Что такое индукция магнитного поля и магнитный поток. Физика, 9 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Основные формулы и понятия Сложность: лёгкое	1
2.	Зависимость величин Сложность: лёгкое	1
3.	Вычисление магнитного потока Сложность: лёгкое	1
4.	Площадь контура Сложность: среднее	1
5.	Вычисление индукции магнитного поля Сложность: среднее	1
6.	Сила магнитного поля Сложность: среднее	2
7.	Сила тока в проводнике Сложность: среднее	2
8.	Прямоугольная рамка Сложность: среднее	2
9.	Наибольшее и наименьшее значения силы Сложность: среднее	2
10.	Угол между индукцией и током Сложность: среднее	2
11.	Равновесие силы магнитного поля и силы тяжести Сложность: сложное	3
12.	Проводник с током, «парящий» в однородном магнитном поле Сложность: сложное	4

Закон Гаусса помог ограничить число магнитных монополей на Земле

Иллюстрация к закону Гаусса для случая замкнутой поверхности без зарядов внутри

Физики попытались вычислить магнитный заряд всей Земли, применив закон Гаусса к данным со спутников, измерявших ее магнитное поле. В пределах статистической погрешности они не обнаружили вклада от магнитных монополей, что позволило установить верхнюю границу их числа на нашей планете. Работа опубликована в 

Physical Review Letters.

Магнитные монополи — это гипотетические объекты, которые можно назвать магнитной «версией» привычных электрических зарядов. Иными словами, магнитные монополи, подобно своим электрическим аналогам, способны создавать потенциальное магнитное поле. При этом в классической электродинамике магнитное поле считается всегда только вихревым, а магнитные заряды полностью отсутствуют. По этой причине закон Гаусса для магнитной индукции формулируется таким образом, что поток ее вектора через любую замкнутую поверхность всегда равен нулю.

Вместе с тем магнитные монополи появляются в квантовой теории поля, а в некоторых из ее версий их существование обязательно. Этот факт подстегнул активные поиски магнитных зарядов, как в лабораторных экспериментах, так и в космосе. В первом случае, например, ученые пытались обнаружить их с помощью скачка магнитного потока, проходящего через сверхпроводящий контур, или по излучению Черенкова, которое релятивистские монополи оставляли бы, двигаясь в детекторе IceCube. Во втором случае их пытались найти по аннигиляции в недрах звезд и планет. Однако во всех случаях ни одного магнитного монополя достоверно обнаружено не было.

Физики из Израиля, Канады и США при участии Ян Бай (Yang Bai) из Висконсинского университета в Мадисоне предложили и реализовала новый способ поиска магнитных монополей, основанный на долгосрочном наблюдении за магнитным полем Земли с помощью спутниковых данных, добытых миссией Swarm Европейского космического агентства. Его идея заключается в восстановлении на основе собранных данных глобального потока магнитной индукции и вычислении с помощью закона Гаусса полного магнитного заряда, содержащегося в Земле.

В задачах по электродинамике поверхности для интегрирования в законе Гаусса выбираются исходя из симметрии фигурирующих в ней объектов. Это позволяет упростить вычисления и провести их аналитически. В случае нашей планеты идеальной поверхностью была бы сфера. Проблема, однако, в том, что данные о магнитном поле Земли собирались с точек, которые не лежат на поверхности равного радиуса из-за флуктуации орбит спутников и их орбитального распада. Сложная форма получившейся поверхности существенно затрудняет анализ, поэтому физики ввели в закон Гаусса масштабирование с помощью отдельного коэффициента, который «подгонял» магнитное поле под значение на идеальной сфере по кубическому закону от расстояния. Это было сделано для того, чтобы вклад в интеграл от поля, индуцированного магнитным дипольным моментом, оказался нулевым. Ненулевые вклады от моментов более высоких порядков при этом сохранялись и аккуратно учитывался физиками в модели, согласно известным на сегодняшний день данным по литосфере, земному ядру и внешним полям.

Авторы вычисляли разницу между усредненными по телесному углу индуктивностями, полученными из эксперимента и из модели, для последовательных отрезков времени длительностью 180 дней. При численном интегрировании по углам данные разбивались на области размером 2×2 градуса. Систематически ошибки в определении поля также были оценены. Вклад в них давали преимущественно неидеальность покрытия спутниками поверхности Земли, артефакты, вызванные конечностью области разбиения по углам и по времени и вклады от моментов более высоких порядков. Кроме того, физики вычислили и поле от дипольного момента, которое в теории должно было оказаться нулевым.

Верхний график: зависимость средней индуктивности магнитного поля от времени для дипольного момента (синяя линия), высших моментов (желтая линия), полной модели (красные области) и измеренных данных (черные точки). Нижний график: зависимость разницы между полной моделью и данными.

Y. Bai et al / Physical Review Letters, 2021

В результате ученые определили, что разница между усредненными полями, полученными на основе спутниковых данных и модели, составляет 0,022±0,046 нанотесла, что говорит о ее отсутствии в пределах погрешности. Похожий вывод они сделали, вычислив вклад от дипольного момента, фактически, подтвердив справедливость примененного в законе Гаусса масштабирования. Для оценки верхней границы количества магнитного заряда, заключенного в Земле, физики добавили в модель неизвестный монопольный вклад. В результате при условии, что вычисленная разница отличается от нуля на два стандартных отклонения, они получили, что количество магнитных монополей в нашей планете не может быть больше, чем 1,6×10¹⁹ (для сравнения: число атомов на Земле оценивается равным 10⁵⁰). Это в свою очередь, наложило ограничения на локальную плотность энергии монополей, что оказалось в согласии с ограничениями, полученными в других астрофизических моделях.

Авторы надеются, что точность предложенного ими метода может вырасти, если в него включить данные о магнитных полях из обсерваторий со всего мира. Кроме того, точно такие же вычисления можно провести и для Марса, вокруг которого также летают спутники, измеряющие его магнитное поле.

Физики уже долгое время не могут найти истинные магнитные монополи, чего не скажешь про их квазичастичные аналоги. Мы уже рассказывали, как ученые рассчитали плотность состояний магнитных квазимонополей в спиновом льду и предложили искать их при комнатной температуре.

Марат Хамадеев

Формула индукции

В этом разделе мы рассмотрим только три вида индукции: электромагнитную индукцию, индукцию магнитного поля и электрическую индукцию и основные формулы, при помощи которых данные виды индукции вычисляют.

