Содержание

Закон електромагнітної індукції презентація

Закон електромагнітної індукції презентація

Скачать закон електромагнітної індукції презентація djvu

21-10-2021

В презентации рассматриваются следующие вопросы:явление электромагнитной индукции;отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных;магнитный пот.  Презентация. Электромагнитная индукция. В презентации рассматриваются следующие вопросы: •явление электромагнитной индукции; •отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных; •магнитный поток; •направление индукционного тока; •правило Ленца; •закон электромагнитной индукции; •вихревое электрическое поле; •ЭДС индукции в движущихся проводниках; •применение явления электромагнитной индукции. Просмотр содержимого документа «Презентация. Электромагнитная индукция». В презентации подробно описывается природа этого явления, рассматривается характеристика вихревого электрического поля. Учащиеся узнают, в чем отличие вихревого электрического поля от потенциального. Подробно описывается закон электромагнитной индукции и способы получения индукционного тока. Слушатели познакомятся с правилом Ленца и простейшими ситуациями его применения. Кроме этого в данной работе объясняется взаимодействие магнита и индукционного тока.

Презентацию на тему «Закон электромагнитной индукции» можно скачать абсолютно бесплатно на нашем сайте. Предмет проекта: Физика. Красочные слайды и иллюстрации помогут вам заинтересовать своих одноклассников или аудиторию. Для просмотра содержимого воспользуйтесь плеером, или если вы хотите скачать доклад — нажмите на соответствующий текст под плеером. Презентация содержит 16 слайд(ов). Скачать презентацию ( Мб) Смотреть похожие презентации Конспекты для презентации. Слайды презентации. Слайд 1. ЭДС индукции. явление электромагнитной индукции. Слайд 2. По желанию — презентация «Применение вихревого электрического поля (токи Фуко)». Пользовательское соглашение. [email protected] X. Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте её своим друзьям в любой соц. сети. После этого кнопка ЗАГРУЗКИ станет активной! Кнопки рекомендации: загрузить презентацию.

Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. Куда направлен индукционный ток? Правило Ленца. Направление индукционного тока определяется следующим образом: установить направление внешнего магнитного поля В. определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля. Презентация — Закон электромагнитной индукции. Нажмите для просмотра. На весь экран. Похожие презентации. Лабораторная работа «Изучение явления электромагнитной индукции» Электромагнитная индукция.  Почему сформулировали закон электромагнитной индукции не для силы тока, а для ЭДС? Записать закон электромагнитной индукции. В законе электромагнитной индукции стоит знак «минус». Почему? Решение задач 1.За 5 мс в соленоиде, содержащем витков провода, магнитный поток равномерно убывает с 7 мВб до 3 мВб.

Презентацию на заданную тему можно скачать внизу страницы, поделившись ссылкой в социальных сетях! Главная. Физика. Презентация по физике 11 класс Закон электромагнитной индукции. Слайды и текст этой презентации. Слайд 1. Текст слайда: Закон электромагнитной индукции. Слайд 2. Текст слайда: Цель: познакомиться с явлением электромагнитной индукции; показать значение этого явления для физики и техники; ввести понятие вихревого электрического поля; научиться определять направление индукционного тока. Слайд 3. Текст слайда: 1. История открытия явления ЭМИ. 2. Опыты Фарадея. 3. Магнитный поток. Дополнительная образовательная программа «Подготовительный курс для абитуриентов колледжа» Тема «Явление электромагнитной индукции». Автор Електромагнітної А.Б. Повторение. Магнитный поток. Магнитное поле в каждой точке пространства полностью характеризуется вектором магнитной индукции. Магнитный поток. Магнитный поток. Магнитным потоком через плоскую поверхность понимают скалярную физическую величину, численно равную произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией. Ф=BScosα. В – модуль вект.

Закон електромагнітної індукції — презентація з фізики на порталі GDZ4YOU — з нами вчитись дійсно легко, відчуй це!  Напрямок індукційного струму ЕРС індукції в замкнутому контурі створює індукційний струм такого напрямку, що він своїм магнітним полем компенсує зміну зовнішнього магнітного поля. Слайд #7. ЕРС індукції. Закон електромагнітної індукції Середнє значення ЕРС індукції в провідному контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур. Завантажити презентацію. ×. Скарга на матеріал.

сайт интересующую Вас тему. індукції презентація електромагнітної закон есть,спс Извините, ничем

Явище електромагнітної індукції використовується у: Трансформаторах – пристроях для перетворення параметрів напруги і сили струму. Лічильниках електричної енергії — електричних вимірювальних приладах, що застосовують для обліку спожитої електричної енергії. Мікрофонах – приладах, що перетворюють звукові коливання на коливання сили електричного струму. Перетворює механічну енергію коливань повітря наелектричну енергію.  Трансформаторах – пристроях для перетворення параметрів напруги і сили струму. Лічильниках електричної енергії – електричних вимірювальних приладах, що застосовують для обліку спожитої електричної енергії. Презентация на тему Електромагнітна індукція, предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 33 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций biosonuyut.ru в закладки! Главная. Физика. Електромагнітна індукція. Слайды и текст этой презентации. Слайд 1. Текст слайда: ЛЕКЦІЯ   Електромагнітна індукція – це явище виникнення електричного струму у замкненому контурі при зміні потоку магнітної індукції, що охоплюється цим контуром. Слайд 8. Текст слайда.

Закон електромагнітної індукції описує явище електромагнітної індукції в узагальненій формі. У ньому підкреслюється, що в разі електромагнітної індукції з’являється ЕРС, яка і є причиною виникнення електричного струму в замкнутих провідниках при зміні магнітного потоку. Найцікавіше, що зв’язок між цими двома явищами виявився надзвичайно простим. Це стало можливим завдяки введенню такого узагальненого поняття, як магнітний потік. Явище електромагнітної індукції підпорядковане закону електромагнітної індукції Закон електромагнітної індукції формулюється так: електрорушійна сила індукці. По желанию — презентация «Применение вихревого электрического поля (токи Фуко)». Пользовательское соглашение. [email protected] X. Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте её своим друзьям в любой соц. сети. После этого кнопка ЗАГРУЗКИ станет активной! Кнопки рекомендации: загрузить презентацию.

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация по физике на тему «Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.» (10 класс). Презентация по физике на тему «Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.» (10 класс).  Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Подготовил – учитель физики КГУ «Урицкая средняя школа №1 отдела образования акимата Сарыкольского района» Иванов Ю.Д. На этой странице вы можете посмотреть и скачать Урок и презентация по теме «Электромагнитная индукция»; 9 класс.  Т.к. презентация содержит макросы и геометрія 9 клас мерзляк тестові завдання, то при её открытии будет выведено предупреждение системы безопасности (если отключен запуск активного содержимого), необходимо разрешить запуск макросов, выбрав «Параметры» — «Включить содержимое». Презентация содержит теоретический материал, историческую справку об открытии явления ЭМИ, задачи с выбором вариантов ответа и тест из 5 вопросов на закрепление. С любого слайда можно перейти в меню. В любой момент можно завершить работу с презентацией (на слайдах размещена соответствующая кнопка).

Презентация — Электромагнитная индукция презентация к уроку по физике (11 класс) на тему. Опубликовано презентація — Лизон Людмила Алексеевна. Презентация для учеников 11 класса, очень удобно проводить во время урока такого плана презентацию, гораздо легче усвояемость материала для учащихся. Скачать: Вложение.  Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции» может быть использована на уроке физики в 11 классе при объяснении и закре Изучение темы «Индукция магнитного поля. Явление электромагнитной индукции» в помощь учителю физики. Урок построен с использованием технологии «критическое мышление».

присоединяюсь всему выше індукції закон презентація електромагнітної очень ценная штука Ожидал честно сказать, большего

Презентации» Физика» Явище електромагнітної індукції. Досліди Фарадея. Правило Ленца. Слайды и текст этой презентации. Слайд 1. Описание слайда  Правило Ленца: Індукційний струм у замкнутому контурі завжди має такий напрям, що створений ним магнітний потік через контур прагне компенсувати ту зміну магнітного потоку, яка викликала даний струм. Або: поля, струми і сили, які виникають при індукції, завжди перешкоджають тому процесу, що викликає індукцію. Слайд Описание слайда. Закон електромагнітної індукції описує явище електромагнітної індукції в узагальненій формі. У ньому підкреслюється, що в разі електромагнітної індукції з’являється ЕРС, яка і є причиною виникнення електричного струму в замкнутих провідниках при зміні магнітного потоку. Найцікавіше, що зв’язок між цими двома явищами виявився надзвичайно простим. Це стало можливим завдяки введенню такого узагальненого поняття, як магнітний потік. Явище електромагнітної індукції підпорядковане закону електромагнітної індукції Закон електромагнітної індукції формулюється так: електрорушійна сила індукці.

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация по физике на тему «Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.» (10 класс). Презентация по физике на тему «Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.» (10 класс).  Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Подготовил – учитель физики КГУ «Урицкая средняя школа №1 отдела образования акимата Сарыкольского района» Иванов Ю.Д. В презентации рассматриваются следующие вопросы:явление электромагнитной индукции;отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных;магнитный пот.  Презентация. Электромагнитная индукция. В презентации рассматриваются следующие вопросы: •явление электромагнитной индукции; •отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных; •магнитный поток; •направление индукционного тока; •правило Ленца; •закон электромагнитной индукции; •вихревое электрическое поле; •ЭДС индукции в движущихся проводниках; •применение явления электромагнитной индукции. Просмотр содержимого документа «Презентация. Электромагнитная индукция».

Предлагается презентация урока физики в 11 классе по теме «Электромагнитная индукция». Объем и сложность материала соответствуют базовому курсу физики при двух часах в неделю. Урок проводится после завершения главы 1 «Магнитное поле» на основе опорного конспекта, содержащего основные положения главы 2 (УМК Мякишев Г.Я. и др).  В представленном ресурсе рассмотрены история открытия явления электромагнитной индукции, примеры возникновения индукционного тока, правила определения направления индукционного тока, закон электромагнитной индукции и практическое применение явления. Спасибо. 2 radugalena • План уроку: Повторимо. Ідея уроку: У природі немає випадкових явищ – користуймося ними розумно! Будемо шукати шляхи до нових знань! Зясуємо нове. Узагальнимо нове.

План закон Повторимо. Ідея уроку: У природі немає випадкових явищ – користуймося ними розумно! Будемо шукати шляхи до нових знань! Зясуємо нове. Узагальнимо нове.

Школьный физический эксперимент «Электромагнитная индукция» (разделы: «Примеры электромагнитной индукции», «Правило Ленца», «Закон ділова українська мова за ред. горбула индукции»). Компьютер и проектор. Материал «Библиотека наглядных пособий». Презентация к уроку. План урока: Этапы урока.

Вам посетить індукції презентація електромагнітної закон просто бесподобно бред

Явище, якому присвячений цей розділ, поширене в природі і застосовується людиною в різних електротехнічних пристроях і машинах. Завдяки існуванню електромагнітної індукції енергія механічного руху на електростанціях перетворюється на енергію електричного струму, без якого важко уявити собі сучасне життя. Докладне вивчення цього явища дало змогу створити численні засоби зв’язку — телефон, телеграф, радіо, телебачення тощо. Презентація електромагнітної закон Фізика скачати. Презентация на міні комбайни клас консул Електромагнітна індукція, предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 33 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентація biosonuyut.ru в закладки! Главная. Физика. Електромагнітна індукція. Слайды и текст этой презентации. Слайд 1. Текст слайда: ЛЕКЦІЯ   Індукції індукція – це явище виникнення електричного струму у замкненому контурі при зміні потоку магнітної індукції, що охоплюється цим контуром. Слайд 8. Текст слайда.

Дополнительная образовательная программа «Подготовительный курс для абитуриентов колледжа» Тема «Явление электромагнитной индукции». Автор Короткова А.Б. Повторение. Магнитный поток. Магнитное поле в каждой точке пространства полностью характеризуется вектором магнитной индукции. Магнитный поток. Магнитный поток. Магнитным потоком через плоскую поверхность понимают скалярную физическую величину, численно равную произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией. Ф=BScosα. В – модуль вект. Презентация «Электромагнитная индукция» содержит в себе историческию справку, формулировку закона, правило Ленца, закон электромагнитной индукции.

Електромагнітна індукція. Готовые презентации в PowerPoint для детей,учащихся школ и вузов, а также для учителей и преподавателей доступны для скачивания. Все презентации разделены на категории для удобства поиска и навигации.  Закон електромагнітної індукції (закон Фарадея). Правило Ленца. 2. Індуктивність. Презентация на презентація озера 6 класс Електромагнітна індукція, предмет презентации: Физика. Этот материал содержит 33 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций biosonuyut.ru в закладки! Главная. Физика. Електромагнітна індукція. Слайды и текст этой презентации. Слайд 1. Текст слайда: ЛЕКЦІЯ   Електромагнітна індукція – це явище виникнення електричного струму у замкненому контурі при зміні потоку магнітної індукції, що охоплюється цим контуром. Слайд 8. Текст слайда.

Явище, якому присвячений цей розділ, поширене в природі і застосовується людиною в різних електротехнічних пристроях і машинах. Завдяки існуванню електромагнітної індукції енергія механічного руху на електростанціях перетворюється на енергію електричного струму, без якого важко уявити собі сучасне життя. Докладне вивчення цього явища дало змогу створити численні засоби зв’язку — телефон, телеграф, радіо, телебачення тощо. Презентація на урок Фізика скачати.

Закон Фарадея. Правило Ленца ЭДС εi электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. Правило Ленца dФ i dt знак >соответствует правилу Ленца Индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающему этот индукционный ток.

Презентація з фізики для 9 класу на тему «Електромагнітна індукція. Закон Фарадея. Гіпотеза Ампера». Всi презентації з фізики для 9 класу. ✅ Від українських вчителів. Завантажити безкоштовно на освітньому порталі «На Урок».  Презентація про електромагнітну індукцію. Містить міні-гру на перевірку знань учнів з попередньої теми, короткі анімації. Дана презентація розрахована на учнів 9 класу. Перегляд файлу. Попередній індукції 1 / 35 Наступний слайд.

За якою формулою розраховується закон електромагнітної індукції. Закон електромагнітної індукції формула

У 1831 році світ вперше дізнався про поняття електромагнітної індукції. Саме тоді Майкл Фарадей виявив це явище, яке стало в підсумку найважливішим відкриттям в електродинаміки.

Історія розвитку та досліди Фарадея

До середини XIX століття вважалося, що електричне і магнітне поле не мають ніякого зв’язку, і природа їх існування різна. Але М. Фарадей був упевнений в єдиній природі цих полів і їх властивостей. Явище електромагнітної індукції, виявлене ним, згодом стало фундаментом для пристрою генераторів всіх електростанцій. Завдяки цьому відкриттю знання людства про електромагнетизм зробили крок далеко вперед.

Фарадей зробив наступний досвід: він замикав ланцюг в котушці I і навколо неї зростала магнітне поле. Далі лінії індукції даного магнітного поля перетинали котушку II, в якій виникав індукційний струм.

Мал. 1. Схема досвіду Фарадея

Насправді, одночасно з Фарадеєм, але незалежно від нього, інший учений Джозеф Генрі виявив це явище. Однак Фарадей опублікував свої дослідження раніше. Таким чином, автором закону електромагнітної індукції став Майкл Фарадей.

Скільки б експериментів не проводив Фарадей, незмінним залишалося одне умова: для освіти індукційного струму важливим є зміна магнітного потоку, що пронизує замкнутий проводить контур (котушку).

закон Фарадея

Явище електромагнітної індукції визначається виникненням електричного струму в замкнутому електропровідному контурі при зміні магнітного потоку через площу цього контуру.

Основний закон Фарадея полягає в тому, що електрорушійна сила (ЕРС) прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку.

Формула закону електромагнітної індукції Фарадея виглядає наступним чином:

Мал. 2. Формула закону електромагнітної індукції

І якщо сама формула, виходячи з вищесказаних пояснень не породжує питань, то знак «-» може викликати сумніви. Виявляється існує правило Ленца — російського вченого, який проводив свої дослідження, грунтуючись на постулатах Фарадея. За Ленцу знак «-» вказує на напрямок виникає ЕРС, тобто індукційний струм спрямований так, що магнітний потік, який він створює, через площу, обмежену контуром, прагне перешкоджати тому зміни потоку, яке викликає даний струм.

Закон Фарадея-Максвелла

У 1873 Дж.К.Максвелла по-новому виклав теорію електромагнітного поля. Рівняння, які він вивів, лягли в основу сучасної радіотехніки і електротехніки. Вони виражаються в такий спосіб:

  • Edl = -dФ / dt— рівняння електрорушійної сили
  • Hdl = -dN / dt— рівняння магніторушійної сили.

де E— напруженість електричного поля на ділянці dl; H— напруженість магнітного поля на ділянці dl; N— потік електричної індукції, t— час.

Симетричний характер даних рівнянь встановлює зв’язок електричних і магнітних явищ, а також магнітних з електричними. фізичний зміст, яким визначаються ці рівняння, можна виразити наступними положеннями:

  • якщо електричне поле змінюється, то це зміна завжди супроводжується магнітним полем.
  • якщо магнітне поле змінюється, то це зміна завжди супроводжується електричним полем.

Мал. 3. Виникнення вихрового магнітного поля

Також Максвелл встановив, що поширення електромагнітного поля дорівнює швидкості поширення світла.

Всього отримано оцінок: 134.

У 1831 році англійський вчений фізик в своїх дослідах М.Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції. Потім вивченням цього явища займалися російські вчений Е.Х. Ленц і Б.С.Якобі.

В даний час, в основі багатьох пристроїв лежить явище електромагнітної індукції, наприклад в двигуні або генераторі електричного струму струму, в трансформаторах, радіоприймачах, і багатьох інших пристроях.

Електромагнітна індукція— це явище виникнення струму в замкнутому провіднику, при проходженні через нього магнітного потоку. Тобто, завдяки цьому явищу ми можемо перетворювати механічну енергію в електричну — і це чудово. Адже до відкриття цього явища люди не знали про методи отримання електричного струму, крім гальваніки.

