Электромагнитная индукция. Магнитный поток — Класс!ная физика

Подробности

Просмотров: 788

«Физика — 11 класс»

Электромагнитная индукция

Английский физик Майкл Фарадей был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений.
Изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле — магнитное.
В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, легшее в основу устройства генераторов, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока.

Явление электромагнитной индукции

Явление электромагнитной индукции — это возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Для своих многочисленных опытов Фарадей использовал две катушки, магнит, выключатель, источник постоянного тока и гальванометр.

Электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока?

В результате опытов Фарадей установил главные особенности явления электромагнитной индукции:

1). индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

2). индукционный ток возникает при изменении силы тока в одной из катушек с помощью реостата

3). индукционный ток возникает при движении катушек относительно друг друга

4). индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки

Вывод:

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток.

При этом не важно. что является причиной изменения числа линий магнитной индукции.
Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке,

и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве, и т.д.

Магнитный поток

Магнитный поток — это характеристика магнитного поля, которая зависит от вектора магнитной индукции во всех точках поверхности, ограниченной плоским замкнутым контуром.

Есть плоский замкнутый проводник (контур), ограничивающий поверхность площадью S и помещенный в однородное магнитное поле.
Нормаль (вектор, модуль которого равен единице) к плоскости проводника составляет угол α с направлением вектора магнитной индукции .

Магнитным потоком Ф (потоком вектора магнитной индукции) через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и :

Ф = BScos α

где
Вcos α = В_n — проекция вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.
Поэтому

Ф = B_nS

Магнитный поток тем больше, чем больше В

n и S.

Магнитный поток зависит от ориентации поверхности, которую пронизывает магнитное поле.

Магнитный поток графически можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Единицей магнитного потока является вебер.
Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м², расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Следующая страница «Направление индукционного тока. Правило Ленца»

Назад в раздел «Физика — 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин»

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Электромагнитная индукция. Магнитный поток — Направление индукционного тока. Правило Ленца — Закон электромагнитной индукции — ЭДС индукции в движущихся проводниках. Электродинамический микрофон — Вихревое электрическое поле — Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока — Электромагнитное поле — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

Электромагнитная индукция — Физика

ЭЛЕМЕНТАРНЫМ МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ dФ_B через физически малый элемент поверхности площадью dS называется скалярное произведение вектора индукции магнитного поля на вектор нормали к данному элементу поверхности и на площадь dS:

dФ_B = ()?dS .

МАГНИТНЫМ ПОТОКОМ Ф_B через поверхность площадью S называется сумма всех элементарных потоков через все элементы этой поверхности (интеграл по поверхности):

Ф_B = .

Анализируя свойства интеграла в правой части данного соотношения, можем получить условия, когда для определения потока не требуется интегрирование.

Простейший вариант: потока нет (Ф_В = 0), если 1) В = 0 или 2) вектор магнитной индукции направлен по касательной к поверхности в любой ее точке ().

Второй вариант: поток есть произведение индукции на площадь (Ф_В = B?S), если , т.е. одновременно выполняются два условия: вектор индукции направлен по нормали и имеет одну и ту же величину в любой точке поверхности.

ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения одного поля (например, электрического) при изменении другого поля (например, магнитного).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля.

ЗАКОН ЭМИ: циркуляция электрического поля по замкнутому контуру Г_0Е пропорциональна быстроте изменения потока магнитного поля Ф_0В через замкнутую поверхность S₀ (L₀), ограниченную контуром L₀ , по которому рассчитана циркуляция. Математически:

Г_0Е = —, где знак – соответствует «правилу Ленца» (см. учебник).

В расшифрованном виде .

В результате ЭМИ возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. Поле с ненулевой циркуляцией называется вихревым.

Если в таком поле находится проводящее вещество, то в веществе возникает ВИХРЕВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, величина которого пропорциональна напряженности вихревого электрического поля. Такие токи называются токами Фуко.

Если проводящее вещество имеет форму ЗАМКНУТОГО КОНТУРА, тогда циркуляция электрического поля в нем определяет ЭДС, которая в случае ЭМИ называется ЭДС индукции. Закон ЭМИ для проводящего контура будет выглядеть так ЭДС_ИНД = —

Ток, который в этом случае появляется в контуре, называется индукционным.

Обозначая ЭДС индукции символом e_инд и используя закон Ома для полной цепи, получим выражение для тока индукции i_ИНД = e_инд / R , где R – сопротивление контура.

Если имеется замкнутый контур с переменным током, тогда магнитное поле с изменяющимся потоком создается собственным током в этом контуре, и в соответствии с законом ЭМИ в контуре возникает дополнительная ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции.

