Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) – формула, физический смысл

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 642.

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 642.

В 1831 году мир впервые узнал о понятии электромагнитной индукции. Именно тогда Майкл Фарадей обнаружил это явление, ставшее в итоге важнейшим открытием в электродинамике.

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

На самом деле, одновременно с Фарадеем, но независимо от него, другой ученый Джозеф Генри обнаружил это явление. Однако Фарадей опубликовал свои исследования раньше. Таким образом, автором закона электромагнитной индукции стал Майкл Фарадей.

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

Также Максвелл установил, что распространение электромагнитного поля равна скорости распространения света.

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.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Evgen Retrogame

  8/10

• Андрей Краков

  8/10

• Дмитрий Конопинский

  10/10

• Сергей Луценко

  7/10

• Ирина Филимонова

  9/10

Оценка доклада

4. 2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 642.

---

А какая ваша оценка?

1. Явление эми. Закон Фарадея. Вихревые токи.

8

Лекция 11. Электромагнитная индукция (ЭМИ).

Уравнения Максвелла.

[1] гл. 15, 16

План лекции

1. Явление ЭМИ. Закон Фарадея. Вихревые токи.

2. Индуктивность. Самоиндукция и взаимная индукция. Энергия магнитного поля.

3. Ток смещения.

4. Система уравнений Максвелла.

В 1821 году Эрстед обнаружил, что любой ток создает вокруг себя магнитное поле. Возник вопрос: способно ли магнитное поле порождать электрический ток? Само сочетание слов «ЭМИ» означает создание электричества с помощью магнетизма.

Фарадей обнаружил, что в проводящем контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока через контур (рис. 1). Он показал, что величина индукционного тока зависит не от , а от(вводя в соленоид с током железный сердечник,).

ЭМИ— явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

Экспериментально было установлено, что величинаI_iне зависит от способа изменения Ф, а определяется лишь скоростью его изменения. Максвелл обобщил результаты экспериментов Фарадея и сформулировал закон ЭМИ в математическом виде.

Если в контуре протекает , значит, в нем действует э.д.с., которая получила название э.д.с. ЭМИ.

Закон Фарадея для ЭМИ:

.

Э.д.с. ЭМИ в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром, взятой со знаком «минус».

деформация изменение В вращение

контура

При экспериментах можно наблюдать эффект, который дает каждое из слагаемых.

Знак «минус» имеет принципиальное значение и отражает закон сохранения энергии. Вначале он был установлен экспериментально профессором Петербургского университета Э.Х. Ленцем в 1834 году.

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать причине, его вызвавшей.

Немецкий физик Г. Гельмгольц показал, что основной закон ЭМИ является следствием закона сохранения энергии.

Природа ЭМИ.

1. Если проводник движется в постоянном магнитном поле, возникновение ЭМИ объясняется действием силы Лоренца на заряды внутри проводника (свободные электроны). Между концами проводника возникает разность потенциалов(рис. 2).

Если проводник замкнуть, в нем возникнет :

сопротивление проводника.

Направление определяетсяправилом правой руки: если ладонь правой руки расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а большой палец, отставленный на 90⁰сонаправить с движением проводника, то 4 вытянутых пальца покажут направление.

2. Если неподвижный замкнутый проводник находится в переменном магнитном поле, сила Лоренца не действует на неподвижные заряды. Максвелл предположил, что переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве переменное вихревое электрическе поле, которое является причиной возникновения в неподвижном проводнике.

Циркуляция вектора напряженности этого поля по любому неподвижному замкнутому контурупредставляет собой:

Вихревые токи (токи Фуко)

Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках, при этом замкнутая цепь индуктивного тока образуется в толще самого проводника, и они носят вихревой характер. Вихревые токи вызывают сильное нагревание проводников. Впервые на это обратил внимание французский физик Л. Фуко.

Применение.

1. Тепловое действие токов Фуко используют в индукционных печах. Такая печь представляет собой катушку, питаемую высокочастотным током большой силы, внутрь которой помещают проводящее тело, которое разогревается токами Фуко до плавления. Так осуществляют плавление металлов в вакууме для получения материалов высокой чистоты.

2. Прогрев внутренних металлических частей вакуумных установок для их обезгазживания.

3. Для успокоения (демпфирования) подвижных частей различных приборов. Токи Фуко, как индукционные токи, подчиняются правилу Ленца. Если между полюсами не включенного электромагнита массивный медный маятник совершает практически незатухающие колебания, то при включении тока он испытывает сильное торможение и очень быстро останавливается. Это объясняется тем, что возникающие токи Фуко направлены так, что действующая на них со стороны магнитного поля сила Ампера тормозит движение маятника.

