ЭДС индукции в движущихся проводниках – формула в магнитном поле и определение кратко (11 класс)

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 110.

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 110.

ЭДС индукции возникает в контуре при изменении магнитного потока через него. Более редким случаем магнитной индукции является движение уединенного проводника в магнитном поле. Кратко рассмотрим ЭДС индукции в движущихся проводниках.

Механизм индукции в движущемся проводнике

Из курса физики в 11 классе известно, что электрический ток — это движение носителей заряда. Если магнитный поток через контур изменяется, то в контуре возникает вихревое электрическое поле, благодаря которому и движутся носители и возникает электрический ток. Однако это не единственный способ создать в проводнике движение зарядов.

Вторым способом создания в проводнике движущихся зарядов является использование силы Лоренца. Если эта сила начнет действовать на носители заряда в проводнике, то в нем возникнет ЭДС и электрический ток.

Рис. 1. Сила Лоренца.

Сила Лоренца действует только на движущиеся заряды. Следовательно, если проводник, в котором есть носители заряда, начнет двигаться в магнитном поле, то на заряды начнет действовать сила, и они придут в движение — в проводнике возникнет ЭДС.

Заметим, что ЭДС, возникающая в этом случае в проводнике, имеет иную причину, по сравнению с изменением магнитного потока через контур. Если при изменении потока причиной возникновения ЭДС является вихревое электрическое поле, то в движущемся проводнике причиной ЭДС является сила Лоренца.

ЭДС индукции в движущемся проводнике

Вычислим ЭДС индукции в проводнике длиной $l$, который движется с постоянной скоростью $v$ так, что вектор магнитной индукции $\overrightarrow B$ однородного поля перпендикулярен проводнику и направлен под углом $\alpha$ к скорости движения проводника.

По формуле силы Лоренца ее величина равна:

$$F=|q|Bvsin\alpha$$

Компонента этой силы, направленная вдоль проводника, совершает положительную работу, которая на пути $l$ равна:

$$А=Fl=|q|Bvlsin\alpha$$

Заметим, что вторая компонента силы Лоренца совершает равную по модулю отрицательную работу. Поэтому суммарная работа силы Лоренца равна нулю.

ЭДС по определению равна отношению работы, совершенной полем по переносу зарядом, к величине этого заряда. Следовательно:

$$\mathscr{E} = {A\over q}=Bvlsin\alpha$$

Рис. 2. Движение проводника в магнитном поле.

Движение контура в магнитном поле

Формулу ЭДС индукции в движущихся проводниках можно применить к прямоугольному контуру, разбив его на четыре элементарных проводника (по числу сторон). В этом случае ЭДС, возникающие в противоположных сторонах контура, будут направлены в противоположные стороны. В результате суммарная ЭДС в контуре будет равна нулю. Следовательно, при движении контура в однородном магнитном поле ток в нем возникнуть не может.

Этот же вывод можно сделать и из закона электромагнитной индукции. Если контур движется в однородном магнитном поле, то магнитный поток, пронизывающий его, не изменяется, следовательно, ЭДС индукции, возникающая в нём, равна нулю.

Единственная возможность создать ЭДС в контуре, движущемся в однородном магнитном поле, это совершить его поворот таким образом, чтобы ЭДС возникала за счет изменения компоненты $sin\alpha$. Действительно, такой поворот будет изменять магнитный поток через контур, а значит, в нём будет возникать ЭДС индукции.

Рис. 3. Вращение рамки в магнитном поле.

Что мы узнали?

В уединенном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, возникает ЭДС индукции. Эта ЭДС обусловлена возникновением силы Лоренца, действующей на заряды внутри проводника. В рамке, движущейся без вращения в однородном магнитном поле, ЭДС на противоположных сторонах имеет разные направления, поэтому ток по рамке в этих условиях не течет.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Кронг Кронг

  10/10

Оценка доклада

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 110.

---

А какая ваша оценка?

