В более низких полях сообщалось о ряде возможных эффектов. Установленный эффект, наблюдаемый у людей при самом низком магнитном поле, представляет собой эффект магнитофосфена, при котором ощущение мерцания вызывается в периферическом зрении магнитными полями частотой 50 Гц выше примерно 10 мТл (т.е. 10 000 мкТл). Магнитофосфены, вероятно, вызваны индуцированной плотностью тока в сетчатке; порог на частоте 20 Гц (наиболее чувствительная частота) составляет около 20 мА·м ^-2 .

Микрошоки — родственное, но отдельное явление, вызываемое не постоянным током, а однократным разрядом.

Каков безопасный уровень наведенного тока?

Правила воздействия обычно разрабатываются для предотвращения всех последствий индуцированных токов на том основании, что любое воздействие на мозг или нервную систему потенциально вредно. Например, рекомендации ICNIRP по воздействию в настоящее время рекомендуют, чтобы люди на работе не подвергались воздействию тока с плотностью в голове, шее и туловище более 10 мА м 9 .0011 -2 («базовое ограничение») с нижним пределом 2 мА·м ^-2 для населения в целом, которое может включать людей с повышенной чувствительностью по состоянию здоровья.

Узнайте больше о том, как рассчитываются наведенные токи

Наведенные токи: значение, формула и примеры

Вы когда-нибудь задумывались, как работают беспроводные зарядные устройства? как что-то может передавать электрическую энергию в ваш телефон, если он даже не подключен напрямую? Или, с другой стороны, как работают индукционные плиты, когда вы готовите; если нет огня, как плита нагревается и готовит еду? Оба этих, казалось бы, магических явления можно объяснить индуцированные силы , при которых внешнее магнитное поле, сила которого меняется во времени, индуцирует ток в проводящем материале. В случае с беспроводным зарядным устройством зарядное устройство генерирует изменяющееся магнитное поле, которое взаимодействует с компонентом внутри вашего телефона, позволяя току течь внутри него и заряжать ваш телефон до полной батареи! Чтобы узнать больше о индуцированных силах и о том, как их рассчитать, продолжайте читать!

Рис. 1. Беспроводное зарядное устройство использует индуцированные силы для зарядки электрических устройств без прямого подключения к ним

.

Индуцированный ток Значение

Прежде чем мы перейдем к значению индуцированного тока, мы должны понять процесс электромагнитной индукции и то, как он возникает. Когда у нас есть магнитное поле, одним из свойств магнитного поля является его поток. Это определяется следующим образом.

Магнитный поток — это мера общей напряженности магнитного поля, проходящей через заданную площадь.

Рис. 2 – Магнитный поток поля, проходящий через площадь.

Из-за движения магнита или уменьшения силы магнитного поля магнитный поток магнита может меняться со временем. Это изменение магнитного потока вызывает явление электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция — это создание электродвижущей силы (ЭДС) в магнитопроводе за счет внешнего изменяющегося магнитного потока.

Кроме того, мы можем также определить электродвижущую силу по отношению к разности потенциалов следующим образом.

Электродвижущая сила — это количество энергии, отдаваемое источником питания на единицу заряда, проходящего через цепь. По сути, это разность потенциалов на источнике питания.

Эта электродвижущая сила, присутствующая в проводящем материале, затем вызывает протекание тока, что приводит к индуцированному току.

Формула индукционного тока

Сначала рассмотрим формулу для магнитного потока поля. Это дается как

\[ \Phi_{\text{B}} = \int \vec{B} \cdot \mathrm{d} \vec{A} ,\] 92}\). Из уравнения скалярное произведение подчеркивает, что мы рассматриваем только компонент магнитного поля, перпендикулярный площади.

Теперь, когда мы определили магнитный поток, мы можем определить уравнение для электромагнитной индукции следующим образом:

\[ \varepsilon = — \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{B}}}{ \mathrm{d} t}, \]

где \(\varepsilon\) — индуцированная электродвижущая сила, измеренная в вольтах \(\mathrm{V}\), \(\Phi_{\text{B}}\) — магнитный поток, измеренный в веберах \(\mathrm{Wb}\), а \(t\) — время, измеренное в секундах \(\mathrm{s}\). Этот закон подчиняется двум законам: закону Фарадея и закону Ленца. Первый определяет величину индуцированной электродвижущей силы, а второй определяет направление индуцированного тока. 92 + bt \), где \(a\) — константа, заданная значением \(- 1,5 \, \mathrm{\frac{V}{s}} \), а \(b\) — константа, заданная формулой значение \(-0,5 \, \mathrm{V}\). Используя нашу формулу для электромагнитной индукции, сколько электродвижущей силы индуцируется за один раз \(t = 1,2 \, \mathrm{s} \)?

