40) Явление электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции заключается в 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.
Особенности явления:
чем быстрее изменится число линий магнитной индукции, тем больше возникающий ток;
независимость явления возникновения индукционного тока от причины изменения числа линий магнитной индукции.
Практическое значение явления:
Фарадей первым сконструировал несовершенную модель генератора электрического тока, превращающего механическую энергию вращения в ток, состоящую из медного диска, вращающегося между полюсами сильного магнита.
М. Фарадей (1791-1867) открыл явление электромагнитной индукции. Для раскрытия сущности этого явления введем понятие потока вектора магнитной индукции через поверхность площадью дельта S. Эта величина равна произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь AS и косинус угла а между векторами В и n (нормалью к поверхности):
Произведение В • cos а = Вn представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к элементу площади. Поэтому дельта Ф = Вп • AS. Поток может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от угла а.
Если магнитное поле однородное, то поток через плоскую поверхность площадью S равен:
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром. Этот ток получил название индукционного тока, а само явление возникновения тока в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром, назвали явлением электромагнитной индукции.
Направление индукционного тока определяется правилом (законом) Э. X. Ленца (1804-1865), которое утверждает: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое порождает данный ток.
Дж. Максвеллом было высказано следующее фундаментальное свойство магнитного поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Это электрическое поле имеет совсем другую структуру, чем электростатическое. Линии напряженности возникшего электрического поля представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля. Такое поле называют
Работа вихревого электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.
Если проводник длиной l перемещать в магнитном поле с индукцией В, направленной перпендикулярно скорости перемещения, то магнитная сила Лоренца разделяет электрические заряды проводника и между его концами возникает ЭДС индукции, равная ei = lvE.
Возникновение изменяющегося магнитного поля создает ЭДС индукции в том контуре, по которому течет ток, создающий это изменяющееся поле. Такое явление назвали самоиндукцией.
Магнитный поток, проходящий через контур, прямо пропорционален силе тока в контуре:
Физическая величина, равная отношению магнитного потока, проходящего через контур, к силе тока в контуре, называется
ЭДС, возникающая в контуре, при изменении силы тока, протекающего по контуру, называется ЭДС самоиндукции.
По закону электромагнитной индукции ЭДС самоиндукции равна
За единицу индуктивности в СИ принимается 1 генри (1 Гн), это индуктивность такого контура, в котором при равномерном изменении силы тока в цепи со скоростью 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 В:
Медицинская физика — Электромагнитная индукция.
Энергия магнитного поля « Предыдущий вопросСвойства магнетиков и магнитные свойства тканей человекаМолекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля магнитные моменты. При отсутствии магнитного по
txt fb2 ePub html
на телефон придет ссылка на файл выбранного формата
Что этоШпаргалки на телефон — незаменимая вещь при сдаче экзаменов, подготовке к контрольным работам и т.д. Благодаря нашему сервису вы получаете возможность скачать на телефон шпаргалки по медицинской физике. Все шпаргалки представлены в популярных форматах fb2, txt, ePub , html, а также существует версия java шпаргалки в виде удобного приложения для мобильного телефона, которые можно скачать за символическую плату.
Сообщество
Не нашли что искали?
Если вам нужен индивидуальный подбор или работа на заказа — воспользуйтесь этой формой.
Ткани организма проводят не только постоянный, но и пе ременный ток. В организме нет таких сис
Суть электромагнитной индукции – переменное магнитное поле порождает электрическое поле (открыто М. Фарадеем в 1831 г.). Основной закон электромагнитной индукции При всяком изменении магнитного потока в нем возникают электродвижущие силы электромагнитной индукции.
где e – электродвижущие силы;
dt – промежуток времени;
dФ – изменение магнитного потока. Это основной закон электромагнитной индукции, или закон Фарадея.
При изменении магнитного потока, пронизывающего контур (изменении магнитного поля со временем, приближении или удалении магнита, изменении силы тока в соседнем или дальнем контуре и т.
Отсюда следует, что заряд, протекающий в проводнике вследствие электромагнитной индукции, зависит от изменения магнитного потока, пронизывающе40б го контур, и его сопротивления. Эту зависимость используют для измерения магнитного потока приборами, регистрирующими электрический заряд, индуцируемый в контуре.
Одним из проявлений электромагнитной индукции является возникновение замкнутых индукционных токов (вихревых токов, или токов Фуко) в сплошных проводящих телах, таких как металлические детали, растворы электролитов, биологические органы и т. п. Вихревые токи образуются при перемещении проводящего тела в магнитном поле, при изменении со временем индукции поля, а также при совокупном действии обоих факторов. Интенсивность вихревых токов зависит от электрического сопротивления тела и, следовательно, от удельного сопротивления и размеров, а также от скорости изменения магнитного по-тока.
