Fuqia e rrymës së induksionit varet nga shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik. Çfarë e përcakton forcën dhe drejtimin e rrymës së induksionit?

Nëse ka një qark përcjellës të mbyllur në një fushë magnetike që nuk përmban burime të rrymës, atëherë kur fusha magnetike ndryshon në qark, një elektricitet. Ky fenomen quhet induksion elektromagnetik. Shfaqja e një rryme tregon shfaqjen e një fushe elektrike në qark, e cila mund të sigurojë lëvizje të mbyllur ngarkesat elektrike ose, me fjalë të tjera, për shfaqjen e EMF. Fusha elektrike, e cila lind kur fusha magnetike ndryshon dhe puna e së cilës kur lëviz ngarkesat përgjatë një qarku të mbyllur nuk është e barabartë me zero, është mbyllur. linjat e energjisë dhe quhet vorbull.

Për të përshkruar në mënyrë sasiore induksionin elektromagnetik, është prezantuar koncepti fluksi magnetik(ose fluksi i vektorit të induksionit magnetik) përmes një laku të mbyllur. Për një kontur të sheshtë të vendosur në një fushë magnetike uniforme (dhe vetëm situata të tilla mund të ndeshen nga nxënësit e shkollës në provimin e unifikuar të shtetit), fluksi magnetik përcaktohet si

ku është induksioni i fushës, është sipërfaqja e konturit, është këndi ndërmjet vektorit të induksionit dhe normales (Pendikulare) me rrafshin e konturit (shih figurën; pingulja me rrafshin e konturit tregohet me një vijë me pika). Njësia e fluksit magnetik në sistemit ndërkombëtar Njësia e matjes SI është Weber (Wb), e cila përcaktohet si fluksi magnetik përmes një konture të një sipërfaqe prej 1 m 2 të një fushe magnetike uniforme me një induksion prej 1 T, pingul me rrafshin kontur.

Madhësia e emf-së së induktuar që ndodh në një qark kur ndryshon fluksi magnetik përmes këtij qarku është i barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik

Këtu është ndryshimi i fluksit magnetik nëpër qark gjatë një intervali të shkurtër kohor. Një veti e rëndësishme e ligjit të induksionit elektromagnetik (23.2) është universaliteti i tij në lidhje me arsyet e ndryshimeve në fluksin magnetik: fluksi magnetik përmes qarkut mund të ndryshojë për shkak të një ndryshimi në induksionin e fushës magnetike, një ndryshim në zonën e qarku ose ndryshimi i këndit midis vektorit të induksionit dhe atij normal, i cili ndodh kur qarku rrotullohet në fushë. Në të gjitha këto raste, sipas ligjit (23.2), një emf i induktuar dhe një rrymë e induktuar do të shfaqen në qark.

Shenja minus në formulën (23.2) është "përgjegjëse" për drejtimin e rrymës që rezulton nga induksioni elektromagnetik (rregulli i Lenz-it). Sidoqoftë, nuk është aq e lehtë të kuptohet në gjuhën e ligjit (23.2) në cilin drejtim të rrymës së induksionit do të çojë kjo shenjë me një ndryshim të veçantë në fluksin magnetik përmes qarkut. Por është mjaft e lehtë të kujtosh rezultatin: rryma e induktuar do të drejtohet në atë mënyrë që fusha magnetike që krijon do të "priret" të kompensojë ndryshimin në fushën magnetike të jashtme që gjeneroi këtë rrymë. Për shembull, kur fluksi i një fushe magnetike të jashtme përmes një qarku rritet, në të do të shfaqet një rrymë e induktuar, fusha magnetike e së cilës do të drejtohet e kundërta me fushën magnetike të jashtme në mënyrë që të zvogëlojë fushën e jashtme dhe në këtë mënyrë të ruajë origjinalin. vlera e fushës magnetike. Kur fluksi i fushës nëpër qark zvogëlohet, fusha e rrymës së induktuar do të drejtohet në të njëjtën mënyrë si fusha magnetike e jashtme.

Nëse rryma në një qark me rrymë ndryshon për ndonjë arsye, atëherë ndryshon edhe fluksi magnetik përmes qarkut të fushës magnetike që krijohet nga vetë kjo rrymë. Pastaj, sipas ligjit (23.2), një EMF i induktuar duhet të shfaqet në qark. Dukuria e shfaqjes së emf të induktuar në disa qark elektrik si rezultat i ndryshimit të rrymës në vetë këtë qark quhet vetëinduksion. Per te gjetur Emf i vetë-induktuar në disa qark elektrik është e nevojshme të llogaritet fluksi i fushës magnetike të krijuar nga ky qark përmes vetvetes. Një llogaritje e tillë paraqet një problem të vështirë për shkak të johomogjenitetit të fushës magnetike. Megjithatë, një veti e kësaj rrjedhe është e qartë. Meqenëse fusha magnetike e krijuar nga rryma në qark është proporcionale me madhësinë e rrymës, fluksi magnetik i fushës së vet nëpër qark është proporcional me rrymën në këtë qark.

ku është forca e rrymës në qark, është koeficienti i proporcionalitetit, i cili karakterizon "gjeometrinë" e qarkut, por nuk varet nga rryma në të dhe quhet induktiviteti i këtij qarku. Njësia SI e induktancës është Henry (H). 1 H përkufizohet si induktiviteti i një qarku të tillë, fluksi i induksionit të fushës së tij magnetike përmes së cilës është i barabartë me 1 Wb me një fuqi aktuale prej 1 A. Duke marrë parasysh përkufizimin e induktivitetit (23.3) nga ligji i elektromagnetikës induksion (23.2), marrim për EMF vetë-induksion

Për shkak të fenomenit të vetë-induksionit, rryma në çdo qark elektrik ka një "inerci" të caktuar dhe, rrjedhimisht, energji. Në të vërtetë, për të krijuar një rrymë në qark, është e nevojshme të punohet për të kapërcyer EMF-në e vetë-induksionit. Energjia e qarkut aktual është e barabartë me këtë punë. Është e nevojshme të mbani mend formulën për energjinë e një qarku aktual

ku është induktiviteti i qarkut, është forca e rrymës në të.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik përdoret gjerësisht në teknologji. Mbi të bazohet krijimi i rrymës elektrike në gjeneratorët elektrikë dhe termocentralet. Falë ligjit të induksionit elektromagnetik, ndodh një transformim dridhjet mekanike në mikrofonat elektrikë. Bazuar në ligjin e induksionit elektromagnetik, ai funksionon, në veçanti, qark elektrik, i cili quhet qark oshilator (shih kapitullin tjetër), dhe që është baza e çdo pajisjeje radiotransmetuese ose marrëse.

