Sila indukčného prúdu závisí od rýchlosti zmeny magnetického toku. Čo určuje silu a smer indukčného prúdu

Ak je v magnetickom poli uzavretý vodivý obvod, ktorý neobsahuje zdroje prúdu, potom keď sa magnetické pole v obvode zmení, elektriny. Tento jav sa nazýva elektromagnetická indukcia. Vzhľad prúdu naznačuje výskyt elektrického poľa v obvode, ktoré môže poskytnúť uzavretý pohyb elektrické náboje alebo inými slovami o výskyte EMP. Elektrické pole, ktoré vzniká pri zmene magnetického poľa a ktorého práca sa nerovná nule pri pohybe nábojov pozdĺž uzavretého okruhu, sa uzavrelo siločiary a nazýva sa vír.

Pre kvantitatívny popis elektromagnetickej indukcie je zavedený pojem magnetický tok(alebo tok vektora magnetickej indukcie) cez uzavretú slučku. Pre plochý obvod umiestnený v rovnomernom magnetickom poli (a len s takýmito situáciami sa môžu stretnúť školáci na jednotnej štátnej skúške) je magnetický tok definovaný ako

kde je indukcia poľa, je oblasť obrysu, je uhol medzi vektorom indukcie a normálou (kolmicou) k rovine obrysu (pozri obrázok; kolmica na rovinu obrysu je znázornená bodkovanou čiarou). Jednotka magnetického toku v medzinárodný systém Jednotkou SI je Weber (Wb), ktorý je definovaný ako magnetický tok rovnomerného magnetického poľa s indukciou 1 T cez plošný obrys 1 m 2 , kolmo na rovinu obrys.

Hodnota EMF indukcie, ktorá sa vyskytuje v obvode, keď sa magnetický tok cez tento obvod mení, sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku

Tu je zmena magnetického toku cez obvod v krátkom časovom intervale. Dôležitou vlastnosťou zákona elektromagnetickej indukcie (23.2) je jeho univerzálnosť vzhľadom na dôvody zmeny magnetického toku: magnetický tok obvodom sa môže meniť v dôsledku zmeny indukcie magnetického poľa, zmeny oblasti magnetického toku. obvod alebo zmena uhla medzi indukčným vektorom a normálou, ku ktorej dochádza, keď sa obvod otáča v poli. Vo všetkých týchto prípadoch sa podľa zákona (23.2) v obvode objaví indukčné EMF a indukčný prúd.

Znamienko mínus vo vzorci (23.2) je "zodpovedné" za smer prúdu vyplývajúceho z elektromagnetickej indukcie (Lenzovo pravidlo). V jazyku zákona (23.2) však nie je také ľahké pochopiť, do akého smeru indukčného prúdu toto znamenie povedie s tou či onou zmenou magnetického toku obvodom. Ale je ľahké si zapamätať výsledok: indukčný prúd bude nasmerovaný takým spôsobom, že ním vytvorené magnetické pole bude „mať tendenciu“ kompenzovať zmenu vo vonkajšom magnetickom poli, ktoré generovalo tento prúd. Napríklad pri zvýšení toku vonkajšieho magnetického poľa obvodom sa v ňom objaví indukčný prúd, ktorého magnetické pole bude smerované opačne k vonkajšiemu magnetickému poľu tak, aby sa vonkajšie pole zmenšilo a udržalo pôvodnú hodnotu magnetického poľa. S poklesom toku poľa obvodom bude pole indukčného prúdu smerované rovnakým spôsobom ako vonkajšie magnetické pole.

Ak sa z nejakého dôvodu zmení prúd v obvode s prúdom, zmení sa aj magnetický tok obvodom magnetického poľa, ktoré je vytvárané týmto prúdom samotným. Potom by sa podľa zákona (23.2) malo v obvode objaviť indukčné EMF. Fenomén výskytu EMF indukcie v určitom elektrickom obvode v dôsledku zmeny prúdu v tomto samotnom obvode sa nazýva samoindukcia. Na nájdenie Samoindukcia EMF v niektorom elektrickom obvode je potrebné vypočítať tok magnetického poľa vytvoreného týmto obvodom cez seba. Takýto výpočet je náročný problém kvôli nehomogenite magnetického poľa. Jedna vlastnosť tohto toku je však zrejmá. Pretože magnetické pole vytvorené prúdom v obvode je úmerné veľkosti prúdu, potom je magnetický tok vlastného poľa obvodom úmerný prúdu v tomto obvode.

kde je sila prúdu v obvode, je faktor úmernosti, ktorý charakterizuje "geometriu" obvodu, ale nezávisí od prúdu v ňom a nazýva sa indukčnosť tohto obvodu. Jednotkou indukčnosti v medzinárodnom systéme jednotiek SI je Henry (H). 1 H je definovaná ako indukčnosť takéhoto obvodu, tok indukcie vlastného magnetického poľa, ktorým je 1 Wb pri prúdovej sile 1 A. Pri zohľadnení definície indukčnosti (23.3) zo zákona elektromagnetickej indukcie (23.2), získame pre EMF samoindukcie

V dôsledku fenoménu samoindukcie má prúd v akomkoľvek elektrickom obvode určitú „zotrvačnosť“, a teda aj energiu. Na vytvorenie prúdu v obvode je skutočne potrebné vykonať prácu na prekonaní samoindukčného EMF. Energia obvodu s prúdom a rovná sa tejto práci. Je potrebné si zapamätať vzorec pre energiu obvodu s prúdom

kde je indukčnosť obvodu, je prúd v ňom.