Электромагнитными колебаниями называют периодические взаимосвязанные изменения зарядов, токов, напряженностей электрического и магнитного полей. Распространение электромагнитных колебаний в пространстве происходит в виде электромагнитных волн. Среди различных физических явлений электромагнитные колебания и волны занимают особое место.
Переменный ток – любой ток, изменяющийся со временем. Однако чаще термин «переменный ток» применяют к квазистационарным токам, зависящим от времени по гармоническому закону.
Что такое электромагнитная индукция? | Superprof
Наука об электромагнетизме является одной из самых важных областей, о которых мы знаем. Для практических применений в промышленности и для наших знаний о физической структуре Вселенной электромагнетизм занимает центральное место.
Возможно, вы никогда бы не догадались, что без электромагнетизма мы не смогли бы транспортировать или производить электричество. Этого просто не произойдет. Мы не смогли бы получить огромное количество электроэнергии нужен по всей стране и в каждый наш дом. Думайте об этом, когда включаете свет, кипятите чайник или смотрите телевизор.
Между тем, между прочим, электромагнетизм — это любопытное переплетение электричества и магнетизма — образует связи вселенной. Вот почему мы не можем на самом деле сказать, что кто-то «изобрел» электромагнетизм: его скорее открыли, а затем вычислили как силу, удерживающую вместе различные части атома . Она отвечает за химические соединения, а также является силой, производящей свет.
Таким образом, электромагнетизм повсюду. Но здесь мы рассмотрим особое явление, известное как электромагнитная индукция — производство электродвижущей силы в присутствии изменяющегося магнитного поля.
Знаете ли вы, что здесь можно узнать об онлайн-уроках физики?
Не беспокойтесь, если что-то неясно, потому что мы повторим всю науку, которую вам нужно знать, чтобы понять этот действительно удивительный процесс.
Найдите здесь репетитора по физике и математике s1.
Лучшие репетиторы по физике
Поехали
Что такое электромагнетизм?
Начнем с электромагнетизма. Что это было снова?
Начнем с магнетизма
Ну, мы знаем, что такое магнетизм, верно? Некоторые материалы являются магнитными, то есть они обладают магнитной силой, а другие нет. В тех магнитных материалах — а мы называем те, которые остаются магнитными даже за пределами внешнего магнитного поля постоянные магниты или ферромагнитные материалы – все неспаренные электроны выровнены, что означает, что они действуют в определенном направлении.
В немагнитных материалах этого не происходит — либо все электроны составляют спаренных , либо полностью случайны.
Эти ферромагнитные материалы, такие как железо или никель, являются магнитными либо случайным образом, либо потому, что они находились в контакте с магнитным полем . И хотя эти штуки круты сами по себе, они не годятся в качестве электромагнитов — которые можно включать и выключать и , которые намного мощнее.
А мощные магниты способны на многое.
А электромагнетизм?
Электромагнит, тем временем, представляет собой магнит, питаемый электрическим током.
Электричество само по себе обладает магнитной силой. А пока это присутствует даже в простом медном проводе — и, как мы сказали, во всех мельчайшие измерения электрического заряда каждого атома и химической связи — ученые нашли способы сделать эту силу намного сильнее.
Обычно в электромагнитах используются витки проволоки, каждая из которых намотана на кусок металла, обычно железа. Эта конкретная штука называется соленоидом. Когда по этому проводу протекает электрический ток, создаваемое магнитное поле сосредоточено на магнитном сердечнике , куске металла в центре соленоида. Эти электромагниты очень сильные — и, как только вы отключите электричество, соленоид перестанет намагничиваться.
Итак, да, на самом деле электромагнит — это просто очень сильный магнит. Однако именно эта комбинация электричества и магнетизма невероятно полезна. И одно из его важнейших применений заключается в электромагнитной индукции – производстве электродвижущей силы (ЭДС или индуцированного напряжения) посредством движения магнитного поля.
Эти магниты производят электричество. Вы понимаете, почему они могут быть полезны сейчас?
Ознакомьтесь с нашим руководством по магнетизму и электромагнетизму!
Схема магнитного поляКраткая история электромагнитной индукции.
Чтобы лучше объяснить процесс и важность электромагнитной индукции, давайте кратко проследим ее историю. Давайте вернемся к самым первым экспериментам, которые выявили это — еще в 1830-х годах.
