Site Loader

Содержание

Закон электромагнитной индукции в понятном изложении | Инженерные знания

Прежде, чем разобраться с законом электромагнитной индукции или, как его ещё называют, законом Фарадея, давайте перечислим все основные понятия. Их обязательно нужно уяснить, прежде, чем сделать следующий шаг.

Майкл Фарадей

Майкл Фарадей

Начнем с того, что электромагнитной индукцией называется явление возникновения электродвижущей силы (читай для простоты понимания как электрического тока) в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через этот контур.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция

Магнитным потоком для простоты можно назвать количество линий магнитной индукции (правильнее говорить векторов магнитной индукции) которые пронизывают этот контур. Изменением магнитного потока можно считать или изменение напряженности магнитного поля, или перемещение самого замкнутого контура в этом магнитном поле. Опять-таки, для простоты это можно назвать емкой, но размытой фразой «изменение магнитного поля».

Магнитный поток

Магнитный поток

Про электромагнитную индукцию мы уже подробно рассказали в этой статье и очень советуем её прочитать.

Самым простым примером проявления электромагнитной индукции в жизни является случай, когда вас бьет током от движущегося велосипеда под линией электропередач. В случае, если рама является замкнутой — это яркий пример электромагнитной индукции. Но бывает ведь ещё и сила Лоренца.

Описывая явление электромагнитной индукции, Фарадей обнаружил ряд закономерностей.

Первая из них заключалась в том, что при увеличении «мощности» магнитного поля (правильнее говорить количества линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутый контур и соответственно — магнитного потока), индукционный ток в контуре увеличивался.

Следующая выявила влияние количества витков в контуре или катушке на величину индукционного тока. Чем больше было витков, тем больше было значение индукционного тока.

И наконец, чем быстрее перемещалось магнитное поле (опять помним, что правильно — магнитный поток) относительно контура (чем быстрее двигали магнит относительно катушки), тем быстрее нарастало значение индукционного тока.

Эти обстоятельства легли в основу закона, который в результате всех опытов сформулировал Фарадей. Он так и был назван — закон электромагнитной индукции или закон Фарадея.

В учебнике он формулируется так:

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

Если вчитаться в формулировку закона, то вопросов уже и не останется, потому что все понятия разобраны ранее. Правильно будет сказать, что физический смысл скорости изменения магнитного потока через контур – это электродвижущая сила индукции.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции

ЭДС индукции — это напряжение, существующее в цепи (такое приравнивание не совсем корректно и вот почему, но тем не менее допустимо). Скорость изменения потока мы уже обсудили.

Остаётся момент со знаком. Почему ЭДС индукции противоположна по знаку изменению магнитного поля?

Дело в том, что любая физическая система всегда старается вернуться к равновесию. Также и тут. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет такое направление, чтобы магнитный поток поля уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока. Прочитайте формулировку пару раз. Вчитайтесь в неё и поймете о чем речь. Скажем так, сама система пытается нивелировать или уменьшить наблюдаемый эффект. Тут уже логично было бы рассказать про правило Ленца, которое определяет этот знак.

Кстати, стоит отметить, что для нас интересно любое изменение магнитного поля. Фарадей, прежде, чем начать эксперименты с катушкой и постоянным магнитом, использовал для экспериментов две катушки с током, которые по правилу, установленному Эрстедом, генерируют магнитное поле вокруг себя. Если катушки перемещать друг относительно друга или менять характеристики тока в одной из них (скажем, подключать и отключать от цепи), то наблюдается эффект появления тока индукции в одной из катушек, которая подсоединена к Гальванометру.

Для катушки с N-витков

Для катушки с N-витков

Есть и ещё одно обстоятельство. Если в замкнутом контуре имеется некоторое количество витков N, то мы всю эту радость должны умножить на количество витков.

Вот, собственно, и всё.

Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции

Самая большая ошибка в том,

что мы быстро сдаёмся.

Иногда, чтобы получить желаемое,

надо просто попробовать ещё один раз.

Томас Эдисон

Современный мир не может обойтись без таких, казалось бы, уже повседневных приборов, как микрофоны и громкоговорители, трансформаторы и генераторы, планшеты и мобильные телефоны, и многое-многое другое.

