7) Эдс индукции
Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением
где — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).
8.1) Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре, и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность[1], краем которой является этот контур.[2][3][4].
В формуле
— магнитный поток, — ток в контуре, — индуктивность.
2) Индуктивность соленоида
Соленоид —
длинная, тонкая катушка, то есть катушка,
длина которой намного больше, чем её
диаметр (также в дальнейших выкладках
здесь подразумевается, что толщина
обмотки намного меньше, чем диаметр
катушки).
формула для индуктивности соленоида (без сердечника):
Если катушка внутри полностью заполнена магнитным материалом (сердечником), то индуктивность отличается на множитель — относительную магнитную проницаемость[14] сердечника:
3)Энергия магнитного поля
Приращение плотности энергии магнитного поля равно:
где:
H — напряжённость магнитного поля,
B — магнитная индукция
4) Взаимоиндукция (взаимная
5) Практическое применение электромагнитной индукции
Примеры
технического использования электромагнитной индукции:
трансформатор, генератор электрического
тока – основной источник
электричества.
Благодаря
открытию электромагнитной индукции стала
возможной выработка дешевой электрической
энергии. Основой работы современных
электростанций (в том числе и атомных)
является
7) Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрическая машина, состоящая из набора индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе или без него и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока[1].
9.Гипотеза Ампера о молекуляр токах. Ампер выдвинул смелую по тем временам гипотезу о существовании так называемых «молекулярных токов», совокупность которых объясняет магнитные свойства вещества
Если магнитный момент элементарного молекулярного тока равен , где — порядковый номер этого тока в совокупности молекулярных токов объема , то легко получить:
3) |
классификация магнетиков.
Тип магнетика | Магнитная восприимчивость, χ |
Диамагнетик | — (10-9 – 10-4), μ<1 |
Парамагнетик | 10-6 – 10-3, μ>1 |
Ферромагнетик | 103 – 105 , μ(Н)>>1 |
Ферримагнетик | 101 – 103 , μ(Н)>>1 |
Антиферромагнетик | 10-4 – 10-6, μ>1 |
Сверхдиамагнетик | — 1 , μ=0 |
4)
Магнитные моменты. обладают
элементарные частицы, атомные ядра,
электронные оболочки атомов и молекул.
М. м. элементарных частиц (электронов,
протонов, нейтронов и других), как
показала квантовая механика, обусловлен
существованием у них собственного
механического момента — Спина.
М. м. ядер складываются из собственных
(спиновых) М. м. образующих эти ядра
протонов и нейтронов, а также М. м.,
связанных с их орбитальным движением
внутри ядра. М. м. электронных
оболочек атомов и молекулскладываются
из спиновых и орбитальных М. м. электронов.
5) Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. Для разных сред этот коэффициент различен, поэтому говорят о магнитной проницаемости конкретной среды (подразумевая ее состав, состояние, температуру итд).
6)Магнитная восприимчивость — физическая
величина,
характеризующая связь между магнитным
моментом (намагниченностью)
вещества и магнитным
полем в
этом веществе.
Иногда
бывает полезно также ввести понятие удельной
магнитной восприимчивости,
равной восприимчивости единицы массы вещества.
В СИ удельная восприимчивость измеряется
в обратных килограммах (кг−1).
Аналогично, молярная магнитная восприимчивость определяется
как восприимчивость одного
моля вещества и измеряется в обратных
молях (моль
1.Возникновение в проводнике эдс индукции
1
Если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции.
ЭДС
индукции возникнет в проводнике и в
том случае, если сам проводник останется
неподвижным, а перемещаться будет
магнитное поле, пересекая проводник
своими силовыми линиями.
Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый
Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией.
Величина и направление ЭДС индукции
Величина ЭДС индукции зависит от количества силовых линий поля, пересекающих проводник в единицу времени, т. е. от скорости движения проводника в поле.
Величина индуктированной ЭДС находится в прямой зависимости от скорости движения проводника в магнитном поле.
Величина
индуктированной ЭДС зависит также и
от длины той части проводника, которая
пересекается силовыми линиями поля.
Чем большая часть проводника пересекается
силовыми линиями поля, тем большая ЭДС
индуктируется в проводнике. И, наконец,
чем сильнее магнитное поле, т. е. чем
больше его индукция, тем большая ЭДС
возникает в проводнике, пересекающем
это поле.
Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.
Зависимость эта выражается формулой Е = Blv,
где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.
Следует твердо помнить, что в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, ЭДС индукции возникает только в том случае, если этот проводник пересекается магнитными силовыми линиями поля. Если же проводник перемещается вдоль силовых линий поля, т. е. не пересекает, а как бы скользит по ним, то никакой ЭДС в нем не индуктируется
Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.
2
2.
Как известно, электрические
токи создают вокруг себя магнитное
поле.