К этому моменту у нас уже был подковообразный электромагнит , благодаря изобретению Уильяма Стерджена, и мы уже знали, что электрические токи обладают собственной магнитной силой благодаря открытиям Ампера и Эрстеда.
Однако именно человек по имени Майкл Фарадей открыл принципы электромагнитной индукции, проведя небольшой эксперимент, опубликованный в 1831 году.
Майкл Фарадей.
Майкл Фарадей на самом деле стал одним из самых влиятельных ученых в истории — например, его работа по магнетизму показала, как эта сила может влиять на лучи света. Тем не менее, его самым влиятельным экспериментом был тот, который открыл электромагнитную индукцию.
Фарадей взял железное кольцо и с помощью двух разных кусков проволоки намотал катушки на его противоположные стороны. Пропустив электрический ток через один из отрезков провода, он ожидал увидеть какой-то электрический заряд или воздействие на второй отрезок провода.
Поэтому он соединил этот второй кусок провода с гальванометром, прибором, измеряющим электрические заряды. И, о чудо, когда он включал и выключал батарею на первом проводе, гальванометр показывал электрический заряд. Это, как предположил Фарадей, произошло из-за магнитный поток, прошедший через центр кольца .
Чтобы уточнить это, было только электрический ток, произведенный, когда магнитное поле изменилось . Так вот, только в моменты, когда он включал батарею и когда выключал батарею, он видел изменение на гальванометре. В остальное время гальванометр ничего не показывал.
Вот почему в другом из его экспериментов он вставлял и вынимал стержневой магнит из катушки с проволокой. Здесь тот же электрический заряд был виден на гальванометре при движении.
Закон Фарадея и уравнения Максвелла.
Пока Фарадей выполнял практическую работу, его результаты не были встречены с большим энтузиазмом, поскольку он не представил свои выводы в математических терминах.
Джеймс Клерк Максвелл тридцать лет спустя описал то, что математически показал Фарадей. Уравнения Максвелла стали названием этих законов, описывающих то, что происходит в электромагнитной индукции.
Как работает электромагнитная индукция?
Итак, что именно открыл Фарадей? Проще говоря, важность этого открытия заключалась в том, что изменения в магнитных полях могут индуцировать электрические токи.
Как известно, электрические токи имеют магнитное поле. Это и есть соленоиды. Но, как и Фарадей, если вы взаимодействуете с этим магнитным полем с другим магнитом, потенциал или напряжение электрического тока изменяется .
Если бы вы поместили такой магнит в катушку и извлекли бы ее из катушки, вы бы почувствовали значительное сопротивление. Но при этом сопротивлении создается ток. Ускорьте движение магнита, и индукционный ток увеличится; усилить магнитное поле, и произойдет то же самое.
Таким образом, магниты можно использовать для превращения кинетической энергии в электрическую – так как при движении магнита течет ток. Именно так работают такие вещи, как генераторы: они вырабатывают электричество за счет движения магнита в магнитном поле.
Может быть, теперь вы понимаете, почему это было такое невероятно важное открытие.
Электромагниты создают сильное магнитное поле.Как мы используем электромагнитную индукцию?
Чтобы прояснить это явление, давайте рассмотрим одну из основных технологий, в которой оно применяется. Это электрический генератор, инструмент, который действительно невероятно распространен. От электростанций, на которых топливо сжигается, скажем, для создания магнитного поля, до автомобилей и крохотных двигателей во всевозможном оборудовании, эти штуки повсюду.
Электрические генераторы.
Электрические генераторы работают, создавая магнитное поле, в котором движутся другие намагниченные катушки.
В автомобилях, например, используется генератор переменного тока или генератор переменного тока, чтобы аккумулятор оставался заряженным. При переменном токе, индукционный ток движется в переменных направлениях — отсюда и название.
Представьте себе магнитное поле в замкнутом пространстве. В центре этого пространства находится вращающаяся катушка провода, по которой проходит ток. Как вы можете себе представить, будет взаимодействие и сопротивление между катушкой провода (со своим собственным магнитным полем) и общим магнитным полем в генераторе.
Когда одна сторона вращающейся катушки движется вверх, индуцируется положительный ток. Когда он движется обратно вниз, происходит обратное. Следовательно, вы получаете ток, который постоянно меняется.
В генераторе постоянного тока (постоянного тока) есть механизм, благодаря которому движения в магнитном поле меняются на противоположные, поэтому чередования нет.
Зачем использовать переменный ток?
Переменный ток гораздо чаще встречается в массивных электрических приспособлениях. Это потому, что гораздо легче транспортировать, чем DC : вы можете повысить напряжение при небольшом токе.