Что лежит в основе работы данных приборов? Без явления, которое было открыто Майклам Фарадеем чуть более 180 лет назад, эти приборы создать было бы не возможно и по сей день.

В прошлых уроках мы говорилось о том, что магнитное поле в каждой точке пространства полностью характеризуется вектором магнитной индукции

.

Возникает вопрос: можно ли ввести такую величину, которая характеризовала магнитное поле не только в данной точке поля, а во всех точках поверхности, ограниченной замкнутым контуром?

Для ответа на этот вопрос, рассмотрим плоский замкнутый контур, который помещен в однородное магнитное поле, и ограничивающий поверхность площадью S. Пусть нормаль (вектор, длина которого равна единице, и который всегда перпендикулярен контуру) составляет с вектором магнитной индукции некий угол a.

Рассмотрим, что будет происходить с контуром и с линиями магнитной индукции при изменении некоторых величин.

Первое изменим магнитное поле, например, усилив его с помощью еще одного магнита. Как можем заметить, при усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и их количество, которое будет пронизывать наш контур.

Если уменьшить площадь контура при неизменной индукции магнитного поля, то это приведет к уменьшению числа линий, пронизывающих контур.

Поворот контура также приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур.

Если же плоскость контура расположить параллельно линиям магнитной индукции, то ни одна из этих линий не будет пронизывать контур.

Требовалось ввести величину, которая характеризовала бы все эти закономерности магнитного поля. И физики нашли выход. По аналогии с потоком воздуха, который меняется в зависимости от силы ветра или области пространства, в котором он ограничен, или потока воды в реке, в зависимости от ее ширины или проливных дождей, эту величину назвали магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции.

В настоящее время под магнитным потоком через плоскую поверхность понимают скалярную физическую величину, численно равную произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

Произведение модуля магнитной индукции на косинус угла альфа представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.

Анализируя формулу, легко заметить, что магнитный поток тем больше, чем больше линий магнитной индукции пронизывает контур и чем больше площадь этого контура.

Обозначается магнитный поток большой греческой буквой F

Единицей магнитного потока в СИ является Вб (вебер).

[F] = [Вб]

1 вебер — это магнитный поток однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему поверхность площадью 1 м2.

Введенная физическая величина, является одной из главных в описании важнейшего физического явления современного мира: речь идет о явлении электромагнитной индукции.

Что это за явление?

Как известно, в 1820 году Ханс Кристиан Эрстед с помощью серии опытов показал, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле. Значит, имея электрический ток, можно получить магнитное поле.

Однако вставал тогда и другой вопрос: нельзя ли наоборот, имея магнитное поле, получить электрический ток? А если можно, то, что для этого нужно сделать?

Такую задачу в начале XIX в. попытались решить многие ученые. Среди них швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон и английский физик Майкл Фарадей, которые практически одновременно начали заниматься решением этой проблемы. Записав в своем дневнике фразу «Превратить магнетизм в электричество!», Фарадей 10 лет потратил на упорные эксперименты, для решения поставленной задачи.

Майкл Фарадей был уверен в том, что электрические и магнитные явления — это явления одной природы. Благодаря своему упорству и вере в неделимость электрических и магнитных явлений, он сделал открытие, которое вошло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. Открытие было сделано 17 октября 1831 года.

Вот полное описание первого успешного опыта: «Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка.

Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей».

Таков был первый опыт, давший положительный результат после десятилетних поисков. Фарадей устанавливает, что при замыкании и размыкании  возникают индукционные токи противоположных направлений

.

Далее он переходит к изучению влияния железа на индукцию. «Из круглого брускового, мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи-восьми дюймам, а наружный диаметр кольца — шести дюймам. На одну часть этого кольца было намотано три спирали, каждая из которых содержала около двадцати четырех футов медной проволоки толщиной в одну двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга и наложены одна на другую. .. Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой

А. На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, образовавших спираль B, которая имела одинаковое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце на протяжении примерно полу дюйма голым железом.

Спираль B соединялась медными проводами с гальванометром, помещенным на расстоянии трех футов от кольца. Отдельные спирали А соединялись конец с концом так, что образовали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма. Гальванометр реагировал немедленно, притом значительно сильнее, чем это наблюдалось выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью без железа».

