Электромагнитная индукция: феномен возникающий в индуцированном поле

Основные формулы раздела «Электромагнитная индукция»

Алгоритм решения задач по теме «Электромагнитная индукция»:

1. Внимательно прочитать условие задачи. Установить причины изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

2. Записать формулу:

• закона электромагнитной индукции;
• ЭДС индукции в движущемся проводнике, если в задаче рассматривается поступательно движущийся проводник; если в задаче рассматривается электрическая цепь, содержащая источник тока, и возникающая на одном из участков ЭДС индукции, вызванная движением проводника в магнитном поле, то сначала нужно определить величину и направление ЭДС индукции. После этого задача решается по аналогии с задачами на расчет цепи постоянного тока с несколькими источниками.

3. Записать выражение для изменения магнитного потока и подставить в формулу закона электромагнитной индукции.

4. Записать математически все дополнительные условия (чаще всего это формулы закона Ома для полной цепи, силы Ампера или силы Лоренца, формулы кинематики и динамики).

5. Решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.

«Физика — 11 класс»

Направление индукционного тока

Направление индукционного тока, возникающего в катушке, зависит от того, приближается магнит к катушке или удаляется от нее.

Возникающий индукционный ток может притягивать или отталкивать магнит, т.к. катушка становится подобной магниту с двумя полюсами — северным и южным. На основе закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать его.

Взаимодействие индукционного тока катушки с магнитом.

В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление?

Если магнит приближать к катушке

Число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, увеличивается. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту. Линии индукции ‘ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки. В катушке появляется индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу.

Если магнит удалять от катушки

Число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, уменьшается. Линии индукции ‘ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, входят в верхний конец катушки. Катушка с током становится аналогична магниту, северный полюс которого находится снизу. В катушке возникает ток такого направления, что проявляется притягивающая магнит сила.

Аналогично можно рассмотреть опыт, когда на концах стержня, который может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, закреплены два проводящих алюминиевых кольца (одно из них с разрезом).

С разрезанным кольцом магнит не взаимодействует, так как разрез препятствует возникновению в кольце индукционного тока. Отталкивает или притягивает другое кольцо магнит, зависит от направления индукционного тока, возникающего в кольце. Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока.

Правило Ленца

Существует правило, позволяющее определить направление индукционного тока, которое было установлено русским физиком Э. X. Ленцем:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

или более кратко:

Индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.

При увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует усилению магнитного потока через витки катушки. Ведь линии индукции ‘ увеличивающее магнитный поток через витки катушки.

Применение правила Ленца:

1. Определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток вектора магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (ΔФ > 0), или уменьшается (ΔФ 0 и иметь одинаковое с ними направление при ΔФ По следам «английских ученых»

«>

Физика 11 класс

«Типы излучений» — Виды излучений. Хемилюминесценция. Диапазон длин волн. Электромагнитные излучения. Электролюминесценция. Шкала электромагнитных излучений. Катодолюминесценция. Луи де Бройль. Фотолюминесценция. Тепловое излучение.

«Скорость волны» — Найдем скорость распространения волн на пляже. Волны движутся все медленнее. Миражи в пустыне. Уравнение луча у(x). В воздухе свет. Волны на пляже, солнце в небе и многое другое. Звуковые волны. Показатель преломления. Как, однако, полезно знать физику, даже полководцам. Разобьем мысленно поверхность моря на полосы. Гляди в оба.

«Использование ядерной энергии» — История создания ядерного реактора. Применение ядерной энергии. История. Достоинства и недостатки атомных станций. Ядерный реактор. Бомба. Плюсы и минусы реакторов на быстрых нейтронах. Атомная электростанция. Классификация ядерных реакторов. Ядерная энергия в космосе. Метод взрывного обжима. Где ещё используется ядерная энергия. Необходимость использования ядерной энергии. Где используются ядерные реакторы.

«Наблюдение интерференции» — Применение интерференции в технике. Условие наблюдения интерференции. Интерференционный опыт Юнга. Разность хода. Приборы. Условие максимума интерференционной картины. Томас Юнг. Несовершенство обработки. Интерференция света. Английское слово. Кольца Ньютона, образованные зелёным светом. Просветление оптики. При отражении света от двух границ воздушного зазора. Проявление интерференции в природе. Интерференция когерентных волн с разным временем запаздывания.

«Единая физическая картина мира» — Структура мира. Механическая картина мира. Фундаментальные взаимодействия. Обзор картин мира. Структурные уровни организации материи. Макс Планк. Классическая механика. Физическая картина мира. Законы сохранения и картина мира. Принципы познания. Связь физики и философии. Физическая картина мира — это часть нашего мировоззрения. Современная картина мира. «Этажи» мироздания. Движение – форма существования материи.