Но, учитывая это высокое напряжение, вам нужны трансформаторы, чтобы этот ток можно было использовать. А узнать все о трансформерах можно в нашей статье здесь.
Найдите репетитора по физике здесь, на сайте Superprof.
переменного/постоянного тока? Не совсем то, о чем мы здесь говорим, нет.Электромагнитный индукционный нагрев — ScienceAid
Под редакцией StephWrites, Sharingknowledge, Jen Moreau
7 Детали:Индукционный нагрев
Кто это открыл?
Как это работает?
Вихревые токи
Применение
Ссылка на эту статью
Комментарии
Содержание
- 1 Индукционный нагрев
- 2 Кто это открыл?
- 3 Как это работает?
- 4 Вихревые токи
- 5 приложений
- 6 Ссылка на эту статью
- 7 комментариев
Индукционный нагрев
Мы можем подумать, что единственный способ нагреть объект — установить источник тепла непосредственно на целевой объект. Однако есть другой способ нагреть объект, даже не касаясь его. Индукционный нагрев используется для соединения, упрочнения или размягчения металлических деталей или других проводящих материалов. Он работает, потому что представляет собой сочетание скорости, надежности и контроля для многих существующих промышленных процессов.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
В традиционных процедурах открытое пламя непосредственно нагревает металлическую деталь. Напротив, при индукционном нагреве за счет циркулирующих электрических токов тепло наводится на объект. Этот метод основан на свойствах радиочастотной (РЧ) энергии. В электромагнитном спектре эта частота течет под инфракрасной и микроволновой энергией. Металлическая часть никогда не контактирует с пламенем, так как тепло передается объекту посредством электромагнитных волн. Таким образом, индуктор не нагревается, а объект не загрязняется. При правильной настройке процесс можно легко повторить и контролировать.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
В результате объекты могут очень быстро нагреваться. В то же время отсутствует внешний контакт, а это является ключевым моментом, когда загрязнение является проблемой.
Кто это открыл?
В 1820 году было сделано огромное открытие. Когда нестабильный электрический ток течет по проводу, вокруг него создается невидимое магнитное поле. Первоначально это наблюдение сделал Ганс Кристиан Эрстед, ученый из Дании. Год спустя французский физик Андре-Мари Ампер обнаружил, что два провода, по которым колеблются электрические токи, расположенные близко друг к другу, будут притягиваться или отталкиваться друг от друга, потому что создаваемые ими магнитные поля создают силу между ними.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
В 1831 году Майкл Фарадей определил основной принцип индукционного нагрева. Его работа включала использование переключаемого источника постоянного тока с батареей и двумя обмотками медного провода, которые он намотал на железный сердечник. Он заметил, что при замыкании ключа во вторичной обмотке протекал временный ток. В тот момент ее можно было измерить гальванометром. Если цепь оставалась под напряжением, то ток переставал течь. После размыкания ключа во вторичной обмотке снова протекал ток, но в обратном направлении. Наконец, Фарадей пришел к выводу, что, поскольку между двумя обмотками не было физического контакта, он вызывался первой катушкой и что создаваемый ток был прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Как это работает?
