?
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 3 А создается магнитный
поток 15·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 70 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 13.
1. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде, состоящем из 1000
витков, при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.
2. За 10 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 7 до 5 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 10 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 2м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 10 Тл?
5. Прямолинейный проводник с активной длиной 80 см пересекает однородное
магнитное поле под углом 30° со скоростью 10 м/с. Определить индукцию магнитного
поля, если ЭДС, индуцируемая в проводнике, равна 6,4 В.
6. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока на 5 А за
0,3 с возникает ЭДС самоиндукции равная 60 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 14.
1. Соленоид содержит 150 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменился от 3 мВб до 6 мВб.
2. Магнитный поток, пронизывающий контур проводника., равномерно изменился на 0,6
Вб так, что ЭДС индукции оказалась равной 2,4 В. Найдите время изменения
магнитного потока. Найдите силу индукционного тока, если сопротивление
проводника 0,24 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 25 и 60 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 3 Тл, а
вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 3,5 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 60 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 15.
1. За 5 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 9 до 7 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде.
2. Плоский виток площадью 30 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
потечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью 0,01
Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Прямолинейный проводник с активной длиной 90 см пересекает однородное
магнитное поле под углом 30° со скоростью 10 м/с. Определить индукцию магнитного
поля, если ЭДС, индуцируемая в проводнике, равна 8,1 В.
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 4 А создается магнитный
поток 12·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 60 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 16.
1. В однородном магнитном поле расположен виток площадью 100 см2
. Плоскость витка
составляет с направлением магнитного поля угол 30°. Индукция поля 0,2 Тл. Чему
будет равно среднее значение ЭДС индукции, возникающей в витке при выключении
поля за время 0,01 с?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 6 мВб? Сопротивление витка 0,2 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м,
под углом 30° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,8 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В?
5. Индуктивность контура 40 мГн. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
контур, если сила тока в нем 5 А?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 60 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 17.
1. Соленоид содержит 200 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменился от 3 мВб до 1 мВб.
2. Плоский виток площадью 20 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 2 Ом. Какой ток
протечет по витку, если магнитная индукция начнет убывать со скоростью 0,01 Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 1м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 2 Тл?
5. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 20 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,1 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 4 В?
6. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока на 5 А за
0,3 с возникает ЭДС самоиндукции равная 40 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 18.
1. Виток площадью 4 см2
расположен перпендикулярно к линиям индукции магнитного
однородного поля. Чему равна индуцированная в витке ЭДС, если за время 0,05 с
магнитная индукция равномерно убывает с 0,6 до 0,2 Тл?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 4 до 8 мВб? Сопротивление витка 0,08 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рассчитайте магнитный поток, пронизывающий плоскую прямоугольную площадку со
сторонами 30 и 60 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 1,5 Тл,
а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 60°.
5. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 4,5 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 57,5 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 19.
1. Виток площадью 5 см2
расположен перпендикулярно к линиям индукции магнитного
однородного поля. Чему равна индуцированная в витке ЭДС, если за время 0,01 с
магнитная индукция равномерно убывает с 0,7 до 0,3 Тл?
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 400 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 8 до 6 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 40 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Найдите ЭДС индукции на концах крыльев самолета (размах крыльев 36,5 м),
летящего горизонтально со скоростью 828 км/ч, если вертикальная составляющая
вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-3
Тл. Ответ округлите до целых.
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 7 А создается магнитный
поток 14·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 57,5 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 20.
1. Соленоид содержит 150 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 4 мс магнитный поток равномерно изменился от 5 мВб до 3 мВб.
2. Плоский виток площадью 50 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 5 Ом. Какой ток
протечет по витку, если магнитная индукция начнет убывать со скоростью 0,02 Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 5 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,2 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 1 В?
5. Индуктивность контура 30 мГн. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
контур, если сила тока в нем 8 А?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 42 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 21.
1. Соленоид содержит 150 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 10 мс магнитный поток равномерно изменился от 3 мВб до 1,5 мВб.
2. За 10 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 7 до 5 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 10 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 2 м,
под углом 30° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,4 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В?
5. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока на 2 А за
0,5 с возникает ЭДС самоиндукции равная 20 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 42 В?


ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 22.
1. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде, состоящем из 100 витков,
при возбуждении в нем ЭДС индукции 50 В.
2. Плоский виток площадью 40 см2
помещен в однородное магнитное поле
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток
потечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью 0,01
Тл/с?
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 6,5 В?
5. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 73,5 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 2,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 57,5 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 23.
1. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 40 см2
,
чтобы при изменении магнитной индукции от 0,1 до 0,4 Тл в течение 10 мс в ней
возбуждалась ЭДС 15 В?
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 20 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 8 до 6 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 40 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 3м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 2 Тл?
5. Найдите ЭДС индукции на концах крыльев самолета (размах крыльев 36,5 м),
летящего горизонтально со скоростью 792 км/ч, если вертикальная составляющая
вектора индукции магнитного поля Земли 5·10-3
Тл. Ответ округлите до целых.
6. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 2 А создается магнитный
поток 8·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 24.
1. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 100 витков при
возбуждении в нем ЭДС индукции 150 В?
2. За 5 мс в соленоиде, содержащем 400 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 8 до 6 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 40 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.

4. Какова индукция магнитного поля, если в проводнике с длиной активной части 50 см,
перемещающемся со скоростью 10 м/с перпендикулярно вектору индукции,
возбуждалась ЭДС индукции 7,5 В?
5. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока 6 А создается магнитный
поток 18·10-3 Вб? Зависит ли индуктивность витка от силы тока в нем?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 42 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 25.
1. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 40 см2
,
чтобы при изменении магнитной индукции от 0,1 до 0,4 Тл в течение 3 мс в ней
возбуждалась ЭДС 10 В?
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 3 до 11 мВб? Сопротивление витка 4 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.

4. Какую длину активной части должен иметь проводник, чтобы при перемещении его со
скоростью 5 м/с перпендикулярно вектору магнитной индукции, равной 0,4 Тл, в нем
возбуждалась ЭДС индукции 2 В?
5. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока на 2 А за
0,4 с возникает ЭДС самоиндукции равная 25 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 42 В?
7.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 26.
1. Соленоид содержит 150 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом
соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменился от 4 мВб до 1,5 мВб.
2. Какой заряд пройдет через сечение провода, из которого сделан виток, при увеличении
пронизывающего его магнитного потока от 2 до 10 мВб? Сопротивление витка 0,5 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.

4. Рамку, площадь которой равна 4м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 2 Тл?
5. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 0,5 м,
под углом 30° к вектору магнитной индукции, модуль которого 0,8 Тл, чтобы в
проводнике возбудилась ЭДС индукции 1 В?
6. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 1,5 Гн, если в
ней возбуждается ЭДС самоиндукции 42 В?

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 14. Электромагнитная индукция.
ВАРИАНТ № 27.
1. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиде, состоящем из 1000
витков, при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.
2. За 10 мс в соленоиде, содержащем 500 витков провода, магнитный поток равномерно
убывает с 7 до 5 мВб. Определите ЭДС индукции в соленоиде, а также силу
индукционного тока в нем, если сопротивление равно 10 Ом.
3. Магнитный поток, пронизывающий катушку, изменяется со временем, как показано на
рисунке. Начертить график изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке.
4. Рамку, площадь которой равна 2м2
, пронизывают линии индукции магнитного поля
под углом 30° к плоскости рамки. Чему равен магнитный поток, пронизывающий
рамку, если индукция магнитного поля 10 Тл?
5. Прямолинейный проводник с активной длиной 80 см пересекает однородное
магнитное поле под углом 30° со скоростью 10 м/с. Определить индукцию магнитного
поля, если ЭДС, индуцируемая в проводнике, равна 6,4 В.
6. Какова индуктивность катушки, если при равномерном изменении в ней тока на 5 А за
0,3 с возникает ЭДС самоиндукции равная 60 В?
 

New Page 1

   I уровень сложности:

  1.  Магнитный поток , пронизывающий контур, линейно возрастает от 1 до 10 Вб за 5 секунд. Найти ЭДС индукции в контуре.
  2. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 100 витков, если ЭДС индукции составляет 150 В.
  3. За какой промежуток времени магнитный поток изменится на 0,04 Вб, если при этом возбуждается ЭДС, равная 8 В?

Подсказка 

II уровень сложности

4)  В однородном магнитном поле с индукцией 4,9 Тл горизонтально подвешен на двух нитях прямолинейный проводник массой 0,6 кг и длиной 0,3 м по которому течет ток силой в 2 А. На какой угол отклонится проводник, если линии индукции магнитного поля направлены вертикально вниз?

5)  Проводник длиной 2м с сопротивлением 1 Ом движется в магнитном поле со скоростью 3м/с перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Какая сила тока возникает в проводнике, если его замкнуть? Индукция магнитного поля 20мТл.

Подсказка

III уровень сложности

6) По горизонтальным параллельным рельсам расстояние между которыми l может скользить перемычка массой m. Рельсы соединены резистором с сопротивлением R и помещены в вертикальное однородное поле ,индукция которого B. Перемычке сообщают скорость V. Найти путь, пройденный перемычкой до остановки.

7) По горизонтальным параллельным рельсам расстояние между которыми d может скользить перемычка массой m. Рельсы соединены конденсатором емкостью С  и помещены в вертикальное однородное поле ,индукция которого B. К перемычке приложена горизонтальная сила F. Определить ускорение стержня.

Подсказка

в начало страницы

Физика

План самостоятельной работы учащегося 10 класса по физике (ЕМН)

IV четверть                                                                                                Номер урока: 11

Тема урока: Магнитный поток. Индукционный ток..

.

Цель: учащийся понимает об электромагнитной индукции, может объяснить причину возникновения индукционного тока и рассмотрение значения открытия Фарадея для современной электротехники

Краткий тезисный конспект

 

Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S —

 величина, равная  произведению мо­дуля вектора магнитной индукции В  на площадь S и косинус утла α между векторами В и п: Ф = В S о

Физический смысл: Поток магнитной индукции ха­рактеризует

распределение магнит­ного поля по поверхности, ограни­ченной 

замкнутым контуром. Единица магнитного потока — Вебер. 1 Вб = Тл∙м2

 Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однород­ным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендику­лярно вектору магнитной индукции.

                     Направление индукционного тока.

                          1. Прямолинейный проводник

Направление индукционного тока определяется по правилу правой руки:

Если поставить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный на 90° большой палец указывал направление вектора скорости, то выпрямленные 4 пальца покажут направление индукционного тока в проводнике.

                               2. Замкнутый контур

 Направление индукционного тока  определяется по правилу Ленца: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван.

 

 

Ссылки: https://youtu.be/2vGT5YlCEtk  ,  §50 стр 287

            учебник «Физика 10» (Закирова Н.А, Аширов Р.Р.)