Коли провідник виявляється під дією магнітного поля, в ньому виникає ЕРС, яку кількісно можна виразити через закон електромагнітної індукції.

Закон електромагнітної індукції

Електрорушійна сила, индуцируемая в провідному контурі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, зчіпного з цим контуром.

У котушці, яка має кілька витків, загальна ЕРС залежить від кількості витків n:

Але в загальному випадку, застосовують формулу ЕРС із загальним потокозчеплення:

ЕРС порушується в контурі, створює струм. Найбільш простим прикладом появи струму в провіднику є котушка, через яку проходить постійний магніт. Напрямок индуцируемого струму можна визначити за допомогою правила Ленца.


правило Ленца

Струм, індукований при зміні магнітного поля проходить через контур, своїм магнітним полем перешкоджає цьому зміни.

У тому випадку, коли ми вводимо магніт в котушку, магнітний потік в контурі збільшується, а значить магнітне поле, створюване індукованим струмом, за правилом Ленца, направлено проти збільшення поля магніту. Щоб визначити напрямок струму, потрібно подивитися на магніт з боку північного полюса. З цієї позиції ми будемо вкручувати буравчик у напрямку магнітного поля струму, тобто назустріч північного полюса. Струм буде рухатися у напрямку обертання гвинта, тобто за годинниковою стрілкою.

У тому випадку, коли ми виводимо магніт з котушки, магнітний потік в контурі зменшується, а значить магнітне поле, створюване індукованим струмом, спрямоване проти зменшення поля магніту. Щоб визначити напрямок струму, потрібно викручувати буравчик, напрямок обертання гвинта покаже напрямок струму в провіднику — проти годинникової стрілки.

>> Фізика і астрономія >> Фізика 11 клас >> Закон електромагнітної індукції

Закон Фарадея. індукція

Електромагнітної індукції називають таке явище, як виникнення електричного струму в замкнутому контурі, за умови зміни магнітного потоку, який проходить через цей контур.

Закон електромагнітної індукції Фарадея записується такою формулою:

І говорить, що:



Яким же чином ученим вдалося вивести таку формулу і сформулювати цей закон? Ми з вами вже знаємо, що навколо провідника зі струмом завжди існує магнітне поле, а електрику має магнітної силою. Тому на початку 19-го століття і постало завдання про необхідність підтвердження впливу магнітних явищ на електричні, яку намагалися вирішити багато вчених, і англійський учений Майкл Фарадей був в їх числі. Майже 10 років, починаючи з 1822 року він витратив на різні досліди, але безуспішно. І тільки 29 серпня 1831 року настав тріумф.

Після напружених пошуків, досліджень і дослідів, Фарадей прийшов до висновку, що тільки мінливий з часом магнітне поле може створити електричний струм.

досліди Фарадей

Досліди Фарадей полягали в наступному:

По-перше, якщо взяти постійний магніт і рухати його всередині котушки, до якої приєднано гальванометр, то в ланцюзі виникав електричний струм.
По-друге, якщо цей магніт висувати з котушки, то ми спостерігаємо, що гальванометр так само показує струм, але цей струм має протилежний зміст.



А тепер давайте спробуємо цей досвід трохи змінити. Для цього ми спробуємо на нерухомий магніт одягати і знімати котушку. І що ми в результаті бачимо? А ми з вами спостерігаємо те, що під час руху котушки щодо магніту в ланцюзі знову з’являється струм. А якщо в котушці припинилося, то і струм відразу ж зникає.



Тепер давайте зробимо ще один досвід. Для цього ми з вами візьмемо і помістимо в магнітне поле плоский контур без провідника, а його кінці спробуємо з’єднати з гальванометром. І що ми спостерігаємо? Як тільки контур гальванометр повертається, то ми спостерігаємо появу в ньому індукційного струму. А якщо спробувати обертати магніт усередині нього і поруч з контуром, то в цьому випадку також з’явиться струм.



Думаю, ви вже помітили, ток з’являється в котушці тоді, коли змінюється магнітний потік, який пронизує цю котушку.

І тут виникає питання, при будь-яких чи рухах магніту і котушки, може виникнути електричний струм? Виявляється не завжди. Струм не виникне в тому випадку, коли магніт обертається навколо вертикальної осі.

А з цього випливає, що при будь-якій зміні магнітного потоку, ми спостерігаємо те, що в цьому провіднику виникає електричний струм, який існував протягом усього процесу, поки відбувалися зміни магнітного потоку. Саме в цьому і полягає явище електромагнітної індукції. А індукційним струмом є той струм, який був отриманий даним методом.

Якщо ми з вами проаналізуємо цей досвід, то побачимо, що значення індукційного струму абсолютно не залежить від причини зміни магнітного потоку. В даному випадку, першорядне значення має лише швидкість, яка впливає на зміни магнітного потоку. З дослідів Фарадея слід, що чим швидше рухається магніт в котушці, тим більше відхиляється стрілка гальванометра.



Тепер ми можемо підвести підсумок даного уроку і зробити висновок, що закон електромагнітної індукції є одним з основних законом електродинаміки. Завдяки вивченню явищ електромагнітної індукції, вченими різних країн були створені різні електродвигуни та потужні генератори. Величезний внесок у розвиток електротехніки внесли і такі відомі вчені, як Ленц, Якобі, і інші.

Що може бути краще, ніж увечері понеділка почитати про основи електродинаміки. Правильно, можна знайти безліч речей, які будуть краще. Тим не менш, ми все одно пропонуємо Вам прочитати цю статтю. Часу займає небагато, а корисна інформація залишиться в підсвідомості. Наприклад, на іспиті, в умовах стресу, можна буде успішно витягти з надр пам’яті закон Фарадея. Так як законів Фарадея кілька, уточнимо, що тут ми говоримо про закон індукції Фарадея.

електродинаміка— розділ фізики, що вивчає електромагнітне поле у ​​всіх його проявах.

Це і взаємодія електричного і магнітного полів, електричний струм, електро-магнітне випромінювання, вплив поля на заряджені тіла.

Тут ми не ставимо за мету розглянути всю електродинаміку. Боронь Боже! Розглянемо краще один з основних її законів, який називається законом електромагнітної індукції Фарадея.

Історія і визначення

Фарадей, паралельно з Генрі, відкрив явище електромагнітної індукції в 1831 році. Правда, встиг опублікувати результати раніше. Закон Фарадея повсюдно використовується в техніці, в електродвигунах, трансформаторах, генераторах і дроселях. У чому суть закону Фарадея для електромагнітної індукції, якщо говорити просто? А ось в чому!

При зміні магнітного потоку через замкнутий проводить контур, в контурі виникає електричний струм. Тобто, якщо ми скрутимо з дроту рамку і помістимо її в змінюється магнітне поле (візьмемо магніт, і будемо крутити його навколо рамки), по рамці потече струм!

Цей струм Фарадей назвав індукційним, а саме явище охрестив електромагнітної індукції.

Електромагнітна індукція— виникнення в замкнутому контурі електричного струму при зміні магнітного потоку, що проходить через контур.

Формулювання основного закону електродинаміки — закону електромагнітної індукції Фарадея, виглядає і звучить наступним чином:

ЕРС, Що виникає в контурі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку Ф через контур.

А звідки у формулі мінус, запитаєте Ви. Для пояснення знака мінус у цій формулі є спеціальне правило Ленца. У ньому йдеться, що знак мінус, в даному випадку, вказує на те, що спрямована виникає ЕРС. Справа в тому, що створюване індукційним струмом магнітне поле направлено так, що перешкоджає зміні магнітного потоку, який викликав індукційний струм.

Приклади розв’язання задач

Ось начебто і все. Значення закону Фарадея фундаментально, адже на використанні даного закону побудована основа майже всієї електричної промисловості. Щоб розуміння прийшло швидше, розглянемо приклад рішення задачі на закон Фарадея.

І пам’ятайте, друзі! Якщо завдання засіла, як кістка в горлі, і немає більше сил її терпіти — зверніться до наших авторам! Тепер ви знаєте. Ми швидко надамо детальний рішення і роз’яснимо всі питання!

В результаті численних дослідів Фарадей встановив основний кількісний закон електромагнітної індукції. Він показав, що всякий раз, коли відбувається зміна зчепленого з контуром потоку магнітної індукції, в контурі виникає індукційний струм. Виникнення індукційного струму вказує на наявність в ланцюзі електрорушійної сили, званої електрорушійної силою електромагнітної індукції. Фарадей встановив, що значення ЕРС електромагнітної індукції E i пропорційно швидкості зміни магнітного потоку:

E i = -К, (27.1)

де К — коефіцієнт пропорційності, що залежить тільки від вибору одиниць виміру.

В системі одиниць СІ коефіцієнт К = 1, тобто

E i = -. (27.2)

Ця формула і являє собою закон електромагнітної індукції Фарадея. Знак мінус в цій формулі відповідає правилу (закону) Ленца.

Закон Фарадея можна сформулювати ще таким чином: ЕРС електромагнітної індукції E i в контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку крізь поверхню, обмежену цим контуром. Цей закон є універсальним: ЕРС E i не залежить від способу зміни магнітного потоку.

Знак мінус в (27.2) показує, що збільшення потоку (> 0) викликає ЕРС E i0 т. Е. Напрямку магнітного потоку індукційного струму і потоку, що викликав його, збігаються. Знак мінус у формулі (27.2) є математичним виразом правила Ленца — загальне правило для знаходження напрямку індукційного струму (а значить і знака і ЕРС індукції), виведеного в 1833 р Правило Ленца: індукційний струм завжди спрямований так, щоб протидіяти причини, що його викликає . Інакше кажучи, індукційний струм створює магнітний потік, що перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликає ЕРС індукції.

ЕРС індукції виражається в вольтах (В). Дійсно, з огляду на, що одиницею магнітного потоку є вебер (Вб), отримаємо:

Якщо замкнутий контур, в якому індукується ЕРС індукції, складається з N витків, то E i дорівнюватиме сумі ЕРС, індукованих в кожному з витків. І якщо магнітний потік, що охоплюється кожним витком, однаковий і рівний Ф, то сумарний потік крізь поверхню N витків, дорівнює (NФ) — повний магнітний потік (потокозчеплення). В цьому випадку ЕРС індукції дорівнює:

E i = -N ×, (27.3)

Формула (27.2) виражає закон електромагнітної індукції в загальній формі. Вона може бути застосована як до нерухомих контурам, так і до рухомих провідниках в магнітному полі. Вхідна в неї похідна від магнітного потоку за часом в загальному випадку складається з двох частин, одна з яких обумовлена ​​зміною магнітної індукції в часі, а інша — рухом контуру щодо магнітного поля (або його деформацією). Розглянемо деякі приклади застосування цього закону.

Приклад 1. Прямолінійний провідник довжиною l рухається паралельно самому собі в однорідному магнітному полі (рисунок 38). Цей провідник може входити до складу замкненого кола, в інших частинах якої нерухомі. Знайдемо ЕРС, що виникає в провіднику.

Якщо миттєве значення швидкості провідника є v, То за час dt він опише площа dS = l × v× dt і за цей час перетне всі лінії магнітної індукції, що проходять через dS. Тому зміна магнітного потоку через контур, до складу якого входить рухомий провідник, буде dФ = B n × l × v× dt. Тут B n — складова магнітної індукції, перпендикулярна до dS. Підставляючи це в формулу (27.2) отримуємо величину ЕРС:

E i = B n × l × v. (27.4)

Напрямок індукційного струму і знак ЕРС визначаються правилом Ленца: індукційний струм в контурі завжди має такий напрямок, що створюване їм магнітне поле перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликав цей індукційний струм. У деяких випадках можливе визначення напрямку індукційного струму (полярності ЕРС індукції) згідно іншому формулюванні правила Ленца: індукційний струм в рухомому провіднику спрямований таким чином, що виникає при цьому сила Ампера протилежна вектору швидкості (гальмує рух).

Розберемо чисельний приклад. Вертикальний провідник (автомобільна антена) довжиною l = 2 м рухається зі сходу на захід в магнітному полі Землі зі швидкістю v= 72 км / год = 20 м / с. Обчислимо напруга між кінцями провідника. Так як провідник розімкнути, то струму в ньому не буде і напруга на кінцях дорівнюватиме ЕРС індукції. З огляду на, що горизонтальна складова магнітної індукції поля Землі (тобто складова, перпендикулярна до напрямку руху) для середніх широт дорівнює 2 × 10 -5 Тл, за формулою (27.4) знаходимо

U = B n × l × v= 2 × 10 -5 × 2 × 20 = 0,8 × 10 -3 В,

тобто близько 1 мВ. Магнітне поле Землі направлено з півдня на північ. Тому ми знаходимо, що ЕРС спрямована зверху вниз. Це означає, що нижній кінець дроту матиме більш високий потенціал (зарядиться позитивно), а верхній — більш низький (зарядиться негативно).

Приклад 2. У магнітному полі знаходиться замкнутий дротовий контур, пронизує магнітним потоком Ф. Припустимо, що цей потік зменшується до нуля, і обчислимо повну величину заряду, що пройшов по ланцюгу. Миттєве значення ЕРС в процесі зникнення магнітного потоку виражається формулою (27.2). Отже, відповідно до закону Ома миттєве значення сили струму є

де R — повний опір ланцюга.

Величина минулого заряду дорівнює

q = = — =. (27.6)

Отримане співвідношення виражає закон електромагнітної індукції в формі, знайденої Фарадеем, який зі своїх дослідів зробив висновок, що величина заряду, що пройшов по ланцюгу, пропорційна повного числа ліній магнітної індукції, пересічених провідником (тобто зміни магнітного потоку Ф 1-Ф 2), і обернено пропорційна опору ланцюга R. Співвідношення (27.6) дозволяє дати визначення одиниці магнітного потоку в системі СІ: вебер — магнітний потік, при убуванні якого до нуля в зчепленому з ним контурі опором 1 Ом проходить заряд 1 Кл.

Відповідно до закону Фарадея, виникнення ЕРС електромагнітної індукції можливо і в разі нерухомого контуру, що знаходиться в змінному магнітному полі. Однак сила Лоренца на нерухомі заряди не діє, тому в даному випадку вона не може бути причиною виникнення ЕРС індукції. Максвелл для пояснення ЕРС індукції в нерухомих провідниках припустив, що будь-яке змінне магнітне поле збуджує в навколишньому просторі вихрове електричне поле, яке і є причиною виникнення індукційного струму в провіднику. Циркуляція вектора напруженості цього поля з будь-якого нерухомого контуру L провідника являє собою ЕРС електромагнітної індукції:

E i = = -. (27.7)

Лінії напруженості вихрового електричного поля являють собою замкнуті криві, тому при переміщенні заряду в вихровому електричному полі по замкнутому контуру відбувається відмінна від нуля робота. У цьому полягає відмінність вихрового електричного поля від електростатичного, лінії напруженості якого починаються і закінчуються на зарядах.

Закон електромагнітної індукції

Закон електромагнітної індукції — сторінка №1/1

Магнітні властивості речовини. Застосування магнітних матеріалів. Магнітний запис інформації. Вплив магнітного поля на живі організми. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції.
1. Магнітна проникність речовини

Досі ми розглядали магнітне поле, яке створювали провідники зі струмом або рухомі електричні заряди, що перебувають у вакуумі. Якщо ж магнітне поле створюється не у вакуумі, а в якомусь іншому середовищі, то магнітне поле змінюється. Це пояснюється тим, що різні речовини, поміщені в магнітне поле, намагнічуються й самі стають джерелами магнітного поля. Речовини, здатні намагнічуватися в магнітному полі, називаються магнетиками.

Нехай магнітна індукція усередині котушки зі струмом без сердечника дорівнює .

Якщо в котушку ввести сердечник, то в ньому створюється додаткове магнітне поле з магнітною індукцією .

Результуюча магнітна індукція в стрижні дорівнює: .

Для сердечників з різних речовин (нікель, кобальт і ін.) додаткова магнітна індукція неоднакова, значить, їхні магнітні властивості різні. Тому можна увести фізичну величину, що характеризує ці властивості.

Відношення , яке характеризує магнітні властивості середовища, дістало назву магнітної проникності цього середовища. Таким чином, в однорідному середовищі магнітна індукція дорівнює: ,

де μ — магнітна проникність цього середовища.


2. Діамагнетики й парамагнетики

Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна розділити на дві групи:

1) діамагнетики, для яких μ трохи менше за одиницю (μ

2) парамагнетики, для яких μ більше за одиницю (μ >1).

Наприклад, вісмут ( μ = 0,999824), мідь ( μ = 0,999912), вода ( μ = 0,999991), вольфрам ( μ = 1,000175), кисень ( μ = 1,000017), ебоніт ( μ = 1,000014).

Відповідно до різних значень μ речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

Діамагнетики — речовини, що намагнічуються проти напрямку зовнішнього магнітного поля.

За відсутності зовнішнього магнітного поля діамагнетики немагнітні. Під дією зовнішнього магнітного поля кожний атом діамагнетика набуває магнітного моменту, пропорційного магнітній індукції B, й напрямлений назустріч полю. Діамагнетики, які вносять у магнітне поле, послабляють це поле. Це ослаблення можна пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітного поля, напрямленого проти зовнішнього магнітного поля.

Парамагнетики — речовини, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі в напрямку зовнішнього магнітного поля.

Парамагнетики належать до слабомагнітних речовин.

Атоми (молекули або іони) парамагнетика мають свої магнітні моменти, які під дією зовнішніх полів орієнтуються за полем й тим самим створюють результуюче поле, що перевищує зовнішнє. Парамагнетики втягуються в магнітне поле. За відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетик не намагнічений, оскільки через тепловий рух власні магнітні моменти атомів орієнтовані зовсім безладно.
3. Феромагнетики

Феромагнетики зазвичай виділяють в окремий клас речовин з низки міркувань:



  • їхня магнітна проникність μ »1;

  • μ у складний спосіб залежить від магнітної індукції намагнічувального поля;

  • феромагнітні властивості проявляються не в окремих атомах, а в кристалах у цілому;

  • за певної для даного феромагнетика температури феромагнітні властивості його зникають.

