Jačina indukcijske struje ovisi o brzini promjene magnetskog fluksa. Šta određuje jačinu i smjer indukcijske struje?

Ako postoji zatvoreni provodni krug u magnetskom polju koji ne sadrži izvore struje, onda kada se magnetsko polje promijeni u krugu, a struja. Ova pojava se naziva elektromagnetna indukcija. Pojava struje ukazuje na pojavu električnog polja u krugu, koje može osigurati zatvoreno kretanje električnih naboja ili, drugim riječima, o pojavi EMF-a. Električno polje, koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni i čiji rad pri kretanju naboja duž zatvorenog kola nije jednak nuli, zatvorilo se dalekovodi i naziva se vrtlog.

Da bi se kvantitativno opisala elektromagnetna indukcija, uvodi se koncept magnetni fluks(ili fluks vektora magnetske indukcije) kroz zatvorenu petlju. Za ravnu konturu koja se nalazi u jednoličnom magnetskom polju (a samo sa takvim situacijama mogu se susresti školarci na jedinstvenom državnom ispitu), magnetni fluks je definiran kao

gdje je indukcija polja, je površina konture, je ugao između vektora indukcije i normale (okomite) na ravan konture (vidi sliku; okomita na ravan konture je prikazana isprekidanom linijom). Jedinica magnetnog fluksa u međunarodni sistem SI jedinica mjere je Weber (Wb), koja se definira kao magnetni tok kroz konturu površine od 1 m 2 jednolikog magnetskog polja sa indukcijom od 1 T, okomito na ravan kontura.

Veličina inducirane emf koja se javlja u krugu kada se magnetski tok kroz ovo kolo promijeni jednaka je brzini promjene magnetskog fluksa

Ovdje je prikazana promjena magnetnog fluksa kroz krug u kratkom vremenskom intervalu. Važna osobina zakona elektromagnetne indukcije (23.2) je njegova univerzalnost u odnosu na razloge za promjene magnetskog fluksa: magnetni tok kroz kolo može se promijeniti zbog promjene indukcije magnetskog polja, promjene površine strujnog kruga ili promjena ugla između vektora indukcije i normale, koja se događa kada se krug rotira u polju. U svim ovim slučajevima, prema zakonu (23.2), u kolu će se pojaviti indukovana emf i indukovana struja.

Znak minus u formuli (23.2) je „odgovoran“ za smjer struje koja je rezultat elektromagnetne indukcije (Lenzovo pravilo). Međutim, jezikom zakona (23.2) nije tako lako razumjeti do kojeg smjera indukcijske struje vodi ovaj znak sa određenom promjenom magnetskog fluksa kroz kolo. Ali vrlo je lako zapamtiti rezultat: inducirana struja će biti usmjerena na takav način da će magnetsko polje koje stvara „težiti“ da kompenzira promjenu vanjskog magnetskog polja koje je stvorilo ovu struju. Na primjer, kada se tok vanjskog magnetskog polja kroz strujni krug poveća, u njemu će se pojaviti inducirana struja čije će magnetsko polje biti usmjereno suprotno od vanjskog magnetskog polja kako bi se smanjilo vanjsko polje i tako održalo prvobitno vrijednost magnetnog polja. Kada se tok polja kroz kolo smanji, indukovano strujno polje će biti usmjereno na isti način kao i vanjsko magnetsko polje.

Ako se struja u kolu sa strujom iz nekog razloga promijeni, tada se mijenja i magnetski tok kroz krug magnetskog polja koje stvara sama ova struja. Tada bi, prema zakonu (23.2), u kolu trebalo da se pojavi indukovana emf. Fenomen pojave inducirane emf u nekom električnom kolu kao rezultat promjene struje u samom tom kolu naziva se samoindukcija. Naći Samoindukovana emf u nekom električnom kolu potrebno je izračunati fluks magnetskog polja koje stvara ovo kolo kroz sebe. Takav proračun je težak problem zbog nehomogenosti magnetnog polja. Međutim, jedno svojstvo ovog toka je očigledno. Budući da je magnetsko polje koje stvara struja u kolu proporcionalno jačini struje, magnetni tok vlastitog polja kroz krug je proporcionalan struji u ovom kolu.

gdje je jačina struje u krugu, je koeficijent proporcionalnosti, koji karakterizira "geometriju" kruga, ali ne ovisi o struji u njemu i naziva se induktivitet ovog kruga. SI jedinica induktivnosti je Henry (H). 1 H se definira kao induktivnost takvog kola, indukcijski tok vlastitog magnetskog polja kroz koji je jednak 1 Wb sa jakošću struje od 1 A. Uzimajući u obzir definiciju induktivnosti (23.3) iz zakona elektromagnetskog indukcije (23.2), dobijamo za EMF samoindukcije

Zbog fenomena samoindukcije, struja u bilo kojem električnom kolu ima određenu "inerciju" i, prema tome, energiju. Zaista, da bi se stvorila struja u krugu, potrebno je obaviti rad na prevladavanju EMF-a samoindukcije. Energija strujnog kola jednaka je ovom radu. Potrebno je zapamtiti formulu za energiju strujnog kola

gdje je induktivnost kola, je jačina struje u njemu.