Чтобы решить эту проблему, возьмем производную по времени от нашего выражения для магнитного потока \(\Phi_{\text{B}}\). Это приводит к

\[ \frac{ \mathrm{d} \Phi_{\text{B}}}{\mathrm{d} t} = 2at + b .\]

Подставляя это выражение в уравнение электромагнитной индукции, мы находим

\[ \begin{align} \varepsilon &= — \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{B}}}{\mathrm{d} t} \\ \varepsilon &= — 2at — b . \end{align} \]

Наконец, мы можем подставить значение времени и наши константы, чтобы найти

\[ \begin{align} \varepsilon &= — \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{ B}}}{\mathrm{d} t}|_{t = 1,2 \, \mathrm{s}} \\ \varepsilon &= -(2 \times -1,5 \, \mathrm{\frac{V}{ s}} \times 1,2 \, \mathrm{s} ) — (-0,5 \, \mathrm{V} ) \\ \varepsilon &= 4,1 \, \mathrm{V} . \end{выравнивание} \]

Направление индуцированного тока

Как мы кратко упоминали ранее, направление индуцированной электродвижущей силы в электромагнитной индукции определяется с помощью закона Ленца.

Закон Ленца утверждает, что направление индуцированного тока всегда будет течь в таком направлении, что он будет противодействовать движению, его вызывающему.

Рис. 3. Когда магнит входит в трубку, он испытывает направленную вверх силу по закону Ленца.

Ссылаясь на рисунок выше, давайте рассмотрим магнит, брошенный через трубку из проводящего материала. Когда магнит падает, в алюминиевом материале возникает наведенный ток. Когда через нее проходит ток, сама трубка создает собственное магнитное поле. Однако на этот раз направление магнитного поля противоположно направлению магнита, падающего через трубку. Чтобы определить, течет ли ток в трубке по часовой или против часовой стрелки, мы можем использовать правило правой руки.

Чтобы использовать этот метод, согните пальцы правой руки, как будто вы заключаете трубку. Направление ваших пальцев должно соответствовать направлению индуцированного тока. Затем вытяните большой палец; направление, на которое указывает ваш большой палец, указывает на северный полюс проводника, поскольку ток по существу превратил проводник в магнит. Поскольку мы знаем, что проводник должен отталкивать падающий магнит, это означает, что северный полюс проводника должен быть направлен вверх, чтобы отталкивать падающий магнит с таким же полюсом. Направив большой палец вверх, мы обнаружим, что результирующий изгиб наших пальцев направлен против часовой стрелки, что является направлением индуцированного тока в трубке. Это отталкивает северный полюс магнита от падения в трубку, создавая таким образом противодействующую силу, уменьшающую ускорение.

Правило правой руки также можно использовать для определения направления магнитного поля, создаваемого током, протекающим по проводу. В этом случае большой палец указывает направление тока, а направление ваших пальцев указывает кривизну генерируемого магнитного поля.

Разница между током и наведенным током

Нормальный ток возникает, когда у нас есть типичная схема с источником питания, подключенным к резистору. Ссылаясь на рисунок ниже, у нас есть подключенная цепь с обычным током \(I\), протекающим через резисторы из-за источника питания.

Рис. 5. Стандартная схема с обычным током, протекающим через компоненты и провода.

С другой стороны, индукционный ток генерируется внешним изменяющимся магнитным потоком. Как мы видели ранее, примеры индуцированного тока могут возникать, когда магнит падает через проводящую трубку или магнит перемещается рядом с проводящим материалом. Примеры применения индуктивного тока можно увидеть в беспроводных зарядных устройствах и индукционных плитах.

Геомагнитно-индуцированные токи

Крупномасштабным примером наведенных сил являются геомагнитно-индуцированные токи, также называемые GIC. Точно так же, как магниты имеют свои собственные окружающие магнитные поля, наша Земля также имеет огромное магнитное поле, окружающее земной шар. Это поле создается конвекцией радиоактивного нагрева в ядре нашей Земли. Таким образом, наши Северный полюс и Южный полюс ведут себя точно так же, как северный и южный полюса магнита.

Геомагнитно-индуцированные токи — это токи, индуцированные на поверхности Земли из-за изменения магнитных полей, окружающих Землю.

Изменения в окружающем Землю магнитном поле вызваны явлениями космической погоды, такими как солнечный ветер.