формула через силу тока, индуктивность или площадь, единица измерения в физике

Содержание:

• Что такое ЭДС индукции — когда возникает, при каких условиях
• ЭДС в быту, как обозначается, единицы измерения
• Законы Фарадея и Ленца
• Как рассчитать электродвижущую силу индукции, формулы
  • Через магнитный поток
  • Через силу тока
  • Через сопротивление
  • Через угловую скорость
  • Через площадь

Содержание

• Что такое ЭДС индукции — когда возникает, при каких условиях
• ЭДС в быту, как обозначается, единицы измерения
• Законы Фарадея и Ленца
• Как рассчитать электродвижущую силу индукции, формулы
  • Через магнитный поток
  • Через силу тока
  • Через сопротивление
  • Через угловую скорость
  • Через площадь

Что такое ЭДС индукции — когда возникает, при каких условиях

Определение

Электродвижущая сила, ЭДС — физическая величина, описывающая работу любых сил, которые действуют в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока, за исключением диссипативных и электростатических сил.

При замкнутой цепи можно найти ЭДС, воспользовавшись законом Ома:

\(\varepsilon\;=\;I\;\times\;(R\;+\;r).\)

R здесь — сопротивление цепи, r — внутреннее сопротивление источника.
Создание Алессандро Вольтой надежного источника электричества, гальванического элемента, и открытие Хансом Кристианом Эрстедом магнитного действия электрического тока послужили толчком к интенсивному развитию техники электрических измерений в XIX веке.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Выдающаяся роль здесь принадлежит немецкому физику Георгу Симону Ому. Для определения силы тока он использовал принцип крутильных весов Кулона. На длинной тонкой нити подвешено горизонтальное коромысло с заряженным шариком на конце. Второй заряд закреплен на спице, пропущенной сквозь крышку весов.

При их взаимодействии коромысло поворачивается. Вращение головки в верхней части весов закручивало нить, возвращая коромысло в исходное состояние. По углу закручивания можно рассчитать силу взаимодействия зарядов в зависимости от расстояния между ними.

Ом по величине угла закрутки судил о силе тока I в проводнике, т. е. количестве электричества, перенесенном через поперечное сечение проводника за единицу времени.

В качестве основной характеристики источника тока Ом брал величину напряжения \varepsilon на электродах гальванического элемента при разомкнутой цепи. Эту величину \varepsilon он назвал электродвижущей силой, сокращенно ЭДС.

Движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле. Однако действующая в нем на магнит или другой ток сила отличается от электрической своим направлением — магнитная стрелка старается развернуться перпендикулярно проводу.

Изучение действующей на другой ток силы переросло в отдельное исследование с неожиданным результатом: сила оказалась направленной всегда перпендикулярно внесенному в магнитное поле проводнику, который для простоты исследования был прямолинейным.

Математическое выражение для этой силы, названной силой Ампера, проще всего записать в виде векторного произведения:

\(d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B\).

I здесь — сила тока, протекающего через проводник; l — вектор длины проводника, направленный в ту же сторону, куда течет ток; В — характеристика поля. Величина В называется магнитной индукцией и является аналогом электрической напряженности.

Максвелл поставил целью создать теорию эфира, связав его механические характеристики с электрическими и магнитными силами. Тщательно изучив труды Фарадея, он пришел к выводу, что напряженность \(\overrightarrow Е\) электрического поля объясняется упругими напряжениями в эфире, а магнитная индукция \(\overrightarrow B\) — его вихревыми движениями.

Рассматривая замкнутый проводящий контур С, где действует ЭДС индукции \(\varepsilon_i\), Максвелл для получения числа силовых линий магнитного потока \(\triangle Ф\), пересекаемых контуром за время \triangle t, «натягивал» на него некую поверхность S, разбитую на элементарные площадки \(\triangle S\), и отождествлял Ф с магнитным потоком сквозь всю поверхность. Математически это можно выразить так:

\(Ф\;=\;\sum_{\triangle S}\;\;B\triangle S. \)

Объединив это соотношение с идеей Фарадея, Максвелл пришел к собственной формуле:

\(\varepsilon_i\;=\;-\;\frac1с\;\times\;\frac{dФ}{dt}.\)

Выбор коэффициента пропорциональности \(\alpha\) здесь обусловлен необходимостью согласования формулы с законом Био — Савара — Лапласа, в котором появляется та же электродинамическая постоянная с.