Таким образом, задача, поставленная Фарадеем в 1820 году, была решена: магнетизм был превращен в электричество.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Как говорилось в начале, одновременно с Фарадеем получить ток в катушке с помощью магнита пытался и швейцарский физик Колладон. Он пользовался в своей работе гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Что бы магнит непосредственно не оказывал никакого влияния на магнитную стрелку, концы катушки были выведены в отдельную комнату и там присоединены к гальванометру.

Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и разочарованный убеждался, что гальванометр не показывал наличие тока в цепи.

Действительно, ведь покоящийся относительно катушки магнит не может вызвать в ней тока. Стоило бы ему, например, наблюдать за гальванометром, а ассистента попросить заняться магнитом, и проблема была бы решена.

О вопросах надобности и ненадобности открытия данного явления долго спорил научный, и не только, мир.

В архивах сохранилась следующая примечательная запись: «Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:

- Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?

- А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей.»

На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс, изобретший в 1866 г. динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.

Впоследствии опыт Фарадея видоизменили и теперь в школах он представлен в следующем виде.

Берется катушка с намотанной на нее проволокой, концы которой присоединены к гальванометру. Если постоянный магнит, например полосовой, вдвигать внутрь катушки, то в цепи возникает электрический ток. Если же магнит выдвигать из катушки, то гальванометр также регистрировал ток в цепи, но уже противоположного направления. Электрический ток возникает и в том случае, если магнит оставить неподвижным, а двигать относительно него катушку.

Однако не при всяком движении магнита (или катушки) в цепи возникает электрический ток. Например, если вращать магнит внутри катушки, то гальванометр не зафиксирует наличие тока в цепи.

Аналогичный опыт можно проделать, используя вместо постоянного магнита, другую катушку, но уже с током. Не трудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку.

Таким образом, явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции. Полученный таким образом ток, называется индукционным током.

Как известно, ток в проводнике возникает лишь в том случае, если на свободные заряды проводника будут действовать сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного заряда вдоль замкнутого проводника называют электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром (т.е. при изменении количества линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность), в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

Обозначают ее греческой буквой xi (кси), а измеряется она в В (вольт).

Как показывают опыты, значение индукционного тока, а, следовательно, и ЭДС индукции, не зависит от причин изменения магнитного потока (меняется ли площадь, ограниченная контуром, или его ориентация в пространстве, или за счет изменения среды и т. д.). Самое главное и существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока (так, стрелка гальванометра будет отклоняться сильнее, чем быстрее мы будем вдвигать и выдвигать магнит).

Поэтому мы можем сказать, что сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Сформулируем непосредственно сам закон электромагнитной индукции: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

где Dt – промежуток времени, в течении которого произошло изменение магнитного потока.

Стоит обратить внимание, что закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы индукционного тока, т.к. сила тока зависит и от свойств проводника, а ЭДС определяется только изменением магнитного потока.

Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»? Какого его назначение? Индукционный ток противодействует изменению магнитного потока. Поэтому ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Упражнения.

Задача. Из провода длиной 2 м сделан квадрат, который расположен горизонтально. Какой заряд пройдет по проводу, если его потянуть за две диагонально противоположные вершины так, чтобы он сложился? Сопротивление провода 0,1 Ом, а вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли 50 мкТл.

Основные выводы:

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

– Единицей магнитного потока в системе СИ является Вб (вебер).

– Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре (или тока, если контур замкнут) при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции.

– Полученный таким способом ток называется индукционным током.

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

Формулы электромагнитной индукции

Если проводник замкнут, то есть является контуром, то в нем появляется ток индукции. Явление было открыто в 1831 г. М. Фарадеем.

Основной закон электромагнитной индукции

Основной формулой, при помощи которой определяют ЭДС индукции (), является закон Фарадея – Максвелла, больше известный как основной закон электромагнитной индукции (или закон Фарадея). В соответствии с данным законом, электродвижущая сила индукции в контуре, находящемся в переменном магнитном поле, равна по модулю и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока () через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур:

   

где – скорость изменения магнитного потока. Полная производная присутствующая в формуле (1) охватывает весь спектр причин изменения магнитного потока через поверхность контура. Знак минус в формуле (1) отвечает правилу Ленца. В виде (1) формула ЭДС записана для международной системы единиц (СИ), в других системах вид закона может отличаться.