Fenomén elektromagnetickej indukcie je široko používaný v technológii. Je založená na vytváraní elektrického prúdu v elektrických generátoroch a elektrárňach. Vďaka zákonu elektromagnetickej indukcie sa v mikrofónoch mechanické vibrácie premieňajú na elektrické vibrácie. Na základe zákona elektromagnetickej indukcie funguje najmä elektrický obvod, ktorý sa nazýva oscilačný obvod (pozri nasledujúcu kapitolu) a ktorý je základom každej rádiovej vysielacej alebo rádiovej prijímacej technológie.

Zvážte teraz úlohy.

Z tých, ktoré sú uvedené v úloha 23.1.1 javy, existuje len jeden dôsledok zákona elektromagnetickej indukcie - objavenie sa prúdu v prstenci, keď ním prechádza permanentný magnet(odpoveď 3 ). Všetko ostatné je výsledkom magnetickej interakcie prúdov.

Ako je uvedené v úvode tejto kapitoly, fenomén elektromagnetickej indukcie je základom činnosti alternátora ( úloha 23.1.2), t.j. zariadenie, ktoré vytvára striedavý prúd, daná frekvencia (odpoveď 2 ).

Indukcia magnetického poľa vytvoreného permanentným magnetom klesá s rastúcou vzdialenosťou od neho. Preto, keď sa magnet priblíži k prstencu ( úloha 23.1.3) sa zmení indukčný tok magnetického poľa magnetu cez krúžok a v krúžku sa objaví indukčný prúd. Je zrejmé, že sa to stane, keď sa magnet priblíži k prstencu so severným aj južným pólom. Ale smer indukčného prúdu v týchto prípadoch bude iný. Je to spôsobené tým, že keď sa magnet priblíži k prstencu s rôznymi pólmi, pole v rovine prstenca v jednom prípade bude smerovať opačne ako pole v druhom. Preto na kompenzáciu týchto zmien vo vonkajšom poli musí byť v týchto prípadoch magnetické pole indukčného prúdu nasmerované inak. Preto budú smery indukčných prúdov v kruhu opačné (odpoveď je 4 ).

Pre výskyt indukčného EMF v prstenci je potrebné, aby sa magnetický tok prstencom zmenil. A keďže magnetická indukcia magnetického poľa závisí od vzdialenosti k nemu, potom v uvažovanom prípade úloha 23.1.4 V prípade, že sa prietok cez prstenec zmení, v prstenci sa objaví indukčný prúd (odpoveď je 1 ).

Pri otáčaní rámu 1 ( úloha 23.1.5) uhol medzi čiarami magnetickej indukcie (a teda aj indukčným vektorom) a rovinou rámu kedykoľvek nula. V dôsledku toho sa magnetický tok rámom 1 nemení (pozri vzorec (23.1)) a nevyskytuje sa v ňom indukčný prúd. V snímke 2 vznikne indukčný prúd: v polohe znázornenej na obrázku je magnetický tok cez neho nulový, keď sa rám otočí o štvrtinu otáčky, bude sa rovnať , kde je indukcia, je plocha rámu. Po ďalšej štvrtine otáčky bude prietok opäť nulový a tak ďalej. Preto sa tok magnetickej indukcie rámom 2 počas jeho otáčania mení, preto v ňom vzniká indukčný prúd (odpoveď je 2 ).

IN úloha 23.1.6 indukčný prúd sa vyskytuje iba v prípade 2 (odpoveď 2 ). V prípade 1 zostáva rám počas pohybu v rovnakej vzdialenosti od vodiča a následne sa magnetické pole vytvorené týmto vodičom v rovine rámu nemení. Keď sa rám vzdiali od vodiča, zmení sa magnetická indukcia poľa vodiča v oblasti rámu, zmení sa magnetický tok rámom a vznikne indukčný prúd.

Zákon elektromagnetickej indukcie hovorí, že indukčný prúd v prstenci bude tiecť v takých časových okamihoch, keď sa magnetický tok cez tento prstenec zmení. Preto, keď je magnet v pokoji v blízkosti krúžku ( úloha 23.1.7) Indukčný prúd v prstenci nebude tiecť. Takže správna odpoveď na tento problém je 2 .

Podľa zákona elektromagnetickej indukcie (23.2) je indukčná EMF v ráme určená rýchlosťou zmeny magnetického toku cez ňu. A keďže podľa podmienok úlohy 23.1.8 indukcia magnetického poľa v oblasti rámu sa mení rovnomerne, rýchlosť jeho zmeny je konštantná, veľkosť indukčného emf sa počas experimentu nemení (odpoveď je 3 ).

IN úloha 23.1.9 Indukčné emf, ktoré sa vyskytuje v rámci v druhom prípade, je štyrikrát väčšie ako indukčné emf, ktoré sa vyskytuje v prvom prípade (odpoveď je 4 ). Je to spôsobené štvornásobným zväčšením plochy rámu, a teda aj magnetického toku cez ňu v druhom prípade.