Явлением САМОИНДУКЦИИ называется возникновение ЭДС самоиндукции при протекании по проводнику переменного тока.

ЗАКОН самоиндукции: ЭДС_{САМОИНД} = -L , где L – индуктивность проводника.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории.

В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в которой изменяющийся магнитный поток возникает в результате движения проводящей перемычки по параллельным проводникам, замкнутым с одной стороны.

Эта система изображена на рисунке:

ЗАДАЧА:

Проводящая перемычка движется со скоростью V по параллельным проводам, замкнутым с одной стороны. Система проводников расположена в однородном магнитном поле, индукция которого равна В и направлена перпендикулярно плоскости, в которой расположены проводники. Найти ток в перемычке, если ее сопротивление R, а сопротивлением проводников можно пренебречь.

Решив задачу в черновике, получите уравнение для тока в общем виде.

Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1.

ТАБЛИЦА 1. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ (12 столбцов). В = ____ мТл							ТАБЛИЦА 2. Значения характеристик (не перерисовывать)
	v (м/c) =	-10	-8	…	10			Варианты	R (Ом)	В1 (мТл)	В2 (мТл)	В3 (мТл)
	ЭДС, В							1 и 5	1	-30	40	90
	I, мА							2 и 6	2	-40	20	80
								3 и 7	1	-50	10	70
								4 и 8	2	-60	-20	100

Для вариантов 1-4 L = 1 м, для вариантов 5-8 L = 0.

7 м.

ИЗМЕРЕНИЯ:

1. Закройте окно теории (если вы ее вызывали), нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите эксперимент, щелкнув мышью по кнопке «Старт». Наблюдайте движение перемычки и изменение магнитного потока Ф (цифры внизу окна) .

2. Зацепив мышью, перемещайте движки регуляторов

· L –расстояния между проводами,

· R – сопротивления перемычки,

· В₁ – величины индукции магнитного поля

и зафиксируйте значения, указанные в таблице 2 и под ней для вашего варианта.

3. Установив указанное в табл.1 значение скорости движения перемычки, нажмите левую кнопку мыши, когда ее маркер размещен над кнопкой «Старт». Значения ЭДС и тока индукции занесите в табл.1. Повторите измерения для других значений скорости из табл.1.

4. Повторите измерения для двух других значений индукции магнитного поля, выбирая их из табл.2. Полученные результаты запишите в табл.3 и 4.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

1. Постройте на одном листе графики зависимости тока индукции от скорости движения перемычки при трех значениях индукции магнитного поля.

2. Для каждой прямой определите тангенс угла наклона по формуле

tg(j) = .

3. Вычислите теоретическое значение тангенса для каждой прямой по формуле tg(j)_ТЕОР = .

4. Заполните таблицу результатов измерений

Номер измерения	tg(j)ЭКСП (Ac/м)	tg(j)ТЕОР (Ac/м)

5. Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.

---

1. Что называется элементарным магнитным потоком?
2. Что называется магнитным потоком?
3. При каких условиях магнитный поток равен нулю?
4. При каких условиях магнитный поток равен произведению индукции магнитного поля на площадь контура?
5. Сформулируйте определение явления электромагнитной индукции.
6. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.
7. Дайте определение циркуляции магнитного поля.
8. Запишите закон ЭМИ в расшифрованном виде.
9. Какое поле является вихревым?
10. Что такое ток Фуко?
11. Чем отличается электрическое поле, созданное точечным зарядом, от электрического поля, появляющегося при ЭМИ?
12. Сформулируйте закон ЭМИ для замкнутого проводящего контура.
13. При каких условиях возникает ЭДС самоиндукции?
14. Сформулируйте определение явления самоиндукции.
15. Сформулируйте словами закон самоиндукции.
16. Назовите все способы создания переменного магнитного потока.
17. Как изменяется со временем магнитный поток в данной работе?
18. Как выглядит поверхность, через которую формируется переменный магнитный поток в данной работе?
19. Какова зависимость магнитного потока от времени в данной работе?
20. Как направлен вектор магнитной индукции в данной работе?

Intro to Induction Video Tutorial & Practice

Начните печатать, затем используйте стрелки вверх и вниз, чтобы выбрать вариант из списка.

Изучите самые сложные понятия физики с помощью пошаговых видеоруководств и практических задач от наставников мирового класса

Магнитный поток

ВИДЕО

Предыдущие видео для

Следующие видео для

ПРАКТИКА

• Множественный выбор

  Кольцо радиусом 0,5 м лежит в плоскости xy. Если магнитное поле величиной 2 Тл направлено под углом 22° к оси абсцисс, каков магнитный поток через кольцо?