Формула индукции электрического поля

Электрическая индукция (или вектор электрического смещения ()) – это одна из основных векторных характеристик электрического поля. Формулой определяющей вектор электрической индукции является выражение:

   

где – вектор напряженности электрического поля; – вектор поляризации; – электрическая постоянная.

Для изотропного вещества индукция электрического поля связана с напряженность это поля как:

   

где – диэлектрическая проницаемость вещества.

Самой распространённой формулой, при помощи которой находят величину вектора индукции электростатического поля, является теорема Остроградского – Гаусса:

   

Поток () вектора электростатической индукции () в диэлектрике через произвольную замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, которые находятся внутри рассматриваемой поверхности. В данной форме теорема Гаусса выполняется и для однородной и изотропной среды, так и для неоднородной анизотропной.

Формула вектора индукции магнитного поля

Модуль вектора равен частному от деления максимальной силы Ампера (), с которой магнитное поле оказывает воздействие на отрезок проводника с током (I) к произведению силы тока на длину проводника ():

   

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца. По величине ее воздействия на заряд также можно установить модуль вектора :

   

где – модуль силы Лоренца; q – заряд частицы, движущейся со скоростью v в магнитном поле; – это угол между векторами и . Направления , векторов и связаны между собой правилом левой руки.

Формулой, которая определяет величину вектора магнитной индукции в конкретной точке магнитного поля можно считать следующее выражение:

   

где – максимальный вращающий момент, действующий на рамку, которая обладает магнитным моментом , равным единице, если нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля.

Основными законами, которыми пользуются чаще всего для расчета магнитных полей, являются: закон Био-Савара-Лапласа и теорема о циркуляции вектора магнитной индукции.

Формула электромагнитной индукции

Если проводник помещен в переменное магнитное поле, то в нем возникает электродвижущая сила – это сущность явления электромагнитной индукции.

Основной закон электромагнитной индукции состоит в следующем: ЭДС электромагнитной индукции () в контуре, помещенном в переменное магнитное поле, равна по величине скорости изменения магнитного потока (), который проходит через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур. При этом знаки ЭДС и скорости изменения магнитного потока противоположны.

В системе международных единиц (СИ) закон электромагнитной индукции записывают так:

   

где – скорость изменения магнитного потока сквозь площадь, которую ограничивает контур. (Часто индекс у магнитного потока опускают и обозначают его Ф). Когда вычисляют ЭДС индукции и магнитный поток, учитывают то, что направление нормали к плоскости контура () и направление его обода связаны. Вектор должен быть направлен так, чтобы из его конца обход контура проходил против часовой стрелки.

Примеры решения задач по теме «Индукция»

формула, от чего зависит, линии индукции

 

Все мы знаем, что есть магниты более сильные и менее сильные. Маленький магнитик сможет притянуть пару гвоздей и все, а гораздо более мощный электромагнит домофона удерживает дверь в подъезд так, что несколько взрослых мужчин не смогут открыть ее силой.

Величина, характеризующая величину силы магнита

То есть, мы можем говорить о некой величине, характеризующей величину силы магнитов, а точнее, магнитного поля, создаваемого ими. Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая носит название индукции магнитного поля или магнитной индукции. (см. подробнее электромагнитная индукция)

Обозначается индукция буквой B. Магнитная индукция это не сила, действующая на проводники, это величина, которая находится через данную силу по следующей формуле:

B=F / (I*l)

Или в виде определения:

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

От чего зависит магнитная индукция

Магнитная индукция не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника, она зависит только от магнитного поля. То есть, если мы, например, уменьшим силу тока в проводнике, не меняя больше ничего, то уменьшится не индукция, с которой сила тока связана прямо пропорционально, а сила воздействия магнитного поля на проводник. Величина же индукции останется постоянной. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля.

Измеряется магнитная индукция в теслах (1 Тл). При этом 1 Тл=1 Н/(А*м) .

Линии индукции магнитного поля

Магнитная индукция имеет направление. Графически ее можно зарисовывать в виде линий. Линии индукции магнитного поля это и есть то, что мы до сих пор в более ранних темах называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Так как мы выше вывели определение магнитной индукции, то мы можем дать определение и линиям магнитной индукции:

Линии магнитной индукции это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

В однородном магнитном поле линии магнитной индукции параллельны, и вектор магнитной индукции будет направлен так же во всех точках.

В случае неоднородного магнитного поля, например, поля вокруг проводника с током, вектор магнитной индукции будет меняться в каждой точке пространства вокруг проводника, а касательные к этому вектору создадут концентрические окружности вокруг проводника. Так и будут выглядеть линии индукции магнитного поля расширяющиеся окружности вокруг проводника.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspМагнитный поток: определение, направление и количество + пример

7 «Б»

Урок
1/1		Что изучает физика. Физические термины. Наблюдения и опыты.	§ 1 — 3, Л № 5, 12
2/2		Физические величины. Измерение физических величин. Погрешность и точность измерений	§ 4, 5, упр.1
3/3		Определение цены деления измерительного прибора	§ 4, 5
4/4		Физика и техника	§ 6,
		Первоначальные сведения о строении вещества
5/1		Строение вещества. Молекулы	§ 7, 8
6/2		Определение размеров малых тел	§ 7, 8
7/3		Движение молекул. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах	§ 9,
8/4		Взаимодействие молекул
9/5		Три состояния вещества	§ 11, 12
10/6		Повторение. Контрольная работа №1 «Первоначальные сведения о строении вещества»	§ 12

Тест по физике «Магнитная индукция. Магнитный поток» (9 класс)

Тест по физике для 9 класса

Вектор магнитной индукции. Магнитный поток.

I вариант

А1. Силовая характеристика магнитного поля

1. электрические заряды

б) вектор магнитной индукции

в) магнитные линии

А2. Магнитное поле действует

а) на движущуюся заряженную частицу

б) на движущуюся незаряженную частицу

в) на покоящуюся заряженную частицу

А3. За единицу магнитной индукции в СИ принимают

а) Вб (вебер)

б) Тл (тесла)

в) Кл (кулон)

А4. Выберите формулу для вычисления модуля вектора магнитной индукции однородного магнитного поля

а) B = F I l

б) F = B I l

в) B =

А5. Линии магнитной индукции

а) пересекаются друг с другом

б) замкнуты

в) начинаются на южном полюсе магнита

А6. Магнитное поле однородно, если

а) магнитная индукция одинакова во всех его точках

б) магнитная индукция направлена в одну сторону

в) магнитная индукция направлена перпендикулярно

В1. Вычислите силу тока в проводнике длиной 1,5 м, на который действует магнитное поле индукцией 0,02 Тл с силой 60 мН, а линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

В2. Вычислите магнитный поток, проходящий через прямоугольную площадку со сторонами 30 см и 50 см. Магнитная индукция равна 2 Тл. вектор магнитной индукции пронизывает площадку под углом 60^о.