IN úloha 23.1.10 v druhom prípade sa rýchlosť zmeny magnetického toku zdvojnásobí (indukcia poľa sa zmení o rovnakú hodnotu, ale za polovičný čas). Preto EMF elektromagnetickej indukcie, ktorá sa vyskytuje v ráme v druhom prípade, je dvakrát väčšia ako v prvom (odpoveď je 1 ).

Keď sa prúd v uzavretom vodiči zdvojnásobí ( úloha 23.2.1), hodnota indukcie magnetického poľa sa v každom bode priestoru zvýši dvakrát, bez zmeny smeru. Preto sa magnetický tok cez akúkoľvek malú oblasť, a teda aj celý vodič, zmení presne dvakrát (odpoveď je 1 ). Ale pomer magnetického toku cez vodič k prúdu v tomto vodiči, čo je indukčnosť vodiča , pričom sa nezmení ( úloha 23.2.2- odpovedať 3 ).

Pomocou vzorca (23.3) nájdeme v úloha 32.2.3 gn (odpoveď 4 ).

Vzťah medzi jednotkami merania magnetického toku, magnetickej indukcie a indukčnosti ( úloha 23.2.4) vyplýva z definície indukčnosti (23.3): jednotka magnetického toku (Wb) sa rovná súčinu jednotky prúdu (A) na jednotku indukčnosti (H) - odpoveď 3 .

Podľa vzorca (23.5), s dvojnásobným zvýšením indukčnosti cievky a dvojnásobným znížením prúdu v nej ( úloha 23.2.5) energia magnetického poľa cievky sa zníži 2-krát (odpoveď 2 ).

Keď sa rám otáča v rovnomernom magnetickom poli, magnetický tok rámom sa mení v dôsledku zmeny uhla medzi kolmicou k rovine rámu a vektorom magnetického poľa. A keďže v prvom a druhom prípade v úloha 23.2.6 tento uhol sa mení podľa rovnakého zákona (podľa podmienky je frekvencia otáčania rámov rovnaká), potom sa EMF indukcie mení podľa rovnakého zákona, a preto sa pomer hodnôt amplitúdy EMF indukcie v rámci sa rovná jednej (odpoveď 2 ).

Magnetické pole vytvorené vodičom s prúdom v oblasti rámu ( úloha 23.2.7), zaslané „od nás“ (pozri riešenie problémov v kapitole 22). Hodnota indukcie drôtového poľa v oblasti rámu sa bude znižovať, keď sa bude pohybovať preč od drôtu. Indukčný prúd v ráme preto musí vytvárať magnetické pole nasmerované dovnútra rámu „preč od nás“. Teraz pomocou gimletovho pravidla na nájdenie smeru magnetickej indukcie sme dospeli k záveru, že indukčný prúd v slučke bude smerovať v smere hodinových ručičiek (odpoveď je 1 ).

So zvyšujúcim sa prúdom v drôte sa ním vytvorené magnetické pole zväčší a v ráme sa objaví indukčný prúd ( úloha 23.2.8). V dôsledku toho dôjde k interakcii indukčného prúdu v slučke a prúdu vo vodiči. Ak chcete nájsť smer tejto interakcie (príťažlivosť alebo odpudzovanie), môžete nájsť smer indukčného prúdu a potom pomocou vzorca Ampère silu interakcie medzi rámom a drôtom. Ale môžete to urobiť inak, pomocou pravidla Lenz. Všetky indukčné javy musia mať taký smer, aby kompenzovali príčinu, ktorá ich spôsobuje. A keďže dôvodom je zvýšenie prúdu v slučke, sila interakcie medzi indukčným prúdom a drôtom by mala mať tendenciu znižovať magnetický tok drôtového poľa cez slučku. A keďže magnetická indukcia drôtového poľa s rastúcou vzdialenosťou k nemu klesá, táto sila odpudí rám od drôtu (odpoveď 2 ). Ak by sa prúd v drôte znížil, rám by bol priťahovaný k drôtu.

Úloha 23.2.9 súvisí aj so smerom indukčných javov a Lenzovým pravidlom. Keď sa magnet priblíži k vodivému krúžku, objaví sa v ňom indukčný prúd a jeho smer bude taký, aby kompenzoval príčinu, ktorá ho spôsobuje. A keďže týmto dôvodom je priblíženie magnetu, prsteň sa od neho bude odpudzovať (odpoveď 2 ). Ak sa magnet odkloní od krúžku, potom z rovnakých dôvodov dôjde k priťahovaniu krúžku k magnetu.

Úloha 23.2.10 je jediným výpočtovým problémom v tejto kapitole. Ak chcete nájsť EMF indukcie, musíte nájsť zmenu magnetického toku cez obvod . Dá sa to urobiť takto. Nechajte prepojku v určitom okamihu v polohe znázornenej na obrázku a nechajte prejsť malý časový interval. Počas tohto časového intervalu sa prepojka posunie o hodnotu . Tým sa zväčší oblasť obrysu podľa sumy . Preto bude zmena magnetického toku cez obvod rovnaká a veľkosť indukčného emf (odpoveď 4 ).

Téma 11. FENOMÉN ELEKTROMAGNETICKEJ INDUKCIE.

11.1. Faradayove experimenty. indukčný prúd. Lenzove pravidlo. 11.2. Hodnota indukcie emf.

11.3. Povaha indukcie EMF.

11.4. Cirkulácia vektora intenzity vírového elektrického poľa.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Efekt kože.

