Глава III.12.Электромагнитная индукция*) § III.12.1. Основной закон электромагнитной индукции

1°. Явлениеэлектромагнитной индукциизаключается в том, что в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникаетиндуцированное электрическое поле. Энергетической мерой этого поля служитэлектродвижущая силаE_iэлектромагнитной индукции. Если контур замкнут, то в нем под действием индуцированного электрического поля происходит упорядоченное движение электронов, т. е. возникает электрический ток, который называетсяиндукционным током.

2°.Закон электромагнитной индукции(закон Фарадея): э. д. с.E_iэлектромагнитной индукции в контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потокаΦ_m(III.10.5.5°) сквозь площадь поверхности, ограниченную этим контуром:

(в СИ),

(в гауссовой системе).

При этом не существенно, чем вызвано изменение магнитного потока. Это может быть деформация или перемещение контура во внешнем магнитном поле или любая другая причина изменения магнитного поля во времени. При перемещении в магнитном поле замкнутого проводящего контура э. д. с.

E_iнаводятся во всех его участках, пересекающих линии магнитной индукции. Алгебраическая сумма этих э. д. с. (п. 3°) равна общей э. д. с. индукции в контуре. Для перемещения замкнутого контура в магнитном поле необходимо совершить работу, равную работе возникающего в контуре индукционного тока.

При вычислении Φ_mиE_iнаправления обхода контура (III.8.3.2°) и внешней нормали n (III.10.5.5°, 8°) согласуются так, чтобы из конца вектора

nобход контура был виден происходящим против часовой стрелки. Если замкнутый контур содержитNпоследовательно соединенных витков (например, соленоид (III.10. 3.7°)), то в законе Фарадея магнитный потокΦ_mзаменяется потокосцеплением контураΨ(III.10.6.5°):

(в СИ),

(в гауссовой системе).

3°. Э. д. с. электромагнитной индукции в контуре считается положительной, если вектор магнитного моментаp_mсоответствующего ей индукционного тока (III.10.3.4°) образует острый угол с линиями магнитной индукции того поля, которое наводит этот ток. В противном случае

E_iсчитается отрицательной. На рис. III.12.1,аэ. д. с.E_i< 0, a в случае, изображенном на рис. III.12.1,б,E_i> 0.

4°. Знак минус в законе электромагнитной индукции соответствуетправилу Ленца: при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в последнем возникает индукционный ток такого направления, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего индукционный ток.

5°. Э. д. с. электромагнитной индукции возникает в отрезке проводника, пересекающем при своем движении линии индукции магнитного поля (III.10.1.3°). В случае, изображенном на рис. III.12.2, на электроны проводимости металла (III.7.3.1°) действует магнитное поле с силой Лоренца (III.11.1.1°):F_Л=–е[(v+v’)В], гдеv—скорость движения отрезка проводникаАСв магнитном поле, вектор индукцииBкоторого перпендикулярен плоскости, образованной отрезком проводника и вектором скорости его движения. Электроны упорядоченно движутся вдоль проводника со скоростью

v’. Это обусловлено тем, что сила Лоренца имеет ненулевую составляющую, касательную к проводнику и направленную отAкС. Движение электронов прекращается, когда возникшее в проводнике электростатическое поле, действующее на электроны с силойeE, скомпенсирует действие магнитного поля (силу Лоренца).

По закону Ома для разомкнутой цепи (при I= 0) (III. 8.2.5°) равновесная разность потенциалов Δφ=φ_A–φ_C

между точкамиАиС, которая установится приv’= 0, равна:

,

где E_i– электродвижущая сила индукции, так как на участкеАСникаких источников электрической энергии нет.

Э. д. с. электромагнитной индукции на отрезке проводника длиной l, движущемся со скоростьюv,

или

(в СИ),

где – отношение магнитного потока сквозь поверхность, прочерчиваемую проводником при его движении за бесконечно малый промежуток времени, к величинеdtэтого промежутка, или, иначе, скорость пересечения проводником линий индукции магнитного поля (ср. (III.12.1.2°)).

6°. Явление электромагнитной индукции в неподвижных замкнутых проводниках, находящихся во внешнем переменном магнитном поле, не может быть объяснено с помощью силы Лоренца, так как магнитное поле не действует на неподвижные заряды (III. 11.1.1º).

Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках объясняется тем, что переменное магнитное поле вызывает появление вихревого электрического поля. Циркуляция напряженности этого поля вдоль замкнутого контура Lпроводника (III.3.1.4°) есть э. д. с. электромагнитной индукции:

(в СИ),

(в гауссовой системе),

где частная производная учитывает зависимость потока магнитной индукции только от времени. О выборе направления нормалиnпри вычислении магнитного потока см. п. 2°.

7°. Величинаqэлектрического заряда, проходящего через поперечное сечение витка, в котором наводится индукционный ток:

(в СИ),

(в гауссовой системе),

где Φ_m‘иΦ_m»– значения магнитного потока сквозь поверхность витка в его начальном и конечном положениях,

R– электрическое сопротивление витка.

Явление электромагнитной индукции

Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Главная Справочник Физика Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем в 1831 г. Это явление заключается в том, что если проводящий контур (проводник) поместить в переменное магнитное поле, то в контуре возникает электродвижущая сила индукции (ЭДС индукции). Если такой контур будет замкнут, то в нем потечет электрический ток, который называют током индукции.

Индукционный ток возникает в контуре, если он или его часть пересекает линии магнитной индукции, такой вывод сделал Фарадей. Магнитное поле – это вихревое поле, его линии всегда замкнуты. Линии индукции сцеплены с проводящим контуром. Изменение количества линий индукции, которые охвачены контуром, возникает, если они пересекают контур.

Значение явления электромагнитной индукции заключается в том, что оно показывает связь между электрическим и магнитными полями. Электрические токи порождают магнитные поля, а переменные магнитные поля вызывают токи.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции получен М. Фарадеем, современную формулировку данного закона мы знаем в интерпретации Максвелла.

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.

Если контур составлен из N витков, соединенных последовательно (имеем соленоид), то закон электромагнитной индукции записывают как:

   

где величина называется потокосцеплением.

Знак минус в законе (1) отображает закон Ленца, который говорит о том, что ток индукции всегда направлен так, что созданный им магнитный поток, через поверхность, ограничиваемую контуром, старается уменьшить изменения магнитного потока, которые вызывают возникновение этого тока.

Магнитный поток, который охватывает контур, способен изменяться, если контур перемещается в поле или повергается деформации, магнитное поле может изменяться во времени. Величина , являясь полной производной, способна учесть все эти причины.

При движении контура в постоянном магнитном поле, ЭДС индукции возникает во всех частях контура, которые пересекают линии магнитной индукции поля. Результирующую ЭДС находят как алгебраическую сумму ЭСД участков.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Эксперименты Фарадея и Генри

В этом разделе мы узнаем об экспериментах, проведенных Фарадеем и Генри, которые используются для понимания явления электромагнитной индукции и его свойств.

Эксперимент 1:

В этом эксперименте Фарадей подключил катушку к гальванометру, как показано на рисунке выше. Стержневой магнит был придвинут к катушке так, чтобы северный полюс был направлен на катушку. При смещении стержневого магнита стрелка гальванометра отклоняется, указывая на наличие тока в рассматриваемой катушке. Замечено, что когда стержневой магнит неподвижен, стрелка не отклоняется, и движение продолжается только до тех пор, пока магнит не придет в движение. Здесь направление отклонения указателя зависит от направления движения стержневого магнита. Кроме того, когда южный полюс стержневого магнита перемещается к катушке или от нее, отклонения в гальванометре противоположны отклонениям, наблюдаемым с северным полюсом при аналогичных движениях. Кроме того, отклонение указателя больше или меньше в зависимости от скорости, с которой он тянется к катушке или от нее. Тот же эффект наблюдается, когда вместо стержневого магнита перемещается катушка, а магнит удерживается неподвижно. Это показывает, что только относительное движение между магнитом и катушкой отвечает за генерацию тока в катушке.

Эксперимент 2:

Во втором эксперименте Фарадей заменил стержневой магнит второй катушкой с током, соединенной с батареей. Здесь ток в катушке за счет подключенной батареи создавал постоянное магнитное поле, что делало систему аналогичной предыдущей. При перемещении второй катушки к первичной катушке стрелка гальванометра отклоняется, что указывает на наличие электрического тока в первой катушке. Подобно вышеприведенному случаю, здесь также направление отклонения указателя зависит от направления движения вторичной катушки к первичной катушке или от нее. Кроме того, величина отклонения зависит от скорости, с которой перемещается катушка. Все эти результаты показывают, что система во втором случае аналогична системе в первом эксперименте.