• Множественный выбор

  Квадратная проводящая петля со сторонами, равными 36⁢см, лежит так, что плоскость петли перпендикулярна магнитному полю 50 мкТл. Каков поток через петлю?

Закон Фарадея

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• с множественным выбором

  . Тесного уровня 200-то Turn Returangular Dimensions 40c на 70CM. Постоянное магнитное поле в 3,5 Тл направлено в том же направлении, что и нормаль петли. Если размеры петли изменятся на 20 см на 35 см за 0,5 с, а количество витков останется прежним, какова ЭДС индукции на прямоугольной петле?

• Открытый вопрос

  Квадратный проводник со стороной 4 см находится в магнитном поле силой 2 Тл. Он вращается так, что угол магнитного поля к нормали квадрата увеличивается с 30° до 60° за 2 с. Чему равен индукционный ток в проводе, если его сопротивление равно 5 мОм?

• Множественный выбор

  
  На рисунке показана проволочная петля, перемещаемая к токоведущему проводу. Если петля продолжает двигаться мимо провода так, что петля находится ниже провода на рисунке, и продолжает двигаться, каково будет направление индуцированного тока в петле?

• Множественный выбор

  В области космоса магнитное поле увеличивается со скоростью 3,0 Тл/с. Квадратная проволочная петля со стороной 12⁢см ориентирована перпендикулярно полю. Общее сопротивление контура составляет 0,020 Ом. Какой ток индуцируется в петле?

LEAL LEAL

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• Множественный выбор

  Внешнее кольцо подключено к исходному источнику переменного напряжения. Если напряжение батареи постоянно ПОВЫШАЕТСЯ, каково направление индуцированного тока во внутреннем кольце с центром во внешнем кольце?

• Множественный выбор

  Какая ЭДС создается в проводнике длиной 1,3⁢м, движущемся со скоростью 45 м/с в магнитном поле 3,0 мТл? Предположим, что скорость проводника перпендикулярна полю.

• Множественный выбор

  
  Если металлический треугольник, показанный на рисунке, сдвинуть влево, дальше в магнитное поле, каково направление индуцированного тока в треугольнике?

• Множественный выбор

  В области космоса магнитное поле увеличивается со скоростью 3⁢Тл/с. Квадратная проволочная петля со стороной 12⁢см ориентирована перпендикулярно полю. Общее сопротивление контура составляет 0,02 Ом. Какой ток индуцируется в петле?

Motional EMF

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• Множественный выбор

  Тонкий стержень перемещается в перпендикулярном, известном магнитном поле. Если длина стержня 10 см, а ЭДС индукции равна 1 В, когда он движется со скоростью 5 м/с, какова величина магнитного поля?

Трансформеры

ВИДЕО

Предыдущие видео для

Следующие видео для

ПРАКТИКА

• Множественный выбор

  Розетка в Северной Америке выдает электричество при напряжении 120 В, но обычный ноутбук должен работать при напряжении около 20 В. Для этого в него помещается трансформатор. блок питания ноутбука. Если катушка в цепи, подключенной к ноутбуку, имеет 20 витков, то сколько витков должна иметь катушка в цепи с розеткой?

• Множественный выбор

  Трансформатор имеет 200 витков в первичной обмотке и 25 витков во вторичной обмотке. Если первичная обмотка подключена к бытовой розетке 120⁢В, каков потенциал на вторичной обмотке?

Взаимная индуктивность

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• Множественный выбор

  . Внешний солнечный цвет с 30 оборотами. 4 см и 300 витков. Ток во внутреннем соленоиде равен 0,12 А и увеличивается со скоростью 1,75×10 ³ А/с. а) Каков средний магнитный поток через каждый виток внешней катушки? б) Если сопротивление внешней катушки 20 мОм, какова величина индукционного тока через внешнюю катушку?

  (Примечание. Для множественного выбора выберите правильный ответ только для части (b).)

Самопроизводительность

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

.

Множественный выбор

Один виток провода с током 0,3 А создает поток 0,005 Вб. Если ЭДС самоиндукции в этом контуре равна 10 мВ, как быстро должен изменяться ток?

Множественный выбор

Цепь катушки индуктивности с одним резистором, включенным последовательно с одной катушкой индуктивности, имеет постоянную времени 5,0⁢нс. Каково значение сопротивления, если катушка индуктивности имеет собственную индуктивность 3,0 мкГн?

Индукторы

видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• Множественное выбор

  A 30 -мхм институт переносит 500⁢MA. Если цепь размыкается и ток прекращается в течение 3,0 мкс, какой потенциал возникает на катушке индуктивности?