Задания для ученика:  решите задачи

 

1. В соленоиде из 200 витков проволоки магнитный поток за 5мс равномерно изменился с 6∙10-3   Вб до 3∙10-3  Вб. Определить ЭДС индукции.

 

2. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС  индукции в контуре.

 

3. Найти скорость изменения  магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нём ЭДС индукции 120В.

 

4. Какой заряд q пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого R=0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на 12мВб?

Обратная связь

 

Рефлексия

Теперь я знаю…

 

 

Теперь я умею…

 

 

Обратная связь от учителя (совестная оценка или комментарий)

 

 

 


 

Скачано с www.znanio.ru

что это такое, от чего зависит, в каких единицах измеряется, формула

Что такое магнитный поток 

Магнитный поток — величина, характеризующая число магнитных силовых линий поля, проходящих через замкнутый контур.

Майкл Фарадей опытным путем пришел к выводу, что при любом соприкосновении проводника и магнитных линий по проводнику проходит заряд \(\triangle Q\). Этот заряд прямо пропорционален количеству\( \triangle Ф\) пересеченных линий и обратно пропорционален сопротивлению R контура. Пересечение линий вызывается или движением проводника, или изменением поля. 
Позже, представляя замкнутый контур, в котором действует ЭДС индукции, Джеймс Клерк Максвелл подсчитывал количество силовых линий \(\triangle Ф\), пересекаемых контуром за время \(\triangle t\). Ф он при этом отождествлял с магнитным потоком сквозь всю поверхность.

В чем измеряется, обозначение и размерность

Единица измерения — вебер, сокращенно Вб.{-1}.\)

От чего зависит величина основного магнитного потока

Его можно изменить следующими способами:

  • изменив площадь контура;
  • изменив угол его наклона;
  • изменив магнитное напряжение.

Чему равен магнитный поток, как найти

Магнитный поток в случае однородного магнитного поля равен произведению модуля индукции В этого поля, площади S плоской поверхности, через которую вычисляется поток, и косинуса угла \(\varphi\) между направлением индукции В и нормали к данной поверхности.

Нормаль — перпендикуляр к плоскости контура.

Также поток можно вычислить через индуктивность, которая пропорциональна отношению полного, или суммарного потока к силе тока.

Обозначение суммарного потока — буква \( \psi\). Он равен сумме потоков, проходящих через всю поверхность. И в простом случае, где рассматриваются одинаковые потоки, проходящие через одинаковые витки катушки, и в случаях, когда поверхность имеет очень сложную форму, эта пропорциональность сохраняется.

Скорость изменения магнитного потока через контур

Закон электромагнитной индукции Фарадея в интегральном виде выглядит следующим образом:

\(\;\underset С{\oint\;}\;(\overrightarrow{Е\;}\times\;d\overrightarrow l) = — \frac{1}{c}\frac{d}{dt}\int \underset S{\int\;}\;(\overrightarrow{B} \times d\overrightarrow{S}).\)

Интеграл в левой части уравнения — циркуляция вектора \(\overrightarrow{Е\;}\) по замкнутому контуру С, это отражает знак интеграла, записанный с кругом. В правой части — скорость изменения потока Ф, который вычисляется как интеграл по поверхности S, «натянутой» на С. 

Интеграл — целое, определяемое как сумма его бесконечно малых частей.

Если считать изменение потока в замкнутом контуре равномерным, то закон Фарадея примет следующий вид:

\(\epsilon_{i} = — \frac{\triangleФ}{\triangle t}.\)

Какой формулой определяется величина магнитного потока

Математически величину Ф описывают двумя формулами:

 

\(Ф\;=\;\sum_{\triangle S}\;\;B\triangle S = B \times S \times \cos\varphi.{2}Rdt + IdФ.\)

\(I = \frac{\epsilon — \frac{dФ}{dt}}{R}.\)

День 8

День 8

Понедельник, 3 июля 2006 г.

Объявления:
  • Предварительные групповые задания есть сейчас сделано. Если вы хотите изменить группы, обязательно проконсультируйтесь с другими учащимися, затронутыми этим изменением, и получить разрешение от них. и дайте мне знать, что было решено.
Задания:
  • HW23b должен быть сдан в среду в полночь.
  • Прочтите главу 24 и сдайте HW24a перед занятием в среду.

Глава 23. Магнитный поток и закон индукции Фарадея


23-1: Индуцированная электродвижущая сила
Изменяющееся магнитное поле может создавать ток в цепи из-за наведенного электродвижущая сила.
Величина ЭДС индукции (и результирующий ток) зависит от скорости изменения магнитного потока.
Демонстрация: ЭДС индукции (катушка, магнит, большой гальванометр) — Обратите внимание, что величина отклонения в стрелка гальванометра (которая также работает на магнитной индукции) зависит от того, как быстро магнит движется относительно катушки.То направление индуцированного тока изменяется при любом из следующих условий: условия меняются местами: ориентация магнита, ориентация катушки, относительное движение магнита и катушки. Направление можно предсказать по закону Ленца (Смотри ниже).

23-2: Магнитный поток
Магнитный поток (как и электрический поток) определяется как количество силовых линий магнитного поля, пересекающих заданную площадь.
Phi = BAcos(theta), где theta — это угол между B и нормаль к площади.2)cos(20) = 0,06 мВб

23-3: закон индукции Фарадея
ЭДС, индуцированная изменяющимся магнитным потоком через катушка из N витков равна: ЭДС = -N(dPhi/dt)
Вероятность 10 — Для магнитного потока, который изменяется синусоидально, когда ЭДС индукции максимум и минимум?
Вероятность 16 — Найдите среднюю ЭДС индукции для витка из проволоки длиной 1,12 м, меняет форму с квадрата на круг за 4,25 с, где B = 0,105 Тл. перпендикулярно плоскости петли.

23-4: Закон Ленца
Индуцированный ток течет в направлении, противостоит изменению, вызвавшему течение. (Подумайте об этом естественная попытка сохранить магнитный поток как закон действия-противодействия для электромагнетизма.)
Демонстрация: Вихретоковый тормоз
Демонстрация: Вихретоковая трубка и рампа
Вероятность 24 — Каково направление тока, индуцируемого в цепи, изображенной на рисунке? (рис.23-31) при увеличении магнитного поля? Верх или нижняя пластина конденсатора заряжается положительно?
Проб.26 — Какая ЭДС индуцируется в катушке, опоясывающей длинную нить с током? провод, если ток в проводе (а) постоянный, или (б) увеличивается? Что делать, если провод все еще перпендикулярен плоскости катушки, но не проходит через ее центр?
    Демонстрация: Прыжковое кольцо

23-5: Механические работы и Электроэнергия
Механическая работа может быть преобразована в электрическую энергию с помощью магнитного поля.
Проводник длины L, вынужденный двигаться с скорость v через магнитное поле B будет иметь ЭДС индукции = BvL.
Вероятность 29,62 — ЭДС, возникающая в длинных проводниках, движущихся через слабые магнитные поля. поля могут быть значительными. (Вспомните неудачный эксперимент НАСА по генерировать электричество в космосе с помощью длинного провода?)
CQ: 16 — Описать движение стержня, скользящего по рельсам в магнитном поле, когда переключатель замкнут.

23-6: Генераторы и двигатели
Электрический генератор использует механическую работу для производить электроэнергию: ЭДС = NBAwsin(wt)
Двигатель — это, по сути, электрический генератор, работающий задом наперед.
Демо — простой мотор
Вероятность 36 — Чему равна максимальная ЭДС катушки, состоящей из проволоки длиной 1,6 м, намотанной на катушка диаметром 3,2 см, вращающаяся со скоростью 95 об/мин с силой 0,070 Тл. магнитное поле? [18 мВ]
Проб.37 (назначено для HW) — Какая составляющая магнитного поля Земли способствует ЭДС индукции в круглой катушке, вращающейся вокруг вертикальной оси?

23-7: Индуктивность
Самоиндукция (или просто индуктивность, L) определяется с точки зрения ЭДС, противодействующей изменению тока в катушка: ЭДС = -L(dI/dt)
Единицей индуктивности в системе СИ является генри: 1 Гн = 1 В-с/А
Индуктивность соленоида: L = uo*n^2*A*длина, где n = N/длина
Проб.-tR/L).2/(2уо)
Вероятность 54 — Найдите энергию, запасенную в индукторе при t = 0, тау и бесконечности.
CQ20 — Что произойдет с энергией соленоида, если n удвоить, а I уменьшить вдвое?
стр.80 — Что — значение E/B для электрического и магнитного полей с одинаковым плотность энергии? [c]

23-10: трансформаторы
Трансформатор использует магнитную индукцию для преобразования тока и напряжения в одной цепи на другой ток и напряжение в другой цепи с минимальные потери мощности.
ЭДС в первичном или вторичном катушка пропорциональна количеству витков в катушке на основе Закон индукции Фарадея. Vp/Vs = Np/Ns.
Все трансформаторы принципиально похожи, но различаются по размеру в зависимости от максимальной мощности, с которой они могут справиться без перегрева.
Демо: Трансформатор с лампочкой
Весомый: Почему повышено напряжение с 12 кВ до 240 кВ для передачи электроэнергия на большие расстояния?

Применение магнитных индукция: генераторы, двигатели, трансформаторы, аудио динамики, телефонные трубки и динамики, головки чтения/записи для магнитные носители (магнитофоны, видеомагнитофоны, дисководы), схемы настройки для беспроводные ЭМ устройства (радиоприемники, сотовые телефоны, телевизоры), электрогитара датчики, МРТ, системы регенеративного торможения, металлодетекторы, магнитные Анти-вор устройства, сигнальные петли в тротуаре, аккумуляторные зубные щетки.

Minute Paper: для дополнительных баллов к вашей оценке участия в классе, ответьте на следующие два вопросов:
1) Что самое важное вы узнали из сегодняшнего урока?
2) Какие вопросы, комментарии или опасения у вас есть?

Инверсия магнитного потока в своеобразном изменяющемся виде AGN | Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма

.

РЕЗЮМЕ

Мы утверждаем, что событие смены вида в активном ядре галактики (АЯГ) 1ES 1927+654, за которым следует провал рентгеновской светимости на три порядка, контролируется изменением скорости аккреции и инверсией магнитного потока в магнитоупорном диске (МАД).До события изменения внешнего вида сильный магнитный поток на черной дыре вызывает рентгеновское излучение посредством процесса Блэндфорда – Знайека, в то время как УФ-излучение создается радиационно неэффективным намагниченным диском. Адвективное событие, приносящее поток противоположной полярности, распространяется внутрь, приводя сначала к увеличению УФ/оптической светимости, а затем к падению рентгеновской светимости. Мы обнаружили, что наблюдаемая временная шкала между началом события смены вида и минимумом рентгеновской светимости, ≈200 d, согласуется со временем, необходимым для компенсации магнитного потока в MAD, простирающемся до ≈180 р г .Хотя события инверсии потока могут быть редкими из-за необходимого большого отношения потока к массе, мы утверждаем, что AGN, демонстрирующие необычно высокое отношение рентгеновской и ультрафиолетовой светимости, являются первыми кандидатами на такие события. Мы предполагаем, что подобные события могут приводить к прерыванию струй в радиогромких объектах.

