ГДЗ.Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 11.Электромагнитная индукция.Задание 913.Сколько витков должна содержать катушка. – Рамблер/класс
ГДЗ.Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 11.Электромагнитная индукция.Задание 913.Сколько витков должна содержать катушка. – Рамблер/классИнтересные вопросы
Школа
Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?
Новости
Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?
Школа
Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?
Школа
Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?
Новости
Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?
Вузы
Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?
Помогите решить:
Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см , чтобы при изменении магнитной индукции от 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В?
ответы
Пишите решение:
ваш ответ
Можно ввести 4000 cимволов
отправить
дежурный
Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия пользовательского соглашения
похожие темы
Юмор
Олимпиады
ЕГЭ
Компьютерные игры
похожие вопросы 5
ГДЗ по Физике Громов 10 класс, вопросы.
Гл.4§22№4. . На чем основа- на гравиметрическая разведка?
Помогите ответить на вопрос Гл.4§22№4.
На чем основана гравиметрическая разведка?
ГДЗ10 классГромов С.В.Физика
ГДЗ.Физика 11. класс.Рымкевич.Глава 10.Электрический ток в различных средах..Задание 865. Во сколько раз со- противление освещенного фоторезистора
Кто сможет решить ?
На рисунке 40 приведены графики зависимости силы
тока, идущего через фоторезистор, от приложенного (Подробнее…)
ГДЗФизика11 классРымкевич А.П.
помогите найти гдз 15 вариант со страницы 81
(Подробнее…)
9 классЕГЭОГЭГИАГДЗУчебникиУчителяЭкзаменыВыпускнойДосуг
Кто сможет? Выполните деление:
(Подробнее…)
ГДЗМатематика6 классЧесноков А.С.
№ 43.
ГДЗ Физика 10 класс Рымкевич. На сколько метров будет снесен катер течением?
Катер, переправляясь через реку, движется перпендикулярно течению реки со скоростью 4 м/с в системе отсчета, связанной с водой. На (Подробнее…)
ГДЗФизика10 классРымкевич А.П.
Лекция по УД «Электротехника» на тему: «Электромагнетизм и магнитная индукция»
Тема 1. Электромагнетизм и магнитная индукция
Цель: Знакомство с понятием магнитного поля, характеристиками и параметрами магнитного поля. с магнитной цепью. Изучение закона Ома и законов Кирхгофа для магнитной цепи, закона электромагнитной индукции, принципа Ленца. Определение энергии магнитного поля. Расчет магнитных цепей.
Задачи:
1.
Ознакомиться с понятием магнитного поля,
характеристиками и параметрами магнитного поля, с магнитной цепью. Рассмотреть закон
Ома и законы Кирхгофа для магнитной цепи, закон электромагнитной индукции,
принцип Ленца.
2. Совершенствовать умение применять основные термины и формулы на практике.
3. Способствовать пониманию сущности и социальной значимости своей будущей профессии, проявлению к ней устойчивого интереса.
Информационное обеспечение:
Основная литература:
1. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: Учебник для учащихся профессиональных училищ и колледжей. — Ростов на Дону: Феникс, 2014.
2. Туревский И.С., Славинский А.К. Электротехника с основами электроники. Учебное пособие для СПО. – М.: Форум, 2014.
Дополнительная литература:
1. Данилов И.А. Общая электротехника с основами электроники. — М.: Высшая школа, 2012.
2. Ермуратский П.В. Электротехника и электроника. – М.: ДМК Пресс, 2011.
3. Касаткин А.С. Основы электротехники. – М.: Высшая школа, 2001.
Интернет-ресурсы:
http:/antigtu.
ru/video-l-p/ — видеолекции по электротехнике; электронные лекции по электротехнике; готовые решения задач из различных
задачников.
Содержание
1. Понятие магнитного поля.
2.
3. Магнитная цепь.
4. Закон Ома и законы Кирхгофа для магнитной цепи.
5. Закон электромагнитной индукции. Принцип Ленца.
6. Энергия магнитного поля.
7. Расчет магнитных цепей.
1. Понятие магнитного поля
Основные магнитные явления. С древних времен было известно, что некоторые виды железной руды обладают свойством притягивать к себе железо. Такую руду назвали магнитом.
Свое влияние магнит оказывает не только на подносимые
к нему предметы, но и на окружающее его пространство. Если вокруг линейного
магнита расположить маленькие магнитные стрелки, увидим, что по отношению к
магниту они расположились по-разному.
Рисунок 1. Расположение магнитных силовых линий постоянного магнита
Пространство, в котором обнаруживается действие магнита на магнитную стрелку, называют магнитным полем, а линию, по которой устанавливают ось магнитной стрелки, называют магнитной силовой линией. Принято считать, что силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный.
