Apakah arus teraruh? Perkembangan pelajaran "Eksperimen Faraday. Aruhan elektromagnetik". Kerja makmal "Penyiasatan fenomena induksi elektromagnet"
Kejadian dalam konduktor aruhan EMF
Jika anda meletakkannya di dalam konduktor dan menggerakkannya supaya semasa pergerakannya ia melintasi garisan medan daya, maka konduktor akan muncul, dipanggil emf aruhan.
EMF aruhan akan berlaku dalam konduktor walaupun konduktor itu sendiri kekal tidak bergerak, dan medan magnet bergerak, melintasi konduktor dengan garis dayanya.
Jika konduktor di mana EMF aruhan diaruh ditutup kepada mana-mana litar luaran, maka di bawah tindakan EMF ini, arus akan mengalir melalui litar, dipanggil arus aruhan.
Fenomena induksi EMF dalam konduktor apabila ia dilintasi oleh garis medan magnet dipanggil aruhan elektromagnet.
Aruhan elektromagnet ialah proses terbalik, iaitu, penukaran tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik.
Fenomena aruhan elektromagnet dijumpai aplikasi terluas dalam . Peranti pelbagai mesin elektrik adalah berdasarkan penggunaannya.
Magnitud dan arah emf aruhan
Sekarang mari kita pertimbangkan apakah magnitud dan arah EMF teraruh dalam konduktor.
Magnitud EMF aruhan bergantung pada bilangan garis medan daya yang melintasi konduktor per unit masa, iaitu, pada kelajuan konduktor di medan.
Magnitud emf teraruh bergantung secara langsung pada kelajuan konduktor dalam medan magnet.
Magnitud emf teraruh juga bergantung pada panjang bahagian konduktor yang bersilang oleh garis medan. Sebahagian besar konduktor dilintasi oleh garis medan, lebih besar EMF teraruh dalam konduktor. Dan, akhirnya, semakin kuat medan magnet, iaitu, semakin besar induksinya, semakin besar EMF berlaku dalam konduktor yang melintasi medan ini.
Jadi, magnitud EMF aruhan yang berlaku dalam konduktor apabila ia bergerak dalam medan magnet adalah berkadar terus dengan aruhan medan magnet, panjang konduktor dan kelajuan pergerakannya.
Kebergantungan ini dinyatakan dengan formula E = Blv,
di mana E ialah emf aruhan; B - aruhan magnetik; I - panjang konduktor; v - kelajuan konduktor.
Ia mesti diingati dengan kukuh dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet, EMF aruhan berlaku hanya jika konduktor ini dilintasi oleh garis medan magnet. Jika konduktor bergerak di sepanjang garisan medan daya, iaitu, tidak menyeberang, tetapi, seolah-olah, meluncur di sepanjang mereka, maka tiada EMF diinduksi di dalamnya. Oleh itu, formula di atas hanya sah apabila konduktor bergerak berserenjang dengan magnet garisan daya padang.
Arah emf teraruh (serta arus dalam konduktor) bergantung pada arah mana konduktor itu bergerak. Untuk menentukan arah emf teraruh, terdapat peraturan tangan kanan.
Jika anda memegang tapak tangan kanan anda supaya ia termasuk garis magnet daya medan, dan bengkok ibu jari akan menunjukkan arah pergerakan konduktor, kemudian empat jari yang dilanjutkan akan menunjukkan arah EMF teraruh dan arah arus dalam konduktor.
Peraturan tangan kanan
EMF aruhan dalam gegelung
Kami telah mengatakan bahawa untuk mencipta induksi EMF dalam konduktor, adalah perlu untuk menggerakkan sama ada konduktor itu sendiri atau medan magnet dalam medan magnet. Dalam kedua-dua kes, konduktor mesti dilintasi oleh garis medan magnet, jika tidak, EMF tidak akan teraruh. EMF teraruh, dan seterusnya arus teraruh, boleh diperolehi bukan sahaja dalam konduktor lurus, tetapi juga dalam konduktor yang dililitkan ke dalam gegelung.
Apabila bergerak di dalam magnet kekal, EMF teraruh di dalamnya disebabkan oleh fakta bahawa fluks magnet magnet melintasi lilitan gegelung, iaitu, dengan cara yang sama seperti semasa konduktor rectilinear bergerak dalam medan sebuah magnet.
