PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4. 1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5. 6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см.

справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея.

©2015-2022 megapredmet. ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов. Обратная связь…

 Обратная связь ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса — ваш вокал Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими Целительная привычка Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Тренинг уверенности в себе Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком» Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Как слышать голос Бога Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т. д. Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу. Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Помощь в ✍️ написании работы Имя Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно — исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое Нажимая кнопку «Продолжить», я принимаю политику конфиденциальности 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. Явление электромагнитной индукции можно обнаружить в таких ситуациях: 1. при относительном движении катушки и магнита; 2. при изменении индукции магнитного поля в контуре, который расположен перпендикулярно линиям магнитного поля. 3. при изменении положения контура, расположенного в постоянном магнитном поле. Закон Фарадея. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ): где — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура, — магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. 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. Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом: где — электродвижущая сила, — число витков, — магнитный поток через один виток, — потокосцепление катушки.   Векторная формула: В дифференциальной форме закон Фарадея можно записать в следующем виде:   (в системе СИ) или (в системе СГС). В интегральной форме (эквивалентной): (СИ) или (СГС) Здесь — напряжённость электрического поля, — магнитная индукция, — произвольная поверхность, — её граница. Контур интегрирования подразумевается фиксированным (неподвижным). Следует отметить, что закон Фарадея в такой форме, очевидно, описывает лишь ту часть ЭДС, что возникает при изменении магнитного потока через контур за счёт изменения со временем самого поля без изменения (движения) границ контура (об учете последнего см. ниже). · В этом виде закон Фарадея входит в систему уравнений Максвелла для электромагнитного поля (в дифференциальной или интегральной форме соответственно) [2]. Если же, скажем, магнитное поле постоянно, а магнитный поток изменяется вследствие движения границ контура (например, при увеличении его площади), то возникающая ЭДС порождается силами, удерживающими заряды на контуре (в проводнике) и силой Лоренца, порождаемой прямым действием магнитного поля на движущиеся (с контуром) заряды. При этом равенство продолжает соблюдаться, но ЭДС в левой части теперь не сводится к (которое в данном частном примере вообще равно нулю). В общем случае (когда и магнитное поле меняется со временем, и контур движется или меняет форму) последняя формула верна так же, но ЭДС в левой части в таком случае есть сумма обоих слагаемых, упомянутых выше (то есть порождается частично вихревым электрическим полем, а частично силой Лоренца и силой реакции движущегося проводника). · Некоторые авторы, например, М. Лившиц в журнале «Квант» за 1998 год[3] отрицают корректность применения термина закон Фарадея или закон электромагнитной индукции и т. п. к формуле в случае подвижного контура (оставляя для обозначения этого случая или его объединения со случаем изменения магнитного поля, например, термин правило потока)[4]. В таком понимании закон Фарадея — это закон, касающийся лишь циркуляции электрического поля (но не ЭДС, создаваемой с участием силы Лоренца), и в этом понимании понятие закон Фарадея в точности совпадает с содержанием соответствующего уравнения Максвелла. · Однако возможность (пусть с некоторыми оговорками, уточняющими область применимости) совпадающей формулировки «правила потока» с законом электромагнитной индукции нельзя назвать чисто случайной. Дело в том, что, по крайней мере для определенных ситуаций, это совпадение оказывается очевидным проявлением принципа относительности. А именно, например, для случая относительного движения катушки с присоединенным к ней вольтметром, измеряющим ЭДС, и источника магнитного поля (постоянного магнита или другой катушки с током), в системе отсчета, связанной с первой катушкой, ЭДС оказывается равной именно циркуляции электрического поля, тогда как в системе отсчета, связанной с источником магнитного поля (магнитом), происхождение ЭДС связано с действием силы Лоренца на движущиеся с первой катушкой носители заряда. Однако та и другая ЭДС обязаны совпадать, поскольку вольтметр показывает одну и ту же величину, независимо от того, для какой системы отсчета мы её рассчитали. · Потенциальная форма При выражении магнитного поля через векторный потенциал закон Фарадея принимает вид: (в случае отсутствия без вихревого поля, то есть тогда, когда электрическое поле порождается полностью только изменением магнитного, то есть электромагнитной индукцией). В общем случае, при учёте и без вихревого (например, электростатического) поля имеем: .     Доверь свою работу ✍️ кандидату наук! Имя Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно — исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое Нажимая кнопку «Продолжить», я принимаю политику конфиденциальности