Магнитное поле электрического тока. Магнитные и электрические явления имеют
тесную связь между собой. В этом легко убедиться на следующем опыте. Установив
над магнитной стрелкой параллельно ей провод и пропустив по нему электрический
ток, заметим, что стрелка отклонится от своего прежнего положения. Но как
только прекращается ток, стрелка снова возвращается в первоначальное положение.
Из этого опыта можно сделать вывод, что при прохождении тока по проводнику вокруг последнего образуется магнитное поле: магнитная стрелка отклоняется током.
Если вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, поместить несколько магнитных стрелок, все стрелки будут поворачиваться и устанавливаться по направлению касательных к окружностям: силовые линии магнитного поля прямолинейного тока представляют собой замкнутые концентрические окружности, расположенные в плоскостях, перпендикулярных направлению тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки повернутся и станут в противоположном направлении.
Соленоидом называют свитый спиралью проводник, по которому
пропущен электрический ток. Если соленоид приблизить к магнитной стрелке,
увидим, что один конец соленоида притягивает южный, а другой — северный полюс.
Следовательно, соленоид при прохождении по нему тока по своим магнитным
свойствам подобен прямому магниту. Направление магнитных силовых линий и
полюсов соленоида определяют с помощью «правила винта».
Если внутрь соленоида ввести сердечник из мягкого железа, а соленоид значительно отодвинуть от магнитной стрелки, стрелка компаса все же повернется. Это говорит о том, что железный сердечник усиливает магнитное действие соленоида.
Электромагнит. Соленоид, внутри которого находится стальной сердечник, называют электромагнитом. Электромагниты широко применяют в технике. С их помощью создаются магнитные поля в электрических генераторах, электроизмерительных приборах, реле и т. д.
2. Характеристики и параметры магнитного поля
Магнитная проницаемость. Способность любого материала намагничиваться в той или другой степени определяется его магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов различна и превышает магнитную проницаемость вакуума (магнитную постоянную). Число, показывающее, вo сколько раз магнитная проницаемость ферромагнитного материала больше магнитной проницаемости вакуума, называют
Пропуская ток по катушке с сердечником, создаем магнитное поле. Следовательно, сердечник катушки намагничивается. Чем больше сила тока и количество витков в катушке, тем больше намагничивается сердечник. Значит, величина намагничивающей силы равна произведению силы тока на количество витков проводника в катушке.
Напряженность. Магнитное поле, создаваемое проводником при прохождении по нему тока, характеризуется напряженностью, которую определяют при делении намагничивающей силы на длину катушки и обозначают 1 А/м. Однако в практике обычно применяют другую единицу измерения, в 80 раз большую, чем 1 А/м, называемую эрстедом.
Интенсивность или силу воздействия поля оценивают величиной вектора магнитной индукции. Она определяется значением силы «F», создаваемой проходящим током «I» по проводнику длиной «l». В=F/(I∙l)
Единица измерения магнитной индукции в системе СИ —
Тесла (в знак памяти об ученом физике, который исследовал эти явления и описал
их математическими методами).
В русской технической литературе она обозначается
«Тл», а в международной документации принят символ «Т».
1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.
1Тл=1∙Н/(А∙м)
Направление вектора определяется по правилу левой руки (Рисунок 2).
Рисунок 2. Правило определения направления вектора магнитной индукции
Если расположить ладонь левой руки в магнитном поле так, чтобы силовые линии из северного полюса входили в ладонь под прямым углом, а четыре пальца расположить по направлению тока в проводнике, то оттопыренный большой палец укажет направление действия силы на этот проводник.
Сила, воздействующая на электрический ток, не зависит
от материалов, из которых создан проводник и площади его сечения. Даже если
этого проводника вообще не будет, а движущиеся заряды станут перемещаться в
другой среде между магнитными полюсами, то эта сила никак не изменится.
Если внутри магнитного поля во всех точках вектор имеет одинаковое направление и величину, то такое поле считают равномерным.
Магнитный поток (Ф)
Если рассматривать прохождение магнитной индукции через определенную площадь S, то ограниченная ее пределами индукция будет называться магнитным потоком (рисунок 3).
Рисунок 3. Иллюстрация определения величины магнитного потока
Когда площадь наклонена под каким-то углом α к направлению магнитной индукции, то магнитный поток уменьшается на величину косинуса угла наклона площади. Максимальное же его значение создается при перпендикулярном расположении площади к ее пронизывающей индукции. Ф=В·S
Единицей измерения магнитного потока является 1 вебер, определяемый прохождением индукции в 1 теслу через площадь в 1 метр квадратный.
Электромагнитная индукция. Мы уже установили, что ток производит
магнитное действие: магнитная стрелка отклоняется под влиянием тока,
проходящего по проводнику; железный стержень, помещенный внутри катушки с
током, намагничивается; проводник с током, находясь в магнитном поле, приходит
в движение.