Fenomen elektromagnetne indukcije se široko koristi u tehnici. Na njemu se zasniva stvaranje električne struje u električnim generatorima i elektranama. Zahvaljujući zakonu elektromagnetne indukcije dolazi do transformacije mehaničke vibracije u električnim mikrofonima. Zasnovano na zakonu elektromagnetne indukcije, radi, posebno, električni krug, koji se naziva oscilatornim krugom (vidi sljedeće poglavlje), a koji je osnova bilo koje opreme za prijenos ili prijem radija.

Razmotrimo sada zadatke.

Od onih navedenih u problem 23.1.1 pojava, postoji samo jedna posledica zakona elektromagnetne indukcije - pojava struje u prstenu kada prolazi kroz njega permanentni magnet(odgovor 3 ). Sve ostalo je rezultat magnetske interakcije struja.

Kao što je navedeno u uvodu ovog poglavlja, fenomen elektromagnetne indukcije je u osnovi rada generatora naizmjenična struja (problem 23.1.2), tj. uređaj koji stvara naizmjeničnu struju na datoj frekvenciji (odgovor 2 ).

Indukcija magnetskog polja stvorenog stalnim magnetom opada sa povećanjem udaljenosti do njega. Stoga, kada se magnet približi prstenu ( problem 23.1.3) fluks magnetskog polja magneta kroz prsten se mijenja, a u prstenu se pojavljuje indukovana struja. Očigledno, to će se dogoditi kada se magnet približava prstenu sa sjevernim i južnim polom. Ali smjer indukcijske struje u ovim slučajevima bit će drugačiji. To je zbog činjenice da kada magnet priđe prstenu s različitim polovima, polje u ravnini prstena u jednom slučaju će biti usmjereno suprotno polju u drugom. Stoga, da bi se kompenzirale ove promjene u vanjskom polju, magnetsko polje inducirane struje u tim slučajevima mora biti drugačije usmjereno. Stoga će smjerovi indukcijskih struja u prstenu biti suprotni (odgovor 4 ).

Da bi se indukovana emf pojavila u prstenu, neophodno je da se magnetni tok kroz prsten promeni. A pošto magnetska indukcija magnetnog polja zavisi od udaljenosti do njega, onda u razmatranom problem 23.1.4 U tom slučaju, protok kroz prsten će se promijeniti, a u prstenu će nastati indukovana struja (odgovor 1 ).

Prilikom rotacije okvira 1 ( problem 23.1.5) ugao između linija magnetske indukcije (a samim tim i vektora indukcije) i ravnine okvira u bilo kojem trenutku jednaka nuli. Posljedično, magnetni tok kroz okvir 1 se ne mijenja (vidi formulu (23.1)), a inducirana struja ne nastaje u njemu. U okviru 2 će se pojaviti indukcijska struja: u položaju prikazanom na slici, magnetni tok kroz njega jednak je nuli kada se okvir okrene za četvrtinu okretaja, bit će jednak , gdje je indukcija i površina; okvira. Nakon još jedne četvrtine okreta, protok će ponovo biti nula, itd. Stoga se tok magnetske indukcije kroz okvir 2 mijenja tokom njegove rotacije, pa se u njemu pojavljuje indukovana struja (odgovor 2 ).

IN problem 23.1.6 indukovana struja se javlja samo u slučaju 2 (odgovor 2 ). Zaista, u slučaju 1, okvir, kada se kreće, ostaje na istoj udaljenosti od vodiča, pa se magnetsko polje koje stvara ovaj provodnik u ravnini okvira ne mijenja. Kada se okvir odmakne od vodiča, mijenja se magnetska indukcija polja vodiča u području okvira, mijenja se magnetni tok kroz okvir i pojavljuje se inducirana struja

Zakon elektromagnetne indukcije kaže da će indukovana struja teći u prstenu u trenucima kada se magnetni tok kroz prsten promijeni. Stoga, dok magnet miruje u blizini prstena ( problem 23.1.7) u prstenu neće teći indukovana struja. Stoga je tačan odgovor u ovom zadatku 2 .

Prema zakonu elektromagnetne indukcije (23.2), indukovana emf u okviru je određena brzinom promjene magnetskog fluksa kroz njega. I pošto po uslovu problemi 23.1.8 indukcija magnetnog polja u području okvira se ravnomjerno mijenja, brzina njegove promjene je konstantna, vrijednost inducirane emf se ne mijenja tokom eksperimenta (odgovor 3 ).

IN problem 23.1.9 Indukovana emf koja se javlja u okviru u drugom slučaju je četiri puta veća od indukovane emf koja se javlja u prvom (odgovor 4 ). To je zbog četverostrukog povećanja površine okvira i, shodno tome, magnetskog toka kroz njega u drugom slučaju.

IN zadatak 23.1.10 u drugom slučaju, brzina promjene magnetskog fluksa se udvostručuje (indukcija polja se mijenja za isti iznos, ali upola kraće). Stoga je emf elektromagnetne indukcije koja se javlja u okviru u drugom slučaju dvostruko veća nego u prvom (odgovor 1 ).