Феромагнетики — матеріали, що мають значну магнітну проникність.

До феромагнетиків належать залізо, кобальт, нікель, деякі сплави й хімічні сполуки.

Магнітна проникність феромагнетиків непостійна. Вона залежить від вектора магнітної індукції. Після вимикання зовнішнього магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому просторі.

Упорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає після вимикання зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому існують постійні магніти.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що самі атоми феромагнітної речовини, будучи ізольованими один від одного, не проявляють ніяких феромагнітних властивостей.

Феромагнітні властивості — властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

Отже, для виникнення феромагнетизму в речовині необхідна особлива кристалічна структура феромагнітних тіл.

За температури, більшої за деяку певну для даного феромагнетика, феромагнітні властивості його зникають. Цю температуру називають температурою Кюрі.

Наприклад, температура Кюрі для заліза становить 753°С, для нікелю — 365°С, для кобальту — 1000°С .

Легкі удари в торець сталевого стрижня, розташованого уздовж ліній індукції магнітного поля Землі, полегшують намагнічування стрижня. Сильні удари по постійному магніту можуть спричинити його розмагнічування.

Феромагнетики застосовують у різноманітних технічних пристроях: постійні магніти, ферити, порошкові магніти, магнітні підсилювачі, магнітний звукозапис, магнітна дефектоскопія, магнітні сепаратори.


4. Магнітний потік

Виділимо в магнітному полі невелику ділянку S.

Якщо площина цієї ділянки (контуру) перпендикулярна до вектора магнітної індукції, то магнітним потоком Φ через контур називають добуток модуля вектора магнітної індукції B на площу S контуру: .

Під час повороту контуру кількість ліній, що пронизують його, зменшується: вона пропорційна cosα, де α — кут між вектором магнітної індукції й перпендикуляром до площини контуру:


Тому в загальному випадку магнітний потік (потік магнітної індукції) йде через замкнутий контур .

Таким чином, магнітний потік через контур можна подати як фізичну величину, пропорційну числу ліній магнітної індукції, що пронизують цей контур.

Одиницю магнітного потоку в системі СІ називають вебер (Вб) на честь німецького фізика Вільгельма Вебера.

Магнітний потік 1 Вб створює однорідне магнітне поле індукцією 1 Тл через поверхню площею 2, розташовану перпендикулярно до вектора магнітної індукції:

1 Вб = 1 Тл ∙ 1 м2


5. Явище електромагнітної індукції

Для демонстрації явища електромагнітної індукції, виходячи з формули , всі досліди можна умовно розділити на три групи:

а) досліди, у яких змінюється магнітна індукція В;

б) досліди, у яких змінюється площа контуру S;

в) досліди, у яких змінюється кут між напрямком вектора магнітної індукції й нормаллю до контуру.

Виникнення електричного струму в замкнутому контурі під час зміни магнітного потоку через обмежену контуром площу називають явищем електромагнітної індукції.

За будь-якої зміни магнітного потоку через площу, обмежену контуром, у замкнутому контурі виникає індукційний струм.

Існують дві причини виникнення індукційного струму:

1) під час руху контуру в магнітному полі;

2) у разі перебування нерухомого контуру в змінному магнітному полі.

Виникнення в нерухомих провідниках електричного струму вказує на появу електричного поля, тому що магнітне поле на нерухомі заряди діяти не може.

Значить, індукційне електричне поле з’являється в результаті зміни магнітного поля. Отже, індукційне електричне поле не пов’язане із зарядами (як це було у випадку електростатичного поля). Дж. Максвелл першим дійшов висновку, що,

змінюючись у часі, магнітне поле породжує електричне поле.

Електричне поле, що виникає під час зміни магнітного поля, має зовсім іншу структуру, ніж електростатичне. Воно не пов’язано безпосередньо з електричними зарядами, і його лінії напруженості не можуть на них починатися й закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються й не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подібні до ліній індукції магнітного поля. Крім того, робота з переміщення зарядів уздовж замкнутого контуру, виконана силами цього електричного поля, не дорівнює нулю. Це так зване вихрове електричне поле.

Електричне поле, створене змінним магнітним полем, називають вихровим. Вихрове електричне поле не є потенціальним полем.
6. Закон електромагнітної індукції

Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму Iі в провідному контурі пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Якщо за малий час Δt магнітний потік зміниться на ΔΦ , то швидкість зміни магнітного потоку дорівнює . Тоді, .

У разі зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, в останньому з’являються сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС, названою ЕРС індукції:

Відповідно до закону Ома для замкнутого кола . Використовуючи це співвідношення, Фарадей установив дослідним шляхом закон електромагнітної індукції:

ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур:

Рухомий провідник у магнітному полі можна розглядати як своєрідне джерело струму, характеризоване ЕРС індукції, що дорівнює .


7. Правило Ленца

З ряду дослідів випливає, що в різних випадках напрямок індукційного струму може бути різним: відкидання стрілки гальванометра в деяких дослідах відбувалося в одну сторону, а в деяких — у протилежну.

З тих же дослідів випливало, що збільшення магнітного потоку, який пронизує площу контуру, призводило до виникнення індукційного струму, напрямленого так, що створений ним магнітний потік перешкоджає подальшому збільшенню первісного магнітного потоку. Навпаки, у разі зменшення магнітного потоку магнітне поле індукційного струму усередині котушки підсилювало первинний магнітний потік.

У загальному випадку цей факт можна сформулювати у вигляді правила, установленого російським фізиком Е. Х. Ленцем:

індукційний струм у замкнутому контурі завжди має такий напрямок, що створене ним магнітне поле намагається скомпенсувати зміну магнітного потоку, що зумовило цей струм.

З урахуванням правила Ленца закон електромагнітної індукції можна записати у вигляді: .


Закон електромагнітної індукції. Хто відкрив явище електромагнітної індукції

Явище електромагнітної індукції було відкрито Майклом Фарадеєм в 1831 році. Ще за 10 років до цього Фарадей думав про спосіб перетворити магнетизм в електрику. Він вважав, що магнітне поле і електричне поле повинні бути якось пов’язані.

Відкриття електромагнітної індукції

Наприклад, за допомогою електричного поля можна намагнітити залізний предмет. Напевно, повинна існувати можливість за допомогою магніту отримати електричний струм.

Спочатку Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції в нерухомих відносно один одного провідниках. При виникненні в одній з них струму в інший котушці теж індукувався струм. Причому в подальшому він пропадав, і з’являвся знову лише при виключенні живлення однієї котушки.

Через деякий час Фарадей на дослідах довів, що при переміщенні котушки без струму в ланцюзі щодо іншої, на кінці якої подається напруга, в першій котушці теж буде виникати електричний струм.

Наступним досвідом було введення в котушку магніту, і при цьому теж в ній з’являвся струм. Дані досліди показані на наступних малюнках.

Фарадеем була сформульована основна причина появи струму в замкнутому контурі. У замкнутому провідному контурі струм виникає при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують цей контур.

Чим більше буде ця зміна, тим сильніше вийде індукційний струм. Неважливо, яким чином ми доб’ємося зміни числа ліній магнітної індукції. Наприклад, це можна зробити рухом контуру в неоднорідному магнітному полі, як це відбувалося в досвіді з магнітом або рухом котушки. А можемо, наприклад, змінювати силу струму в сусідній з контуром котушці, при цьому буде змінюватися магнітне поле, створюване цією котушкою.

формулювання закону

Підведемо короткий підсумок. Явище електромагнітної індукції — це явище виникнення струму в замкнутому контурі, при зміні магнітного поля в якому знаходиться цей контур.

Для більш точного формулювання закону електромагнітної індукції необхідно ввести величину, яка б характеризувала магнітне поле — потік вектора магнітної індукції. 2, яка розташована перпендикулярно вектору магнітної індукції.

Після відкриттів Ерстеда і Ампера стало ясно, що електрику володіє магнітної силою. Тепер необхідно було підтвердити вплив магнітних явищ на електричні. Це завдання блискуче вирішив Фарадей.

Майкл Фарадей (1791-1867) народився в Лондоні, в одній з найбідніших його частин. Його батько був ковалем, а мати — дочкою землероба-орендаря. Коли Фарадей досяг шкільного віку, його віддали до початкової школи. Курс, пройдений Фарадеем тут, був дуже вузький і обмежувався тільки навчанням читанню, письму і початків рахунку.

За кілька кроків від будинку, в якому жила сім’я Фарадея, перебувала книжкова крамниця, колишня разом з тим і палітурним закладом. Сюди-то і потрапив Фарадей, закінчивши курс початкової школи, коли виникло питання про вибір професії для нього. Майклу в цей час минуло тільки 13 років. Уже в юнацькому віці, коли Фарадей тільки-но починав свою самоосвіту, він прагнув спиратися виключно тільки на факти і перевіряти повідомлення інших власними дослідами.

Ці прагнення домінували в ньому все життя як основні риси його наукової діяльності Фізичні та хімічні досліди Фарадей став проробляти ще хлопчиком при першому ж знайомстві з фізикою і хімією. Одного разу Майкл відвідав одну з лекцій Гемфрі Деві, великого англійського фізика.

Фарадей зробив докладний запис лекції, переплів її і відіслав Деві. Той був настільки вражений, що запропонував Фарадею працювати з ним в якості секретаря. Незабаром Деві відправився в подорож по Європі і взяв з собою Фарадея. За два роки вони відвідали найбільші європейські університети.

Повернувшись до Лондона в 1815 році, Фарадей почав працювати асистентом в одній з лабораторій Королівського інституту в Лондоні. У той час це була одна з кращих фізичних лабораторій світу З 1816 по 1818 Фарадей надрукував ряд дрібних заміток і невеликих мемуарів з хімії. До 1818 року відноситься перша робота Фарадея по фізиці.

Спираючись на досліди своїх попередників і скомбінувавши кілька власних дослідів, до вересня 1821 року Майкл надрукував «Історію успіхів електромагнетизму». Уже в цей час він склав цілком правильне поняття про сутність явища відхилення магнітної стрілки під дією струму.

Домігшись цього успіху, Фарадей на цілих десять років залишає заняття в області електрики, присвятивши себе дослідженню цілого ряду предметів іншого роду. У 1823 році Фарадеєм було вироблено одне з найважливіших відкриттів в області фізики — він вперше добився зріджування газу, і разом з тим встановив простий, але дійсний метод звернення газів в рідину. У 1824 році Фарадей зробив кілька відкриттів в області фізики.

Серед іншого він встановив той факт, що світло впливає на колір скла, змінюючи його. У наступному році Фарадей знову звертається від фізики до хімії, і результатом його робіт у цій галузі є відкриття бензину і сірчано-нафталіновою кислоти.

У 1831 році Фарадей опублікував трактат «Про особливий оптичному обмані», що послужив підставою прекрасного і цікавого оптичного снаряда, іменованого «хромотропом». У тому ж році вийшов ще один трактат вченого «Про вібруючі пластинки». Багато з цих робіт могли самі-по собі обезсмертити ім’я їх автора. Але найбільш важливими з наукових робіт Фарадея є його дослідження в області електромагнетизму і електричної індукції.

Строго кажучи, важливий відділ фізики, який трактує явища електромагнетизму і індукційної електрики, і має в даний час таке величезне значення для техніки, був створений Фарадеєм з нічого.

На той час, коли Фарадей остаточно присвятив себе дослідженням в області електрики, було встановлено, що при звичайних умовах досить присутності наелектризованого тіла, щоб вплив його порушило електрику у всякому іншому тілі. Разом з тим було відомо, що дріт, по якій проходить струм і яка також представляє собою наелектризоване тіло, не робить ніякого впливу на поміщені поруч інші дроту.

Чому залежало це виняток? Ось питання, який зацікавив Фарадея і рішення якого призвело його до найважливіших відкриттів в області індукційної електрики. За своїм звичаєм Фарадей почав ряд дослідів, повинні були з’ясувати суть справи.

На одну і ту ж дерев’яну качалку Фарадей намотав паралельно один одному дві ізольовані дроту. Кінці одного дроту він з’єднав з батареєю з десяти елементів, а кінці іншої — з чутливим гальванометром. Коли був пропущений струм через перший дріт,

Фарадей звернув всю свою увагу на гальванометр, чекаючи помітити по коливаннях його поява струму і в другому дроті. Однак нічого подібного не було: гальванометр залишався спокійним. Фарадей вирішив збільшити силу струму і ввів в ланцюг 120 гальванічних елементів. Результат вийшов той же. Фарадей повторив цей досвід десятки разів і все з тим же успіхом.

Хтось інший на його місці залишив би досліди, переконаний, що струм, що проходить через дріт, не робить ніякого впливу на сусідню дріт. Але Фарадей намагався завжди витягти зі своїх дослідів і спостережень все, що вони можуть дати, і тому, не отримавши прямої дії на дріт, з’єднану з гальванометром, став шукати побічні явища.

Відразу ж він зауважив, що гальванометр, залишаючись абсолютно спокійним за всі дні проходження струму, приходить в коливання при самому замиканні ланцюга і при розмиканні її Виявилося, що в той момент, коли в перший дріт пропускається струм, а також коли це пропускання припиняється, у другий дроті також збуджується струм, що має в першому випадку протилежний напрямок з першим струмом і однакове з ним у другий випадок і триває всього одну мить.

Ці вторинні миттєві струми, викликані впливом первинних, названі були Фарадеем індуктивними, і ця назва збереглася за ними досі. Будучи миттєвими, моментально зникаючи слідом за своєю появою, індуктивні струми не мали б ніякого практичного значення, якби Фарадей не знайшов спосіб за допомогою дотепного пристосування (комутатора) безупинно переривати і знову проводити первинний струм, що йде від батареї по першому дроту, завдяки чому у другому дроті безперервно збуджуються всі нові і нові індуктивні струми, що стають, таким чином, постійними. Так було знайдено нове джерело електричної енергії, крім раніше відомих (тертя і хімічних процесів), — індукція, і новий вид цієї енергії — індукційна електрика.

Продовжуючи свої досліди, Фарадей відкрив далі, що досить простого наближення дроту, закрученої в замкнуту криву, до іншої, по якій йде гальванічний струм, щоб в нейтральному дроті порушити індуктивний струм напрямки, зворотного гальванічного струму, що видалення нейтральній дроту знову збуджує в ній індуктивний ток вже однакового спрямування з гальванічним, що йде по нерухомій дроті, і що, нарешті, ці індуктивні струми збуджуються тільки під час наближення і видалення дроту до провідника гальв аніческого струму, а без цього руху струми не порушуються, як би близько один до одного дроту не знаходилися.

Таким чином, було відкрито нове явище, аналогічне вищеописаному явищу індукції при замиканні і припинення гальванічного струму. Ці відкриття викликали в свою чергу нові. Якщо можна викликати індуктивний струм замиканням і припиненням гальванічного струму, то чи не вийде той же результат від намагнічення і розмагнічування заліза?

Роботи Ерстеда і Ампера встановили вже спорідненість магнетизму і електрики. Було відомо, що залізо робиться магнітом, коли навколо нього обмотана ізольована дріт і по останньої проходить гальванічний струм, і що магнітні властивості цього заліза припиняються, як тільки припиняється струм.

Виходячи з цього, Фарадей придумав такого роду досвід: навколо залізного кільця були обмотані дві ізольовані дроту; причому один дріт був обмотаний навколо однієї половини кільця, а інша — навколо іншої. Через одну дріт пропускався струм від гальванічної батареї, а кінці іншої були з’єднані з гальванометром. І ось, коли струм замикався або припинявся і коли, отже, залізне кільце намагнічувалося або розмагнічувалося, стрілка гальванометра швидко коливалася і потім швидко зупинялася, тобто в нейтральному дроті порушувалися всі ті ж миттєві індуктивні струми — цього разу: вже під впливом магнетизму.

Таким чином, тут вперше магнетізмбил перетворений на електрику. Отримавши ці результати, Фарадей вирішив урізноманітнити свої досліди. Замість залізного кільця він став вживати залізну смугу. Замість збудження в залозі магнетизму гальванічним струмом він намагнічується залізо дотиком його до постійного сталевому магніту. Результат виходив той же: в дроті, обмотують залізо, завжди! збуджувався ток в момент намагнічування і розмагнічування заліза.

Потім Фарадей вносив в дротяну спіраль сталевий магніт — наближення і видалення останнього викликало в дроті індукційні струми. Словом, магнетизм, в сенсі порушення індукційних, струмів, діяв абсолютно так само, як і гальванічний струм.

У той час фізиків посилено займало одне загадкове явище, відкрите в 1824 році Араго і не знаходило пояснення, незважаючи на; то, що цього пояснення посилено шукали такі видатні вчені того часу, як сам Араго, Ампер, Пуассон, Бабедж і Гершель.

Справа полягала в наступному. Магнітна стрілка, вільно висить, швидко приходить в стан спокою, якщо під неї підвести круг з немагнітного металу; якщо потім коло привести в обертальний рух, магнітна стрілка починає рухатися за ним.

У спокійному стані не можна було відкрити жодного тяжіння або відштовхування між колом і стрілкою, між тим як той же коло, який перебував в русі, тягнув за собою не тільки легку стрілку, а й важкий магніт. Це справді чудове явище здавалося вченим того часу таємничої загадкою, чимось що виходять за межі природного.

Фарадей, виходячи зі своїх вищевикладених даних, зробив припущення, що гурток немагнітного металу, під впливом магніту, під час обертання оббігав індуктивними струмами, які впливають на магнітну стрілку і тягнуть її за магнітом.

І дійсно, ввівши край гуртка між полюсами великого подковообразного магніту і з’єднавши проволокою центр і край гуртка з гальванометром, Фарадей отримав при обертанні гуртка постійний електричний струм.