Однако возможным оказывается обратное действие. При некоторых условиях магнитное поле может возбуждать электрический ток. При движении проводника в магнитном поле или изменении магнитного потока вокруг него в проводнике индуктируется (наводится) электродвижущая сила (э.д.с.), под действием которой в замкнутом проводнике образуется электрический ток. Было установлено, что электрический ток возникает в проводнике, если проводник и магнит движутся относительно друг друга. Но индукционный ток возникает и проводнике только при условии, что проводник при своем движении пересекает магнитные силовые линии. Если проводник движется вдоль силовых линий, не пересекая их, ток в нем не возникает. Индукционный ток возникает также в том случае, если вокруг проводника изменяется величина магнитного потока.
Возникновение электрического тока в замкнутом
проводнике при пересечении им магнитных силовых линий называют электромагнитной
индукцией, возникающая электродвижущая сила (э.
д.с)—индукционной,
а ток — индукционным.
Самоиндукция. При замыкании и размыкании электрической цепи вокруг проводника создается и исчезает магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле пересекает проводник и создает в нем электродвижущую силу самоиндукции — э.д.с. самоиндукции. При всяком изменении «собственного» магнитного поля проводника он пересекается «собственными магнитными» линиями и в нем возникает э.д.с. самоиндукции.
Индуктивность электрической цепи измеряется в генри (Гн). Проводник обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении тока в проводнике на 1 А в 1 сек в нем наводится э.д.с. самоиндукции, равная 1 В.
Взаимоиндукция. Возьмем два проводника, намотаем из них две
катушки, расположим эти катушки на некотором расстоянии друг от друга и по
одной из катушек пропустим изменяющийся ток. Тогда магнитное поле, созданное
этим током, пересечет витки второй катушки, в которой возникнет э.
д.с.
взаимоиндукции, а следовательно, и электрический ток взаимоиндукции. Ток в свою
очередь послужит причиной появления магнитного поля, которое пересечет витки
первой катушки, вызвав в ней также э.д.с взаимоиндукции. Этот процесс называют
взаимной индукцией.
3. Магнитная цепь
Магнитной цепью называют устройство, в котором замыкается магнитный поток. Магнитная цепь – это совокупность ферромагнитных и неферромагнитных частей электротехнических устройств, необходимых для создания магнитных полей нужных конфигураций и интенсивности.
В зависимости от принципа действия электротехнического
устройства магнитное поле может возбуждаться либо постоянным магнитом, либо
катушкой с током, расположенной в той или иной части магнитной цепи.
Электромагнитные процессы в магнитной цепи описываются с помощью следующих
понятий: магнитодвижущая сила (МДС – F), магнитный поток (Ф),
магнитное напряжение (Uм) и др.
Магнитные цепи могут быть неразветвленные, в которых магнитный поток в любом сечении цепи одинаков, и разветвленные, в которых магнитные потоки в различных сечениях цепи различны.
Таблица 1. Схемы разветвленной и неразветвленной магнитной цепи
Неразветвленная цепь | Разветвленная цепь |
Разветвленные магнитные цепи могут быть сложной конфигурации, например в электрических двигателях, генераторах и других устройствах.
Неразветвленные магнитные цепи бывают однородные и неоднородные
Однородная магнитная цепь образует замкнутый магнитопровод с
равномерной намагничивающей обмоткой, причем каждый виток обмотки создает линии
магнитной индукции, которые, замыкаясь по магнитопроводу, сливаются в общий
магнитный поток.
В такой цепи магнитные линии проходят в одной среде и напряженность магнитного поля вдоль линий не меняется. Как правило, это – кольцевые магнитопроводы (тороиды), которые используют в качестве стандартных образцов, применяемых для определения магнитных характеристик материалов.
Неоднородная магнитная цепь – это такая магнитная цепь, в которой магнитопровод не сплошной, а, например, с воздушным зазором, поэтому магнитный поток и напряженность магнитного поля в ферромагнитном материале и воздушном зазоре – различны.
Магнитопровод это путь, по которому замыкается магнитный поток. Этот путь может проходить целиком по воздуху.
Рисунок 4. Примеры магнитных цепей |
На рисунке 4,а показан соленоид. Магнитная цепь здесь
проходит через воздух. Магнитное сопротивление воздуха очень велико, поэтому
даже при большой намагничивающей силе магнитный поток мал.
Для увеличения магнитного потока в состав магнитной цепи вводят ферромагнитные материалы (обычно литая или электротехническая сталь), имеющие меньшее магнитное сопротивление.
На рисунке 4,б представлен прямой электромагнит с разомкнутым сердечником. Магнитные линии только небольшую часть своего пути проходят по стальному сердечнику, большую же часть своего пути они проходят по воздуху. Полюсы электромагнита определяются при помощи «правила буравчика».