1 ВВЕДЕНИЕ

Активные галактические ядра (АЯГ) — это объекты с высокой изменчивостью в оптическом/УФ-диапазоне, обычно демонстрирующие среднеквадратичную изменчивость в 10–20 %, а иногда оптическая светимость изменяется в два раза (Rumbaugh et al.2018). Самая экстремальная изменчивость обнаружена в AGN с изменяющимся видом, которые, по наблюдениям, переходят от типа 1 к типу 2 или наоборот в типичном временном масштабе в несколько месяцев. АЯГ типа 1 имеют как узкие, так и широкие эмиссионные линии, в то время как АЯГ типа 2 имеют только узкие эмиссионные линии. Переход от типа 2 к типу 1 обычно сопровождается увеличением оптической светимости в ≃2–10 раз (или соответствующим уменьшением для типа 1 до типа 2). Хотя первые АЯГ с изменяющимся видом были обнаружены в соседнем Сейферте (Tohline & Osterbrock 1976, Cohen et al.1986, Сторчи-Бергманн и др. 1995), теперь они также обнаружены в светящихся квазарах на более высоких красных смещениях (ЛаМасса и др., 2015; Маклеод и др., 2016; Руан и др., 2016; Рунно и др., 2016; Ван; Сюй и Вей, 2018; Ян и др. 2018).

Различие между АЯГ Типа 1 и Типа 2 долгое время объяснялось затемнением на луче зрения центральной области пыльным тором (Антонуччи, 1993). Кажется маловероятным, что пыльное облако, появляющееся или исчезающее из поля зрения, могло быть движущей силой событий изменения внешнего вида (Trakhtenbrot et al.2019), поскольку для объяснения наблюдаемых временных масштабов ему потребуется покрыть большую часть области широкой линии (BLR) и двигаться очень быстро. Изменение внутренней силы аккреции АЯГ кажется более правдоподобным объяснением событий с изменяющимся внешним видом. Эта идея подтверждается несколькими АЯГ с изменяющимся видом, которые перешли в или из так называемого «настоящего» АЯГ 2-го типа, т. е. АЯГ 2-го типа, не проявляющего признаков затемнения (ЛаМасса и др., 2015, Хусманн и др., 2016, Трахтенброт и др., 2019).

Один из этих «настоящих» AGN типа 2, 1ES 1927+654 (Gallo et al.2013), недавно произошло своеобразное событие смены вида (Trakhtenbrot et al. 2019), которое отличает его от других изменяющихся видов AGN. Еще до события изменения внешнего вида 1ES 1927+654 имела рентгеновскую светимость в диапазоне 0,5–10 кэВ примерно на 1–2 порядка выше, чем болометрическая светимость, полученная в оптическом или УФ-диапазоне (Риччи и др., 2020). , тогда как АЯГ обычно имеют рентгеновскую светимость порядка УФ-светимости или ниже (Свобода, Гуайнацци и Мерлони, 2017). Событие смены вида, при котором оптическая светимость увеличилась в |${\gtrsim}10{-}100$| и появились широкие линии, затем вблизи пика УФ-излучения последовало резкое уменьшение рентгеновского свечения на три порядка (Ricci et al.2020). Этот провал рентгеновской светимости длился ≈100 дней, после чего рентгеновская светимость увеличилась до уровня, в 10 раз превышающего уровень до события. Более того, УФ/оптическая светимость неуклонно уменьшалась во время провала в рентгеновских лучах, что позволяет предположить, что событие оптического изменения вида и провал рентгеновской светимости не связаны. Обычно в АЯГ с изменяющимся видом рентгеновская светимость следует тренду оптической светимости (ЛаМасса и др., 2015; Хусманн и др., 2016; Паркер и др., 2018; Цетцль и др., 2018).

Риччи и др. (2020) предположили, что событие изменения оптического вида и провал в рентгеновской светимости можно объяснить разрушением внутреннего аккреционного диска в результате приливного разрушения (TDE). TDE был предложен по подгонке t −5/3 к скорости убывания УФ-светимости. Однако Трахтенброт и соавт. (2019) отмечают, что из-за неопределенности времени пика УФ-светимости наклон плохо ограничен. Более того, эмиссионные линии, обычно наблюдаемые в TDE, в этом случае отсутствуют (Trakhtenbrot et al.2019). Плавное уменьшение УФ-светимости во время провала рентгеновской светимости также предполагает, что ничего столь драматичного, как разрушение внутреннего диска, не произошло после события оптического изменения вида.

В этом Письме мы предлагаем альтернативный сценарий, в котором вся серия событий в 1ES 1927+654 контролируется двумя основными параметрами: быстрой эволюцией магнитного потока вблизи черной дыры (ЧД) и изменением аккреции показатель. Хотя временные масштабы намного короче, чем ожидалось для вязкого притока в геометрически тонком аккреционном диске, они были бы сравнимы с тем, что можно было бы ожидать в сильно намагниченных приподнятых дисках (Dexter & Begelman 2019).В разделе 2 мы утверждаем, что высокое отношение рентгеновской и ультрафиолетовой светимости в 1ES 1927+654 до события можно было объяснить магнитно-заблокированным диском (MAD). Затем, в разделе 3, мы показываем, что адвекция материи, пронизанной магнитным потоком противоположной полярности, может быстро разрушить MAD, что приведет сначала к увеличению светимости в оптическом/УФ-излучении, а затем к падению светимости в рентгеновском диапазоне. Подобный механизм был предложен для объяснения переходов состояний в рентгеновских двойных системах (Игуменщев, 2009; Декстер и др.2014). Мы оцениваем количество необходимого потока и временной масштаб, в течение которого он может пройти через оптический/УФ-излучающий регион аккреционного диска и далее к ЧД. Шкала времени согласуется с наблюдаемым уменьшением рентгеновской светимости. В разделе 4 мы обсуждаем источник магнитного потока противоположной полярности. Мы завершаем раздел 5 и обсуждаем перспективы наблюдения подобных явлений в других источниках.

2 АККРЕЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ДО И ПОСЛЕ СОБЫТИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ВЗГЛЯДА

2.1 Компактная рентгеновская корона

Временные и спектральные свойства ЧД, излучающих жесткое рентгеновское излучение, хорошо описываются чрезвычайно компактным рентгеновским излучателем, расположенным в пределах нескольких внутренних гравитационных радиусов (Рейс и Миллер, 2013; Санфрутос и др., 2013; Уттли и др., 2014), что согласуется с компактные рентгеновские размеры, полученные на основе микролинзирования квазаров (Морган и др., 2008; Чартас и др., 2009; Дай и др., 2010). Мы предполагаем, что суммарный магнитный поток, создаваемый вращающейся ЧД, извлекает спиновую энергию за счет эффекта Блэндфорда-Знайека (БЗ) (Блэндфорд и Знайек, 1977), и что фиксированная часть мощности ЧД излучается в рентгеновском диапазоне: L X  = ϵ X P BZ , где ϵ X ≡ 0.1ϵ X ,−1 . Синхротронное излучение энергичных электронов в короне предпочтительнее обратного комптоновского рассеяния для происхождения рентгеновских лучей из-за низкой УФ-светимости до события и высокой плотности магнитной энергии, выведенной из уравнения (2). Мы принимаем скромное эталонное значение ϵ X из-за других каналов, доступных для мощности BZ, таких как намагниченный ветер, но учтите, что эффективность может быть выше (Crinquand et al.2f(x_a)$|⁠, |$x_a= 0.{2}}, \end{eqnarray*}$$

(2)где L X ≡ 10 43 L X ,43  эрг с

0 −s F a на 0,1, его значение для ЧД с a ≈ 0,9 (предельное значение для a  = 1 равно 0,2). После провала яркость в рентгеновском излучении восстанавливается примерно в 10 раз по сравнению с уровнем до события, что позволяет предположить, что звездная величина Φ X увеличилась в ≈3 раза.

2.2 Темп аккреции, радиационная эффективность и магнитно-удерживаемый диск

MAD являются результатом накопления до насыщения магнитного потока на ЧД за счет набегающего давления аккреционного потока (Нараян, Игуменщев и Абрамович, 2003). Общее релятивистское магнито-гидродинамическое моделирование (GRMHD) показывает, что после достижения точки насыщения MAD чередуются между эпизодами выброса сильно намагниченной жидкости с низкой плотностью из ЧД и адвекцией полоидального потока на ЧД (Игуменщев 2008).Выбросы происходят из-за неосесимметричных неустойчивостей, таких как магнитная неустойчивость Рэлея-Тейлора.

Как только будет достигнуто состояние MAD, любой входящий поток в диске либо воссоединится с фоновым полем (если имеет противоположную полярность), либо будет накапливаться в диске вместо того, чтобы направляться к ЧД (если той же полярности). В случае накопления мы ожидаем образования сильно намагниченного диска, пронизанного суммарным магнитным потоком. Таким образом, MAD обеспечивают оптимальные условия для питания компактной рентгеновской короны или струи при заданной скорости аккреции.{-1}} \end{eqnarray*}$$

(3) (МакКинни, Чеховской и Бландфорд, 2012). Мы можем сравнить предел MAD со скоростью аккреции, необходимой для получения болометрической светимости диска L d , предполагая, что эффективность аккреции диска составляет ϵ d ≡ 0,1ϵ d,−1 :

$$\begin{ уравнение*} \ frac {\ dot {M}} {\ dot {M} _ \ mathrm {MAD}} \ приблизительно \ frac {\ epsilon _X} {\ epsilon _ {\ mathrm {d}}} \ frac {L_ \ mathrm { d}}{L_X} F_{a, -1} \gtrsim 1 . {- 1}.\end{eqnarray*}$$

(5) Для ? это допускает неэффективное охлаждение внутреннего диска (Esin, McClintock & Narayan 1997) и согласуется со значением ϵ d , которое мы использовали согласно Xie & Zdziarski (2019). Если L d были намного меньше, чем 0,1 L X до события смены вида (что возможно, потому что большая часть оптических данных до события, собранных Trakhtenbrot et al.2019 являются верхними пределами), это расширит пространство параметров, открытое для радиационно неэффективной аккреции, но за счет увеличения ϵ X до значений, близких к единице или превышающих ее.