Тест по физике для 9 класса

Вектор магнитной индукции. Магнитный поток.

II вариант

А1. Основная характеристика магнитного поля

1. электрические заряды

б) вектор магнитной индукции

в) магнитные линии

А2. Магнитное поле образуется вокруг

а) движущейся заряженной частицы

б) движущейся незаряженной частицы

в) покоящейся заряженной частицы

А3. За единицу магнитного потока в СИ принимают

а) Вб (вебер)

б) Тл (тесла)

в) Кл (кулон)

А4. Выберите формулу для вычисления силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током

а) F = I l

б) F = B I l

в) F =

А5. Линии магнитной индукции — это линии,

а) которые пересекаются друг с другом

б) касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции

в) касательные к которым начинаются на южном полюсе магнита и заканчиваются на северном

А6. Магнитное поле неоднородно, если

а) магнитная индукция неодинакова во всех его точках

б) магнитная индукция направлена в одну сторону

в) магнитная индукция направлена перпендикулярно

В1. Вычислите длину проводника, на который действует магнитное поле индукцией 0,4 Тл с силой 200 мН, если сила тока в проводнике равна 10 А, а линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

В2. Вычислите магнитный поток, проходящий через прямоугольную площадку со сторонами 40 см и 70 см. Магнитная индукция равна 50 мТл. Вектор магнитной индукции пронизывает площадку под углом 0^о.

Ответы

№ задания	А1	А2	А3	А4	А5	А6	В1	В2
вариант 1	б	а	б	в	б	а	2 А	0,15 Вб
вариант 2	б	а	а	б	б	а	0,05 м	0,014 Вб

Тема урока. Индукция магнитного поля.8 класс | План-конспект урока по физике (8 класс) на тему:

Тема урока. Индукция магнитного поля.

Тип урока: изучение нового материала

Цели урока:

Стратегические: овладение школьными знаниями об экспериментальных фактах, понятиях, законах, теориях, методах физической науки; о современной научной картине мира; усвоение школьниками идей единства строения материи и неисчерпаемости процесса ее познания, понимание роли практики в познании физических явлений и законов; формирование познавательного интереса к физике и технике, развитие творческих способностей, осознанных мотивов учения; подготовка к продолжению образования и сознательному выбору профессии.

Тактические: познакомить учащихся с понятиями: магнитное поле, однородное и неоднородное поле, силовые линии. Показать взаимосвязь электрического и магнитного полей, действие магнитного поля на электрические заряды, магнитного поля, магнитная индукция явление электромагнитной индукции. Формировать умение графически изображать магнитное поле прямолинейного проводника с током, витка с током. Показать практическую значимость изучения магнитного поля.

Оперативные: Учащиеся должны уметь дать определения магнитной индукции и линий магнитной индукции; записывать формулу определяющую величину магнитной индукции; применять формулу определяющую величину магнитной индукции и правило правой руки при решении задач.

Оформление доски (экрана):

Тема урока: Индукция магнитного поля
Рисунок демонстрации (запись данных задачи)	– модуль вектора магнитной индукции Тл = 1 Н/(А∙м) (решение задач)	Чертеж к задаче (задание на дом)

План урока:

№ п/п	Этап урока	Формы и методы	Время (мин)
	Организационный момент	Словесный (слово учителя)	1 мин
	Проверка домашнего задания	Словесный (фронтальный опрос), практический (карточки)	3-4 мин
	Изучение нового материала	Словесный (слово учителя, беседа), наглядный (демонстрация эксперимента)	20 мин
	Решение задач	Словесный (речь учителя, речь ученика), практический (решение задач)	15 мин
	Итог урока	Словесный (слово учителя)	2 мин
	Задание на дом	Словесный (слово учителя), наглядный (запись на доске)

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

Приветствие, выявление отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку.

Афоризм

Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые.

ХЕВЕШИ

На этом уроке мы поговорим об индукции магнитного поля – его количественной характеристики. Опытным путем мы узнаем, как она определяется, от каких факторов зависит. Запишем, как обозначается вектор магнитной индукции, его формулу и узнаем, как эта силовая характеристика магнитного поля связана с силой протекающего по проводнику тока.

2. Поверка домашнего задания.

Фронтальный опрос:

• Чем создается магнитное поле?
• Как обнаруживается магнитное поле?
• Как определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
• Сформулируйте правило левой руки для проводника с током (частицы) находящегося в магнитном поле?
• Что принимается за направление тока во внешней части электрической цепи?
• В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током ил движущеюся заряженную частицу равна нулю?

Карточки

1. Магнитное поле можно обнаружить по его действию на…

1. мелкие кусочки бумаги;
2. движущийся электрон;
3. подвешенный на нити легкий заряженный шарик;
4. пластмассовую расческу.

2. Как можно изменить направление движения проводника с током в магнитном поле?

3. В каком направлении должен двигаться проводник, расположенный перпендикулярно к плоскости чертежа, если ток в проводнике идет от наблюдателя?

1. Определите направление тока в проводнике, находящемся в магнитном поле. Стрелка указывает направление движения проводника.

2. Магнитное поле можно обнаружить по его действию на …

1. неподвижную наэлектризованную стеклянную палочку;
2. стрелку компаса;
3. движущийся незаряженный шарик;
4. неподвижный незаряженный шарик.

3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле?

1. На какие части рамки не действуют силы со стороны магнитного поля?

Определите полюса магнита, если известно, что при направлении тока от наблюдателя, проводник перемещается вправо.

2. Причиной магнитного взаимодействия является то, что…

1. тела имеют массы;
2. тела движутся;
3. тела имеют некомпенсированные неподвижные заряды;
4. в состав тел входят движущиеся заряженные частицы.

3. Изучение нового материала.

Многие из вас наверняка замечали, что одни магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие..

Эксперимент по определению вектора магнитной индукции 

Тема урока – «Индукция магнитного поля». Мы уже говорили о магнитных линиях, о действиях магнитного поля, о его свойствах. Пришла пора поговорить о его количественных характеристиках. \

 Введение физической величины

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

— Какое магнитное поле сильнее?

— Как вы это определили?

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

Индукция магнитного поля – одна из важнейших количественных характеристик магнитного поля.