Подковообразный электромагнит, изображенный на рисунке 4,в, представляет магнитную цепь с лучшими условиями для прохождения магнитного потока. При такой конструкции поток большую часть пути проходит по стали и меньшую часть от полюса N до полюса S по воздуху.
На рисунке 4,г представлена конструкция
магнитной цепи, применяемая в электромашиностроении и приборостроении. Между
полюсами электромагнита помещается стальной якорь. Большую часть своего пути
магнитные линии проходят по стали и только очень малую часть (от нескольких
долей миллиметра до 2–3 мм) проходят по двум воздушным промежуткам.
4. Закон Ома и законы Кирхгофа для магнитной цепи
Закон Ома: магнитное напряжение на любом участке
т.к..
Если , то , где— магнитное сопротивление..
Магнитный поток прямо пропорционален магнитному напряжению и обратно пропорционален магнитному сопротивлению.
Законы Кирхгофа
Первый закон Кирхгофа для магнитных цепей гласит: алгебраическая сумма магнитных потоков в узле магнитной цепи равна нулю .
Первый закон Кирхгофа применяют к магнитным узлам разветвленной магнитной цепи (рисунок 5).
Рисунок 5. Распределение магнитных потоков
Второй закон Кирхгофа для магнитных цепей сформулируем следующим образом: алгебраическая сумма магнитных напряжений UM = H·l в замкнутом контуре магнитной цепи (∑UM=∑H⋅l) равна алгебраической сумме магнитодвижущих сил F = I·w в том же контуре (∑F=∑I⋅w):
∑UM=∑F
или
∑H⋅l=∑I⋅w.
5. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца
В 1831 г. Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике – явление электромагнитной индукции: в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, опирающуюся на этот контур, возникает электрический ток (индукционный ток).
Было установлено, что индукционный ток всегда имеет такое направление, что он препятствует изменению магнитного потока через данный проводящий контур. Эту закономерность называют правилом Ленца.
Рисунок 6. Иллюстрация правила Ленца
В том случае, когда мы вводим магнит в катушку(рисунок
6), магнитный поток в контуре увеличивается, а значит магнитное поле,
создаваемое индуцируемым током, по правилу Ленца направлено против увеличения
поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно посмотреть на магнит со
стороны северного полюса.
С этой позиции мы будем вкручивать буравчик по
направлению магнитного поля тока, то есть навстречу северному полюсу. Ток будет
двигаться по направлению вращения буравчика, то есть по часовой стрелке.
В том случае, когда мы выводим магнит из катушки, магнитный поток в контуре уменьшается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, направлено против уменьшения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно выкручивать буравчик, направление вращения буравчика укажет направление тока в проводнике – против часовой стрелки.
Появление индукционного тока означает, что при
изменении магнитного потока в контуре возникает ЭДС (ЭДС индукции) Ei.
Фарадей установил, что ЭДС индукции не зависит от того, каким способом осуществляется
изменение магнитного потока: изменяется площадь контура, его ориентация в
магнитном поле, или меняется во времени магнитное поле, пронизывающее
неподвижный контур. Во всех случаях при изменении внешнего магнитного потока,
пронизывающего контур, в контуре возникает индукционный ток.
При этом значение
электродвижущей силы численно равно скорости изменения магнитного потока,
взятой со знаком «-».
где Ф – магнитный поток через контур.
Эта формула выражает закон электромагнитной индукции и «автоматически» учитывает правило Ленца. При использовании формулы (1) направление нормали к поверхности, ограниченной контуром, можно выбирать произвольно, а направление обхода контура должно быть связано с направлением нормали правилом правого винта. Тем самым определены и знак магнитного потока, и «направление» ЭДС индукции в контуре.
6. Энергия магнитного поля
Энергия магнитного поля показывает, какую работу затратил электрический ток в проводнике (катушке индуктивности) на создание этого магнитного поля. Естественно эта энергия будет напрямую зависеть от индуктивности проводника, вокруг которого магнитное поле создается.
Оказывается, энергия магнитного поля равна половине
произведения индуктивности цепи на квадрат силы тока, т.
е.
8. Расчет магнитных цепей
Магнитная цепь подобна электрической цепи. Магнитный поток Ф напоминает электрический ток I, индукция B напоминает плотность тока, намагничивающая сила (н. с.) Fм (H∙l=I∙ω) соответствует э. д. с.
В простейшем случае магнитная цепь имеет везде одинаковое сечение и выполнена из однородного магнитного материала. Для определения намагничивающей силы (н. с.) I∙ω, необходимой для обеспечения требуемой индукции B, по кривой намагничивания определяют соответствующую напряженность H и умножают ее на среднюю длину магнитной силовой линии l:
Fм =H∙l=I∙ω.