Определение

Электродинамическая постоянная с — универсальная постоянная, равная скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.

Но в опытах Фарадея ЭДС индукции регистрировалась как в движущемся, так и в покоящемся проводящем контуре С, если последний находился в переменном магнитном поле. И здесь встал вопрос, что конкретно перемещает заряды в неподвижном проводнике.

Само по себе магнитное поле не воздействует на заряды, находящиеся в покое, из чего следует: условие возникновения индукционного тока — возникающее в контуре электрическое поле \overrightarrow Е.  Так как электростатическое поле в замкнутом контуре не совершает работы, значит, происходит работа вихревого поля, и она равна ЭДС индукции:

\(\varepsilon_i\;=\;\underset С{\oint\;}\;(\overrightarrow{Е\;}\times\;d\overrightarrow l)\)

Определение

Самоиндукция — частный случай магнитной индукции, возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре, когда в нем меняется ток.

Источником энергии, возникающей в цепи, является в этом случае запас энергии магнитного поля. Полное количество выделившейся джоулевой теплоты можно вычислить, изобразив на графике зависимость магнитного потока Ф(I) от силы тока I:

Источник: physics.ru

ЭДС в быту, как обозначается, единицы измерения

В быту явление электромагнитной индукции используют для изменения величины напряжения тока в трансформаторах и дросселях. На принципе магнитной индукции работают электрические счетчики, реле мощности, успокоительные системы стрелочных измерительных приборов.

Существуют также магнитные газовые генераторы, в которых благодаря магнитному полю возникает электродвижущая сила, создающая ток.

Электродвижущая сила индукции в системе СИ измеряется в вольтах. Просто электродвижущая сила обозначается греческой буквой \(\varepsilon \), электродвижущая сила индукции —\( \varepsilon_i.\)

Законы Фарадея и Ленца

Фарадей опытным путем выяснил, что при пересечении проводником магнитных силовых линий по нему проходит заряд \(\triangle Q\). Он связан с числом пересеченных силовых линий \( \triangle Ф\) и электрическим сопротивлением контура R, что выражается законом Фарадея:

\(\triangle Q\;=\;\alpha\frac{\triangle Ф}R. \)

Соприкосновение поля и проводника вызвано либо движением проводника, либо изменениями самого магнитного поля. 

Саму электродвижущую силу индукции, связанную с сопротивлением контура и силой тока согласно закону Ома, можно найти по формуле

\(\varepsilon_i\;=\;\alpha\frac{\triangle Ф}{\triangle t}. \)

\(\triangle t\) здесь — время, за которое проходит через поперечное сечение проводника количество электричества \(\triangle Q.\)
Ленц доказал, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать вызвавшей его причине. Согласно правилу Ленца, в вышеприведенном соотношении следует выбрать отрицательный знак, считая коэффициент\( \alpha \) положительным: 

\(\varepsilon_i\;=\;-\;\alpha\frac{\triangle Ф}{\triangle t}.\)

Как рассчитать электродвижущую силу индукции, формулы

Через магнитный поток

\(\varepsilon_i\;=\;-\;\alpha\frac{\triangle Ф}{\triangle t}. \)

Через силу тока

ЭДС самоиндукции зависит от изменения силы тока, при этом магнитный поток собственного поля через цепь пропорционален току в ней:

\(\varepsilon_{is\;}\;=\;-\;L\frac{\triangle I}{\triangle t}. \)

L здесь — индуктивность проводника.

Через сопротивление

Для ЭДС индукции уравнение закона Ома можно переписать в виде:
\(\varepsilon_{i\;}\;=\;IR\;-\;\varepsilon.\)

Через угловую скорость

\(\varepsilon_i\;=\;В\omega SN\sin\left(\alpha\right). \)

B здесь — индукция магнитного поля, \(\omega\) — угловая скорость вращения рамки, S — площадь рамки, N — число витков, \(\alpha\) — угол между векторами индукции магнитного поля и скорости движения проводника.

Через площадь

Если магнитный поток изменяется без деформации витков, т. е. их количество и площадь не меняются, то можно найти электродвижущую силу индукции через площадь.
Угол \alpha между вектором магнитного поля и нормалью к плоскости витков будет равен:

\(2\mathrm\pi\;\times\;\mathrm v\;\times\;\mathrm t. \)Полный магнитный поток в момент времени t будет равен:

\(\psi_B\;=\;N\;\times\;B\;\times\;S\;\times\;\cos\left(\alpha\right)=\;N\;\times\;B\;\times\;S\;\times\;\cos\left(2\mathrm\pi\;\times\;\mathrm v\;\times\;\mathrm t\right). \)

Тогда \(\varepsilon_i\;=\;-\;\frac{d\psi_B}{dt}=\;2\mathrm{pivNBSsin}\left(2\mathrm{pivt}\right).\)

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 1)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Что такое электромагнитная индукция? — Определение, принцип, применение

Что такое электромагнитная индукция?

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл математически описал ее как закон индукции Фарадея.

Электромагнитная индукция представляет собой ток, возникающий в результате производства напряжения (электродвижущей силы) из-за изменяющегося магнитного поля.

Это происходит либо при помещении проводника в движущееся магнитное поле (при использовании источника переменного тока), либо при постоянном движении проводника в стационарном магнитном поле.

В соответствии с установкой, приведенной ниже, Майкл Фарадей прикрепил проводящий провод к устройству для измерения напряжения в цепи. Когда стержневой магнит перемещается по обмотке, датчик напряжения измеряет напряжение в цепи.

В ходе своего эксперимента он обнаружил, что существуют определенные факторы, влияющие на это производство напряжения. Они:

1. Количество витков : Наведенное напряжение прямо пропорционально количеству витков/витков провода. Чем больше витков, тем больше напряжение
2. Изменение магнитного поля : Изменение магнитного поля влияет на наведенное напряжение. Это можно сделать, перемещая магнитное поле вокруг проводника или перемещая проводник в магнитном поле.

Вы также можете ознакомиться с этой концепцией, связанной с индукцией:

• Индукция – самоиндукция и взаимная индукция
• Электромагнетизм
• Формула магнитной индукции

Применение электромагнитной индукции

На основании его экспериментов у нас теперь есть закон Фарадея , согласно которому величина напряжения, индуцируемого в катушке, пропорциональна числу витков катушки и скорости изменения магнитного поля.

• Генераторы переменного тока работают по принципу электромагнитной индукции.
• Работа электрических трансформаторов основана на электромагнитной индукции.
• Магнитный расходомер основан на электромагнитной индукции.

Формула электромагнитной индукции

Математически индуцированное напряжение может быть выражено следующим соотношением:

e = N × dΦ / dt

Где,

• e — индуцированное напряжение (в вольтах)
• N количество витков в катушке
• Φ — магнитный поток — величина магнитного поля на поверхности (в Вебберах)
• t это время (в секундах)

Значение этого открытия заключается в способе производства электрической энергии в цепи с использованием магнитных полей, а не только батарей. Бытовые машины, такие как двигатели, генераторы и трансформаторы, работают по принципу электромагнитной индукции.

Посмотрите видео и узнайте больше о законе электромагнитной индукции Фарадея

 

Знаете ли вы, что принцип электромагнитной индукции также задействован в работе полосы кредитной карты, когда вы проводите ею по карточному автомату? Как вы думаете, как это работает? [Подсказка: полоска магнитная]

Часто задаваемые вопросы — Часто задаваемые вопросы

Определение электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция представляет собой ток, возникающий в результате производства напряжения (электродвижущей силы) из-за изменяющегося магнитного поля.

Кто открыл электромагнитную индукцию?

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году.

Какое значение имеет электромагнитная индукция?

Значение этого открытия заключается в способе производства электрической энергии в цепи с использованием магнитных полей, а не только батарей.

Какие машины работают на принципе электромагнитной индукции?

Бытовые машины, такие как двигатели, генераторы и трансформаторы, работают по принципу электромагнитной индукции.

Каковы применения электромагнитной индукции?