Слідом за тим Фарадей зупинився на іншому викликає тоді загальне цікавість явище. Як відомо, якщо посипати на магніт ошурки, вони групуються по певних лініях, званим магнітними кривими. Фарадей, звернувши увагу на це явище, дав основи в 1831 році магнітним кривим назву «ліній магнітної сили», яке увійшло потім до загального вжитку.

Вивчення цих «ліній» призвело Фарадея до нового відкриття, виявилося, що для збудження індуктивних струмів наближення і видалення джерела від магнітного полюса необов’язкові. Для збудження струмів досить перетнути відомим чином лінії магнітної сили.

Подальші роботи Фарадея в згаданому напрямку набували, з сучасної йому точки зору, характер чогось абсолютно чудесного. На початку 1832 року його демонстрував прилад, в якому порушувалися індуктивні струми без допомоги магніту або гальванічного струму.

Прилад складався з залізної смуги, вміщеній в дротяної котушки. Прилад цей при звичайних умовах не давав ні найменшої ознаки появи в ньому струмів; але лише тільки йому давалося напрямок, що відповідає напрямку магнітної стрілки, в дроті збуджувався струм.

Потім Фарадей давав положення магнітної стрілки одній котушці і потім вводив в неї залізну смугу: ток знову збуджувався. Причин, що викликають в цих випадках струм, був земний магнетизм, що викликав індуктивні струми подібно звичайному магніту або гальванічного струму. Щоб наочніше показати і довести це, Фарадей зробив ще один досвід, цілком підтвердив його міркування.

Він міркував, що якщо коло з немагнітного металу, наприклад, з міді, обертаючись в положенні, при якому він перетинає лінії магнітної сили сусіднього магніту, дає індуктивний струм, то хоча б потреби, обертаючись за відсутності магніту, але в положенні, при якому коло перетинатиме лінії земного магнетизму, теж повинен дати індуктивний струм.

І дійсно, мідний коло, що обертається в горизонтальній площині, дав індуктивний струм, який виробляв помітне відхилення стрілки гальванометра. Ряд досліджень в області електричної індукції Фарадей закінчив відкриттям, зробленим в 1835 році, «індукуючого впливу струму на самого себе».

Він з’ясував, що при замиканні або розмиканні електричного струму в самій дроті, що служить провідником для цього струму, порушуються моментальні індуктивні струми.

Російський фізик Еміль Христофорович Ленц (1804-1861) дав правило для визначення напрямку індукційного струму. «Індукційний струм завжди спрямований так, що створюється їм магнітне поле ускладнює або гальмує викликає індукцію рух, — зазначає А.А. Коробко-Стефанов в своїй статті про електромагнітної індукції. — Наприклад, при наближенні котушки до магніту виникає індукційний струм має такий напрям, що створене ним магнітне поле буде протилежно магнітному полю магніту. В результаті між котушкою і магнітом виникають сили відштовхування.

Правило Ленца випливає із закону збереження і перетворення енергії. Якби індукційні струми прискорювали викликає їх рух, то створювалася б робота з нічого. Котушка сама собою після невеликого поштовху спрямовувалася б назустріч магніту, і одночасно індукційний струм виділяв би в ній теплоту. Насправді ж індукційний струм створюється за рахунок роботи по зближенню магніту і котушки.

Чому виникає індукційний струм? Глибоке пояснення явища електромагнітної індукції даланглійскій фізик Джемс Клерк Максвелл — творець закінченою математичної теорії електромагнітного поля.

Щоб краще зрозуміти суть справи, розглянемо дуже простий досвід. Нехай котушка складається з одного витка дроту і пронизує змінним магнітним полем, перпендикулярним до площини витка. У котушці, природно, виникає індукційний струм. Виключно сміливо і несподівано витлумачив цей експеримент Максвелл.

При зміні магнітного поля в просторі, на думку Максвелла, виникає процес, для якого присутність дротяного витка не має ніякого значення. Головне тут — виникнення замкнутих кільцевих ліній електричного поля, що охоплюють змінюється магнітне поле. Під дією виникає електричного поля починають рухатися електрони, і в витку виникає електричний струм. Виток — це просто прилад, що дозволяє виявити електричне поле.

Сутність же явища електромагнітної індукції в тому, що змінне магнітне поле завжди породжує в навколишньому просторі електричне поле з замкнутими силовими лініями. Таке поле називається вихровим ».

Вишукування в області індукції, виробленої земним магнетизмом, дали Фарадею можливість висловити ще в 1832 році ідею телеграфу, яка потім і лягла в основу цього винаходу. А взагалі відкриття електромагнітної індукції недарма відносять до найбільш видатним відкриттям XIX століття — на цьому явищі заснована робота мільйонів електродвигунів і генераторів електричного струму у всьому світі …

Джерело інформації: Самин Д. К. «Сто великих наукових відкриттів»., М.: «Віче», 2002 р

відповідь:

Наступним важливим кроком у розвитку електродинаміки після дослідів Ампера було відкриття явища електромагнітної індукції. Відкрив явище електромагнітної індукції англійський фізик Майкл Фарадей (1791 — 1867).

Фарадей, будучи ще моло дим ученим, так само як і Ерстед, думав, що всі сили природи пов’язані між собою і, більш того, що вони здатні перетворюватися один в одного. Цікаво, що цю думку Фарадей висловлював ще до встановлення закону збереження і перетворення енергії. Фарадей знав про відкриття Ампера, про те, що він, говорячи образною мовою, перетворив злектрічество в магнетизм. Роздумуючи над цим відкриттям, Фарадей прийшов до думки, що якщо «електрику створює магнетизм», то і навпаки, «магнетизм повинен створювати електрику». І ось ще в 1823 році він записав у своєму щоденнику: «Звернути магнетизм в електрику». Протягом восьми років Фарадей працював над вирішенням поставленого завдання. Довгий час його переслідували невдачі, і, нарешті, в 1831 він вирішив її — відкрив явище електромагнітної індукції.

по-перше, Фарадей виявив явище електромагнітної індукції для випадку, коли котушки намотані на один і той же барабан. Якщо в одній котушці виникає або зникає електричний струм в результаті підключення до неї або відключення від неї гальванічної батареї, то в інший котушці в цей момент виникає короткочасний струм. Цей струм виявляється гальванометром, який приєднаний до другої котушці.

Потім Фарадей встановив також наявність індукційного струму в котушці, коли до неї наближали або видаляли від неї котушку, в якій протікав електричний струм.

нарешті, третій випадок електромагнітної індукції, який виявив Фарадей, полягав в тому, що в котушці з’являвся струм, коли в неї вносили або ж видаляли з неї магніт.

Відкриття Фарадея привернуло увагу багатьох фізиків, які також стали вивчати особливості явища електромагнітної індукції. На черзі стояло завдання встановити загальний закон електромагнітної індукції. Потрібно було з’ясувати, як і від чого залежить сила індукційного струму в провіднику або від чого залежить значення електрорушійної сили індукції в провіднику, в якому індукується електричний струм.

Це завдання виявилося важким. Вона була повністю вирішена Фарадеєм і Максвеллом пізніше в рамках розвиненого ними вчення про електромагнітне поле. Але її намагалися вирішити і фізики, які дотримувалися звичайної для того часу теорії дальнодействия в навчанні про електричні і магнітні явища.

Дещо цим вченим вдалося зробити. При цьому їм по могло відкрите петербурзьким академіком Емілієм Христиановичем Ленцем (1804 — 1865) правило для знаходження напрямку індукційного струму в різних випадках електромагнітної індукції. Ленц сформулював його так: «Якщо металевий провідник рухається поблизу від гальванічного струму або магніту, то в ньому порушується гальванічний струм такого напрямку, що якби даний провідник був нерухомим, то струм міг би зумовити його переміщення в протилежну сторону; при цьому передбачається, що спочивають провідник може переміщатися тільки в напрямку руху або в протилежному напрямку «.

Це правило дуже зручно для визначення напрямку іцдукціонного струму. Їм ми користуємося і зараз, тільки воно зараз формулюється трохи інакше, з упогребпеніем поняття електромагнітної індукції, яке Ленц не використав.

Але історично головне значення правила Ленца полягало в тому, що воно наштовхнуло на думку, яким шляхом підійти до знаходження закону електромагнітної індукції. Справа в тому, що в атом правилі встановлюється зв’язок між електромагнітної індукції і явищем взаємодії струмів. Питання ж про взаємодію струмів був уже вирішене Ампером. Тому встановлення зв’язку з цим на перших порах дало можливість визначити вираз електрорушійної сили індукції в провіднику для ряду окремих випадків.

У загальному вигляді закон електромагнітної індукції, як ми про це сказали, був встановлений Фарадеєм і Максвеллом.

Електромагнітна індукція — явище виникнення електричного струму в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через нього.

Електромагнітна індукція була відкрита Майклом Фарадеєм 29 серпня 1831 року. Він виявив, що електрорушійна сила, що виникає в замкнутому провідному контурі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим контуром. Величина електрорушійної сили (ЕРС) не залежить від того, що є причиною зміни потоку — зміна самого магнітного поля або рух контуру (або його частини) в магнітному полі. Електричний струм, викликаний цій ЕРС, називається індукційним струмом.

Самоіндукція — виникнення ЕРС індукції в замкнутому провідному контурі при зміні струму, що протікає по контуру.

При зміні струму в контурі пропорційно змінюється і магнітний потік через поверхню, обмежену цим контуром. Зміна цього магнітного потоку, в силу закону електромагнітної індукції, призводить до порушення в цьому контурі індуктивної ЕРС.

Це явище і називається самоіндукцією. (Поняття родинно поняттю взаємоіндукції, будучи як би його окремим випадком).

Напрямок ЕРС самоіндукції завжди виявляється таким, що при зростанні струму в ланцюзі ЕРС самоіндукції перешкоджає цьому зростанню (спрямована проти струму), а при убуванні струму — зменшенням (сонаправлени з струмом). Цим властивістю ЕРС самоіндукції подібна до силою інерції.

Створенню першого реле передувало винахід в 1824 р англійцем Стардженом електромагніту — пристрою, що перетворює вхідний електричний струм дротяної котушки, намотаною на залізний сердечник, в магнітне поле, що утворюється всередині і поза цим сердечника. Магнітне поле фіксувалося (виявлялося) своїм впливом на феромагнітний матеріал, розташований поблизу сердечника. Цей матеріал притягувався до сердечника електромагніту.

Згодом ефект перетворення енергії електричного струму в механічну енергію осмисленого переміщення зовнішнього феромагнітного матеріалу (якоря) ліг в основу різних електромеханічних пристроїв електрозв’язку (телеграфії і телефонії), електротехніки, електроенергетики. Одним з перших таких пристроїв було електромагнітне реле, винайдене американцем Дж. Генрі в 1831 р

До сих пір ми розглядали електричні і магнітні поля, які не змінюються з плином часу. Було з’ясовано, що електричне поле створюється електричними зарядами, а магнітне поле — рухомими зарядами, т. Е. Електричним струмом. Перейдемо до знайомства з електричним і магнітним полями, які змінюються з часом.

Найважливіший факт, який вдалося виявити, — це найтісніший взаємозв’язок між електричним і магнітним полями. Змінюється в часі магнітне поле породжує електричне поле, а змінюється електричне поле породжує магнітне. Без зв’язку з цим між полями різноманітність проявів електромагнітних сил не було б настільки великим, яким воно є насправді. Не існувало б ні радіохвиль, ні світла.

Не випадково перший, вирішальний крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій був зроблений основоположником уявлень про електромагнітне поле — Фарадеем. Фарадей був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому він зробив відкриття, яке згодом лягло в основу пристрою генераторів всіх електростанцій світу, що перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму. (Інші джерела: гальванічні елементи, акумулятори та ін. — дають незначну частку енергії, що виробляється.)

Електричний струм, міркував Фарадей, здатний намагнітити шматок заліза. Чи не може магніт, в свою чергу, викликати появу електричного струму?

Довгий час цей зв’язок виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного, а саме: тільки рухомий магніт або мінливий у часі магнітне поле може порушити електричний струм в котушці.

Якого роду випадковості могли перешкодити відкриттю, показує наступний факт. Майже одночасно з Фарадеєм швейцарський фізик Колладон намагався отримати електричний струм в котушці за допомогою магніту. При роботі він користувався гальванометром, легка магнітна стрілка якого містилася всередині котушки приладу. Щоб магніт не чинив безпосереднього впливу на стрілку, кінці котушки, в яку Колладон всувають магніт, сподіваючись отримати в ній струм, були виведені в сусідню кімнату і там приєднані до гальванометра. Вставивши магніт в котушку, Колладон йшов в сусідню кімнату і з прикрістю

переконувався, що гальванометр не вказує струму. Варто було б йому весь час спостерігати за гальванометром і попросити кого-небудь зайнятися магнітом, чудове відкриття було б зроблено. Але цього не сталося. Спочивають щодо котушки магніт не викликає в ній струму.

Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струму в провідному контурі, який або покоїться в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі таким чином, що число ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється. Воно було відкрито 29 серпня 1831 р Рідкісний випадок, коли дата нового чудового відкриття відома так точно. Ось опис першого досвіду, дане самим Фарадеєм:

«На широку дерев’яну котушку була намотана мідний дріт довжиною в 203 футів і між витками її намотана дріт такої ж довжини, але ізольована від першої бавовняної ниткою. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з сильною батареєю, що складається з 100 пар пластин … При замиканні ланцюга вдавалося помітити раптове, але надзвичайно слабку дію на гальванометрі, і те ж саме помічалося при припиненні струму. При безперервному ж проходженні струму через одну з спіралей не вдавалося відзначити ні дії на гальванометр, ні взагалі будь-якого індукційного дії на іншу спіраль, незважаючи на те що нагрівання всієї спіралі, з’єднаної з батареєю, і яскравість іскри, проскакує між вугіллям, свідчили про потужності батареї »(Фарадей М.« Експериментальні дослідження з електрики », 1-а серія).

Отже, спочатку була відкрита індукція в нерухомих одна відносно іншої провідниках при замиканні і розмиканні ланцюга. Потім, ясно розуміючи, що зближення або видалення провідників зі струмом повинно приводити до того ж результату, що і замикання і розмикання ланцюга, Фарадей за допомогою дослідів довів, що струм виникає при переміщенні котушок один

щодо одного. Знайомий з працями Ампера, Фарадей розумів, що магніт — це сукупність маленьких струмів, що циркулюють в молекулах. 17 жовтня, як зареєстровано в його лабораторному журналі, був виявлений індукційний струм в котушці під час вдвіганія (або висування) магніту. Протягом одного місяця Фарадей дослідним шляхом відкрив всі істотні особливості явища електромагнітної індукції.

В даний час досліди Фарадея може повторити кожен. Для цього треба мати дві котушки, магніт, батарею елементів і досить чутливий гальванометр.

В установці, зображеній на малюнку 238, індукційний струм виникає в одній з котушок при замиканні або розмиканні електричного кола іншої котушки, нерухомою щодо першої. В установці на малюнку 239 за допомогою реостата змінюється сила струму в одній з котушок. На малюнку 240, а індукційний струм з’являється при русі котушок один щодо одного, а на малюнку 240, б — при русі постійного магніту щодо котушки.

Уже сам Фарадей вловив щось спільне, від чого залежить поява індукційного струму в дослідах, які зовні виглядають по-різному.

У замкнутому провідному контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують площу, обмежену цим контуром. І чим швидше змінюється число ліній магнітної індукції, тим більше виникає індукційний струм. При цьому причина зміни числа ліній магнітної індукції абсолютно байдужа. Це може бути і зміна числа ліній магнітної індукції, що пронизують площу нерухомого провідного контуру внаслідок зміни сили струму в сусідній котушці (рис. 238), і зміна числа ліній індукції внаслідок руху контуру в неоднорідному магнітному полі, густота ліній якого змінюється в просторі (рис. 241).

Вектор магнітної індукції \\ (~ \\ vec B \\) характеризує магнітне поле в кожній точці простору. Введемо ще одну величину, що залежить від значення вектора магнітної індукції не в одній точці, а у всіх точках довільно обраної поверхні. Цю величину називають потоком вектора магнітної індукції, або магнітним потоком.

Виділимо в магнітному полі настільки малий елемент поверхні площею Δ S, Щоб магнітну індукцію в усіх його точках можна було вважати однаковою. Нехай \\ (~ \\ vec n \\) — нормаль до елемента, що утворює кут α   з напрямком вектора магнітної індукції (рис. 1).

Потоком вектора магнітної індукції через поверхню площею Δ S  називають величину, що дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції \\ (~ \\ vec B \\) на площу Δ S  і косинус кута α   між векторами \\ (~ \\ vec B \\) і \\ (~ \\ vec n \\) (нормаллю до поверхні):

   \\ (~ \\ Delta \\ Phi \u003d B \\ cdot \\ Delta S \\ cdot \\ cos \\ alpha \\).

твір B∙ cos α = В  n є проекцією вектора магнітної індукції на нормаль до елемента. Тому

   \\ (~ \\ Delta \\ Phi \u003d B_n \\ cdot \\ Delta S \\).

Потік може бути як позитивним, так і негативним залежно від значення кута α .

Якщо магнітне поле однорідне, то потік через плоску поверхню площею S  дорівнює:

   \\ (~ \\ Phi \u003d B \\ cdot S \\ cdot \\ cos \\ alpha \\).

Потік магнітної індукції наочно може бути витлумачений як величина, пропорційна числу ліній вектора \\ (~ \\ vec B \\), які пронизують цей майданчик поверхні.

Взагалі кажучи, поверхня може бути замкнутою. У цьому випадку число ліній індукції, що входять всередину поверхні, дорівнює числу ліній, що виходять з неї (рис. 2). Якщо поверхню замкнута, то позитивною нормаллю до поверхні прийнято вважати зовнішню нормаль.

Лінії магнітної індукції замкнені, що означає рівність нулю потоку магнітної індукції через замкнену поверхню. (Виходять з поверхні лінії дають позитивний потік, а вхідні — негативний.) Це фундаментальне властивість магнітного поля пов’язано з відсутністю магнітних зарядів. Якби не було електричних зарядів, то і електричний потік через замкнуту поверхню був би рівний нулю.