Закон электромагнитной индукции для чайников

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

• На одну непроводящую основу были намотаны две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй – подключены к источнику тока. При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.
• Первая катушка была подключена к источнику тока, вторая, подключенная к гальванометру, перемещалась относительно нее. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.
• Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется – вдвигается (выдвигается) – относительно катушки.

Опыты показали, что индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Объяснения возникновения индукционного тока

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС. Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1861 году.

Свойства вихревого электрического поля:

• источник – переменное магнитное поле;
• обнаруживается по действию на заряд;
• не является потенциальным;
• линии поля замкнутые.

Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике.

Магнитный поток

Магнитным потоком через площадь ​ ( S ) ​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции ​ ( B ) ​, площади поверхности ​ ( S ) ​, пронизываемой данным потоком, и косинуса угла ​ ( alpha ) ​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности):

Обозначение – ​ ( Phi ) ​, единица измерения в СИ – вебер (Вб).

Магнитный поток в 1 вебер создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции:

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​ ( alpha ) ​ магнитный поток может быть положительным ( ( alpha ) ( alpha ) > 90°). Если ( alpha ) = 90°, то магнитный поток равен 0.

Изменить магнитный поток можно меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​ ( N ) ​ витков, то ЭДС индукции:

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​ ( R ) ​:

При движении проводника длиной ​ ( l ) ​ со скоростью ​ ( v ) ​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​ ( vec ) ​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

где ​ ( alpha ) ​ – угол между векторами ​ ( vec ) ​ и ( vec ) .

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Важно!
Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

• магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле;
• вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея.

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

• в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца;
• в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Правило Ленца

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Алгоритм решения задач с использованием правила Ленца:

• определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля;
• выяснить, как изменяется магнитный поток;
• определить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток уменьшается, то они сонаправлены с линиями внешнего магнитного поля; если магнитный поток увеличивается, – противоположно направлению линий магнитной индукции внешнего поля;
• по правилу буравчика, зная направление линий индукции магнитного поля индукционного тока, определить направление индукционного тока.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Самоиндукция

Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в проводнике в результате изменения тока в нем.

При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке.

В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи.

Это приводит к тому, что при замыкании цепи, в которой есть источник тока с постоянной ЭДС, сила тока устанавливается через некоторое время.

При отключении источника ток также не прекращается мгновенно. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника.

Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав электрическую цепь из катушки с большой индуктивностью, резистора, двух одинаковых ламп накаливания и источника тока. Резистор должен иметь такое же электрическое сопротивление, как и провод катушки.

Опыт показывает, что при замыкании цепи электрическая лампа, включенная последовательно с катушкой, загорается несколько позже, чем лампа, включенная последовательно с резистором. Нарастанию тока в цепи катушки при замыкании препятствует ЭДС самоиндукции, возникающая при возрастании магнитного потока в катушке.

При отключении источника тока вспыхивают обе лампы. В этом случае ток в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции, возникающей при убывании магнитного потока в катушке.

ЭДС самоиндукции ​ ( varepsilon_ ) ​, возникающая в катушке с индуктивностью ​ ( L ) ​, по закону электромагнитной индукции равна:

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке.

Индуктивность

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток ​ ( Phi ) ​ через контур из этого проводника пропорционален модулю индукции ​ ( vec ) ​ магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля, в свою очередь, пропорциональна силе тока в проводнике.