Таким образом, мы предполагаем, что условие (4) близко к минимальному выполнению, т. е. что диск до события смены вида мог находиться в состоянии БЕЗУМНО, |$\dot{M} \ приблизительно \dot{M}_\ матрм{MAD}$|⁠. MAD, пронизанный сильным магнитным потоком, может быть радиационно неэффективным независимо от скорости аккреции.Сильные крупномасштабные магнитные поля очень эффективно извлекают угловой момент и энергию в виде намагниченных потоков, не выделяя при этом гравитационную энергию локально, как в случае турбулентной аккреции (Феррейра и Пеллетье, 1995). Такие поля также способны поддерживать диск вертикально и снижать плотность диска (Mishra et al. 2019). Эти два эффекта могут привести к тому, что диски MAD будут производить небольшое УФ/оптическое излучение по сравнению с рентгеновским излучением, исходящим от компактной короны.Действительно, радиационное моделирование Моралеса Тейшейры, Авары и МакКинни (2018) показывает, что радиационная эффективность MAD примерно в три раза ниже, чем у стандартного тонкого диска (Новиков и Торн, 1973).

Если состояние MAD должно вызывать низкую эффективность УФ/оптического излучения, оно должно распространяться по крайней мере до радиуса, где тонкий диск будет иметь оптический пик, r opt . Оценивая r opt с помощью модели локального черного тела, мы находим

$$\begin{eqnarray*} r_\mathrm{opt}\примерно 1.{-2/3}r_g, \end{eqnarray*}$$

(6)где r г  = GM B H / c 2 . Магнитный поток, необходимый для заполнения диска MAD до r opt , Φ MAD , больше, чем Φ X (уравнение 2) на коэффициент, который масштабируется ∝( r opt r ) / r g ) 3/4 , где мы предположили, что полоидальное магнитное поле соответствует автомодельному скейлингу r −5/4 (Бландфорд, Пейн, 1982; Сикора, Бегельман, 2013), но возможно, с небольшим числовым коэффициентом из-за вклада большого тороидального поля в удержание полоидального потока на ЧД (Сцепи, Бегельман и Декстер, в подготовке).

Во время события смены вида болометрическая яркость диска увеличивается как минимум в ≈100 раз на пике. Мы предполагаем, что фактическая скорость аккреции увеличивается примерно в 10 раз, а другой фактор в 10 объясняется увеличением ϵ d с ∼10 −2 до стандартного значения тонкого диска. Такое увеличение радиационной эффективности согласуется с увеличением фактора Эддингтона до ∼0,1, а также с временным увеличением |$\dot{M}/\dot{M}_\mathrm{MAD}$|⁠.Более того, увеличение |$\dot{M}$| в ∼10 раз также согласуется с долгосрочным стабильным значением L X после его восстановления после провала, если новое состояние MAD устанавливается вблизи ЧД.

Напротив, L d постепенно снижается после своего пика. Мы связываем это либо с восстановлением условий MAD ​​и связанным с этим снижением эффективности излучения достаточно далеко в диске, либо с уменьшением скорости аккреции массы в диске, который еще не успел достичь ЧД.В последнем случае 90 092 L 90 093 X 90 094 90 095 должны в конце концов пойти вниз, когда уменьшение темпа аккреции достигнет ЧД.

3 ИЗМЕНЕНИЕ СКОРОСТИ АККРЕЦИИ МАССЫ И ИНВЕРСИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА КАК МЕХАНИЗМ ПЕРЕХОДА

3.1 Инверсия магнитного потока

Одного только внезапного изменения скорости аккреции массы недостаточно, чтобы объяснить резкое уменьшение рентгеновской светимости в 1000 раз и столь же резкое ее восстановление.Мы предполагаем, что это изменение связано с аннигиляцией и возможной заменой потока, пронизывающего ЧД, внезапным событием адвекции, привносящим магнитное поле противоположной полярности. МАД заполнены большим полоидальным магнитным полем одной доминирующей полярности. При переносе достаточного количества магнитного потока противоположной полярности можно разрушить, а затем восстановить состояние MAD (МакКинни и др., 2012; Декстер и др., 2014).

Адвективное магнитное поле сначала воссоединится во внешних сильно намагниченных областях диска, оставив после себя диск с более низкой намагниченностью и потенциально более высокой радиационной эффективностью, сначала увеличив УФ/оптическую светимость.По мере распространения события аккреции внутрь оно достигнет ЧД и разрушит корону ЧД. Это приводит к резкому уменьшению L X . Последующее увеличение L X связано с воссозданием короны путем накопления оставшегося чистого магнитного потока на ЧД. Как только магнитный поток на ЧД достигнет насыщения, остальная часть диска продолжит накапливать чистый магнитный поток, восстанавливая MAD до больших радиусов. Тогда есть два варианта объяснения уменьшения УФ-светимости.Начало MAD может постепенно снижать радиационную эффективность диска. В качестве альтернативы радиационная эффективность может оставаться постоянной, что указывает на уменьшение скорости аккреции массы. В последнем случае рентгеновская светимость также со временем будет уменьшаться. Последовательность событий показана на рис. 1 с имитацией кривой блеска, а также с физическими состояниями диска в разные моменты времени. Этот сценарий тесно связан с парадигмой магнитного потока Сикоры и Бегельмана (2013), призванной объяснить дихотомию радио-громкий/радио-тихий в AGN.

Рис. 1.

Набросок последовательности событий во время отмены и восстановления магнитного потока в диске MAD, а также ожидаемого поведения при наблюдении. Направление и толщина черных вертикальных стрелок представляют знак и напряженность магнитного поля соответственно. Длина и толщина серых горизонтальных стрелок представляют собой амплитуду скорости аккреции массы. Геометрически толстые/тонкие диски представляют собой радиационно неэффективные/эффективные аккреционные потоки.На верхних панелях мы также указываем предполагаемые изменения скорости аккреции во время смены вида 1ES 1927+654. Кривые 6а и 6б представляют два возможных сценария будущей эволюции диска.

Рис. 1.

Набросок последовательности событий при гашении и восстановлении магнитного потока в диске MAD, а также ожидаемое поведение при наблюдении. Направление и толщина черных вертикальных стрелок представляют знак и напряженность магнитного поля соответственно.Длина и толщина серых горизонтальных стрелок представляют собой амплитуду скорости аккреции массы. Геометрически толстые/тонкие диски представляют собой радиационно неэффективные/эффективные аккреционные потоки. На верхних панелях мы также указываем предполагаемые изменения скорости аккреции во время смены вида 1ES 1927+654. Кривые 6а и 6б представляют два возможных сценария будущей эволюции диска.

В 1ES 1927+654 воссоздание короны и уменьшение УФ-светимости происходит в ≈4 раза медленнее, чем разрушение короны и подъем УФ-светимости.Это согласуется с тем, что диск после события был менее намагниченным и геометрически тоньше, чем исходный диск, что увеличивает временной масштаб адвекции потока, как мы увидим в разделе 3.2. Если уменьшение УФ-светимости после события связано с уменьшением скорости аккреции, которая еще не достигла ЧД, то уменьшение рентгеновской светимости должно происходить в масштабе времени ≈2 года, ≈4 раза отставания время между началом оптического события и разрушением короны.

3.2 Шкала времени адвекции магнитного поля

Мы используем две модели для оценки временных масштабов аккреции и адвективного магнитного потока. Во-первых, мы предполагаем, что в MAD скорость аккреции определяется крутящим моментом намагниченного потока (Ferreira & Pelletier, 1995).{1/2}.{1/2}. \end{eqnarray*}$$

(10)Поскольку диск поддерживается магнитом, имеем H / R  ≈ 0,3. Предполагая разумное β ≈ 10 2 , мы получаем α ≈ 1 (Scepi et al. 2018). Это также дает t acc / 200 d ≈10 −1 . В обоих сценариях событие аккреции, идущее от ≈180  r g , может объяснить событие инверсии в предполагаемое время 200 дней для 1ES 1927+654.

4 ИСТОЧНИК МАГНИТНОГО ПОТОКА

Предлагаемый нами сценарий требует очень высокого отношения магнитного потока к адвективной массе,

$$\begin{eqnarray*} \ frac{\ Phi _ \ mathrm {MAD}} {M_ \ mathrm {adv}} \ приблизительно 3.{-1}}. \end{eqnarray*}$$

(11)Отношение магнитного потока к массе самогравитирующего молекулярного облака обычно составляет & Spitzer 1976), что на ≈6 порядков ниже того, что нам нужно для питания события. TDE звезды с солнечной массой, пронизанной сильным диполярным магнитным полем в 1 МГс, обеспечит только отношение магнитного потока к массе ≈10 −5 − 10 −4  G см 2  g −1 и поэтому не мог привести событие в действие.

Другие источники потока могут включать горячую окружающую среду или потоки холодного газа, удерживаемые сильным внешним тепловым давлением, а не собственной гравитацией. Внутреннее дисковое динамо также может обеспечить необходимую инверсию потока за счет создания петель сильных магнитных полей во внешнем диске, которые затем затягиваются внутрь (Лиска, Чеховской и Кватарт, 2020). В 3D-моделировании GRMHD Liska et al. (2020), генерация сильного полоидального поля происходит во временных масштабах порядка месяца при масштабировании до нашей предполагаемой массы.Однако их моделирование начинается с сильного тороидального поля. Аналитические оценки этого процесса с более слабым начальным полем предполагают, что инверсия потока может развиваться слишком медленно (>10 4 лет, используя анализ Begelman & Armitage, 2014), чтобы объяснить поведение 1ES 1927+654 в рентгеновском диапазоне.

В то время как вышеприведенные источники представляют ab initio источники вмороженного потока, альтернативное разрешение состоит в том, что поток уже был сконцентрирован в диске в течение длительного периода времени по сравнению с продолжительностью события изменения вида.Естественным способом добиться этого было бы существование условий MAD ​​на радиусах |${\gtrsim}r _{\mathrm{opt}}$| (и, возможно, на гораздо большие радиусы) задолго до события. В таких условиях большое количество вещества могло аккрецироваться, оставляя свой магнитный поток позади в течение ≈400 лет, увеличивая отношение потока к массе до значения, необходимого для события.

Таким образом, смена полярности потока могла быть «запечена» в MAD задолго до события изменения вида. Такой реверс предположительно мог бы возникнуть в результате повторного подключения, но если бы он развил достаточно плавный градиент, он мог бы быть достаточно долгоживущим, чтобы обеспечить подходящие предварительные условия для переходного процесса с изменением вида.Мы предполагаем, что внезапное увеличение |$\dot{M}$| временно снимает состояние MAD, поскольку |$\dot{M} \gg \dot{M}_\mathrm{MAD}$|⁠. Это может подавить диффузию сильного поля, которая характеризует состояние MAD, и вызвать адвекцию большого количества потока внутрь, направляя фронт воссоединения к ЧД.