Осциллирующее магнитное поле создается, когда переменный электрический ток используется в первичной обмотке трансформатора. В соответствии с принципом Фарадея, если вторичную обмотку трансформатора поместить внутрь магнитного поля, будет создаваться электрический ток.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Давайте посмотрим на примере твердотельной радиочастоты. Источник питания передает переменный ток через индуктор, который часто представляет собой медную катушку, затем нагреваемая металлическая часть помещается внутрь индуктора. Индуктор действует как первичная обмотка трансформатора, а нагреваемая металлическая часть создает короткое замыкание на вторичной обмотке. Всякий раз, когда объект помещается в индуктор и попадает в магнитное поле, внутри объекта возникают циркулирующие вихревые токи. Эти вихревые токи движутся в направлении, противоположном электрическому сопротивлению металла, создавая точное и локализованное тепло без прямого контакта между объектом и индуктором. Когда нагрев происходит внутри магнитных и немагнитных частей, его часто называют «эффектом Джоуля». Эта формула устанавливает связь с теплом, создаваемым электрическим током, распространяющимся по проводнику.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Из-за гистерезиса внутри магнитных деталей выделяется дополнительное тепло. Гистерезис относится к внутреннему трению, которое возникает, когда магнитные части проходят через индуктор. Магнитные материалы оказывают электрическое сопротивление быстро меняющимся магнитным полям внутри индуктора. Это сопротивление создает внутреннее трение, которое последовательно генерирует тепло. Поэтому нет контакта между индуктором и металлической частью во время процедуры нагрева материала, а также нет продуктов сгорания. Нагреваемый материал можно расположить отдельно от источника питания; погруженные в жидкость, покрытые изолированными веществами, в газовой атмосфере или еще в вакууме.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Вихревые токи
Вихревой ток представляет собой систему закрученных токов в проводнике в ответ на изменение магнитного поля. Ток закручивается таким образом, что создает магнитное поле, противодействующее изменению. Электроны закручиваются в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, чтобы сделать это в проводнике.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Вихревые токи вызывают потерю энергии из-за их противодействующей природы. Чтобы быть более точным, вихревые токи преобразуют более полезные формы энергии, такие как кинетическая энергия, в тепло, что обычно менее удобно. Хотя во многих приложениях потеря ценной энергии нежелательна, ее можно использовать на практике. Возьмем, к примеру, тормоза поезда. При торможении металлические колеса взаимодействуют с магнитным полем электромагнита, создавая в колесах вихревые токи. Это взаимодействие между используемым полем и вихревыми токами приводит к замедлению колес. Чем быстрее вращаются колеса, тем сильнее результат. Это означает, что по мере замедления поезда тормозная сила уменьшается, создавая плавное останавливающее движение.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Приложения
- Электромагнитная индукция используется во многих промышленных процессах, таких как термическая обработка в металлургии, разработка кристаллов Чохральского и зонная очистка, применяемая в полупроводниковой промышленности, а также для плавления тугоплавких металлов, которые требуют очень высоких температур. Он также используется в так называемой «индукционной кулинарии», что в основном означает индукционные варочные панели для нагрева контейнеров с едой.
- С 1920-х годов основные принципы индукционного нагрева стали применяться в промышленности. Во время Второй мировой войны эта технология использовалась для упрочнения металлических деталей двигателя.
- В последнее время упор на системы бережливого производства и важность лучшего контроля качества привели к возрождению индукционных технологий наряду с распространением точно контролируемых источников питания.
- Индукционный нагрев позволяет целенаправленно нагревать связанный элемент для применений, связанных с поверхностной закалкой, плавлением, пайкой и нагревом. Железо и его соединения лучше всего реагируют на индукционный нагрев из-за своих ферромагнитных характеристик. Однако вихревые токи могут возникать в любом проводнике, а магнитный гистерезис может возникать в любом магнитном материале.
- Используется для нагрева жидких и газообразных проводников.
- Он часто используется для нагрева графитовых тиглей и широко применяется в полупроводниковой промышленности для нагрева кремния и других полупроводников.
- Другие области применения включают индукционные печи, сварку, варку, пайку, герметизацию, нагрев до подгонки, термообработку и обработку пластмасс. * Индукционная печь использует индукцию для нагрева металла до точки плавления. После расплавления можно применить высокочастотное магнитное поле для смешивания горячего металла. Это подходит для обеспечения того, чтобы легирующие добавки полностью смешались с расплавом. Плавящиеся металлы включают железо и сталь, медь, алюминий и драгоценные металлы.
- В пищевой и фармацевтической промышленности индукционный нагрев используется для запечатывания крышек контейнеров. Слой алюминиевой фольги накладывается на отверстие банки и нагревается индукционным способом, чтобы сплавить его с контейнером. Это обеспечивает защиту от несанкционированного доступа, так как перемещение содержимого требует разрыва фольги.
- В машинах для литья пластмасс под давлением также используется индукционный нагрев. Индукционный нагрев повышает энергоэффективность процедур впрыска и экструзии. Тепло создается непосредственно в корпусе машины, что сокращает время прогрева и потребление энергии.
Наконец, производительность системы индукционного нагрева для конкретного применения зависит от некоторых факторов: свойств самой детали, конструкции индуктора, мощности источника питания и степени изменения температуры, необходимой для применения. . Итак, теперь вы знаете, что нагрев выходит за рамки прямого контакта и насколько чистым и полезным может быть индукционный нагрев.
Было ли это полезно? Да | Нет| Мне нужна помощь
Ссылка на эту статью
Если вам нужно сослаться на эту статью в своей работе, вы можете скопировать и вставить следующее в зависимости от требуемого формата:
АПА (Американская психологическая ассоциация)
Электромагнитное индукционное тепло. (2017). В ScienceAid . Получено 9 июня 2023 г. с https://scienceaid.net/Electromagnetic_Induction_Heat
MLA (Ассоциация современного языка) .