Повторяя свои опыты и анализируя результаты, Фарадей вскоре пришел к выводу, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром…
В
первоначальной формулировке закон
электромагнитной индукции Фарадея
гласил, что при изменении магнитного
потока, проходящего через контур, по
проводящему контуру протекает
электрический заряд, пропорциональный
изменению магнитного потока, который
возбуждается без всякого внешнего
источника питания типа электрической
батареи.
Не будучи до конца удовлетворенным
формулировкой, в которой фигурировала
столь трудноизмеримая величина, как
электрический заряд, Фарадей вскоре
объединил свой закон с законом Ома и
получил формулу (иногда ее принято
называть вторым
законом электромагнитной индукции
Фарадея) для
определения электродвижущей силы,
возникающей в результате изменения
магнитного потока через контур.
Закон фарадея электромагнитной индукции выражается следующей формулой:
Где — это электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура; ΦB — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.
Согласно правилу Ленца в формуле стоит знак «-» (минус). Правило Ленца гласит: индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Или
ещё можно сформулировать так :направление
индуктированной э.
д. с. всегда таково,
что вызванный ею ток и его магнитное
поле имеют такое направление, что
стремятся препятствовать причине,
порождающей эту индуктированную э. д.
с
Изменить магнитный поток через контур можно тремя способами:
изменить площадь контура;
изменить интенсивность магнитного поля;
изменить взаимную ориентацию магнитного поля и плоскости, в которой лежит контур.
3 .Рассмотрим прямоугольную рамку, вращающуюся в однородном магнитном поле с угловой скоростью ω. Магнитный поток, пронизывающий контур равен
Ф=BScosφ=cosωt т.к. угол поворота φ=ωt при равномерном вращении.
При вращении магнитный поток Ф периодически изменяется, т.е. в контуре возникает периодически изменяющаяся э.д.с. индукции. Согласно закону Фарадея
где ε0=BSω — амплитуда э.д.с. Переменная
э.д.с. создает в контуре переменный ток.
где I0 — амплитуда тока, R — сопротивление рамки.
Переменный ток характеризуется амплитудой I0, круговой частотой ω, фазой ωt. Помимо этих величин вводится период тока T и частота ν. ω=2πν=2π/T э.д.с. и ток изменяются синфазно.
В промышленных генераторах рамки соединены последовательно, т.е. э.д.с. ε=NBSωsinωt, ε≈104B — переменная.
3
3.Рассмотрим прямоугольную рамку, вращающуюся в однородном магнитном поле с угловой скоростью ω. Магнитный поток, пронизывающий контур равен
Ф=BScosφ=cosωt т.к. угол поворота φ=ωt при равномерном вращении.
При
вращении магнитный поток Ф периодически
изменяется, т.е. в контуре возникает периодически
изменяющаяся э.д.с.
индукции. Согласно закону Фарадея
где ε0=BSω — амплитуда э.д.с. Переменная э.д.с. создает в контуре переменный ток.
где I0 — амплитуда тока, R — сопротивление рамки.
Переменный ток характеризуется амплитудой I0, круговой частотой ω, фазой ωt. Помимо этих величин вводится период тока T и частота ν. ω =2πν=2π/T э.д.с. и ток изменяются синфазно.
В промышленных генераторах рамки соединены последовательно, т.е. э.д.с. ε=NBSωsinωt, ε≈104B — переменная.
5
Электромагнитная индукция – Изучение – ScienceFlip
Электромагнитная индукция – Изучение
Электромагнитная индукция используется в двигателях и трансформаторах, которые будут рассмотрены позже.
В этом разделе рассматриваются как закон индукции Фарадея, так и закон Ленца. Эти законы важны для понимания электромагнитной индукции.
Фарадей провел множество исследований с магнитными полями и катушками проволоки. В ходе одного расследования он обнаружил следующее:
- если бы он поместил магнит в катушку, это вызвало бы ЭДС, которая привела бы к возникновению тока в катушке
- при удалении магнита можно было наблюдать такой же ток, но в противоположном направлении
- чем быстрее движение магнита в катушке, тем больше ток
- , если бы магнит удерживался неподвижно, а катушка двигалась, создавая такое же относительное движение, все наблюдения, описанные выше, по-прежнему наблюдались бы
Фарадей пришел к выводу, что не имеет значения, двигался ли магнит или катушка, это был изменение потока , которое индуцирует ЭДС, приводящую к любому наблюдаемому току. Кроме того, он обнаружил, что скорость изменения потока определяет величину любой ЭДС или тока.
Закон индукции Фарадея
Закон индукции Фарадея утверждает, что:
Закон Фарадея можно записать в виде уравнения:
где:
— ЭДС индукции (в В)
— число витков в катушке
— магнитный поток (в Вб)
— изменение во времени (в 0 с) 90
*примечание: отрицательный знак в уравнении говорит нам о направлении ЭДС индукции, которая будет обсуждаться позже.
Закон Ленца
Закон Ленца используется для определения направления индукционного тока в результате ЭДС индуцирования. Это также демонстрирует, как электромагнитная индукция следует закону сохранения энергии.