11.1. Faradayove experimenty. indukčný prúd. Lenzove pravidlo.

S od okamihu objavenia spojenia medzi magnetickým poľom a prúdom (čo je potvrdením symetrie prírodných zákonov) sa uskutočnili početné pokusy získať prúd pomocou magnetického poľa. Problém vyriešil Michael Faraday v roku 1831. (Američan Joseph Henry tiež objavil, ale nestihol svoje výsledky zverejniť. Na objav sa hlásil aj Ampère, ale svoje výsledky nemohol prezentovať).

FARADEUS Michael (1791 - 1867) - slávny anglický fyzik. Výskum v oblasti elektriny, magnetizmu, magnetooptiky, elektrochémie. Vytvoril laboratórny model elektromotora. Objavil extra prúdy počas zatvárania a otvárania okruhu a určil ich smer. Objavil zákony elektrolýzy, ako prvý zaviedol pojmy pole a permitivita a v roku 1845 použil termín „magnetické pole“.

M. Faraday okrem iného objavil javy dia a paramagnetizmu. Zistil, že všetky materiály v magnetickom poli sa správajú odlišne: sú orientované pozdĺž poľa (para a feromagnety) alebo cez

polia sú diamagnety.

Faradayove pokusy sú dobre známe zo školského kurzu fyziky: cievka a permanentný magnet (obr. 11.1)

Ryža. 11.1 Obr. 11.2

Ak privediete magnet k cievke alebo naopak, potom sa v cievke objaví elektrický prúd. To isté s dvoma tesne umiestnenými cievkami: ak je k jednej z cievok pripojený zdroj striedavého prúdu, potom sa v druhej objaví aj striedavý prúd.

(obr.11.2), ale tento efekt sa najlepšie prejaví, ak sú dve cievky spojené jadrom (obr.11.3).

Podľa Faradayovej definície je pre tieto experimenty spoločná vec, že: ak prúdi

indukčný vektor prenikajúci do uzavretého, vodivého obvodu sa zmení, potom sa v obvode objaví elektrický prúd.

Tento jav sa nazýva fenomén elektromagnetickej indukcie a prúd - indukcia . Zároveň je jav úplne nezávislý od spôsobu zmeny toku vektora magnetickej indukcie.

Ukazuje sa teda, že pohybujúce sa náboje (prúd) vytvárajú magnetické pole a pohybujúce sa magnetické pole vytvára (vír) elektrické pole a v skutočnosti aj indukčný prúd.

Pre každý konkrétny prípad Faraday naznačil smer indukčného prúdu. V roku 1833 Lenz zriadil generál pravidlo hľadania smeru prúdu:

indukčný prúd je vždy nasmerovaný tak, aby magnetické pole tohto prúdu zabránilo zmene magnetického toku, ktorý indukčný prúd spôsobuje. Toto tvrdenie sa nazýva Lenzove pravidlo.

Vyplnenie celého priestoru homogénnym magnetom vedie za ostatných okolností k zvýšeniu indukcie o faktor µ. Táto skutočnosť to potvrdzuje

indukčný prúd je spôsobený zmenou toku vektora magnetickej indukcie B, a nie tokom vektora intenzity H.

11.2. Hodnota indukcie emf.

Na vytvorenie prúdu v obvode je potrebná elektromotorická sila. Preto jav elektromagnetickej indukcie naznačuje, že pri zmene magnetického toku v obvode vzniká elektromotorická sila indukcie E i. náš

úloha , pomocou zákonov zachovania energie nájdite hodnotu E i a zistite ju

Zvážte pohyb pohyblivej časti 1 - 2 obvodu s prúdom v magnetickom poli

B (obr. 11.4).

Nech najprv chýba magnetické pole B. Batéria s EMF rovným E 0 vytvára

prúd I 0 . Po dobu dt batéria funguje

dA = EIO dt (11.2.1)

- táto práca sa premení na teplo, ktoré možno nájsť podľa zákona Joule-Lenz:

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

tu I 0 \u003d E R 0, R je impedancia celého obvodu.

Umiestnime obvod do rovnomerného magnetického poľa s indukciou B . Čiary B || n a sú spojené so smerom prúdu podľa pravidla gimlet. StreamF spojený s obvodom je kladný.r

Na každý prvok obrysu pôsobí mechanická sila dF. Na pohyblivú stranu rámu bude pôsobiť sila F 0 . Pôsobením tejto sily, oddiel 1 - 2

sa bude pohybovať rýchlosťou υ = dx dt . Tým sa zmení aj magnetický tok.

indukcia.

Potom sa v dôsledku elektromagnetickej indukcie prúd v obvode zmení a stane sa

výsledný). Táto sila vykoná prácu dA v čase dt: dA = Fdx = IdФ.

Rovnako ako v prípade, keď sú všetky prvky rámu pevné, zdrojom práce je E 0 .

Pri pevnom okruhu sa táto práca zredukovala len na výdaj tepla. V našom prípade sa bude uvoľňovať aj teplo, ale v inom množstve, keďže sa zmenil prúd. Okrem toho sa koná mechanická práca. Všeobecná práca v priebehu času dt sa rovná:

Výsledný výraz máme právo považovať za Ohmov zákon pre obvod, v ktorom okrem zdroja E 0 pôsobí E i, čo sa rovná:

indukcia prenikajúca do tohto obvodu.