При равномерном изменении магнитного потока основной закон электромагнитной индукции записывают как:

   

Формулы ЭДС индукции для частных случаев

ЭДС индукции для контура имеющего N витков, находящегося в переменном магнитном поле можно найти как:

   

где – потокосцепление.

Если прямолинейный проводник движется в однородном магнитном поле, то в нем появляется ЭДС индукции, равная:

   

где v – скорость движения проводника; l – длина проводника; B – модуль вектора магнитной индукции поля; .

Разность потенциалов (U) на концах прямого проводника, движущегося в однородном магнитном поле с постоянной скоростью будет равна:

   

где – угол между направлениями векторов и .

При вращении плоского контура с постоянной скоростью в однородном магнитном поле вокруг оси, которая лежит в плоскости контура в нем появляется ЭДС индукции, которую можно вычислить как:

   

где S – площадь, которую ограничивает виток; – поток самоиндукции витка; — угловая скорость; () – угол поворота контура. Необходимо заметить, что формула (5) применима, в случае, если ось вращения составляет прямой угол с направлением вектора внешнего магнитного поля .

Если вращающаяся рамка обладает N витками, при этом самоиндукцией рассматриваемой системы можно пренебречь, то:

   

Если проводник неподвижен в переменном магнитном поле, то ЭДС индукции можно найти как:

   

Примеры решения задач по теме «Электромагнитная индукция»

Электромагнитная индукция | MIT OpenCourseWare

 

Закон Фарадея

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Интерактивный апплет, в котором проводящее кольцо и стержневой магнит можно перемещать друг к другу или от них, что приводит к индуцированному току и магнитному полю для кольца.

Интерактивный апплет, показывающий индуцированный ток и магнитное поле при изменении размера и вращения проводящего кольца в однородном магнитном поле.

Наверх

Электрогенераторы

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наглядный пример электрического генератора с проводящей петлей, вращающейся в однородном магнитном поле.

Найдите максимальный индуцируемый ток и мощность электрического генератора, состоящего из катушки с током, вращающейся в однородном магнитном поле. Решение включено после проблемы.

Наверх

Закон Ленца и закон Фарадея

Петли, движущиеся в однородных и неоднородных B-полях; индуцированная ЭДС и закон Ленца; Закон Фарадея.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Введение в закон Фарадея для расчета индукционного тока в области изменяющегося магнитного потока; включает расчет потока и использование закона Ленца для определения направления тока.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Подробнее о законе Фарадея

Общее доказательство закона Фарадея; приложения к падающим и левитирующим кольцам; относительность; связь с уравнениями Максвелла.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Переменный ток и двигатели

Создание ЭДС путем изменения площади, угла, В; переменный ток; меняющаяся величина B.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

ЭДС движения

Описание физических процессов, при которых возникает ЭДС при движении проводника в магнитном поле.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Наведенное электрическое поле

Вводит понятие неконсервативного индуцированного электрического поля, связанного с индуцированной ЭДС из-за изменения магнитного потока.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Вихревые течения

Качественное описание вихревых токов, индуцированных в сплошных листах проводников.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Решение задач: Закон Фарадея и Ленца

Перечисленная стратегия сохранения знаков при решении задач с использованием закона Фарадея и закона Ленца.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Индукция в пироге

Проводящий стержень может свободно скользить по круговой дорожке в однородном магнитном поле, образуя петлю в форме клина; найти силу и момент на стержне, обусловленные электромагнитной индукцией.Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Индукция за счет увеличения тока в бесконечном проводе

Найти магнитный поток и ЭДС индукции в прямоугольном проводящем контуре рядом с бесконечным проводом с переменным во времени током.Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Индукция путем изменения площади контура

Найти средний индукционный ток в проводящей петле в однородном магнитном поле при уменьшении ее площади. Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Цепь скользящего стержня

Найдите полную мощность, рассеиваемую через два резистора, когда проводящий стержень тянут по проводящим рельсам в однородном магнитном поле.Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