Kada se struja u zatvorenom provodniku udvostruči ( problem 23.2.1), veličina indukcije magnetskog polja će se udvostručiti u svakoj tački u prostoru bez promjene smjera. Dakle, magnetni tok kroz bilo koji mala površina i, shodno tome, cijeli kondukter (odgovor 1 ). Ali omjer magnetskog fluksa kroz vodič prema struji u ovom vodiču, koji predstavlja induktivnost provodnika , neće se promijeniti ( problem 23.2.2- odgovori 3 ).

Koristeći formulu (23.3) nalazimo u problem 32.2.3 Gn (odgovor 4 ).

Odnos između jedinica magnetskog fluksa, magnetne indukcije i induktivnosti ( problem 23.2.4) proizlazi iz definicije induktivnosti (23.3): jedinica magnetskog fluksa (Wb) jednaka je proizvodu jedinice struje (A) na jedinicu induktivnosti (H) - odgovor 3 .

Prema formuli (23.5), uz dvostruko povećanje induktivnosti zavojnice i dvostruko smanjenje struje u njemu ( problem 23.2.5) energija magnetskog polja zavojnice će se smanjiti za 2 puta (odgovor 2 ).

Kada se okvir rotira u jednoličnom magnetskom polju, magnetni tok kroz okvir se mijenja zbog promjene ugla između okomice na ravan okvira i vektora indukcije magnetskog polja. I budući da i u prvom i u drugom slučaju u problem 23.2.6 ovaj ugao se menja po istom zakonu (prema uslovu, frekvencija rotacije okvira je ista), zatim se indukovana emf menja po istom zakonu, a samim tim i odnos vrednosti amplitude indukovana emf unutar okvira jednaka je jedinici (odgovor 2 ).

Magnetno polje koje stvara provodnik sa strujom u području okvira ( problem 23.2.7), usmjereno „od nas“ (vidi rješenja problema u 22. poglavlju). Veličina indukcije polja žice u području okvira će se smanjiti kako se udaljava od žice. Dakle, indukovana struja u okviru treba da stvori magnetsko polje usmereno unutar okvira „daleko od nas“. Koristeći sada pravilo gimleta za pronalaženje smjera magnetske indukcije, zaključujemo da će inducirana struja u okviru biti usmjerena u smjeru kazaljke na satu (odgovor 1 ).

Kako se struja u žici povećava, magnetsko polje koje stvara će se povećati i indukovana struja će se pojaviti u okviru ( problem 23.2.8). Kao rezultat, doći će do interakcije između indukcijske struje u okviru i struje u vodiču. Da biste pronašli smjer ove interakcije (privlačenje ili odbijanje), možete pronaći smjer indukcijske struje, a zatim, koristeći Amperovu formulu, silu interakcije između okvira i žice. Ali možete to učiniti drugačije, koristeći Lenzovo pravilo. Sve induktivne pojave moraju imati takav smjer da kompenziraju uzrok koji ih uzrokuje. A budući da je razlog povećanje struje u okviru, sila interakcije između indukcijske struje i žice treba težiti smanjenju magnetskog toka polja žice kroz okvir. A budući da se magnetna indukcija polja žice smanjuje sa povećanjem udaljenosti do nje, ova sila će odgurnuti okvir od žice (odgovor 2 ). Ako bi se struja u žici smanjila, okvir bi bio privučen žicom.

Problem 23.2.9 takođe vezano za pravac indukcionih pojava i Lenzovo pravilo. Kada se magnet približi provodnom prstenu, u njemu će nastati indukovana struja, čiji će smjer biti takav da kompenzira uzrok koji ga uzrokuje. A pošto je ovaj razlog približavanje magneta, prsten će se odbiti od njega (odgovor 2 ). Ako se magnet udalji od prstena, tada bi iz istih razloga došlo do privlačenja prstena prema magnetu.

Problem 23.2.10 je jedini računski problem u ovom poglavlju. Da biste pronašli inducirani emf potrebno je pronaći promjenu magnetskog fluksa kroz krug . To se može uraditi ovako. Neka skakač u nekom trenutku bude u položaju prikazanom na slici i neka prođe mali vremenski interval. Tokom ovog vremenskog intervala, skakač će se pomjeriti za određenu količinu. To će dovesti do povećanja područja konture po iznosu . Stoga će promjena magnetskog fluksa kroz krug biti jednaka , a veličina inducirane emf (odgovor 4 ).

Tema 11. FENOMEN ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE.

11.1. Faradejevi eksperimenti. Indukcijska struja. Lenzovo pravilo. 11.2. Veličina indukovane emf.

11.3. Priroda indukovane emf.

11.4. Kruženje vektora jačine vrtložnog električnog polja.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Skin efekat.