Ленц открыл способ предсказать направление течения тока в результате изменения магнитного поля вокруг проводника (провода, катушки, соленоида).
Закон Ленца можно сформулировать так: ЭДС индукции всегда приводит к возникновению тока, который создает магнитное поле, противодействующее первоначальному изменению потока в цепи.
Вспомните знак минус в уравнении. Это отсылка к идее о том, что индуцированный ток создает поле величиной напротив исходному полю.
При применении закона Ленца есть три шага, которые помогут определить направление индуцированного тока:
- В каком направлении изменяется магнитное поле?
- В каком направлении магнитное поле будет противодействовать этому полю?
- В каком направлении должен течь индуцированный ток, чтобы создать это поле?
Соленоиды и электромагнитная индукция
Вспомните, что соленоид — это катушка проводящего провода, которая создает магнитное поле, когда через нее проходит ток. Соленоиды также можно использовать для возбуждения токов в других соленоидах. Они также имеют то преимущество, что не требуют движущихся частей. Скорее, они используют изменения тока для создания изменяющегося магнитного потока. На приведенной ниже диаграмме показана типичная установка, которую можно использовать для демонстрации электромагнитной индукции с помощью соленоидов:
Для демонстрации электромагнитной индукции можно использовать следующую анимацию.
Обратите внимание на различия в индуцированном токе при перемещении магнита с разной скоростью, изменении полярности магнитов, а также при использовании разных катушек.
Пример 1:
Используйте закон Ленца для определения направления индукционного тока в каждом из приведенных ниже примеров:
магнитного поля увеличивается и опускается по катушке. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, показано, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.
б) Направление магнитного поля уменьшается и направлено вверх по катушке. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, показано, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.
c) Направление магнитного поля увеличивается в катушке/странице.
Магнитное поле, направленное наружу через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет против часовой стрелки.
d) Направление магнитного поля уменьшается от катушки/страницы. Магнитное поле, направленное наружу через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет против часовой стрелки.
Пример 2:
На приведенной ниже диаграмме показана прямоугольная петля, движущаяся в магнитном поле с напряженностью 0,5 Тл на странице с интервалом времени 0,1 с. Определите следующее:
а) Величина ЭДС, индуцируемой в контуре?
б) В каком направлении ток течет по контуру?
Ответы:
A) Использование:
Где:
*
* Примечание: и поле параллель с нормальной с областью COIL.
б) Направление магнитного поля увеличивается от катушки/страницы. Магнитное поле, направленное внутрь через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет по часовой стрелке.
Что означают ЭДС и ток в электромагнитной индукции
Электромагнитные поля (ЭМП) существуют в окружающем нас мире, от электричества в линиях электропередач до микроволновых печей, и являются частью современной жизни. Они также представляют большой научный интерес, поскольку могут воздействовать на физическую материю.
Электромагнитная или магнитная индукция представляет собой развитие электродвижущей силы в электрической цепи в изменяющемся магнитном поле. Аккумулятор можно представить как устройство с двумя выводами, в котором один вывод имеет более высокий электрический потенциал, чем второй. Более высокий электрический потенциал также называется положительной клеммой и отмечен положительными (+) знаками.
Терминал с более низким потенциалом в некоторых случаях называют неблагоприятным терминалом и отмечают отрицательным знаком (-). Это источник ЭДС.
Рассмотрим цепь, в которой источник ЭДС соединен с лампой. В момент, когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Когда батарея соединена с лампой, заряд течет от одной клеммы батареи через лампу и обратно к следующей клемме батареи.
Майклу Фарадею приписывают открытие индукции в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл численно изобразил его как закон принятия Фарадея.
Индуцированная электродвижущая сила
ЭДС — это не сила, это особый тип разности потенциалов. Если быть точным, электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов источника, когда ток не течет. Единицей ЭДС является вольт.
В электромагнитной индукции ЭДС может быть определена вокруг замкнутого контура проводника как электромагнитная работа, которая будет совершена электрическим зарядом, если предположить, что он совершает один оборот по окружности.
Для периода разного магнитного поля, соединяющего окружность, скалярное поле электрического потенциала не характеризуется из-за бегущего электрического векторного поля, однако ЭДС совершает работу, которую можно оценить как виртуальный электрический потенциал вокруг окружности
Наведенный электродвижущий ток
ЭДС, создаваемая изменяющимся магнитным полем-
Амперметр отклоняется, когда магнит прижимается к контуру или от него. Амперметр дополнительно отклоняется, когда круг продвигается к магниту или от него. Таким образом, петля распознает, что магнит движется по сравнению с ней.
Мы связываем это обнаружение с изменением магнитного поля, которое приводит к индукционному току, создаваемому ЭДС индукции.
Что означает ток в электромагнитной индукции?
Индуцированный ток — это поток электричества, возникающий в проводнике вследствие движения электричества. Ампер определяет силу тока, проходящего через проводник.