Во многих случаях токи Фуко нежелательны. Так сердечники трансформаторов набирают из тонких пластин, разделенных изолирующими прослойками, для предотвращения потерь энергии на нагревание.

Явление ЭМИ применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этого используются генераторы переменного тока, принцип действия которых основан на возникновении _iв рамке, вращающейся в однородном магнитном поле.

Эми Фарадей, Великобритания | Chambers Profiles

/Home/UK/Amy Faraday

Профиль юристов

UK 2023: Реструктуризация/банкротство

Профиль юристов | Великобритания 2023: реструктуризация/несостоятельность

Эми Фарадея

Откройте для себя другие адвокаты, занятые в этой практике

.

2 года 9 место0003

Milbank LLP

Профиль просмотра

Джеймс Уотсон

2 года.

Просмотреть профиль

Oonagh Steel

2 года рейтинга

Goodwin

Просмотреть профиль

Обзор Chambers

Предоставлено Chambers

Великобритания

Реструктуризация/банкротство – Лондон (фирмы)

Партнеры, за которыми стоит следить

Эми Фарадей – юрист Fried Frank, репутация которой растет благодаря ее работе в сфере реструктуризации и банкротства. Она регулярно помогает корпоративным клиентам и клиентам-кредиторам в решении сложных важных задач.

Посмотреть рейтинговую таблицу

Фильтровать по

Лондон (фирмы)

Банковское дело и финансы: Big-Ticket

---

Neil Caddy

Полоса 5

Просмотр профиля

Банковское дело и финансы: Фонд Финансы

---

Кэтрин Сесил

Полоса 2

Профиль профиль

Капитал. Просмотр профиля

Закон о конкуренции

---

Тобиас Каспари

Группа 5

Просмотр профиля

Недвижимость: £150 млн и выше

---

Даррен Роджерс

Группа 6

Просмотр профиля

Реструктуризация/несостоятельность

---

Эшли Кац

полоса 5

Просмотр профиля

Эми Фарадея

Associates для просмотра

Профиль

---

Nick Thornton

. Финансовые услуги: Неконфликтные Регуляторные

---

Gregg Beechey

Band 4

Просмотр профиля

Инвестиционные фонды: Private Equity

---

Kate Downey

полоса 1

Профиль профиля

Mark Mifsud

полоса 1

Профиль профиль

Инвестиционные фонды: прямой акционерный капитал: кредитные фонды

---

Kate Downey

Spotlight

Профиль

Частный акционерный подразделение: выкуп: Mid-Market

---

James. Renahan

Band 3

Просмотр профиля

Глава 15 — электромагнитные машины Flashcards by amy packwood

Что такое магнитное поле?

Область приложения силы к магнитному материалу

Как можно представить магнитные поля?

полевых линий?

В каком направлении движутся линии поля?

С севера на юг

Как напряженность магнитного поля представлена ​​силовыми линиями?

Чем сильнее поле, тем ближе друг к другу будут линии поля

Что такое нейтральная точка?

Точка, в которой магнитные поля компенсируются

Что будет генерироваться вокруг провода, по которому течет электрический ток?

Магнитное поле

Для чего используется правило хвата правой рукой?

Определение направления магнитного поля вокруг провода с током

Что такое правило хвата правой рукой?

Направление большого пальца = ток

Изгиб пальцев = магнитное поле

Что такое соленоид?

Форма электромагнита — катушка/несколько катушек проволоки, которые действуют как стержневой магнит при прохождении тока

Что происходит, когда провод с током находится во внешнем магнитном поле?

На провод действует сила
(поскольку магнитные поля вокруг провода и внешнее магнитное поле взаимодействуют, поэтому силовые линии вокруг магнита сжимаются)

Что происходит, когда проводник с током находится во внешнем магнитном поле, но ток идет параллельно силовым линиям магнитного поля?

Сила не действует

Когда провод находится во внешнем магнитном поле, в каком направлении будет действовать сила, действующая на провод?

перпендикулярно как магнитному полю, так и направлению тока

Для чего используется правило левой руки Флеминга?

Определение направления силы, действующей на провод с током в магнитном поле

Что такое правило левой руки Флеминга?

большой палец = сила
указательный палец = поле
второй палец = текущий

По какому уравнению находят величину силы, действующей на провод с током во внешнем магнитном поле?

 Ф = БИЛ
сила = напряженность магнитного поля x сила тока x длина провода 

Какой символ обозначает напряженность магнитного поля? 9-2

Веберов на квадратный метр

Что такое плотность магнитного потока?

Количество силовых линий на единицу площади

Напряженность магнитного поля

Является ли напряженность магнитного поля векторной или скалярной величиной?

вектор

Как работает двигатель?