11.1. Faradejevi eksperimenti. Indukcijska struja. Lenzovo pravilo.

WITH Od otkrića veze između magnetskog polja i struje (koja potvrđuje simetriju zakona prirode), učinjeni su brojni pokušaji da se dobije struja pomoću magnetnog polja. Problem je riješio Michael Faraday 1831. (Amerikanac Joseph Henry je također otkrio, ali nije imao vremena da objavi svoje rezultate. Ampere je također tvrdio da je otkriće, ali nije bio u mogućnosti da predstavi svoje rezultate).

Michael Faraday (1791 - 1867) - poznati engleski fizičar. Istraživanja u oblasti elektriciteta, magnetizma, magnetooptike, elektrohemije. Napravljen je laboratorijski model elektromotora. Otvarao je dodatne struje prilikom zatvaranja i otvaranja strujnog kruga i uspostavio njihov smjer. Otkrio je zakone elektrolize, bio je prvi koji je uveo pojmove polja i dielektrične konstante, a 1845. je upotrijebio izraz “magnetno polje”.

Između ostalog, M. Faraday je otkrio fenomene dia i paramagnetizma. Otkrio je da se svi materijali u magnetskom polju ponašaju različito: orijentirani su duž polja (para i feromagneti) ili poprečno.

polja su dijamagnetna.

Faradejevi eksperimenti su dobro poznati iz školskog kursa fizike: zavojnica i permanentni magnet (slika 11.1)

Rice. 11.1 Sl. 11.2

Ako magnet približite zavojnici ili obrnuto, električna struja će se pojaviti u zavojnici. Ista stvar sa dva blisko razmaknuta zavojnice: ako je izvor izmjenične struje spojen na jedan od zavojnica, tada će se naizmjenična struja pojaviti i u drugom

(Sl. 11.2), ali se ovaj efekat najbolje manifestuje ako su dva namotaja povezana jezgrom (Sl. 11.3).

Prema Faradejevoj definiciji, ono što je zajedničko ovim eksperimentima je: ako je protok

Kako se indukcioni vektor koji prodire u zatvoreni provodni krug mijenja, električna struja nastaje u krugu.

Ovaj fenomen se zove fenomen elektromagnetne indukcije, a struja je indukcija . Štaviše, fenomen je potpuno nezavisan od metode promjene fluksa vektora magnetske indukcije.

Dakle, ispada da pokretni naboji (struja) stvaraju magnetsko polje, a pokretno magnetsko polje stvara (vorteks) električno polje i sama indukovana struja.

Za svaki konkretan slučaj, Faraday je pokazao smjer indukcijske struje. Godine 1833. Lenz je osnovao general pravilo za pronalaženje smjera struje:

indukovana struja je uvek usmerena na takav način da magnetno polje te struje sprečava promenu magnetnog fluksa koji izaziva indukovanu struju. Ova izjava se zove Lenzovo pravilo.

Ispunjavanje cijelog prostora homogenim magnetom dovodi, uz ostale jednake stvari, do povećanja indukcije za µ puta. Ova činjenica to potvrđuje

indukovana struja je uzrokovana promjenom fluksa vektora magnetske indukcije B, a ne fluksa vektora intenziteta H.

11.2. Veličina indukovane emf.

Da bi se stvorila struja u kolu, mora biti prisutna elektromotorna sila. Stoga, fenomen elektromagnetne indukcije ukazuje da kada se magnetski tok promijeni u kolu, nastaje elektromotorna sila indukcije E i. Naš

zadatak, koristeći zakone održanja energije, pronaći vrijednost E i i saznati je

Razmotrimo kretanje pokretnog dijela 1 - 2 kola sa strujom u magnetskom polju

B (sl. 11.4).

Neka prvo ne postoji magnetno polje B. Stvara se baterija sa emf jednakom E 0

struja I 0 . Tokom vremena dt, baterija radi

dA = E I0 dt(11.2.1)

– ovaj rad će se pretvoriti u toplinu, koja se može naći prema Joule-Lenzovom zakonu:

Q = dA = E 0 I0 dt = I0 2 Rdt,

ovdje I 0 = E R 0, R je ukupni otpor cijelog kola.

Postavimo krug u jednolično magnetsko polje sa indukcijom B. Linije B ||n i povezane su sa smjerom struje po pravilu gimleta. FluxF povezan sa krugom je pozitivan.r

Svaki element konture doživljava mehaničku silu d F . Pokretna strana okvira će doživjeti silu F 0 . Pod uticajem ove sile, deo 1 – 2

kretaće se brzinom υ = dx dt. U tom slučaju će se promijeniti i magnetni tok.

indukcija.

Tada će se, kao rezultat elektromagnetne indukcije, struja u krugu promijeniti i postati

rezultirajući). Ova sila će proizvesti rad dA u vremenu dt: dA = Fdx = IdF.

Kao iu slučaju kada su svi elementi okvira stacionarni, izvor rada je E 0 .

Kod stacionarnog kruga ovaj se rad sveo samo na oslobađanje topline. U našem slučaju će se također oslobađati toplina, ali u drugoj količini, jer se struja promijenila. Osim toga, to je urađeno mehanički rad. Opšti posao za vrijeme dt, jednako je:

Imamo pravo da dobijeni izraz smatramo Ohmovim zakonom za kolo u kojem, pored izvora E 0, djeluje E i, što je jednako:

indukcija koja prolazi kroz ovo kolo.