Следовательно, магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре:

Индуктивность – коэффициент пропорциональности ​ ( L ) ​ между силой тока ​ ( I ) ​ в контуре и магнитным потоком ​ ( Phi ) ​, создаваемым этим током:

Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Единица индуктивности в СИ – генри (Гн). Индуктивность контура равна 1 генри, если при силе постоянного тока 1 ампер магнитный поток через контур равен 1 вебер:

Можно дать второе определение единицы индуктивности: элемент электрической цепи обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении силы тока в цепи на 1 ампер за 1 с в нем возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт.

Энергия магнитного поля

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции.

Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Для создания тока в контуре с индуктивностью необходимо совершить работу на преодоление ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля тока вычисляется по формуле:

Основные формулы раздела «Электромагнитная индукция»

Алгоритм решения задач по теме «Электромагнитная индукция»:

1. Внимательно прочитать условие задачи. Установить причины изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

2. Записать формулу:

• закона электромагнитной индукции;
• ЭДС индукции в движущемся проводнике, если в задаче рассматривается поступательно движущийся проводник; если в задаче рассматривается электрическая цепь, содержащая источник тока, и возникающая на одном из участков ЭДС индукции, вызванная движением проводника в магнитном поле, то сначала нужно определить величину и направление ЭДС индукции. После этого задача решается по аналогии с задачами на расчет цепи постоянного тока с несколькими источниками.

3. Записать выражение для изменения магнитного потока и подставить в формулу закона электромагнитной индукции.

4. Записать математически все дополнительные условия (чаще всего это формулы закона Ома для полной цепи, силы Ампера или силы Лоренца, формулы кинематики и динамики).

5. Решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.

История развития и опыты Фарадея

До середины XIX века считалось, что электрическое и магнитное поле не имеют никакой связи, и природа их существования различна. Но М. Фарадей был уверен в единой природе этих полей и их свойств. Явление электромагнитной индукции, обнаруженное им, впоследствии стало фундаментом для устройства генераторов всех электростанций. Благодаря этому открытию знания человечества о электромагнетизме шагнули далеко вперед.

Фарадей проделал следующий опыт: он замыкал цепь в катушке I и вокруг нее возрастало магнитное поле. Далее линии индукции данного магнитного поля пересекали катушку II, в которой возникал индукционный ток.

Рис. 1. Схема опыта Фарадея

Сколько бы экспериментов не проводил Фарадей, неизменным оставалось одно условие: для образования индукционного тока важным является изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур (катушку).

Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется возникновением электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Основной закон Фарадея заключается в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

И если сама формула, исходя из вышесказанных объяснений не порождает вопросов, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается существует правило Ленца – русского ученого, который проводил свои исследования, основываясь на постулатах Фарадея. По Ленцу знак «-» указывает на направление возникающей ЭДС, т.е. индукционный ток направлен так, что магнитный поток, который он создает, через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток.

Закон Фарадея-Максвелла

В 1873 Дж.К.Максвелл по-новому изложил теорию электромагнитного поля. Уравнения, которые он вывел, легли в основу современной радиотехники и электротехники. Они выражаются следующим образом:

• Edl = -dФ/dt – уравнение электродвижущей силы
• Hdl = -dN/dt – уравнение магнитодвижущей силы.

Где E – напряженность электрического поля на участке dl; H – напряженность магнитного поля на участке dl; N – поток электрической индукции, t – время.

Симметричный характер данных уравнений устанавливает связь электрических и магнитных явлений, а также магнитных с электрическими. физический смысл, которым определяются эти уравнения, можно выразить следующими положениями:

• если электрическое поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается магнитным полем.
• если магнитное поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается электрическим полем.

Рис. 3. Возникновение вихревого магнитного поля

Что мы узнали?

Ученикам 11 класса необходимо знать, что электромагнитную индукцию впервые как явление обнаружил Майкл Фарадей. Он доказал, что электрическое и магнитное поле имеют общую природу. Самостоятельные исследования на основе опытов Фарадея также проводили такие великие деятели как Ленц и Максвелл, которые расширили наши познания в области электромагнитного поля.