«Диапазоны радиоволн» — Связь на коротких волнах. Длинные волны. Первый радиоприемник. День радио. Изучить дополнительную литературу. Открытие радио. Попов Александр Степанович. Короткие волны. Колебательный контур. Средние волны. Решение задач. Лодж Оливер Джозеф. Изучение свойств радиоволн. Волны. Ультракороткие волны. История создания радио. Изобретение радио. Радио.

«Физика 11 класс»

Взаимосвязь электромагнитной индукции и магнитного потока

Суть магнитного потока отображается известной формулой: Ф = BS cos α. В ней Ф является магнитным потоком, S – поверхность контура (площадь), В – вектор магнитной индукции. Угол α образуется за счет направления вектора магнитной индукции и нормали к поверхности контура. Отсюда следует, что максимального порога магнитный поток достигнет при cos α = 1, а минимального – при cos α = 0.

Во втором варианте вектор В будет перпендикулярен к нормали. Получается, что линии потока не пересекают контур, а лишь скользят по его плоскости. Следовательно, определять характеристики будут линии вектора В, пересекающие поверхность контура. Для расчета в качестве единицы измерения используется вебер: 1 вб = 1в х 1с (вольт-секунда). Еще одной, более мелкой единицей измерения служит максвелл (мкс). Он составляет: 1 вб = 108 мкс, то есть 1 мкс = 10-8 вб.

Для исследования электромагнитной индукции Фарадеем были использованы две проволочные спирали, изолированные между собой и размещенные на катушке из дерева. Одна из них соединялась с источником энергии, а другая – с гальванометром, предназначенным для регистрации малых токов. В тот момент, когда цепь первоначальной спирали замыкалась и размыкалась, в другой цепи стрелка измерительного устройства отклонялась.

Конвертер величин

Калькуляторы

В этой части Конвертера физических единиц TranslatorsCafe.com представлена группа калькуляторов, выполняющих расчеты в различных областях электротехники, радиотехники и электроники.

Магнитостатика, магнетизм и электродинамика

Магнитостатика — раздел классической электродинамики, изучающий взаимодействие постоянных токов посредством создаваемого ими постоянного магнитного поля и способы расчета магнитного поля в этом случае.

Электродинамика

— раздел физики, изучающий силы, возникающие при взаимодействии электрически заряженных частиц и тел. Эти силы объясняются в электродинамике с помощью электромагнитных полей. Силы электромагнитного взаимодействия лежат в основе большинства явлений, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни. Часть привычных явлений обусловлена действием гравитационных сил.

Электромагнитное поле

— физическое поле, появляющееся при взаимодействии движущихся заряженных телами или частиц. Электромагнитное поле можно рассматривать как сочетание электрического и магнитного полей.

Электрическое поле

— физическое поле, окружающее электрически заряженные частицы, проводники с проходящими в них электрическими токами и изменяющиеся во времени и пространстве магнитные поля.

Магнитное поле

— физическое силовое поле, окружающее заряженные частицы, проводники с электрическим током, магнитные материалы и переменные электрические поля, а также действующее на проводники с электрическим током, движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле в любой точке определяется направлением и силой и таким образом является векторным полем. Магнитное поле характеризуется двумя основными величинам — вектором магнитной индукцииВ и вектором напряженности магнитного поляH .

Конвертер магнитного потока

Магнитный поток

определяется как интеграл вектора магнитной индукции через конечную поверхность. Также магнитный поток можно рассчитать как скалярное произведение вектора магнитной индукции на вектор площади. Для измерения магнитного потока используют флюксметр, который измеряет напряжение на измерительной катушке.

В СИ единицей магнитного потока является вебер

(Вб, размерность — В·с = кг·м²·с⁻²·А⁻¹). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м². В системе СГС — магнитный поток измеряется вмаксвеллах (Мкс).

Использование конвертера «Конвертер магнитного потока»

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Изучайте технический английский язык и технический русский язык с нашими видео! — Learn technical English and technical Russian with our videos!

Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие. Примечание.

В связи с ограниченной точностью преобразования возможны ошибки округления. В этом конвертере целые числа считаются точными до 15 знаков, а максимальное количество цифр после десятичной запятой или точки равно 10.

Для представления очень больших и очень малых чисел в этом калькуляторе используется компьютерная экспоненциальная запись

, являющаяся альтернативной формой нормализованной экспоненциальной (научной) записи, в которой числа записываются в форме a · 10x. Например: 1 103 000 = 1,103 · 106 = 1,103E+6. Здесь E (сокращение отexponent ) — означает «· 10^», то есть«…умножить на десять в степени…» . Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.

Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!

Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe.com на YouTube

Вектор магнитной индукции

Действие магнитного поля проявляется в том, что оно влияет на проводник с током, создавая силу Ампера.

Рис. 1. Действие магнитного поля на проводник с током.

Сила Ампера зависит как от величины магнитной индукции, так и от взаимной ориентации линий магнитного поля и проводника с током. Следовательно, магнитная индукция должна характеризоваться модулем и направлением, то есть, быть векторной.

Направление индукции

Поскольку первым замеченным проявлением магнитного поля было действие на стрелку компаса, направление линий магнитного поля было принято за направление северной стрелки. Таким образом, линии, определяющие магнитный поток Земного магнитного поля, выходят из Южного полюса, тянутся вокруг земного шара, и входят в Северный полюс.

Для проводников и контуров с током были установлены специальные мнемонические правила, определяющие направление возникающего магнитного поля.

Правило буравчика: если направление поступательного движения острия буравчика при ввинчивании совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращательного движения буравчика в каждой точке совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля.

Рис. 2. Правило буравчика.

Правило обхвата правой рукой для проводника с током: если большой палец правой руки указывает направление тока, то остальные пальцы будут показывать направление магнитных линий.

Правило обхвата правой рукой для катушки: если четыре пальца направляются вдоль витков катушки, в направлении тока в них, то большой палец укажет направление вектора магнитной индукции.

В правиле обхвата в обоих случаях большой палец укажет прямую линию, а остальные пальцы – охватывающую.

Рис. 3. Правило обхвата правой рукой.

Приведенные правила эквивалентны. Более удобным для определения направления вектора индукции магнитного поля является правило обхвата правой рукой. Однако, в большинстве классических источников приводится правило буравчика, поэтому знать его тоже желательно.

Модуль индукции

Модуль вектора индукции магнитного поля можно получить, используя закон Ампера:

$$\big|\overrightarrow F \big| =I{\big|\overrightarrow B\big|}Δl\thinspace sin\thinspace\alpha$$

Физический смысл магнитной индукции – это максимальная сила, которая может действовать на проводник единичной длины с единичным током.

Сила будет максимальной при условии $sin \alpha = 1$. Следовательно:

$$\big| B \big|={\big|F_{max}\big|\over IΔl}$$

Что мы узнали?

Магнитная индукция – это векторная величина. Ее модуль равен отношению максимальной силы, действующей со стороны поля на проводник с единичным током единичной длины, а для определения направления вектора используются мнемонические правила буравчика и обхвата правой рукой.

1. /5

   Вопрос 1 из 5

Как изменить магнитный поток

Формула (6) показывает лишь связь между электромагнитными процессами в дросселе, но не предусматривает возможности изменения ни токов в обмотках, ни магнитного потока. И значит, пришло время вспомнить открытый Фарадеем закон электромагнитной индукции, связывающий электродвижущую силу е с изменением магнитного потока:

(9)

где N – количество витков обмотки.

Подобно рассмотренной выше теореме о циркуляции вектора напряженности магнитного поля, закон Фарадея также связывает две части единого целого. Закон электромагнитной индукции работает «в обе стороны»: любое изменение магнитного потока, например, из-за перемещения постоянного магнита возле обмотки, приводит к появлению на ее выводах ЭДС, а появление стороннего напряжения на выводах – к изменению магнитного потока. Таким образом, прикладывая к обмотке произвольное напряжение u(t) на протяжении некоторого интервала времени t_НАЧ. t_КОН можно изменить магнитный поток на величину ΔФ:

(10)

На протяжении первого этапа преобразования к обмотке W1 через открытый ключ S1 прикладывается напряжение конденсатора С1, равное напряжению на входе преобразователя U_ВХ. Для обеспечения нормальной работы схемы количество энергии в конденсаторах С1 и С2 должно быть как минимум на порядок больше количества энергии, накапливаемой в дросселе L1. Это означает, что изменением напряжения на конденсаторе С1 за время первого этапа преобразования можно пренебречь, приняв u_W1(t) = U_ВХ = const. Это позволяет вынести u_W1(t) в формуле (10) за знак интеграла и определить величину изменения магнитного потока на первом этапе преобразования ΔФ₁:

(11)

где t₁ – длительность первого этапа преобразования.