Ovaj izraz za indukovanu emf kola je potpuno univerzalan, nezavisan od metode promjene fluksa magnetske indukcije i naziva se

Faradejev zakon.

znak (-) – matematički izraz Lenzova pravila o smjeru indukcijske struje: indukovana struja je uvek usmerena tako da njeno polje

suprotstaviti promjenu početnog magnetnog polja.

Smjer indukcijske struje i smjer d dt F su povezani pravilo gimleta(Sl. 11.5).

Dimenzija inducirane emf: [ E i ] =[ F ] =B c =B .t c

Ako se krug sastoji od nekoliko zavoja, onda moramo koristiti koncept

veza fluksa (ukupni magnetni tok):

Ψ = F·N,

gdje je N broj zavoja. Sta ako

11.3. Priroda indukovane emf.

Odgovorimo na pitanje: koji je razlog kretanja naelektrisanja, razlog nastanka indukcijske struje? Razmotrite sliku 11.6.

1) Ako pomjerite provodnik u jednoličnom magnetskom polju B, tada će se pod utjecajem Lorentzove sile elektroni skrenuti prema dolje i pozitivnih naboja gore - javlja se potencijalna razlika. Ovo će biti E i-strana sila, pod uticajem

koja struja teče. Kao što znamo, za pozitivne naboje

F l = q + ; za elektrone F l = –e - .

2) Ako je provodnik nepokretan, a magnetsko polje se mijenja, koja sila u ovom slučaju pobuđuje indukovanu struju? Uzmimo običan transformator (slika 11.7).

Čim zatvorimo krug primarnog namotaja, u sekundarnom namotu odmah nastaje struja. Ali Lorentzova sila nema veze s tim, jer djeluje na naboje koji se kreću, a oni su u početku mirovali (bili su u termičkom kretanju - haotično, ali ovdje nam je potrebno usmjereno kretanje).

Odgovor je dao J. Maxwell 1860: Svako naizmjenično magnetsko polje pobuđuje električno polje (E") u okolnom prostoru. To je razlog za pojavu indukcijske struje u vodiču. To jest, E" se javlja samo u prisustvu naizmjeničnog magnetnog polja (transformator ne radi na jednosmjernoj struji).

Suština fenomena elektromagnetne indukcije nimalo u izgledu indukcijske struje (struja se pojavljuje kada ima naboja i sklop je zatvoren), i u nastanku vrtložnog električnog polja (ne samo u provodniku, već iu okolnom prostoru, u vakuumu).

Ovo polje ima potpuno drugačiju strukturu od polja koje stvaraju naboji. Pošto ga ne stvaraju naelektrisanja, linije sile ne mogu početi i završiti na naelektrisanju, kao što smo to činili u elektrostatici. Ovo polje je vrtlog, njegove linije sile su zatvorene.

Pošto ovo polje pokreće naboje, ono stoga ima silu. Hajde da se predstavimo

vektor jačine vrtložnog električnog polja E". Sila kojom ovo polje djeluje na naboj

F "= q E ".

Ali kada se naboj kreće u magnetskom polju, na njega djeluje Lorentzova sila

Pojava indukovane emf u provodniku

Ako ga stavite u provodnik i pomerite tako da tokom svog kretanja preseca linije polja, tada će u provodniku nastati nešto što se zove indukovana emf.

Indukovana emf će se pojaviti u vodiču čak i ako sam provodnik ostane nepomičan, a magnetsko polje se kreće, prelazeći provodnik svojim linijama sile.

Ako je provodnik u kojem se inducira indukovana emf zatvori za bilo koji vanjski krug, tada pod utjecajem te emf nastaje struja tzv. indukciona struja.

Fenomen EMF indukcije u provodniku kada ga presecaju linije magnetskog polja naziva se elektromagnetna indukcija.

Elektromagnetna indukcija- ovo je obrnuti proces, odnosno pretvaranje mehaničke energije u električnu energiju.

Fenomen elektromagnetne indukcije našao je široku primjenu u. Uređaj raznih električne mašine.

Veličina i smjer inducirane emf

Razmotrimo sada kolika će biti veličina i smjer EMF inducirane u provodniku.

Veličina inducirane emf ovisi o broju linija polja koje prelaze provodnik u jedinici vremena, odnosno o brzini kretanja provodnika u polju.

Veličina inducirane emf direktno ovisi o brzini kretanja vodiča u magnetskom polju.

Veličina indukovane emf zavisi i od dužine onog dela provodnika koji je presečen linijama polja. Što je veći dio provodnika presečen linijama polja, to je veća emf indukovana u provodniku. I konačno, što je jače magnetsko polje, tj. što je veća njegova indukcija, to je veća emf koja se pojavljuje u vodiču koji prelazi ovo polje.

dakle, Veličina inducirane emf koja se javlja u vodiču kada se kreće u magnetskom polju direktno je proporcionalna indukciji magnetskog polja, dužini provodnika i brzini njegovog kretanja.