Електромагнітна індукція

Відкриття електромагнітної індукції

У 1821 р Майкл Фарадей записав у своєму щоденнику: «Перетворити магнетизм в електрику». Через 10 років ця задача була їм вирішена.

М. Фарадей був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ, але довгий час взаємозв’язок цих явищ виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного: тільки мінливий у часі магнітне поле може порушити електричний струм в нерухомій котушці або ж сама котушка повинна рухатися в магнітному полі.

Відкриття електромагнітної індукції, як назвав Фарадей це явище, було зроблено 29 серпня 1831 р Ось короткий опис першого досвіду, дане самим Фарадеєм. «На широку дерев’яну котушку була намотана мідний дріт довжиною в 203 футів (фут дорівнює 304,8 мм), і між витками її намотана дріт такої ж довжини, але ізольована від першої бавовняної ниткою. Одна з цих спіралей була сполучена з гальванометром, а інша — з сильною батареєю, що складається з 100 пар пластин … При замиканні ланцюга вдалося помітити раптове, але надзвичайно слабку дію на гальванометр, і те ж саме помічалося при припиненні струму. При безперервному ж проходженні струму через одну з спіралей не вдавалося відзначити ні дії на гальванометр, ні взагалі будь-якого індукційного дії на іншу спіраль, не дивлячись на те що нагрівання всієї спіралі, з’єднаної з батареєю, і яскравість іскри, проскакує між вугіллям, свідчили про потужності батареї ».

Отже, спочатку була відкрита індукція в нерухомих одна відносно іншої провідниках при замиканні і розмиканні ланцюга. Потім, ясно розуміючи, що зближення або видалення провідників зі струмом повинно приводити до того ж результату, що і замикання і розмикання ланцюга, Фарадей за допомогою дослідів довів, що струм виникає при переміщенні котушок відносно один одного (рис. 3).

Знайомий з працями Ампера, Фарадей розумів, що магніт — це сукупність маленьких струмів, що циркулюють в молекулах. 17 жовтня, як зареєстровано в його лабораторному журналі, був виявлений індукційний струм в котушці під час вдвіганія (або висування) магніту (рис. 4).

Протягом одного місяця Фарадей дослідним шляхом відкрив всі істотні особливості явища електромагнітної індукції. Залишалося тільки надати закону сувору кількісну форму і повністю розкрити фізичну природу явища. Уже сам Фарадей вловив щось спільне, від чого залежить поява індукційного струму в дослідах, які зовні виглядають по-різному.

У замкнутому провідному контурі виникає струм при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. Це явище називається електромагнітної індукції.

І чим швидше змінюється число ліній магнітної індукції, тим більше виникає струм. При цьому причина зміни числа ліній магнітної індукції абсолютно байдужа. Це може бути і зміна числа ліній магнітної індукції, що пронизують нерухомий провідник внаслідок зміни сили струму в сусідній котушці, і зміна числа ліній внаслідок руху контуру в неоднорідному магнітному полі, густота ліній якого змінюється в просторі (рис. 5).

правило Ленца

Індукційний струм, що виник в провіднику, негайно починає взаємодіяти з породив його струмом або магнітом. Якщо магніт (або котушку зі струмом) наближати до замкнутого провідника, то з’являється індукційний струм своїм магнітним полем обов’язково відштовхує магніт (котушку). Для зближення магніту і котушки потрібно зробити роботу. При видаленні магніту виникає тяжіння. Це правило виконується неухильно. Уявіть собі, що справа йшла б інакше: ви підштовхнули магніт до котушки, і він сам собою кинувся б всередину неї. При цьому порушився б закон збереження енергії. Адже механічна енергія магніту збільшилася б і одночасно виникав би струм, що саме по собі вимагає витрати енергії, бо струм теж може здійснювати роботу. Індукований в якорі генератора електричний струм, взаємодіючи з магнітним полем статора, гальмує обертання якоря. Тільки тому для обертання якоря потрібно здійснювати роботу, тим більшу, чим більше сила струму. За рахунок цієї роботи і виникає ін-дукціонний струм. Цікаво відзначити, що якби магнітне поле нашої планети було дуже великим і сильно неоднорідним, то швидкі рухи проводять тел на її поверхні і в атмосфері були б неможливі через інтенсивної взаємодії індукованого в тілі струму з цим полем. Тіла рухалися б як в щільній в’язкому середовищі і при цьому сильно розігрівалися б. Ні літаки, ні ракети не могли б літати. Людина не могла б швидко рухати ні руками, ні ногами, так як людське тіло — непоганий провідник.

Якщо котушка, в якій наводиться струм, нерухома відносно сусідньої котушки зі змінним струмом, як, наприклад, у трансформатора, то і в цьому випадку напрямок індукційного струму диктується законом збереження енергії. Цей струм завжди спрямований так, що створене ним магнітне поле прагне зменшити зміни струму в первинній обмотці.

Відштовхування або притягання магніту котушкою залежить від напрямку індукційного струму в ній. Тому закон збереження енергії дозволяє сформулювати правило, яке визначає напрям індукційного струму. У чому полягає відмінність двох дослідів: наближення магніту до котушки і його видалення? У першому випадку магнітний потік (або число ліній магнітної індукції, що пронизують витки котушки) збільшується (рис. 6, а), а в другому випадку — зменшується (рис. 6, б). Причому в першому випадку лінії індукції В‘Магнітного поля, створеного виникли в котушці індукційним струмом, виходять з верхнього кінця котушки, так як котушка відштовхує магніт, а в другому випадку, навпаки, входять в цей кінець. Ці лінії магнітної індукції на малюнку 6 зображено штрихом.

   Рис. 6

Тепер ми підійшли до головного: при збільшенні магнітного потоку через витки котушки індукційний струм має такий напрям, що створюване їм магнітне поле перешкоджає наростанню магнітного потоку через витки котушки. Адже вектор індукції \\ (~ \\ vec B «\\) цього поля спрямований проти вектора індукції \\ (~ \\ vec B \\) поля, зміна якого породжує електричний струм. Якщо ж магнітний потік через котушку слабшає, то індукційний струм створює магнітне поле з індукцією \\ (~ \\ vec B «\\), що збільшує магнітний потік через витки котушки.

У цьому полягає сутність загального правила визначення напрямку індукційного струму, яке можна застосувати у всіх випадках. Це правило було встановлено російським фізиком Е. X. Ленцем (1804-1865).

згідно правилом Ленца

що виникає в замкнутому контурі індукційний струм має таке на-правління, що створений ним магнітний потік через поверхню, обмежену контуром, прагне перешкоджати тому зміни потоку, яке породжує даний струм.

індукційний струм має такий напрям, що перешкоджає причини його викликає.

У разі надпровідників компенсація зміни зовнішнього магнітного потоку буде повною. Потік магнітної індукції через поверхню, обмежену сверхпроводящим контуром, взагалі не змінюється з часом ні за яких умов.

Закон електромагнітної індукції

Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму I  i в провідному контурі пропорційна швидкості зміни числа ліній магнітної індукції \\ (~ \\ vec B \\), які пронизують поверхню, обмежену цим контуром. Більш точно це твердження можна сформулювати, використовуючи поняття магнітного потоку.

Магнітний потік наочно тлумачиться як число ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню площею S. Тому швидкість зміни цього числа є не що інше, як швидкість зміни магнітного потоку. Якщо за короткий час Δ t  магнітний потік змінюється на Δ Ф, То швидкість зміни магнітного потоку дорівнює \\ (~ \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) \\).

Тому твердження, яке випливає безпосередньо з досвіду, можна сформулювати так:

сила індукційного струму пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром:

\\ (~ I_i \\ sim \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) \\).

Відомо, що в ланцюзі виникає електричний струм в тому випадку, коли на вільні заряди діють сторонні сили. Роботу цих сил при переміщенні одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого контуру називають електрорушійної силою. Отже, при зміні магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, в ньому з’являються сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС, званої ЕРС індукції. Позначимо її буквою E  i.

Закон електромагнітної індукції формулюється саме для ЕРС, а не для сили струму. При такому формулюванні закон виражає сутність явища, що не залежить від властивостей провідників, в яких виникає індукційний струм.

згідно закону електромагнітної індукції (ЕМІ)

ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює по модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром:

   \\ (~ | E_i | \u003d | \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) | \\).

Як в законі електромагнітної індукції врахувати напрямок індукційного струму (або знак ЕРС індукції) відповідно до правила Ленца?

На малюнку 7 зображений замкнутий контур. Будемо вважати позитивним напрямок обходу контуру проти годинникової стрілки. Нормаль до контуру \\ (~ \\ vec n \\) утворює правий гвинт з напрямком обходу. Знак ЕРС, т. Е. Питомої роботи, залежить від напрямку сторонніх сил по відношенню до напрямку обходу контуру. Якщо ці напрямки збігаються, то E  i\u003e 0 і відповідно I  i\u003e 0. В іншому випадку ЕРС і сила струму негативні.

Нехай магнітна індукція \\ (~ \\ vec B \\) зовнішнього магнітного поля направлена \u200b\u200bуздовж нормалі до контуру і зростає з часом. тоді Ф  \u003e 0 і \\ (~ \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) \\)\u003e 0. Згідно з правилом Ленца індукційний струм створює магнітний потік Ф’ B’Магнітного поля індукційного струму зображені на малюнку 7 штрихом. Отже, індукційний струм I  i спрямований за годинниковою стрілкою (проти позитивного напрямку обходу) і ЕРС індукції негативна. Тому в законі електромагнітної індукції повинен стояти знак мінус:

   \\ (~ E_i \u003d — \\ frac (\\ Delta \\ Phi) (\\ Delta t) \\).

У Міжнародній системі одиниць закон електромагнітної індукції використовують для встановлення одиниці магнітного потоку. Цю одиницю називають Вебером (Вб).

Так як ЕРС індукції E  i висловлюють в вольтах, а час в секундах, то із закону ЕМІ вебер можна визначити наступним чином:

магнітний потік через поверхню, обмежену замкнутим контуром, дорівнює 1 Вб, якщо при рівномірному убуванні цього потоку до нуля за 1 с в контурі виникає ЕРС індукції дорівнює 1 В:

1 Вб \u003d 1 В ∙ 1 с.

вихровий поле

Змінюючись в часі, магнітне поле породжує електричне поле. До цього висновку вперше прийшов Дж. Максвелл.

Тепер явище електромагнітної індукції постає перед нами в новому світлі. Головне в ньому — це процес породження магнітним полем поля електричного. При цьому наявність проводить контуру, наприклад котушки, не змінює суті справи. Провідник з запасом вільних електронів (або інших часток) лише допомагає виявити виникає електричне поле. Поле надає руху електрони в провіднику і тим самим виявляє себе. Сутність явища електромагнітної індукції в нерухомому провіднику полягає не стільки в появі індукційного струму, скільки у виникненні електричного поля, яке приводить в рух електричні заряди.

Електричне поле, що виникає при зміні магнітного поля, має зовсім іншу структуру, ніж електростатичне. Воно не пов’язане безпосередньо з електричними зарядами, і його лінії напруженості не можуть на них починатися і закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються і не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подібні до ліній індукції магнітного поля. Це так зване вихровий електричне поле. Може виникнути питання: а чому, власне, це поле називається електричним? Адже воно має інше походження і іншу конфігурацію, ніж статичне електричне поле. Відповідь проста: вихровий поле діє на заряд q  точно так же, як і електростатичне, а це ми вважали і вважаємо головним властивістю поля. Сила, що діє на заряд, як і раніше дорівнює \\ (~ \\ vec F \u003d q \\ vec E \\), де \\ (~ \\ vec E \\) — напруженість вихрового поля. Якщо магнітний потік створюється однорідним магнітним полем, сконцентрованим в довгій вузькій циліндричній трубці радіусом r  0 (рис. 8), то з міркувань симетрії очевидно, що лінії напруженості електричного поля лежать в площинах, перпендикулярних ліній \\ (~ \\ vec B \\), і являють собою окружності. Відповідно до правила Ленца при зростанні магнітної індукції \\ (~ \\ left (\\ frac (\\ Delta B) (\\ Delta t)\u003e 0 \\ right) \\) лінії напруженості \\ (~ \\ vec E \\) утворюють лівий гвинт з напрямком магнітної індукції \\ (~ \\ vec B \\).

На відміну від статичного або стаціонарного електричного поля робота вихрового поля на замкнутому шляху не дорівнює нулю. Адже при переміщенні заряду вздовж замкнутої лінії напруженості електричного поля робота на всіх ділянках шляху має один і той же знак, так як сила і переміщення збігаються за напрямком. Вихровий електричне поле, так само як і магнітне поле, що не потенційне.

Робота вихрового електричного поля по переміщенню одиничного позитивного заряду уздовж замкнутого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції в цьому провіднику.

Отже, змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле. Але чи не здається вам, що одного твердження тут недостатньо? Хочеться знати, який же механізм даного процесу. Чи не можна пояснити, як цей зв’язок полів здійснюється в природі? І ось тут-то ваша природна допитливість не може бути задоволена. Ніякого механізму тут просто немає. Закон електромагнітної індукції — це фундаментальний закон природи, значить, основний, первинний. Дією його можна пояснити багато явищ, але сам він залишається незрозумілим просто з тієї причини, що немає більш глибоких законів, з яких би він випливав у вигляді слідства. У всякому разі зараз такі закони невідомі. Такими є всі основні закони: закон тяжіння, закон Кулона і т.д.

Ми, звичайно, вільні ставити перед природою будь-які питання, але не всі вони мають сенс. Так, наприклад, можна і потрібно досліджувати причини різних явищ, але намагатися з’ясувати, чому взагалі існує причинність, — марна справа. Така природа речей, такий світ, в якому ми живемо.

література

  1. Жилко В.В. Фізика: Учеб. посібник для 10-го кл. загальноосвіт. шк. з рос. яз. навчання / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. — Мн .: Нар. асвета, 2001. — 319 с.
  2. Мякішев, Г.Я. Фізика: Електродинаміка. 10-11 кл. : Навч. для поглибленого вивчення фізики / Г.Я. Мякішев, А.3. Синців, В.А. Слобідська. — М .: Дрофа, 2005. — 476 с.

Рекомендуємо також

Презентация на тему: Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції

1

Первый слайд презентации: Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції

Підготувала Учениця 11-Б класу Прилуцької гімназії №1 Ім. Георгія Вороного Мох Анна

Изображение слайда

2

Слайд 2

План Індукційний струм Майкл Фарадей Електромагнітна індукція Питання які виникали в Фарадея Закон електромагнітної індукції Правило Ленца Електромагнітна індукція в сучасній техніці

Изображение слайда

3

Слайд 3: Індукційний струм

1831 р. — Фарадей виявив, що в замкнутому провідному контурі при зміні магнітного поля виникає індукційний струм Індукційний струм

Изображение слайда

4

Слайд 4

Майкл Фарадей (1791 – 1867) Англійський фізик. Створив першу модель електродвигуна, відкрив явище електромагнітної індукції і встановив його закони, сформулював закони електролізу. Ввів нові фізичні поняття, головним з яких є поняття поля, що описується електричними і магнітними силовими лініями. Довів на досліді закон збереження електричного заряду.

Изображение слайда

5

Слайд 5: Електромагнітна індукція:

Явище виникнення електричного струму у замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, що проходить через цей контур

Изображение слайда

6

Слайд 6

чи виникне індукційний струм, якщо скласти коло за таким рисунком? Висновок : В момент замикання або розмикання ланцюга змінний струм в котушці ( з’єднаної з джерелом струму) створює змінне магнітне поле, яке породжує у другій котушці індукційне електричне поле, що створює в цій же котушці індукційний струм.

Изображение слайда

7

Слайд 7

Як буде поводити себе стрілка галванометра, якщо вносити магніт у котушку ? Висновок : В цьому випадку спостерігається відносний рух провідника і магніту, внаслідок чого в витках котушки на вільні електрони діє сила Лоренца, — з’являється індукційний струм в цій котушці.

Изображение слайда

8

Слайд 8: Закон електромагнітної індукції

ЕРС індукції в замкнутому контурі пропорційна модулю швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур

Изображение слайда

9

Слайд 9: Правило Ленца

Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, своїм магнітним полем протидіє тій зміні зовнішнього магнітного потоку, якій збуджує цей струм

Изображение слайда

10

Слайд 10

Алгоритм визначення напрямку індукційного струму за допомогою правила Ленца Встановити напрямок ліній індукції зовнішнього магнітного поля З’ясувати збільшується чи зменшується потік зовнішнього поля через поверхню Встановити напрямок ліній магнітної індукції магнітного поля індукційного струму Визначити напрямок індукційного струму (правило буравчика)

Изображение слайда

11

Слайд 11

Електромагнітна індукція в сучасній техніці Основні джерела електромагнітного поля: Лінії електропередач. Електропроводка ( усередині будівель і споруд ). Побутові електроприлади. Персональні комп’ютери. Теле-і радіопередавальні станції. Супутниковий і стільниковий зв’язок ( прилади, ретранслятори ). Електротранспорт. Радарні установки.