Jika magnet diturunkan ke dalam gegelung perlahan-lahan, maka emf yang timbul di dalamnya akan menjadi sangat kecil sehingga anak panah peranti mungkin tidak menyimpang. Jika, sebaliknya, magnet dengan cepat dimasukkan ke dalam gegelung, maka pesongan anak panah akan menjadi besar. Ini bermakna bahawa magnitud EMF teraruh, dan oleh itu kekuatan semasa dalam gegelung, bergantung pada kelajuan magnet, iaitu, pada seberapa cepat garis medan melintasi lilitan gegelung. Jika kita kini secara bergilir-gilir memperkenalkan ke dalam gegelung pada kelajuan yang sama, pertama magnet yang kuat, dan kemudian yang lemah, maka kita dapat melihat bahawa dengan magnet yang kuat, anak panah peranti akan menyimpang dengan sudut yang lebih besar. Bermaksud, magnitud emf teraruh, dan dengan itu kekuatan arus dalam gegelung, bergantung pada magnitud fluks magnet magnet.
Dan, akhirnya, jika magnet yang sama diperkenalkan pada kelajuan yang sama, mula-mula ke dalam gegelung dengan sebilangan besar berputar, dan kemudian dengan yang lebih kecil, maka dalam kes pertama anak panah peranti akan menyimpang dengan sudut yang lebih besar daripada yang kedua. Ini bermakna bahawa magnitud EMF teraruh, dan oleh itu kekuatan semasa dalam gegelung, bergantung pada bilangan lilitannya. Keputusan yang sama boleh diperolehi jika elektromagnet digunakan dan bukannya magnet kekal.
Arah EMF aruhan dalam gegelung bergantung kepada arah pergerakan magnet. Bagaimana untuk menentukan arah EMF induksi, kata undang-undang yang ditubuhkan oleh E. X. Lenz.
Hukum Lenz untuk aruhan elektromagnet
Sebarang perubahan dalam fluks magnet di dalam gegelung disertai dengan penampilan EMF aruhan di dalamnya, dan lebih cepat fluks magnet yang menembusi gegelung berubah, lebih besar EMF teraruh di dalamnya.
Jika gegelung di mana EMF aruhan dicipta ditutup kepada litar luaran, maka arus aruhan mengalir melalui lilitannya, mewujudkan medan magnet di sekeliling konduktor, yang menyebabkan gegelung bertukar menjadi solenoid. Ternyata sedemikian rupa sehingga medan magnet luaran yang berubah menyebabkan arus aruhan dalam gegelung, yang seterusnya, mencipta medan magnetnya sendiri di sekeliling gegelung - medan semasa.
Mengkaji fenomena ini, E. X. Lenz menubuhkan undang-undang yang menentukan arah arus aruhan dalam gegelung, dan, akibatnya, arah EMF aruhan. Emf aruhan yang berlaku dalam gegelung apabila fluks magnet berubah di dalamnya mencipta arus dalam gegelung dalam arah sedemikian sehingga fluks magnet gegelung yang dicipta oleh arus ini menghalang perubahan dalam fluks magnet luar.
Undang-undang Lenz adalah sah untuk semua kes aruhan semasa dalam konduktor, tanpa mengira bentuk konduktor dan bagaimana perubahan dalam medan magnet luar dicapai.
Apabila magnet kekal bergerak relatif kepada gegelung dawai yang dipasang pada terminal galvanometer, atau apabila gegelung bergerak relatif kepada magnet, arus aruhan berlaku.
Arus aruhan dalam konduktor besar
Fluks magnet yang berubah-ubah mampu mendorong EMF bukan sahaja dalam lilitan gegelung, tetapi juga dalam konduktor logam besar. Menembusi ketebalan konduktor besar, fluks magnet mendorong EMF di dalamnya, yang menghasilkan arus aruhan. Yang dipanggil ini merambat di sepanjang konduktor besar dan litar pintas di dalamnya.
Teras transformer, litar magnet pelbagai mesin dan radas elektrik hanyalah konduktor besar yang dipanaskan oleh arus aruhan yang timbul di dalamnya. Fenomena ini tidak diingini, oleh itu, untuk mengurangkan magnitud arus aruhan, bahagian mesin elektrik dan teras pengubah dibuat tidak besar-besaran, tetapi terdiri daripada kepingan nipis yang diasingkan antara satu sama lain dengan kertas atau lapisan varnis penebat. Disebabkan ini, laluan perambatan arus pusar di sepanjang jisim konduktor disekat.
Tetapi kadangkala dalam amalan arus pusar juga digunakan sebagai arus berguna. Penggunaan arus ini adalah berdasarkan, sebagai contoh, pada operasi peredam magnet yang dipanggil bahagian yang bergerak alat pengukur elektrik.