Что может быть лучше, чем вечером понедельника почитать про основы электродинамики. Правильно, можно найти множество вещей, которые будут лучше. Тем не менее, мы все равно предлагаем Вам прочесть эту статью. Времени занимает не много, а полезная информация останется в подсознании. Например, на экзамене, в условиях стресса, можно будет успешно извлечь из недр памяти закон Фарадея. Так как законов Фарадея несколько, уточним, что здесь мы говорим о законе индукции Фарадея.

Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитное поле во всех его проявлениях.

Это и взаимодействие электрического и магнитного полей, электрический ток, электро-магнитное излучение, влияние поля на заряженные тела.

Здесь мы не ставим целью рассмотреть всю электродинамику. Упаси Боже! Рассмотрим лучше один из основных ее законов, который называется законом электромагнитной индукции Фарадея.

Майкл Фарадей (1791-1867)

История и определение

Фарадей, параллельно с Генри, открыл явление электромагнитной индукции в 1831 году. Правда, успел опубликовать результаты раньше. Закон Фарадея повсеместно используется в технике, в электродвигателях, трансформаторах, генераторах и дросселях. В чем суть закона Фарадея для электромагнитной индукции, если говорить просто? А вот в чем!

При изменении магнитного потока через замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток. То есть, если мы скрутим из проволоки рамку и поместим ее в изменяющееся магнитное поле (возьмем магнит, и будем крутить его вокруг рамки), по рамке потечет ток!

Рамка в поле

Этот ток Фарадей назвал индукционным, а само явление окрестил электромагнитной индукцией.

Электромагнитная индукция – возникновение в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока, проходящего через контур.

Формулировка основного закона электродинамики – закона электромагнитной индукции Фарадея, выглядит и звучит следующим образом:

ЭДС, возникающая в контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф через контур.

А откуда в формуле минус, спросите Вы. Для объяснения знака минус в этой формуле есть специальное правило Ленца. Оно гласит, что знак минус, в данном случае, указывает на то, как направлена возникающая ЭДС. Дело в том, что создаваемое индукционным током магнитное поле направлено так, что препятствует изменению магнитного потока, который вызвал индукционный ток.

Для определения направления индукционного тока применяется знаменитое правило буравчика, или правило правой руки, оно же правило правого винта. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

Правило правой руки

Примеры решения задач

Вот вроде бы и все. Значение закона Фарадея фундаментально, ведь на использовании данного закона построена основа почти всей электрической промышленности. Чтобы понимание пришло быстрее, рассмотрим пример решения задачи на закон Фарадея.

Принципы и законы электромагнитной индукции

Трудно представить мир без электричества. В нашем современном обществе электричество стало основой нашего комфорта, обеспечивая нас светом, охлаждая нас, предлагая развлечения и многое другое. Знаете ли вы, что электромагнитная индукция используется для питания многих электрических устройств? Можно использовать практически любой источник механической энергии, такой как текущая вода и ветер, для выработки электрического тока, если его можно подключить к электрическому генератору.

Закон электромагнитной индукции был открыт Майклом Фарадеем. Сегодня он используется при проектировании электрических генераторов и трансформаторов. Электромагнитная индукция — это производство напряжения, когда электрический проводник пересекает стационарные линии магнитного поля или изменяющееся магнитное поле. Возникающее напряжение называется индуцированной электродвижущей силой (ЭДС индуцирования). Читайте дальше, чтобы узнать больше о принципах электромагнитной индукции!

Принципы электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции показывает, что когда проводник, такой как провод, проходит через магнитное поле и пересекает силовые линии, он индуцирует ток в проводе.

Например, соедините два конца катушки с гальванометром (измерителем тока) и поместите рядом с ним магнит. Показания гальванометра при неподвижном магните будут равны нулю. Вы заметите, что гальванометр будет указывать вправо, когда северный полюс магнита перемещается по направлению к катушке. Он указывает обратно на ноль, когда движение магнита прекращается. Если магнит отодвинуть от катушки, ток течет в противоположном направлении. Таким образом, гальванометр указывает налево.