Le të shqyrtojmë tani detyrat.

Nga ato të listuara në problema 23.1.1 fenomene, ekziston vetëm një pasojë e ligjit të induksionit elektromagnetik - shfaqja e rrymës në unazë kur kalon nëpër të magnet i përhershëm(përgjigje 3 ). Çdo gjë tjetër është rezultat i ndërveprimit magnetik të rrymave.

Siç u tha në hyrje të këtij kapitulli, fenomeni i induksionit elektromagnetik qëndron në themel të funksionimit të gjeneratorit. rrymë alternative (problema 23.1.2), d.m.th. pajisje që krijon rrymë alternative në një frekuencë të caktuar (përgjigje 2 ).

Induksioni i fushës magnetike të krijuar nga një magnet i përhershëm zvogëlohet me rritjen e distancës me të. Prandaj, kur magneti i afrohet unazës ( problema 23.1.3) fluksi i fushës magnetike të magnetit përmes unazës ndryshon dhe një rrymë e induktuar shfaqet në unazë. Natyrisht, kjo do të ndodhë kur magneti i afrohet unazës me polet veriore dhe jugore. Por drejtimi i rrymës së induksionit në këto raste do të jetë i ndryshëm. Kjo për faktin se kur një magnet i afrohet unazës me pole të ndryshme, fusha në rrafshin e unazës në një rast do të drejtohet e kundërta me fushën në tjetrën. Prandaj, për të kompensuar këto ndryshime në fushën e jashtme, fusha magnetike e rrymës së induktuar duhet të drejtohet ndryshe në këto raste. Prandaj, drejtimet e rrymave të induksionit në unazë do të jenë të kundërta (përgjigje 4 ).

Që emf i induktuar të ndodhë në unazë, është e nevojshme që fluksi magnetik përmes unazës të ndryshojë. Dhe meqenëse induksioni magnetik i fushës së një magneti varet nga distanca në të, atëherë në konsideruar problema 23.1.4 Në këtë rast, rrjedha përmes unazës do të ndryshojë dhe një rrymë e induktuar do të lindë në unazë (përgjigje 1 ).

Kur rrotulloni kornizën 1 ( problema 23.1.5) këndi midis vijave të induksionit magnetik (dhe, rrjedhimisht, vektorit të induksionit) dhe rrafshit të kornizës në çdo kohë e barabartë me zero. Rrjedhimisht, fluksi magnetik përmes kornizës 1 nuk ndryshon (shih formulën (23.1)), dhe rryma e induktuar nuk lind në të. Në kornizën 2, do të lindë një rrymë induksioni: në pozicionin e treguar në figurë, fluksi magnetik përmes tij është zero, kur korniza të kthehet një çerek kthese do të jetë e barabartë me , ku është induksioni dhe është sipërfaqja e Korniza. Pas një kthese tjetër çerek, fluksi do të jetë përsëri zero, etj. Prandaj, fluksi i induksionit magnetik përmes kornizës 2 ndryshon gjatë rrotullimit të tij, prandaj, në të shfaqet një rrymë e induktuar (përgjigje 2 ).

NË problema 23.1.6 Rryma e induktuar ndodh vetëm në rastin 2 (përgjigje 2 ). Në të vërtetë, në rastin 1, korniza, kur lëviz, mbetet në të njëjtën distancë nga përcjellësi dhe, për rrjedhojë, fusha magnetike e krijuar nga ky përcjellës në rrafshin e kornizës nuk ndryshon. Kur korniza largohet nga përcjellësi, induksioni magnetik i fushës së përcjellësit në zonën e kornizës ndryshon, fluksi magnetik përmes kornizës ndryshon dhe shfaqet një rrymë e induktuar.

Ligji i induksionit elektromagnetik thotë se një rrymë e induktuar do të rrjedhë në një unazë në momentet kur fluksi magnetik përmes unazës ndryshon. Prandaj, ndërsa magneti është në qetësi pranë unazës ( problema 23.1.7) asnjë rrymë e induktuar nuk do të rrjedhë në unazë. Prandaj, përgjigja e saktë në këtë problem është 2 .

Sipas ligjit të induksionit elektromagnetik (23.2), emf i induktuar në kornizë përcaktohet nga shkalla e ndryshimit të fluksit magnetik përmes tij. Dhe që nga kushti problemet 23.1.8 induksioni i fushës magnetike në zonën e kornizës ndryshon në mënyrë uniforme, shkalla e ndryshimit të saj është konstante, vlera e emf-së së induktuar nuk ndryshon gjatë eksperimentit (përgjigje 3 ).

NË problema 23.1.9 Emf i induktuar që ndodh në kornizë në rastin e dytë është katër herë më i madh se emf i induktuar që ndodh në rastin e parë (përgjigje 4 ). Kjo është për shkak të një rritje të katërfishtë të zonës së kornizës dhe, në përputhje me rrethanat, fluksit magnetik përmes tij në rastin e dytë.

NË detyra 23.1.10 në rastin e dytë, shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik dyfishohet (induksioni i fushës ndryshon me të njëjtën sasi, por në gjysmën e kohës). Prandaj, emf i induksionit elektromagnetik që ndodh në kornizë në rastin e dytë është dy herë më i madh se në të parën (përgjigje 1 ).

