Индукцийн гүйдэл гэж юу вэ? "Фарадейгийн туршилт. Цахилгаан соронзон индукц" хичээлийг боловсруулах. "Цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийг судлах" лабораторийн ажил
EMF индукцийн дамжуулагчийн илрэл
Хэрэв та үүнийг дамжуулагч руу байрлуулж, хөдөлгөөний явцад хүчний талбайн шугамыг хөндлөн гарахаар хөдөлгөвөл индукцийн emf гэж нэрлэгддэг дамжуулагч гарч ирнэ.
Дамжуулагч өөрөө хөдөлгөөнгүй, соронзон орон хөдөлж, дамжуулагчийг хүчний шугамаар дайрч байсан ч индукцийн EMF нь дамжуулагч дотор үүснэ.
Хэрэв индукцийн EMF өдөөгдсөн дамжуулагч нь ямар ч гадаад хэлхээнд хаалттай байвал энэхүү EMF-ийн нөлөөн дор хэлхээгээр гүйдэл гүйх болно. индукцийн гүйдэл.
EMF индукцийн үзэгдэлдамжуулагчийн соронзон орны шугамаар огтлолцохыг цахилгаан соронзон индукц.
Цахилгаан соронзон индукц нь урвуу үйл явц, өөрөөр хэлбэл механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргах явдал юм.
Үзэгдэл цахилгаан соронзон индукцолдсон хамгийн өргөн хэрэглээонд. Төрөл бүрийн цахилгаан машинуудын төхөөрөмж нь түүний хэрэглээнд суурилдаг.
Индукцийн emf-ийн хэмжээ ба чиглэл
Одоо дамжуулагчийн өдөөгдсөн EMF-ийн хэмжээ, чиглэл ямар байхыг авч үзье.
Индукцийн EMF-ийн хэмжээ нь нэгж хугацаанд дамжуулагчийг дайрч буй хүчний талбайн шугамын тоо, тухайлбал тухайн талбай дахь дамжуулагчийн хурдаас хамаарна.
Өдөөгдсөн emf-ийн хэмжээ нь соронзон орон дахь дамжуулагчийн хурдаас шууд хамаардаг.
Өдөөгдсөн EMF-ийн хэмжээ нь хээрийн шугамаар огтлолцсон дамжуулагчийн хэсгийн уртаас хамаарна. Дамжуулагчийн ихэнх хэсэг нь талбайн шугамаар огтлолцох тусам дамжуулагчийн EMF өдөөгддөг. Эцэст нь соронзон орон хүчтэй байх тусам түүний индукц их байх тусам энэ талбарыг дайрч буй дамжуулагчийн EMF их байх болно.
Тэгэхээр, Соронзон орон дотор хөдөлж байх үед дамжуулагч дахь индукцийн EMF-ийн хэмжээ нь соронзон орны индукц, дамжуулагчийн урт, хөдөлгөөний хурдтай шууд пропорциональ байна.
Энэ хамаарлыг E = Blv, томъёогоор илэрхийлнэ.
Энд E нь индукцийн emf; B - соронзон индукц; I - дамжуулагчийн урт; v - дамжуулагчийн хурд.
Үүнийг хатуу санаж байх ёстой соронзон орон дотор хөдөлж буй дамжуулагчийн хувьд индукцийн EMF нь зөвхөн энэ дамжуулагчийг соронзон орны шугамаар гаталсан тохиолдолд л үүсдэг.Хэрэв дамжуулагч нь хүчний талбайн шугамын дагуу хөдөлдөг, өөрөөр хэлбэл огтлолцдоггүй, харин тэдгээрийн дагуу гулсдаг бол түүнд EMF өдөөгддөггүй. Тиймээс дээрх томьёо нь дамжуулагч нь соронзонд перпендикуляр хөдөлж байх үед л хүчинтэй байна хүчний шугамуудталбайнууд.
Өдөөгдсөн emf-ийн чиглэл (түүнчлэн дамжуулагч дахь гүйдэл) нь дамжуулагч ямар чиглэлд хөдөлж байгаагаас хамаарна. Өдөөгдсөн emf-ийн чиглэлийг тодорхойлохын тулд дүрэм байдаг баруун гар.
Хэрэв та баруун гарынхаа далдууг талбайн соронзон шугам, нугалсан хүчийг багтаахаар барьвал эрхий хуруунь дамжуулагчийн хөдөлгөөний чиглэлийг заана, дараа нь сунгасан дөрвөн хуруу нь өдөөгдсөн EMF-ийн чиглэл ба дамжуулагч дахь гүйдлийн чиглэлийг заана.
Баруун гарын дүрэм
Ороомог дахь индукцийн EMF
Дамжуулагч дахь EMF индукцийг бий болгохын тулд дамжуулагч өөрөө эсвэл соронзон орны аль нэгийг нь соронзон орон руу шилжүүлэх шаардлагатай гэж бид аль хэдийн хэлсэн. Аль ч тохиолдолд дамжуулагчийг соронзон орны шугамаар гатлах ёстой, эс тэгвээс EMF индукц үүсэхгүй. Өдөөгдсөн EMF, улмаар өдөөгдсөн гүйдлийг зөвхөн шулуун дамжуулагчаас гадна ороомог руу ороосон дамжуулагчаас авах боломжтой.
Байнгын соронз дотор хөдөлж байх үед соронзон урсгал нь ороомгийн эргэлтийг дайран өнгөрдөг тул түүний дотор EMF өдөөгддөг, өөрөөр хэлбэл шулуун шугаман дамжуулагчийн талбарт хөдөлж байсантай яг ижил байдлаар. соронз.
Хэрэв соронзыг ороомог руу аажмаар буулгавал түүний дотор үүссэн emf нь маш бага байх тул төхөөрөмжийн сум нь хазайхгүй байх болно. Хэрэв эсрэгээр соронзыг ороомогт хурдан оруулбал сумны хазайлт их байх болно. Энэ нь өдөөгдсөн EMF-ийн хэмжээ, улмаар ороомог дахь одоогийн хүч нь соронзны хурдаас, өөрөөр хэлбэл талбайн шугамууд ороомгийн эргэлтийг хэр хурдан гатлахаас хамаарна гэсэн үг юм. Хэрэв бид одоо ээлжлэн ороомог руу ижил хурдтайгаар эхлээд хүчтэй соронз, дараа нь сул соронз оруулбал хүчтэй соронзтой бол төхөөрөмжийн сум илүү том өнцгөөр хазайх болно. гэсэн үг, өдөөгдсөн emf-ийн хэмжээ, улмаар ороомог дахь гүйдлийн хүч нь соронзны соронзон урсгалын хэмжээнээс хамаарна.
Эцэст нь, хэрэв ижил соронзыг ижил хурдаар оруулбал эхлээд ороомог руу оруулна их тооэргэлдэж, дараа нь хамаагүй бага байвал эхний тохиолдолд төхөөрөмжийн сум нь хоёр дахьтой харьцуулахад илүү том өнцгөөр хазайх болно. Энэ нь өдөөгдсөн EMF-ийн хэмжээ, улмаар ороомог дахь одоогийн хүч нь түүний эргэлтийн тооноос хамаарна гэсэн үг юм. Байнгын соронзны оронд цахилгаан соронзон хэрэглэвэл ижил үр дүнд хүрч болно.
Ороомог дахь индукцийн EMF-ийн чиглэл нь соронзны хөдөлгөөний чиглэлээс хамаарна. Индукцийн EMF-ийн чиглэлийг хэрхэн тодорхойлох талаар E. X. Lenz-ийн тогтоосон хууль гэж үздэг.
Цахилгаан соронзон индукцийн Ленцийн хууль
Ороомог доторх соронзон урсгалын аливаа өөрчлөлт нь түүний доторх индукцийн EMF-ийн дүр төрх дагалддаг бөгөөд ороомог руу нэвтэрч буй соронзон урсгал хурдан өөрчлөгдөх тусам түүний дотор EMF өдөөгддөг.
Хэрэв индукцийн EMF үүсгэсэн ороомог нь гадаад хэлхээнд хаалттай байвал индукцийн гүйдэл нь эргэлтээр дамжин урсаж, дамжуулагчийн эргэн тойронд соронзон орон үүсгэдэг бөгөөд үүний улмаас ороомог нь соленоид болж хувирдаг. Энэ нь өөрчлөгдөж буй гадаад соронзон орон нь ороомог дахь индукцийн гүйдлийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь эргээд ороомгийн эргэн тойронд өөрийн соронзон орон - одоогийн талбарыг үүсгэдэг.
Энэ үзэгдлийг судалж, E. X. Lenz ороомог дахь индукцийн гүйдлийн чиглэл, улмаар индукцийн EMF-ийн чиглэлийг тодорхойлдог хуулийг тогтоосон. Соронзон урсгал өөрчлөгдөх үед ороомогт үүсдэг индукцийн emf нь ороомог дахь гүйдэл үүсгэдэг бөгөөд энэ гүйдлийн улмаас үүссэн ороомгийн соронзон урсгал нь гадны соронзон урсгал өөрчлөгдөхөөс сэргийлдэг.
