Электромагнитная индукция (характеристика) – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Запомнить

Восстановить пароль

Регистрация

Конспект

Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы индукционного тока, т. к. сила тока зависит и от свойств проводника, для ЭДС определяется только изменением магнитного потока. Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю, скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

\(\varepsilon_i = \left | \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \right |\).

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Величину, численно равную работе этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура, называют электродвижущей силой.

Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС, называемая ЭДС индукции. Обозначают ее буквой \(\varepsilon\).

Согласно закону Ома для замкнутой цепи, \(I_i = \frac {\varepsilon_i}R\). Сопротивление проводника не зависит от изменения магнитного потока. Следовательно, соотношение это справедливо только потому, что ЭДС индукции пропорциональна \(\frac {\Delta\Phi}{\Delta t}.\)

Другими словами, можно сказать, что электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока – изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.

Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током. Закон электромагнитной индукции Фарадея = ПРАВИЛО ЛЕНЦА

\(\varepsilon = — \frac {d\Phi_B}{dt}\).

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э.Х. Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Магни́тное по́ле – силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, является магнитной составляющей электромагнитного поля.

Вопросы

1. Магнитный поток \(4\) Вб можно создать контуром индуктивностью \(2\) Гн при силе тока в нем

2. Плоская рамка площадью \(2 ⋅ 10^{-4}\) м\(^2\) расположена в однородном магнитном поле. {\circ} \) с вектором индукции магнитного поля. Индукция магнитного поля, пронизывающего рамку, изменяется по закону \(B=0,1\) t (Тл). Определите ЭДС индукции, возникающая в рамке, по истечении \(3\) с.

3. В магнитном поле, индукция которого увеличивается от \(1\) до \(5\) Тл в течение \(0,05\) с, находится замкнутая накоротко катушка диаметром \(16\) см, имеющая \(10\) витков. Определите среднее значение ЭДС индукции катушки, если плоскость витков перпендикулярна силовым линиям поля.

4. Определите модуль ЭДС индукции в проводящем контуре, который находится в переменном магнитном поле, поток которого изменяется со скоростью 8 Вб/с?

5. Как называется явление, когда при выдвигании из катушки постоянного магнита в ней возникает электрический ток?

6. Чему равна индукция магнитного поля прямого проводника длиной \(25\) см, движущегося в однородном магнитном поле со скоростью \(2\) м/с перпендикулярно линиям магнитной индукции, если ЭДС индукции на концах проводника – \(0,5\) В?

7. Катушка индуктивностью \(0,1\) Гн и сопротивлением \(6\) Ом была отключена от цепи постоянного тока, при этом выделилось \(0,45\) Дж энергии. Чему было равно напряжение на концах этой катушки?

Сообщить об ошибке

«Изучение зависимости ЭДС индукции от различных параметров»

Лабораторная работа №1

Тема: «Изучение зависимости ЭДС индукции от различных параметров»

Цель: изучить явление электромагнитной индукции, установить зависимость индукционного тока от различных параметров.

Необходимо знать: закон электромагнитной индукции, правило Ленца.

Необходимо уметь: определять цену деления миллиамперметра, работать с приборами, делать выводы на основе экспериментальных данных.

Оборудование: соединительные провода, миллиамперметр, реостат, источник питания, ключ, полосовой магнит, магнитная стрелка, катушки с сердечниками.

Теоретические сведения

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией

В 1831 года английский ученый Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

Явлением электромагнитной индукции называется явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. А полученный таким способом ток, называется индукционным.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение электродвижущей силы индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Знак минус в математической записи закона учитывает правило Ленца, согласно которому электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Ход работы

Задание 1.

Вставьте в одну из катушек железный сердечник и закрепите его там гайкой.

Далее подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания.

Рядом с катушкой расположите магнитную стрелку или компас.

Замкнув ключ, определите расположение магнитных полюсов катушки с током при помощи магнитной стрелки.

Зафиксируйте, в какую сторону при этом отклониться стрелка миллиамперметра. Это поможет в дальнейшем судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.

После проделанной работы, отключите от цепи реостат и ключ, а миллиамперметр замкните на катушку, при этом сохранив порядок соединения их клемм.

Для удобства записей, можно составить следующую таблицу.

Приступаем непосредственно к выполнению лабораторной работы. При этом все данные, которые вы будите получать в процессе исследования, заносите в таблицу.

1. Приставив сердечник к одному из полюсов магнита (например к северному), быстро поместите его внутрь катушки, одновременно наблюдая за стрелкой миллиамперметра. По правилу Ленца определите направление индукционного тока внутри катушки.

2. Оставив магнит неподвижным, после первого опыта, пронаблюдайте опять за стрелкой миллиамперметра.

3. Быстро вытащите сердечник из катушки, не забывая наблюдать за стрелкой миллиамперметра (модуль скорости выдвижения магнита должен быть примерно таким же, как и в первом опыте). Опять, по правилу Ленца, определите направление индукционного тока внутри катушки в этом случае.