Kur rryma në një përcjellës të mbyllur dyfishohet ( problema 23.2.1), madhësia e induksionit të fushës magnetike do të dyfishohet në çdo pikë të hapësirës pa ndryshuar drejtimin. Prandaj, fluksi magnetik përmes ndonjë zonë e vogël dhe, në përputhje me rrethanat, i gjithë dirigjenti (përgjigje 1 ). Por raporti i fluksit magnetik përmes një përcjellësi me rrymën në këtë përcjellës, i cili përfaqëson induktivitetin e përcjellësit , nuk do të ndryshojë ( problema 23.2.2- përgjigje 3 ).

Duke përdorur formulën (23.3) gjejmë në problema 32.2.3 Gn (përgjigje 4 ).

Marrëdhënia midis njësive të fluksit magnetik, induksionit magnetik dhe induktivitetit ( problema 23.2.4) rrjedh nga përkufizimi i induktivitetit (23.3): një njësi e fluksit magnetik (Wb) është e barabartë me produktin e një njësie të rrymës (A) nga një njësi induktiviteti (H) - përgjigje 3 .

Sipas formulës (23.5), me një rritje të dyfishtë të induktivitetit të spirales dhe një ulje të dyfishtë të rrymës në të ( problema 23.2.5) energjia e fushës magnetike të spirales do të ulet me 2 herë (përgjigja 2 ).

Kur korniza rrotullohet në një fushë magnetike uniforme, fluksi magnetik përmes kornizës ndryshon për shkak të një ndryshimi në këndin midis pingulës me rrafshin e kornizës dhe vektorit të induksionit të fushës magnetike. Dhe meqenëse si në rastin e parë ashtu edhe në rastin e dytë problema 23.2.6 ky kënd ndryshon sipas të njëjtit ligj (sipas kushtit, frekuenca e rrotullimit të kornizave është e njëjtë), atëherë emf i induktuar ndryshon sipas të njëjtit ligj, dhe, për rrjedhojë, raporti i vlerave të amplitudës së emf i induktuar brenda kornizës është i barabartë me unitetin (përgjigje 2 ).

Fusha magnetike e krijuar nga një përcjellës me rrymë në zonën e kornizës ( problema 23.2.7), drejtuar "nga ne" (shih zgjidhjet e problemeve në Kapitullin 22). Madhësia e induksionit të fushës së telit në zonën e kornizës do të ulet ndërsa largohet nga teli. Prandaj, rryma e induktuar në kornizë duhet të krijojë një fushë magnetike të drejtuar brenda kornizës "larg nesh". Duke përdorur tani rregullin gimlet për të gjetur drejtimin e induksionit magnetik, arrijmë në përfundimin se rryma e induktuar në kornizë do të drejtohet në drejtim të akrepave të orës (përgjigje 1 ).

Ndërsa rryma në tela rritet, fusha magnetike që krijon do të rritet dhe një rrymë e induktuar do të shfaqet në kornizë ( problema 23.2.8). Si rezultat, do të ketë një ndërveprim midis rrymës së induksionit në kornizë dhe rrymës në përcjellës. Për të gjetur drejtimin e këtij ndërveprimi (tërheqje ose zmbrapsje), mund të gjeni drejtimin e rrymës së induksionit, dhe më pas, duke përdorur formulën Ampere, forcën e ndërveprimit midis kornizës dhe telit. Por ju mund ta bëni atë ndryshe, duke përdorur rregullin e Lenz-it. Të gjitha dukuritë induktive duhet të kenë një drejtim të tillë që të kompensojnë shkakun që i shkakton. Dhe meqenëse arsyeja është një rritje e rrymës në kornizë, forca e ndërveprimit midis rrymës së induksionit dhe telit duhet të priret të zvogëlojë fluksin magnetik të fushës së telit përmes kornizës. Dhe meqenëse induksioni magnetik i fushës së telit zvogëlohet me rritjen e distancës me të, kjo forcë do ta largojë kornizën nga teli (përgjigja 2 ). Nëse rryma në tel zvogëlohej, korniza do të tërhiqej nga tela.

Problemi 23.2.9 lidhur edhe me drejtimin e dukurive të induksionit dhe rregullën e Lenz-it. Kur një magnet i afrohet një unaze përçuese, një rrymë e induktuar do të lindë në të dhe drejtimi i saj do të jetë i tillë që të kompensojë shkakun që e shkakton atë. Dhe meqenëse kjo arsye është afrimi i magnetit, unaza do të zmbrapset prej saj (përgjigje 2 ). Nëse magneti largohet nga unaza, atëherë për të njëjtat arsye do të lindte një tërheqje e unazës ndaj magnetit.

Problemi 23.2.10është problemi i vetëm llogaritës në këtë kapitull. Për të gjetur EMF-në e induktuar, duhet të gjeni ndryshimin e fluksit magnetik përmes qarkut . Mund të bëhet kështu. Lëreni në një moment kohor kërcyesin të jetë në pozicionin e treguar në figurë dhe le të kalojë një interval i vogël kohor. Gjatë këtij intervali kohor, kërcyesi do të lëvizë me një sasi. Kjo do të çojë në një rritje të zonës së konturit nga shuma . Prandaj, ndryshimi në fluksin magnetik përmes qarkut do të jetë i barabartë me , dhe madhësia e emf-së së induktuar (përgjigje 4 ).

Tema 11. FENOMENI I INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK.

11.1. Eksperimentet e Faradeit. Rryma e induksionit. Rregulli i Lenz-it. 11.2. Madhësia e emf-së së induktuar.

11.3. Natyra e emf të induktuar.

11.4. Qarkullimi i vektorit të forcës së fushës elektrike të vorbullës.

11.5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Efekti i lëkurës.