ЭДС движения вблизи бесконечного провода

Найти ЭДС движения в проводящем стержне при его удалении от бесконечно длинного провода с током.Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Индукция изменением магнитного поля

Найти ЭДС индукции, ток и мощность рассеяния в проводящем контуре, перпендикулярном изменяющемуся во времени магнитному полю. Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Индукция вблизи бесконечного провода

Найти силу тока в прямоугольной проводящей петле при ее удалении от бесконечно длинного провода с током.Решение включено после проблемы.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Качественные индукционные вопросы

Качественно определить индуцированные электрические токи в проводящей петле или оболочке из-за изменения магнитного потока.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Скользящая планка с аккумулятором

Для данного проводящего стержня, свободно скользящего по рельсам в однородном магнитном поле и подключенного к батарее, покажите, что стержень ускоряется до достижения предельной скорости.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Скользящая планка на клиньях

Для данного проводящего стержня, который свободно скользит по наклонным рельсам в однородном магнитном поле, найдите индукционный ток через стержень и сравните подводимую механическую мощность с рассеиваемой электрической мощностью.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

RC-цепь в магнитном поле

Проводящая петля с резистором и конденсатором помещена в изменяющееся во времени однородное магнитное поле; Найдите и опишите максимальный заряд конденсатора.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Вращающийся стержень в магнитном поле

Определите ЭДС движения внутри стержня, вращающегося в однородном магнитном поле.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Прямоугольная проводящая петля, натянутая в магнитном поле

Найдите и начертите магнитный поток и ЭДС индукции, когда проводящая петля втягивается, проходит и выходит из области однородного магнитного поля; определить направление тока.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Стержневой магнит, протянутый через токопроводящую петлю

Качественно изобразите магнитный поток и ЭДС индукции при протягивании стержневого магнита через проводящую петлю; обсудите силы, действующие на стержневой магнит, и источник рассеянной энергии.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Размеры электрогенератора

Найти магнитный поток и ЭДС индукции при вращении прямоугольного проводящего контура в однородном магнитном поле; также рассчитать размеры контура для настройки производимого напряжения.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

График индукции в изменяющемся во времени магнитном поле

Постройте ЭДС индукции, ток и рассеиваемую мощность проводящего контура в однородном магнитном поле, которые изменяются во времени, как показано на графике.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Протягивание квадратной проводящей петли через магнитное поле

Найдите мощность, передаваемую внешней силой, когда квадратная проводящая петля втягивается в область однородного магнитного поля, проходит через нее и выходит из нее.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Падающая петля в магнитном поле

Определите конечную скорость квадратной петли, падающей под действием силы тяжести через магнитное поле, и покажите, что рассеиваемая мощность равна мощности силы тяжести.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Сила на петле, движущейся вблизи магнита

Определите направление силы, действующей на проволочную петлю при ее движении в магнитном поле стержневого магнита.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Вопросы по закону Фарадея

Определите направление индуцированного тока, силы или крутящего момента при движении проводящих контуров в магнитных полях.

  • 8.02 Физика II: Электричество и магнетизм , весна 2007 г.
    Проф. Джон Белчер, д-р Питер Доурмашкин, проф. Роберт Редвин, проф. Брюс Кнутсон, проф. Гюнтер Роланд, проф. Болек Вислууч, д-р Брайан Вехт, проф. Эрик Кацавунидис, проф. Роберт Симко, проф. Джозеф Формаджо, Энди Нили, Мэтью Страфус, профессор Эрик Хадсон, доктор Сен-Бен Ляо

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Линии электропередач

Почему в ЛЭП ток трансформируется в высокое напряжение?