Отсюда определяют требуемый ток I или число витков ω катушки.
Сложная магнитная цепь обычно имеет участки с разными
сечениями и магнитными материалами. Эти участки обычно соединены
последовательно, поэтому по каждому из них проходит одинаковый магнитный поток
Ф. Индукция B на каждом участке зависит от сечения участка и рассчитывается для
каждого участка в отдельности по формуле B=Ф∶S.
Для разных значений индукции по кривой намагничивания (рисунок ?) определяют напряженность H и умножают ее на среднюю длину силовой линии соответствующего участка цепи. Суммируя отдельные произведения, получают полную н. с. магнитной цепи:
Fм=I∙ω=h2 ∙l1+h3 ∙l2+h4 ∙l3+…,
по которой определяют намагничивающий ток или число витков катушки.
Рисунок 7. Кривые намагниченности
Примеры
1. Каким должен быть намагничивающий ток I катушки, имеющей 200 витков, чтобы ее н. с. создала в чугунном кольце магнитный поток:
Ф=15700 Мкс =0,000157 Вб?
Средний радиус чугунного кольца r=5 см, а диаметр его сечения d=2 см (рисунок 8).
Рисунок 8. Схема замкнутой магнитной цепи
Сечение магнитной цепи S=(π∙d2)/4=3,14 см2.
Индукция в сердечнике равна: B=Ф∶S=15700∶3,14=5000 Гс.
В системе МКСА индукция равна: B=0,000157 Вб
:0,0000314 м2 =0,5 Тл.
По кривой намагничивания чугуна находим для B=5000 Гс =0,5 Тл требуемую напряженность H, равную 750 А/м. Намагничивающая сила равна: I∙ω=H∙l=235,5 Ав.
Отсюда требуемый ток I=(H∙l)/ω=235,5/200=1,17 А.
2. Замкнутая магнитная цепь (рисунок 9) выполнена из пластин трансформаторной стали. Сколько витков должна иметь катушка с током 0,5 А, чтобы создать в сердечнике магнитный поток Ф=160000 Мкс =0,0016 Вб?
Рисунок 9. Схема замкнутой магнитной цепи
Сечение сердечника S=4∙4=16 см2 =0,0016 м2.
Индукция в сердечнике B=Ф/S=160000/16=10000 Гс =1 Тл.
По кривой намагничивания трансформаторной стали находим для B=10000 Гс =1 Тл напряженность H=3,25 А/см =325 А/м.
Средняя длина магнитной силовой линии l=2∙(60+40)+2∙(100+40)=480=0,48 м.
Намагничивающая сила Fм=I∙ω=H∙l=3,25∙48=315∙0,48=156 Ав.
При токе 0,5 А число витков ω=156/0,5=312.
3. Магнитная цепь, изображенная на рисунке10,
аналогична магнитной цепи предыдущего примера, за исключением того, что она
имеет воздушный зазор δ=5 мм.
Какими должны быть н. с. и ток катушки, чтобы
магнитный поток был таким же, как и в предыдущем примере, т. е. Ф=160000 Мкс =
0,0016 Вб?
Рисунок 10. Схема разомкнутой магнитной цепи
Магнитная цепь имеет два последовательно соединенных участка, сечение которых такое же, как и в предшествующем примере, т. е. S=16 см2. Индукция также равна B=10000 Гс =1 Тл.
Средняя длина магнитной линии в стали немного меньше:
lс=48-0,5=47,5 см ≈0,48 м.
Магнитное напряжение на этом участке магнитной цепи
Hс ∙lс=3,25∙48≈156 Ав.
Напряженность поля в воздушном зазоре равна:
Hδ=0,8∙B=0,8∙10000=8000 А/см.
Магнитное напряжение на участке воздушного зазора Hδ∙δ=8000∙0,5=4000 Ав.
Полная н. с. равна сумме магнитных напряжений на отдельных участках: I∙ω=Hс ∙lс+Hδ∙δ=156+4000=4156 Ав. I=(I∙ω)/ω=4156/312=13,3 А.
Если в предыдущем примере необходимый магнитный поток
обеспечивался током 0,5 А, то для магнитной цепи с воздушным зазором 0,5 см
требуется ток 13 А, чтобы получить тот же магнитный поток.
Отсюда видно, что
воздушный зазор, даже незначительный по отношению к длине магнитопровода,
сильно увеличивает необходимые н. с. и ток катушки.
Контрольные вопросы
1. Что называют магнитным полем?
2. Составной частью какого поля является магнитное поле?
3. Что называют магнитной индукцией и в чем ее измеряют?
4. От чего зависит магнитная индукция в точке?
5. От чего зависит сила электромагнитного воздействия на проводник?