Изображение слайда

12

Слайд 12

Проводи працюючої лінії електропередач створюють в прилеглому просторі (на відстанях порядку десятків метрів від проводу) електромагнітне поле промислової частоти (50 Гц). Причому напруженість поля поблизу лінії може змінюватися в широких межах, залежно від її електричного навантаження. Фактично межі санітарно-захисної зони встановлюються по найбільш віддаленої від проводів граничної лінії максимальної напруженості електричного поля, що дорівнює 1 кВ/м Лин ії електропередач

Изображение слайда

13

Слайд 13

До електропроводки відносяться: кабелі електроживлення систем життєзабезпечення будинків, токорозподілюючі дроти, а також розгалужувальні щити, силові ящики і трансформатори. Електропроводка є основним джерелом електромагнітного поля промислової частоти в житлових приміщеннях. При цьому рівень напруженості електричного поля, що випромінюється джерелом, найчастіше відносно невисокий (не перевищує 500 В / м). Електропроводка

Изображение слайда

14

Слайд 14

Джерелами електромагнітних полів є всі побутові прилади, що працюють з використанням електричного струму. При цьому рівень випромінювання змінюється в найширших межах залежно від моделі, пристроїв приладу і конкретного режиму роботи. Також рівень випромінювання сильно залежить від споживаної потужності приладу — чим вища потужність, тим вищий рівень електромагнітного поля при роботі приладу. Напруженість електричного поля поблизу електропобутових приладів не перевищує десятків В/м. Побутові електроприлади

Изображение слайда

15

Слайд 15

Персональні комп ‘ ютери Основним джерелом несприятливого впливу на здоров’я користувача комп’ютера є засіб візуального відображення (ЗВВ ) монітора. Крім монітора і системного блоку персональний комп’ютер може також включати в себе велику кількість інших пристроїв (таких, як принтери, сканери, мережеві фільтри і т.п.). Всі ці пристрої працюють із застосуванням електричного струму, а значить, є джерелами електромагнітного поля.

Изображение слайда

16

Слайд 16

Теле-і радіопередавальні станції. На території України в даний час розміщується значна кількість радіотрансляційних станцій та центрів різної приналежності. Передавальні станції та центри розміщуються в спеціально відведених для них зонах і можуть займати досить великі території (до 1000 га). За своєю структурою вони включають в себе одну або кілька технічних будівель, де знаходяться радіопередавачі, і антенні поля, на яких розташовуються до декількох десятків антенно-фідерних систем (АФС).

Изображение слайда

17

Слайд 17

Супутниковий зв’язок Системи супутникового зв’язку складаються з передавальної станції на Землі і супутників — ретрансляторів, що знаходяться на орбіті. Передавальні станції супутникового зв’язку випромінюють вузьконаправлений хвильовий пучок, густина потоку енергії в якому досягає сотень Вт/м. Системи супутникового зв’язку створюють високі напруженості електромагнітного поля на значних відстанях від антен. Наприклад, станція потужністю 225 кВт, що працює на частоті 2,38 ГГц, створює на відстані 100 км густину потоку енергії 2,8 Вт/м2. Розсіювання енергії щодо основного променя дуже невелике і відбувається найбільше в районі безпосереднього розміщення антени.

Изображение слайда

18

Слайд 18

Електротранспорт Електротранспорт ( тролейбуси, трамваї, потяги метрополітену тощо ) є потужним джерелом електромагнітного поля в діапазоні частот [0.. 1000] Гц. При цьому в ролі головного випромінювача в переважній більшості випадків виступає тяговий електродвигун (для тролейбусів і трамваїв повітряні струмоприймачі по напруженості випромінюваного електричного поля змагаються з електродвигуном ).

Изображение слайда

19

Последний слайд презентации: Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції

Радарні установки Радіолокаційні і радарні установки мають звичайно антени рефлекторного типу (« тарілки ») і випромінюють вузьконаправлений радиолуч. Періодичне переміщення антени в просторі призводить до просторової уривчастості випромінювання. Спостерігається також тимчасова уривчастість випромінювання, обумовлена ​​ циклічністю роботи радіолокатора на випромінювання. Вони працюють на частотах від 500 МГц до 15 ГГц, проте окремі спеціальні установки можуть працювати на частотах до 100 ГГц і більше. Внаслідок особливого характеру випромінювання вони можуть створювати на місцевості зони з високою щільністю потоку енергії (100 Вт/м2 і більше ).

Изображение слайда

Закон електромагнітної індукції фарадея

На малюнках магнітний потік пропорційний числу силових ліній магнітного поля, які пронизують поверхню.

Закон електромагнітної індукції Фарадея

У першій половині XIX століття англійський фізик М. Фарадей експериментально встановив закон електромагнітної індукції: ЕРС індукції # 949; інд. що виникає в контурі, пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. пронизливого цей контур.

Мінус у формулі закону показує, що ЕРС індукції перешкоджає змінам, що відбуваються в контурі (див. Правило Ленца). У вирішенні багатьох завдань шкільного курсу фізики знак ЕРС індукції не потрібен. У таких завданнях закон Фарадея записують в модульної формі:

Якщо контур складається з N послідовно з’єднаних витків (котушка), які пронизують одним і тим же магнітним потоком, то ЕРС індукції в контурі дорівнює:

У вищій математиці ЕРС індукції знаходиться як межа, до якого прагне швидкість зміни магнітного потоку за нескінченно малий інтервал часу, тобто як похідна магнітного потоку за часом:

Закон Фарадея дозволяє розрахувати силу індукційного струму. Напрямок індукційного струму визначає правило, сформульоване в першій половині XIX століття українським фізиком Е. Ленцем.

Правило Ленца: індукційний струм завжди має такий напрямок, при якому створене ним індукційне магнітне поле компенсує то зміна магнітного потоку, яке породжує цей індукційний струм. Принцип компенсації в правилі Ленца підтверджується при спостереженні взаємодії замкнутого алюмінієвого кільця з постійним магнітом. Кільце завжди рухається в ту ж сторону, що і магніт. На малюнку показаний момент наближення магніту, від якого кільце відштовхується.

Правило Ленца можна формулювати, використовуючи напрямок індукційного поля і перпендикулярної складової до площини контуру зовнішнього поля.

Якщо зростає, то І навпаки, якщо убуває, то

Ідеальний контур — замкнутий контур з нульовим активним опором (R = 0).

Правило Ленца має важливий наслідок для ідеального контуру: магнітний потік в ідеальному контурі змінити не можна. Фідеал = const або Ф0 = Ф.

Тому правило Ленца іноді називають законом збереження магнітного потоку.

Самоіндукція — явище електромагнітної індукції в замкнутому контурі, що виникає при зміні електричного струму, що протікає в цьому контурі.

Якщо в процесі зміни сили струму в контурі не спостерігається інших змін, то із закону електромагнітної індукції слід рівність, зване законом самоіндукції:

де # 949; с — ЕРС самоіндукції, L — індуктивність контуру. — швидкість зміни сили струму в контурі.

Мінус у формулі закону самоіндукції показує, що ЕРС самоіндукції перешкоджає зміні сили струму в контурі, що є наслідком правила Ленца. У вирішенні багатьох завдань шкільного курсу фізики знак ЕРС самоіндукції не потрібен. У таких завданнях закон Фарадея для самоіндукції записують в модульної формі:

Якщо із закону висловити індуктивність контуру, то можна отримати ще одну форму представлення одиниці виміру індуктивності і сформулювати фізичний зміст індуктивності.

Індуктивність показує величину ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі при зміні сили струму на 1 А за 1 с. Отже, в ланцюгах з великою індуктивністю слід міняти силу струму з малою швидкістю, щоб уникнути виникнення великих ЕРС.

У вищій математиці ЕРС самоіндукції знаходиться як добуток індуктивності на межу, до якого прагне швидкість зміни сили струму за нескінченно малий інтервал часу, тобто на похідну сили струму за часом:

Висока напруга, яка в контурі, створює в навколишньому просторі магнітне поле. Це поле, пронизуючи породжує його контур, призводить до появи власного магнітного потоку через контур. При цьому власний магнітний потік завжди прямо пропорційний силі струму, що породжує цей потік.

Індуктивність — коефіцієнт пропорційності між силою струму в контурі і створюваним цим струмом магнітним потоком через контур.

Індуктивність — величина, що залежить від геометричних розмірів контуру і магнітних властивостей середовища.

Індуктивність має ще одну форму представлення одиниці виміру, яка виходить із закону Фарадея для самоіндукції. Фізичний сенс індуктивності також формулюється із закону Фарадея.

Схожі статті

Закон електромагнітної індукції Мета уроку


Електромагнітна індукція.

Закон електромагнітної індукції

Мета уроку:

Освітня — поглибити поняття про явище електромагнітої індукції;

використати історичний матеріал для доведення того, що пізнання навколишнього світу тривалий і складний процес.

Розвиваюча – подальший розвиток навичок дослідницької діяльності;

розвивати логічне мислення та вміння пояснити результати дослідів;

подальший розвиток вмінь спостерігати, порівнювати, застосовувати раніше засвоєні знання в новій ситуації, міркувати, аналізував, робити висновки.

Виховна – на прикладі біографічних фактів з життя М. Фарадея, показати цілеспрямованість і працьовитість вченого;

подальше формування культури праці та дбайливого ставлення до приладів.

Тип уроку: Комбінований

Хід уроку


  1. Організаційний момент

  2. Актуалізація опорних знань

  • магнітна поле (форма матерії за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками або це зміна простору навколо намагнічених тіл)

  • силова характеристика магнітного поля( вектор магнітної індукції В, який характеризує величину і напрям магнітного поля у цій точці і може мінятися з плином часу. )

-магнітний потік (потік вектора магнітної індукції )

-правило визначення напряму вектора

магнітної індукції (правило свердлика,

правило правої руки)



  • про що свідчить дослід Ханса Ерстеда? (демонстрував студентам досліди з нагріванням провідників електричним струмом. Під час одного з дослідів він помітив, що при проходженні електричного струму по провіднику магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ-південь». У разі відсутності струму знов встановлюється вздовж ліній магнітного поля Землі. Учений з’ясував, що електричний струм чинить певну дію на магнітну стрілку.

  1. Вивчення нового матеріалу

Дослідження явищ електромагнітної індукції розпочалися після відкриття Ерстедом явища виникнення навколо провідника зі струмом магнітного поля. У 1821 році Майкл Фарадей поставив перед собою завдання: створити електричний струм за допомогою магнітного поля.


  • Біографія М. Фарадея (відеофільм)

  • Які експерименти підтверджують існування явищ електромагнітної індукції (учні демонструють експерименти)

  1. Провідник між полюсами магніту: нерухомі магніт і провідник – струму немає; рухати провідник – стрілка відхиляється; рухати в різні напрямки, то і стрілка відхиляється в різні сторони.

  2. Гальванометр і котушка – струм виникає коли рухається магніт або котушка.

  3. Джерело струму, гальванометр, вимикач, реостат, котушка з осердям – до гальванометра підєднання котушка і надіта на осердя другої, що під’єднана до джерела живлення: замикати-розмикати ключ.

-Який висновок можна зробити щодо виникнення індукційного струму в провіднику

  1. Електричний струм виникає тільки в ті моменти, коли магніт перебуває в русі

  2. Виникає при зміні магнітного потоку, що пронизує контур

  3. Магнітний потік змінюється у випадках:

  • змінюється площа витка,

  • кількість ліній магнітної індукції,

  • кут між нормаллю і вектором магнітної індукції.

-З’ясуємо від чого залежить сила індукційного струму і його напрямок (клас ділиться на групи, виконують експерименти і роблять висновки):

1) значення сили струму залежить від швидкості внесення магніту в котушку, тобто від швидкості зміни магнітного потоку і величини індукції магнітного поля;

2) напрям струму залежить від того, яким полюсом вносять магніт в котушку; і від того вносять чи виносять магніт з котушки.

— Яка сила діє на вільні заряди, і що є дійсною причиною виникнення струму в замкнутому провіднику?

Під час зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, у контурі на вільні заряди діють сторонні сили, дія яких характеризується ЕРС індукції.

Виникнення індукційного струму в котушці пояснюється виникненням ЕРС індукції в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку. І як випливає з досліду, ЕРС буде визначатися швидкістю зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром. В цьому і полягає фізичний зміст закону електромагнітної індукції.

ЕРС індукції прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через площу, обмежену контуром замкнутого провідника.

-ЕРС індукції прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через площу контуру замкненого провідника — закон електромагнітної індукції;

Якщо котушка із N витками — . Знак залежить від знака швидкості зміни магнітного потоку:

> +

-Закон електромагнітної індукції називають законом Фарадея або законом Фарадея – Максвелла (Максвелл цей закон описав).

-Для замкнутого провідника Фарадей запропонував іншу форму запису закону ЕМІ:

виникає ЕРС утворюється струм

Заряд, що проходить у контурі .

Напрям індукційного струму в контурі визначається правилом Ленца.

( Наближаємо магніт до кільця, що має розріз, –нічого не відбувається, то, зрозуміло: індукційний струм не виникає, магнітне поле відсутнє, яке б взаємодіяло б із зовнішнім магнітним полем.

При наближенні магніту до суцільного кільця, (незалежно від того яким полюсом наближати магніт) воно завжди відштовхується. Якщо витягувати магніт – кільце притягується до магніту)

Які причини відштовхування або притягання кільця до магніту?
1. При наближенні магніту
При наближенні полюса магніту кільце відштовхується від нього. Тобто воно веде себе як магніт, у якого так
ий самий полюс, як магніту. Якщо ми наближаємо північний полюс магніту, то вектор магнітної індукції кільця з індукційним струмом направлений в протилежну сторону щодо вектора магнітної індукції північного полюса магніту.

2. При видаленні магніту із кільця
При видаленні магніту кільце тягнеться за ним. Отже, з боку магніту у кільця утворюється протилежний полюс. Вектор магнітної індукції кільця із струмом спрямований у ту ж сторону, що і вектор магнітної індукції магніту
, що віддаляється від кільця.

-Відштовхування чи притягання кільця магнітом залежить від напряму індукційного струму. Тому закон збереження енергії дає змогу сформувати правило, яке дає змогу визначити напрям індукційного струму в будь-якому випадку:

(знаходять у підручнику) індукційний струм у замкнутому контурі має такий напрям, що створений ним магнітний потік через площу, обмежену контуром, прагне компенсувати ту зміну магнітного потоку, яка викликає даний струм.

Це правило називається… (правилом Ленца)



  1. Визначити напрям ліній магнітної індукції В зовнішнього магнітного поля.

  2. Зясувати, збільшується потік магнітної індукції цього поля через площу цього контура чи зменшується.

  3. Встановити напрям ліній магнітної індукції Ві магнітного поля індукційного струму Іі . ці лінії мають бути напрямлені протилежно лініям В при >0, і мати однаковий з ними напрям при

  4. Знаючи напрям ліній магнітної індукції Ві , знайти напрям індукційного струму Іі , користуючись правилом «свердлика» чи правилом правої руки.


  1. Закріплення вивченого матеріалу

Задача 1. Магніт, напрямлений південним полюсом до замкненого провідника, переміщується відносно нього, у зв’язку з чим в цьому провіднику виникає індукційний струм, в напрямі показаному на малюнку. Визначити напрям руху магніту.

мал. 1 мал. 2

-За годинниковою стрілкою рухається струм, то провідник має південний полюс;

— знаходимо напрям вектора магнітної індукції В індукційного струму;

— зміна магнітного потоку збільшується, тому магніт входить в замкнений провідник.

Задача 2. Від якого полюса магніту віддаляється замкнений провідник, коли в ньому виникає індукційний струм як показано на малюнку 1?

-визначити полюс витка (за годинниковою стрілкою S), показуємо напрям вектора магнітної індукції В;

-якщо провідник відштовхується, то >0 і вектор магнітної індукції зовнішнього поля має протилежний напрям і визначити полюс магніту (S) – мал. 2


  1. Підсумки уроку

  2. Домашнє завдання

Творче завдання: у яких технічних пристроях використовують явище електромагнітної індукції?

Використання індукційного струму

Одержання індукційного струму стало революційним відкриттям у фізиці і техніці, тому що

на явищі електромагнітної індукції ґрунтується принцип дії генераторів усіх електростанцій світу, які перетворюють механічну енергію в енергію електричного струму.
Збудження змінним магнітним полем вихрового електричного поля використовується в трансформаторах — пристроях, призначених для перетворення електричної енергії змінного струму однієї напруги в електричну енергію іншої напруги

Трансформатори широко застосовуються в лініях електропередач, в розподільних та побутових пристроях. При високій напрузі й малій силі струму передача електроенергії відбувається з меншими втратами. Тому, зазвичай лінії електропередач є високовольтними. Водночас побутові й промислові машини вимагають великої сили струму й малої напруги, тому перед споживанням електроенергія перетворюється в низьковольтну. Трансформатори знайшли застосування також у різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

Електродвигуни використовуються всюди. Навіть удома ми можемо виявити величезну кількість електродвигунів. Електродвигуни використовуються в годиннику, у вентиляторі мікрохвильової печі, в пральній машині, в комп’ютерних вентиляторах, в кондиціонері, в соковижималці… Ну а електродвигуни, вживані в промисловості, можна перераховувати нескінченно. Діапазон фізичних розмірів – від розміру з сірникову головку до розміру локомотивного двигуна.


Промисловий електродвигун працює і на постійному, і на змінному струмі. Його статор – це електромагніт, що створює магнітне поле. Обмотки двигуна по черзі підключаються через щітки до джерела живлення. Одна за одною вони повертають ротор на невеликий кут, і ротор безперервно обертається.

Це явище застосовують також у пристроях, що працюють з досить малими потужностями (звукознімачi електропрогравачів, які забезпечують відтворення грампластинок; магнітофони; електродинамічні мікрофони)

Мікрофон є своєрідним генератором електричного струму— пристрій, що перетворює звуки у змінний струм. Якщо говорити перед мікрофоном, то під дією звукових хвиль мембрана і разом з нею котушка здійснюватимуть коливання відносно постійного магніту. Магнітне поле в котушці буде мінятися, і в ній виникне індукційний струм.

Можливість безконтактного наведення струму знайшла своє застосування і на кухні.
Індукційна плита за своїм принципом роботи схожа на звичайний трансформатор, де первинною обмоткою служить індукційна котушка, яка міститься під склокерамічною поверхнею плити. Нею протікає електричний струм, частота якого значно більша від 50 Гц нашої електричної мережі і становить 20-60 кГц. Вторинною обмоткою цього, так званого, трансформатора є посуд, який ми ставимо на плиту. У днищі посуду створюються струми індукції, які його нагрівають, а тепло від посуду за допомогою теплопровідності передається його вмісту.

Із сказаного можна зробити висновок: завдяки відкриттю явища електромагнітної індукції людство навчилося виробляти електричну енергію й розвивати промисловість. Саме завдяки йому ми можемо користуватися всіма благами цивілізації: світлом, теплом, радіотелеграфом, численними та різноманітними електроприладами, які роблять життя комфортним і приємним. 