5 ОБСУЖДЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Мы утверждали, что внезапное исчезновение излучающей рентгеновское излучение короны в изменяющемся облике AGN 1ES 1927+654 произошло в результате внезапного изменения полярности магнитного потока, приходящего на ЧД.Если корона питается от эффекта ЧД, который пропорционален квадрату потока, пронизывающего ЧД, уменьшение и обращение этого потока может привести к резкому уменьшению мощности короны на порядки. Корона восстановится, как только величина потока снова достигнет насыщения в результате продолжающейся адвекции.

Мы также утверждали, что событие аккреции, связанное с инверсией магнитного потока, может вызвать увеличение УФ/оптического потока (связанное с классическим событием «изменения взгляда»), которое предшествовало разрушению короны.Увеличение скорости аккреции массы в 10 раз в сочетании с увеличением эффективности аккреции в 10 раз согласуется с общим увеличением как рентгеновской светимости (после выхода из провала), так и оптической /ультрафиолетовая яркость на пике. Мы рассматриваем два сценария, зависящих от радиационной эффективности МАД, для объяснения плавного уменьшения УФ-светимости после события. Если MAD радиационно неэффективны, уменьшение УФ-светимости может быть просто связано с воссозданием состояния MAD, и нельзя ожидать изменения рентгеновской светимости после воссоздания короны при условии, что |$\dot{M}$ | остается на прежнем уровне.Если MAD являются радиационно эффективными дисками, уменьшение УФ-светимости может быть связано с уменьшением скорости аккреции, которая еще не достигла ЧД; в этом случае мы ожидаем, что светимость в рентгеновском диапазоне будет следовать тренду светимости в УФ-излучении с задержкой на ≈2 года. По нашим оценкам, правдоподобные начальные условия могут вызвать событие смены вида и разрушение-воссоздание короны через ≈200 дней (время между началом события смены вида и провалом в L X ) для Масса ЧД 2 × 10 7 M , наблюдаемая в 1ES 1927+654, при условии, что |${\gtrsim}10{{\\rm percent}}$| часть мощности эффекта БЗ переходит в рентгеновские лучи.{-2}\dot{M}_\mathrm{Edd}$| с эффективностью излучения |${\приблизительно}1{{\\rm percent}}$|⁠. Эта низкая скорость аккреции согласуется с отсутствием видимых широких эмиссионных линий согласно сценарию дискового ветра (Элитцур и Нетцер, 2016). После события диск аккрецировался при |${\приблизительно}0,1 \dot{M}_\mathrm{Edd}$| со стандартной радиационной эффективностью |${\приблизительно}10{{\\rm percent}}$|⁠. Увеличение скорости аккреции и радиационной эффективности может объяснить внезапное освещение существующего BLR, о чем свидетельствует задержка в ≈1–3 месяца между увеличением УФ/оптической светимости и появлением широких эмиссионных линий ( Трахтенброт и соавт.2019). Мы отмечаем, что BLR на нескольких десятках световых дней (10 4 r г для 1ES 1927+654; Трахтенброт и др., 2019) будет незначительно согласовываться с увеличением скорости загрузки массы оттока до до H / R  = 0,3 за 100 дн события смены вида, хотя для этого потребовалась бы скорость истечения, близкая к локальной скорости вращения диска. Следовательно, случай 1ES 1927+654 не может установить, существовал ли BLR уже или нет, когда изменение скорости аккреции массы и радиационной эффективности освещало его.

Моделирование MAD и эффекта BZ часто указывает на создание коллимированных струй, распространяющихся на большие расстояния. Учитывая рентгеновскую светимость 1ES 1927+654 и используя уравнение (10) Сикоры и Бегельмана (2013) для оценки радиомощности джета, можно было бы ожидать, что 1ES 1927+654 будет громким по радио. Однако радиоспокойная природа 1ES 1927+654 (Боллер и др., 2003) предполагает, что струя каким-то образом гасится, возможно, из-за взаимодействия с внешней средой или внутренних нестабильностей, приводящих к отсутствию коллимации.Это согласуется с тем, что корональная эффективность велика, поскольку часть энергии BZ, которая не заканчивается кинетической энергией струй на больших расстояниях, потенциально доступна для питания рентгеновских лучей. Однако если струя присутствует и диск находится относительно лицом к лицу, эффективность рентгеновского излучения также может быть ниже, чем значение, которое мы использовали в разделе 2, из-за эффекта доплеровского излучения.

Мы предположили происхождение магнитного потока, необходимого для запуска события инверсии, и показали, что необходимо очень высокое отношение потока к массе.Отношение намного выше, чем то, что ожидается от молекулярных облаков или звезды, разрушенной приливом. Если поток обеспечивается внутренним стохастическим динамо, мы ожидаем, что эти события полного разрушения короны будут редкими, потому что для стохастического развития таких больших инверсий потока потребуется много времени (Begelman & Armitage 2014). Относительно длинные интервалы между событиями инверсии также вероятны, если поток сначала должен накапливаться до больших радиусов в MAD. В любом случае эти события всегда должны сопровождаться значительным провалом в L X , который кажется не связанным с УФ/оптической кривой блеска, как в 1ES 1927+654.Однако они могли происходить и в другом режиме скорости аккреции, чем в 1ES 1927+654, и изменение УФ/оптической светимости могло быть в некоторых случаях более умеренным. Это подчеркивает необходимость мониторинга рентгеновских лучей, а также оптического потока при изменении внешнего вида.

Радиогромкие объекты, которые являются АЯГ, скорее всего, содержат реактивный двигатель, приводимый в действие эффектом BZ и, возможно, MAD, являются первыми кандидатами на подобные события. Они могут демонстрировать кратковременное прерывание струи (возможно, видимое с разрешением в миллисекунды дуги или выше) и изменение громкости радио, связанное в основном с увеличением УФ/оптического излучения.

С помощью нашего сценария мы попытались объяснить общие черты события смены вида в 1ES 1927+654. Тем не менее, остаются интересные дополнительные особенности для объяснения, такие как ужесточение рентгеновских лучей по мере того, как они становятся ярче во время провала, и крайняя изменчивость ≈2 dex в часовом масштабе вблизи провала. Объяснение этого поведения может потребовать лучшего понимания происхождения рентгеновского излучения в AGN.

БЛАГОДАРНОСТИ

Мы благодарим рецензента за подробный отчет, а также Клаудио Риччи, Эрин Кара и Эндрю Фабиана за полезные обсуждения.Мы признательны за финансовую поддержку Программы астрофизики Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) в виде грантов NNX16AI40G, NNX17AK55G и 80NSSC20K0527, а также исследовательской стипендии Фонда Альфреда П. Слоана (JD).

НАЛИЧИЕ ДАННЫХ

Базовые данные доступны в статье.

ССЫЛКИ

Антонуччи

 

Р.

,

1993

,

АРАиА

,

31

,

473

0    3

9002C.

,

Armitage

PJ

,

2014

,

ApJ

,

782

,

L18

Блэндфорд RD

,

Payne

DG

,

1982

,

MNRAS

,

199

,

883

Blandford

RD

,

Znajek

RL

,

1977

,

Mnras

,

179

,

433

Boller

T.

и др. ,

2003

,

A & A

,

397

,

557

,

557

Chartas

G.

,

Kochanek

CS

,

DAI

x.

,

Poindexter

S.

,

Garmire

G.

,

2009

,

APJ

,

693

,

174

Cohen

RD

,

RUDY

RJ

,

Puetter

R.C.

,

AKE

TB

,

Foltz

,

CB

,

1986

,

APJ

,

311

,

135

Crinquand

B.

,

Cerutti

B.

,

Philippov

AE

,

Parfrey

K.

,

Dubus

G.

,

2020

3 , 9 Phys. Преподобный Летт.

,

124

,

145101

 

Дай

 

Х.

,

KOCHANEK

CS

,

CHARTAS

,

G.

Kozłowski

S.

,

Morgan

CW

,

Garmire

G.

,

AGOL

E.

,

2 010

,

ApJ

,

709

,

278

Декстер J.

,

Бегельман MC

,

2019

,

MNRAS

,

483

,

L17

Декстер

Дж.

,

МакКинни

JC,

Маркоффа С.

,

Tchekhovskoy

А.,

2014

,

MNRAS

,

440

,

2185

Elitzur М.

,

Netzer

H.

,

2016

,

Mnras

,

459

,

585

Esin

AA

,

MCClintock

JE

,

Narayan

R.

,

1997

,

apj

,

489

,

489

,

Ferreira

J.

,

Pelletier

G.

,

1995

,

A & A

,

295

,

807

Gallo

LC

,

Macmackin

,

C.

,

Vasudevan

R.

,

CACKETT

EM

,

Fabian

A.C.

,

Panessa

,

F.

,

2013

,

Mnras

,

433

,

421

,

421

Husemann

B.

et al. ,

2016

,

&

,

593

,

L9

Igumenshchev

И.В.

,

2008

,

ApJ

,

677

,

317

Igumenshchev

И.В.

,

2009

,

ApJ

,

702

,

L72

 

ЛаМасса

 

С.М.

 и др. ,

2015

,

APJ

,

800

,

144

,

144

Liska

M.

,

TCHEKHOVSKOY

A.

,

QUATAERT

E.

,

E.

,

2020

,

MNRAS

,

494

,

3656

 

MacLeod

 

CL

 et al. ,

2016

,

MNRAS

,

457

,

389

 

McKinney

 

Дж.С.

,

Tchekhovskoy

А.,

Блэндфорд

РД,

2012

,

MNRAS

,

423

,

3083

Мишра В.

,

Бегельман

MC ,

Armitage

PJ

,

Simon

JB

,

2019

,

Mnras

,

492

,

1855

Morales Teixeira

D.

,

Avara

МДж

,

МакКинни

JC

,

2018

,

MNRAS

,

480

,

3547

Morgan

CW

,

Kochanek

CS

,

Dai

x.

,

Morgan

ND

,

ND

,

Falco

EE

,

2008

,

APJ

,

689

,

755

Mouschovias

T.C.

,

Spitzer

LJ

,

1976

,

ApJ

,

210

,

326

Нараян Р.

,

Igumenshchev

IV,

Abramowicz

MA

,

2003

,

PASJ

,

55

,

L69

,

L69

Novikov

ID

,

Thorne

KS

,

1973

, в

de Witt

C.

,

Де Витт

 

B.

, ред.,

Черные дыры

.

Gordon & Breach

,

Нью-Йорк

, с.

343

Parker

 

M. L.

 и др. ,

2018

,

MNRAS

,

483

,

L88

Reis

RC

,

Миллер

JM

,

2013

,

ApJ

,

769

,

L7

Риччи

 

С.

и др. ,

2020

,

ApJ

,

898

,

L1

 

Ruan

 

J. J.

 et al. ,

2016

,

ApJ

,

826

,

188

 

Рамбо

 

N.