Ленцийн хууль нь дамжуулагчийн хэлбэр, гадаад соронзон орны өөрчлөлт хэрхэн хийгдсэнээс үл хамааран дамжуулагч дахь гүйдлийн индукцийн бүх тохиолдолд хүчинтэй.
Байнгын соронз нь гальванометрийн терминалуудад бэхлэгдсэн утсан ороомогтой харьцуулахад хөдлөх үед эсвэл ороомог нь соронзонтой харьцуулахад индукцийн гүйдэл үүсдэг.
Их хэмжээний дамжуулагч дахь индукцийн гүйдэл
Өөрчлөгдөж буй соронзон урсгал нь зөвхөн ороомгийн эргэлтэнд төдийгүй их хэмжээний металл дамжуулагчдад EMF-ийг өдөөх чадвартай. Их хэмжээний дамжуулагчийн зузааныг нэвтлэн соронзон урсгал нь EMF-ийг өдөөдөг бөгөөд энэ нь индукцийн гүйдлийг үүсгэдэг. Эдгээр гэж нэрлэгддэг тэдгээр нь их хэмжээний дамжуулагчийн дагуу тархаж, дотор нь богино холболттой байдаг.
Трансформаторын цөм, янз бүрийн цахилгаан машин, аппарат хэрэгслийн соронзон хэлхээ нь тэдгээрт үүссэн индукцийн гүйдлээр халдаг асар том дамжуулагч юм. Энэ үзэгдэл нь хүсээгүй тул индукцийн гүйдлийн хэмжээг багасгахын тулд цахилгаан машинуудын эд анги, трансформаторын цөмийг масс биш, харин цаасан дээр эсвэл тусгаарлагч лакаар тусгаарласан нимгэн хуудаснаас бүрддэг. Үүнээс болж дамжуулагчийн массын дагуу эргүүлэг гүйдлийн тархалтын зам хаагдсан байна.
Гэхдээ заримдаа практикт эргүүлэг урсгалыг ашигтай гүйдэл болгон ашигладаг. Эдгээр гүйдлийг ашиглах нь жишээлбэл, цахилгаан хэмжих хэрэгслийн хөдөлж буй хэсгүүдийн соронзон дампууруудын ажиллагаан дээр суурилдаг.
Богино холболттой утсан ороомогтой харьцуулахад ороомгийг хөдөлгөх үед үүсэх индуктив гүйдлийн чиглэлийг зурагт үзүүлэв.соронз.Дараах мэдэгдлүүдийн аль нь зөв, аль нь болохыг заана уу аль нь буруу.
A. Соронз ба ороомог бие биедээ татагддаг.
B. Ороомог дотор индукцийн гүйдлийн соронзон орон дээшээ чиглэнэ.
B. Ороомог дотор соронзон орны соронзон индукцийн шугамууд дээшээ чиглэсэн байна.
D. Соронзыг ороомогоос салгасан.
2. Инерциал ба инерциал бус ямар тооллын системүүд вэ? Жишээ хэлнэ үү.
3. Биеийн ямар шинж чанарыг инерци гэж нэрлэдэг вэ? Инерцийн утга хэд вэ?
4. Биеийн масс ба харилцан үйлчлэлийн үед хүлээн авах хурдатгалын модулиудын хооронд ямар хамааралтай вэ?
5. Хүч чадал гэж юу вэ, түүнийг хэрхэн тодорхойлдог вэ?
6. Ньютоны 2-р хуулийн мэдэгдэл? Энэ юу вэ математик тэмдэглэгээ?
7. Ньютоны 2-р хуулийг импульсийн хэлбэрээр хэрхэн томъёолсон бэ? Түүний математикийн тэмдэглэгээ?
8. 1 Ньютон гэж юу вэ?
9. Хэмжээ болон чиглэлийн хувьд тогтмол хүч үйлчлэхэд бие хэрхэн хөдлөх вэ? Түүнд үйлчилж байгаа хүчнээс үүсэх хурдатгал ямар чиглэлтэй байх вэ?
10. Хүчний үр дүнг хэрхэн тодорхойлох вэ?
11. Ньютоны 3-р хуулийг хэрхэн томьёолж бичдэг вэ?
12. Харилцан үйлчлэгч биетүүдийн хурдатгал хэрхэн чиглэгддэг вэ?
13. Ньютоны 3-р хуулийн илрэлийн жишээг өг.
14. Ньютоны бүх хуулиудыг хэрэглэх хязгаар нь юу вэ?
15. Хэрэв бид яагаад дэлхийг төв рүү чиглэсэн хурдатгалтай хөдөлж байгаа бол түүнийг инерцийн жишиг систем гэж үзэж болох вэ?
16. Деформаци гэж юу вэ, та ямар хэв гажилтыг мэдэх вэ?
17. Уян хатан байдлын хүч гэж ямар хүчийг нэрлэх вэ? Энэ хүчний мөн чанар юу вэ?
18. Уян харимхай хүчний онцлог юу вэ?
19. Уян хатан хүчийг хэрхэн чиглүүлдэг вэ (тулах урвалын хүч, утас татах хүч?)
20. Hooke-ийн хуулийг хэрхэн томьёолж, бичсэн бэ? Түүний хэрэглээний хязгаар юу вэ? Hooke-ийн хуулийг харуулсан график зур.
21. Бүх нийтийн таталцлын хуулийг хэрхэн томьёолж бичдэг вэ, хэзээ хэрэглэх вэ?
22. Таталцлын тогтмолын утгыг тодорхойлох туршилтуудыг тайлбарлана уу?
23. Таталцлын тогтмол гэж юу вэ, энэ нь юу вэ физик утга?
24. Таталцлын хүчний ажил нь траекторийн хэлбэрээс хамаардаг уу? Битүү гогцоонд таталцал ямар ажил хийдэг вэ?
25. Уян хүчний ажил нь траекторийн хэлбэрээс хамаардаг уу?
26. Та таталцлын талаар юу мэдэх вэ?
27. Хурдатгалыг хэрхэн тооцдог Чөлөөт уналтДэлхий болон бусад гаригууд дээр?
28. Сансрын анхны хурд гэж юу вэ? Үүнийг хэрхэн тооцдог вэ?
29. Чөлөөт уналт гэж юу вэ? Чөлөөт уналтын хурдатгал нь биеийн массаас хамаардаг уу?
30. Вакуум дахь бүх бие ижил хурдатгалтай унадаг болохыг нотолсон Галилео Галилейгийн туршлагыг тайлбарла.
31. Ямар хүчийг үрэлтийн хүч гэж нэрлэдэг вэ? Үрэлтийн хүчний төрлүүд?
32. Гулсах ба өнхрөх үрэлтийн хүчийг хэрхэн тооцдог вэ?
33. Статик үрэлтийн хүч хэзээ үүсэх вэ? Энэ нь юутай тэнцүү вэ?
34. Гулсах үрэлтийн хүч нь контактын гадаргуугийн талбайгаас хамаардаг уу?
35. Гулсалтын үрэлтийн хүч ямар үзүүлэлтээс хамаарах вэ?
36. Шингэн ба хий дэх биеийн хөдөлгөөнийг эсэргүүцэх хүчийг юу тодорхойлдог вэ?
37. Биеийн жинг юу гэж нэрлэдэг вэ? Биеийн жин ба биед үйлчлэх таталцлын хүчний хооронд ямар ялгаа байдаг вэ?
38. Ямар тохиолдолд биеийн жин нь таталцлын модультай тоогоор тэнцүү вэ?
39. Жингүйдэл гэж юу вэ? Хэт ачаалал гэж юу вэ?
40. Биеийн хурдасгасан хөдөлгөөний үед түүний жинг хэрхэн тооцох вэ? Тогтмол хэвтээ хавтгай дагуу хурдатгалтай хөдөлж байвал биеийн жин өөрчлөгдөх үү?
41. Тойргийн гүдгэр ба хотгор хэсгүүдийн дагуу хөдөлгөөн хийхэд биеийн жин хэрхэн өөрчлөгдөх вэ?
42. Хэд хэдэн хүчний үйлчлэлээр бие хөдөлж байх үед асуудлыг шийдэх алгоритм нь юу вэ?
43. Ямар хүчийг Архимедын хүч буюу хөвөх хүч гэж нэрлэдэг вэ? Энэ хүч ямар параметрээс хамаардаг вэ?
44. Архимедийн хүчийг ямар томъёогоор тооцоолж болох вэ?
45. Шингэн доторх бие ямар нөхцөлд хөвөх, живэх, хөвөх вэ?
46. Хөвөгч биеийн шингэнд живэх гүн нь түүний нягтаас хэрхэн хамаардаг вэ?
47. Яагаад Бөмбөлөгустөрөгч, гели эсвэл халуун агаараар дүүрсэн үү?
48. Чөлөөт уналтын хурдатгалын утгад дэлхийн тэнхлэгээ тойрон эргэх нөлөөг тайлбарла.