Этот эксперимент показывает, что:

Относительное движение между магнитом и катушкой отвечает за производство тока в катушке.
Направление, которое указывает гальванометр, меняется на противоположное, если направление движения меняется на противоположное.

На основе эксперимента мы можем прийти к двум законам электромагнитной индукции.

Закон Фарадея
При изменении магнитного потока, связывающего катушку из металлической проволоки, возникает Э.Д.С. индуцируется. Закон индукции Фарадея гласит, что величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Другими словами, чем быстрее меняется магнитное поле, тем больше ЭДС индукции. будет.

Закон Ленца
Закон Ленца гласит, что направление ЭДС индукции а индуцированный ток в замкнутой цепи всегда противодействует изменению вызывающего его магнитного потока.

Электромагнитная индукция в генераторе переменного тока
В то время как электродвигатель представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, электрический генератор делает обратное. Он использует механическую энергию для выработки электричества с помощью электромагнитной индукции. Генератор переменного тока применяет закон электромагнитной индукции Фарадея, вращая катушку в магнитном поле, чтобы индуцировать ЭДС. между концами катушки.

Напряжение в проводе можно увеличить, перемещая провод быстрее, используя большую катушку или увеличивая силу магнитного поля. Увеличение числа витков катушки также создает больший ток в катушке.

Правило правой руки Флеминга можно использовать для определения направления индуцированного тока, протекающего по проводу. Согласно этому правилу, покажите большой, указательный и средний пальцы так, чтобы все 3 пальца были перпендикулярны друг другу. Учитывая, что ваш указательный палец указывает направление магнитного поля с севера на юг, большой палец будет указывать в направлении движения проводника, средний палец выровняется по направлению индуцированного тока.

Электронно-лучевой осциллограф
Электронно-лучевой осциллограф — это электронный дисплей, используемый для преобразования электрических сигналов в визуальные. Они используются в таких приложениях, как радиостанции, для наблюдения за передачей и приемом сигналов. Такие свойства, как напряжение, ток, частота и сопротивление, можно рассчитать с помощью измерений с помощью электронно-лучевого осциллографа.

Электронно-лучевой осциллограф обеспечивает точное измерение времени и амплитуды сигналов напряжения в широком диапазоне частот. Когда электронно-лучевой осциллограф подключен к генератору переменного тока, на экране можно увидеть волну. При увеличении скорости вращения генератора вдвое количество пиков на экране и амплитуда волны увеличатся вдвое.

Заключение
Теперь, когда вы лучше понимаете принципы электромагнитной индукции, вы можете исследовать другие интересные темы физики! Если вы ищете обучение по физике уровня O, чтобы преуспеть в своем классе, у нас есть лучшие преподаватели, готовые помочь вам! Запишитесь на уроки физики прямо сейчас!

Закон Фарадея и закон Ленца об электромагнитной индукции

Магнитная индукция – это эпоха электродвижущего давления вокруг электрического проводника в преобразующем магнитном поле. Индукция изменилась, наблюдаемая через Майкла Фарадея в 1831 году, и превратилась в официально описанную как фарадеевская регуляция индукции через Джеймса Клерка Максвелла. А правило Ленца описывает маршрут осажденного поля.

Электромагнитная индукция используется электрическими добавками, такими как катушки индуктивности и трансформаторы, а также устройствами, такими как электромобили и генераторы.

Законы индукции Фарадея

 

Согласно электромагнитной индукции, изменение магнитного поля вокруг электрической цепи приводит к возникновению тока в цепи. Сила магнитного поля или относительная скорость магнитного поля и электрической цепи являются факторами, влияющими на величину тока, индуцируемого в проводе.

Закон электромагнитной индукции Фарадея, также известный как закон электромагнетизма , отвечает за работу электрических генераторов, двигателей, трансформаторов и катушек индуктивности.

Первый эксперимент

 

Фарадей и Генри провели ряд экспериментов для лучшего понимания электромагнитной индукции.