Ova zavisnost je izražena formulom E = Blv,

gdje je E indukovana emf; B - magnetna indukcija; I je dužina provodnika; v je brzina kretanja provodnika.

Toga treba čvrsto zapamtiti U provodniku koji se kreće u magnetskom polju, indukovana emf nastaje samo ako se ovaj provodnik preseca linijama magnetskog polja. Ako se provodnik kreće duž linija polja, odnosno ne križa se, ali izgleda da klizi duž njih, tada se u njemu ne inducira EMF. Stoga, gornja formula vrijedi samo kada se provodnik kreće okomito na linije magnetskog polja.

Smjer induciranog EMF-a (kao i struja u vodiču) ovisi o tome u kojem smjeru se provodnik kreće. Za određivanje smjera induciranog EMF-a postoji pravilo desna ruka.

Ako dlan desne ruke držite tako da linije magnetskog polja ulaze u njega, a savijeni palac pokazuje smjer kretanja provodnika, tada će ispružena četiri prsta pokazati smjer djelovanja inducirane emf i smjer struja u provodniku.

Pravilo desne ruke

Indukcijska emf u zavojnici

Već smo rekli da je za stvaranje induktivne emf u vodiču potrebno pomicati ili sam provodnik ili magnetsko polje u magnetskom polju. U oba slučaja, provodnik mora biti ukršten linijama magnetnog polja, inače EMF neće biti indukovana. Indukovana emf, a time i indukovana struja, može se dobiti ne samo u ravnom provodniku, već iu provodniku uvijenom u zavojnicu.

Prilikom kretanja unutar trajnog magneta, u njemu se inducira EMF zbog činjenice da magnetni tok magneta prelazi zavoje zavojnice, odnosno na potpuno isti način kao što je bio kada se pravi provodnik kretao u polju magnet.

Ako se magnet polako spušta u zavojnicu, tada će EMF koji nastaje u njemu biti toliko mali da igla uređaja možda neće ni odstupiti. Ako se, naprotiv, magnet brzo umetne u zavojnicu, tada će otklon igle biti velik. To znači da veličina inducirane emf, a time i jačina struje u zavojnici, ovisi o brzini kretanja magneta, odnosno o tome koliko brzo linije polja sijeku zavoje zavojnice. Ako sada naizmjenično istom brzinom uvodite u zavojnicu jak, a zatim slab magnet, primijetit ćete da će kod jakog magneta igla uređaja odstupiti za veći ugao. znači, veličina inducirane emf, a samim tim i jačina struje u zavojnici, ovisi o veličini magnetskog fluksa magneta.

I konačno, ako isti magnet pri istoj brzini uvedete prvo u zavojnicu sa veliki broj okretaja, a zatim sa znatno manjim, tada će u prvom slučaju strelica instrumenta odstupiti za veći ugao nego u drugom. To znači da veličina inducirane emf, a time i jačina struje u zavojnici, ovisi o broju njegovih zavoja. Isti rezultati se mogu dobiti ako se umjesto trajnog magneta koristi elektromagnet.

Smjer inducirane emf u zavojnici ovisi o smjeru kretanja magneta. Zakon koji je ustanovio E. H. Lenz govori kako odrediti smjer inducirane emf.

Lenzov zakon za elektromagnetnu indukciju

Svaka promjena magnetskog fluksa unutar zavojnice je praćena pojavom inducirane emf u njoj, a što se brže mijenja magnetni tok koji prolazi kroz zavojnicu, to je veća emf inducirana u njemu.

Ako je zavojnica u kojoj se stvara inducirana emf zatvorena za vanjski krug, tada kroz njegove zavoje teče inducirana struja, stvarajući magnetsko polje oko vodiča, zbog čega se zavojnica pretvara u solenoid. Ispostavilo se da promjenjivo vanjsko magnetsko polje uzrokuje induciranu struju u zavojnici, koja zauzvrat stvara svoje magnetsko polje oko zavojnice - strujno polje.

Proučavajući ovu pojavu, E. H. Lenz je ustanovio zakon koji određuje smjer indukcijske struje u zavojnici, a samim tim i smjer inducirane emf. Inducirana emf koja se javlja u zavojnici kada se magnetski tok promijeni u njemu stvara struju u zavojnici u takvom smjeru da magnetski tok zavojnice stvoren ovom strujom sprječava promjenu stranog magnetskog fluksa.

Lenzov zakon vrijedi za sve slučajeve indukcije struje u provodnicima, bez obzira na oblik provodnika i način na koji se postiže promjena vanjskog magnetskog polja.

Kada se permanentni magnet pomiče u odnosu na žičanu zavojnicu spojenu na terminale galvanometra, ili kada se zavojnica pomiče u odnosu na magnet, dolazi do inducirane struje.

Indukcijske struje u masivnim provodnicima

Promjenjivi magnetni tok može izazvati emf ne samo u zavojima zavojnice, već iu masivnim metalnim provodnicima. Prodirući u debljinu masivnog vodiča, magnetski tok inducira emf u njemu, stvarajući inducirane struje. Ovi takozvani se šire duž masivnog vodiča i u njemu stvaraju kratki spoj.