 

Рис. 1. Схема эксперимента по определению

магнитной индукции поля магнита

 

 

 

 

 

 

Обратите внимание на рисунок. По проводнику протекает ток в направлении «от нас». Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Тогда, согласно правилу левой руки, о котором мы говорили на предыдущем уроке, на проводник будет действовать сила со стороны магнитного поля, и эта сила будет направлена вниз. Таким образом, равновесие будет нарушаться, а величину вклада такой силы можно измерять при помощи разновесов, которые мы добавляем на чашу на противоположном конце весов.

1. К концам весов с одной стороны прикреплен проводник, с другой чаша с гирями. Проводник помещен в постоянное магнитное поле.

• Что показывают весы? (Весы показывают, что массы проводника и чаши с гирями равны)
• Что можно сказать о силах, действующих на плечи весов? (На плечи весов действует сила тяжести. Эти силы равны)
• Что будет, если мы поместим на чашу весов еще одну гирю? (Чаша перевесит проводник с током, так как масса увеличилась, то и сила тяжести действующая на чашу будет больше)
• Уравновесим весы, а затем пустим по проводнику ток. Что произойдет? Почему? (Вокруг проводника с током возникнет магнитное поле, направление которого можно определить по правилу правой руки. Магнитное поле проводника и магнитное поле магнита будут взаимодействовать. Весы выйдет из положения равновесия)
• Куда должен течь ток, чтобы плечо весов с проводником перевесило чашу с гирями? Как определить направление тока? (Мы знаем направление линий магнитной индукции постоянного магнита и направление силы, с которой магнитное поле магнита действует на проводник с током. По правилу левой руки можно определить направление тока. Ток должен течь от нас)

2. По проводнику начинает течь ток. Плечо весов с проводником опускается.

• Как вычислить силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током? (Нужно уравновесить плечи весов и по формуле  рассчитать силу тяжести гирь, которые мы использовали для уравновешивания весов. Эта сила будет равна силе с которой магнитное поле действует на проводник с током)

Модуль этой силы зависит от самого магнитного поля, длинны проводника и силы тока, протекающего в этом проводнике.

Такой эксперимент в своё время был проведен, и в результате многочисленно повторенных опытов было установлено, что сила, действующая на проводник, зависит от:

1)      магнитного поля магнита,

2)      силы тока, протекающего по проводнику,

3)      длины самого проводника,

4)      угла между направлением тока и направлением поля.

Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом  и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией).

Формула для вектора магнитной индукции 

В результате таких опытов, проведенных Ампером и Араго в начале XIX в., было введено понятие вектора магнитной индукции как характеристики магнитного поля.  – магнитная индукция: .

Итак, если мы определим отношение максимальной действующей силы Ампера на проводник с током к силе тока в проводнике и длине проводника, то рассматриваемая величина остаётся постоянной для этого магнитного поля, и именно она характеризует данное магнитное поле. Поэтому мы можем сказать, что магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля. Направление магнитной индукции определяется при помощи уже известного правила левой руки.

Единица измерения магнитной индукции названа в честь сербского ученого Николы Теслы, т.е. индукция измеряется в теслах (Тл).

Обратите внимание, . Можно сказать, что 1 тесла – это характеристика, которая говорит, что сила, действующая на проводник, равна 1 ньютону, если сила тока в проводнике равна 1 ампер, а длина проводника составляет 1 метр, при этом направление тока и направление линий магнитного поля составляют прямой угол.

Магнитные линии, о которых мы так часто говорили, теперь мы можем назвать линиями магнитной индукции. И направление магнитной индукции точно так же характеризует направление магнитных линий. Можно сказать, что магнитными линиями называют такие линии, в каждой точке которых касательная совпадает с направлением магнитной индукции.

 Виды магнитных полей Мы с вами узнали, что называется индукцией магнитного поля. Попробуйте теперь дать определение однородному и неоднородному магнитному полю.

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

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

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

— Какие поля изображены на Рисунках №120, №122, №121?

В изображенном на рисунке 120 однородном магнитном поле (линии магнитной индукции которого расположены параллельно друг другу и с одинаковой густотой) вектор магнитной индукции  во всех произвольно выбранных точках поля одинаков как по модулю, так и по направлению.

Сравним это поле с двумя неоднородными полями: полем постоянного полосового магнита (рис. 121) и полем тока, протекающего по прямолинейному участку проводника (рис. 122).

  

Легко заметить, что в неоднородных полях, в отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке. Например, в каждом из рассматриваемых неоднородных полей при переходе из точки 1 в точку 2 вектор магнитной индукции меняется по модулю, при переходе из точки 1 в точку3 — по направлению, при переходе из точки 2 в точку 3 вектор магнитной индукции меняется как по модулю, так и по направлению.

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

Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция  одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

Если у учащихся возникают затруднения, им задаются наводящие вопросы:

• Какой величиной характеризуется магнитное поле?
• Каким словом можно заменить слово «однородны»?

Теперь гораздо проще говорить об однородном и неоднородном магнитном поле, т.к. в однородном поле значение и направление вектора магнитной индукции в каждой точке одинаково, а в неоднородном нет.

4. Решение задач.

        Задача 1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

Дано: l = 5 см = 0,05 м, F = 50 мН = 50∙10-3 Н, I = 25 А.	Решение:  Тл.
B -?

        Задача 2. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Дано: l = 20 см = 0,2 м, m = 4 г = 4∙10-3 кг, I = 10 А.	Решение: Fтяж = Fмаг; Fтяж = mg; Fмаг = BIl; Тл.
Найти:  -?

        Задача 3. В магнитное поле с индукцией В поместили проводник с током. Через некоторое время силу тока в проводнике уменьшили в 2 раза. Изменилась ли при этом индукция В магнитного поля, в которое был помещен проводник? Сопровождалось ли уменьшение силы тока изменением какой-либо другой физической величины? Если да, то что это за величина и как она изменилась?

        Ответ: индукция магнитного поля не изменилась, т.к. действующая на проводник сила уменьшилась в 2 раза.

        5. Итог урока.

        Сегодня на уроке мы познакомились с понятиями магнитная индукция и линии магнитной индукции. Получили формулу для вычисления магнитной индукции действующей на проводник с током. Посмотрели применение этой формулы при решении задач.

        Домашнее задание: §22.

        Задача. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Дано: В = 10 мТл = 0,01 Тл, I = 50 А, l = 0,1 м.	Решение:
Найти: F — ?