Rajah menunjukkan arah arus aruhan yang berlaku dalam gegelung wayar litar pintas apabila gegelung digerakkan berbanding dengannya.magnet.Sila nyatakan yang mana antara pernyataan berikut adalah betul dan yang mana yang salah.
A. Magnet dan gegelung tertarik antara satu sama lain.
B. Di dalam gegelung, medan magnet arus aruhan diarahkan ke atas.
B. Di dalam gegelung, garis aruhan magnet medan magnet diarahkan ke atas.
D. Magnet dikeluarkan daripada gegelung.
2. Apakah kerangka rujukan inersia dan bukan inersia? Beri contoh.
3. Apakah sifat jasad yang dipanggil inersia? Apakah nilai inersia?
4. Apakah hubungan antara jisim jasad dan modul pecutan yang mereka terima semasa interaksi?
5. Apakah kekuatan dan bagaimana ia dicirikan?
6. Pernyataan hukum ke-2 Newton? Apa itu tatatanda matematik?
7. Bagaimanakah hukum ke-2 Newton dirumuskan dalam bentuk impulsif? notasi matematiknya?
8. Apakah 1 Newton?
9. Bagaimanakah jasad bergerak jika daya dikenakan ke atasnya yang tetap dalam magnitud dan arah? Apakah arah pecutan yang disebabkan oleh daya yang bertindak ke atasnya?
10. Bagaimanakah paduan daya ditentukan?
11. Bagaimanakah undang-undang ke-3 Newton dirumus dan ditulis?
12. Bagaimanakah pecutan badan yang berinteraksi diarahkan?
13. Berikan contoh manifestasi hukum ke-3 Newton.
14. Apakah had kebolehgunaan semua undang-undang Newton?
15. Mengapakah kita boleh menganggap Bumi sebagai kerangka rujukan inersia jika ia bergerak dengan pecutan sentripetal?
16. Apakah ubah bentuk, apakah jenis ubah bentuk yang anda tahu?
17. Apakah daya yang dipanggil daya keanjalan? Apakah sifat kuasa ini?
18. Apakah ciri-ciri daya kenyal?
19. Bagaimanakah daya keanjalan diarahkan (daya tindak balas sokongan, daya tegangan benang?)
20. Bagaimanakah undang-undang Hooke digubal dan ditulis? Apakah had kebolehgunaannya? Plot graf yang menggambarkan hukum Hooke.
21. Bagaimanakah hukum graviti sejagat dirumus dan ditulis, bilakah ia boleh digunakan?
22. Huraikan eksperimen untuk menentukan nilai pemalar graviti?
23. Apakah pemalar graviti, apakah pemalarnya makna fizikal?
24. Adakah kerja daya graviti bergantung kepada bentuk trajektori? Apakah kerja yang dilakukan oleh graviti dalam gelung tertutup?
25. Adakah kerja daya kenyal bergantung kepada bentuk trajektori?
26. Apakah yang anda tahu tentang graviti?
27. Bagaimana pecutan dikira jatuh bebas di Bumi dan planet lain?
28. Apakah kelajuan kosmik pertama? Bagaimana ia dikira?
29. Apakah yang dipanggil jatuh bebas? Adakah pecutan jatuh bebas bergantung kepada jisim badan?
30. Huraikan pengalaman Galileo Galilei, membuktikan bahawa semua jasad dalam vakum jatuh dengan pecutan yang sama.
31. Apakah daya yang dipanggil daya geseran? Jenis daya geseran?
32. Bagaimanakah daya gelongsor dan geseran bergolek dikira?
33. Bilakah daya geseran statik timbul? Apakah persamaannya?
34. Adakah daya geseran gelongsor bergantung pada luas permukaan sentuhan?
35. Pada parameter apakah daya geseran gelongsor bergantung?
36. Apakah yang menentukan daya rintangan terhadap pergerakan jasad dalam cecair dan gas?
37. Apakah yang dipanggil berat badan? Apakah perbezaan antara berat jasad dan daya graviti yang bertindak ke atas jasad?
38. Dalam kes apakah berat badan secara berangka sama dengan modulus graviti?
39. Apakah itu tanpa berat? Apakah beban berlebihan?
40. Bagaimana untuk mengira berat badan semasa pergerakannya dipercepatkan? Adakah berat badan berubah jika ia bergerak di sepanjang satah mengufuk tetap dengan pecutan?