11.1. Eksperimentet e Faradeit. Rryma e induksionit. Rregulli i Lenz-it.

ME Që nga zbulimi i lidhjes ndërmjet fushës magnetike dhe rrymës (që konfirmon simetrinë e ligjeve të natyrës), janë bërë përpjekje të shumta për të marrë rrymë duke përdorur një fushë magnetike. Problemi u zgjidh nga Michael Faraday në 1831. (E zbuloi edhe amerikani Joseph Henry, por nuk pati kohë të publikonte rezultatet e tij. Ampere gjithashtu pretendoi zbulimin, por nuk ishte në gjendje të paraqiste rezultatet e tij).

Michael Faraday (1791 - 1867) - fizikan i famshëm anglez. Kërkime në fushën e elektricitetit, magnetizmit, magnetooptikës, elektrokimisë. Krijoi një model laboratorik të një motori elektrik. Ai hapi rrymat shtesë gjatë mbylljes dhe hapjes së qarkut dhe vendosi drejtimin e tyre. Ai zbuloi ligjet e elektrolizës, ishte i pari që prezantoi konceptet e fushës dhe konstantës dielektrike, dhe në 1845 ai përdori termin "fushë magnetike".

Ndër të tjera, M. Faraday zbuloi dukuritë e dia dhe paramagnetizmit. Ai zbuloi se të gjitha materialet në një fushë magnetike sillen ndryshe: ato janë të orientuara përgjatë fushës (avulli dhe ferromagnetët) ose përgjatë

fushat janë diamagnetike.

Eksperimentet e Faradeit janë të njohura nga kursi i fizikës shkollore: një spirale dhe një magnet i përhershëm (Fig. 11.1)

Oriz. 11.1 Fig. 11.2

Nëse afroni një magnet pranë spirales ose anasjelltas, një rrymë elektrike do të lindë në spirale. E njëjta gjë me dy mbështjellje të ndara ngushtë: nëse një burim i rrymës alternative është i lidhur me njërën nga mbështjelljet, atëherë rryma alternative do të shfaqet edhe në tjetrën.

(Fig. 11.2), por ky efekt manifestohet më së miri nëse dy mbështjellje lidhen me një bërthamë (Fig. 11.3).

Sipas përkufizimit të Faradeit, e përbashkëta e këtyre eksperimenteve është se: nëse rrjedha

Ndërsa vektori i induksionit që depërton në qarkun e mbyllur, përcjellës ndryshon, një rrymë elektrike lind në qark.

Ky fenomen quhet fenomeni i induksionit elektromagnetik, dhe rryma është induksion . Për më tepër, fenomeni është plotësisht i pavarur nga metoda e ndryshimit të fluksit të vektorit të induksionit magnetik.

Pra, rezulton se ngarkesat lëvizëse (rryma) krijojnë një fushë magnetike, dhe një fushë magnetike lëvizëse krijon (vorbull) fushe elektrike dhe vetë rryma e induktuar.

Për çdo rast specifik, Faraday tregoi drejtimin e rrymës së induksionit. Në 1833 Lenz krijoi një gjeneral Rregulli për gjetjen e drejtimit të rrymës:

rryma e induktuar drejtohet gjithmonë në atë mënyrë që fusha magnetike e kësaj rryme të pengojë ndryshimin e fluksit magnetik duke shkaktuar rrymën e induktuar. Kjo deklaratë quhet rregulli i Lenz-it.

Mbushja e të gjithë hapësirës me një magnet homogjen çon, duke qenë të barabarta gjërat e tjera, në një rritje të induksionit me μ herë. Ky fakt e vërteton këtë

Rryma e induktuar shkaktohet nga një ndryshim në fluksin e vektorit të induksionit magnetik B, dhe jo nga fluksi i vektorit të intensitetit H.

11.2. Madhësia e emf-it të induktuar.

Për të krijuar rrymë në një qark, duhet të jetë e pranishme një forcë elektromotore. Prandaj, dukuria e induksionit elektromagnetik tregon se kur fluksi magnetik ndryshon në qark, lind një forcë elektromotore e induksionit E i. Jonë

detyrë, duke përdorur ligjet e ruajtjes së energjisë, gjeni vlerën E i dhe zbuloni atë

Le të shqyrtojmë lëvizjen e seksionit lëvizës 1 - 2 të qarkut me rrymë në një fushë magnetike

B (Fig. 11.4).

Së pari, le të supozojmë se nuk ka fushë magnetike B. Krijon një bateri me një emf të barabartë me E 0

aktuale I 0 . Gjatë kohës dt, bateria funksionon

dA = E I0 dt (11.2.1)

– kjo punë do të kthehet në nxehtësi, e cila mund të gjendet sipas ligjit Joule-Lenz:

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

këtu I 0 = E R 0, R është rezistenca totale e të gjithë qarkut.

Le ta vendosim qarkun në një fushë magnetike uniforme me induksion B. LinjatB ||n dhe janë të lidhura me drejtimin e rrymës sipas rregullit të gimletit. Fluksi F i lidhur me qarkun është pozitiv.r

Çdo element konturor përjeton një forcë mekanike d F. Ana lëvizëse e kornizës do të përjetojë një forcë F 0 . Nën ndikimin e kësaj force, seksioni 1 – 2

do të lëvizë me shpejtësi υ = dx dt. Në këtë rast, fluksi magnetik gjithashtu do të ndryshojë.

induksioni.

Pastaj, si rezultat i induksionit elektromagnetik, rryma në qark do të ndryshojë dhe do të bëhet

që rezulton). Kjo forcë do të prodhojë punë dA në kohën dt: dA = Fdx = IdФ.

Ashtu si në rastin kur të gjithë elementët e kornizës janë të palëvizshëm, burimi i punës është E 0 .

Me një qark të palëvizshëm, kjo punë u reduktua vetëm në lëshimin e nxehtësisë. Në rastin tonë, nxehtësia gjithashtu do të lëshohet, por në një sasi të ndryshme, pasi rryma ka ndryshuar. Përveç kësaj, është bërë punë mekanike. Punë e përgjithshme për kohën dt, është e barabartë me:

Ne kemi të drejtë të konsiderojmë shprehjen që rezulton si ligj i Ohm-it për një qark në të cilin, përveç burimit E 0, vepron edhe E i, që është e barabartë me:

induksioni që kalon nëpër këtë qark.