Задача 1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

Задача 2. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Задача 3. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Задача 1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

Задача 2. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Задача 3. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Задача 1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

Задача 2. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Задача 3. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

Задача 1. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длинной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно вектору индукции магнитного поля.

Задача 2. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 20 см и массой 4 г равна 10 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

Задача 3. С какой силой действует магнитное поле индукцией 10 мТл на проводник, в котором сила тока 50 А, если длина активной части проводника 0,1 м? Линии индукции поля и ток взаимно перпендикулярны.

 — магнитная индукция

               -сила

     -сила тока

l-длина проводника

Афоризм

Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые.

ХЕВЕШИ

Веб-сайт класса физики

Наведение положительного заряда на сферу

Существует множество способов зарядить объект. Один метод известен как индукция. В процессе индукции заряженный объект приближается к нейтральному проводящему объекту, но не касается его. Присутствие заряженного объекта рядом с нейтральным проводником заставляет (или побуждает) электроны внутри проводника двигаться. Движение электронов вызывает дисбаланс заряда на противоположных сторонах нейтрального проводника.В то время как весь объект нейтрален (т.е. имеет такое же количество электронов, что и протоны), имеется избыток положительного заряда на одной стороне объекта и избыток отрицательного заряда на противоположной стороне объекта. После отделения заряда внутри объекта земля приближается и касается одной из сторон. Прикосновение земли к объекту разрешает поток электронов между объектом и землей. Поток электронов приводит к тому, что на объекте остается постоянный заряд.Когда объект заряжается путем индукции, заряд, полученный объектом, противоположен заряду объекта, который использовался для его зарядки.

На анимации ниже показан процесс индукции. Нейтральный проводящий шар покоится на изолирующей подставке. Отрицательно заряженная трубка приближается к нейтральной сфере (не касаясь ее). Наличие отрицательно заряженной трубки заставляет электрон двигаться с левой стороны сферы в правую. Это движение электронов — просто реакция на присутствие отрицательного заряда (как заряды отталкиваются).Прикоснувшись к земле, электроны покидают сферу. Когда трубка отодвигается, на сфере остается общий положительный заряд.

Во время процесса индукции движение электронов от заряженного объекта к сфере никогда не происходит. Заряженный объект используется только для того, чтобы вызвать движение электронов. Электроны, будучи отрицательно заряженными, движутся по проводящей сфере, поскольку их отталкивает отрицательно заряженная трубка. Как только земля касается сферы, электроны могут даже двигаться дальше от отрицательно заряженной трубки, покидая сферу и перемещаясь через землю .Именно в этот момент сфера приобретает неуравновешенный заряд. Поскольку произошла потеря отрицательного заряда в виде электронов, общий заряд на сфере положительный.

Индукционный процесс характеризуется следующими общими чертами:

• Заряженный объект необходим для индукционного заряда объекта. Тем не менее, между заряженным объектом и заряжаемым объектом никогда не происходит никакого контакта.
• Только проводники могут заряжаться индукционным способом.Процесс основан на том факте, что заряженный объект может заставить или вызвать движение электронов вокруг заряжаемого материала.
• Заряжаемый объект получает заряд, противоположный тому, который используется для его зарядки.
• Для зарядки объекта необходимо использовать заземление. Земля позволяет электронам перемещаться внутрь заряжаемого объекта или из него.

---

Дополнительная информация о физических описаниях электростатических явлений доступна в Учебном пособии по физике.Подробная информация доступна по следующим темам:

Нейтраль и заряженные объекты

Взаимодействие зарядов

Проводники и изоляторы

Поляризация

Индукционная зарядка

индукция | Infoplease

индукция, в электричестве и магнетизме, общее название для трех различных явлений. Электромагнитная индукция — это производство электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике в результате изменения магнитного поля вокруг проводника и является наиболее важным из трех явлений.Он был открыт в 1831 году Майклом Фарадеем и независимо Джозефом Генри. Изменение поля вокруг проводника может быть вызвано относительным движением между проводником и источником магнитного поля, как в электрическом генераторе, или изменением напряженности всего поля, так что поле вокруг проводника также изменяется. . Поскольку магнитное поле создается вокруг проводника с током, такое поле можно изменить, изменив ток. Таким образом, если проводник, в котором должна индуцироваться ЭДС, является частью электрической цепи, индукция может быть вызвана изменением тока в этой цепи; это называется самоиндукцией.Индуцированная ЭДС всегда такова, что противодействует вызывающему ее изменению, согласно закону Ленца. Изменение тока в данной цепи может также вызвать ЭДС в другой, соседней цепи, не связанной с исходной схемой; Этот тип электромагнитной индукции, называемый взаимной индукцией, лежит в основе трансформатора. Электростатическая индукция — это образование несбалансированного электрического заряда на незаряженном металлическом теле в результате того, что заряженное тело подносят к нему, не касаясь его.Если заряженное тело заряжено положительно, электроны незаряженного тела будут притягиваться к нему; если затем заземлить противоположный конец тела, электроны потекут на него, чтобы заменить электроны, притянутые к другому концу, тело, таким образом, приобретет отрицательный заряд после разрыва заземления. Аналогичную процедуру можно использовать для создания положительного заряда на незаряженном теле, когда к нему подносят отрицательно заряженное тело. Смотрите электричество. Магнитная индукция — это создание магнитного поля в куске немагнитного железа или другого ферромагнитного вещества при приближении к нему магнита.Магнит заставляет отдельные частицы железа, которые действуют как крошечные магниты, выстраиваться в линию, так что образец в целом становится намагниченным. Большая часть этого наведенного магнетизма теряется при удалении вызывающего его магнита. См. Магнетизм.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторское право © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

Дополнительные статьи в энциклопедии: Электротехника

Индукция — AP Physics 2

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Электромагнитная индукция и закон Фарадея

Электромагнитная индукция (также известный как закон электромагнитной индукции Фарадея или просто индукция , но не путать с индуктивными рассуждениями) — это процесс, при котором проводник помещается в изменяющееся магнитное поле (или проводник движется через стационарное магнитное поле) вызывает образование напряжения на проводнике.Этот процесс электромагнитной индукции, в свою очередь, вызывает электрический ток — говорят, что индуцирует тока.

Открытие электромагнитной индукции

Майклу Фарадею приписывают открытие электромагнитной индукции в 1831 году, хотя некоторые другие отмечали подобное поведение в годы до этого. Формальное название физического уравнения, которое определяет поведение индуцированного электромагнитного поля от магнитного потока (изменение магнитного поля), — это закон электромагнитной индукции Фарадея.