В эксперименте используются стержневой магнит, катушка, присоединенная к цепи, содержащей провод, соединенный с гальванометром, и гальванометр. Когда магнит приближают к катушке северным полюсом, направленным к ней, гальванометр показывает отклонение. Отклонение катушки означает, что через нее протекает ток. Отклонение гальванометра сохраняется, пока движется магнит, и исчезает, как только магнит перестает двигаться. Когда магнит оттягивается от гальванометра, регистрируется отклонение, но в другом направлении, что свидетельствует об изменении направления тока.

Когда стержневой магнит оттягивали от катушки так, чтобы его южный полюс был обращен к катушке, эффекты были полярно противоположными.

Отклонение, возникающее в гальванометре при быстром перемещении магнита от катушки или к ней, велико, что обеспечивает большой объем протекающего тока. Аналогичные результаты достигаются, когда магнит удерживается неподвижно, а цепь перемещается ближе или дальше от него. В результате катушка генерирует электрический ток благодаря относительному движению катушки и магнита.

Второй эксперимент

 

Во втором эксперименте Фарадей и Генри заменили стержневой магнит другой электрической катушкой, подключенной к батарее, как показано на схеме ниже. Известно, что магнитное поле связано с движущимися электрическими зарядами. В результате непрерывного протекания тока через вторую катушку вокруг нее будет формироваться однородное магнитное поле. В гальванометре создается отклонение, когда вторая катушка перемещается к первой катушке, показывая протекание электрического тока через первую катушку. Отклонение прекращается, когда вторая катушка приходит в состояние покоя, а когда вторая катушка удаляется от первой катушки, направление отклонения восстанавливается. Аналогичные результаты были получены, когда вторую катушку оставили в покое, а первую катушку притянули к ней. Ток индуцируется в результате относительного движения между катушками.

Третий эксперимент

Как показано в первых двух тестах, электрический ток индуцируется всякий раз, когда происходит относительное движение между магнитом и катушкой или между двумя катушками. Фарадей, с другой стороны, в своем третьем эксперименте установил, что для протекания тока по катушке не требуется относительного движения. Для своего третьего эксперимента он использовал две катушки, одна из которых была подключена к гальванометру, а другая — к батарее и постукивающему ключу.

 

Цепь замыкается, ток течет через катушку, и замечается кратковременное отклонение гальванометра на первой катушке, когда две катушки сближены и нажата клавиша постукивания на второй катушке. При отпускании ключа происходит временное отклонение в противоположную сторону. Прогиб в гальванометре увеличивается, если вдоль оси катушек расположить железный стержень. Использование железного стержня увеличивает силу электромагнита. В результате величина тока, протекающего через катушку, увеличивается, что видно по увеличенному отклонению гальванометра.

Заключение из экспериментов

Три испытания привели Фарадея к заключению, что полный магнитный поток, связанный с катушкой, меняется всякий раз, когда катушка и магнитное поле перемещаются друг относительно друга. Осциллирующее магнитное поле будет генерировать напряжение на катушке. Электродвижущая сила генерируется на катушке за счет колебаний магнитного потока во времени.

Первый закон Фарадея

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что когда проводник помещается в флуктуирующее магнитное поле, в проводнике возникает электродвижущее напряжение. Современный день доставляется примерно одновременно с замыканием этой цепи, и этот современный день называется доставленным примерно современным.

Ниже приведены некоторые методы изменения магнитного поля:

1. Катушка обведена кружком, когда дело доходит до магнита.
2. Регулируя роль катушки, когда речь идет о магнитном поле.
3. Регулируя положение катушки внутри магнитного поля.
4. Путем перемещения магнита спереди или сзади катушки.

Второй закон Фарадея

Согласно второму закону Фарадея количество ЭДС, генерируемой в электрической катушке, равно скорости изменения электрического потока, связанного с катушкой. Поток, связанный с катушкой, определяется произведением числа витков в катушке на поток, связанный с ней.