Kjo shprehje për emf-në e induktuar të një qarku është plotësisht universale, e pavarur nga metoda e ndryshimit të fluksit të induksionit magnetik dhe quhet

Ligji i Faradeit.

Shenjë (-) – shprehje matematikore Rregullat e Lenz për drejtimin e rrymës së induksionit: rryma e induktuar drejtohet gjithmonë ashtu që fusha e saj

kundërvënien e ndryshimit të fushës magnetike fillestare.

Drejtimi i rrymës së induksionit dhe drejtimi d dt Ф janë të lidhura rregull gimlet(Fig. 11.5).

Dimensioni i emf-së së induktuar: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Nëse qarku përbëhet nga disa kthesa, atëherë duhet të përdorim konceptin

lidhja e fluksit (fluksi total magnetik):

Ψ = Ф·N,

ku N është numri i rrotullimeve. Keshtu nese

11.3. Natyra e emf të induktuar.

Le t'i përgjigjemi pyetjes: cila është arsyeja e lëvizjes së ngarkesave, arsyeja e shfaqjes së rrymës së induksionit? Merrni parasysh figurën 11.6.

1) Nëse lëvizni një përcjellës në një fushë magnetike uniforme B, atëherë nën ndikimin e forcës së Lorencit, elektronet do të devijohen poshtë, dhe ngarkesa pozitive lart - lind një ndryshim potencial. Kjo do të jetë forca me anë të E i, nën ndikim

cila rrymë rrjedh. Siç e dimë, për ngarkesat pozitive

F l = q + ; për elektronet F l = –e - .

2) Nëse përcjellësi është i palëvizshëm dhe fusha magnetike ndryshon, çfarë force e ngacmon rrymën e induktuar në këtë rast? Le të marrim një transformator të zakonshëm (Fig. 11.7).

Sapo mbyllim qarkun e mbështjelljes parësore, menjëherë shfaqet një rrymë në mbështjelljen dytësore. Por forca Lorentz nuk ka të bëjë me të, sepse ajo vepron në ngarkesa lëvizëse, dhe në fillim ata ishin në qetësi (ata ishin në lëvizje termike - kaotike, por këtu na duhet lëvizje e drejtuar).

Përgjigja u dha nga J. Maxwell në 1860: Çdo fushë magnetike e alternuar ngacmon një fushë elektrike (E") në hapësirën përreth. Kjo është arsyeja e shfaqjes së rrymës së induksionit në përcjellës. Kjo do të thotë, E" ndodh vetëm në prani të një fushe magnetike alternative (transformatori nuk funksionon në rrymë direkte).

Thelbi i fenomenit të induksionit elektromagnetik aspak në pamjen e rrymës së induksionit (rryma shfaqet kur ka ngarkesa dhe qarku është i mbyllur), dhe në shfaqjen e një fushe elektrike vorbull (jo vetëm në përcjellës, por edhe në hapësirën përreth, në vakum).

Kjo fushë ka një strukturë krejtësisht të ndryshme nga fusha e krijuar nga ngarkesat. Meqenëse nuk krijohet nga ngarkesat, linjat e forcës nuk mund të fillojnë dhe të përfundojnë në ngarkesa, siç bëmë në elektrostatikë. Kjo fushë është një vorbull, linjat e saj të forcës janë të mbyllura.

Meqenëse kjo fushë lëviz ngarkesa, prandaj ka forcë. Le të prezantojmë

vektori i fuqisë së fushës elektrike të vorbullës E ". Forca me të cilën kjo fushë vepron në ngarkesë

F "= q E".

Por kur një ngarkesë lëviz në një fushë magnetike, ajo ndikohet nga forca e Lorencit

Ndodhja e emf të induktuar në një përcjellës

Nëse e vendosni në një përcjellës dhe e lëvizni në mënyrë që gjatë lëvizjes së tij të kryqëzojë linjat e fushës, atëherë në përcjellës do të lindë diçka që quhet emf i induktuar.

Një EMF e induktuar do të ndodhë në një përcjellës edhe nëse vetë përcjellësi mbetet i palëvizshëm dhe fusha magnetike lëviz, duke e kaluar përcjellësin me linjat e tij të forcës.

Nëse përcjellësi në të cilin induktohet emf i induktuar është i mbyllur ndaj çdo qarku të jashtëm, atëherë nën ndikimin e këtij emf një rrymë e quajtur rryma e induksionit.

Fenomeni i induksionit të EMF në një përcjellës kur ai përshkohet nga vija të fushës magnetike quhet induksioni elektromagnetik.

Induksioni elektromagnetik- ky është procesi i kundërt, pra shndërrimi i energjisë mekanike në energji elektrike.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik ka gjetur aplikim të gjerë në. Pajisja e ndryshme makina elektrike.

Madhësia dhe drejtimi i emf të induktuar

Le të shqyrtojmë tani se cila do të jetë madhësia dhe drejtimi i EMF-së të induktuar në përcjellës.

Madhësia e emf-së së induktuar varet nga numri i linjave të fushës që kalojnë përcjellësin për njësi të kohës, d.m.th., nga shpejtësia e lëvizjes së përcjellësit në fushë.

Madhësia e emf-së së induktuar varet drejtpërdrejt nga shpejtësia e lëvizjes së përcjellësit në fushën magnetike.

Madhësia e emf-së së induktuar varet gjithashtu nga gjatësia e asaj pjese të përcjellësit që kryqëzohet nga vijat e fushës. Sa më e madhe e përçuesit të përshkohet nga linjat e fushës, aq më i madh induktohet emf në përcjellës. Dhe së fundi, sa më e fortë të jetë fusha magnetike, d.m.th., sa më i madh induksioni i saj, aq më i madh është emf që shfaqet në përcjellësin që kalon këtë fushë.