Процесс электромагнитной индукции также работает в обратном направлении, так что движущийся электрический заряд генерирует магнитное поле. Фактически, традиционный магнит — это результат индивидуального движения электронов внутри отдельных атомов магнита, выровненного таким образом, что генерируемое магнитное поле имеет однородное направление. В немагнитных материалах электроны движутся таким образом, что отдельные магнитные поля указывают в разных направлениях, поэтому они компенсируют друг друга, и генерируемое суммарное магнитное поле незначительно.

Уравнение Максвелла-Фарадея

Более обобщенное уравнение — это одно из уравнений Максвелла, называемое уравнением Максвелла-Фарадея, которое определяет взаимосвязь между изменениями электрических и магнитных полей. Он принимает форму:

∇ × E = — ∂ B / ∂t

где обозначение ∇ × известно как операция скручивания, E — электрическое поле (векторная величина), а B — магнитное поле (также векторная величина).Символы ∂ представляют собой частные дифференциалы, поэтому правая часть уравнения представляет собой отрицательный частный дифференциал магнитного поля по времени. И E , и B изменяются во времени t , и поскольку они перемещаются, положение полей также изменяется.

Электромагнитная индукция

Магнитное поле через петлю можно изменить либо путем изменения величины поля, либо путем изменения площади петли.Чтобы иметь возможность количественно описать эти изменения, магнитный поток определяется как Φ = BA cosθ, где θ — угол между B и направлением, перпендикулярным плоскости петли (вдоль оси петли). .

Закон Фарадея

При изменении магнитного потока через проволочную петлю индуцируется ток. Закон Фарадея гласит, что ЭДС, индуцированная в проводе, пропорциональна скорости потока, проходящего через петлю.Математически

, где N — количество витков, ΔΦ — изменение потока во времени, Δ t . Знак минус указывает полярность наведенной ЭДС.

Предыдущее уравнение легко использовать, когда магнитный поток задается электромагнитом. Если электромагнит включен или выключен, наведенная ЭДС равна количеству витков в контуре, умноженному на скорость изменения магнитного потока. Поток также можно изменить с помощью петли, изменяя размер петли.Представьте скользящую проволоку, как показано на рисунке 1, где l — длина проволоки, которая движется в контакте с U-образной проволокой. В этом случае ε = Blv , где v — скорость длины скольжения.

Обратите внимание, что эта наведенная ЭДС неотличима от ЭДС батареи и что ток по-прежнему является просто скоростью движения зарядов; поэтому закон Ома и другие соотношения для токов в проводах остаются в силе.

Закон Ленца

Направление индуцированного тока можно найти из закона Ленца, который гласит, что магнитное поле, создаваемое индуцированной ЭДС, создает ток, магнитное поле которого противодействует первоначальному изменению потока через проволочную петлю.Снова рассмотрим рисунок и предположим, что слайд движется вправо. Фигуры x указывают на то, что B находится на странице; таким образом, когда слайд перемещается вправо, поле, проходящее через слайд, увеличивается на странице. (Изменение магнитного потока является решающей величиной.) Магнитное поле индуцированного тока будет направлено за пределы страницы, потому что оно будет противодействовать изменению магнитного потока. Воспользуйтесь правилом из вторых рук и поместите изгиб пальцев из страницы в центр петли.Направление большого пальца указывает на то, что ток будет течь против часовой стрелки. (Неправильно утверждать, что ток направлен вправо, потому что он находится слева в верхней части петли.) И наоборот, если ползун перемещается влево, B будет уменьшаться по петле. Изменение потока будет вне страницы, а индуцированный ток будет по часовой стрелке. Тот же анализ используется, если электромагнит включен или выключен.

Рисунок 1 Цепь скользящей проволоки генерирует ЭДС.

Закон Ленца также является законом сохранения. Если бы магнитное поле, создаваемое индуцированным током, могло быть в том же направлении, что и первоначальное изменение магнитного потока, изменение стало бы больше, а индуцированный ток больше. Это невозможное условие было бы лучшим обменом энергии, чем вечный двигатель.

Генераторы и двигатели

Генераторы и двигатели — это применение электромагнитной индукции.На рисунке показан простой электрический генератор.

Рисунок 2

Простой электрогенератор.

Кривошип представляет собой механический метод поворота проволочной петли в магнитном поле. Изменение магнитного потока через петлю генерирует индуцированный ток; таким образом, генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Работа двигателя аналогична работе генератора, но в обратном порядке.Двигатель имеет аналогичные физические компоненты, за исключением того, что электрический ток, подаваемый в контур, создает крутящий момент, который поворачивает контур. Следовательно, двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Взаимная индуктивность и самоиндукция

Взаимная индуктивность возникает, когда две цепи расположены так, что изменение тока в одной вызывает наведение ЭДС в другой.

Представьте себе простую схему переключателя, катушки и батареи.Когда переключатель замкнут, ток через катушку создает магнитное поле. По мере увеличения тока магнитный поток, проходящий через катушку, также изменяется. Этот изменяющийся магнитный поток генерирует ЭДС, противоположную ЭДС батареи. Этот эффект возникает только тогда, когда ток либо увеличивается до своего установившегося значения сразу после замыкания переключателя, либо уменьшается до нуля при размыкании переключателя. Этот эффект называется самоиндуктивностью . Пропорциональная постоянная между самоиндуцированной ЭДС и скоростью изменения тока во времени называется индуктивностью (L) и выражается выражением

.

Единицей измерения индуктивности в системе СИ является генри, а 1 генри = 1 (Вс / А).

Используя закон Фарадея, индуктивность можно выразить через изменение магнитного потока и тока:

, где N — количество витков катушки.

Уравнения Максвелла и электромагнитные волны

Уравнения Максвелла суммируют электромагнитные эффекты в четырех уравнениях. Уравнения слишком сложны для этого текста, но концепции, заложенные в них, важно учитывать. Максвелл объяснил, что электрические и магнитные волны могут генерироваться колебаниями электрических зарядов.Эти электромагнитные волны могут быть изображены как скрещенные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве перпендикулярно направлению движения и друг к другу, как показано на рисунке 3.

Фиг.3 Электромагнитная волна состоит из перпендикулярных колеблющихся магнитного и электрического полей.

Что такое индукция? | Consarc

Компании группы Inductotherm используют электромагнитную индукцию для плавления, нагрева и сварки в различных отраслях промышленности.Но что такое индукция? И чем он отличается от других способов обогрева?