Поділіться з Вашими друзьями:

Законы электромагнитной индукции Фарадея: первый и второй закон

Что такое закон Фарадея

Закон электромагнитной индукции Фарадея (называемый закон Фарадея ) — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с магнитным полем. электрическая цепь для создания электродвижущей силы (ЭДС). Это явление известно как электромагнитная индукция.

Закон Фарадея гласит, что ток будет индуцироваться в проводнике, который подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля.Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что направление этого индуцированного тока будет таким, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током , противодействует начальному изменяющемуся магнитному полю, которое его породило. Направление этого тока можно определить с помощью правила правой руки Флеминга.

Закон индукции Фарадея объясняет принцип работы трансформаторов, двигателей, генераторов и индукторов. Закон назван в честь Майкла Фарадея, который провел эксперимент с магнитом и катушкой.Во время эксперимента Фарадей обнаружил, как в катушке индуцируется ЭДС при изменении потока, проходящего через катушку.

Эксперимент Фарадея

В этом эксперименте Фарадей берет магнит и катушку и подключает гальванометр через катушку. При запуске магнит находится в состоянии покоя, поэтому в гальванометре нет отклонения, т.е. стрелка гальванометра находится в центральном или нулевом положении. Когда магнит перемещается к катушке, стрелка гальванометра отклоняется в одном направлении.

Когда магнит удерживается в неподвижном положении в этом положении, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. Теперь, когда магнит удаляется от катушки, наблюдается некоторое отклонение стрелки, но в противоположном направлении, и снова, когда магнит становится неподвижным в этой точке относительно катушки, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. Точно так же, если магнит удерживается в неподвижном состоянии, а катушка движется в сторону магнита, гальванометр аналогичным образом показывает отклонение.Также видно, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет наведенная ЭДС или напряжение в катушке.

Положение магнита Отклонение гальванометра
Магнит в состоянии покоя Отсутствие отклонения гальванометра
Магнит движется к катушке Отклонение гальванометра в одном направлении
Магнит удерживается неподвижно в том же положении (рядом с катушкой) Отсутствие отклонения в гальванометре
Магнит перемещается от катушки Отклонение в гальванометре, но в противоположном направлении
Магнит удерживается неподвижно в том же положении ( от катушки) Отсутствие отклонения гальванометра

Вывод: из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение в потоке индуцирует напряжение на катушке.

Майкл Фарадей сформулировал два закона на основе описанных выше экспериментов. Эти законы называются законами электромагнитной индукции Фарадея .

Первый закон Фарадея

Любое изменение магнитного поля катушки с проволокой вызовет индукцию ЭДС в катушке. Эта индуцированная ЭДС называется индуцированной ЭДС, и если цепь проводника замкнута, ток также будет циркулировать по цепи, и этот ток называется индуцированным током.
Метод изменения магнитного поля:

  1. Путем перемещения магнита по направлению к катушке или от нее
  2. Путем перемещения катушки в магнитное поле или из него
  3. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле
  4. Вращая катушку относительно магнита

Второй закон Фарадея

Он утверждает, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, который связывается с катушкой.Потоковая связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея

Рассмотрим, магнит приближается к катушке. Здесь мы рассматриваем два момента времени T 1 и времени T 2 .

Потоковая связь с катушкой в ​​момент времени,

Потоковая связь с катушкой во время,

Изменение магнитной связи,

Пусть это изменение в потокосцеплении будет,

Итак, изменение магнитной связи

Теперь скорость изменения магнитной связи

Возьмите производную в правой части, мы получим

Скорость изменения магнитной связи

Но согласно закону электромагнитной индукции Фарадея скорость изменения магнитной связи равна наведенной ЭДС .

С учетом закона Ленца.

Где:

  • Поток Φ в Wb = BA
  • B = напряженность магнитного поля
  • A = площадь катушки

Как увеличить ЭДС, индуцированную в катушке

  • Путем увеличения количества витков в катушке катушка, то есть N, из приведенных выше формул легко увидеть, что если количество витков в катушке увеличивается, наведенная ЭДС также увеличивается.
  • Путем увеличения напряженности магнитного поля, то есть B, окружающего катушку. Математически, если магнитное поле увеличивается, увеличивается поток, а при увеличении потока индуцированная ЭДС также увеличивается.Теоретически, если катушка проходит через более сильное магнитное поле, будет больше силовых линий, которые катушка может разрезать, и, следовательно, будет больше индуцированной ЭДС.
  • За счет увеличения скорости относительного движения между катушкой и магнитом — Если относительная скорость между катушкой и магнитом увеличивается по сравнению с ее предыдущим значением, катушка будет обрезать линии потока с большей скоростью, поэтому больше наведенной ЭДС будет произведено.

Применение закона Фарадея

Закон Фарадея — один из самых основных и важных законов электромагнетизма.Этот закон находит свое применение в большинстве электрических машин, промышленности, медицины и т. Д.

  • Силовые трансформаторы работают на основе закона Фарадея
  • Основным принципом работы электрического генератора является закон взаимной индукции Фарадея.
  • Индукционная плита — самый быстрый способ готовить. Он также работает по принципу взаимной индукции. Когда ток течет через катушку с медной проволокой, расположенную под посудой, он создает изменяющееся магнитное поле.Это переменное или изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в проводящем контейнере, и мы знаем, что поток тока всегда выделяет в нем тепло.
  • Электромагнитный расходомер используется для измерения скорости определенных жидкостей. Когда магнитное поле прикладывается к электрически изолированной трубе, по которой протекают проводящие жидкости, в соответствии с законом Фарадея в ней индуцируется электродвижущая сила. Эта индуцированная ЭДС пропорциональна скорости течения жидкости.
  • Основа электромагнитной теории, идея Фарадея о силовых линиях используется в хорошо известных уравнениях Максвелла. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля, и обратное этому используется в уравнениях Максвелла.
  • Он также используется в музыкальных инструментах, таких как электрогитара, электрическая скрипка и т. Д.

Закон Фарадея и закон электромагнитной индукции Ленца

Закон электромагнитной индукции Фарадея объясняет взаимосвязь между электрической цепью и магнитным полем.Этот закон является основным принципом работы большинства электродвигателей, генераторов, трансформаторов, индукторов и т. Д.

Первый закон Фарадея:

Всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, ЭДС индуцируется поперек проводника (называемая индуцированной ЭДС), и если проводник представляет собой замкнутую цепь, то индуцированный ток течет через него.
Магнитное поле можно варьировать различными методами —
1. Путем перемещения магнита
2. Перемещая катушку
3. Поворачивая катушку относительно магнитного поля

Второй закон Фарадея:

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что величина наведенной ЭДС равна скорости изменения магнитных связей с катушкой.Поток связи представляет собой произведение числа витков и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея:

Если считать, что проводник движется в магнитном поле, тогда
потокосцепление с катушкой в ​​исходном положении проводника = NΦ 1 (Wb) (N — скорость двигателя, Φ — поток)
потокосцепление с катушкой в ​​конечном положении проводника = NΦ 2 (Wb)
изменение потокосцепления от начального к конечному = N (Φ 1 — Φ 2 )
пусть Φ 1 — Φ 2 = Φ
следовательно, изменение потокосцепления = NΦ
и скорость изменения потокосцепления = NΦ / t
взяв производную от RHS
скорость изменения магнитных связей = N (dΦ / dt)

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея , скорость изменения магнитных связей равна наведенной ЭДС

Итак, E = N (dΦ / dt) (вольт )

Феномен взаимной индукции

Переменный ток, протекающий в катушке, создает вокруг нее переменное магнитное поле.Когда две или более катушек магнитно связаны друг с другом, тогда переменный ток, протекающий через одну катушку, вызывает наведенную ЭДС на других связанных катушках. Это явление называется взаимной индукцией.

Закон Ленца

Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что, когда ЭДС индуцируется в соответствии с законом Фарадея, полярность (направление) этой индуцированной ЭДС такова, что она противодействует причине ее возникновения.

Таким образом, учитывая закон Ленца


E = -N (dΦ / dt) (вольт)

Отрицательный знак показывает, что направление наведенной ЭДС и направление изменения магнитных полей имеют противоположные знаки.

Закон Фарадея Электромагнитная индукция | Electrical4u

Закон Фарадея Электромагнитная индукция:

Электромагнитная индукция была независимо открыта Майклом Фарадеем в 1831 году и Джозефом Генри в 1832 году. 29 августа 1831 года Фарадей первым опубликовал результаты своих экспериментов. электромагнетизм называется законом электромагнитной индукции Фарадея. Сначала закон был отклонен из-за отсутствия математических и теоретических расчетов.Этот закон говорит об электрической цепи и магнитном поле. Этот принцип используется в большинстве электросетей. Как мы знаем, названиями некоторых приложений являются электродвигатели, генераторы, электрические трансформаторы и цепи магнитного управления, такие как контакторы, реле и т. Д.

[wp_ad_camp_1]

Закон электромагнитной индукции Фарадея:

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что ЭДС, индуцированная в замкнутой электрической цепи, равна скорости изменения потоковых связей.

Здесь N — количество витков в катушке, а Φ — магнитная связь со всеми из них.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

В большинстве случаев поток Φ не связан со всеми витками, в этих случаях суммирование всех произведений магнитного потока на полные витки магнитной цепи дает общее значение потоковых связей. …

Следовательно, общая стоимость потокосцеплений составляет ..

Здесь N k — количество витков, которые связаны с магнитным потоком Φ k .

В случае изменения значения потокосцеплений катушки, в ней создается наведенная ЭДС, значение которой равно…

Здесь отрицательный знак указывает на то, что направление наведенной ЭДС таково, что создаваемый им ток противодействует изменению магнитных связей.

Изменение флюсовых связей может быть вызвано тремя способами.

  1. Катушка неподвижна относительно потока, а величина потока изменяется по величине во времени.

В этом методе, когда катушка или витки неподвижны (катушка не движется) и поток изменяется во времени, здесь ЭДС называется трансформаторной или (пульсационной) ЭДС. Поскольку движение не задействовано, преобразование энергии не происходит, и действительно происходит процесс передачи энергии. Этот принцип используется в трансформаторах, в которых используются неподвижные катушки и изменяющиеся во времени потоки для передачи энергии с одного уровня на другой.

Пример: трансформатор.

  1. Поток постоянен во времени и неподвижен, и катушка движется через него

В этом случае правило отсечения потока может использоваться для иллюстрации ЭДС, генерируемой в проводнике, движущемся в постоянном стационарном поле. ЭДС, генерируемая в проводнике длины, движущемся под прямым углом к ​​однородному, стационарному, не изменяющемуся во времени магнитному полю, равна

.


[wp_ad_camp_1]
Сгенерированная ЭДС в этом случае называется «ЭДС движения», потому что она вызвана движением проводника.Поскольку движение участвует в создании этой ЭДС, процесс включает электромеханическое преобразование энергии. Этот принцип используется во вращающихся машинах, таких как машины постоянного тока, машины переменного тока, такие как индукционные и синхронные машины.

Пример: двигатели переменного тока, генератор и т. Д.

  1. Оба упомянутых выше изменения происходят вместе, т. Е. Катушка движется через изменяющееся во времени поле.

В этом случае проводник или катушка движется через стационарное изменяющееся во времени магнитное поле (поток), и поэтому в проводнике или катушке создаются как трансформатор, так и ЭДС движения.Таким образом, этот процесс включает в себя как передачу, так и преобразование энергии.

Пример: Коммутаторная машина.

Ключевые точки:

  • Чтобы вызвать ЭДС в катушке или проводнике, проводник должен находиться в мгновенном положении или поток должен изменяться во времени.

Пример машины для перемещения проводов: генератор и генератор переменного тока

Пример для машины с изменяющимся потоком: Трансформатор

  • Скорость изменения магнитного потока прямо пропорциональна наведенной ЭДС.

Как увеличить наведенную ЭДС в катушке

Увеличить наведенную ЭДС в катушке можно четырьмя способами

  • Увеличение числа витков увеличивает потокосцепление в цепи, когда потокосцепление увеличивается, автоматически увеличивается наведенная ЭДС.

  • Увеличьте скорость кондуктора. Частота f говорит о скорости проводника. Обычно в синхронной машине это называется синхронной скоростью.
  • Увеличение плотности потока в цепи увеличивает наведенную ЭДС в проводнике. См. Формулу 2
  • Увеличение длины проводника увеличивает наведенную ЭДС в катушке. См. Формулу 2.

Видеообъяснение закона Фарадея Электромагнитная индукция:

Закон Фарадея — обзор

Пример 12.7

Прямоугольная петля, протянутая через поле B →

В предыдущем примере рассматривалась ситуация, когда изменение потока происходит из-за изменения поля во времени.Здесь мы рассматриваем ситуацию, когда поле постоянно во времени, но поток изменяется, потому что контур перемещается в область поля, так что площадь в поле изменяется. Таким образом, как показано на рисунке 12.13 (a), рассмотрим прямоугольную петлю (наша вторичная обмотка) с сопротивлением R , длиной a вдоль x и длиной l вдоль y . Он движется вдоль + x с постоянной скоростью v в области нулевого магнитного поля, пока не достигнет области однородного поля B , которая указывает на бумагу (-z∩).См. Рисунок 12.13 (а). Для конкретности возьмем B = 0,005 Тл, v = 2 м / с, l = 0,1 м и R = 0,1 Ом. (Если бы петлю просто бросили в поле, по закону Ленца петля замедлилась бы, поэтому необходима сила, чтобы петля двигалась с постоянной скоростью.) Найдите (а) магнитный поток, (б) ЭДС, (c) магнитная сила, действующая на петлю, и (d) мощность, необходимая, чтобы тянуть петлю с постоянной скоростью.

Рисунок 12.13. (а) Та же ситуация, что и на рисунке 12.11, но поподробнее. (b) Отношение цепи-нормальности для части (a).

Решение: Чтобы найти магнитную силу, мы должны решить одновременно и для тока, и для скорости. (a) Возьмите d A → = n∩d A из бумаги (чтобы ds → вращался против часовой стрелки, чтобы согласоваться с анализом ЭДС движения, показанным ранее), как на рисунке 12.13 (b). Тогда

(12,5) ΦB = ∫B → ⋅n∩dA = ∫ B → ⋅z∩dA = −B∫dA = −BA = −Blx

, когда цикл входит в область поля. (b) Пусть v = dx / dt .Из-за движения скорость изменения потока определяется как

(12,6) dΦBdt = −Blv,

, где v = dx / dt . Это приводит к ЭДС

(12.7) ε− = dΦBdt = Blv

, которая циркулирует вдоль ds → :: против часовой стрелки, что согласуется с качественным анализом примера 12.4. Аналогичный анализ проводится при выходе петли из поля. В поле поток остается на постоянном значении Bla , поэтому наведенная ЭДС отсутствует.

Для наших значений B, l и v , (12.7) дает ε = (0,005 Тл) (0,1 м) (2 м / с) = 1,0 × 10 −3 В. Принимая (12,7) за единственную действующую ЭДС, это вызывает ток

(12,8 ) I = εR = BlvR.

Для R = 0,1 Ом, (12,8) дает I = 1,0 × 10 −3 В / 0,1 Ом = 0,01 А. (c) Соответствующая магнитная сила F → на правом плече получается из

(12,9) F → = I ∫ ds → × B →.

(Напомним, что I — индуцированный ток, а B → — приложенное поле.) Из (12.9), F → указывает налево, и из (12.9) и (12.7) он имеет звездную величину

(12.10) F = IlB = v (Bl) 2R.

Для нашего случая F = (0,01 A) (0,1 м) (. 006 T ) = 6,0 × 10 −6 Н. (d) Чтобы петля двигалась с постоянной скоростью v , внешняя сила (например, от нашей руки) величиной F должна быть приложена в противоположном направлении. Используя (12.10), эта внешняя сила обеспечивает мощность

(12.11) P = Fv = (vBl) 2R = (IR) 2R = I2R.

Это в точности соответствует скорости джоулева нагрева.В нашем случае P = (0,01 A) 2 (0,1 Ом) = 1,0 × 10 −5 Вт. Таким образом, вся мощность, обеспечиваемая рукой ( Fv ), идет на нагрев ( I 2 R ) проволоки. Это генерирование электрического тока за счет механической энергии означает, что контур представляет собой электрический генератор . Наконец, обратите внимание, что на верхнее и нижнее плечо также действуют равные и противоположные силы, которые стремятся сжимать петлю, что согласуется с анализом закона Ленца в примере 12.4. См. Рисунок 12.13 (а).

Закон электромагнитной индукции Фарадея — Первый закон, Второй закон

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Электромагнитная индукция Процесс был произведен Майклом Фарадеем в 1831 году. Это метод получения электрического тока с помощью магнитный поток. он намотал две катушки на железное кольцо и обнаружил, что при включении переключателя на гальванометре наблюдается отклонение. А при размыкании переключателя гальванометр отклонялся в обратном направлении.

Аналогичное отклонение гальванометра было обнаружено при перемещении постоянного магнита по направлению к катушке и от нее.

Таким образом, он пришел к выводу, что электрический ток может быть произведен движением магнитного потока относительно катушки. Величина наведенной э.д.с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через катушку.

В качестве альтернативы мы можем сказать, что когда проводник режет или разрезается магнитным потоком, э.д.с. генерируется в проводнике.Величина создаваемой ЭДС. пропорциональна скорости, с которой проводник режет или разрезается магнитным потоком.

ПЕРВЫЙ ЗАКОН

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, индуцируются ЭДС, которая называется индуцированной ЭДС, если цепь проводника замкнута, индуцируется также ток, который называется индуцированным током.

или

Каждый раз, когда проводник вращается в магнитном поле, индуцируется ЭДС, которая является индуцированной ЭДС.

Закон Фарадея Анимация

ВТОРОЙ ЗАКОН

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея утверждает, что индуцированная ЭДС равна скорости изменения потоковых связей (потокосцепления — это произведение витков, n катушки и связанного с ней потока).