Tento výraz pre EMF obvodovej indukcie je úplne univerzálny, nezávislý od spôsobu zmeny toku magnetickej indukcie a je tzv.

Faradayov zákon.

Podpísať (-) - matematický výraz Lenzove pravidlá o smere indukčného prúdu: indukovaný prúd smeruje vždy tak, aby jeho pole

pôsobiť proti zmene počiatočného magnetického poľa.

Smer indukčného prúdu a smer d dt Ф spolu súvisia gimlet pravidlo(obr. 11.5).

Rozmer EMF indukcie: [ E i ] =[ Ф ] = B c = B .t c

Ak okruh pozostáva z niekoľkých zákrut, musíte použiť koncept

väzba toku (celkový magnetický tok):

Ψ = Ф N,

kde N je počet závitov. Ak teda

11.3. Povaha indukcie EMF.

Odpovedzme si na otázku, čo je príčinou pohybu nábojov, príčinou indukčného prúdu? Pozrite si obrázok 11.6.

1) Ak pohybujete vodičom v rovnomernom magnetickom poli B, potom pôsobením Lorentzovej sily sa elektróny odchýlia smerom nadol a kladné náboje hore - existuje potenciálny rozdiel. Toto bude sila E i na strane pôsobenia

ktorým tečie prúd. Ako vieme, pre kladné náboje

F l \u003d q +; pre elektróny F l \u003d -e -.

2) Ak je vodič nehybný a magnetické pole sa mení, aká sila budí indukčný prúd v tomto prípade? Zoberme si obyčajný transformátor (obr. 11.7).

Akonáhle sme uzavreli obvod primárneho vinutia, okamžite sa objaví prúd v sekundárnom vinutí. Ale napokon Lorentzova sila s tým nemá nič spoločné, pretože pôsobí na pohybujúce sa náboje a tie boli na začiatku v pokoji (boli v tepelnom pohybe - chaotickom, ale tu je potrebný usmernený pohyb).

Odpoveď dal J. Maxwell v roku 1860: akékoľvek striedavé magnetické pole vybudí elektrické pole (E ") v okolitom priestore. Je to príčina indukčného prúdu vo vodiči. To znamená, že E“ sa vyskytuje iba v prítomnosti striedavého magnetického poľa (transformátor nefunguje na jednosmerný prúd).

Podstata fenoménu elektromagnetickej indukcie vôbec nie vo vzhľade indukčného prúdu (prúd sa objaví, keď sú náboje a obvod je uzavretý), a vo vzhľade vírivého elektrického poľa (nielen vo vodiči, ale aj v okolitom priestore, vo vákuu).

Toto pole má úplne inú štruktúru ako pole vytvorené nábojmi. Keďže ho nevytvárajú náboje, siločiary nemôžu začínať a končiť na nábojoch, ako sme to robili v elektrostatike. Toto pole je vírové, jeho siločiary sú uzavreté.

Keďže toto pole pohybuje nábojmi, má teda silu. Poďme sa predstaviť

vír intenzity elektrického poľa vektor E ". Sila, ktorou toto pole pôsobí na náboj

F "= q E".

Ale keď sa náboj pohybuje v magnetickom poli, je vystavený Lorentzovej sile

Výskyt vo vodiči indukcie EMF

Ak ho umiestnite do vodiča a posuniete ho tak, aby počas svojho pohybu pretínal siločiary, objaví sa vodič nazývaný indukčné emf.

EMF indukcie sa vyskytne vo vodiči, aj keď samotný vodič zostane nehybný a magnetické pole sa pohybuje a prechádza cez vodič svojimi siločiarami.

Ak je vodič, v ktorom je indukovaná indukcia EMF, uzavretý na akýkoľvek vonkajší obvod, potom pod pôsobením tohto EMF bude obvodom pretekať prúd, tzv. indukčný prúd.

Fenomén indukcie EMF vo vodiči, keď ho pretínajú magnetické siločiary sa nazýva elektromagnetická indukcia.

Elektromagnetická indukcia- ide o opačný proces, t.j. premenu mechanickej energie na elektrickú energiu.

Fenomén elektromagnetickej indukcie našiel najširšie uplatnenie v. Zariadenie rôznych elektrické stroje.

Veľkosť a smer indukčného emf

Uvažujme teraz, aká bude veľkosť a smer EMF indukovaného vo vodiči.

Veľkosť EMF indukcie závisí od počtu siločiar pretínajúcich vodič za jednotku času, t.j. od rýchlosti vodiča v poli.

Veľkosť indukovaného emf je priamo závislá od rýchlosti vodiča v magnetickom poli.

Veľkosť indukovaného emf závisí aj od dĺžky tej časti vodiča, ktorú siločiary pretínajú. Čím väčšiu časť vodiča pretínajú siločiary, tým väčšie EMF sa indukuje vo vodiči. A napokon, čím silnejšie je magnetické pole, t. j. čím väčšia je jeho indukcia, tým väčšie EMF sa vyskytuje vo vodiči, ktorý prechádza týmto poľom.

takže, veľkosť EMF indukcie, ktorá vzniká vo vodiči, keď sa pohybuje v magnetickom poli, je priamo úmerná indukcii magnetického poľa, dĺžke vodiča a rýchlosti jeho pohybu.