49. Таталцлын утга нь: а) биеийг дэлхийн гадаргаас зайлуулах үед, B) бие нь меридиан дагуу зэрэгцээ хөдөлж байх үед хэрхэн өөрчлөгдөх вэ?
цахилгаан хэлхээ?
3. EMF-ийн физик утга нь юу вэ? Вольтыг тодорхойлох.
4. Холбох богино хугацаатуйлшралыг ажиглах цахилгаан энергийн эх үүсвэр бүхий вольтметр. Туршилтын үр дүнд үндэслэн түүний уншилтыг тооцоололтой харьцуул.
5. Гүйдлийн эх үүсвэрүүдийн терминал дээрх хүчдэлийг юу тодорхойлдог вэ?
6. Хэмжилтийн үр дүнг ашиглан гадаад хэлхээний хүчдэл (хэрэв ажил I аргын дагуу хийгдсэн бол), гадаад хэлхээний эсэргүүцлийг (хэрэв ажлыг II аргаар гүйцэтгэсэн бол) тодорхойлно.
Үүрлэх тооцооны 6 асуулт
Надад туслаач!1. Ямар нөхцөлд үрэлтийн хүч үүсдэг вэ?
2. Статик үрэлтийн хүчний модуль ба чиглэлийг юу тодорхойлдог вэ?
3. Статик үрэлтийн хүч ямар хязгаарт өөрчлөгдөж болох вэ?
4. Машин, зүтгүүрт ямар хүч хурдатгал өгдөг вэ?
5. Гулсах үрэлтийн хүч биеийн хурдыг нэмэгдүүлж чадах уу?
6. Шингэн ба хийн эсэргүүцлийн хүч ба хоёрын үрэлтийн хүчний гол ялгаа нь юу вэ? хатуу биетүүд?
7. Ашигтай ба жишээг өг хортой нөлөөбүх төрлийн үрэлтийн хүч
Цахилгаан ба соронзон орны хоорондын хамаарлыг маш удаан хугацаанд анзаарсан. Энэ холболтыг 19-р зуунд Английн физикч Фарадей нээж, түүнд нэр өгчээ. Энэ нь соронзон урсгал нь хаалттай хэлхээний гадаргуу руу нэвтрэх үед гарч ирдэг. Соронзон урсгал тодорхой хугацаанд өөрчлөгдсөний дараа энэ хэлхээнд цахилгаан гүйдэл гарч ирдэг.
Цахилгаан соронзон индукц ба соронзон урсгалын хамаарал
Соронзон урсгалын мөн чанарыг сайн мэддэг томъёогоор харуулав: Ф = BS cos α. Үүний дотор F нь соронзон урсгал, S нь контурын гадаргуу (талбай), B нь соронзон индукцийн вектор юм. α өнцөг нь соронзон индукцийн векторын чиглэл ба контурын гадаргуугийн хэвийн байдлаас шалтгаалан үүсдэг. Үүнээс үзэхэд соронзон урсгал cos α = 1 үед хамгийн их босго, cos α = 0 үед хамгийн бага босго хүрэх болно.
Хоёрдахь хувилбарт В вектор нь нормальд перпендикуляр байх болно. Урсгалын шугамууд нь контурыг гатлахгүй, зөвхөн түүний хавтгай дагуу гулсдаг болох нь харагдаж байна. Тиймээс шинж чанарыг контурын гадаргууг огтолж буй В векторын шугамаар тодорхойлно. Тооцооллын хувьд Веберийг хэмжих нэгж болгон ашигладаг: 1 вб \u003d 1в х 1с (вольт-секунд). Өөр нэг жижиг хэмжигдэхүүн бол maxwell (μs) юм. Энэ нь: 1 вб \u003d 108 мкс, өөрөөр хэлбэл 1 мкс \u003d 10-8 вб.
Фарадейгийн судалгаанд хоёр утсан спираль ашиглаж, бие биенээсээ тусгаарлаж, модон ороомог дээр байрлуулсан. Тэдгээрийн нэг нь эрчим хүчний эх үүсвэрт, нөгөө нь жижиг гүйдлийг бүртгэх зориулалттай гальванометрт холбогдсон. Тэр үед анхны спираль хэлхээ хаагдаж нээгдэх үед нөгөө хэлхээнд хэмжих хэрэгслийн сум хазайсан.
Индукцийн үзэгдлийн судалгаа хийх
Эхний цуврал туршилтуудад Майкл Фарадей гүйдэлд холбогдсон ороомогт соронзлогдсон металл баар хийж, дараа нь сугалж авав (Зураг 1, 2).
1 
2 
Хэмжих төхөөрөмжтэй холбогдсон ороомогт соронзыг байрлуулах үед хэлхээнд индуктив гүйдэл гүйж эхэлдэг. Хэрэв соронзон баарыг ороомогоос салгасан бол индукцийн гүйдэл гарч ирэх боловч түүний чиглэл аль хэдийн урвуу байна. Үүний үр дүнд индукцийн гүйдлийн параметрүүд нь ороомогт байрлуулсан туйлаас хамаарч баарны чиглэлд өөрчлөгдөнө. Гүйдлийн хүч нь соронзны хөдөлгөөний хурдад нөлөөлдөг.
Хоёр дахь цуврал туршилтаар нэг ороомгийн гүйдлийн өөрчлөлт нь өөр ороомог дахь индукцийн гүйдлийг үүсгэдэг үзэгдэл батлагдсан (Зураг 3, 4, 5). Энэ нь хэлхээг хаах, нээх үед тохиолддог. Гүйдлийн чиглэл нь цахилгаан хэлхээг хаах эсвэл нээхээс хамаарна. Үүнээс гадна эдгээр үйлдлүүд нь соронзон урсгалыг өөрчлөх аргаас өөр зүйл биш юм. Хэлхээ хаагдах үед энэ нь нэмэгдэж, нээгдэх үед буурч, эхний ороомог руу нэгэн зэрэг нэвтэрнэ.
3 
4 
5 
Туршилтын үр дүнд хаалттай дамжуулагч хэлхээний дотор цахилгаан гүйдэл үүсэх нь зөвхөн хувьсах соронзон орон дээр байрлуулсан тохиолдолд л боломжтой болохыг тогтоожээ. Үүний зэрэгцээ урсгал нь цаг хугацааны хувьд ямар ч аргаар өөрчлөгдөж болно.
Цахилгаан соронзон индукцийн нөлөөн дор гарч ирэх цахилгаан гүйдлийг индукц гэж нэрлэдэг боловч энэ нь ердийн утгаараа гүйдэл биш юм. Хаалттай хэлхээ нь соронзон орон дотор байх үед янз бүрийн эсэргүүцэлээс хамаарч гүйдэл биш харин яг тодорхой утгатай EMF үүсдэг.
Энэ үзэгдлийг индукцийн EMF гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь Eind = - ∆F / ∆t гэсэн томъёогоор илэрхийлэгдэнэ. Үүний утга нь битүү гогцооны гадаргууд нэвтэрч буй соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай давхцаж байна. сөрөг утга. Энэ илэрхийлэлд байгаа хасах нь Лензийн дүрмийн тусгал юм.
Соронзон урсгалын Ленцийн дүрэм
19-р зууны 30-аад оны хэд хэдэн судалгааны дараа алдартай дүрмийг гаргаж авсан. Үүнийг дараах байдлаар томъёолсон болно.
Өөрчлөгдөж буй соронзон урсгалаар хаалттай хэлхээнд өдөөгдсөн индукцийн гүйдлийн чиглэл нь түүний үүсгэсэн соронзон оронд нөлөөлж, улмаар соронзон урсгалд саад учруулдаг. харагдах байдлыг үүсгэдэгиндукцийн гүйдэл.
Соронзон урсгал нэмэгдэхэд Ф > 0 болж, индукцийн EMF буурч, Eind болно.< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.
Хэрэв урсгал буурч байвал F үед урвуу процесс явагдана< 0 и Еинд >0, өөрөөр хэлбэл, индукцийн гүйдлийн соронзон орны үйлдэл, хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалын өсөлт байдаг.
Ленцийн дүрмийн физик утга нь нэг хэмжигдэхүүн буурах үед нөгөө хэмжигдэхүүн нэмэгдэж, эсрэгээр нэг хэмжигдэхүүн нэмэгдэхэд нөгөө хэмжигдэхүүн буурах үед энерги хадгалагдах хуулийг тусгах явдал юм. Индукцийн emf-д янз бүрийн хүчин зүйл нөлөөлдөг. Хүчтэй ба сул соронзыг ороомогт ээлжлэн оруулах үед төхөөрөмж эхний тохиолдолд илүү өндөр утгыг, хоёр дахь тохиолдолд бага утгыг харуулах болно. Соронзны хурд өөрчлөгдөхөд ижил зүйл тохиолддог.
Доорх зурагт индукцийн гүйдлийн чиглэлийг Ленцийн дүрмийг ашиглан хэрхэн тодорхойлохыг харуулав. Цэнхэр өнгөиндукцийн гүйдэл ба байнгын соронзны соронзон орны хүчний шугамтай тохирч байна. Эдгээр нь соронзон бүрт байдаг хойд-өмнөд туйлуудын чиглэлд байрладаг.