4. Посмотрите, как ведет себя стрелка миллиамперметра после проделанного опыта.

5. Повторите наблюдения, изменив полюс магнита с северного на южный.

Запишите вывод по работе на основе проведённых наблюдений. Объясните различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила Ленца.

Задание 2. Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали, и поместите их на один общий сердечник.

1) Первую катушку соедините с миллиамперметром, а вторую катушку через реостат соедините с источником тока. Замыкая и размыкая ключ, проверьте возникает ли в первой катушки индукционный ток. Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнения правила Ленца.

2) Проверьте, возникает ли индукционный ток при изменении силы тока реостатом.

В конце работы, подведите ее итог, сделав общий вывод, не забыв отразить в нем условия, при которых в катушке возникал индукционный ток.

Контрольные вопросы:

1.    В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2.   Какой ток называют индукционным?

3.   Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой формулой он описывается?

4.   Как формулируется правило Ленца?

5.   Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

Литература

1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448с.

2. Мякишев Г. Я. Физика: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005. – 366с.

23.1 ЭДС индукции и магнитный поток – Колледж физики 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Рассчитайте поток однородного магнитного поля через петлю произвольной ориентации.
• Описать методы создания электродвижущей силы (ЭДС) с помощью магнитного поля или магнита и проволочной петли.

Аппарат, который Фарадей использовал для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показан на рис. 23.3. Когда переключатель замкнут, в катушке в верхней части железного кольца создается магнитное поле, которое передается на катушку в нижней части кольца. Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в катушке на дне. Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр регистрирует ток в одном направлении в катушке на дне. (Вы также можете наблюдать это в физической лаборатории.) Каждый раз, когда переключатель размыкается, гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении. Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым какое-то время, ток через гальванометр отсутствует. Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток. Это изменение магнитного поля создает ток. Более важным, чем текущий ток, является ЭДС , которая его вызывает. Ток является результатом ЭДС , индуцированной изменяющимся магнитным полем , независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Рисунок 23,3 Аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может производить ток. Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель размыкается и замыкается, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях. Через гальванометр не протекает ток, когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым.

На рис. 23.4 проиллюстрирован эксперимент, который легко провести и часто проводят в физических лабораториях. ЭДС индуцируется в катушке, когда стержневой магнит вдавливается и выталкивается из нее. ЭДС разных знаков создаются движением в противоположных направлениях, а также изменением полярности ЭДС на противоположное. Те же результаты получаются, если перемещать катушку, а не магнит — важно относительное движение. Чем быстрее движение, тем больше ЭДС, а когда магнит неподвижен относительно катушки, ЭДС отсутствует.

Рисунок 23,4 Движение магнита относительно катушки создает ЭДС, как показано на рисунке. Такие же ЭДС возникают, если катушку перемещать относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина ЭДС, а ЭДС равна нулю, когда нет движения.

Метод наведения ЭДС, используемый в большинстве электрогенераторов, показан на рис. 23.5. Катушка вращается в магнитном поле, создавая ЭДС переменного тока, которая зависит от скорости вращения и других факторов, которые будут рассмотрены в последующих разделах. Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель (еще одна симметрия).

Рисунок 23,5 Вращение катушки в магнитном поле создает ЭДС. Это основная конструкция генератора, в котором работа по вращению катушки преобразуется в электрическую энергию. Обратите внимание, генератор очень похож по конструкции на двигатель.

Итак, мы видим, что изменение величины или направления магнитного поля создает ЭДС. Эксперименты показали, что существует критическая величина, называемая магнитным потоком, ΦΦ, определяемая выражением

Φ=BAcosθ, Φ=BAcosθ,

23,1

, где BB — напряженность магнитного поля на площади AA под углом θθ к перпендикуляру к площади, как показано на рис. 23.6. Любое изменение магнитного потока ΦΦ индуцирует ЭДС. Этот процесс определяется как электромагнитная индукция. Единицами магнитного потока

ΦΦ являются T⋅m2T⋅m2. Как видно на рисунке 23.6, Bcosθ=BBcosθ=B _⊥ , который является компонентом BB , перпендикулярным площади AA . Таким образом, магнитный поток равен Φ=B⊥AΦ=B⊥A, произведению площади и перпендикулярной к ней составляющей магнитного поля.

Рисунок 23,6 Магнитный поток ΦΦ связан с магнитным полем и площадью, над которой оно существует. Поток Φ=BAcosθΦ=BAcosθ связан с индукцией; любое изменение ΦΦ индуцирует ЭДС.

Вся индукция, включая примеры, приведенные до сих пор, возникает из-за некоторого изменения магнитного потока

ΦΦ . Например, Фарадей менял ВВ на и, следовательно, ФФ при размыкании и замыкании переключателя в своем аппарате (показанном на рис. 23.3). Это также верно для стержневого магнита и катушки, показанных на рис. 23.4. При вращении катушки генератора угол θθ и, следовательно, ΦΦ изменен. То, насколько велика ЭДС и какое направление она принимает, зависит от изменения в ΦΦ и от того, как быстро происходит это изменение, как будет рассмотрено в следующем разделе.