6. От чего зависит электромагнитная сила двух проводников с током?
7. Что называют магнитным потоком и в чем его измеряют?
8. Что характеризует относительная магнитная проницаемость?
9. Что такое напряженность магнитного поля ?
10. Что называют электромагнитной индукцией?
11. Каков закон электромагнитной индукции?
12.
Сформулируйте правило Ленца при возникновении
индукционного тока.
13. Что такое ЭДС самоиндукции?
14. Что называют процессом взаимной индукции?
Общая физика II
Глава 31 Вопросы 2, 5, 7, 9, 12, 14, 15 Проблемы: 1, 3, 6, 7, 17, 20Q2 Проволочная петля помещена в однородную магнитную поле. При какой ориентации петли магнитный поток максимален? Для какой ориентации поток равен нулю?
Магнитный поток максимален, когда магнитное поле B перпендикулярно петле из проволоки, как показано на схеме здесь:
Магнитный поток минимален — фактически равен нулю — когда магнитное поле B параллельно петле провода, как на диаграмме здесь:
Для иллюстрации мне показалось лучше нарисовать это почти параллельно, а не ровно параллельно.
Q5 Стержень на рис. 31.24 движется по рельсам к вправо со скоростью v , а однородное постоянное магнитное поле направляется за пределы страницы. Почему индуцированный ток по часовой стрелке ? Если бы полоса двигалась влево, каково было бы направление индукционный ток?
Существует магнитная сила из-за движения через магнитный поле.
F магазин = q v х В
дает вектор вниз для положительного заряда (и вектор вверх для отрицательного заряда). Течение направлено в сторону движение положительного заряда.
, так что это означает, что ток течет по движущейся полосе,
влево по нижнему проводнику, вверх через резистор и к
справа по верхнему проводнику.
Это по часовой стрелке
течь по всему контуру.
При изменении направления скорости
, который меняет все. Теперь вектор v x B указывает вверх. Это направление магнитной силы на положительный заряжать.
, так что это означает, что ток течет вверх в движущемся проводнике. Для замыкания цепи ток должен течь слева в верхней проводник, вниз через резистор и вправо в нижнем проводнике. Это означает против часовой стрелки ток во всей цепи.
Q7 Большая круглая проволочная петля лежит на горизонтальной самолет. Через петлю опускают стержневой магнит. Если ось магнита остается горизонтальной при падении, опишите ЭДС, индуцируемую в контуре. Как изменится ситуация, если ось магнита останется вертикальной? как падает?
Когда стержневой магнит падает горизонтально — ну, он падает
вертикально, но он лежит в горизонтальном положении — во всяком случае, когда он
падает, как показано здесь, поток через горизонтальную катушку будет небольшим.
Поток мал, потому что магнитное поле почти параллельно
катушка и направление магнитного поля таково, что если учесть
компонентов, перпендикулярных катушке, примерно столько же положительного
поток как отрицательный поток. Таким образом, если поток мал, изменение потока будет
тоже быть маленьким.
Однако при падении магнита, как показано здесь, с его ось вертикальна, поток через катушку намного больше, поэтому изменение потока также будет больше.
Q9 Уилл опускает магнит в длинную медную трубку создать ток в трубке?
Да, это интересная и полезная демонстрация.
Q12 Что происходит, когда скорость, с которой катушка генератора вращается увеличивается?
Увеличение скорости увеличивает скорость, с которой поток изменяется так, что увеличивается ЭДС или напряжение!
Q14 Когда переключатель на рис.
31.25а замкнут,
в катушке установлен ток, а металлическое кольцо пружинит вверх, как показано на рисунке.
31.25б. Почему?
Изменение тока в катушке вызывает изменение магнитного поле в железном ядре. Это изменяющееся магнитное поле вызывает индуцированное напряжение и ток в металлическом кольце. По закону Ленца это наведенное напряжение или ток создаст магнитное поле в направлении, противоположном магнитное поле в железном сердечнике. Эти два поля отталкивают друг друга!
Q15 Предположим, что батарея на рис. 31.25а заменена. источником переменного тока, а переключатель удерживается замкнутым. Если удерживать, металл кольцо в верхней части соленоида становится горячим. Почему ?
В приведенном выше объяснении просто говорится «изменяющийся ток».
и «изменяющееся магнитное поле».
Они могут измениться, потому что они
идут от нуля до некоторого значения, или они могут меняться, потому что они
являются частью цепи переменного тока (ac). Результат именно
одинаковый.
Если продолжать удерживать кольцо в чередующемся (сменном) магнитное поле, в нем будет продолжаться ток. Токи производят нагревать!
31,1 Прямоугольная катушка с 50 витками размером 5,0 см x 10,0 cm сбрасывается с позиции, где B = 0, на новую позицию, где B = 0,50 Тл и направлен перпендикулярно плоскости катушки. Рассчитать результирующая средняя ЭДС, индуцируемая в катушке, если происходит смещение через 0,25 с.