 и др. ,

2018

,

ApJ

,

854

,

160

 

Рунное

 

J. C.

 и др. ,

2016

,

МИР РАН

,

455

,

1691

 

Санфрутос

 

М.

,

Miniutti

G.

,

G.

,

AGIS-González

B.

,

Fabian

AC

,

Miller

JM

,

Panessa

F.

,

Zoghbi

A.

,

2013

,

Mnras

,

436

,

1588

,

1588

SCEPI

N.

,

Lesur

G.

,

DUBUS

G.

,

Flock

M.

,

2018

,

A & A

,

620

,

A49

SCEPI

N.

,

Lesur

G.

,

DUBUS

G.

,

Jacquemin-Ide

J .

,

2020

,

&

,

641

,

A133

Сикора

М.

,

Бегельман

MC

,

2013

,

ApJ

,

764

,

L24

 

Сторчи-Бергманн

 

Т.

,

Eracleous

M.

,

M.

,

M.

,

Wilson

AS

,

FILIPPENKO

AV

,

HALPERN

JP

,

1995

,

APJ

,

443

,

617

Свобода Дж

,

Guainazzi М.

,

Мерлони

А.,

2017

,

&

,

603

,

A127

Tchekhovskoy

А.

,

Нараян

Р.

,

МакКинни

JC

,

2010

,

ApJ

,

711

,

50

Tohline JE

,

Остерброком

DE

,

1976

,

ApJ

,

210

,

L117

 

Трахтенброт

 

B.

 и др. ,

2019

,

ApJ

,

883

,

94

 

Uttley

 

P.

,

CACKETT

EM

,

AC

,

AC

,

Kara

E.

,

Wilkins

DR

,

2014

,

A & AR

,

22

,

72

Wang

J.

,

xu

,

xu

dw

,

wei

jy

,

2018

,

APJ

,

858

,

49

Xie

F.-ГРАММ.

,

Zdziarki

A. A.

,

2019

,

APJ

,

887

,

887

,

167

Yang

Q.

et al. ,

2018

,

ApJ

,

862

,

109

 

Zetzl

 

M.

 et al. ,

2018

,

А&А

,

618

,

А83

© 2021 Автор(ы) Опубликовано Oxford University Press от имени Королевского астрономического общества

жизненно важных признаков планеты

Земля окружена системой магнитных полей, называемой магнитосферой.Магнитосфера защищает нашу родную планету от вредного солнечного и космического излучения, но она может менять форму в ответ на поступающую от Солнца космическую погоду. Предоставлено: Студия научной визуализации НАСА. Постоянный отток солнечного вещества вытекает из Солнца, изображенного здесь в художественном изображении. Этот солнечный ветер всегда проходит мимо Земли. Авторы и права: Лаборатория концептуальных изображений Годдарда НАСА/Грег Шира.

Земля окружена огромным магнитным полем, называемым магнитосферой.Созданная мощными динамическими силами в центре нашего мира, наша магнитосфера защищает нас от эрозии нашей атмосферы солнечным ветром, излучения частиц от выбросов корональной массы (извержений больших облаков энергичной намагниченной плазмы из солнечной короны в космос) , так и от космических лучей из дальнего космоса. Наша магнитосфера играет роль привратника, отталкивая эти формы энергии, вредные для жизни, и улавливая большую ее часть в безопасном месте вдали от поверхности Земли. Вы можете узнать больше о магнитосфере Земли здесь .

Поскольку силы, которые генерируют наше магнитное поле, постоянно меняются, само поле также находится в постоянном движении, его сила со временем возрастает и ослабевает. Это приводит к тому, что положение северного и южного магнитных полюсов Земли постепенно смещается и даже полностью меняется каждые 300 000 лет или около того. Это может быть несколько важно, если вы используете компас или для некоторых животных, таких как птицы, рыбы и морские черепахи, чьи внутренние компасы используют магнитное поле для навигации .

Некоторые люди утверждают, что колебания магнитного поля Земли способствуют текущему глобальному потеплению и могут вызвать катастрофические изменения климата. Однако наука не поддерживает этот аргумент. В этом блоге мы рассмотрим ряд предложенных гипотез о влиянии изменений магнитного поля Земли на климат. Мы также обсудим физические причины, по которым изменения в магнитном поле не могут повлиять на климат.

Запущенная в ноябре 2013 года Европейским космическим агентством (ЕКА) группировка из трех спутников Swarm позволяет по-новому взглянуть на работу глобального магнитного поля Земли.Магнитное поле, создаваемое движением расплавленного железа в ядре Земли, защищает нашу планету от космического излучения и заряженных частиц, испускаемых нашим Солнцем. Он также обеспечивает основу для навигации с помощью компаса.

На основе данных Swarm на верхнем изображении показана средняя напряженность магнитного поля Земли у поверхности (измеряемая в нанотеслах) в период с 1 января по 30 июня 2014 года. На втором изображении показаны изменения этого поля за тот же период. Хотя цвета на втором изображении такие же яркие, как и на первом, обратите внимание, что самые большие изменения были плюс-минус 100 нанотесла в поле, которое достигает 60 000 нанотесла.Предоставлено: Европейское космическое агентство/Технический университет Дании (ESA/DTU Space).

Получить новости НАСА об изменении климата: Подписаться на информационный бюллетень »

Гипотезы:

1. Сдвиги в расположении магнитных полюсов

Положение северного магнитного полюса Земли впервые было точно определено в 1831 году. С тех пор он постепенно смещался на северо-северо-запад более чем на 600 миль (1100 километров), а его скорость движения увеличилась примерно с 10 миль (16 километров) в год. примерно до 34 миль (55 километров) в год.Этот постепенный сдвиг влияет на навигацию и должен регулярно учитываться. Однако существует мало научных доказательств каких-либо существенных связей между дрейфующими магнитными полюсами Земли и климатом.

2. Инверсия магнитных полюсов

Суперкомпьютерные модели магнитного поля Земли. Слева — нормальное диполярное магнитное поле, типичное для долгих лет между сменами полярности. Справа — своего рода сложное магнитное поле Земли во время инверсии.Предоставлено: Калифорнийский университет в Санта-Круз/Гэри Глатцмайер.

Во время смены полюсов северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами. Хотя это может звучать как большое дело, инверсия полюсов — обычное дело в геологической истории Земли. Палеомагнитные записи говорят нам, что магнитные полюса Земли менялись местами 183 раза за последние 83 миллиона лет и по крайней мере несколько сотен раз за последние 160 миллионов лет. Временные интервалы между инверсиями сильно колебались, но в среднем составляют около 300 000 лет, причем последний раз произошел около 780 000 лет назад.

Геомагнитная полярность за последние 169 миллионов лет, уходящая в юрскую тихую зону. Темные области обозначают периоды нормальной полярности, светлые области обозначают обратную полярность. Кредит: общественное достояние

При смене полюса магнитное поле ослабевает, но не исчезает полностью. Магнитосфера вместе с земной атмосферой продолжают защищать Землю от космических лучей и заряженных солнечных частиц, хотя небольшое количество твердых частиц может доходить до поверхности Земли.Магнитное поле перемешивается, и в неожиданных местах могут появиться несколько магнитных полюсов.

Никто точно не знает, когда может произойти следующая инверсия полюсов, но ученые знают, что они не происходят в одночасье: они происходят в течение сотен или тысяч лет.

За последние 200 лет магнитное поле Земли ослабло примерно на девять процентов в среднем по миру. Некоторые люди ссылаются на это как на «доказательство» неизбежности смены полюсов, но у ученых нет оснований так полагать. На самом деле, 91 518 палеомагнитных исследований показывают, что поле примерно такое же сильное, как и за последние 100 000 лет, и в два раза интенсивнее, чем его среднее значение за миллион лет. Хотя некоторые ученые считают, что сила поля может полностью исчезнуть примерно через 1300 лет, текущее ослабление может прекратиться в любой момент.

Солнце испускает постоянный поток частиц и магнитных полей, известный как солнечный ветер, и огромные облака горячей плазмы и излучения, называемые выбросами корональной массы. Этот солнечный материал течет по космосу и поражает магнитосферу Земли, пространство, занятое магнитным полем Земли, которое действует как защитный щит вокруг планеты.Предоставлено: NASA Goddard/Bailee DesRocher.

Окаменелости растений и животных периода последней крупной инверсии полюсов не показывают каких-либо больших изменений. Образцы глубоководных отложений показывают, что ледниковая активность была стабильной. На самом деле, геологические записи и записи окаменелостей предыдущих инверсий не показывают ничего примечательного, например, событий конца света или крупных вымираний.

3. Геомагнитные экскурсии

В последнее время возникают вопросы и обсуждаются «геомагнитные экскурсии»: кратковременные, но значительные изменения напряженности магнитного поля, длящиеся от нескольких столетий до нескольких десятков тысяч лет.Радиоуглеродные данные показывают, что во время последнего крупного отклонения, называемого событием Лашампа, около 41 500 лет назад магнитное поле значительно ослабло, и полюса поменялись местами, но только для того, чтобы вернуться обратно примерно через 500 лет.

Магнитное поле Земли. Кредит: НАСА

Хотя есть некоторые свидетельства региональных климатических изменений во время события Лашамса, ледяные керны из Антарктиды и Гренландии не показывают каких-либо серьезных изменений. Более того, если рассматривать его в контексте изменчивости климата во время последнего ледникового периода, любые изменения климата, наблюдаемые на поверхности Земли, были незначительными.

Итог: нет никаких доказательств того, что на климат Земли оказали значительное влияние последние три отклонения магнитного поля или какое-либо событие отклонения в течение, по крайней мере, последних 2,8 миллионов лет.

Физические принципы

1. Недостаток энергии в верхних слоях атмосферы Земли

Электромагнитные токи существуют в верхних слоях атмосферы Земли. Но энергия, управляющая климатической системой в верхних слоях атмосферы, в среднем по миру составляет ничтожную долю энергии, которая управляет климатической системой на поверхности Земли.Его величина обычно составляет от менее одного до нескольких милливатт на квадратный метр. Для сравнения: энергетический баланс на поверхности Земли составляет от 250 до 300 ватт на квадратный метр. В долгосрочной перспективе энергия, которая управляет верхними слоями атмосферы Земли, примерно в 100 000 раз меньше, чем количество энергии, управляющее климатической системой на поверхности Земли. Наверху просто недостаточно энергии, чтобы влиять на климат там, где мы живем.

2. Воздух не содержит железа

Наконец, изменения и сдвиги полярности магнитного поля Земли не влияют на погоду и климат по фундаментальной причине: воздух не содержит железа .

Черные? Скажи что?? Бьюллер? Бьюллер?

Ferrous означает «содержащий или состоящий из железа». Хотя железо, содержащееся в вулканическом пепле, переносится атмосферой, а небольшие количества железа и соединений железа, образующихся в результате деятельности человека, являются источником загрязнения воздуха в некоторых городских районах, железо не является важным компонентом атмосферы Земли. Не существует известного физического механизма, способного связать погодные условия на поверхности Земли с электромагнитными токами в космосе.