Jezgra transformatora, magnetnih kola raznih električnih mašina i uređaja su upravo oni masivni vodiči koji se zagrijavaju indukcijskim strujama koje u njima nastaju. Ova pojava je nepoželjna, stoga, kako bi se smanjila veličina induciranih struja, dijelovi električnih strojeva i jezgre transformatora nisu masivni, već se sastoje od tankih listova, međusobno izoliranih papirom ili slojem izolacijskog laka. Zbog toga je blokiran put širenja vrtložnih struja kroz masu provodnika.

Ali ponekad se u praksi vrtložne struje koriste i kao korisne struje. Na primjer, rad takozvanih magnetnih prigušivača pokretnih dijelova električnih mjernih instrumenata zasniva se na korištenju ovih struja.

Indukcijska struja je struja koja se javlja u zatvorenom vodljivom kolu smještenom u naizmjeničnom magnetskom polju. Ova struja se može pojaviti u dva slučaja. Ako postoji stacionarni krug probijen promjenjivim fluksom magnetske indukcije. Ili kada se provodni krug kreće u konstantnom magnetskom polju, što također uzrokuje promjenu magnetnog fluksa koji prodire u kolo.

Slika 1 - Provodnik se kreće u konstantnom magnetnom polju

Razlog za nastanak indukcijske struje je vrtložno električno polje koje se stvara magnetsko polje. Ovo električno polje djeluje na slobodna naelektrisanja koja se nalaze u provodniku smještenom u ovom vrtložnom električnom polju.

Slika 2 - vrtložno električno polje

Možete pronaći i ovu definiciju. Indukcijska struja je električna struja koja nastaje djelovanjem elektromagnetne indukcije. Ako ne ulazite u zamršenosti zakona elektromagnetne indukcije, onda se ukratko može opisati na sljedeći način. Elektromagnetna indukcija je fenomen pojave struje u provodnom kolu pod uticajem naizmeničnog magnetnog polja.

Koristeći ovaj zakon, možete odrediti veličinu indukcijske struje. Pošto nam daje vrijednost EMF-a koji se javlja u kolu pod utjecajem naizmjeničnog magnetnog polja.

Formula 1 - EMF indukcije magnetnog polja.

Kao što se može vidjeti iz formule 1, veličina inducirane emf, a time i inducirane struje, ovisi o brzini promjene magnetskog fluksa koji prodire u kolo. To jest, što se brže mijenja magnetni tok, to se može dobiti veća indukcijska struja. U slučaju kada imamo konstantno magnetsko polje u kojem se provodni krug kreće, veličina EMF će zavisiti od brzine kretanja kola.

Za određivanje smjera indukcijske struje koristi se Lenzovo pravilo. Što kaže da je indukovana struja usmjerena prema struji koja ju je izazvala. Otuda znak minus u formuli za određivanje inducirane emf.

Indukcijska struja svira važnu ulogu u savremenoj elektrotehnici. Na primjer, indukovana struja koja nastaje u rotoru asinhroni motor, stupa u interakciju sa strujom koja se dovodi iz izvora napajanja u svom statoru, zbog čega se rotor rotira. Moderni elektromotori su izgrađeni na ovom principu.

Slika 3 - asinhroni motor.

U transformatoru se indukcijska struja koja nastaje u sekundarnom namotu koristi za napajanje različitih električnih uređaja. Veličina ove struje može se podesiti parametrima transformatora.

Slika 4 - električni transformator.

I konačno, indukovane struje mogu nastati i u masivnim provodnicima. To su takozvane Foucaultove struje. Zahvaljujući njima moguće je izvršiti indukcijsko topljenje metala. To jest, vrtložne struje koje teku u vodiču uzrokuju njegovo zagrijavanje. U zavisnosti od veličine ovih struja, provodnik se može zagrejati iznad tačke topljenja.

Slika 5 - indukcijsko topljenje metali

Dakle, otkrili smo da indukcijska struja može imati mehaničke, električne i termičke efekte. Svi ovi efekti se široko koriste u savremeni svet, kako u industrijskom obimu tako i na nivou domaćinstva.

magnet Označite koje su od sljedećih tvrdnji tačne, a koje netačne.
A. Magnet i zavojnica se privlače.
B. Unutar zavojnice, magnetsko polje indukcijske struje je usmjereno prema gore.
B. Unutar zavojnice, linije magnetne indukcije magnetnih polja su usmjerene prema gore.
D. Magnet se uklanja sa zavojnice.