8.1 ЭДС индукции и магнитный поток – Колледж Дугласа, физика 1207

Глава 8 Электромагнитная индукция, цепи переменного тока и электрические технологии

Сводка

• Рассчитайте поток однородного магнитного поля через петлю произвольной ориентации.
• Описать методы создания электродвижущей силы (ЭДС) с помощью магнитного поля или магнита и проволочной петли.

Устройство, использованное Фарадеем для демонстрации того, что магнитные поля могут создавать токи, показано на рисунке 1. Когда переключатель замкнут, магнитное поле создается в катушке в верхней части железного кольца и передается на катушку в нижней части. часть кольца. Гальванометр используется для обнаружения любого тока, наведенного в катушке на дне. Было обнаружено, что каждый раз, когда переключатель замыкается, гальванометр регистрирует ток в одном направлении в катушке на дне. (Вы также можете наблюдать это в физической лаборатории.) Каждый раз, когда переключатель размыкается, гальванометр обнаруживает ток в противоположном направлении. Интересно, что если переключатель остается замкнутым или разомкнутым какое-то время, ток через гальванометр отсутствует.

Замыкание и размыкание переключателя индуцирует ток. Это изменение магнитного поля создает ток. Более простым, чем текущий ток, является ЭДС , которая его вызывает. Ток является результатом ЭДС , индуцированной изменяющимся магнитным полем , независимо от того, есть ли путь для протекания тока.

Рис. 1. Аппарат Фарадея для демонстрации того, что магнитное поле может создавать ток. Изменение поля, создаваемого верхней катушкой, индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в нижней катушке. Когда переключатель размыкается и замыкается, гальванометр регистрирует токи в противоположных направлениях. Через гальванометр не протекает ток, когда переключатель остается замкнутым или разомкнутым.

Эксперимент, который легко выполнить и часто проводят в физических лабораториях, показан на рисунке 2. ЭДС индуцируется в катушке, когда стержневой магнит вдвигается в нее и выходит из нее. ЭДС разных знаков создаются движением в противоположных направлениях, а также изменением полярности ЭДС на противоположное. Те же результаты получаются, если перемещать катушку, а не магнит — важно относительное движение.

Чем быстрее движение, тем больше ЭДС, а когда магнит неподвижен относительно катушки, ЭДС отсутствует.

Рис. 2. Движение магнита относительно катушки создает ЭДС, как показано на рисунке. Такие же ЭДС возникают, если катушку перемещать относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина ЭДС, а ЭДС равна нулю, когда нет движения.

Метод индукции ЭДС, используемый в большинстве электрических генераторов, показан на рисунке 3. Катушка вращается в магнитном поле, создавая ЭДС переменного тока, которая зависит от скорости вращения и других факторов, которые будут исследованы в последующих разделах. Обратите внимание, что генератор очень похож по конструкции на двигатель (еще одна симметрия).

Рис. 3. Вращение катушки в магнитном поле создает ЭДС. Это основная конструкция генератора, в котором работа по вращению катушки преобразуется в электрическую энергию. Обратите внимание, генератор очень похож по конструкции на двигатель.

Итак, мы видим, что изменение величины или направления магнитного поля создает ЭДС. Эксперименты показали, что существует решающая величина, называемая магнитным потоком, определяемая как

φ = BA cos θ

, где B — напряженность магнитного поля на площади A под углом θ , как показано на рисунке 4. Любое изменение магнитного потока φ индуцирует ЭДС. Этот процесс определяется как электромагнитная индукция. Единицами магнитного потока φ являются Т• м ² . Как видно на рисунке 4, , который является компонентом B , перпендикулярным области A . Таким образом, магнитный поток равен , произведению площади и составляющей магнитного поля, перпендикулярной ей.

Рисунок 4. Магнитный поток Φ связан с магнитным полем и площадью, над которой оно существует. Поток Φ = BA cos θ связан с индукцией; любое изменение Φ индуцирует ЭДС.

Вся индукция, включая приведенные выше примеры, возникает из-за некоторого изменения магнитного потока φ . Например, Фарадей менял на и, следовательно, на при размыкании и замыкании переключателя в своем аппарате (показанном на рис. 1). Это также верно для стержневого магнита и катушки, показанных на рисунке 2. При вращении катушки генератора угол θ и, следовательно, φ изменяется. То, насколько велика ЭДС и какое направление она принимает, зависит от изменения φ и от того, насколько быстро происходит это изменение, как будет рассмотрено в следующем разделе.

• Решающей величиной в индукции является магнитный поток φ , определяемый как φ = BA cosθ, , где B — напряженность магнитного поля на площади A под углом θ с перпендикуляром к площади .
• Единицы магнитного потока φ являются T•m ² .