= — N d/dt = — Н/т
= ф — и
и = 0
е = [0,5 Тл] [(0,05 м)(0,10 м)] = 0,0025 Тл-м 2
= ф — и = 0,0025 Т-м 2
= — N d/dt = — Н/т = — (50)(0,0025/0,25) В
= — 0,50 В
31,3 Мощный электромагнит имеет поле 1,6 Тл и поперечное сечение
площадь 0,20 м 2 .
Если мы поместим катушку с 200 витками и
общее сопротивление 20 Ом вокруг электромагнита, а затем включите
отключение питания электромагнита за 20 мс (0,020 с), какой ток
наводится в катушке?
= — N d/dt = — Н/т
= ф — и
ф = 0
я = [1,6 Тл] [0,20 м 2 ] = 0,32 Тл-м 2
= ф — и = — 0,32 Т-м 2
= — N d/dt = — Н/т = (200)(0,32/0,020) В
= 3200 В
31,6 Плотно намотанная круглая катушка имеет 50 витков радиусом 0,10 м. Однородное магнитное поле включено вдоль направления, перпендикулярного к плоскости катушек. Если поле линейно возрастает от 0 Тл до 0,6 Тл за 0,20 с, какая ЭДС наводится в катушке?
А = г 2
А = (0,10 м) 2 = 0,0314 м 2
= A B
с
cos = cos 0 = 1
i = 0
е = (0,0314 м 2 )(0,6 Т) = 0,01885 Т-м 2
= ф — и = — 0,01885 Т-м 2
= — N d/dt = — Н/т = (50)(0,01885/0,020) В
= 47 В
31,7 Круглая катушка из 30 витков радиусом 4 см и сопротивлением 1
Ом помещен в магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости
катушки.
Величина магнитного поля изменяется во времени в зависимости от
к выражению B = 0,010 t + 0,040 t 2 , где t в секундах
и B находится в тесла. Рассчитать ЭДС индукции в катушке при t = 5,0
с.
В = 0,010 т + 0,040 т 2
дБ/dt = 0,010 + (0,040)(2 t)
При t = 5,0 с
дБ/dt] (5,0 с) = 0,010 + (0,040)(90 x 158)(2 х 158)(2 х 158)(2 х 158)(2 х 158)
дБ/dt] (5,0 с) = 0,010 + (0,040)(10)
дБ/dt] (5,0 с) = 0,010 + 0,40 = 0,41
A = г 2
А = (0,04 м) 2 = 0,005 м 2
= AB
, так как cos = cos 0 = 1
= — N d/dt = — N d(AB)/dt = — NA дБ/dt
= — (30)(0,005)(0,41) V = 0,062 V
Хотя это все, что требует учебник, поскольку мы также
зная сопротивление катушки, мы могли бы также увеличить его всего на
бит и запросить ток , индуцируемый в катушке.
V = IR
I = V/R
I = 0,062 V / 1
I = 0,062 A
31,17 Боинг 747 с размахом крыла 60,0 м летит горизонтально со скоростью 300 м/с над Финиксом, где направление магнитного поля Земли составляет 58 o ниже горизонтали. Если магнитуда магнитного поля 50,0 Тл (микроТесла), какое напряжение возникает между законцовками крыла?
Летит самолет Boeing 747 с размахом крыла 60,0 м горизонтально со скоростью 300 м/с над Финиксом, где направление магнитного поля Земли находится на 58 o ниже горизонтали. Если величина магнитного поля 50,0 Тл (микроТесла), какое напряжение возникает между законцовками крыла?
Для случая v , перпендикулярного B , мы найдено
= — B l v
Но именно компонент B является перпендикулярным на v (или наоборот!), что важно, поэтому более общий форма этого уравнения действительно
= — B l v sin
где угол между B и v
= — Б л v грех
= — B l v sin 58 o
= — (50 x 10 — 6 )(60)(300)(0,790) В
= — 0,711 В
31,20 На рисунке P31.
20 стержневой магнит перемещается к петле.
Является ли V a — V b положительным, отрицательным или нулем?
С чем нам работать? Закон Ленца говорит нам, что индуцированный ток попытается вернуть поток к тому, что он было до изменения («статус-кво анте»).
Первоначально, когда магнит находился далеко, поток через петля нулевая.
По мере продвижения магнита в катушку магнитный поток увеличивается. Какое направление имеет магнитное поле?
Магнитное поле направлено от северного полюса N к внешний столб S . На этом этапе может быть немного легче перерисовать магнитное поле как единый вектор.
Теперь мы изменились с нет потока есть поток
из-за магнитного поля, указывающего « назад » на экран.