ЭДС катушки пропорциональна заряду переменного магнитного потока, проходящего через нее. Регулятор Фарадея может быть математически представлен как:

ε = –NdΦ/dt

, где

• ε — генерируемая ЭДС,
• Φ — число витков, связанных с катушкой, а

катушка.

Применение закона электромагнитной индукции Фарадея

1. Этот регламент регулирует работу таких устройств, как трансформаторы и электродвигатели.
2. Закон индукции Фарадея может помочь понять, как работает индукционная плита.
3. Скорость потока жидкости можно измерить с помощью электромагнитного расходомера.

Закон Ленца

Генрих Ленц предложил правило Ленца в 1834 году. Фарадеевское регулирование электромагнитной индукции помогло нам понять, как большое электродвижущее давление возникает во всей цепи, а правило Ленца помогло нам понять, каким образом электрическое передовое лезвие становится течет. Согласно правилу Ленца, процесс создания переднего края внутри катушки противостоит варианту, который создает вызванную ЭДС. Чтобы расположить его каким-либо другим образом, передовой край будет нестись в полярно противоположном направлении потока, который его создает.

 

• Первый эксперимент – Когда в цепи протекает ток в катушке, в первом эксперименте формируются силовые линии магнитного поля. По мере увеличения тока, протекающего через катушку, увеличивается и магнитный поток. Поток индуцированного тока будет в противоположном направлении по мере увеличения магнитного потока.
• Второй эксперимент — Во втором эксперименте он пришел к выводу, что после того, как современная катушка намотана на железный стержень, а ее левый полюс перестает вести себя как N-полюс и перемещается к катушке S, может быть произведен сработавший модерн. .
• Третий эксперимент — В третьем эксперименте связанная с ним катушка уменьшается по мере приближения ее миль к магнитному потоку, что означает, что близость катушки внутри магнитного объекта также сжимается.

Постановление Ленца предполагает, что движение катушки является антагонистическим, в то время как вызванное движение задается в пределах равного курса из-за движения катушки. Оказывая давление, магнит петли генерирует современника. Чтобы компенсировать изменение, современник должен наблюдать за давлением на магнит.

Формула закона Ленца

Когда изменение магнитного потока создает электромагнитное поле, полярность индуцированного электромагнитного поля создает индуцированный ток, магнитное поле которого противодействует исходному изменяющемуся магнитному полю, создавшему его, в соответствии с законом Ленца.

ε = –NdΦ _B /dt

где,

• ϵ = ЭДС индукции
• dΦ _B
• = 90 изменение числа витков магнитного потока в N0127

Примеры вопросов

Вопрос 1. Первый закон штата Фарадея.

Ответ:

Когда проводник помещается в флуктуирующее магнитное поле, первый закон Фарадея гласит, что в проводнике возникает ЭДС, или электродвижущая сила.

Вопрос 2: Что такое закон электромагнитной индукции Ленца?

Ответ:

Направление индукционного тока в катушке таково, что он противодействует изменению, вызывающему ЭДС индукции, согласно закону Ленца.

Вопрос 3: Что такое вихревые токи и как можно использовать закон Ленца для их понимания?

Ответ:

Закон Ленца управляет током Эдди, который представляет собой крошечный электрический ток. В проводниках он генерирует массивный петлевой ток, несмотря на то, что используется для обозначения малых токов. Когда проводник движется через магнитное поле, возникают электрические токи, что соответствует закону Ленца и противодействует эффекту движения, вызывающему магнитное демпфирование. Магнитные тормозные устройства, такие как американские горки, часто используют этот тип движения, при котором индуцированное поле действует против движения, посредством которого оно формируется.

Вопрос 4. Что такое второй закон Фарадея?

Ответ

Согласно второму закону Фарадея, величина ЭДС, возникающая в электрической катушке, равна скорости изменения электрического потока, связанного с катушкой. Поток, связанный с катушкой, определяется произведением числа витков в катушке на поток, связанный с ней.