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Токопроводящая рейка

Стержень стоит на рельсах в B-поле; объясняющие движение стержня с током и без него.Решение не включено.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Петля, падающая через магнитное поле

Для петли, спускающейся через однородное поле, определение dφ/dt, индуцированного тока и скорости.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Плавильный железный гвоздь

Гвоздь соединяет цепь, охватывающую зарядный соленоид; нахождение соотношения мощности, напряжения и тока для гвоздя.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Левитирующее кольцо

Анимационный видеоролик, показывающий индукционный ток и магнитное поле в проводящем кольце, падающем в магнитном поле магнита.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Подвесное кольцо

Видеоанимация, показывающая индукционный ток и магнитное поле в проводящем кольце, которое падает под действием магнитного поля магнита.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Падающее кольцо с конечным сопротивлением

Анимационный видеоролик, показывающий индукционный ток и магнитное поле в проводящем кольце, падающем на магнит.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Падающее кольцо с нулевым сопротивлением

Анимационный видеоролик, показывающий индукционный ток и магнитное поле в проводящем кольце, падающем на магнит.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Левитирующий магнит

Видео-анимация, показывающая магнитное поле вокруг магнита, падающего на проводящее кольцо.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Подвесной магнит

Видео-анимация, показывающая магнитное поле вокруг магнита, падающего под проводящее кольцо.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Падающий магнит с кольцом конечного сопротивления

Анимированное и живое видео, показывающее поведение магнита при падении через проводящее кольцо.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Падающий магнит с кольцом нулевого сопротивления

Анимационные видеоролики, демонстрирующие магнитное поле и поведение магнита, падающего через проводящее кольцо с нулевым сопротивлением.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Создание магнитного поля

Анимационный видеоролик, показывающий создание магнитного поля путем вращения свободных зарядов в серии из пяти проводящих колец.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Разрушение магнитного поля

Анимационный видеоролик, показывающий разрушение магнитного поля путем замедления свободных зарядов в серии из пяти проводящих колец.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Апплет падающей катушки

Интерактивный апплет, показывающий магнитное поле и поведение кольца, падающего на неподвижный магнит. Сопротивление кольца и сила магнитного дипольного момента могут варьироваться, чтобы влиять на поведение кольца.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Апплет падающего магнита

Интерактивный апплет, показывающий магнитное поле и поведение магнита, падающего на проводящее кольцо. Сопротивление кольца и силу магнитного дипольного момента можно изменять, чтобы влиять на поведение магнита при его падении.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Магнитная индуктивность

Живое видео и анимация, демонстрирующие индукционный ток в проводящем кольце при приближении к нему магнита.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Магнит, парящий над сверхпроводником

Живое видео и анимация небольшого магнита, парящего над сверхпроводящим диском.

Материалы курса, относящиеся к этой теме:

Наверх

Закон Фарадея | Формула, электромагнитная индукция и примеры — видео и расшифровка урока

Что такое закон Фарадея?

Майкл Фарадей начал свою работу в области химии, где ему удалось сжижать некоторые газы и открыть бензол. Фарадей открыл два закона электролиза: один гласил, что сила электричества пропорциональна химическому изменению, а второй гласил, что количество веществ, осажденных в результате действия электричества, пропорционально химическому весу веществ. Наиболее значительным из открытий Фарадея является связь между электрическим полем и магнитным полем.

Фарадей разработал эксперимент, названный диском Фарадея. В этом эксперименте диск подключается исключительно к вольтметру, будучи помещенным между двумя полюсами U-образного магнита.Когда человек вращал диск, стрелка вольтметра перемещалась, указывая на электрический ток, генерируемый в диске.

Чтобы узнать, что такое закон Фарадея, вспомните, что Фарадей разработал эксперимент под названием «Диск Фарадея», в котором создавался индуцированный электрический ток.

Закон индукции Фарадея гласит, что электродвижущая сила (ЭДС) или индуцированное напряжение равно изменению магнитного потока во времени, где магнитный поток представляет собой величину магнитного поля, проходящего через поверхность. Это означает, что ЭДС и изменение потока пропорциональны, поэтому они уменьшаются и увеличиваются на одну и ту же величину или скорость. Формула закона Фарадея :

{eq}ЭДС=-\frac {\Delta \Phi }{\Delta t} {/eq}, где {eq}\Delta \Phi {/eq} — изменение магнитного поля. поток магнитного поля.