Для типичного инженера индукция — увлекательный метод нагрева. Наблюдение за тем, как кусок металла в катушке становится вишнево-красным за считанные секунды, может быть удивительным для тех, кто не знаком с индукционным нагревом. Оборудование для индукционного нагрева требует понимания физики, электромагнетизма, силовой электроники и управления технологическими процессами, но основные концепции, лежащие в основе индукционного нагрева, просты для понимания.

Основы

Обнаружил Майкл Фарадей, индукция начинается с катушки из проводящего материала (например, меди). Когда ток течет через катушку, создается магнитное поле внутри и вокруг катушки. Способность магнитного поля выполнять работу зависит от конструкции катушки, а также от величины тока, протекающего через катушку.

Направление магнитного поля зависит от направления протекания тока, поэтому переменный ток через катушку приведет к изменению направления магнитного поля с той же скоростью, что и частота переменного тока.Переменный ток 60 Гц заставит магнитное поле менять направление 60 раз в секунду. Переменный ток 400 кГц вызовет переключение магнитного поля 400 000 раз в секунду.

Когда проводящий материал, заготовка, помещается в изменяющееся магнитное поле (например, поле, генерируемое переменным током), в заготовке индуцируется напряжение (закон Фарадея). Индуцированное напряжение приведет к потоку электронов: току! Ток, протекающий через заготовку, будет идти в направлении, противоположном току в катушке.Это означает, что мы можем контролировать частоту тока в заготовке, контролируя частоту тока в катушке.

Когда ток течет через среду, движение электронов будет сопротивляться. Это сопротивление проявляется в виде тепла (эффект джоулевого нагрева). Материалы, которые более устойчивы к потоку электронов, будут выделять больше тепла, когда через них протекает ток, но, безусловно, можно нагревать материалы с высокой проводимостью (например, медь) с помощью индуцированного тока.Это явление критично для индукционного нагрева.

Что нам нужно для индукционного нагрева?

Все это говорит нам о том, что для индукционного нагрева необходимы две основные вещи:

1. Изменяющееся магнитное поле
2. Электропроводящий материал, помещенный в магнитное поле

Чем отличается индукционный нагрев от других методов нагрева?

Есть несколько методов нагрева объекта без индукции.Некоторые из наиболее распространенных промышленных практик включают газовые печи, электрические печи и соляные бани. Все эти методы основаны на передаче тепла продукту от источника тепла (горелки, нагревательного элемента, жидкой соли) посредством конвекции и излучения. Как только поверхность продукта нагревается, тепло передается через продукт за счет теплопроводности.

Продукты с индукционным нагревом не используют конвекцию и излучение для доставки тепла к поверхности продукта. Вместо этого тепло генерируется на поверхности продукта за счет протекания тока.Затем тепло от поверхности продукта передается через продукт за счет теплопроводности. Глубина, на которую тепло генерируется непосредственно с помощью индуцированного тока, зависит от того, что называется электрической эталонной глубиной .

Электрическая опорная глубина сильно зависит от частоты переменного тока, протекающего через заготовку. Ток с более высокой частотой приведет к более мелкой опорной электрической глубине , а ток более низкой частоты приведет к более глубокой опорной электрической глубине .Эта глубина также зависит от электрических и магнитных свойств детали.

Опорная электрическая глубина высоких и низких частот Компании группы

Inductotherm используют преимущества этих физических и электрических явлений, чтобы адаптировать решения для обогрева для конкретных продуктов и приложений. Тщательный контроль мощности, частоты и геометрии катушек позволяет компаниям группы Inductotherm проектировать оборудование с высоким уровнем управления технологическим процессом и надежностью независимо от области применения.

Индукционная плавка

Для многих процессов плавление — это первый шаг в производстве полезного продукта; индукционная плавка выполняется быстро и эффективно. Изменяя геометрию индукционной катушки, индукционные плавильные печи могут удерживать заряды, размер которых варьируется от объема кофейной кружки до сотен тонн расплавленного металла. Кроме того, регулируя частоту и мощность, компании Группы Inductotherm могут обрабатывать практически все металлы и материалы, включая, помимо прочего, железо, сталь и сплавы нержавеющей стали, медь и сплавы на ее основе, алюминий и кремний.Индукционное оборудование разрабатывается индивидуально для каждого приложения, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.

Основным преимуществом индукционной плавки является индукционное перемешивание. В индукционной печи металлическая шихта плавится или нагревается током, генерируемым электромагнитным полем. Когда металл расплавляется, это поле также заставляет ванну двигаться. Это называется индуктивным перемешиванием. Это постоянное движение естественным образом перемешивает ванну, образуя более однородную смесь, и способствует легированию.Величина перемешивания определяется размером печи, мощностью, подаваемой на металл, частотой электромагнитного поля и типом / количеством металла в печи. При необходимости количество индукционного перемешивания в любой печи можно регулировать для специальных применений.

Индукционная вакуумная плавка

Поскольку индукционный нагрев осуществляется с помощью магнитного поля, заготовка (или нагрузка) может быть физически изолирована от индукционной катушки огнеупором или другой непроводящей средой.Магнитное поле будет проходить через этот материал, чтобы вызвать напряжение в находящейся внутри нагрузке. Это означает, что груз или заготовку можно нагревать в вакууме или в тщательно контролируемой атмосфере. Это позволяет обрабатывать химически активные металлы (Ti, Al), специальные сплавы, кремний, графит и другие чувствительные проводящие материалы.

Индукционный нагрев

В отличие от некоторых методов сжигания, индукционный нагрев точно регулируется независимо от размера партии. Изменение тока, напряжения и частоты через индукционную катушку приводит к точно настроенному инженерному нагреву, идеально подходящему для точных применений, таких как упрочнение, закалка и отпуск, отжиг и другие формы термообработки.Высокий уровень точности важен для критически важных приложений, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, волоконная оптика, соединение боеприпасов, закалка проволоки и отпуск пружинной проволоки. Индукционный нагрев хорошо подходит для специальных применений в металлах, включая титан, драгоценные металлы и современные композиты. Точный контроль нагрева, доступный с помощью индукции, не имеет себе равных. Кроме того, при использовании тех же принципов нагрева, что и при нагревании в вакуумных тиглях, индукционный нагрев может осуществляться в атмосфере для непрерывного использования.Например, светлый отжиг трубы и трубы из нержавеющей стали.