Táto závislosť je vyjadrená vzorcom E = Blv,

kde E je indukčné emf; B - magnetická indukcia; I - dĺžka vodiča; v - rýchlosť vodiča.

Na to treba pevne pamätať vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli dochádza k EMF indukcie iba vtedy, ak je tento vodič pretínaný magnetickými siločiarami. Ak sa vodič pohybuje pozdĺž siločiar, t.j. neprechádza, ale akoby kĺže pozdĺž nich, potom sa v ňom neindukuje EMF. Preto vyššie uvedený vzorec platí len vtedy, keď sa vodič pohybuje kolmo na siločiary magnetického poľa.

Smer indukovaného emf (rovnako ako prúd vo vodiči) závisí od toho, ktorým smerom sa vodič pohybuje. Na určenie smeru indukovaného emf existuje pravidlo pravá ruka.

Ak držíte dlaň pravej ruky tak, aby do nej vstupovali siločiary magnetického poľa a ohnutý palec ukazuje smer pohybu vodiča, potom vytiahnuté štyri prsty ukazujú smer indukovaného EMF a smer prúdu v dirigent.

Pravidlo pravej ruky

EMF indukcie v cievke

Už sme povedali, že na vytvorenie EMF indukcie vo vodiči je potrebné pohybovať buď samotným vodičom alebo magnetickým poľom v magnetickom poli. V oboch prípadoch musí byť vodič prekrížený magnetickými siločiarami, inak sa EMF neindukuje. Indukované EMF, a teda aj indukovaný prúd, možno získať nielen v priamom vodiči, ale aj vo vodiči navinutom do cievky.

Pri pohybe vo vnútri permanentného magnetu sa v ňom indukuje EMF v dôsledku skutočnosti, že magnetický tok magnetu prechádza závitmi cievky, t.j. presne takým istým spôsobom, ako keď sa pohyboval priamočiary vodič v poli magnet.

Ak sa magnet spúšťa do cievky pomaly, potom emf, ktorý v ňom vzniká, bude taký malý, že šípka zariadenia sa nemusí ani odchýliť. Ak sa naopak magnet rýchlo zavedie do cievky, potom bude vychýlenie šípky veľké. To znamená, že veľkosť indukovaného EMF, a teda sila prúdu v cievke, závisí od rýchlosti magnetu, teda od toho, ako rýchlo siločiary pretínajú závity cievky. Ak teraz striedavo vložíme do cievky rovnakou rýchlosťou, najprv silný magnet a potom slabý, potom vidíme, že so silným magnetom sa šípka zariadenia odchýli o väčší uhol. znamená, veľkosť indukovaného emf, a teda sila prúdu v cievke, závisí od veľkosti magnetického toku magnetu.

A nakoniec, ak sa rovnaký magnet zavedie rovnakou rýchlosťou, najskôr do cievky s Vysoké číslo otáčky a potom s oveľa menším, potom sa v prvom prípade šípka zariadenia odchýli o väčší uhol ako v druhom. To znamená, že veľkosť indukovaného EMF, a teda sila prúdu v cievke, závisí od počtu jej závitov. Rovnaké výsledky možno dosiahnuť, ak sa namiesto permanentného magnetu použije elektromagnet.

Smer EMF indukcie v cievke závisí od smeru pohybu magnetu. Ako určiť smer EMF indukcie, hovorí zákon stanovený E. X. Lenzom.

Lenzov zákon pre elektromagnetickú indukciu

Akákoľvek zmena magnetického toku vo vnútri cievky je sprevádzaná objavením sa indukčného EMF v ňom a čím rýchlejšie sa mení magnetický tok prenikajúci do cievky, tým väčší je v ňom indukovaný EMF.

Ak je cievka, v ktorej sa vytvára indukčné EMF, uzavretá do vonkajšieho obvodu, potom jej závitmi preteká indukčný prúd, ktorý vytvára magnetické pole okolo vodiča, vďaka čomu sa cievka zmení na solenoid. Ukazuje sa to tak, že meniace sa vonkajšie magnetické pole spôsobí v cievke indukčný prúd, ktorý zas vytvorí okolo cievky vlastné magnetické pole – prúdové pole.

Štúdiom tohto javu E. X. Lenz stanovil zákon, ktorý určuje smer indukčného prúdu v cievke a následne aj smer indukčného EMF. Indukčné emf, ktoré sa vyskytuje v cievke, keď sa v nej mení magnetický tok, vytvára prúd v cievke v takom smere, že magnetický tok cievky vytvorený týmto prúdom zabraňuje zmene vonkajšieho magnetického toku.

Lenzov zákon platí pre všetky prípady indukcie prúdu vo vodičoch, bez ohľadu na tvar vodičov a na spôsob dosiahnutia zmeny vonkajšieho magnetického poľa.

Keď sa permanentný magnet pohybuje vzhľadom na drôtovú cievku pripojenú na svorky galvanometra, alebo keď sa cievka pohybuje vzhľadom na magnet, vzniká indukčný prúd.

Indukčné prúdy v masívnych vodičoch

Meniaci sa magnetický tok je schopný indukovať EMF nielen v závitoch cievky, ale aj v masívnych kovových vodičoch. Prenikajúc do hrúbky masívneho vodiča, magnetický tok v ňom indukuje EMF, ktorý vytvára indukčné prúdy. Tieto takzvané sa šíria pozdĺž masívneho vodiča a sú v ňom skratované.

Jadrá transformátorov, magnetické obvody rôznych elektrických strojov a prístrojov sú práve tie masívne vodiče, ktoré sa zahrievajú indukčnými prúdmi, ktoré v nich vznikajú. Tento jav je nežiaduci, preto, aby sa znížila veľkosť indukčných prúdov, sú časti elektrických strojov a jadier transformátorov vyrobené nie masívne, ale pozostávajú z tenkých plechov, ktoré sú navzájom izolované papierom alebo vrstvou izolačného laku. V dôsledku toho je zablokovaná cesta šírenia vírivých prúdov pozdĺž hmoty vodiča.

Niekedy sa však v praxi ako užitočné prúdy používajú aj vírivé prúdy. Využitie týchto prúdov je založené napríklad na činnosti takzvaných magnetických tlmičov pohyblivých častí elektrických meracích prístrojov.

Indukčný prúd je prúd, ktorý sa vyskytuje v uzavretom vodivom obvode v striedavom magnetickom poli. Tento prúd sa môže vyskytnúť v dvoch prípadoch. Ak existuje pevný obvod preniknutý meniacim sa tokom magnetickej indukcie. Alebo keď sa vodivý obvod pohybuje v konštantnom magnetickom poli, čo spôsobuje aj zmenu magnetického toku prenikajúceho obvodu.

Obrázok 1 - Vodič sa pohybuje v konštantnom magnetickom poli

Príčinou indukčného prúdu je vírivé elektrické pole, ktoré sa vytvára magnetické pole. Toto elektrické pole pôsobí na voľné náboje vo vodiči umiestnenom v tomto vírivom elektrickom poli.

Obrázok 2 - vírivé elektrické pole

Môžete nájsť aj takúto definíciu. Indukčný prúd je elektrický prúd, ktorý vzniká v dôsledku pôsobenia elektromagnetickej indukcie. Ak sa neponárate do zložitosti zákona elektromagnetickej indukcie, potom to možno v skratke opísať takto. Elektromagnetická indukcia je výskyt prúdu vo vodivom obvode pod vplyvom striedavého magnetického poľa.

Pomocou tohto zákona môžete určiť aj veľkosť indukčného prúdu. Pretože nám dáva hodnotu EMF, ktorá sa vyskytuje v obvode pri pôsobení striedavého magnetického poľa.

Vzorec 1 - EMF indukcie magnetického poľa.

Ako je možné vidieť zo vzorca 1, veľkosť EMF indukcie, a teda aj indukčného prúdu, závisí od rýchlosti zmeny magnetického toku prenikajúceho obvodom. To znamená, že čím rýchlejšie sa mení magnetický tok, tým väčší indukčný prúd možno získať. V prípade, že máme konštantné magnetické pole, v ktorom sa vodivý obvod pohybuje, potom bude hodnota EMF závisieť od rýchlosti obvodu.

Na určenie smeru indukčného prúdu sa používa Lenzovo pravidlo. Čo hovorí, že indukčný prúd smeruje k prúdu, ktorý ho spôsobil. Preto znamienko mínus vo vzorci na určenie indukčného emf.

Indukčný prúd hrá dôležitú úlohu v modernej elektrotechnike. Napríklad indukčný prúd, ktorý sa vyskytuje v rotore indukčného motora, interaguje s prúdom dodávaným zo zdroja energie v jeho statore, v dôsledku čoho sa rotor otáča. Na tomto princípe sú postavené moderné elektromotory.

Obrázok 3 - asynchrónny motor.

V transformátore sa indukčný prúd, ktorý sa vyskytuje v sekundárnom vinutí, používa na napájanie rôznych elektrických spotrebičov. Hodnotu tohto prúdu je možné nastaviť parametrami transformátora.

Obrázok 4 - elektrický transformátor.

A napokon, indukčné prúdy sa môžu vyskytovať aj v masívnych vodičoch. Ide o takzvané Foucaultove prúdy. Vďaka nim je možné vyrábať indukčné tavenie kovov. To znamená, že vírivé prúdy prúdiace vo vodiči spôsobujú jeho zahrievanie. V závislosti od veľkosti týchto prúdov sa vodič môže zahriať nad bod topenia.

Obrázok 5 - indukčné tavenie kovy.

Takže sme zistili, že indukčný prúd môže mať mechanický, elektrický a tepelný účinok. Všetky tieto efekty sú široko používané v modernom svete v priemyselnom meradle aj na úrovni domácností.

magnet Označte, ktoré z nasledujúcich tvrdení sú správne a ktoré nesprávne.
A. Magnet a cievka sa navzájom priťahujú.
B. Vo vnútri cievky je magnetické pole indukčného prúdu nasmerované nahor.
B. Vo vnútri cievky smerujú čiary magnetickej indukcie poľa magnetu nahor.
D. Magnet sa vyberie z cievky.

2. Ktoré vzťažné sústavy sú inerciálne a neinerciálne? Uveďte príklady.
3. Aká je vlastnosť telies nazývaná zotrvačnosť? Aká je hodnota zotrvačnosti?
4. Aký je vzťah medzi hmotnosťou telies a modulmi zrýchlení, ktoré dostávajú počas interakcie?
5. Čo je sila a ako sa vyznačuje?
6. Výrok 2. Newtonovho zákona? Aký je jeho matematický zápis?
7. Ako je formulovaný 2. Newtonov zákon v impulzívnej forme? Jeho matematický zápis?
8. Čo je 1 Newton?
9. Ako sa teleso pohybuje, ak naň pôsobí sila, ktorá má konštantnú veľkosť a smer? Aký je smer zrýchlenia spôsobeného silou, ktorá naň pôsobí?
10. Ako sa určuje výslednica síl?
11. Ako je formulovaný a zapísaný 3. Newtonov zákon?
12. Ako sú smerované zrýchlenia interagujúcich telies?
13. Uveďte príklady prejavu 3. Newtonovho zákona.
14. Aké sú hranice použiteľnosti všetkých Newtonových zákonov?
15. Prečo môžeme počítať Zem inerciálna sústava referencia, ak sa pohybuje s dostredivým zrýchlením?
16. Čo je deformácia, aké druhy deformácií poznáte?
17. Aká sila sa nazýva sila pružnosti? Aká je povaha tejto sily?
18. Aké sú vlastnosti elastickej sily?
19. Ako je nasmerovaná elastická sila (reakčná sila podpery, napínacia sila nite?)
20. Ako je formulovaný a napísaný Hookov zákon? Aké sú jeho hranice použiteľnosti? Nakreslite graf znázorňujúci Hookov zákon.
21. Ako je formulovaný a zapísaný zákon univerzálnej gravitácie, kedy je použiteľný?
22. Opíšte pokusy na určenie hodnoty gravitačnej konštanty?
23. Čo je to gravitačná konštanta, aký je jej fyzikálny význam?
24. Závisí práca gravitačnej sily od tvaru trajektórie? Akú prácu vykonáva gravitácia v uzavretej slučke?
25. Závisí práca pružnej sily od tvaru trajektórie?
26. Čo vieš o gravitácii?
27. Ako sa počíta zrýchlenie voľný pád na Zemi a na iných planétach?
28. Čo je prvé vesmírna rýchlosť? Ako sa to počíta?
29. Čo sa nazýva voľný pád? Závisí zrýchlenie voľného pádu od hmotnosti tela?
30. Opíšte zážitok Galileo Galilei, čo dokazuje, že všetky telesá vo vákuu padajú s rovnakým zrýchlením.
31. Aká sila sa nazýva sila trenia? Druhy trecích síl?
32. Ako sa vypočíta sila klzného a valivého trenia?
33. Kedy vzniká statická trecia sila? Čomu sa to rovná?
34. Závisí sila klzného trenia od plochy kontaktných plôch?
35. Od akých parametrov závisí sila klzného trenia?
36. Čo určuje silu odporu pri pohybe telesa v kvapalinách a plynoch?
37. Čo sa nazýva telesná hmotnosť? Aký je rozdiel medzi hmotnosťou telesa a gravitačnou silou pôsobiacou na teleso?
38. V akom prípade sa hmotnosť telesa číselne rovná modulu tiaže?
39. Čo je stav beztiaže? Čo je preťaženie?
40. Ako vypočítať hmotnosť telesa pri jeho zrýchlenom pohybe? Zmení sa hmotnosť telesa, ak sa so zrýchlením pohybuje pozdĺž pevnej horizontálnej roviny?
41. Ako sa mení hmotnosť telesa, keď sa pohybuje po konvexnej a konkávnej časti kruhu?
42. Aký je algoritmus riešenia problémov, keď sa teleso pohybuje pôsobením viacerých síl?
43. Aká sila sa nazýva Archimedova sila alebo vztlaková sila? Od akých parametrov závisí táto sila?
44. Aké vzorce možno použiť na výpočet Archimedovej sily?
45. Za akých podmienok teleso v kvapaline pláva, klesá, pláva?
46. ​​Ako závisí hĺbka ponorenia plávajúceho telesa do kvapaliny od jeho hustoty?
47. Prečo Balóny naplnené vodíkom, héliom alebo horúcim vzduchom?
48. Vysvetlite vplyv rotácie Zeme okolo svojej osi na hodnotu zrýchlenia voľného pádu.
49. Ako sa mení hodnota gravitácie pri: a) odstránení telesa z povrchu Zeme, B) pri pohybe telesa po poludníku, rovnobežnom

elektrický obvod?

3. Aký je fyzikálny význam EMP? Definujte volt.

4. Pripojte sa k krátky čas zdroj voltmetra elektrická energia dodržiavaním polarity. Porovnajte jeho hodnoty s výpočtom na základe výsledkov experimentu.

5. Čo určuje napätie na svorkách prúdových zdrojov?

6. Pomocou výsledkov merania určte napätie na vonkajšom obvode (ak bola práca vykonaná metódou I), odpor vonkajšieho obvodu (ak bola práca vykonaná metódou II).

6 otázka pri výpočte hniezdenia

1. Za akých podmienok vznikajú trecie sily?
2. Čo určuje modul a smer statickej trecej sily?
3. V akých medziach sa môže meniť statická trecia sila?
4. Aká sila spôsobuje zrýchlenie auta alebo lokomotívy?
5. Môže sila klzného trenia zvýšiť rýchlosť telesa?
6. Aký je hlavný rozdiel medzi odporovou silou v kvapalinách a plynoch a trecou silou medzi dvoma pevné telesá?
7. Uveďte príklady priaznivých a škodlivých účinkov trecích síl všetkých druhov