41. Bagaimanakah berat badan berubah apabila ia bergerak di sepanjang bahagian cembung dan cekung bulatan?
42. Apakah algoritma untuk menyelesaikan masalah apabila jasad bergerak di bawah tindakan beberapa daya?
43. Apakah daya yang dipanggil Pasukan Archimedes atau daya apung? Pada parameter apakah daya ini bergantung?
44. Apakah formula yang boleh digunakan untuk mengira daya Archimedes?
45. Dalam keadaan apakah jasad dalam cecair terapung, tenggelam, terapung?
46. Bagaimanakah kedalaman rendaman dalam cecair jasad terapung bergantung kepada ketumpatannya?
47. Mengapa belon diisi dengan hidrogen, helium atau udara panas?
48. Terangkan pengaruh putaran Bumi mengelilingi paksinya terhadap nilai pecutan jatuh bebas.
49. Bagaimanakah nilai graviti berubah apabila: a) penyingkiran jasad dari permukaan Bumi, B) apabila jasad bergerak di sepanjang meridian, selari
litar elektrik?
3. Apakah maksud fizikal EMF? Takrifkan volt.
4. Sambung ke masa yang singkat voltmeter dengan sumber tenaga elektrik, memerhatikan kekutuban. Bandingkan bacaannya dengan pengiraan berdasarkan keputusan eksperimen.
5. Apakah yang menentukan voltan pada terminal punca arus?
6. Dengan menggunakan hasil pengukuran, tentukan voltan pada litar luaran (jika kerja dilakukan dengan kaedah I), rintangan litar luaran (jika kerja dilakukan dengan kaedah II).
6 soalan dalam pengiraan bersarang
Tolong saya!1. Dalam keadaan apakah daya geseran muncul?
2. Apakah yang menentukan modulus dan arah daya geseran statik?
3. Dalam had apakah daya geseran statik boleh berubah?
4. Apakah daya yang memberikan pecutan kepada kereta atau lokomotif?
5. Bolehkah daya geseran gelongsor meningkatkan kelajuan jasad?
6. Apakah perbezaan utama antara daya rintangan dalam cecair dan gas dan daya geseran antara dua badan padat?
7. Berikan contoh yang berguna dan tindakan yang memudaratkan daya geseran dari semua jenis
Hubungan antara medan elektrik dan magnet telah diperhatikan sejak sekian lama. Hubungan ini ditemui pada abad ke-19 oleh ahli fizik Inggeris Faraday dan memberikannya nama. Ia muncul pada masa apabila fluks magnet menembusi permukaan litar tertutup. Selepas perubahan dalam fluks magnet berlaku untuk masa tertentu, arus elektrik muncul dalam litar ini.
Hubungan aruhan elektromagnet dan fluks magnet
Intipati fluks magnet dipaparkan oleh formula yang terkenal: Ф = BS cos α. Di dalamnya, F ialah fluks magnet, S ialah permukaan kontur (kawasan), B ialah vektor aruhan magnet. Sudut α terbentuk disebabkan oleh arah vektor aruhan magnetik dan normal kepada permukaan kontur. Ia berikutan bahawa fluks magnet akan mencapai ambang maksimum pada cos α = 1, dan ambang minimum pada cos α = 0.
Dalam varian kedua, vektor B akan berserenjang dengan normal. Ternyata garis aliran tidak melintasi kontur, tetapi hanya meluncur di sepanjang satahnya. Oleh itu, ciri-ciri akan ditentukan oleh garisan vektor B yang bersilang dengan permukaan kontur. Untuk pengiraan, Weber digunakan sebagai unit ukuran: 1 wb \u003d 1v x 1s (volt-saat). Satu lagi unit ukuran yang lebih kecil ialah maxwell (µs). Ia ialah: 1 wb \u003d 108 μs, iaitu, 1 μs \u003d 10-8 wb.
Untuk penyelidikan oleh Faraday, dua lingkaran dawai telah digunakan, diasingkan antara satu sama lain dan diletakkan pada gegelung kayu. Satu daripadanya disambungkan ke sumber tenaga, dan satu lagi ke galvanometer yang direka untuk merekodkan arus kecil. Pada masa itu, apabila litar lingkaran asal ditutup dan dibuka, di litar lain anak panah alat pengukur menyimpang.
Menjalankan kajian tentang fenomena induksi
Dalam siri eksperimen pertama, Michael Faraday memasukkan bar logam bermagnet ke dalam gegelung yang disambungkan kepada arus, dan kemudian menariknya keluar (Rajah 1, 2).
1 
2 
Apabila magnet diletakkan dalam gegelung yang disambungkan kepada alat pengukur, arus aruhan mula mengalir dalam litar. Jika bar magnet dikeluarkan dari gegelung, arus aruhan masih muncul, tetapi arahnya sudah terbalik. Akibatnya, parameter arus aruhan akan diubah ke arah bar dan bergantung pada kutub yang diletakkan di dalam gegelung. Kekuatan arus dipengaruhi oleh kelajuan pergerakan magnet.
Dalam siri eksperimen kedua, fenomena disahkan di mana arus berubah dalam satu gegelung menyebabkan arus aruhan dalam gegelung lain (Rajah 3, 4, 5). Ini berlaku pada saat menutup dan membuka litar. Arah arus akan bergantung kepada sama ada litar elektrik ditutup atau terbuka. Di samping itu, tindakan ini tidak lebih daripada cara untuk menukar fluks magnet. Apabila litar ditutup, ia akan meningkat, dan apabila ia dibuka, ia akan berkurangan, serentak menembusi gegelung pertama.
3 
4 
5 
Hasil daripada eksperimen, didapati bahawa berlakunya arus elektrik di dalam litar pengalir tertutup hanya mungkin apabila ia diletakkan dalam medan magnet berselang-seli. Pada masa yang sama, aliran boleh berubah mengikut masa dengan apa cara sekalipun.
Arus elektrik yang muncul di bawah pengaruh induksi elektromagnet dipanggil induksi, walaupun ini tidak akan menjadi arus dalam pengertian konvensional. Apabila litar tertutup berada dalam medan magnet, EMF dijana dengan nilai yang tepat, dan bukan arus bergantung pada rintangan yang berbeza.
Fenomena ini dipanggil EMF aruhan, yang dicerminkan oleh formula: Eind = - ∆F / ∆t. Nilainya bertepatan dengan kadar perubahan fluks magnet yang menembusi permukaan gelung tertutup, diambil daripada nilai negatif. Tolak yang terdapat dalam ungkapan ini adalah cerminan peraturan Lenz.
Peraturan Lenz untuk fluks magnet
Peraturan yang terkenal telah diperolehi selepas beberapa siri kajian pada 30-an abad ke-19. Ia dirumuskan dengan cara berikut:
Arah arus aruhan, teruja dalam litar tertutup oleh fluks magnet yang berubah-ubah, mempengaruhi medan magnet yang dihasilkannya sedemikian rupa sehingga ia, seterusnya, mewujudkan halangan kepada fluks magnet, menyebabkan penampilan arus aruhan.
Apabila fluks magnet meningkat, iaitu, ia menjadi Ф > 0, dan EMF aruhan berkurangan dan menjadi Eind< 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.
Jika aliran berkurangan, maka proses sebaliknya berlaku apabila F< 0 и Еинд >0, iaitu, tindakan medan magnet arus aruhan, terdapat peningkatan dalam fluks magnet yang melalui litar.
Maksud fizikal peraturan Lenz adalah untuk mencerminkan undang-undang pemuliharaan tenaga, apabila apabila satu kuantiti berkurangan, kuantiti yang lain bertambah, dan sebaliknya, apabila satu kuantiti bertambah, kuantiti yang lain akan berkurangan. Pelbagai faktor juga mempengaruhi emf aruhan. Apabila magnet yang kuat dan lemah dimasukkan secara bergilir-gilir ke dalam gegelung, peranti masing-masing akan menunjukkan nilai yang lebih tinggi dalam kes pertama, dan nilai yang lebih rendah dalam kes kedua. Perkara yang sama berlaku apabila kelajuan magnet berubah.
Rajah di bawah menunjukkan bagaimana arah arus aruhan ditentukan menggunakan peraturan Lenz. warna biru sepadan dengan garis daya medan magnet arus aruhan dan magnet kekal. Mereka terletak di arah kutub utara-selatan yang terdapat dalam setiap magnet.
Fluks magnet yang berubah membawa kepada kemunculan arus elektrik induktif, arah yang menyebabkan penentangan dari medan magnetnya, yang menghalang perubahan dalam fluks magnet. Dalam hal ini, garisan daya medan magnet gegelung diarahkan ke arah yang bertentangan dengan garisan daya magnet kekal, kerana pergerakannya berlaku ke arah gegelung ini.
Untuk menentukan arah arus, ia digunakan dengan benang sebelah kanan. Ia mesti diskrukan sedemikian rupa sehingga arah pergerakan ke hadapannya bertepatan dengan arah garis aruhan gegelung. Dalam kes ini, arah arus aruhan dan putaran pemegang gimlet akan bertepatan.
Seperti yang telah kita ketahui, elektrik mampu menghasilkan medan magnet. Persoalannya timbul: bolehkah medan magnet menyebabkan kemunculan arus elektrik? Masalah ini telah diselesaikan oleh ahli fizik Inggeris Michael Faraday, yang menemui fenomena aruhan elektromagnet pada tahun 1831. Konduktor bergelung ditutup pada galvanometer (Rajah 3.19). Jika magnet kekal ditolak ke dalam gegelung, galvanometer akan menunjukkan kehadiran arus untuk keseluruhan tempoh masa semasa magnet bergerak relatif kepada gegelung. Apabila magnet ditarik keluar dari gegelung, galvanometer menunjukkan kehadiran arus dalam arah yang bertentangan. Perubahan arah arus berlaku apabila kutub magnet yang boleh ditarik balik atau boleh ditarik balik berubah.
Keputusan yang sama diperhatikan apabila menggantikan magnet kekal dengan elektromagnet (gegelung dengan arus). Jika kedua-dua gegelung tetap tidak bergerak, tetapi nilai semasa diubah dalam salah satu daripadanya, maka pada masa ini arus aruhan diperhatikan dalam gegelung yang lain.
FENOMENA ARUHAN ELEKTROMAGNETIK terdiri daripada berlakunya daya gerak elektrik (emf) aruhan dalam litar pengalir, di mana fluks vektor aruhan magnet berubah. Jika litar ditutup, maka arus aruhan timbul di dalamnya.
Penemuan fenomena aruhan elektromagnet:
1) menunjukkan hubungan antara elektrik dan medan magnet ;
2) dicadangkan kaedah menjana arus elektrik menggunakan medan magnet.
Sifat utama arus aruhan:
1. Arus aruhan sentiasa berlaku apabila berlaku perubahan fluks aruhan magnet yang digandingkan dengan litar.
2. Kekuatan arus aruhan tidak bergantung pada kaedah menukar fluks aruhan magnet, tetapi hanya ditentukan oleh kadar perubahannya.
Eksperimen Faraday mendapati bahawa magnitud daya gerak elektrik aruhan adalah berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet yang menembusi litar pengalir (hukum aruhan elektromagnet Faraday)
Atau , (3.46)
di mana (dF) ialah perubahan dalam fluks sepanjang masa (dt). FLUKS MAGNET atau ALIRAN ARUHAN MAGNETIK dipanggil nilai, yang ditentukan berdasarkan hubungan berikut: ( fluks magnet melalui kawasan permukaan S): Ф=ВScosα, (3.45), sudut a ialah sudut antara normal ke permukaan yang sedang dipertimbangkan dan arah vektor aruhan medan magnet
unit fluks magnet dalam sistem SI dipanggil weber- [Wb \u003d Tl × m 2].
Tanda "-" dalam formula bermaksud bahawa emf. aruhan menyebabkan arus aruhan, medan magnet yang melawan sebarang perubahan dalam fluks magnet, i.e. pada >0 e.m.f. induksi e DAN<0 и наоборот.
emf aruhan diukur dalam volt
Untuk mencari arah arus aruhan, terdapat peraturan Lenz (peraturan itu ditubuhkan pada tahun 1833): arus aruhan mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnet yang dihasilkannya cenderung untuk mengimbangi perubahan fluks magnet yang menyebabkan arus aruhan ini. .
Sebagai contoh, jika anda menolak kutub utara magnet ke dalam gegelung, iaitu, meningkatkan fluks magnet melalui lilitannya, arus aruhan timbul dalam gegelung dalam arah sedemikian sehingga kutub utara muncul di hujung gegelung yang paling hampir. kepada magnet (Rajah 3.20). Jadi, medan magnet arus aruhan cenderung meneutralkan perubahan fluks magnet yang menyebabkannya.
Bukan sahaja medan magnet berselang-seli menghasilkan arus aruhan dalam konduktor tertutup, tetapi juga apabila konduktor tertutup dengan panjang l bergerak dalam medan magnet malar (B) pada kelajuan v, emf timbul dalam konduktor:
a (B Ùv) (3.47)
Seperti yang anda sedia maklum, daya elektromotif dalam rantai adalah hasil daripada kuasa luar. Apabila konduktor bergerak dalam medan magnet, peranan kuasa luar membuat persembahan Kuasa Lorentz(yang bertindak dari sisi medan magnet pada cas elektrik yang bergerak). Di bawah tindakan daya ini, pemisahan cas berlaku dan beza keupayaan timbul pada hujung konduktor. emf aruhan dalam konduktor ialah kerja menggerakkan cas unit di sepanjang konduktor.
Arah arus aruhan boleh ditentukan mengikut peraturan tangan kanan:Vektor B memasuki tapak tangan, ibu jari yang diculik bertepatan dengan arah halaju konduktor, dan 4 jari menunjukkan arah arus aruhan.
Oleh itu, medan magnet berselang-seli menyebabkan kemunculan teraruh medan elektrik. Ia tidak berpotensi(berbanding dengan elektrostatik), kerana Kerja dengan sesaran satu cas positif sama dengan emf. induksi, bukan sifar.
Medan sedemikian dipanggil pusaran. Garisan daya vorteks medan elektrik - terkunci pada diri mereka sendiri berbanding dengan garis ketegangan medan elektrostatik.
emf aruhan berlaku bukan sahaja dalam konduktor jiran, tetapi juga dalam konduktor itu sendiri apabila medan magnet arus yang mengalir melalui konduktor berubah. Kejadian Emf. dalam mana-mana konduktor, apabila kekuatan arus berubah di dalamnya (oleh itu, fluks magnet dalam konduktor) dipanggil aruhan diri, dan arus teraruh dalam konduktor ini ialah arus aruhan sendiri.
Arus dalam litar tertutup mencipta medan magnet di ruang sekeliling, kekuatannya berkadar dengan kekuatan arus I. Oleh itu, fluks magnet Ф yang menembusi litar adalah berkadar dengan kekuatan arus dalam litar
Ф=L×I, (3.48).
L ialah pekali perkadaran, yang dipanggil pekali aruhan diri, atau, secara ringkasnya, kearuhan. Kearuhan bergantung pada saiz dan bentuk litar, serta pada kebolehtelapan magnet medium yang mengelilingi litar.
Dalam pengertian ini, induktansi litar - analog kemuatan elektrik konduktor bersendirian, yang juga bergantung hanya pada bentuk konduktor, dimensinya dan ketelusan medium.
Unit kearuhan ialah henry (H): 1H - induktansi litar sedemikian, fluks magnet aruhan diri yang pada arus 1A ialah 1Wb (1Hn \u003d 1Wb / A \u003d 1V s / A).
Jika L=const, maka emf. induksi diri boleh diwakili dalam bentuk berikut:
, atau 
, (3.49)
di mana DI (dI) ialah perubahan arus dalam litar yang mengandungi induktor (atau litar) L, semasa Dt (dt). Tanda "-" dalam ungkapan ini bermaksud bahawa emf. aruhan kendiri menghalang perubahan arus (iaitu, jika arus dalam litar tertutup berkurangan, maka emf aruhan diri membawa kepada arus dalam arah yang sama dan sebaliknya).
Salah satu manifestasi induksi elektromagnet ialah berlakunya arus induksi tertutup dalam media konduktif berterusan: badan logam, larutan elektrolit, organ biologi, dll. Arus sedemikian dipanggil arus pusar atau arus Foucault. Arus ini timbul apabila jasad pengalir bergerak dalam medan magnet dan/atau apabila aruhan medan di mana jasad diletakkan berubah mengikut masa. Kekuatan arus Foucault bergantung pada rintangan elektrik badan, serta pada kadar perubahan medan magnet.
Arus Foucault juga mematuhi peraturan Lenz : medan magnet mereka diarahkan untuk mengatasi perubahan fluks magnet yang mendorong arus pusar.
Oleh itu, konduktor besar dinyahpecutan dalam medan magnet. Dalam mesin elektrik, untuk meminimumkan kesan arus Foucault, teras transformer dan litar magnet mesin elektrik dipasang dari plat nipis yang diasingkan antara satu sama lain dengan varnis atau skala khas.
Arus pusar menyebabkan pemanasan kuat konduktor. Haba joule yang dihasilkan oleh arus Foucault, digunakan dalam relau metalurgi aruhan untuk mencairkan logam, mengikut undang-undang Joule-Lenz.
Topik pengekod PENGGUNAAN Kata kunci: fenomena aruhan elektromagnet, fluks magnet, hukum Faraday aruhan elektromagnet, peraturan Lenz.