Тепловое и композиционное строение атмосферы. Верхние слои атмосферы, включающие мезосферу, термосферу и внутреннюю ионосферу, поглощают все падающее солнечное излучение на длинах волн менее 200 нанометров (нм). Большая часть этого поглощенного излучения в конечном итоге возвращается в космос через инфракрасное излучение молекул двуокиси углерода (CO 2 ) и оксида азота (NO). Стратосферный озоновый слой поглощает излучение с длиной волны от 200 до 300 нм.

График слева показывает типичную среднемировую тепловую структуру атмосферы, когда поток солнечной радиации находится на минимальном и максимальном значениях его 11-летнего цикла.График справа показывает плотность азота (N2), кислорода (O2) и атомарного кислорода (O), трех основных нейтральных частиц в верхних слоях атмосферы, а также плотность свободных электронов (e-), которая равна к объединенной плотности различных видов ионов. Также указаны F, E и D области ионосферы, как и тропосфера, самая нижняя область атмосферы. Предоставлено: Военно-морская исследовательская лаборатория/J. Эммерт

Солнечные бури и их электромагнитные взаимодействия воздействуют только на ионосферу Земли, которая простирается от нижнего края мезосферы (около 31 мили или 50 километров над поверхностью Земли) до космоса, примерно на 600 миль (965 километров) над поверхностью. Они не оказывают влияния на тропосферу Земли или нижнюю стратосферу, где возникает погода на поверхности Земли, а затем и ее климат.

Короче говоря, когда дело доходит до климата, колебания магнитного поля Земли не вызывают беспокойства.

Связанная функция

Магнитосфера Земли: защита нашей планеты от вредоносной космической энергии

10.3 Закон электромагнитной индукции Фарадея | Электромагнетизм

10.3 Закон электромагнитной индукции Фарадея (ESBPY)

Ток, индуцированный изменяющимся магнитным полем (ESBPZ)

В то время как неожиданное открытие Эрстедом электромагнетизма проложило путь к более практическим применениям электричество, именно Майкл Фарадей дал нам ключ к практическому производству электричества: электромагнитная индукция .

Фарадей обнаружил, что когда он подносил магнит к проводу, на нем возникало напряжение. Если бы магнит был удерживался неподвижно, никакого напряжения не генерировалось, напряжение существовало только во время движения магнита. Мы называем это напряжение ЭДС индукции (\(\mathcal{E}\)).

Контур цепи, подключенный к чувствительному амперметру, будет регистрировать ток, если он настроен так, как показано на этом рисунке, и магнит перемещается вверх и вниз:

Магнитный поток

Прежде чем мы перейдем к определению закона электромагнитной индукции Фарадея и примерам, нам сначала нужно провести некоторое время, наблюдая за магнитным потоком.Для петли площади \(A\) при наличии равномерного магнитное поле, \(\vec{B}\), магнитный поток (\(φ\)) определяется как: \[\фи = БА\cos\тета\] Где: \начать{выравнивать*} \theta & = \text{угол между магнитным полем B и нормалью к петле площади A}\\ A & = \text{площадь петли}\\ B & = \text{магнитное поле} \конец{выравнивание*}

Единицей магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).

Вы можете спросить себя, почему угол \(\theta\) включен. Поток зависит от магнитного поля, которое проходит через поверхность. Мы знаем, что поле, параллельное поверхности, не может индуцировать ток, потому что оно не пройти через поверхность. Если магнитное поле не перпендикулярно поверхности, то есть составляющая которая является перпендикулярной и компонентой, которая параллельна поверхности. Параллельный компонент не может вклад в поток может вносить только вертикальная составляющая.

На этой диаграмме мы показываем, что магнитное поле под углом, отличным от перпендикулярного, может быть разбито на компоненты. Компонент, перпендикулярный поверхности, имеет величину \(B\cos(\theta)\), где \(\theta\) угол между нормалью и магнитным полем.

temp text
Закон электромагнитной индукции Фарадея

ЭДС, \(\mathcal{E}\), создаваемая вокруг контура проводника, пропорциональна скорости изменения магнитный поток φ через площадь контура A.Математически это можно выразить так:

. \[\mathcal{E} = -N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\]

, где \(\phi =B·A\) и B — напряженность магнитного поля. \(N\) — количество контуров цепи. Магнитное поле измеряется в единицах тесла (Тл). Знак минус указывает направление и то, что индуцированное ЭДС стремится противодействовать изменению магнитного потока. Знак минус можно не учитывать при расчете величины.

temp text

Закон Фарадея связывает ЭДС индукции со скоростью изменения потока, которая является произведением магнитного поля и площадь поперечного сечения, через которое проходят силовые линии.

Это не площадь самого провода, а область, которую окружает провод. Это означает, что если согнуть проволоки в круг, площадь, которую мы будем использовать при расчете потока, — это площадь поверхности круга, а не провод.

На этом рисунке, где магнит находится в той же плоскости, что и петля цепи, тока не будет даже если бы магнит был перемещен ближе и дальше. Это связано с тем, что силовые линии магнитного поля не проходят через замкнутую область, но параллельны ей.Линии магнитного поля должны проходить через область, ограниченную петля цепи для индукции ЭДС.

Направление индуктивного тока (ESBQ2)

Самое важное, что нужно помнить, это то, что индуцированный ток противостоит любым происходящим изменениям.

На первом рисунке (слева) южный полюс магнита приближается к петле цепи. Величина поле от магнита увеличивается. Ответом от ЭДС индукции будет попытка сопротивляться полю к полюсу становится сильнее.Поле является вектором, поэтому ток будет течь в таком направлении, что поля, вызванные током, имеют тенденцию нейтрализовать поля от магнита, сохраняя результирующее поле прежним.

Чтобы противостоять изменению от приближающегося южного полюса сверху, ток должен привести к линиям поля, которые отойти от приближающегося полюса. Следовательно, индуцированное магнитное поле должно иметь силовые линии, идущие вниз. внутреннюю часть петли. Направление тока, указанное стрелками на контуре цепи, позволит достичь этого.Проверьте это, используя правило правой руки. Поместите большой палец правой руки в направлении одной из стрелок и обратите внимание что поле закручивается вниз в область, ограниченную петлей.

На второй диаграмме южный полюс удаляется. Это означает, что поле от магнита будет получать слабее. Реакцией на индуцированный ток будет создание магнитного поля, которое добавляется к существующему. от магнитного, чтобы сопротивляться его уменьшению в силе.

Другой способ представить ту же функцию — использовать столбы. Чтобы противостоять приближающемуся южному полюсу тока индуцированное создает поле, похожее на еще один южный полюс со стороны приближающегося южного полюса. Подобно тому, как полюса отталкиваются, вы можете представить себе течение, создающее южный полюс, чтобы отразить приближающийся южный полюс. В на второй панели течение устанавливает северный полюс, чтобы притянуть южный полюс, чтобы остановить его удаление.

Мы также можем использовать вариацию правила правой руки, помещая пальцы в направлении тока, чтобы направьте большой палец в направлении линий поля (или на северный полюс).

Мы можем проверить все это на случаях, когда северный полюс приближается или удаляется от контура. Для В первом случае приближения к северному полюсу ток будет сопротивляться изменению, создав поле в противоположное направление полю от магнита, который становится сильнее. Используйте правило правой руки для подтверждения что стрелки создают поле с линиями поля, которые закручиваются вверх в замкнутой области, отменяя эти закручивается вниз от северного полюса магнита.

Подобно тому, как шесты отталкиваются, в качестве альтернативы проверьте, что, положив пальцы правой руки в направлении ток оставляет ваш большой палец вверх, указывая на северный полюс.

Для второй фигуры, где северный полюс удаляется, ситуация обратная.

Направление индукционного тока в соленоиде (ESBQ3)

Подход для определения направления тока в соленоиде аналогичен подходу, описанному выше.Единственное отличие состоит в том, что в соленоиде есть несколько витков проволоки, поэтому величина наведенного ЭДС будет другой. Поток можно рассчитать, используя площадь поверхности соленоида, умноженную на количество петель.

Помните: направления токов и связанных с ними магнитных полей можно найти с помощью только Правило правой руки. Когда пальцы правой руки направлены в сторону магнитного поля, большой палец указывает направление течения.Когда большой палец направлен в сторону магнита поле, пальцы указывают в направлении тока.

Направление тока будет препятствовать изменению. Мы будем использовать настройку, как в этом скетче, чтобы сделать тест:

В случае, когда северный полюс подведен к соленоиду, ток будет течь так, что северный полюс установленный на конце соленоида, ближайшем к приближающемуся магниту, чтобы оттолкнуть его (проверьте с помощью правого Ручное правило):

В случае, когда северный полюс удаляется от соленоида, ток будет течь так, что южный полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к удаляющемуся магниту, для его притяжения:

В случае, когда южный полюс удаляется от соленоида, ток будет течь так, что северный полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к удаляющемуся магниту, для его притяжения:

В случае, когда южный полюс подведен к соленоиду, ток будет течь так, что южный полюс будет устанавливается на конце соленоида, ближайшем к приближающемуся магниту, для его отражения:

временный текст

Простой способ создать магнитное поле с изменяющейся интенсивностью — переместить постоянный магнит рядом с проводом или моток проволоки.Магнитное поле должно увеличиваться или уменьшаться по напряженности перпендикулярно проводу (т.е. что силовые линии магнитного поля «пересекают» проводник), иначе не будет индуцироваться напряжение.

Индуцированный ток создает магнитное поле. Наведенное магнитное поле имеет направление, которое стремится к компенсировать изменение магнитного поля в петле провода. Таким образом, вы можете использовать правило правой руки, чтобы найти направление индуцированного тока, помня, что индуцированное магнитное поле противоположно по направлению к изменению магнитного поля.

Индукция

Электромагнитная индукция находит практическое применение в конструкции электрических генераторов, использующих механическая сила для перемещения магнитного поля мимо катушек провода для создания напряжения. Однако это отнюдь не единственное практическое применение этого принципа.

Если мы помним, магнитное поле, создаваемое проводом с током, всегда перпендикулярно проводу, и что интенсивность потока этого магнитного поля зависит от количества тока, проходящего через него.Мы Таким образом, можно видеть, что провод способен индуцировать напряжение по своей длине , если ток меняется. Этот эффект называется самоиндукцией . Самоиндукция – это когда переменное магнитное поле производится изменением тока через провод, индуцируя напряжение по длине того же провода.

Если магнитный поток усиливается за счет сгибания проволоки в виде катушки и/или наматывания этой катушки вокруг материала с высокой проницаемостью этот эффект самоиндуцируемого напряжения будет более интенсивным.Устройство сконструированный для использования этого эффекта, называется катушкой индуктивности .