Kështu që, madhësia e emf-it të induktuar që ndodh në një përcjellës kur ai lëviz në një fushë magnetike është drejtpërdrejt proporcionale me induksionin e fushës magnetike, gjatësinë e përcjellësit dhe shpejtësinë e lëvizjes së tij.

Kjo varësi shprehet me formulën E = Blv,

ku E është emf i induktuar; B - induksion magnetik; I është gjatësia e përcjellësit; v është shpejtësia e lëvizjes së përcjellësit.

Duhet mbajtur mend fort se Në një përcjellës që lëviz në një fushë magnetike, një emf i induktuar ndodh vetëm nëse ky përcjellës përshkohet nga linja të fushës magnetike. Nëse përcjellësi lëviz përgjatë vijave të fushës, domethënë nuk kalon, por duket se rrëshqet përgjatë tyre, atëherë nuk induktohet asnjë EMF në të. Prandaj, formula e mësipërme është e vlefshme vetëm kur përcjellësi lëviz pingul me linjat e fushës magnetike.

Drejtimi i emf-it të induktuar (si dhe rryma në përcjellës) varet nga drejtimi i lëvizjes së përcjellësit. Për të përcaktuar drejtimin e EMF të induktuar ekziston një rregull dora e djathtë.

Nëse e mbani pëllëmbën e dorës tuaj të djathtë në mënyrë që linjat e fushës magnetike të hyjnë në të, dhe gishti i madh i përkulur tregon drejtimin e lëvizjes së përcjellësit, atëherë katër gishtat e zgjatur do të tregojnë drejtimin e veprimit të EMF të induktuar dhe drejtimin e rryma në përcjellës.

Rregulli i dorës së djathtë

Emf induksioni në një spirale

Ne kemi thënë tashmë se për të krijuar një emf induktiv në një përcjellës, është e nevojshme të lëvizni ose vetë përcjellësi ose fusha magnetike në një fushë magnetike. Në të dyja rastet, përcjellësi duhet të kalohet nga linjat e fushës magnetike, përndryshe EMF nuk do të induktohet. EMF e induktuar, dhe rrjedhimisht rryma e induktuar, mund të merret jo vetëm në një përcjellës të drejtë, por edhe në një përcjellës të përdredhur në një spirale.

Kur lëvizni brenda një magneti të përhershëm, një EMF induktohet në të për shkak të faktit se fluksi magnetik i magnetit kalon kthesat e spirales, d.m.th., saktësisht në të njëjtën mënyrë si kur një përcjellës i drejtë lëvizte në fushën e magnetin.

Nëse magneti ulet ngadalë në spirale, atëherë EMF që lind në të do të jetë aq i vogël sa gjilpëra e pajisjes mund të mos devijojë as. Nëse, përkundrazi, magneti futet shpejt në spirale, atëherë devijimi i gjilpërës do të jetë i madh. Kjo do të thotë se madhësia e emf-së së induktuar, dhe për rrjedhojë forca aktuale në spirale, varet nga shpejtësia e lëvizjes së magnetit, d.m.th., nga sa shpejt linjat e fushës kryqëzojnë kthesat e spirales. Nëse tani futni në mënyrë alternative një magnet të fortë dhe më pas një të dobët në spirale me të njëjtën shpejtësi, do të vini re se me një magnet të fortë gjilpëra e pajisjes do të devijojë me kënd më të madh. Do të thotë, madhësia e emf-së së induktuar, dhe për rrjedhojë forca aktuale në spirale, varet nga madhësia e fluksit magnetik të magnetit.

Dhe së fundi, nëse futni të njëjtin magnet me të njëjtën shpejtësi fillimisht në një spirale me një numër i madh kthesat, dhe pastaj me shumë më pak, atëherë në rastin e parë shigjeta e instrumentit do të devijojë me një kënd më të madh se në të dytin. Kjo do të thotë se madhësia e emf-së së induktuar, dhe për rrjedhojë forca aktuale në spirale, varet nga numri i kthesave të saj. Të njëjtat rezultate mund të merren nëse përdoret një elektromagnet në vend të një magneti të përhershëm.

Drejtimi i emf-it të induktuar në spirale varet nga drejtimi i lëvizjes së magnetit. Ligji i vendosur nga E. H. Lenz tregon se si të përcaktohet drejtimi i emf-së së induktuar.

Ligji i Lenz-it për induksionin elektromagnetik

Çdo ndryshim në fluksin magnetik brenda spirales shoqërohet me shfaqjen e një emf të induktuar në të dhe sa më shpejt të ndryshojë fluksi magnetik që kalon nëpër bobina, aq më i madh induktohet emf në të.

Nëse spiralja në të cilën krijohet emf i induktuar është i mbyllur në një qark të jashtëm, atëherë një rrymë e induktuar rrjedh nëpër kthesat e saj, duke krijuar një fushë magnetike rreth përcjellësit, për shkak të së cilës spiralja shndërrohet në një solenoid. Rezulton se një fushë magnetike e jashtme në ndryshim shkakton një rrymë të induktuar në spirale, e cila, nga ana tjetër, krijon fushën e saj magnetike rreth spirales - fushën aktuale.

Duke studiuar këtë fenomen, E. H. Lenz vendosi një ligj që përcakton drejtimin e rrymës së induktuar në spirale, dhe rrjedhimisht drejtimin e emf të induktuar. Emf i induktuar që ndodh në një spirale kur fluksi magnetik ndryshon në të krijon një rrymë në spirale në një drejtim të tillë që fluksi magnetik i spirales i krijuar nga kjo rrymë parandalon një ndryshim në fluksin magnetik të jashtëm.

Ligji i Lenz-it vlen për të gjitha rastet e induksionit të rrymës në përcjellës, pavarësisht nga forma e përcjellësve dhe mënyra se si arrihet ndryshimi i fushës magnetike të jashtme.

Kur një magnet i përhershëm lëviz në lidhje me një spirale teli të lidhur me terminalet e një galvanometri, ose kur një spirale lëviz në lidhje me një magnet, ndodh një rrymë e induktuar.