Өөрчлөгдөж буй соронзон урсгал нь индуктив цахилгаан гүйдэл үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд түүний чиглэл нь түүний соронзон орны эсэргүүцэл үүсгэдэг бөгөөд энэ нь соронзон урсгалын өөрчлөлтөөс сэргийлдэг. Үүнтэй холбогдуулан ороомгийн соронзон орны хүчний шугамууд нь байнгын соронзны хүчний шугамын эсрэг чиглэлд чиглэгддэг, учир нь түүний хөдөлгөөн нь энэ ороомгийн чиглэлд явагддаг.
Гүйдлийн чиглэлийг тодорхойлохын тулд баруун талын утас ашиглана. Энэ нь түүний урагшлах хөдөлгөөний чиглэл нь ороомгийн индукцийн шугамын чиглэлтэй давхцаж байх ёстой. Энэ тохиолдолд индукцийн гүйдлийн чиглэл ба гимлет бариулыг эргүүлэх нь давхцах болно.
Бид аль хэдийн олж мэдсэнээр, цахилгаансоронзон орон үүсгэх чадвартай. Асуулт гарч ирнэ: соронзон орон нь цахилгаан гүйдлийн харагдах байдлыг үүсгэж болох уу? Энэ асуудлыг 1831 онд цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийг нээсэн англи физикч Майкл Фарадей шийджээ Ороомог дамжуулагч гальванометр дээр хаагддаг (Зураг 3.19). Хэрэв байнгын соронзыг ороомог руу түлхвэл гальванометр нь ороомогтой харьцуулахад соронзон хөдөлж байх үед бүх хугацааны туршид гүйдэл байгаа эсэхийг харуулна. Соронзыг ороомогоос гаргахад гальванометр нь эсрэг чиглэлд гүйдэл байгааг харуулж байна. Соронзны эвхэгддэг эсвэл эвхэгддэг туйл өөрчлөгдөх үед гүйдлийн чиглэлийн өөрчлөлт үүсдэг.
Үүнтэй төстэй үр дүн нь байнгын соронзыг цахилгаан соронзон (гүйдэл бүхий ороомог) -аар солих үед ажиглагдсан. Хэрэв хоёр ороомог хөдөлгөөнгүй бэхлэгдсэн боловч тэдгээрийн аль нэгэнд одоогийн утга өөрчлөгдсөн бол энэ үед нөгөө ороомог дээр индукцийн гүйдэл ажиглагдаж байна.
ЦАХИЛГААН СОРОНГОН ИНДУКЦИЙН ҮЗЭГДЭЛ нь дамжуулагч хэлхээнд индукцийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) үүсэх ба түүгээр дамжуулж соронзон индукцийн векторын урсгал өөрчлөгддөг. Хэрэв хэлхээ хаалттай байвал индукцийн гүйдэл үүснэ.
Цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийн нээлт:
1) харуулсан цахилгаан ба хоорондын хамаарал соронзон орон ;
2) санал болгосон цахилгаан гүйдэл үүсгэх аргасоронзон орон ашиглах.
Индукцийн гүйдлийн үндсэн шинж чанарууд:
1. Хэлхээнд холбогдсон соронзон индукцийн урсгал өөрчлөгдөх үед индукцийн гүйдэл үргэлж үүсдэг.
2. Индукцийн гүйдлийн хүч нь соронзон индукцийн урсгалыг өөрчлөх аргаас хамаарахгүй, зөвхөн түүний өөрчлөлтийн хурдаар тодорхойлогддог.
Фарадейгийн туршилтууд нь индукцийн цахилгаан хөдөлгөгч хүчний хэмжээ нь дамжуулагчийн хэлхээг нэвтлэх соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай пропорциональ байгааг олж мэдсэн (Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хууль)
Эсвэл , (3.46)
Энд (dF) нь цаг хугацааны урсгалын өөрчлөлт (dt). Соронзон урсгалэсвэл СОРОНЗОН ИНДУКЦИЙН УРСГАЛдараах хамаарлын үндсэн дээр тодорхойлогддог утга гэж нэрлэдэг: ( гадаргуугийн талбайгаар дамжин өнгөрөх соронзон урсгал S): Ф=ВScosα, (3.45), өнцөг a нь авч үзэж буй гадаргуугийн нормаль ба соронзон орны индукцийн векторын чиглэлийн хоорондох өнцөг юм.
соронзон урсгалын нэгж SI системд гэж нэрлэдэг вэбер- [Wb \u003d Tl × м 2].
Томъёоны "-" тэмдэг нь emf гэсэн үг юм. индукц нь индукцийн гүйдлийг үүсгэдэг бөгөөд соронзон орон нь соронзон урсгалын аливаа өөрчлөлтийг эсэргүүцдэг, өөрөөр хэлбэл. >0 цаг. индукц e БА<0 и наоборот.
emf индукцийг вольтоор хэмждэг
Индукцийн гүйдлийн чиглэлийг олохын тулд Ленцийн дүрэм байдаг (дүрмийг 1833 онд тогтоосон): индукцийн гүйдэл нь ийм чиглэлтэй тул түүний үүсгэсэн соронзон орон нь индукцийн гүйдлийг үүсгэсэн соронзон урсгалын өөрчлөлтийг нөхөх хандлагатай байдаг. .
Жишээлбэл, хэрэв та соронзны хойд туйлыг ороомог руу түлхэж, өөрөөр хэлбэл соронзон урсгалыг эргэлтээр нь нэмэгдүүлэх юм бол ороомгийн төгсгөлд хойд туйл гарч ирэх чиглэлд индукцийн гүйдэл үүсдэг. соронзон руу (Зураг 3.20). Тиймээс индукцийн гүйдлийн соронзон орон нь түүнийг үүсгэсэн соронзон урсгалын өөрчлөлтийг саармагжуулах хандлагатай байдаг.
Зөвхөн хувьсах соронзон орон нь хаалттай дамжуулагчийн индукцийн гүйдлийг үүсгэдэг төдийгүй l урттай хаалттай дамжуулагч тогтмол соронзон орон (B) -д v хурдтайгаар хөдөлж байх үед дамжуулагч дотор emf үүсдэг.
a (B Ùv) (3.47)
Та аль хэдийн мэдэж байгаачлан, цахилгаан хөдөлгөгч хүчгинжин хэлхээ нь гадны хүчний үр дагавар юм. Кондуктор хөдөлж байх үед соронзон орон дахь гадаад хүчний үүрэггүйцэтгэдэг Лоренцын хүч(хөдөлгөөнт цахилгаан цэнэг дээр соронзон орны талаас үйлчилдэг). Энэ хүчний үйл ажиллагааны дор цэнэгүүдийг салгаж, дамжуулагчийн төгсгөлд боломжит зөрүү үүсдэг. emf дамжуулагч дахь индукц нь дамжуулагчийн дагуу нэгж цэнэгийг хөдөлгөх ажил юм.
Индукцийн гүйдлийн чиглэлтодорхойлж болно баруун гарын дүрмийн дагуу:В вектор В далдуу мод руу орж, хулгайлагдсан эрхий хуруу нь дамжуулагчийн хурдны чиглэлтэй давхцаж, 4 хуруу нь индукцийн гүйдлийн чиглэлийг заана.
Тиймээс хувьсах соронзон орон нь индукцийн харагдах байдлыг үүсгэдэг цахилгаан орон. Энэ боломжит биш(электростатикаас ялгаатай), учир нь Ажилнэг эерэг цэнэгийн шилжилтээр emf-тэй тэнцүү. индукц, тэг биш.
Ийм талбаруудыг нэрлэдэг эргүүлэг. Эргэлтийн хүчний шугамуудцахилгаан орон - өөртөө түгжигдсэнхурцадмал байдлын шугамын эсрэг электростатик талбар.
emf индукц нь хөрш зэргэлдээх дамжуулагчдад төдийгүй дамжуулагчаар дамжиж буй гүйдлийн соронзон орон өөрчлөгдөх үед дамжуулагч өөрөө тохиолддог. Emf-ийн илрэл. Аливаа дамжуулагчийн гүйдлийн хүч өөрчлөгдөх үед (тиймээс дамжуулагч дахь соронзон урсгалыг) өөрөө индукц гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ дамжуулагчийн өдөөгдсөн гүйдлийг өөрөө индукцийн гүйдэл.
Хаалттай хэлхээн дэх гүйдэл нь хүрээлэн буй орон зайд соронзон орон үүсгэдэг бөгөөд түүний хүч нь гүйдлийн I-ийн хүчтэй пропорциональ байна. Иймээс хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон урсгал Ф нь хэлхээний гүйдлийн хүчтэй пропорциональ байна.
Ф=L×I, (3.48).
L нь пропорциональ байдлын коэффициент бөгөөд үүнийг өөрөө индукцийн коэффициент буюу энгийнээр хэлбэл индукцийн коэффициент гэж нэрлэдэг. Индукц нь хэлхээний хэмжээ, хэлбэр, түүнчлэн хэлхээг тойрсон орчны соронзон нэвчилтээс хамаарна.
Энэ утгаараа хэлхээний индукц - аналогдан дамжуулагчийн цахилгаан багтаамж, энэ нь зөвхөн дамжуулагчийн хэлбэр, түүний хэмжээс, орчны нэвтрүүлэх чадвараас хамаарна.
Индукцийн нэгж нь Хенри (H): 1H - ийм хэлхээний индукц, өөрөө индукцийн соронзон урсгал нь 1А гүйдлийн үед 1Вб (1Hn \u003d 1Wb / A \u003d 1V s / A).
Хэрэв L=const бол emf. Өөрийгөө индукцийг дараах хэлбэрээр илэрхийлж болно.
, эсвэл 
, (3.49)
Энд DI (dI) нь ороомгийн (эсвэл хэлхээ) L агуулсан хэлхээний Dt (dt) хугацааны гүйдлийн өөрчлөлт юм. Энэ илэрхийлэл дэх "-" тэмдэг нь emf гэсэн үг юм. өөрөө индукц нь гүйдэл өөрчлөгдөхөөс сэргийлдэг (жишээлбэл, хаалттай хэлхээний гүйдэл буурч байвал өөрөө индукцийн эмф нь ижил чиглэлд гүйдэлд хүргэдэг ба эсрэгээр).
Цахилгаан соронзон индукцийн нэг илрэл бол тасралтгүй дамжуулагч орчинд хаалттай индукцийн гүйдэл үүсэх явдал юм: металл бие, электролитийн уусмал, биологийн эрхтэн гэх мэт. Ийм урсгалыг эргүүлэг буюу Фуко урсгал гэж нэрлэдэг. Эдгээр гүйдэл нь дамжуулагч биеийг соронзон орон дотор хөдөлгөх ба/эсвэл биетүүдийг байрлуулсан талбайн индукц цаг хугацааны явцад өөрчлөгдөх үед үүсдэг. Фукогийн гүйдлийн хүч нь биеийн цахилгаан эсэргүүцэл, мөн соронзон орны өөрчлөлтийн хурдаас хамаарна.
Фуко урсгалууд бас Лензийн дүрэмд захирагддаг : тэдгээрийн соронзон орон нь эргүүлэг гүйдлийг өдөөдөг соронзон урсгалын өөрчлөлтийг эсэргүүцэх зорилгоор чиглүүлдэг.
Тиймээс соронзон орон дотор их хэмжээний дамжуулагчийг удаашруулдаг. Цахилгаан машинд Фукогийн гүйдлийн нөлөөг багасгахын тулд трансформаторын цөм, цахилгаан машинуудын соронзон хэлхээг бие биенээсээ тусгай лак эсвэл масштабаар тусгаарласан нимгэн хавтангаас угсардаг.
Эдди урсгал нь дамжуулагчийг хүчтэй халаахад хүргэдэг. Фуко урсгалаар үүсгэгдсэн Жоулийн дулаан, ашигласан индукцийн металлургийн зуухандЖоул-Ленцийн хуулийн дагуу металл хайлуулах зориулалттай.
USE кодлогчийн сэдвүүдТүлхүүр үг: цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдэл, соронзон урсгал, цахилгаан соронзон индукцийн Фарадей хууль, Ленцийн дүрэм.
Oersted-ийн туршилтаар цахилгаан гүйдэл нь хүрээлэн буй орон зайд соронзон орон үүсгэдэг болохыг харуулсан. Майкл Фарадей эсрэг нөлөө үзүүлж болно гэсэн санааг гаргаж ирсэн: соронзон орон нь эргээд цахилгаан гүйдэл үүсгэдэг.
Өөрөөр хэлбэл, соронзон орон дотор хаалттай дамжуулагч байг; Соронзон орны нөлөөгөөр энэ дамжуулагчийн дотор цахилгаан гүйдэл үүсэхгүй гэж үү?
Арван жил хайж, туршсаны эцэст Фарадей энэхүү үр нөлөөг олж чадсан юм. 1831 онд тэрээр дараах туршилтуудыг хийжээ.
1. Нэг модон суурь дээр хоёр ороомог ороосон; хоёр дахь ороомгийн эргэлтийг эхний болон тусгаарлагдсан эргэлтүүдийн хооронд тавьсан. Эхний ороомгийн гаралтыг гүйдлийн эх үүсвэрт, хоёр дахь ороомгийн гаралтыг гальванометрт холбосон (галванометр нь жижиг гүйдлийг хэмжих мэдрэмтгий төхөөрөмж юм). Тиймээс "гүйдлийн эх үүсвэр - эхний ороомог" ба "хоёр дахь ороомог - гальванометр" гэсэн хоёр хэлхээг олж авсан.
Хэлхээний хооронд цахилгаан холбоо байхгүй, зөвхөн эхний ороомгийн соронзон орон хоёр дахь ороомог руу нэвтэрсэн.
Эхний ороомгийн хэлхээг хаах үед гальванометр нь хоёр дахь ороомог дахь богино ба сул гүйдлийн импульсийг бүртгэсэн.
Эхний ороомогоор шууд гүйдэл урсах үед хоёр дахь ороомогт гүйдэл үүссэнгүй.
Эхний ороомгийн хэлхээг нээх үед хоёр дахь ороомогт богино ба сул гүйдлийн импульс дахин гарч ирсэн боловч энэ удаад хэлхээг хаах үеийн гүйдэлтэй харьцуулахад эсрэг чиглэлд байна.
Дүгнэлт.
Эхний ороомгийн соронзон орон нь цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг (эсвэл тэдний хэлснээр: өдөөдөг) хоёр дахь ороомог дахь цахилгаан гүйдэл. Энэ гүйдэл гэж нэрлэгддэг индукцийн гүйдлээр.
Хэрэв эхний ороомгийн соронзон орон нэмэгдвэл (хэлхээ хаагдах үед гүйдэл нэмэгдэж байгаа үед) хоёр дахь ороомог дахь индукцийн гүйдэл нэг чиглэлд урсдаг.
Хэрэв эхний ороомгийн соронзон орон багасвал (хэлхээг нээх үед гүйдэл буурах үед) хоёр дахь ороомог дахь индукцийн гүйдэл нөгөө чиглэлд урсдаг.
Хэрэв эхний ороомгийн соронзон орон өөрчлөгдөхгүй бол (түүгээр тогтмол гүйдэл гүйдэг) хоёр дахь ороомог дахь индукцийн гүйдэл байхгүй болно.
Фарадей нээсэн үзэгдлийг нэрлэсэн цахилгаан соронзон индукц(өөрөөр хэлбэл "соронзлолоор цахилгаан индукц").
2. Индукцийн гүйдэл үүссэн гэсэн таамаглалыг батлах хувьсагчсоронзон орон, Фарадей ороомогуудыг бие биенээсээ харьцангуй хөдөлгөв. Эхний ороомгийн хэлхээ нь үргэлж хаалттай хэвээр байсан бөгөөд түүгээр шууд гүйдэл урсаж байсан боловч хөдөлгөөний улмаас (ойртох эсвэл зайлуулах) хоёр дахь ороомог нь эхний ороомгийн ээлжит соронзон орон руу оров.
Гальванометр хоёр дахь ороомог дахь гүйдлийг дахин тэмдэглэв. Ороомог ойртох үед индукцийн гүйдэл нь нэг чиглэлтэй байсан ба нөгөө нь тэдгээрийг арилгах үед байв. Энэ тохиолдолд индукцийн гүйдлийн хүч их байх тусам ороомог илүү хурдан хөдөлдөг.
3. Эхний ороомог нь байнгын соронзоор солигдсон. Хоёр дахь ороомог руу соронз оруулахад индукцийн гүйдэл үүссэн. Соронзыг сугалж авахад гүйдэл дахин гарч ирсэн боловч нөгөө чиглэлд. Дахин хэлэхэд индукцийн гүйдлийн хүч их байх тусам соронз илүү хурдан хөдөлдөг байв.
Эдгээр болон дараагийн туршилтууд нь дамжуулагч хэлхээний индукцийн гүйдэл нь хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон орны "шугамын тоо" өөрчлөгдөх бүх тохиолдолд тохиолддог болохыг харуулсан. Индукцийн гүйдлийн хүч нь их байх тусам энэ тооны шугам хурдан өөрчлөгддөг. Гүйдлийн чиглэл нь хэлхээгээр дамжих шугамын тоо нэмэгдэж, нөгөө нь багассан байх болно.
Өгөгдсөн хэлхээний гүйдлийн хүч чадлын хувьд зөвхөн шугамын тооны өөрчлөлтийн хурд чухал байдаг нь гайхалтай юм. Энэ тохиолдолд яг юу болж байгаа нь тодорхой үүрэг гүйцэтгэдэггүй - талбай нь өөрөө тогтмол контур руу нэвтэрч байгаа эсэх, эсвэл контур нь нэг нягтралтай шугамаас өөр нягтралтай газар руу шилжих эсэхээс үл хамаарна.
Энэ бол цахилгаан соронзон индукцийн хуулийн мөн чанар юм. Гэхдээ томьёо бичиж, тооцоолол хийхийн тулд "контураар дамжих талбайн шугамын тоо" гэсэн тодорхой бус ойлголтыг тодорхой албан ёсоор гаргах хэрэгтэй.
соронзон урсгал
Соронзон урсгалын тухай ойлголт нь хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон орны шугамын тооны шинж чанар юм.
Энгийн байхын тулд бид өөрсдийгөө нэг төрлийн соронзон орны жишээгээр хязгаарладаг. Индукц бүхий соронзон орон дотор байрлах талбайн контурыг авч үзье.
Нэгдүгээрт, соронзон орон нь контурын хавтгайд перпендикуляр байх ёстой (Зураг 1).
Цагаан будаа. нэг.
Энэ тохиолдолд соронзон урсгалыг маш энгийнээр тодорхойлно - соронзон орны индукцийн бүтээгдэхүүн ба хэлхээний талбайн хувьд:
(1)
Одоо вектор нь контурын хавтгайд нормальтай өнцөг үүсгэх ерөнхий тохиолдлыг авч үзье (Зураг 2).
Цагаан будаа. 2.
Одоо зөвхөн соронзон индукцийн векторын перпендикуляр бүрэлдэхүүн хэсэг нь хэлхээгээр "урсдаг" (хэлхээтэй параллель бүрэлдэхүүн хэсэг нь "урсдаггүй" гэдгийг бид харж байна). Тиймээс (1) томъёоны дагуу бид . Гэхдээ тиймээс
(2)
Энэ нь жигд соронзон орны хувьд соронзон урсгалын ерөнхий тодорхойлолт юм. Хэрэв вектор контурын хавтгайтай параллель байвал соронзон урсгал тэг болно гэдгийг анхаарна уу.
Мөн талбай жигд биш бол соронзон урсгалыг хэрхэн тодорхойлох вэ? Зүгээр л нэг санаа өгье. Контурын гадаргуу нь маш олон тооны маш жижиг хэсгүүдэд хуваагддаг бөгөөд тэдгээрийн дотор талбарыг нэгэн төрлийн гэж үзэж болно. Сайт бүрийн хувьд бид (2) томъёог ашиглан өөрийн жижиг соронзон урсгалыг тооцоолж, дараа нь эдгээр бүх соронзон урсгалыг нэгтгэн дүгнэдэг.
Соронзон урсгалын нэгж нь вэбер(Wb). Бидний харж байгаагаар,
Wb \u003d Tl m \u003d V s. (3)
Яагаад соронзон урсгал нь хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон орны "шугамын тоо" -ыг тодорхойлдог вэ? Маш энгийн. "Мөрийн тоо" нь тэдгээрийн нягтралаар тодорхойлогддог (мөн утгаар нь индукц их байх тусам шугам нь зузаан байх болно) болон талбайгаар нэвчсэн "үр дүнтэй" талбай (мөн энэ нь үүнээс өөр зүйл биш юм). Гэхдээ үржүүлэгч нь зөвхөн соронзон урсгалыг үүсгэдэг!
Одоо бид Фарадейгийн нээсэн цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийн талаар илүү тодорхой тодорхойлолт өгч чадна.
Цахилгаан соронзон индукц- энэ нь хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон урсгал өөрчлөгдөх үед битүү дамжуулагч хэлхээнд цахилгаан гүйдэл үүсэх үзэгдэл юм..
EMF индукц
Индукцийн гүйдэл үүсэх механизм юу вэ? Бид энэ талаар дараа хэлэлцэх болно. Одоогийн байдлаар нэг зүйл тодорхой байна: хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд зарим хүч нь хэлхээний чөлөөт цэнэг дээр ажилладаг - гадны хүчинЭнэ нь төлбөрийг шилжүүлэхэд хүргэдэг.
Бидний мэдэж байгаагаар хэлхээний эргэн тойронд нэгж эерэг цэнэгийг хөдөлгөх гадны хүчний ажлыг цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) гэж нэрлэдэг. Манай тохиолдолд хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд харгалзах EMF гэж нэрлэдэг EMF индукцболон тэмдэглэгдсэн байна.
Тэгэхээр, Индукцийн EMF гэдэг нь хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд үүсэх гадны хүчний ажил бөгөөд хэлхээний эргэн тойронд нэгж эерэг цэнэгийг хөдөлгөдөг..
Энэ тохиолдолд хэлхээнд үүсэх гадны хүчний мөн чанарыг бид удахгүй олж мэдэх болно.
Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хууль
Фарадейгийн туршилтаар индукцийн гүйдлийн хүч их байх тусам хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал хурдан өөрчлөгддөг байв.
Хэрэв богино хугацаанд соронзон урсгалын өөрчлөлт нь , дараа нь хурдсоронзон урсгалын өөрчлөлт нь фракц (эсвэл цаг хугацааны хувьд соронзон урсгалын дериватив) юм.
Туршилтаас үзэхэд индукцийн гүйдлийн хүч нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдны модультай шууд пропорциональ байна.
Модуль нь сөрөг утгуудтай холбоо барихгүйн тулд суурилуулсан (эцэст нь соронзон урсгал буурах үед энэ нь байх болно). Дараа нь бид энэ модулийг устгах болно.
Бүрэн гинжин хэлхээний тухай Ом хуулиас бид нэгэн зэрэг: . Тиймээс индукцийн emf нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай шууд пропорциональ байна.
(4)
EMF-ийг вольтоор хэмждэг. Гэхдээ соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдыг вольтоор хэмждэг! Үнэн хэрэгтээ (3) -аас бид Wb / s = V гэдгийг харж байна. Тиймээс пропорциональ байдлын (4) хоёр хэсгийн хэмжих нэгжүүд ижил тул пропорциональ байдлын коэффициент нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм. SI системд үүнийг нэгтэй тэнцүү гэж үздэг бөгөөд бид дараахь зүйлийг авна.
(5)
Ийм л байна цахилгаан соронзон индукцийн хуульэсвэл Фарадейгийн хууль. Үүнийг амаар томъёолъё.
Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хууль. Хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон урсгал өөрчлөгдөхөд энэ хэлхээнд соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдны модультай тэнцүү индукцийн emf үүсдэг..
Лензийн дүрэм
Өөрчлөлт нь хэлхээнд индукцийн гүйдэл үүсэхэд хүргэдэг соронзон урсгалыг бид дуудах болно. гадаад соронзон урсгал. Мөн энэ соронзон урсгалыг үүсгэдэг соронзон орон өөрөө бид дуудах болно гадаад соронзон орон.
Яагаад бидэнд эдгээр нэр томъёо хэрэгтэй байна вэ? Баримт нь хэлхээнд тохиолддог индукцийн гүйдэл нь өөрөө үүсдэг эзэмшдэгсуперпозиция зарчмын дагуу гадны соронзон орон дээр нэмэгддэг соронзон орон.
Үүний дагуу гадаад соронзон урсгалын хамт эзэмшдэгиндукцийн гүйдлийн соронзон орны нөлөөгөөр үүссэн соронзон урсгал.
Эдгээр хоёр соронзон урсгал - өөрийн болон гадаад - хоорондоо хатуу тодорхойлогдсон байдлаар холбогдсон байдаг.
Лензийн дүрэм. Индукцийн гүйдэл нь үргэлж ийм чиглэлтэй байдаг тул өөрийн соронзон урсгал нь гадаад соронзон урсгалын өөрчлөлтөөс сэргийлдэг..
Лензийн дүрэм нь ямар ч нөхцөлд индукцийн гүйдлийн чиглэлийг олох боломжийг олгодог.
Лензийн дүрмийг хэрэгжүүлэх зарим жишээг авч үзье.
Хэлхээнд соронзон орон нэвтэрч, цаг хугацаа өнгөрөх тусам нэмэгддэг гэж үзье (Зураг (3)). Жишээлбэл, бид соронзыг доороос контур руу ойртуулдаг бөгөөд энэ тохиолдолд хойд туйл нь дээшээ чиглүүлж, контур руу чиглүүлдэг.
Хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал нэмэгддэг. Индукцийн гүйдэл нь ийм чиглэлтэй байх бөгөөд түүний үүсгэсэн соронзон урсгал нь гадны соронзон урсгалыг нэмэгдүүлэхээс сэргийлдэг. Үүнийг хийхийн тулд индукцийн гүйдлийн улмаас үүссэн соронзон орныг чиглүүлэх шаардлагатай эсрэггадаад соронзон орон.
Индуктив гүйдэл нь түүний үүсгэсэн соронзон орны талаас харахад цагийн зүүний эсрэг урсдаг. Энэ тохиолдолд (Зураг (3)) -д үзүүлсэн шиг гаднах соронзон орны талаас дээрээс харахад гүйдэл цагийн зүүний дагуу чиглэнэ.
Цагаан будаа. 3. Соронзон урсгал нэмэгдэнэ
Одоо хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон орон цаг хугацааны явцад багасна гэж бодъё (Зураг 4). Жишээлбэл, бид соронзыг гогцооноос доош хөдөлгөж, соронзны хойд туйл нь гогцоо руу чиглэж байна.
Цагаан будаа. 4. Соронзон урсгал багасна
Хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал буурдаг. Индуктив гүйдэл нь өөрийн соронзон урсгал нь гадаад соронзон урсгалыг дэмжиж, буурахаас сэргийлж тийм чиглэлтэй байх болно. Үүнийг хийхийн тулд индукцийн гүйдлийн соронзон орныг чиглүүлэх шаардлагатай ижил чиглэлд, энэ нь гадаад соронзон орон юм.
Энэ тохиолдолд индуктив гүйдэл нь хоёр соронзон орны хажуугаас дээрээс харахад цагийн зүүний эсрэг урсах болно.
Соронзон хэлхээний харилцан үйлчлэл
Тиймээс соронзыг ойртуулах эсвэл арилгах нь хэлхээнд индукцийн гүйдэл гарч ирэхэд хүргэдэг бөгөөд түүний чиглэлийг Ленцийн дүрмээр тодорхойлдог. Гэхдээ соронзон орон нь гүйдэл дээр ажилладаг! Соронзон талбарын талаас хэлхээнд үйлчилдэг Ампер хүч гарч ирнэ. Энэ хүчийг хаашаа чиглүүлэх вэ?
Хэрэв та Лензийн дүрмийг сайн ойлгож, Амперын хүчний чиглэлийг тодорхойлохыг хүсч байвал энэ асуултад өөрөө хариулахыг хичээгээрэй. Энэ бол маш энгийн дасгал биш бөгөөд шалгалтын C1-ийн хувьд маш сайн даалгавар юм. Дөрвөн боломжит тохиолдлыг авч үзье.
1. Бид соронзыг контур руу ойртуулж, хойд туйл нь контур руу чиглэнэ.
2. Бид контураас соронзыг салгаж, хойд туйл нь контур руу чиглэнэ.
3. Бид соронзыг контур руу ойртуулж, өмнөд туйлыг контур руу чиглүүлдэг.
4. Бид хэлхээнээс соронзыг салгаж, өмнөд туйл нь хэлхээ рүү чиглэнэ.
Соронзон талбар нь жигд биш гэдгийг бүү мартаарай: талбайн шугамууд хойд туйлаас салж, өмнө зүг рүү нийлдэг. Энэ нь үүссэн ампер хүчийг тодорхойлоход маш чухал юм. Үр дүн нь дараах байдалтай байна.
Хэрэв та соронзыг ойртуулах юм бол контур нь соронзоос түлхэгдэнэ. Хэрэв та соронзыг салгавал хэлхээ нь соронзонд татагдана. Тиймээс хэрэв хэлхээ нь утас дээр дүүжлэгдсэн бол энэ нь соронзны хөдөлгөөний чиглэлд үргэлж хазайх болно, үүнийг дагаж байгаа мэт. Соронзон туйлуудын байршил хамаагүй..
Ямар ч тохиолдолд та энэ баримтыг санаж байх хэрэгтэй - гэнэт ийм асуулт А1 хэсэгт гарч ирэв
Энэ үр дүнг эрчим хүчний хэмнэлтийн хуулийн тусламжтайгаар нэлээд ерөнхий үндэслэлээр тайлбарлаж болно.
Бид соронзыг контур руу ойртуулна гэж бодъё. Хэлхээнд индуктив гүйдэл гарч ирдэг. Гэхдээ гүйдэл үүсгэхийн тулд ажил хийх ёстой! Хэн үүнийг хийж байна вэ? Эцсийн эцэст бид соронзыг хөдөлгөж байна. Бид эерэг механик ажлыг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь хэлхээнд үүсэх гадны хүчний эерэг ажил болж хувирч, индукцийн гүйдэл үүсгэдэг.
Тиймээс соронзыг хөдөлгөх бидний ажил ийм байх ёстой эерэг. Энэ нь бид соронз руу ойртох ёстой гэсэн үг юм даван туулахсоронзон хэлхээтэй харилцан үйлчлэх хүч, тиймээс хүч түлхэлт.
Одоо соронзыг салга. Эдгээр санааг давтаж, соронзон ба хэлхээний хооронд татах хүч үүсэх ёстойг анхаарна уу.
Фарадейгийн хууль + Ленцийн дүрэм = Модуль устгах
Дээр бид Фарадейгийн хууль (5) дахь модулийг арилгахаа амласан. Лензийн дүрэм үүнийг хийх боломжийг танд олгоно. Гэхдээ эхлээд бид индукцийн EMF-ийн тэмдгийн талаар тохиролцох хэрэгтэй болно - эцэст нь (5) баруун талд байгаа модульгүйгээр EMF утга нь эерэг ба сөрөг аль аль нь байж болно.
Юуны өмнө контурыг тойрч гарах хоёр боломжит чиглэлийн аль нэгийг нь тогтооно. Энэ чиглэлийг зарлаж байна эерэг. Контурыг туулахын эсрэг чиглэлийг тус тус гэж нэрлэдэг. сөрөг. Бид аль чиглэлийг эерэг тойрч гарах нь хамаагүй - зөвхөн энэ сонголтыг хийх нь чухал юм.
Хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгалыг эерэг гэж үзнэ class="tex" alt="(!LANG:(\Phi > 0)"> !}, хэрэв хэлхээнд нэвтэрч буй соронзон орон тийшээ чиглэсэн бол хэлхээг тойрч байгаа газраас цагийн зүүний эсрэг эерэг чиглэлд харна. Хэрэв соронзон индукцийн векторын төгсгөлөөс эерэг тойрч гарах чиглэлийг цагийн зүүний дагуу харвал соронзон урсгалыг сөрөг гэж үзнэ.
Индукцийн EMF эерэг гэж тооцогддог class="tex" alt="(!LANG:(\mathcal E_i > 0)"> !}хэрэв индуктив гүйдэл эерэг чиглэлд урсах бол. Энэ тохиолдолд соронзон урсгал өөрчлөгдөх үед хэлхээнд үүсэх гадны хүчний чиглэл нь хэлхээний эргэлтийн эерэг чиглэлтэй давхцдаг.
Эсрэгээр, хэрэв индуктив гүйдэл сөрөг чиглэлд урсдаг бол индукцийн EMF сөрөг гэж тооцогддог. Энэ тохиолдолд гуравдагч этгээдийн хүчнүүд контурыг тойрч гарах сөрөг чиглэлийн дагуу ажиллах болно.
Тиймээс хэлхээ нь соронзон орон дотор байг. Бид контурын эерэг тойргийн чиглэлийг засдаг. Эерэг тойруулалтыг цагийн зүүний эсрэг хийсэн газраас харахад соронзон орон тийшээ чиглэсэн гэж үзье. Дараа нь соронзон урсгал эерэг байна: class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0)."> .!}
Цагаан будаа. 5. Соронзон урсгал нэмэгдэнэ
Тиймээс, энэ тохиолдолд бид . Индукцийн EMF-ийн тэмдэг нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдны тэмдгийн эсрэг байв. Үүнийг өөр нөхцөл байдалд шалгаж үзье.
Тухайлбал, одоо соронзон урсгал буурч байна гэж бодъё. Лензийн хуулийн дагуу индукцын гүйдэл эерэг чиглэлд урсах болно. Тэр бол, class="tex" alt="(!LANG:\mathcal E_i > 0"> !}(Зураг 6).
Цагаан будаа. 6. Соронзон урсгал нэмэгдэнэ class="tex" alt="(!LANG:\Rightarrow \mathcal E_i > 0"> !}
Бодит байдал ийм л байна ерөнхий баримт: Тэмдгийн талаархи бидний тохиролцоогоор Лензийн дүрэм нь индукцийн emf-ийн тэмдэг нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдны тэмдгийн эсрэг байдаг гэдгийг үргэлж хүргэдэг.:
(6)
Ийнхүү Фарадейгийн цахилгаан соронзон индукцийн хуулийн модулийн тэмдэг арилсан байна.
Эргэдэг цахилгаан орон
Хувьсах соронзон орон дээр байрлах хөдөлгөөнгүй хэлхээг авч үзье. Хэлхээнд индуктив гүйдэл үүсэх механизм юу вэ? Тухайлбал, чөлөөт цэнэгийн хөдөлгөөнийг ямар хүчнүүд үүсгэдэг, эдгээр гадны хүчний мөн чанар юу вэ?
Эдгээр асуултад хариулах гэж оролдохдоо агуу Английн физикчМаксвелл байгалийн үндсэн шинж чанарыг нээсэн: цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг соронзон орон нь цахилгаан орон үүсгэдэг. Чухамхүү энэ цахилгаан орон нь үнэ төлбөргүй ажиллаж, индукцийн гүйдэл үүсгэдэг.
Шинээр гарч ирж буй цахилгаан талбайн шугамууд хаалттай болж, үүнтэй холбогдуулан үүнийг дуудсан эргүүлэг цахилгаан орон. Эргэлтийн цахилгаан талбайн шугамууд нь соронзон орны шугамыг тойрон эргэлдэж, дараах байдлаар чиглэнэ.
Соронзон орон нэмэгдэх болтугай. Хэрэв дотор нь дамжуулагч хэлхээ байгаа бол векторын төгсгөлөөс харахад индукцийн гүйдэл нь Ленцийн дүрмийн дагуу цагийн зүүний дагуу урсдаг. Энэ нь хэлхээний эерэг чөлөөт цэнэг дээр эргүүлэгтэй цахилгаан талбайн талаас үйлчилж буй хүч нь мөн тэнд чиглэгддэг гэсэн үг юм; Энэ нь эргэлтийн цахилгаан орны хүч чадлын вектор яг тийшээ чиглэнэ гэсэн үг.
Тиймээс, эргэлтийн цахилгаан талбайн шугамууд нь энэ тохиолдолд цагийн зүүний дагуу чиглэгддэг (бид векторын төгсгөлөөс харна, (Зураг 7).
Цагаан будаа. 7. Соронзон орон нэмэгдэж буй цахилгаан талбайн эргүүлэг
Эсрэгээр, хэрэв соронзон орон багасвал эргүүлгийн цахилгаан талбайн хүч чадлын шугамууд цагийн зүүний эсрэг чиглэнэ (Зураг 8).
Цагаан будаа. 8. Соронзон орон буурч байгаа цахилгаан талбайн эргүүлэг
Одоо бид цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдлийг илүү сайн ойлгож чадна. Үүний мөн чанар нь хувьсах соронзон орон нь эргүүлэг цахилгаан талбар үүсгэдэгт оршдог. Энэ нөлөөсоронзон орон дахь хаалттай дамжуулагч хэлхээ байгаа эсэхээс хамаарахгүй; хэлхээний тусламжтайгаар бид зөвхөн индукцийн гүйдлийг ажигласнаар энэ үзэгдлийг илрүүлдэг.
Эргэлтийн цахилгаан орон нь бидэнд аль хэдийн мэдэгдэж байсан цахилгаан талбайн зарим шинж чанараараа ялгаатай: цахилгаан статик орон ба тогтмол гүйдэл үүсгэдэг цэнэгийн хөдөлгөөнгүй орон.
1. Эргэлтийн талбайн шугамууд хаалттай, харин цахилгаан статик болон хөдөлгөөнгүй талбайн шугамууд эерэг цэнэгээр эхэлж, сөрөг цэнэгүүдээр төгсдөг.
2. Эргэлтийн талбар нь потенциал биш: битүү хэлхээний дагуу цэнэгийг хөдөлгөх ажил нь тэгтэй тэнцүү биш юм. Үгүй бол эргүүлэгтэй талбар нь цахилгаан гүйдэл үүсгэж чадахгүй! Үүний зэрэгцээ, бидний мэдэж байгаагаар цахилгаан статик болон суурин орон нь боломжит байдаг.
Тэгэхээр, Тогтмол хэлхээний индукцийн EMF нь хэлхээний эргэн тойронд нэг эерэг цэнэгийг хөдөлгөх эргүүлэгтэй цахилгаан талбайн ажил юм..
Жишээлбэл, контур нь радиусын цагираг байх ба жигд хувьсах соронзон орон нэвтрэн оръё. Дараа нь эргүүлгийн цахилгаан талбайн хүч нь цагирагийн бүх цэгүүдэд ижил байна. Цэнэг дээр эргүүлэх талбайн ажиллах хүчний ажил нь дараахтай тэнцүү байна.
Тиймээс индукцийн EMF-ийн хувьд бид дараахь зүйлийг авна.
Хөдөлгөөнт дамжуулагч дахь индукцийн EMF
Хэрэв дамжуулагч тогтмол соронзон орон дээр хөдөлдөг бол индукцийн EMF мөн гарч ирнэ. Гэсэн хэдий ч одоо шалтгаан нь эргүүлэгтэй цахилгаан орон биш (энэ нь үүсдэггүй - эцэст нь соронзон орон тогтмол байдаг), харин дамжуулагчийн чөлөөт цэнэг дэх Лоренцын хүчний үйлчлэл юм.
Асуудал нь ихэвчлэн тохиолддог нөхцөл байдлыг авч үзье. Зэрэгцээ төмөр зам нь хэвтээ хавтгайд байрладаг бөгөөд тэдгээрийн хоорондох зай нь -тэй тэнцүү байна. Төмөр зам нь босоо жигд соронзон орон дотор байдаг. Нимгэн дамжуулагч саваа нь төмөр замын дагуу хурдтай хөдөлдөг энэ нь үргэлж төмөр замд перпендикуляр хэвээр байна (зураг 9).
Цагаан будаа. 9. Соронзон орон дахь дамжуулагчийн хөдөлгөөн
Саваа доторх эерэг чөлөөт цэнэгийг авцгаая. Энэ цэнэгийг саваатай хамт хурдтайгаар хөдөлгөсний улмаас Лоренцын хүч цэнэг дээр үйлчилнэ.
Энэ хүч нь зурган дээр үзүүлсэн шиг бариулын тэнхлэгийн дагуу чиглэгддэг (өөрийгөө харна уу - цагийн гар эсвэл зүүн гарын дүрмийг бүү мартаарай!).
Энэ тохиолдолд Лоренцын хүч нь гадны хүчний үүрэг гүйцэтгэдэг: энэ нь савааны чөлөөт цэнэгийг хөдөлгөдөг. Цэнэгийг цэгээс нөгөө рүү шилжүүлэхэд манай гуравдагч талын хүчин дараах ажлыг гүйцэтгэнэ.
(Бид мөн савааны уртыг тэнцүү гэж үздэг.) Тиймээс саваа дахь индукцийн emf нь дараахтай тэнцүү байх болно.
(7)
Тиймээс саваа нь эерэг терминал ба сөрөг терминал бүхий одоогийн эх үүсвэртэй төстэй. Саваа дотор Лоренцын гадаад хүчний үйлчлэлээс болж цэнэгүүд хуваагддаг: эерэг цэнэгүүд цэг рүү, сөрөг цэнэгүүд цэг рүү шилждэг.
Эхлээд төмөр зам нь гүйдэл дамжуулахгүй гэж үзье.Дараа нь саваа дахь цэнэгийн хөдөлгөөн аажмаар зогсох болно. Эцсийн эцэст эерэг цэнэгүүд төгсгөлд, сөрөг цэнэгүүд хуримтлагдах тусам Кулоны хүч нэмэгдэж, эерэг чөлөөт цэнэгийг түлхэж, татдаг бөгөөд хэзээ нэгэн цагт Кулоны хүч Лоренцын хүчийг тэнцвэржүүлнэ. Савааны төгсгөлүүдийн хооронд боломжит зөрүү тогтоогдсон, EMF-тэй тэнцүүиндукц (7) .
Одоо төмөр зам ба холбогч нь дамжуулагч байна гэж бодъё. Дараа нь хэлхээнд индукцийн гүйдэл гарч ирнэ; энэ нь чиглэлд явах болно ("эх сурвалж нэмэх" -ээс "хасах" хүртэл Н). Савааны эсэргүүцэл тэнцүү (энэ нь одоогийн эх үүсвэрийн дотоод эсэргүүцлийн аналог), хэсгийн эсэргүүцэл нь тэнцүү (гадаад хэлхээний эсэргүүцэл) гэж бодъё. Дараа нь бүрэн хэлхээний хувьд индукцийн гүйдлийн хүчийг Ом хуулийн дагуу олж болно.
Индукцийн emf-ийн илэрхийлэл (7)-ийг Фарадейгийн хуулийг ашиглан олж авч болох нь гайхалтай юм. Энийг хийцгээе.
Энэ хугацаанд бидний саваа зам дагуу явж, байр сууриа эзэлдэг (Зураг 9). Контурын талбай нь тэгш өнцөгтийн талбайгаар нэмэгддэг:
Хэлхээгээр дамжин өнгөрөх соронзон урсгал нэмэгддэг. Соронзон урсгалын өсөлт нь:
Соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурд нь эерэг бөгөөд индукцийн EMF-тэй тэнцүү байна.
Бид (7) дээрхтэй ижил үр дүнд хүрсэн. Индукцийн гүйдлийн чиглэл нь Ленцийн дүрмийг дагаж мөрддөг гэдгийг бид тэмдэглэж байна. Үнэн хэрэгтээ гүйдэл нь чиглэлд урсаж байгаа тул түүний соронзон орон нь гадаад талбайн эсрэг чиглэгддэг тул хэлхээгээр дамжих соронзон урсгал нэмэгдэхээс сэргийлдэг.
Энэ жишээн дээр дамжуулагч соронзон орон дотор хөдөлж байгаа нөхцөлд Лоренцын хүчийг гадны хүчний оролцоотойгоор эсвэл Фарадейгийн хуулийн тусламжтайгаар хоёр аргаар үйлдэх боломжтойг бид харж байна. Үр дүн нь адилхан байх болно.