Помните, что индуцированный ток создаст магнитное поле, противодействующее изменению магнитного потока. Это известно как закон Ленца.

Рабочий пример 1: Закон Фарадея

Рассмотрим плоскую квадратную катушку с 5 витками. Катушка имеет размер \(\text{0,50}\) \(\text{m}\) с каждой стороны и имеет магнитное поле \(\text{0,5}\) \(\text{T}\), проходящее через него.Плоскость катушки перпендикулярна магнитное поле: поле направлено за пределы страницы. Используйте закон Фарадея для расчета ЭДС индукции, если магнитное поле равномерно увеличивается от \(\text{0,5}\) \(\text{T}\) до \(\text{1}\) \(\text{T}\) в \(\text{10}\) \(\text{s}\). Определить направление индукционного тока.

Определите, что требуется

Мы обязаны использовать Закон Фарадея для расчета ЭДС индукции.

Запишите закон Фарадея

\[\mathcal{E}=-N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\] Мы знаем, что магнитное поле направлено под прямым углом к ​​поверхности и, таким образом, выровнено с нормалью. Это означает нам не нужно беспокоиться об угле, который поле образует с нормалью и \(\phi=BA\). Старт или начальное магнитное поле, \(B_i\), задается как окончательная величина поля, \(B_f\). Мы хотим определить величина ЭДС, поэтому мы можем игнорировать знак минус.2(\текст{1} — \текст{0,50})}{\текст{10}} \\ &=\текст{0,0625}\текст{В} \конец{выравнивание*}

Индуцированный ток направлен против часовой стрелки, если смотреть со стороны возрастающего магнитного поля.

Рабочий пример 2: Закон Фарадея

Рассмотрим соленоид из 9 витков неизвестного радиуса \(r\). На соленоид действует магнитное поле \(\text{0,12}\) \(\text{T}\). Ось соленоида параллельна магнитному полю.Когда поле равномерно переключается на \(\text{12}\) \(\text{T}\) в течение 2 минут ЭДС величиной \(-\text{0,3}\) \(\text{V}\) индуцируется. Определить радиус соленоида.

Определите, что требуется

Требуется определить радиус соленоида. Мы знаем, что связь между индуцированным ЭДС и поле подчиняются закону Фарадея, который включает в себя геометрию соленоида.Мы можем использовать это соотношение для нахождения радиуса.

Запишите закон Фарадея

\[\mathcal{E}=-N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\] Мы знаем, что магнитное поле направлено под прямым углом к ​​поверхности и, таким образом, выровнено с нормалью. Это означает нам не нужно беспокоиться об угле, который поле образует с нормалью и \(\phi=BA\). Начальный или начальное магнитное поле, \(B_i\), задается как окончательная величина поля, \(B_f\).{-\text{2}}\) \(\text{m}\). То соленоид подвергается воздействию переменного магнитного поля, которое равномерно изменяется от \(\text{0,4}\) \(\text{T}\) до \(\text{3,4}\) \(\text{T}\) в интервале \(\text{27}\) \(\text{s}\). Ось соленоида делает угол \(\text{35}\)\(\text{°}\) к магнитному полю. Найдите ЭДС индукции.

Определите, что требуется

Мы обязаны использовать Закон Фарадея для расчета ЭДС индукции.

Запишите закон Фарадея

\[\mathcal{E}=-N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\] Мы знаем, что магнитное поле направлено под углом к ​​нормали к поверхности. Это означает, что мы должны учитывать угол, который поле образует с нормалью и \(\phi=BA\cos(\theta)\). Стартовый или начальный магнитный поле, \(B_i\), задается как окончательная величина поля, \(B_f\). Мы хотим определить величину ЭДС, поэтому мы можем игнорировать знак минус.{-\текст{3}}\текст{В} \конец{выравнивание*}

Индуцированный ток направлен против часовой стрелки, если смотреть со стороны возрастающего магнитного поля.

временный текст
Реальные приложения

Следующие устройства используют закон Фарадея в своей работе.

  • индукционные плиты

  • магнитофон

  • металлоискатели

  • трансформаторы

Применение закона Фарадея в реальной жизни

Выберите одно из следующих устройств и поищите в Интернете или в библиотеке, как работает ваше устройство. работает.Вам нужно будет обратиться к закону Фарадея в вашем объяснении.

  • индукционные плиты

  • магнитофон

  • металлоискатели

  • трансформаторы

Закон Фарадея

Упражнение 10.2 из учебника

Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея словами и запишите математическое соотношение.

ЭДС, \(\mathcal{E}\), создаваемая вокруг контура проводника, пропорциональна скорости изменения магнитного потока φ через площадь контура A. Это можно сформулировать математически как:

\[\mathcal{E} = -N\frac{\Delta\phi}{\Delta t}\]

, где \(\phi =B·A\) и B — напряженность магнитного поля. \(N\) — количество цепей петли.Магнитное поле измеряется в единицах тесла (Тл). Знак минус указывает направление и что ЭДС индукции стремится противодействовать изменению магнитного потока. Знак минус можно игнорировать при вычислении величин.

Опишите, что происходит, когда стержневой магнит вталкивается или вытягивается из соленоида, соединенного с амперметр. Нарисуйте картинки, подтверждающие ваше описание.

В случае, когда северный полюс подведен к соленоиду, ток будет течь так, что северный полюс полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к приближающемуся магниту, чтобы оттолкнуть его (проверьте с использованием правила правой руки):

В случае, когда северный полюс удаляется от соленоида, ток будет течь так, что южный полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к удаляющемуся магниту, чтобы притягивать его:

В случае, когда южный полюс удаляется от соленоида, ток будет течь так, что северный полюс полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к удаляющемуся магниту, чтобы притягивать его:

В случае, когда южный полюс подведен к соленоиду, ток будет течь так, что южный полюс устанавливается на ближайшем к приближающемуся магниту конце соленоида для его отталкивания:

Объясните, почему магнитный поток может быть равен нулю, если магнитное поле не равно нулю.

Поток связан с магнитным полем:

\(\фи = БА \cos\тета\)

Если \(\cos\theta\) равно 0, то магнитный поток будет равен 0, даже если есть магнитное поле. В этом случае магнитное поле параллельно поверхности и не проходит через нее.

Используйте правило правой руки, чтобы определить направление индуцированного тока в соленоиде ниже.

К соленоиду приближается южный полюс магнита. Закон Ленца говорит нам, что ток будет течь чтобы противостоять изменениям. Южный полюс на конце соленоида будет противодействовать приближающемуся югу. столб. Ток будет циркулировать по странице в верхней части катушки, так что большой палец правой рука указывает налево.

Рассмотрим круглую катушку из 5 витков радиусом \(\text{1,73}\) \(\text{м}\).Катушка подвергается к переменному магнитному полю, которое равномерно изменяется от \(\text{2,18}\) \(\text{T}\) до \(\text{12,7}\) \(\text{T}\) с интервалом \(\text{3}\) \(\text{минуты}\). Ось соленоид образует угол \(\text{27}\)\(\text{°}\) с магнитным полем. Найдите ЭДС индукции.

Мы знаем, что магнитное поле направлено под углом к ​​нормали к поверхности.{2} \cos (\text{27})(\text{12,7} — \text{2,18})}{\text{3}\times\text{60}} \right) \\ & = \текст{2,45}\текст{В} \конец{выравнивание*}

\начать{выравнивать*} \mathcal{E} &= N\frac{\Delta\phi}{\Delta t} \\ & = N\frac{\phi_{f} — \phi_{i}}{\Delta t} \\ & = N\frac{B_{f}A\cos\theta — B_{i}A \cos\theta}{\Delta t} \\ & = N\frac{A\cos\theta(B_{f} — B_{i})}{\Delta t} \\ & = 11 \left( \frac{\pi(\text{13,8} \times \text{10}^{-\text{2}})^{2} \cos (\text{13})( \текст{2,7} — \text{5,34})}{12} \справа) \\ & = -\текст{0,14}\текст{В} \конец{выравнивание*}

Если угол изменить на \(\text{67,4}\)\(\text{°}\), каким должен быть радиус для ЭДС останется прежней?

\начать{выравнивать*} \mathcal{E} &= N\frac{\Delta\phi}{\Delta t} \\ & = N\frac{\phi_{f} — \phi_{i}}{\Delta t} \\ & = N\frac{B_{f}A\cos\theta — B_{i}A \cos\theta}{\Delta t} \\ & = N\frac{A\cos\theta(B_{f} — B_{i})}{\Delta t} \\ -\text{0,14}& = 11 \left( \frac{\pi(r)^{2} \cos (\text{67,4})(\text{2,7} — \text{5 ,34})}{12} \правильно) \\ -\text{1,68}& = -\text{35,06}(r)^{2} \\ г ^ {2} & = \текст{0,0479} \\ г & = \текст{0,22}\текст{м} \конец{выравнивание*}

Найдите изменение магнитного потока, если ЭДС равна \(\text{12}\) \(\text{V}\) за период \(\text{12}\) \(\текст{ы}\).

\начать{выравнивать*} \mathcal{E} &= N\frac{\Delta\phi}{\Delta t} \\ 12 & = 5 \ влево ( \ гидроразрыва {\ Delta \ phi} {12} \ вправо) \\ \Дельта\фи & = \текст{28,8}\текст{Wb} \конец{выравнивание*}

Если угол изменить на \(\text{45}\)\(\text{°}\), какой временной интервал должен измениться? изменить на , чтобы ЭДС индукции осталась прежней?

\начать{выравнивать*} \mathcal{E} &= N\frac{\Delta\phi}{\Delta t} \\ & = N\frac{\phi_{f} — \phi_{i}}{\Delta t} \\ & = N\frac{B_{f}A\cos\theta — B_{i}A \cos\theta}{\Delta t} \\ & = \cos\theta \times N\frac{B_{f}A — B_{i}A}{\Delta t} \конец{выравнивание*}

Все значения остаются одинаковыми между двумя описанными ситуациями, за исключением угла и время.Мы можем приравнять уравнения для двух сценариев:

\начать{выравнивать*} \mathcal{E}_1 &= \mathcal{E}_2 \\ \cos\theta_1 \times N\frac{B_{f}A — B_{i}A}{\Delta t_1} & = \cos\theta_2 \times N\frac{B_{f}A — B_{i}A}{\Delta t_2} \\ \cos\theta_1 \frac{1}{\Delta t_1} & = \cos\theta_2 \frac{1}{\Delta t_2} \\ \Delta t_2 & = \frac{\Delta t_1 \cos\theta_2}{\cos \theta_1} \\ \Delta t_2 & = \frac{(\text{12} \cos(\text{45}}{\cos(\text{23})} \\ \Delta t_2 & = \text{9,22}\text{s} \конец{выравнивание*} .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.