Rrymat e induksionit në përçuesit masivë

Një fluks magnetik në ndryshim është i aftë të nxisë një emf jo vetëm në kthesat e spirales, por edhe në përçuesit masivë metalikë. Duke depërtuar në trashësinë e një përcjellësi masiv, fluksi magnetik shkakton një emf në të, duke krijuar rryma të induktuara. Këto të ashtuquajtura përhapen përgjatë një përcjellësi masiv dhe qark të shkurtër në të.

Bërthamat e transformatorëve, qarqet magnetike të makinave dhe pajisjeve të ndryshme elektrike janë pikërisht ata përçues masivë që nxehen nga rrymat e induksionit që dalin në to. Ky fenomen është i padëshirueshëm, prandaj, për të zvogëluar madhësinë e rrymave të induktuara, pjesët e makinave elektrike dhe bërthamat e transformatorëve nuk bëhen masive, por përbëhen nga fletë të holla, të izoluara nga njëra-tjetra me letër ose një shtresë llak izolues. Falë kësaj, rruga e përhapjes së rrymave vorbull përmes masës së përcjellësit është e bllokuar.

Por ndonjëherë në praktikë rrymat vorbull përdoren gjithashtu si rryma të dobishme. Për shembull, puna e të ashtuquajturave amortizues magnetikë të pjesëve lëvizëse të instrumenteve matëse elektrike bazohet në përdorimin e këtyre rrymave.

Rryma e induksionit është një rrymë që ndodh në një qark të mbyllur përçues të vendosur në një fushë magnetike alternative. Kjo rrymë mund të ndodhë në dy raste. Nëse ekziston një qark i palëvizshëm i depërtuar nga një fluks në ndryshim i induksionit magnetik. Ose kur një qark përcjellës lëviz në një fushë magnetike konstante, e cila gjithashtu shkakton një ndryshim në fluksin magnetik që depërton në qark.

Figura 1 - Një përcjellës lëviz në një fushë magnetike konstante

Arsyeja e shfaqjes së rrymës së induksionit është fusha elektrike e vorbullës që krijohet fushë magnetike. Kjo fushë elektrike vepron në ngarkesa të lira të vendosura në një përcjellës të vendosur në këtë fushë elektrike vorbull.

Figura 2 - fushë elektrike vorbull

Ju gjithashtu mund të gjeni këtë përkufizim. Rryma e induksionit është një rrymë elektrike që lind për shkak të veprimit të induksionit elektromagnetik. Nëse nuk gërmoni në ndërlikimet e ligjit të induksionit elektromagnetik, atëherë me pak fjalë mund të përshkruhet si më poshtë. Induksioni elektromagnetik është fenomeni i shfaqjes së rrymës në një qark përcjellës nën ndikimin e një fushe magnetike alternative.

Duke përdorur këtë ligj, ju mund të përcaktoni madhësinë e rrymës së induksionit. Meqenëse na jep vlerën e EMF që ndodh në qark nën ndikimin e një fushe magnetike alternative.

Formula 1 - EMF e induksionit të fushës magnetike.

Siç mund të shihet nga formula 1, madhësia e emf-së së induktuar, dhe rrjedhimisht rryma e induktuar, varet nga shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik që depërton në qark. Kjo do të thotë, sa më shpejt të ndryshojë fluksi magnetik, aq më e madhe mund të merret rryma e induksionit. Në rastin kur kemi një fushë magnetike konstante në të cilën lëviz qarku përcjellës, madhësia e EMF do të varet nga shpejtësia e lëvizjes së qarkut.

Për të përcaktuar drejtimin e rrymës së induksionit, përdoret rregulli i Lenz-it. Që thotë se rryma e induktuar drejtohet drejt rrymës që e ka shkaktuar atë. Prandaj, shenja minus në formulën për përcaktimin e emf-së së induktuar.

Luan rryma e induksionit rol i rendesishem në inxhinierinë elektrike moderne. Për shembull, rryma e induktuar që lind në rotor motori asinkron, ndërvepron me rrymën e furnizuar nga burimi i energjisë në statorin e saj, si rezultat i së cilës rotori rrotullohet. Mbi këtë parim janë ndërtuar motorët elektrikë modernë.

Figura 3 - motori asinkron.

Në një transformator, rryma e induksionit që lind në mbështjelljen sekondare përdoret për të fuqizuar pajisje të ndryshme elektrike. Madhësia e kësaj rryme mund të vendoset nga parametrat e transformatorit.

Figura 4 - transformator elektrik.

Dhe së fundi, rrymat e induktuara mund të lindin edhe në përçuesit masivë. Këto janë të ashtuquajturat rryma Foucault. Falë tyre, është e mundur të kryhet shkrirja me induksion i metaleve. Kjo do të thotë, rrymat vorbull që rrjedhin në përcjellës e bëjnë atë të nxehet. Në varësi të madhësisë së këtyre rrymave, përcjellësi mund të nxehet mbi pikën e shkrirjes.

Figura 5 - shkrirja e induksionit metalet

Pra, kemi zbuluar se rryma e induksionit mund të ketë efekte mekanike, elektrike dhe termike. Të gjitha këto efekte përdoren gjerësisht në bota moderne, si në shkallë industriale ashtu edhe në nivel familjar.

magnet Shënoni cilat nga pohimet e mëposhtme janë të sakta dhe cilat janë të pasakta.
A. Magneti dhe spiralja tërheqin njëri-tjetrin.
B. Brenda bobinës, fusha magnetike e rrymës së induksionit drejtohet lart.
B. Brenda spirales, linjat e induksionit magnetik të fushave të magnetit janë të drejtuara lart.
D. Magneti hiqet nga spiralja.