РАЗЪЯСНЕНИЕ ЗАКОНА ФАРАДА

Let

Начальные потокосцепления = Nφ1

Конечные потокосцепления = Nφ2

Изменение потокосцепления = Nφ2 — Nφ1

= N ((φ2-φ1)

Если (φ2-φ1) = φ

Тогда изменение потокосцепления = Nφ

Скорость изменения потокосцеплений = Nφ / т уд / сек

Взяв производную от правой части, получаем

Скорость изменения потокосцеплений = Ndφ / dt wb / sec

Rut, согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, скорость изменения потоковых связей равна наведенной ЭДС, следовательно, мы можем написать

= Ndφ / dt вольт

Обычно законы Фарадея записываются как

e = -Ndφ / dt вольт

Где отрицательный знак представляет направление индуцированного тока в проводнике, будет таким, что создаваемое им магнитное поле будет противодействовать глаголу «причина его создания».

применений электромагнетизма в технике | Блог системного анализа

Основные выводы

  • Электромагнетизм — это отрасль науки, изучающая взаимодействие электрических и магнитных полей с объектом.

  • Закон Фарадея используется для создания наведенной ЭМП.

  • Электромагнетизм может применяться в различных областях, включая промышленность, транспорт, связь и медицину.

Инновационные инженерные идеи полностью изменили мир, в котором мы живем; современные дома, инфраструктура, автомобили и системы беспроводной связи — все это результат спланированного проектирования. Эти удобства используют фундаментальные принципы в различных инженерных дисциплинах, таких как гражданское строительство, машиностроение, электротехника и т. Д. Например, в машиностроении есть много применений электромагнетизма — генераторы, электрические машины и трансформаторы все полагаются на электромагнетизм.

Каковы применения электромагнетизма в технике?

Электромагнетизм — это отрасль науки, изучающая взаимодействие электрических и магнитных полей с объектом. В таблице ниже приведены несколько примеров применения электромагнетизма.

Область применения

Примеры

Домашний или жилой

Вентиляторы, балласты, индукционные плиты, микроволновые печи

Развлечения

Телевизоры, радио

Промышленное

Генераторы, двигатели, датчики, исполнительные механизмы

Транспорт

Электромобили, магнитная левитация, поезда

Медицинский

Магнитно-резонансная томография

Связь

Системы беспроводной связи

Приложения электромагнетизма

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Большинство приложений электромагнетизма в технике регулируются законом электромагнитной индукции Фарадея.Согласно закону Фарадея, ЭДС индуцируется, и величина равна скорости изменения магнитных связей при изменении магнитного поля, связанного с катушкой или проводником. Направление индуцированной ЭДС задается законом Ленца, который гласит, что направление противоположно причине, вызывающей ЭДС.

Закон Фарадея используется для создания наведенной ЭДС двумя способами: перемещением проводника или изменением магнитного поля. ЭДС, возникающая при перемещении проводника, называется динамически индуцированной ЭДС.Изменяющееся во времени магнитное поле, соединяющее проводник, генерирует статически индуцированную ЭДС.

Чтобы лучше понять, как можно применить электромагнетизм, давайте рассмотрим три общих применения электромагнетизма в технике.

Генераторы

Генераторы используют принцип электромагнитной индукции для генерации напряжения. Конструкция генераторов состоит из двух частей:

  1. Статоры обычно спроектированы как электромагниты, что является применением электромагнетизма.
  2. Роторы представляют собой катушки, которые разрезают линии магнитного поля электромагнита для генерации динамически индуцированной ЭДС.

Трансформаторы

Трансформатор — это статическая машина, которая произвела революцию в секторе передачи и распределения электроэнергии. В трансформаторах вторичное напряжение — это статически индуцированная ЭДС. Электромагнетизм — это фундаментальная основа, которая помогает повышать или понижать напряжение в трансформаторах.

Электродвигатели

В электродвигателях применение электромагнетизма отличается от применения трансформаторов и генераторов.Здесь роль электромагнетизма заключается в преобразовании электрической энергии в механическую.

Это ни в коем случае не исчерпывающий список приложений электромагнетизма в технике — этот список был бы очень длинным. Однако мы надеемся, что это послужит кратким введением в электромагнетизм и все замечательные способы его применения. Для вашего следующего проекта рассмотрите возможность использования программного обеспечения Cadence, которое предоставляет инструменты для прогнозирования электромагнитных полей в вашей системе.

Подпишитесь на нашу рассылку для получения последних обновлений.Если вы хотите узнать больше о том, как Cadence предлагает вам решение, обратитесь к нашей команде экспертов.

Основные принципы — документация GPG 0.0.1

Методы электромагнитной разведки основаны на двух фундаментальных принципах: законе электромагнитной индукции Фарадея и том факте, что электрические токи создают магнитные поля, выраженные в законе Ампера. В своей простейшей форме закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила (ЭДС) в замкнутой цепи пропорциональна скорости изменения магнитного потока в цепи, или, говоря еще проще: изменяющееся магнитное поле вызывает ЭДС.

Магнитный поток \ (\ phi_B \), который пересекает замкнутый контур, равен

.

\ [\ phi_B = \ int_ {area} \ vec {B} \ cdot \ hat {n} \; d \ vec {a} \]

, где \ (\ hat {n} \) — направленный наружу вектор нормали для контура, а \ (\ vec {B} \) — плотность магнитного потока, которая пропорциональна магнитному полю в свободном пространстве. Это показано на диаграмме ниже

.

Закон Фарадея связывает магнитный поток через поверхность, ограниченную петлей, с наведенной ЭДС в петле.

\ [V = — \ frac {d \ phi_B} {dt}.\]

Напомним, что ток \ (I \), протекающий в проводе, связан с ЭДС через закон Ома

\ [V = IR, \]

где \ (R \) — электрическое сопротивление цепи.

Мы можем начать интуитивно понимать закон Фарадея на примере постоянного магнита, движущегося через катушку с проволокой. Электрическое поле, создаваемое движущимся магнитом, создает электрическую силу на зарядах в проводе, вызывая протекание тока. Вы можете изучить этот пример в интерактивном режиме, используя апплет из PhET, представленный ниже.

С помощью апплета мы можем наблюдать несколько характеристик электромагнитной индукции:

  1. Вольтметр регистрирует сигнал только при движении магнита, независимо от его абсолютного положения.

  2. Знак наведенного напряжения меняется в зависимости от направления движения и ориентации магнита

  3. Величина напряжения зависит от скорости движения магнита

  4. При прочих равных, напряжение, индуцированное в контуре с четырьмя катушками, больше, чем в контуре с двумя катушками.

Закон Ленца : Направление индуцированного тока в законе Фарадея таково, что его магнитное поле противодействует изменению потока. То есть природа не любит смену магнитных полей. Это причина знака минус в законе Фарадея. Следующее видео от группы технического обслуживания физического факультета Массачусетского технологического института показывает закон Ленца в действии.

Магнитные поля различных источников тока

Форма магнитного поля, создаваемого электрическим током в проводе, зависит от формы провода.Магнитное поле источника с замкнутым контуром будет примерно таким же, как у идеального магнитного диполя, если его наблюдать достаточно далеко от контура. Хорошее практическое правило состоит в том, что мы можем использовать дипольное приближение, когда расстояние от петли более чем в пять раз превышает ее диаметр. Математически аппроксимация выполняется, когда \ (r \, >> \, a \), где \ (r \) — расстояние от наблюдателя до центра петли, а \ (a \) — радиус петли. Магнитный момент петли равен \ (\ vec {m} = IA \ hat {n} \), где \ (I \) — ток в петле, \ (A \) — ее площадь, а \ (\ hat {n} \) — единичный вектор, перпендикулярный плоскости контура.В этом курсе мы рассмотрим передатчики в частотной области. Это передатчики, управляемые гармоническим током, то есть током, синусоидально изменяющимся во времени. Магнитное поле диполя определяется намагниченностью, умноженной на геометрический коэффициент, что означает, что первичное магнитное поле передатчика будет гармоническим во времени: \ (\ vec {H} _p = \ vec {H} _0 \ соз (\ омега т) \).

Рис.141: Магнитное поле в круговой токовой петле

Если вас интересует более подробное обсуждение поля магнитного диполя, посетите страницу в Википедии.

Посмотрите следующее видео из Сиднейского университета, чтобы помочь визуализировать поля различных конфигураций токовой петли.

Повседневные примеры электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция используется в повседневных устройствах, а также в геофизике. Типичный пример — металлоискатель. На рис. 142 показаны металлоискатели, работающие в службе безопасности аэропорта и ищущие захороненный объект.

В обоих случаях мы видим, что ток \ (I_0 \), протекающий в катушке передатчика, генерирует плотность магнитного потока \ (\ mathbf {B} _0 \).Поскольку \ (\ mathbf {B} _0 \) изменяется во времени, в металлических объектах генерируются вихревые токи. Эти вихревые токи колеблются во времени с той же периодичностью, что и ток передатчика, и создают вторичное магнитное поле \ (\ mathbf {B} ‘\). И первичное, и вторичное поля проходят через приемную катушку (в портативном металлоискателе катушки передатчика и приемника концентрически), генерируя вторичный ток \ (I ‘\), который можно измерить.

Модель цепи для электромагнитной индукции

Рассмотрим цель использования индуктивного источника ЭМ для обнаружения проводящего тела, погребенного в относительно непроводящем (также называемом резистивным) материале-хозяине.Базовая картина представлена ​​на рис. 143.

Рис. 143: Концептуальная схема для трех контуров

Вихревые токи генерируются в заглубленном теле за счет изменения магнитного потока, проходящего через тело. Мы можем многое узнать о связи между передатчиком, похороненным телом и приемником, аппроксимируя погребенное тело проволочной катушкой с сопротивлением \ (R \) и индуктивностью \ (L \). Сопротивление приблизительно соответствует удельному электрическому сопротивлению земли, а индуктивность — это геометрическая величина, которая зависит от формы петли.Следующее обсуждение модели схемы будет в основном концептуальным. Для более подробного и количественного обсуждения см. Ресурс em.geosci — (не требуется для eosc 350.

Преобразователь и первичное поле

В этом курсе мы рассмотрим малые петлевые передатчики с синусоидальным изменением тока во времени. Они известны как передатчики гармонической или частотной области. Мы будем рассматривать передатчики только достаточно малыми, чтобы генерируемые ими первичные магнитные поля были приблизительно дипольными, как показано на рисунке Рис.9 \) Гц.

Ресивер

Приемник чаще всего также представляет собой проволочную катушку. Напряжение, регистрируемое в катушке приемника, будет пропорционально скорости изменения магнитного потока через контур. Можно также измерить магнитное поле напрямую с помощью магнитометра, но это не обычная практика.

Муфта между датчиком и скрытой петлей

Напомним, что ток в контуре генерируется только нормальной составляющей изменяющегося магнитного потока, проходящей через него.Магнитный поток — это векторная величина. Чем ближе направление первичного магнитного потока к нормали скрытой петли, тем лучше связь, как показано на рис. 144 ниже

.

Рис. 144: Эффекты взаимодействия.

Влияние на вторичное поле относительного положения и ориентации передатчика, приемника и скрытой петли можно суммировать с помощью коэффициента связи, который мы обозначим \ (C \). 2} \]

, где \ (\ alpha = \ omega L / R \) называется числом индукции.См. Em.geosci для получения полной информации о коэффициенте связи и функции индуктивного отклика.

Вторичное поле будет иметь гораздо меньшую амплитуду, чем первичное поле (единицы измерения поля часто составляют доли на миллион), а также фазовый сдвиг. Мы можем разложить сигнал на составляющую, совпадающую по фазе с передатчиком, и другую составляющую, сдвинутую по фазе на четверть периода, называемую квадратурной составляющей. Эти компоненты могут быть представлены в виде комплексного числа, действительная часть которого является синфазным вторичным полем, а мнимая часть — квадратурным сигналом.

Для данной константы связи характер вторичного поля может значительно варьироваться в зависимости от числа индукции \ (\ alpha \), как показано на следующем графике

Измеренные ответы

Базовое понимание различий между источником и приемником, обусловленных геометрией, позволяет нам набросать ожидаемые отклики, возникающие при обследовании горизонтальной петли в частотной области, проведенном над проводником, скрытым в резистивном хосте.Это двухэтапный процесс.

  1. Используйте геометрию источника и приемника для эскиза характеристики изгиб.

  2. Используйте диаграмму реакции и знание того, иметь дело с хорошим проводником или плохим проводником, чтобы определить относительный амплитуда синфазной и противофазной частей.

Часть I: Рассмотрим базовую геометрию, показанную на рисунке ниже

Из-за того, что передатчик проходит через скрытый контур, возникает изменяющееся во времени магнитное поле и, следовательно, индуцируемые токи в скрытом контуре.Эти токи создают вторичные магнитные поля. Первичное поле показано серым на левом изображении, а вторичное поле, связанное с этим передатчиком, показано красным справа. Обратите внимание, что первичное и вторичное поля указывают в противоположных направлениях при прохождении через контур приемника.

Мы принимаем соглашение о том, что если вторичное поле находится в том же направлении, что и первичное, то ответ будет отображаться как положительное значение. В качестве альтернативы, когда два поля находятся в оппозиции, ответ будет отрицательным.Расстояние между контурами передатчика и приемника остается фиксированным, а исходная точка наносится на середину между катушками. Когда обе петли находятся слева или справа от скрытой петли, ответ положительный. Отклик будет нулевым, когда какая-либо катушка окажется над скрытым контуром. Когда приемник, представляющий собой горизонтальную катушку, находится над контуром, магнитный поток через катушку не проходит. Будет индуцировано нулевое напряжение. Когда передатчик находится непосредственно над скрытым контуром, поток не пересекает контур, следовательно, в нем не будут генерироваться токи, а вторичное магнитное поле равно нулю.

Часть II: Базовый эскиз формы аномального сигнала определяется из геометрии катушек и относительного расположения передатчик, приемник и токопроводящее тело. На практике мы измеряем как синфазный и противофазный компонент. Каждая из этих кривых будет иметь ту же общую форму, что и изображенная выше. Нам нужно только установить их относительные амплитуды. Из общей кривой отклика мы находим, что синфазная (или реальная составляющая) больше, чем противофазная (мнимая) составляющая, когда \ (\ omega \ sigma \) (или \ (\ omega L / R \)) большой.

Ниже мы наносим ответы на опрос, проведенный в скрытой петле

Поскольку тело является проводящим и частота опросов высока, значение \ (\ omega L / R \) велико, а синфазный отклик больше, чем квадратурный ответ.

Проводящий узел

Эскизы электромагнитных откликов были получены при упрощении предположения, что погребенное тело находилось в очень резистивной среде. Как следствие, ответ зависел только от относительной ориентации катушки источника и тело (эффект сцепления), проводимость тела и частота передатчика и эффект связи вторичного магнитные поля с приемником.2R \) потерь, конвертирующих электромагнитная энергия для нагрева. Как следствие, энергия от источника не распространяется на сколь угодно большие глубины в земле. Амплитуда Таким образом, электромагнитные поля уменьшаются из-за геометрического расширения и затухания.

Первичное поле в проводящей земле

Мы получили представление о материалах выше, игнорируя фоновую землю и предполагая, что электромагнитная индукция происходит только в изолированной интересующей цели. В этом случае первичное поле распространяется через фоновую землю, как если бы оно было свободным пространством.На самом деле Земля имеет некоторую ненулевую электрическую проводимость, которая заставит ее распадаться быстрее, чем в открытом космосе. Сила первичного поля в земле будет зависеть от:

  1. частота передатчика

  2. Электропроводность фонового материала

  3. геометрия источника

Значительное понимание можно получить, игнорируя геометрию источник и наблюдение за тем, как плоская электромагнитная волна затухает при распространении в землю.8 \) м / с и имеет длину волны \ (\ lambda = c / f \). Когда волна входит в проводя землю, он все еще распространяется как синусоида, но движется намного медленнее и быстро затухает. Например, с числами для скорости и длины волны: нижеприведенный.

Волна затухает так быстро, что распространяется только на длину волны в Земля. Поскольку амплитуда убывает так быстро и волны распространяются так медленно, мы обычно говорим об ЭМ волне, «диффундирующей» в землю. В амплитуда поля экспоненциально затухает с глубиной в соответствии с диаграмма приведена ниже.\ frac {-z} {\ delta} \ end {split} \]

Skin Depth: Это глубина, на которую амплитуда уменьшилась до \ (1 / e \) его поверхностного значения. Мы уже встречались с концепцией глубины скин-слоя в георадарном приборе. Для равномерного полупространства проводимости \ (\ sigma \), а на низких частотах, используемых в исследованиях электромагнитной индукции, глубина скин-слоя \ (\ delta \) может быть приблизительно равна

\ [\ delta \ приблизительно \ sqrt {\ frac {2} {\ mu_0 \ omega \ sigma}} \ приблизительно 500 \ sqrt {\ frac {\ rho} {f}} \]

, где \ (\ rho = 1 / \ sigma \) — удельное сопротивление, а \ (\ omega / (2 \ pi) \) — частота.2 \) (ампер на метр в квадрате) и \ (\ vec {E} \) — электрическое поле с единицей измерения вольт / метр. Это версия закона Ома для протяженных трехмерных тел, аналогичная закону Ома для цепей: \ (I = V / R \), где \ (R \) — электрическое сопротивление цепи.

Токи в теле создают собственные магнитные поля, как в случае петли. Эти токи также будут меняться со временем, и их магнитное поле можно измерить на передатчике. Мы называем эти поля «вторичным» магнитным полем \ (\ vec {H_s} \).Обратите внимание, что вторичное поле может быть не в фазе с основным полем.

Сводка

  1. Изменяющийся во времени ток в передатчике создает изменяющийся во времени магнитный поле, которое падает на проводник в земле.

  2. Изменяющийся магнитный поток повсюду генерирует электрическое поле.

  3. Электрическое поле генерирует токи по закону Ома \ (\ vec {J} = \ sigma \ vec {E} \).

  4. Токи создают собственные магнитные поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.