Модель диска Фарадея в Национальном музее природы и науки в Токио

диск Фарадея

Закон Фарадея: пример 1

Существует множество примеров применения закона Фарадея, например, в двигателях и везде, где есть катушки и магниты.Генерация электроэнергии с использованием переменного тока является наиболее известным примером закона Фарадея. Электроснабжение жилых и коммерческих зданий создается с помощью закона Фарадея, согласно которому проводные катушки пересекают линии магнитного поля. Есть много способов заставить катушки вращаться, но огромные катушки, окруженные сильным магнитным полем, вращаются, а индуцированный электрический ток создается подобно диску Фарадея. В меньшем масштабе генератор переменного тока автомобиля является еще одним примером закона Фарадея, где генератор переменного тока состоит из спиральных проводов, которые вращаются, окруженные магнитом, который создает индукционный ток для перезарядки автомобильного аккумулятора.

Электрогенератор в принципе

Формула закона Фарадея

Математическое уравнение закона Фарадея может быть представлено формулой закона Фарадея:

, где ЭДС относится к электродвижущей силе или величине индуцированного напряжения. Наличие {eq}\Delta {/eq} относится к изменению потока магнитного поля {eq}\Phi {/eq} во времени {eq}\Delta t {/eq}.{-3} {/eq} В или ЭДС= -25 мВ

Закон Фарадея и закон Ленца

Русский физик Генрих Ленц заметил, что индуцированный ток создает собственное магнитное поле и назвал его индуцированным B или {eq}B \ простое {/экв}. Закон Фарадея гласил, что индуцированный ток создается в катушке или соленоиде при проталкивании через U-образный магнит в результате изменения потока магнитного поля с течением времени. Закон Ленца гласит, что индуцированное магнитное поле {eq}B \prime {/eq}, создаваемое индуцированным током по закону Фарадея, всегда будет иметь направление, противоположное магнитному полю B.Далее следует, что направление индуцированного электрического тока определяется исходя из предположения, что его индуцированное магнитное поле всегда должно противостоять полю магнита. Знак минус в формуле закона Фарадея подчеркивает закон Ленца.

Закон Ленца объясняет, что когда магнит движется к катушке или соленоиду, сила потока магнитного поля в катушке увеличивается. Таким образом, согласно закону Фарадея, он индуцирует электрический ток в проводах катушки, но индуцированный ток в катушке создает другое магнитное поле в направлении, противоположном направлению движения магнита, чтобы противостоять увеличению магнитного потока.

Чтобы вспомнить закон Ленца, всегда помните, что если магнит движется к катушке, индуцированный ток должен быть направлен так, чтобы его индуцированное магнитное поле отталкивало его. Кроме того, если магнит удаляется от катушки, индуцированный ток должен быть направлен так, чтобы его индуцированное магнитное поле притягивало магнит.

Проще говоря, закон Ленца предлагает новую концепцию «индукция противодействует любому изменению магнитного потока».

Применения электромагнитной индукции

Существует множество применений электромагнитной индукции, также называемых повседневным применением закона Фарадея, вот некоторые из них:

  • Генераторы
  • Электрогитары
  • Двигатели
  • Трансформаторы
  • Автомобильные генераторы
  • Производство электроэнергии
  • Бытовая техника
  • Скоростные поезда на магнитной подвеске

Краткий обзор урока

Электромагнетизм представляет собой объединенное поле электричества и магнетизма. Майкл Фарадей был иконой в области электромагнитного поля, где он придумал закон Фарадея, который гласит, что количество электродвижущей силы (ЭДС) равно изменению магнитного потока, деленному на изменение во времени. Закон Фарадея пришел к выводу, что ЭДС и изменение магнитного потока пропорциональны.

Формула закона Фарадея для в магнитном потоке.Знак минус указывает на значение закона Ленца, в котором говорится, что направление индуцированного тока должно быть как для создания индуцированного магнитного поля {eq}B \prime {/eq}, которое противодействует магнитному полю B магнита. Применений открытия Фарадея много, но наиболее важным из них является попеременное производство электроэнергии, которое снабжает дома и промышленность.

Электромагнитная индукция – Узнайте – ScienceFlip

 

 

Электромагнитная индукция – обучение


Электромагнитная индукция используется в двигателях и трансформаторах, которые будут рассмотрены позже.   В этом разделе рассматриваются как закон индукции Фарадея, так и закон Ленца. Эти законы важны для понимания электромагнитной индукции.