Контур с током помещен во внешнее магнитное поле, которое заставляет его вращаться
Коммутатор с разъемным кольцом меняет направление тока каждые пол-оборота, чтобы двигатель вращался в постоянном направлении

Что делает коммутатор с разъемным кольцом?

Меняет направление тока в контуре двигателя каждые пол-оборота, чтобы поддерживать его вращение в постоянном направлении

Как работает асинхронный двигатель?

Магнитное поле изменяется вокруг катушки с проволокой, которая может свободно двигаться, индуцируя ток и заставляя проволоку вращаться

Что такое плотность магнитного потока?

Напряженность магнитного поля на единицу площади

Какое уравнение для нахождения магнитного потока?

Φ = BA

магнитный поток = напряженность магнитного поля x площадь

Какой символ обозначает магнитный поток?

Что такое потокосцепление?

Поток в ряде связанных катушек (например, в соленоиде0

Какое уравнение для потокосцепления?

поток x число витков

ΦN

Что происходит, когда проводник проходит через внешнее магнитное поле?

Электродвижущая сила (ЭДС) ИНДУЦИРОВАНА поперек проводника

Если это часть полной цепи, то будет протекать ток

Почему в проводнике с током, движущемся во внешнем магнитном поле, возникает ЭДС?

На электроны действует сила, заставляющая их накапливаться на одном конце провода
Это вызывает разность потенциалов -ЭДС- на проводе

Что такое электромагнитная индукция?

Когда индуцируется электродвижущая сила (проводником, движущимся через магнитное поле) и течет ток (если цепь замкнута)

Что вызывает появление электродвижущей силы?

Изменения потока

При относительном движении между проводником и магнитом

Что происходит, когда линии потока «перерезаются»?

ЭДС индуцируется

и если цепь замкнута, потечет ток

Что такое закон Фарадея?

ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения потокосцепления

Какое уравнение для ЭДС индукции?

Закон Фарадея

 ЭДС = изменение потока/затраченное время
ЭДС = Δ(ΦN)/Δt 

Как графически определить величину ЭДС?

График зависимости градиента потокосцепления от времени

ΦN/t

Как графически определить изменение потока?

Площадь под графиком зависимости ЭДС от времени

ЭДС/т

Почему ЭДС индукции может быть задана Blv?

 Поток определяется как Φ = BA
A = xl, то есть длина x пройденное расстояние. 
Φ = Блх
ЭДС = Φ/t = Blx/t
v = х/т
ЭДС = Blv 

Что такое закон Ленца?

ЭДС индукции всегда имеет такое направление, чтобы противодействовать вызвавшему ее изменению

Как можно объединить закон Ленца и закон Фарадея, чтобы получить уравнение для ЭДС индукции?

эдс = -d(ΦN)/dt

знак минус только для того, чтобы показать, что направление эдс противоположно изменениям, вызвавшим ее

В каком направлении будет течь ток, если в полной цепи индуцируется ЭДС?

То же направление, что и ЭДС

При использовании правила левой руки Флеминга для ЭДС индукции, в каком направлении указывает большой палец?

Направление, противоположное движению проводника, поскольку сила сопротивления противоположна направлению движения

Для чего используются трансформаторы?

Изменение напряжения на переменный ток

Как в трансформаторах возникает переменный ток во второй катушке?

Переменный ток в первой катушке создает изменяющееся магнитное поле. Он проходит через железный сердечник. Изменение потока, испытываемого второй катушкой, вызывает переменную ЭДС индукции, которая вызывает протекание переменного тока

Какое уравнение идеального трансформатора?

 Впик/Вс = Nпик/Нс
(N = количество витков в катушке) 

Что делают повышающие трансформаторы?

Как?

Увеличить напряжение

За счет большего количества витков вторичной обмотки

Что делают понижающие трансформаторы?

Как?

Уменьшить напряжение

За счет меньшего количества витков вторичной обмотки

Что такое символ постоянства?

Какое уравнение для перманентности?

 Λ = мкА/л
проницаемость = (проницаемость x площадь поперечного сечения)/длина 

Что означает более высокая проницаемость материала?

Более высокий поток, индуцируемый в нем при заданном числе витков тока

Как бы вы увеличили проницаемость сердечника трансформатора?

• Большая площадь поперечного сечения
• Меньшая длина
• Изготовлен из материала с большей проницаемостью (например, железа)

Будет ли магнитная цепь работать в вакууме/на воздухе?

да

но проницаемость намного ниже, так что величина потока резко уменьшится

Какие проблемы может вызвать увеличение толщины сердечника трансформатора (для увеличения проводимости)?

Проводимость катушек из медного провода уменьшится, что приведет к большим потерям энергии
Медные катушки имеют наибольшую проводимость, когда имеется наибольшее количество витков с наименьшей длиной провода, т.