Высокочастотная индукционная сварка

Когда индукция осуществляется с использованием высокочастотного (HF) тока, возможна даже сварка. В этом приложении очень малая электрическая опорная глубина может быть достигнута с помощью высокочастотного тока. В этом случае металлическая полоса формируется непрерывно, а затем проходит через набор точно спроектированных валков, единственная цель которых — прижать кромки сформированной полосы друг к другу и создать сварной шов.Непосредственно перед тем, как сформированная полоса достигает комплекта валков, она проходит через индукционную катушку. В этом случае ток течет вниз по геометрической «форме», образованной краями полосы, а не только вокруг внешней части сформированного канала. По мере прохождения тока по краям ленты они нагреваются до подходящей температуры сварки (ниже температуры плавления материала). Когда кромки прижимаются друг к другу, весь мусор, оксиды и другие примеси вытесняются, что приводит к образованию твердотельного кузнечного шва.

Будущее

С наступлением эпохи высокотехнологичных материалов, альтернативных источников энергии и необходимости расширения возможностей развивающихся стран уникальные возможности индукции предлагают инженерам и конструкторам будущего быстрый, эффективный и точный метод нагрева.

Электростатическая индукция, Рон Куртус

SfC На главную> Физика> Электричество> Статическое электричество>

, Рон Куртус (редакция 24 мая 2009 г.)

Электростатическая индукция — это метод создания или генерации статического электричества в материале путем поднесения к нему электрически заряженного объекта.Это вызывает перераспределение электрических зарядов в материале, в результате чего одна сторона имеет избыток положительных (+) или отрицательных (-) зарядов.

Это явление наиболее эффективно, когда объекты являются проводящими материалами, например металлами. Единственный недостаток состоит в том, что после удаления электрически заряженного объекта проводник теряет заряд. Это можно решить, временно заземлив проводник.

Некоторым непроводящим материалам также может быть придан статический электрический заряд за счет электростатической индукции.В этих случаях это вызвано поляризацией их молекул.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Как можно создать статическое электричество в проводящем материале?
• Как можно заставить проводник удерживать статический заряд?
• Как можно заряжать непроводник за счет электростатической индукции?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Индукция в проводящем материале

В нормальном нейтральном состоянии электропроводящий объект обычно имеет равное количество положительных (+) и отрицательных (-) электрических зарядов, таких как положительные ионы, отрицательные ионы и электроны, смешанных с материалом.Когда статический электрически заряженный объект приближается к этому проводнику, электрические заряды на поверхности объекта или вблизи нее притягивают противоположные заряды в проводнике и отталкивают подобные заряды.

Пластиковый стержень рядом с металлической пластиной

Например, если заряженный пластиковый стержень поднести к металлической пластине, отрицательные заряды на стержне притягивают положительные заряды в пластине и отталкивают ее отрицательные заряды. Это создает перераспределение электрических зарядов в пластине.

Перераспределены электрические заряды в проводнике

Пока электрически заряженный стержень находится рядом с металлической пластиной, электрические заряды в пластине будут перераспределяться. Но как только заряженный объект удален, тепловое движение атомов в металле заставит заряды снова перемешаться.

Перенос заряда рядом с электроскопом

Другой пример — электроскоп. Если вы поднесете заряженный объект, например пластиковый стержень, к электроскопу, противоположные электрические заряды будут двигаться к металлическому концу электроскопа.

На этом рисунке стержень имеет отрицательные (-) электрические заряды на своей поверхности, которые притягивают положительные (+) заряды к металлическому стержню электроскопа посредством электростатической индукции.

Электрические заряды в металлическом валу перераспределяются, при этом отрицательные заряды собираются на листах на другом конце вала. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, электроскоп выходит из толкающей части из-за электрической силы, при которой противоположные заряды отталкиваются.

Электроскоп отделяется от электрических зарядов

Электроскоп не получил никаких электрических зарядов.Они только что были перераспределены: положительные заряды у вершины, а отрицательные — у листьев, как показано в нашем примере.

Снятие заряда с электроскопа

Когда заряженный стержень удаляется, электрические заряды в электроскопе снова перемешиваются, и листья падают обратно в нейтральное положение.

Листы электроскопа падают после удаления заряженного стержня

Земля для хранения зарядов

Вы можете вызвать у электроскопа избыток одного типа электрического заряда, сняв другой тип заряда.

В нашем примере это делается путем прикосновения отрицательного (-) электрического заряженного стержня к валу, содержащему положительные (+) заряды, или простым прикосновением к валу пальцем. Это приведет к снятию многих положительных зарядов, но позволит оставить отрицательные заряды в листьях. Это часто называют заземлением, хотя на самом деле заряды не уходят в землю.

Вы можете сказать, что листья все еще заряжены, потому что они остаются разделенными.

Электроскоп остается заряженным после заземления

Этот метод позволяет проводящему объекту оставаться электрически заряженным за счет электростатической индукции.

Индукция в непроводящих материалах

Электростатическая индукция может также работать с непроводящими или диэлектрическими материалами. Однако движение электрических зарядов в непроводниках гораздо более ограничено, чем в проводниках.

Электронам разрешено перемещаться в проводнике, и это то, что позволяет току электричества в металлическом проводе. В непроводнике электроны удерживаются внутри атомов, поэтому разделение зарядов между частицами не работает.

Однако, если непроводник состоит из полярных молекул, то есть молекулы, у которой одна сторона более положительная, чем другая, тогда электростатическая индукция заставит эти молекулы выровняться с положительными зарядами с одной стороны и отрицательными зарядами с другой.

Молекула воды (H ₂ O) может быть поляризована электростатической индукцией

Например, молекула воды имеет больше положительных зарядов с одной стороны молекулы и отрицательных зарядов с другой стороны. Таким образом, вода может слегка притягиваться статическим электрическим зарядом.

Демонстрация этого можно увидеть в изгибе струи воды заряженным пластиковым гребнем.

Сгибание воды заряженным гребнем

Другие примеры можно увидеть в притяжении легких непроводящих предметов, таких как кусочки папиросной бумаги или небольшие кусочки пенополистирола, к предмету, имеющему статические электрические заряды.

Сводка

Электростатическая индукция — это перераспределение электрических зарядов в материале путем поднесения к нему электрически заряженного объекта. Это способ создания статического электричества, и он наиболее эффективен с проводящими материалами. К сожалению, как только электрически заряженный объект удален, проводник теряет заряд. Это можно решить, временно заземлив проводник. Некоторым непроводящим материалам также может быть придан статический электрический заряд за счет электростатической индукции.

---

Обретите уверенность в своих силах

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Статические ресурсы электроэнергии

Книги

Книги по электростатике с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.