2. Cilat sisteme referimi janë inerciale dhe joinerciale? Jep shembuj.
3. Cila është vetia e trupave që quhet inerci? Cila vlerë e karakterizon inercinë?
4. Cila është marrëdhënia midis masave të trupave dhe moduleve të nxitimit që ata marrin gjatë bashkëveprimit?
5. Çfarë është forca dhe si karakterizohet?
6. Formulimi i ligjit të 2-të të Njutonit? Cili është shënimi i tij matematikor?
7. Si formulohet ligji i 2-të i Njutonit në formë impulsi? Shënimi i tij matematikor?
8. Çfarë është 1 Njuton?
9. Si lëviz një trup nëse mbi të zbatohet një forcë me madhësi dhe drejtim konstant? Cili është drejtimi i nxitimit të shkaktuar nga forca që vepron mbi të?
10. Si përcaktohet rezultanta e forcave?
11. Si formulohet dhe shkruhet ligji i 3-të i Njutonit?
12. Si drejtohen nxitimet e trupave që ndërveprojnë?
13. Jepni shembuj të manifestimit të ligjit të 3-të të Njutonit.
14. Cilat janë kufijtë e zbatueshmërisë së të gjitha ligjeve të Njutonit?
15. Pse mund ta numërojmë Tokën sistemi inercial pikë referimi nëse lëviz me nxitim centripetal?
16. Çfarë është deformimi, çfarë lloje deformimesh njihni?
17. Çfarë force quhet forca elastike? Cila është natyra e kësaj force?
18. Cilat janë veçoritë e forcës elastike?
19. Si drejtohet forca elastike (forca e reagimit mbështetës, forca e tensionit të fillit?)
20. Si formulohet dhe shkruhet ligji i Hukut? Cilat janë kufijtë e tij të zbatueshmërisë? Ndërtoni një grafik që ilustron ligjin e Hukut.
21. Si formulohet dhe shkruhet ligji Graviteti universal kur është e aplikueshme?
22. Përshkruani eksperimentet për përcaktimin e vlerës së konstantës gravitacionale?
23. Çfarë është konstanta gravitacionale, çfarë është ajo kuptimi fizik?
24. A varet puna e forcës gravitacionale nga forma e trajektores? Cila është puna e gravitetit në një unazë të mbyllur?
25. A varet puna e forcës elastike nga forma e trajektores?
26. Çfarë dini për gravitetin?
27. Si llogaritet nxitimi? renie e lire në Tokë dhe planetë të tjerë?
28. Cila është e para shpejtësia e arratisjes? Si llogaritet?
29. Çfarë quhet rënie e lirë? A varet nxitimi i gravitetit nga masa e trupit?
30. Përshkruani përvojën Galileo Galilei, duke vërtetuar se të gjithë trupat në vakum bien me të njëjtin nxitim.
31. Çfarë force quhet forca e fërkimit? Llojet e forcave të fërkimit?
32. Si llogariten forcat e fërkimit të rrëshqitjes dhe rrotullimit?
33. Kur ndodh forca statike e fërkimit? Me çfarë është e barabartë?
34. A varet forca e fërkimit të rrëshqitjes nga sipërfaqja e sipërfaqeve në kontakt?
35. Nga cilat parametra varet forca e fërkimit në rrëshqitje?
36. Nga varet forca e rezistencës ndaj lëvizjes së trupit në lëngje dhe gazra?
37. Si quhet pesha trupore? Cili është ndryshimi midis peshës së një trupi dhe forcës së gravitetit që vepron në trup?
38. Në cilin rast pesha e një trupi është numerikisht e barabartë me modulin e rëndesës?
39. Çfarë është mungesa e peshës? Çfarë është mbingarkesa?
40. Si llogaritet pesha e trupit gjatë lëvizjes së përshpejtuar të tij? A ndryshon pesha e një trupi nëse ai lëviz përgjatë një rrafshi të palëvizshëm horizontal me nxitim?
41. Si ndryshon pesha e trupit kur ai lëviz përgjatë një pjese konvekse dhe konkave të rrethit?
42. Cili është algoritmi për zgjidhjen e problemeve kur një trup lëviz nën ndikimin e disa forcave?
43. Cila forcë quhet Forca e Arkimedit ose forca lëvizëse? Nga cilat parametra varet kjo forcë?
44. Cilat formula mund të përdoren për llogaritjen e forcës së Arkimedit?
45. Në çfarë kushtesh noton, zhytet apo noton trupi në lëng?
46. ​​Si varet thellësia e zhytjes në një lëng të një trupi lundrues nga dendësia e tij?
47. Pse Balona mbushur me hidrogjen, helium apo ajër të nxehtë?
48. Shpjegoni efektin e rrotullimit të Tokës rreth boshtit të saj në vlerën e nxitimit të gravitetit.
49. Si ndryshon vlera e gravitetit kur: a) trupi largohet nga sipërfaqja e tokës, B) kur trupi lëviz përgjatë meridianit, paralel.

qark elektrik?

3. Cili është kuptimi fizik i EMF? Përcaktoni volt.

4. Lidhu me një kohë të shkurtër burimi i voltmetrit energji elektrike, duke respektuar polaritetin. Krahasoni leximet e tij me llogaritjen e bazuar në rezultatet eksperimentale.

5. Nga çfarë varet tensioni në terminalet e burimeve të rrymës?

6. Duke përdorur rezultatet e matjes, përcaktoni tensionin në qarkun e jashtëm (nëse puna kryhet duke përdorur metodën I), rezistencën e qarkut të jashtëm (nëse puna kryhet duke përdorur metodën II).

6 pyetje në llogaritjen e bashkëngjitjes

1. Në çfarë kushtesh shfaqen forcat e fërkimit?
2. Çfarë e përcakton modulin dhe drejtimin e forcës statike të fërkimit?
3. Brenda çfarë kufijsh mund të ndryshojë forca statike e fërkimit?
4. Cila forcë i jep përshpejtimin makinës ose lokomotivës me naftë?
5. A mundet forca e fërkimit rrëshqitës të rrisë shpejtësinë e një trupi?
6. Cili është ndryshimi kryesor midis forcës së rezistencës në lëngje dhe gaze dhe forcës së fërkimit midis dy të ngurta?
7. Jepni shembuj të efekteve të dobishme dhe të dëmshme të forcave të fërkimit të të gjitha llojeve