Таким образом, к следующей коммутации ключей S1 и S2 магнитный поток станет равным Ф_КОН1 = Ф_НАЧ1 + ΔФ1, которому будет соответствовать ток I_{W1_КОН} в обмотке W1:

(12)

После окончания первого этапа преобразования, начинается второй, на протяжении которого ключ S1 находится в разомкнутом, а ключ S2 – в замкнутом состоянии. Очевидно, что все процессы на втором этапе полностью идентичны и отличаются только активными элементами схемы: дроссель L1 через обмотку W2 и ключ S2 обменивается энергией с конденсатором С2, а элементы С1, W1 и S1 не принимают участия в работе. Как и на первом этапе, в момент замыкания ключа S2 магнитный поток Ф_НАЧ2 в дросселе может быть отличен от нуля, и ему будет соответствовать ток I_{W2_НАЧ} в обмотке W2:

(13)

Точно так же, за время второго этапа магнитный поток изменится на величину ΔФ2, поскольку к его обмотке W2 через открытый ключ S2 приложено напряжение u_W2(t), равное напряжению на конденсаторе С2, которое на протяжении второго этапа длительностью t₂ практически не меняется, и значит его можно считать постоянным и равным выходному напряжению преобразователя U_ВЫХ, поэтому

(14)

А к концу второго этапа магнитный поток достигнет величины Ф_КОН2 = Ф_НАЧ2 + ΔФ₂, которому будет соответствовать ток I_{W2_КОН}:

(15)

Поскольку в моменты коммутации ключей S1 и S2 магнитный поток Ф остается неизменным, мы имеем полное право записать:

(16)

Ну и для того, чтобы преобразователь выполнял свою непосредственную функцию, должно выполняться последнее условие:

(17)

иначе магнитопровод дросселя после нескольких циклов достигнет насыщения, его параметр A_L за счет уменьшения μ_ЭКВ уменьшиться, а токи обмоток, определяемые (8), (12), (13) и (15) резко возрастут, что приведет к перегрузке и выходу из строя силовых элементов. Да и схема работать не будет, поскольку при совпадении знаков ΔФ₁ и ΔФ₂ магнитопровод дросселя, будет только накапливать энергию.

Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется возникновением электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Основной закон Фарадея заключается в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

И если сама формула, исходя из вышесказанных объяснений не порождает вопросов, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается существует правило Ленца – русского ученого, который проводил свои исследования, основываясь на постулатах Фарадея. По Ленцу знак «-» указывает на направление возникающей ЭДС, т.е. индукционный ток направлен так, что магнитный поток, который он создает, через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток.

Основные понятия и законы электростатики

Закон Кулона:сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Коэффициент пропорциональности в этом законе

В СИ коэффициент k записывается в виде

Потенциалом электрического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

 Проекция напряжённости электрического поля на какую-нибудь ось и потенциал связаны соотношением

Электроёмкостью тела называют величину отношения

Основные понятия и законы постоянного тока

Электрический ток — направленное движение электрических зарядов. В разных веществах носителями заряда выступают элементарные частицы разного знака. За положительное направление тока принято направление движения положительных зарядов. Количественно электрический ток характеризуют его силой. Это заряд, прошедший за единицу времени через поперечное сечение проводника:

Закон Ома для участка цепи имеет вид:

 При параллельном соединении величина, обратная сопротивлению, равна сумме обратных сопротивлений:

где t — время, I — сила тока, U — разность потенциалов, q — прошедший заряд.Закон Джоуля-Ленца:

Основные понятия и законы магнитостатики

 Характеристикой магнитного поля является магнитная индукция ➛B. Поскольку это вектор, то следует определить и направление этого вектора, и его модуль. Направление вектора магнитной индукции связано с ориентирующим действием магнитного поля на магнитную стрелку. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Направление вектора магнитной индукции прямолинейного проводника с токам можно определить с помощью правила буравчика:если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Модулем вектора магнитной индукции назовём отношение максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током , к произведению силы тока на длину этого участка:

Основные понятия и законы электромагнитной индукции

 Если замкнутый проводящий контур пронизывается меняющимся магнитным потоком, то в этом контуре возникает ЭДС и электрический ток. Эту ЭДС называют ЭДС электромагнитной индукции, а ток — индукционным. Явление их возникновения называют электромагнитной индукцией. ЭДС индукции можно подсчитать по основному закону электромагнитной индукции или по закону Фарадея:

Электромагнитные колебания и волны

Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из последовательно соединённых конденсатора с ёмкостью C и катушки с индуктивностью L (см. рис. 7).

 Для свободных незатухающих колебаний в контуре циклическая частота определяется формулой

 Период свободных колебаний в контуре определяется формулой Томсона:

 Ток, текущий через катушку индуктивности, по фазе отстаёт от напряжения на π/2 или на четверть периода. Напряжение опережает ток на такой же фазовый угол.

Трансформатором называется устройство, предназначенное для преобразования переменных токов. Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который надеты две катушки. Катушка, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной обмоткой, а катушка, которая подключается к потребителю, называется вторичной обмоткой. Отношение напряжения на первичной обмотке и вторичной обмотке трансформатора равно отношению числа витков в этих обмотках: