Почему закон электромагнитной индукции формулируется для эдс а не для: Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Физика, 9 кл. (Буховерцев Б.Б.)

Буховцев Б.Б., Климонтович Ю.Л., Мякишев Г.Я. Физика. 9 класс. Учебник. — 6-е изд. — М.: Просвещение, 1982. — 272 с.

В учебнике на современном уровне изложены фундаментальные вопросы школьной программы, представлены основные технические применения законов физики, рассмотрены методы решения задач. Книга адресована учащимся средних школ, слушателям и преподавателям подготовительных отделений вузов, а также читателям, занимающимся самообразованием и готовящимся к поступлению в вуз.

РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛ
2. МАССА МОЛЕКУЛ. ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО
3. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ.
4. СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ
5. СТРОЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ, ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ
6. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ В МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
7. ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ I
Глава II. ТЕМПЕРАТУРА. ЭНЕРГИЯ ТЕПЛОВОГО ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ
8. ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ. ТЕМПЕРАТУРА
9. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
10. АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРА — МЕРА СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МОЛЕКУЛ
11. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ МОЛЕКУЛ ГАЗА
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ II
Глава III. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА. ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

12. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
13. ПРИМЕНЕНИЕ УРАВНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ
14. ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОВ В ТЕХНИКЕ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ III
Глава IV. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
16. РАБОТА В ТЕРМОДИНАМИКЕ
17.

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ
18. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ
19. ПРИМЕНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ К РАЗЛИЧНЫМ ПРОЦЕССАМ
20. НЕОБРАТИМОСТЬ ПРОЦЕССОВ В ПРИРОДЕ
21. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
22. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ (КПД) ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ОХРАНА ПРИРОДЫ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ IV
Глава V. ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
23. НАСЫЩЕННЫЙ ПАР
24. ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. КИПЕНИЕ. КРИТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
25. ВЛАЖНОСТЬ ВОЗДУХА
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ V
Глава VI. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ
27. СИЛА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ
28. КАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ VI
Глава VII. ТВЕРДЫЕ ТЕЛА
29. КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ТЕЛА
30. АМОРФНЫЕ ТЕЛА
31. ДЕФОРМАЦИЯ. ВИДЫ ДЕФОРМАЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
32. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ. ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ
33. ПЛАСТИЧНОСТЬ И ХРУПКОСТЬ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ VII
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
34.

ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА?
Глава VIII. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
35. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
36. ЗАРЯЖЕННЫЕ ТЕЛА. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ТЕЛ
37. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
38. ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЭЛЕКТРОСТАТИКИ — ЗАКОН КУЛОНА
39. ЕДИНИЦА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
40. БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ
41. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
42. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ПОЛЕЙ
43. СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
44. ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
45. НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ РАВНОМЕРНО ЗАРЯЖЕННОГО ПРОВОДЯЩЕГО ШАРА И БЕСКОНЕЧНОЙ ПЛОСКОСТИ
46. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ДВА ВИДА ДИЭЛЕКТРИКОВ
47. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ
48. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
49. ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ И РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
50. ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ТОЧЕЧНОГО ЗАРЯДА
51. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
52. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
53. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ. ЕДИНИЦЫ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ
54. КОНДЕНСАТОРЫ. ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ ПЛОСКОГО КОНДЕНСАТОРА
55. ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА. ПРИМЕНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ X
Глава IX. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
56. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. СИЛА ТОКА
57. УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
58. ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ. СОПРОТИВЛЕНИЕ
59. ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
60. СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ
61. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
62. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
63. РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
64. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА

65. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ IX
Глава X. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
66. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ
67.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ МЕТАЛЛОВ
68. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ
69. ЗАКОН ЭЛЕКТРОЛИЗА
70. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ
71. НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ РАЗРЯДЫ
72. РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА И ИХ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ
73. ПЛАЗМА
74. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ
75. ДВУХЭЛЕКТРОДНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЛАМПА-ДИОД
76. ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ. ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ТРУБКА
77. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
78. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПРИ НАЛИЧИИ ПРИМЕСЕЙ
79. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК ЧЕРЕЗ КОНТАКТ ПОЛУПРОВОДНИКОВ p- И n- ТИПОВ
80. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД
81. ТРАНЗИСТОР
82. ТЕРМИСТОРЫ И ФОТОРЕЗИСТОРЫ
ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ X
Глава XI. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
83. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОВ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
84. ВЕКТОР МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
85. ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
86. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
87. МОДУЛЬ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. МАГНИТНЫЙ ПОТОК
88. ЗАКОН АМПЕРА
89. ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ЗАРЯД.

СИЛА ЛОРЕНЦА
90. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ XI
Глава XII. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
91. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
92. НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА. ПРАВИЛО ЛЕНЦА
93. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
94. ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
95. ЭДС ИНДУКЦИИ В ДВИЖУЩИХСЯ ПРОВОДНИКАХ
96. САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТЬ
97. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА
98. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ И ИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
КРАТКИЕ ИТОГИ ГЛАВЫ XII
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
ОТВЕТЫ К УПРАЖНЕНИЯМ

Урок 30. Закон электромагнитной индукции

РАЗДЕЛ I. Поурочные разработки по физике к учебнику С. В. Громова

Урок 30. Закон электромагнитной индукции

Цель: сформулировать закон электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Повторение. Беседа

1. Опишите опыты, в которых можно наблюдать индукцию тока.

2. Каким должно быть магнитное поле, чтобы в неподвижном проводнике появился индукционный ток?

3. От чего зависит число силовых линий магнитного поля, пронизывающий данный контур?

4. Как определяют направление нормами и по контуру?

5. Что такое магнитный поток?

6. В каких единицах измеряется магнитный ток?

7. В чем заключается правило Ленца?

Лабораторная работа «Исследование зависимости силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока»

Оборудование: источник питания, миллиамперметр, катушка-маток, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, магнит дугообразный, реостат ползунковый, ключ замыкания тока, комплект проводов.

Ход работы

1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

2. Вставляйте и вынимайте магнит из катушки с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.

3. Катушку соедините с миллиамперметром, наденьте на катушку с железным сердечником и подключите последнюю через реостат и ключ замыкания тока к источнику питания.

4. Измеряйте силу тока в катушке электромагнита при помощи реостата с различной скоростью и для каждого случая замечайте максимальную силу индукционного тока.

5. Ответьте на вопросы:

— В каком случае скорость изменения магнитного потока через катушку, соединенную с миллиамперметром, была больше: при медленном или быстром движении магнита? При медленном или быстром изменении силы тока в катушке электромагнита?

— Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку?

6. Ответы запишите в тетрадь.

II. Изучение нового материала

Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. При изменении магнитного потока появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС:

Сопротивление не зависит от изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС.

Законом в таком виде можно пользоваться при равномерном изменении магнитного потока; в противном случае ε_i = -Ф’.

III. Повторение. Беседа

1. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока?

2. Как формулируется закон электромагнитной индукции?

3. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»?

4. Что можно сказать о зависимости силы индукционного тока и ЭДС индукции от скорости изменения магнитного потока через катушку?

(Вопросы из лабораторной работы.)

IV. Решение задач

1. За какой промежуток времени магнитный поток изменится на 0,004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 15 В. (Ответ: t = 2,5 мс.)

2. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменится от 3 мВб до 1,5 мВб. (Ответ: 0,3 В.)

3. В обмотке на стальном сердечнике с помощью поперечного сечения 100 см² в течение 0,01 с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении магнитной индукции от 0,3 Тл до 1,3 Тл. Сколько витков в обмотке? (Ответ: 150. )

4. Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 18 см и 5 см расположена в однородном магнитном поле перпендикулярно к силовым линиям. Определить индукцию этого поля, если при его исчезновении за 0,015 с в рамке наводится ЭДС = 4,5 · 10^-3 В. (Ответ: ΔВ = 7,5 · 10^-3 Тл.)

5. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 · 10^-2 Ом за 2 с изменится на 1,2 · 10^-2 Вб. Какова сила тока, протекающего по проводнику, если изменения происходят равномерно? (Ответ: I = 0,2 А.)

6. Соленоид, состоящий из 80 витков и имеющий диаметр 8 см, находится в однородном магнитном поле, индукция которого 60,3 Тл. Соленоид поворачивают на 180° в течение 0,2 с. Найти среднее значение ЭДС, возникающей в соленоиде, если его ось до и после поворота направлена вдоль поля. (Ответ: Е = 0,24 В.)

Домашнее задание

П. 88, задачи 396-400.

Закон индукции Фарадея: Закон Ленца

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Вычислять ЭДС, ток и магнитное поле, используя закон Фарадея.
Объясните физические результаты закона Ленца

Закон Фарадея и Ленца

Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, индуцированная изменением магнитного потока, зависит лишь от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению потока Δ Ф . Во-вторых, ЭДС наибольшая, когда изменение во времени Δ t наименьшее, т. е. ЭДС обратно пропорциональна Δ t . Наконец, если в катушке Н витков, будет произведена ЭДС, которая в Н раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна Н . Уравнение для ЭДС, индуцированной изменением магнитного потока, имеет вид

[латекс]\текст{ЭДС}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex].

Это отношение известно как Закон индукции Фарадея . Единицами ЭДС, как обычно, являются вольты. Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле В, которые противодействуют изменению потока Δ Φ — это известно как закон Ленца . Направление (заданное знаком минус) эдс настолько важно, что его называют законом Ленца по имени русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри, независимо исследовал аспекты индукции. Фарадей знал об этом направлении, но Ленц сформулировал его так ясно, что ему приписывают его открытие. (См. рис. 1.)

Рис. 1. (а) Когда этот стержневой магнит вталкивается в катушку, напряженность магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном направлению стержневого магнита, чтобы противостоять увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации. Убедитесь сами, что показанное направление индуцированной катушки B действительно противостоит изменению потока и что показанное направление тока соответствует RHR-2.

Стратегия решения задач по закону Ленца

Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:

Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
Определить направление магнитного поля B.
Определите, увеличивается или уменьшается поток.
Теперь определите направление наведенного магнитного поля B. Оно противоположно измените в потоке, добавив или вычтя из исходного поля.

Используйте RHR-2 для определения направления индуцированного тока I, который отвечает за индуцированное магнитное поле B.
Направление (или полярность) ЭДС индукции теперь будет управлять током в этом направлении и может быть представлено как ток, выходящий из положительной клеммы ЭДС и возвращающийся к ее отрицательной клемме.

Для практики примените эти шаги к ситуациям, показанным на рис. 1 и другим ситуациям, которые являются частью следующего текстового материала.

Применение электромагнитной индукции

Закон индукции Фарадея имеет множество применений, которые мы рассмотрим в этой и других главах. На этом этапе давайте упомянем несколько, которые связаны с хранением данных и магнитными полями. Очень важное применение связано с аудио и видео записывающими лентами . Пластиковая лента, покрытая оксидом железа, проходит мимо записывающей головки. Эта записывающая головка представляет собой круглое железное кольцо, на которое намотана катушка проволоки — электромагнит (рис. 2). Сигнал в виде переменного входного тока от микрофона или камеры поступает на записывающую головку. Эти сигналы (которые зависят от амплитуды и частоты сигнала) создают переменные магнитные поля на записывающей головке. Когда лента движется мимо записывающей головки, ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте изменяется, что приводит к записи сигнала. В режиме воспроизведения намагниченная лента проходит мимо другой головки, аналогичной по устройству записывающей головке. Различная ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте индуцирует ЭДС в катушке провода в головке воспроизведения. Затем этот сигнал отправляется на громкоговоритель или видеоплеер.

Рисунок 2. Головки записи и воспроизведения, используемые с аудио- и видеомагнитофонами. (кредит: Steve Jurvetson)

Аналогичные принципы применимы и к жестким дискам компьютеров, но с гораздо большей скоростью. Здесь записи на вращающемся диске с покрытием. Считывающие головки исторически заставляли работать по принципу индукции. Однако входная информация передается в цифровом, а не в аналоговом виде — на вращающемся жестком диске записывается последовательность нулей или единиц. Сегодня большинство устройств считывания с жестких дисков не работают по принципу индукции, а используют метод, известный как гигантское магнитосопротивление . (Открытие того, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке железа и хрома могут вызвать гораздо большие изменения электрического сопротивления, было одним из первых крупных успехов нанотехнологии. ) Еще одно применение индукции можно найти в магнитной полосе на магнитной полосе. оборотная сторона вашей личной кредитной карты, используемой в продуктовом магазине или банкомате. Это работает по тому же принципу, что и упомянутая в последнем абзаце аудио- или видеокассета, в которой голова считывает личную информацию с вашей карты.

Еще одним применением электромагнитной индукции является передача электрических сигналов через барьер. Рассмотрим кохлеарный имплант , показанный ниже. Звук улавливается микрофоном снаружи черепа и используется для создания переменного магнитного поля. Ток индуцируется в приемнике, закрепленном в кости под кожей, и передается на электроды во внутреннем ухе. Электромагнитная индукция может использоваться и в других случаях, когда электрические сигналы необходимо передавать через различные среды.

Рис. 3. Электромагнитная индукция, используемая для передачи электрических токов через среды. Устройство на голове ребенка индуцирует электрический ток в приемнике, закрепленном в кости под кожей. (кредит: Бьорн Кнетч)

Еще одна современная область исследований, в которой электромагнитная индукция успешно применяется (и имеет значительный потенциал), — это транскраниальное магнитное моделирование. Множество расстройств, включая депрессию и галлюцинации, можно отнести к нерегулярной локальной электрической активности в головном мозге. В транскраниальная магнитная стимуляция , быстро меняющееся и очень локализованное магнитное поле помещается рядом с определенными участками, идентифицированными в головном мозге. В выявленных местах индуцируются слабые электрические токи, что может привести к восстановлению электрических функций в тканях головного мозга.

Апноэ во сне («остановка дыхания») поражает как взрослых, так и младенцев (особенно недоношенных детей и может быть причиной внезапной детской смерти [SID]). У таких людей дыхание может неоднократно останавливаться во время сна. Прекращение более чем на 20 секунд может быть очень опасным. Инсульт, сердечная недостаточность и усталость — вот лишь некоторые из возможных последствий для человека, страдающего апноэ во сне. Беспокойство у младенцев вызывает остановка дыхания на эти более длительные периоды времени. Один из типов мониторов для оповещения родителей о том, что ребенок не дышит, использует электромагнитную индукцию. Через провод, обернутый вокруг грудной клетки младенца, проходит переменный ток. Расширение и сжатие грудной клетки младенца, когда он дышит, изменяет площадь, проходящую через спираль. В расположенной рядом съемной катушке индуцируется переменный ток, обусловленный изменяющимся магнитным полем исходного провода. Если ребенок перестанет дышать, индуцированный ток изменится, и родитель может быть предупрежден.

Установление связей: сохранение энергии

Закон Ленца является проявлением закона сохранения энергии. ЭДС индукции создает ток, противодействующий изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может войти или уйти, но не мгновенно. Закон Ленца является следствием. Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. На самом деле, если бы ЭДС индукции была направлена в том же направлении, что и изменение потока, существовала бы положительная обратная связь, которая давала бы нам свободную энергию без видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

Пример 1. Расчет ЭДС: насколько велика ЭДС индукции?

Рассчитайте величину ЭДС индукции, когда магнит на рис. 1(а) вталкивается в катушку, учитывая следующую информацию: катушка с одним контуром имеет радиус 6,00 см и среднее значение B cos θ (это дано, поскольку поле стержневого магнита сложное) увеличивается с 0,0500 Тл до 0,250 Тл за 0,100 с.

Стратегия

Найти величина ЭДС, мы используем закон индукции Фарадея, как указано [латекс]\текст{ЭДС}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex], но без минуса знак, указывающий направление:

[латекс]\текст{ЭДС}=N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex].

Решение

Нам дано, что N = 1 и Δ t = 0,100 с, но мы должны определить изменение потока Δ Φ , прежде чем сможем найти ЭДС. Поскольку площадь петли фиксирована, мы видим, что 9{2}\right)\left(0,200\text{ T}\right)}{0,100\text{ s}}=22,6\text{ мВ}\\[/latex].

Обсуждение

Хотя это напряжение легко измерить, оно явно недостаточно для большинства практических приложений. Больше петель в катушке, более сильный магнит и более быстрое движение делают индукцию практическим источником напряжения, которым она и является.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея

Поиграйте со стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея. Переместите стержневой магнит рядом с одной или двумя катушками, чтобы лампочка загорелась. Посмотрите на линии магнитного поля. Счетчик показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Нажмите, чтобы загрузить симуляцию. Запуск с использованием Java.

Резюме раздела

Закон индукции Фарадея утверждает, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, равна

[латекс]\текст{ЭДС}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex]
при изменении потока на Δ Φ за время Δ t .
Если в катушке индуцируется ЭДС, Н — число витков.
Знак минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B , что препятствуют изменению потока Δ Φ — это противодействие известно как закон Ленца.

Концептуальные вопросы

Человек, работающий с большими магнитами, иногда помещает голову в сильное поле. Она сообщает, что чувствует головокружение, когда быстро поворачивает голову. Как это может быть связано с индукцией?
Ускоритель частиц посылает высокоскоростные заряженные частицы по вакуумированной трубе. Объясните, каким образом моток проволоки, намотанный на трубу, может обнаруживать прохождение отдельных частиц. Нарисуйте график выходного напряжения катушки при прохождении через нее отдельной частицы.

Задачи и упражнения

1. Ссылаясь на рисунок 5(а), каково направление тока, индуцируемого в катушке 2: (а) Если ток в катушке 1 увеличивается? б) Если ток в катушке 1 уменьшится? в) Если ток в катушке 1 постоянен? Подробно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в Стратегии решения проблем для закона Ленца выше.

Рис. 5. (а) Катушки лежат в одной плоскости. б) провод лежит в плоскости катушки.

2. Ссылаясь на рисунок 5 (b), каково направление тока, индуцируемого в катушке: (a) Если ток в проводе увеличивается? б) Если сила тока в проводе уменьшится? в) Если ток в проводе вдруг меняет направление? Явно покажите, как вы выполняете шаги в Стратегия решения проблем для закона Ленца выше.

3. Ссылаясь на рисунок 6, каковы направления токов в катушках 1, 2 и 3 (предположим, что катушки лежат в плоскости цепи): (a) Когда переключатель впервые замкнут? (b) Когда переключатель был замкнут в течение длительного времени? в) Сразу после размыкания переключателя?

Рисунок 6.

4. Повторите предыдущую проблему с перевернутым аккумулятором.

5. Убедитесь, что единицы измерения Δ Φ /Δ t — это вольты. То есть покажите, что 1 Тл ⋅ м ² /с = 1 В.

6. Предположим, что 50-витковая катушка лежит в плоскости страницы в однородном магнитном поле, направленном внутрь страницы. Катушка изначально имеет площадь 0,250 м ² . Он растягивается так, чтобы через 0,100 с не оставалось площади. Каковы направление и величина ЭДС индукции, если однородное магнитное поле имеет напряженность 1,50 Тл?

7. (a) Специалист МРТ перемещает руку из области с очень низкой напряженностью магнитного поля в поле 2,00 Тл томографа, при этом его пальцы указывают в направлении поля. Найти среднюю ЭДС, индуцируемую в его обручальном кольце, если его диаметр равен 2,20 см, а время перемещения кольца в поле равно 0,250 с. (b) Обсудите, может ли этот ток значительно изменить температуру кольца.

8. Интегральные понятия Ссылаясь на ситуацию в предыдущей задаче: (a) Какой ток индуцируется в кольце, если его сопротивление равно 0,0100 Ом? б) Какая средняя мощность рассеивается? в) Какое магнитное поле индуцируется в центре кольца? (d) Каково направление индуцированного магнитного поля относительно поля МРТ?

9. ЭДС возникает при вращении 1000-витковой катушки диаметром 20,0 см в магнитном поле Земли 5,00 × 10 ⁻⁵ Тл. Какая средняя ЭДС индуцируется, если плоскость катушки изначально перпендикулярна полю Земли и поворачивается так, чтобы стать параллельной полю за 10,0 мс?

10. Катушка радиусом 0,250 м, состоящая из 500 витков, поворачивается на четверть оборота за 4,17 мс, при этом первоначально ее плоскость была перпендикулярна однородному магнитному полю. (Это 60 об/с.) Найдите напряженность магнитного поля, необходимую для индукции средней ЭДС 10 000 В. расстояние центра петли от провода?

12. Комплексные концепции (a) Молния создает быстро меняющееся магнитное поле. Если болт ударяется о землю вертикально и действует как ток в длинном прямом проводе, он индуцирует напряжение в петле, выровненной так, как показано на рисунке 5(b). Какое напряжение индуцируется в петле диаметром 1,00 м на расстоянии 50,0 м от источника 2,00 × 10 6 удар молнии, если ток упадет до нуля за 25,0 мкс? (b) Обсудите обстоятельства, при которых такое напряжение может привести к заметным последствиям.

Глоссарий

Закон индукции Фарадея:: средство расчета ЭДС в катушке из-за изменения магнитного потока, определяемое как [латекс]\текст{ЭДС}=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\\[/latex]

Закон Ленца:: знак минус в законе Фарадея, означающий, что ЭДС, индуцируемая в катушке, противодействует изменению магнитного потока

Избранные решения задач и упражнений

1. (a) против часовой стрелки (b) по часовой стрелке (c) без индуцированного тока

3. (a) 1 против часовой стрелки, 2 против часовой стрелки, 3 по часовой стрелке (b) 1, 2 и 3 ток не индуцируется (c) 1 по часовой стрелке, 2 по часовой стрелке, 3 против часовой стрелки

7. (a) 3,04 мВ (b) В качестве нижнего предела для кольца оцените R = 1,00 мОм. Передаваемое тепло составит 2,31 мДж. Это не значительное количество тепла.

9. 0,157 В

11. пропорционально [латекс]\frac{1}{r}\\[/латекс]

23.

5: Закон индукции Фарадея – Закон Ленца

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 2708

OpenStax
OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Расчет ЭДС, силы тока и магнитного поля по закону Фарадея.
Объясните физические результаты закона Ленца