ЭДС катушки пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через нее. Закон Фарадея можно математически представить как:

ε=–NdΦ/dt

Вопрос 5: Что такое магнитный поток?

Ответ

Величина магнитного поля, проходящего через данную область, называется магнитным потоком. Это также известно как количество силовых линий магнитного поля, которые проходят через данное место. Тесла — это единица СИ для него. Для его вычисления используется скалярное произведение магнитного поля и вектора площади.

ϕ=B’⋅A’

Где
B’ ^{— магнитное поле.
A’ — вектор площади.}

13: Электромагнитная индукция — Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

4434

• OpenStax
• OpenStax

В этой и нескольких следующих главах вы увидите замечательную симметрию в поведении изменяющихся во времени электрических и магнитных полей. Математически эта симметрия выражается дополнительным членом в законе Ампера и другим ключевым уравнением электромагнетизма, называемым законом Фарадея. Мы также обсудим, как движение провода через магнитное поле создает ЭДС или напряжение.

• 13.1: Прелюдия к электромагнитной индукции

  Мы рассматривали электрические поля, создаваемые фиксированным распределением заряда, и магнитные поля, создаваемые постоянными токами, но электромагнитные явления не ограничиваются этими стационарными ситуациями. Фактически, большинство интересных приложений электромагнетизма зависят от времени. Чтобы исследовать некоторые из этих приложений, мы теперь удалим предположение о независимости от времени, которое мы делали, и позволим полям меняться со временем.

• 13.2: Закон Фарадея

  ЭДС индуцируется, когда магнитное поле в катушке изменяется путем вталкивания стержневого магнита в катушку или из нее. ЭДС противоположных знаков создаются движением в противоположных направлениях, а направления ЭДС также меняются на противоположные при смене полюсов. 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.

• 13.3: Закон Ленца

  Направление ЭДС индукции управляет током вокруг проволочной петли, чтобы всегда противодействовать изменению магнитного потока, вызывающему ЭДС. Закон Ленца также можно рассматривать с точки зрения сохранения энергии. Если вдавливание магнита в катушку вызывает ток, энергия в этом токе должна откуда-то браться. Если индуцированный ток вызывает магнитное поле, противодействующее увеличению поля вставленного нами магнита, то ситуация ясна.

• 13.4: ЭДС движения

  Магнитный поток зависит от трех факторов: силы магнитного поля, площади, через которую проходят силовые линии, и ориентации поля относительно площади поверхности. Если какая-либо из этих величин изменяется, происходит соответствующее изменение магнитного потока. До сих пор мы рассматривали только изменения потока из-за изменяющегося поля. Теперь мы рассмотрим другую возможность: изменение области, через которую проходят силовые линии, включая изменение ориентации области.

• 13.5: Наведенные электрические поля

  Тот факт, что ЭДС индуцируются в цепях, означает, что работа выполняется электронами проводимости в проводах. Что может быть источником этой работы? Мы знаем, что это не батарея и не магнитное поле, поскольку батарея не обязательно должна присутствовать в цепи, в которой индуцируется ток, а магнитные поля никогда не совершают работы над движущимися зарядами. Ответ заключается в том, что источником работы является электрическое поле, которое индуцируется в проводах.

• 13.6: Вихревые токи

  ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника. Если ЭДС движения может вызвать ток в проводнике, мы называем этот ток вихревым током.

• 13.7: Электрические генераторы и противо-ЭДС

  Множество важных явлений и устройств можно понять с помощью закона Фарадея. В этом разделе мы рассмотрим два из них: электрические генераторы и электрические двигатели.

• 13.8: Применение электромагнитной индукции

  Современное общество имеет множество применений закона индукции Фарадея, которые мы рассмотрим в этой и других главах. На этом этапе позвольте упомянуть несколько, которые связаны с записью информации с использованием магнитных полей.

• 13.A: Электромагнитная индукция (ответы)

• 13.E: Электромагнитная индукция (упражнения)

• 13.S: Электромагнитная индукция (Сводка)

---

исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.