Согласно закону Ленца , индуцированное магнитное поле будет противодействовать
это изменение.
«Индуцированное магнитное поле» является магнитным поле, вызванное наведенным током .
Следовательно, индуцированный ток в контуре должен быть по часовой стрелке , как мы смотрим на это. Это означает, что ток в остальная часть схемы должна быть такой, как показано стрелками на рисунке выше.
Все это означает, что через резистор протекает ток Р от а до б . Для этого напряжение на а должно быть выше чем напряжение в точке b.
V a > V b
OpenStax College Physics Solution, глава 23, задача 8 (задачи и упражнения)
Chapter 23 question:
1PE2PE3PE4PE5PE6PE7PE8PE9PE10PE11PE12PE13PE14PE15PE16PE17PE18PE19PE20PE21PE22PE23PE24PE25PE26PE27PE28PE29PE30PE31PE32PE33PE34PE35PE36PE37PE38PE39PE40PE41PE42PE43PE44PE45PE46PE47PE48PE49PE50PE51PE52PE54PE55PE56PE57PE58PE59PE60PE61PE62PE63PE64PE65PE66PE67PE68PE69PE70PE71PE72PE73PE74PE75PE76PE77PE78PE79PE80PE81PE82PE83PE84PE85PE86PE87PE88PE89PE90PE92PE93PE94PE95PE96PE97PE98PE99PE100PE101PE102PE103PE104PE105PE106PE
Изменить главу Расширенный поиск 92$ .
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?
Вопрос от OpenStax находится под лицензией СС BY 4.0.
Окончательный ответ
ЭДС индукции составляет 188 В по часовой стрелке сверху.
Видеорешение
Зарегистрируйтесь для просмотра видеорешения!
Начать бесплатную неделю
Trustpilot
Рейтинг
ПлохоНе так уж плохоСреднеХорошоОчень хорошо
0 голосов со средним рейтингом .
Скриншоты калькулятора
Стенограмма видео
Это ответы из колледжа по физике с Шоном Дычко. Круглая катушка лежит в плоскости страницы — я нарисовал ее здесь черным цветом — и имеет площадь 0,250 квадратных метра, и ее нужно растянуть, так что этот конец будет вытягиваться, а этот конец будет вытягиваться. и так, чтобы эти стороны совпадали до тех пор, пока у него не останется площади, потому что это будет просто прямая линия, и это произойдет за 0,100 секунды.
Дело в наличии магнитного поля, которое прям в паж 1,50 тесла и в этой катушке 50 витков провода так что вопрос в чем ЭДС будет индуцироваться в катушке? Потому что поток через катушку будет изменяться в результате уменьшения площади, и поэтому будет индуцированный ток, который создаст магнитное поле, которое попытается противодействовать изменению, и поэтому… вы знаете, вопрос не в этом. явно спрашивая об этом, но направление индуцируемого магнитного поля будет направлено на страницу, чтобы заменить поток, который будет унесен по мере уменьшения площади. Хорошо! Таким образом, ЭДС — это количество контуров, умноженное на скорость изменения потока, то есть на изменение потока, деленное на количество времени, которое требуется для того, чтобы это изменение произошло. Поток — это напряженность магнитного поля, умноженная на площадь контура, умноженная на 9.0483 косинус угла между перпендикуляром к контуру и магнитным полем. Таким образом, перпендикуляр к петле проходит прямо на странице и выходит из нее, и поэтому он параллелен магнитному полю, другими словами, и поэтому угол между ними равен нулю, поэтому у нас будет косинуса нуля, что равно 1; это ориентация, при которой у вас максимальный поток.
Хорошо! Итак, мы вставляем это здесь, и это изменение потока, потому что оно начинается… это начальный поток, а затем конечный поток равен нулю, и поэтому изменение представляет собой весь этот начальный поток. Знак минус просто напоминает нам, что направление противоположно изменению потока, но в данном вопросе это не важно. Итак, ЭДС , затем 50 витков, умноженных на 1,50 тесла, умноженных на 0,250 квадратных метров — исходная площадь — умноженная на , потому что из 0 делят на 0,100 секунды, и это 187,5 вольт. Таким образом, индуцированная ЭДС составляет 188 вольт, другими словами. Ну, на самом деле он запрашивает направление ЭДС (извините за это), поэтому все, что я говорил о направлении индуцированного магнитного поля, важно. Так что да, магнитное поле, индуцированное на странице, заменит поток, который будет унесен, и для этого у нее должен быть ток, идущий в этом направлении. Это будет… мы можем понять это, схватив петлю, давайте возьмемся за нижнюю часть петли, скажем, правой рукой и укажем пальцами на страницу, а большой палец будет указывать в направлении тока, и так будет идти по часовой стрелке, если смотреть сверху.