Эксперимент 3:

Из двух приведенных выше экспериментов Фарадей пришел к выводу, что относительное движение между магнитом и катушкой приводит к генерации тока в первичной катушке. Но другой эксперимент, проведенный Фарадеем, доказал, что относительное движение между катушками на самом деле не обязательно для генерации тока в первичной обмотке. В этом эксперименте он поместил две стационарные катушки и подключил одну из них к гальванометру, а другую к батарее с помощью кнопки. При нажатии кнопки гальванометр в другой катушке показал отклонение, указывающее на наличие тока в этой катушке. Также отклонение в указателе было временным и при длительном нажатии стрелка не показывала отклонения, а при отпускании клавиши происходило отклонение в обратную сторону.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Что такое электромагнитная индукция?

Процесс, при котором ток вырабатывается в результате производства напряжения (электродвижущей силы) из-за изменяющегося магнитного поля, известен как электромагнитная индукция.

Что такое гальванометр?

Гальванометр — прибор для измерения слабого электрического тока.

По какой формуле найти ?

e = N × dΦ / dt
Где,

• Φ – величина магнитного поля на поверхности
• Н — количество витков в катушке
• т – время
• e – индуцированное напряжение (в вольтах)

Кто открыл электромагнитную индукцию?

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем.

Генераторы переменного тока работают по какому принципу?

Генераторы переменного тока работают по принципу электромагнитной индукции.

Что утверждает первый закон электромагнитной индукции Фарадея?

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит: «Всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, в нем индуцируется электродвижущая сила. Точно так же, если цепь проводника замкнута, индуцируется ток, который называется индуцированным током».

Приведенные ниже видеоролики помогают повторить главу «Магнитные эффекты электрического тока», класс 10

.

Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше об экспериментах Фарадея и Генри, относительном движении и многом другом. Кроме того, зарегистрируйтесь в «BYJU’S — The Learning App», чтобы получить множество интерактивных, увлекательных видеороликов, связанных с физикой, и неограниченную академическую помощь.

Законы электролиза Фарадея — первый и второй закон электролиза с видео

Что такое электролитическая ячейка?

Электрохимическая ячейка, которая облегчает химическую реакцию посредством индукции электрической энергии, известна как электролитическая ячейка.

Этот процесс проведения несамопроизвольных реакций под действием электрической энергии называется электролизом.

Майкл Фарадей провел обширное исследование по электролизу растворов и расплавов электролитов. Он был первым ученым, описавшим количественные аспекты законов электролиза. Он предложил два закона для объяснения количественных аспектов электролиза, широко известных как законы электролиза Фарадея, а именно первый закон электролиза и второй закон электролиза.

Содержание

• • Рекомендуемые видео
  • Фарадей — Первый закон электролиза
  • Фарадей — Второй закон электролиза
  • Часто задаваемые вопросы

Рекомендуемые видео

Электрохимия – электролитическая ячейка и электролиз

Гальваническая ячейка, электролитическая ячейка, ЭДС ячейки и законы Фарадея

Фарадей – Первый закон электролиза

Это один из основных законов электролиза. В нем говорится, что во время электролиза количество химических реакций, происходящих на любом электроде под действием электрической энергии, пропорционально количеству электричества, прошедшего через электролит.

Фарадей – Второй закон электролиза

Второй закон электролиза Фарадея гласит, что если одинаковое количество электричества пропустить через разные электролиты, массы ионов, осевших на электродах, прямо пропорциональны их химическим эквивалентам.

Из этих законов электролиза мы можем сделать вывод, что количество электричества, необходимое для окисления-восстановления, зависит от стехиометрии электродной реакции.

Например, 9{–1}\конец{массив} \)

Это количество электричества определяется как один Фарадей и обозначается F. Следовательно; один Фарадей определяется как заряд, переносимый единицей моля электронов.

Продукт электролитической реакции зависит от природы электролизуемого материала и типа используемых электродов. В случае инертного электрода, такого как платина или золото, электрод не участвует в химической реакции и действует только как источник или приемник электронов. В то время как в случае реактивного электрода электрод участвует в реакции.

Следовательно, при электролизе в случае реактивных и инертных электродов получаются разные продукты. Окисляющие и восстановительные частицы, присутствующие в электролитической ячейке, и их стандартный электродный потенциал также влияют на продукты электролиза.

Похожие видео

Электролиз в расплавленном состоянии

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Что такое Фарадей?

Фарадей — единица объема электрического заряда без измерений, равная примерно 6,02 x 10 ²³ носители электрического заряда.

Почему важен закон Фарадея?

Смещающийся магнитный поток создает электрическое поле в соответствии с законом Фарадея.