2. Koji su referentni sistemi inercijalni i neinercijalni? Navedite primjere.
3. Koja je osobina tijela koja se naziva inercija? Koja vrijednost karakterizira inerciju?
4. Kakav je odnos između masa tijela i modula ubrzanja koje primaju tokom interakcije?
5. Šta je snaga i kako se karakteriše?
6. Formulacija 2. Newtonovog zakona? Koja je njegova matematička notacija?
7. Kako je Newtonov 2. zakon formuliran u obliku impulsa? Njegova matematička notacija?
8. Koliko je 1 Njutn?
9. Kako se tijelo kreće ako se na njega primjenjuje sila konstantne veličine i smjera? Koji je smjer ubrzanja uzrokovanog silom koja djeluje na njega?
10. Kako se određuje rezultanta sila?
11. Kako je formulisan i napisan Njutnov 3. zakon?
12. Kako su usmjerena ubrzanja tijela u interakciji?
13. Navedite primjere manifestacije Njutnovog 3. zakona.
14. Koje su granice primjenjivosti svih Newtonovih zakona?
15. Zašto možemo prebrojati Zemlju inercijski sistem referentna točka ako se kreće centripetalnim ubrzanjem?
16. Šta je deformacija, koje vrste deformacija poznajete?
17. Koja sila se naziva elastična sila? Kakva je priroda ove sile?
18. Koje su karakteristike elastične sile?
19. Kako je usmjerena elastična sila (sila reakcije oslonca, sila zatezanja niti?)
20. Kako je Hookeov zakon formuliran i napisan? Koje su granice njegove primjenjivosti? Konstruirajte graf koji ilustruje Hookeov zakon.
21. Kako je zakon formulisan i napisan Univerzalna gravitacija kada je primjenjivo?
22. Opišite eksperimente za određivanje vrijednosti gravitacijske konstante?
23. Šta je gravitaciona konstanta, šta je to fizičko značenje?
24. Da li rad gravitacione sile zavisi od oblika putanje? Koliki je rad gravitacije u zatvorenoj petlji?
25. Da li rad elastične sile zavisi od oblika putanje?
26. Šta znaš o gravitaciji?
27. Kako se računa ubrzanje? slobodan pad na Zemlji i drugim planetama?
28. Šta je prvo brzina bijega? Kako se izračunava?
29. Šta se zove slobodni pad? Da li ubrzanje sile teže zavisi od mase tela?
30. Opišite iskustvo Galileo Galilei, dokazujući da sva tijela u vakuumu padaju istim ubrzanjem.
31. Koja sila se naziva sila trenja? Vrste sila trenja?
32. Kako se računaju sile trenja klizanja i kotrljanja?
33. Kada se javlja statička sila trenja? Čemu je to jednako?
34. Da li sila trenja klizanja zavisi od površine dodirnih površina?
35. Od kojih parametara zavisi sila trenja klizanja?
36. Od čega zavisi sila otpora kretanju tela u tečnostima i gasovima?
37. Kako se zove tjelesna težina? Koja je razlika između težine tijela i sile gravitacije koja djeluje na tijelo?
38. U kom slučaju je težina tijela brojčano jednaka modulu gravitacije?
39. Šta je bestežinsko stanje? Šta je preopterećenje?
40. Kako izračunati težinu tijela za vrijeme njegovog ubrzanog kretanja? Da li se težina tijela mijenja ako se ubrzano kreće duž stacionarne horizontalne ravni?
41. Kako se mijenja težina tijela kada se kreće po konveksnom i konkavnom dijelu kružnice?
42. Koji je algoritam za rješavanje zadataka kada se tijelo kreće pod uticajem više sila?
43. Koja sila se zove Arhimedova sila ili sila uzgona? Od kojih parametara zavisi ova sila?
44. Koje formule se mogu koristiti za izračunavanje Arhimedove sile?
45. Pod kojim uslovima tijelo u tečnosti pluta, tone ili pluta?
46. ​​Kako dubina uranjanja plutajućeg tijela u tečnost zavisi od njegove gustine?
47. Zašto Baloni ispunjen vodonikom, helijumom ili vrućim zrakom?
48. Objasniti uticaj rotacije Zemlje oko svoje ose na vrednost ubrzanja teže.
49. Kako se mijenja vrijednost gravitacije kada se: a) tijelo udalji od površine Zemlje, B) kada se tijelo kreće duž meridijana, paralelno

električno kolo?

3. Koje je fizičko značenje EMF-a? Definišite volt.

4. Povežite se na kratko vrijeme izvor voltmetra električna energija, poštujući polaritet. Uporedite njegova očitanja sa proračunom na osnovu eksperimentalnih rezultata.

5. Od čega zavisi napon na stezaljkama izvora struje?

6. Koristeći rezultate mjerenja, odrediti napon na vanjskom kolu (ako se rad izvodi metodom I), otpor vanjskog kola (ako se rad izvodi metodom II).

6 pitanje u izračunu priloga

1. Pod kojim uslovima se javljaju sile trenja?
2. Šta određuje modul i smjer sile statičkog trenja?
3. U kojim granicama može varirati statička sila trenja?
4. Koja sila daje ubrzanje automobilu ili dizel lokomotivi?
5. Može li sila trenja klizanja povećati brzinu tijela?
6. Koja je glavna razlika između sile otpora u tekućinama i plinovima i sile trenja između dva čvrste materije?
7. Navedite primjere blagotvornog i štetnog djelovanja sila trenja svih vrsta