Фарадей провел много исследований с магнитными полями и катушками проволоки. В ходе одного расследования он обнаружил следующее:

  • если бы он поместил магнит в катушку, это вызвало бы ЭДС, которая привела бы к возникновению тока в катушке
  • при удалении магнита можно было наблюдать такой же ток, но в противоположном направлении
  • чем быстрее движение магнита в катушке, тем больше ток
  • , если бы магнит удерживался неподвижно, а катушка двигалась, создавая такое же относительное движение, все наблюдения, описанные выше, по-прежнему наблюдались бы

Фарадей пришел к выводу, что не имеет значения, двигался ли магнит или катушка, изменение потока индуцировало ЭДС, приводящую к любому наблюдаемому току.Кроме того, он обнаружил, что скорость изменения потока определяет величину любой ЭДС или тока.


Закон индукции Фарадея

Закон индукции Фарадея утверждает, что:  ЭДС индукции в цепи равна по величине скорости, с которой магнитный поток через цепь изменяется со временем.

Закон Фарадея можно записать в виде уравнения:

где:

— ЭДС индукции (в В)

это количество витков в катушке

— магнитный поток (в Вб)

— изменение во времени (в с)

*примечание: отрицательный знак в уравнении говорит нам о направлении ЭДС индукции, которая будет обсуждаться позже.


Закон Ленца

Закон Ленца используется для определения направления индукционного тока в результате ЭДС индуцирования. Это также демонстрирует, как электромагнитная индукция следует закону сохранения энергии.

Ленц открыл способ предсказать направление, в котором будет течь ток в результате изменения магнитного поля вокруг проводника (провода, катушки, соленоида).

Закон Ленца можно сформулировать так:  ЭДС индукции всегда приводит к возникновению тока, который создает магнитное поле, противодействующее первоначальному изменению потока в цепи.

Вспомнить знак минус в уравнении. Это ссылка на идею о том, что индуцированный ток создает поле, которое на противоположно исходному полю.

При применении закона Ленца есть три шага, которые можно использовать для определения направления индуцированного тока:

  1. В каком направлении меняется магнитное поле?
  2. В каком направлении магнитное поле будет противодействовать этому полю?
  3. В каком направлении должен течь индуцированный ток, чтобы создать это поле?

Соленоиды и электромагнитная индукция

Вспомним, что соленоид представляет собой катушку из проводящего провода, который создает магнитное поле, когда через него проходит ток.Соленоиды также можно использовать для возбуждения токов в других соленоидах. Они также имеют то преимущество, что не требуют движущихся частей. Скорее, они используют изменения тока для создания изменяющегося магнитного потока. На приведенной ниже диаграмме показана типичная установка, которую можно использовать для демонстрации электромагнитной индукции с помощью соленоидов:


Следующая анимация может использоваться для демонстрации электромагнитной индукции. Обратите внимание на различия в индуцированном токе при перемещении магнита с разной скоростью, изменении полярности магнитов, а также при использовании разных катушек.


Пример 1:

Используйте закон Ленца, чтобы определить направление индуцированного тока в каждом из приведенных ниже примеров:

Ответы:  (выполните 3 шага, описанных выше)

а) Направление магнитного поля увеличивается и направлено вниз через катушку. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, показано, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.

б) Направление магнитного поля уменьшается и направлено вверх по катушке. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, показано, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.

c) Направление магнитного поля увеличивается в катушке/странице. Магнитное поле, направленное наружу через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет против часовой стрелки.

d) Направление магнитного поля уменьшается от катушки/страницы. Магнитное поле, направленное наружу через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет против часовой стрелки.


Пример 2:

На приведенной ниже диаграмме показана прямоугольная петля, движущаяся в магнитном поле силой 0,5 Тл к странице за интервал времени 0,1 с. Определите следующее:

а) Величина ЭДС индукции в контуре?

б) В каком направлении ток течет по контуру?

Ответы:

а) используя:

где:

 

*

*примечание: и поле параллельно нормали к площади катушки.

б) Направление магнитного поля увеличивается от катушки/страницы. Магнитное поле, направленное внутрь через катушку/страницу, будет препятствовать этому изменению. Используя правило захвата правой рукой, когда пальцы проходят через катушку, это указывает на то, что ток течет по часовой стрелке.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.