• Генераторы переменного тока работают по принципу электромагнитной индукции.
• Работа электрических трансформаторов основана на электромагнитной индукции.
• Магнитный расходомер основан на электромагнитной индукции.

Приведенные ниже видеоролики помогут повторить главу «Магнитные эффекты электрического тока», класс 10

.

Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше о физических понятиях с помощью интерактивных видеоуроков.

Что такое электромагнитная индукция? | Определение из TechTarget

К

• Участник TechTarget

Электромагнитная индукция — это создание электродвижущей силы (ЭДС) посредством движущегося магнитного поля вокруг электрического проводника и, наоборот, создание тока путем перемещения электрического проводника через статическое магнитное поле. Электромагнитные помехи (EMI) также известны как электрический ток и электромагнитная индукция, а также могут называться магнитной индукцией, поскольку принцип остается тем же, независимо от того, осуществляется ли процесс с помощью электромагнита или статического магнита.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году и, независимо и почти одновременно, Джозефом Генри в 1832 году. показать ток) и магнит. Когда магнит был перемещен к катушке, создается ЭДС, перемещающая датчик на гальванометре. Если приближается северный конец магнита, ток течет в одну сторону; если юг подтягивается ближе, то ток течет в обратном направлении.

Открытие электромагнитной индукции стало фундаментальным принципом в понимании и использовании электричества. Джеймс Клерк Максвелл сформулировал математическое описание как Закон индукции Фарадея , позже известный как Уравнение Максвелла-Фарадея .

Принцип электромагнитной индукции используется в электронных компонентах, таких как катушки индуктивности и трансформаторы. Электромагнитная индукция лежит в основе всех типов электрических генераторов и двигателей, используемых для получения электричества от движения и движения от электричества.

Последнее обновление: август 2018 г.

Продолжить чтение Об электромагнитной индукции

• Память компьютера может увеличиться в 1000 раз благодаря новому компьютерному прорыву

• Использование магнитов в нашей повседневной жизни

• Стратегии аварийного питания центра обработки данных при планировании аварийного восстановления

• Зачем вашему центру обработки данных нужен генератор на топливных элементах

управление мобильными устройствами

Программное обеспечение

для управления мобильными устройствами (MDM) позволяет ИТ-администраторам контролировать, защищать и применять политики на смартфонах, планшетах и ​​других конечных устройствах.

Сеть

• коаксиальный кабель

  Коаксиальный кабель — это тип медного кабеля, специально изготовленного с металлическим экраном и другими компонентами, предназначенными для блокирования сигнала . ..

• мегагерц (МГц)

  Мегагерц (МГц) — это множитель, равный одному миллиону герц (106 Гц). Герц — стандартная единица измерения частоты в …

• Стандарты беспроводной связи IEEE 802

  IEEE 802 — это набор сетевых стандартов, охватывающих спецификации физического уровня и уровня канала передачи данных для таких технологий, как…

Безопасность

• SOAR (организация безопасности, автоматизация и реагирование)

  Управление безопасностью, автоматизация и реагирование, или SOAR, представляет собой набор совместимых программ, который позволяет организации…

• цифровая подпись

  Цифровая подпись — это математический метод, используемый для подтверждения подлинности и целостности сообщения, программного обеспечения или цифрового…

• судо (су ‘делать’)

  Sudo — это утилита командной строки для Unix и операционных систем на основе Unix, таких как Linux и macOS.

ИТ-директор

• хорошие навыки

  Твердые навыки — это определенные способности, способности и наборы навыков, которыми человек может обладать и демонстрировать взвешенно.

• управление корпоративными проектами (EPM)

  Управление корпоративными проектами (EPM) представляет собой профессиональные практики, процессы и инструменты, используемые для управления несколькими …

• Управление портфелем проектов: руководство для начинающих

  Управление портфелем проектов — это формальный подход, используемый организациями для выявления, определения приоритетов, координации и мониторинга проектов …

HRSoftware

• пассивный кандидат

  Пассивный кандидат (пассивный кандидат на работу) — это любой сотрудник, который не ищет активно работу.

• проверка сотрудников

  Проверка сотрудников — это процесс проверки, проводимый работодателями для проверки биографических данных и проверки информации о новом.