LR Схемы

ВИДЕО

Предыдущие видео для

Следующие видео для

ПРАКТИКА

7

0 Вариант

• 0 Первоначально оба переключателя разомкнуты. Переключатель 1 замкнут. а) Какова максимальная сила тока в цепи через длительное время? Затем S1 открывается, а S2 закрывается. б) Чему равен ток в цепи через 0,05 с?

• Множественный выбор

  Цепь LR с L = 0,1 Гн и R = 10 Ом подключена к батарее с изначально разорванной цепью. Когда цепь замкнута, сколько времени проходит, пока ток не достигнет половины своего максимального значения?

LC Circuits

Видео

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Практика

• Множественный выбор

  Схема LC с индуктором из 0.05 HA и капонтором из 35 µ μf с 35 µ μf с 35 µ µ µ µ ток -1А. Пластины конденсатора имеют максимальный заряд 2,65 мКл в любой момент колебаний. Чему равен фазовый угол этого колебания?

• Множественный выбор

  В колебательном LC-контуре, в котором емкость C = 4 мкФ и максимальное напряжение на конденсаторе V = 1,50 В, максимальный ток, измеренный на дросселе, составляет 50 мА. Какова угловая частота этого LC-контура?

• Множественный выбор

  Какова резонансная частота LC-контура, состоящего из катушки индуктивности 2,0 мГн и конденсатора 300 нФ?

Цепи LRC

ВИДЕО

Предыдущие видео для

Следующие видео для

Магнитная индукция — StickMan Physics

Магнитная индукция возникает, когда движение провода через переменное магнитное поле (магнитный поток) создает ток. Движение индуцирует напряжение и электрическую силу, которая толкает электроны по проводу.

Индукция означает, что вы выполняете действие для создания чего-либо. В этом случае вы перемещаете провод, чтобы создать ток.

Магнитный поток

Магнитный поток является мерой количества линий магнитного поля, проходящих через данную точку . Чем больше силовых линий магнитного поля, тем сильнее поток и взаимодействие с другими магнитами и ферромагнитными материалами. Магнитный поток должен изменяться, чтобы индуцировать ток в проводнике.

Магнитная индукция

Магнитная индукция , также называемая электромагнитная индукция возникает, когда движение осуществляется через изменяющееся магнитное поле (магнитный поток).

Перемещение провода перпендикулярно магнитное поле, создаваемое U-образным магнитом в анимации, пропускает ток через провод.

Магнитная индукция — это принцип работы электрического генератора, который превращает механическую энергию (движение) в электрическую энергию.

• Движение провода в переменном магнитном потоке (изменяющееся магнитное поле) индуцирует напряжение.
• Напряжение, вызванное движением, заставляет ток течь по проводу.
• Сумма напряжения и тока пропорциональна скорость и сила изменяющегося магнитного поля .

Три способа увеличения тока за счет магнитной индукции

Три способа увеличения напряжения и тока за счет электромагнитной индукции:

1. Увеличение относительного движения за счет изменяющегося магнитного поля
2. Увеличение силы магнитов, создающих магнитное поле
3. Используйте соленоид и увеличьте количество катушек

Косвенно все, что уменьшает сопротивление, также увеличивает индуцированный ток.

Перпендикулярное движение к магнитному полю, создаваемому U-образным магнитом, не создает тока, поскольку магнитный поток (сила магнитного поля) не изменяется. Перемещение провода под углом, отличным от перпендикулярного, приведет к меньшему току. Движение провода в неизменном магнитном поле (магнитном потоке) не создает тока .

Пример задачи

1. Что из следующего произойдет, если вы повернете проволочную петлю в магнитном поле, как показано здесь?

A. Петля будет сжата от наведенной магнитной силы

B. Магнитное поле усилится

C. Ничего, так как у вас нет прямого провода

D. В провод

D. В проводе возникнет ток

Относительное движение петли провода в магнитном поле индуцирует ток в проводе.

Правило правой руки магнитной индукции

Когда пальцы указывают в направлении южного полюса , а большой палец указывает в направлении движения провода, ладонь находится в направлении индуцированный ток .

• Пальцы : выровняйте пальцы по направлению к южному полюсу
• Большой палец : выровняйте большой палец по направлению движения
• Ладонь : ваша ладонь будет выровнена по направлению индукционного тока

Примеры задач

2. Что из перечисленного ниже не увеличивает ток, создаваемый в проводе?

A. Наличие более сильного магнита

B. Наличие соленоида с большим количеством катушек

C. Медленное перемещение проволоки

C. Медленное перемещение проволоки

3. В каком направлении будет течь ток, если провод движется вверх перпендикулярно магнитному полю, создаваемому магнитом, показанным ниже?

От себя

Когда вы выровняете руку с большим пальцем (движение) вверх и пальцами вправо (на южном полюсе), ваша ладонь (текущая) будет обращена от вас.