Eksperimen Oersted menunjukkan bahawa arus elektrik mencipta medan magnet di ruang sekeliling. Michael Faraday datang dengan idea bahawa mungkin terdapat kesan yang bertentangan: medan magnet, seterusnya, menghasilkan arus elektrik.
Dalam erti kata lain, biarkan ada konduktor tertutup dalam medan magnet; Tidakkah terdapat arus elektrik dalam konduktor ini di bawah pengaruh medan magnet?
Selepas sepuluh tahun mencari dan bereksperimen, Faraday akhirnya berjaya menemui kesan ini. Pada tahun 1831 beliau menubuhkan eksperimen berikut.
1. Dua gegelung dililit pada tapak kayu yang sama; lilitan gegelung kedua diletakkan di antara lilitan pertama dan terlindung. Keluaran gegelung pertama disambungkan ke sumber arus, keluaran gegelung kedua disambungkan ke galvanometer (galvanometer ialah peranti sensitif untuk mengukur arus kecil). Oleh itu, dua litar diperoleh: "sumber semasa - gegelung pertama" dan "gegelung kedua - galvanometer".
Tiada hubungan elektrik antara litar, hanya medan magnet gegelung pertama menembusi gegelung kedua.
Apabila litar gegelung pertama ditutup, galvanometer merekodkan nadi arus pendek dan lemah dalam gegelung kedua.
Apabila arus terus mengalir melalui gegelung pertama, tiada arus terhasil dalam gegelung kedua.
Apabila litar gegelung pertama dibuka, nadi arus pendek dan lemah sekali lagi muncul dalam gegelung kedua, tetapi kali ini dalam arah yang bertentangan berbanding dengan arus apabila litar ditutup.
Kesimpulan.
Medan magnet yang berubah-ubah masa bagi gegelung pertama menjana (atau, seperti yang mereka katakan, mendorong) arus elektrik dalam gegelung kedua. Arus ini dipanggil oleh arus aruhan.
Jika medan magnet gegelung pertama meningkat (pada masa ini arus meningkat apabila litar ditutup), maka arus aruhan dalam gegelung kedua mengalir ke satu arah.
Jika medan magnet gegelung pertama berkurangan (pada masa ini arus berkurangan apabila litar dibuka), maka arus aruhan dalam gegelung kedua mengalir ke arah yang lain.
Jika medan magnet gegelung pertama tidak berubah (arus malar melaluinya), maka tiada arus aruhan dalam gegelung kedua.
Faraday memanggil fenomena yang ditemui aruhan elektromagnet(iaitu "aruhan elektrik oleh kemagnetan").
2. Untuk mengesahkan konjektur bahawa arus aruhan terhasil pembolehubah medan magnet, Faraday menggerakkan gegelung secara relatif antara satu sama lain. Litar gegelung pertama kekal tertutup sepanjang masa, arus terus mengalir melaluinya, tetapi disebabkan pergerakan (pendekatan atau penyingkiran), gegelung kedua mendapati dirinya dalam medan magnet berselang-seli bagi gegelung pertama.
Galvanometer sekali lagi merekodkan arus dalam gegelung kedua. Arus aruhan mempunyai satu arah apabila gegelung menghampiri, dan yang lain - apabila ia dikeluarkan. Dalam kes ini, kekuatan arus aruhan adalah lebih besar, lebih cepat gegelung bergerak.
3. Gegelung pertama telah digantikan dengan magnet kekal. Apabila magnet dimasukkan ke dalam gegelung kedua, arus aruhan timbul. Apabila magnet ditarik keluar, arus muncul semula, tetapi ke arah yang lain. Dan sekali lagi, kekuatan arus aruhan adalah lebih besar, lebih cepat magnet bergerak.
Eksperimen ini dan seterusnya menunjukkan bahawa arus aruhan dalam litar pengalir berlaku dalam semua kes tersebut apabila "bilangan garisan" medan magnet yang menembusi litar berubah. Kekuatan arus aruhan adalah lebih besar, lebih cepat bilangan talian ini berubah. Arah arus akan menjadi satu dengan peningkatan bilangan baris melalui litar, dan yang lain - dengan penurunan di dalamnya.
Adalah luar biasa bahawa untuk magnitud kekuatan semasa dalam litar tertentu, hanya kadar perubahan dalam bilangan baris adalah penting. Apa yang sebenarnya berlaku dalam kes ini tidak memainkan peranan - sama ada medan itu sendiri, menembusi kontur tetap, berubah, atau kontur bergerak dari kawasan dengan satu ketumpatan garisan ke kawasan dengan ketumpatan lain.
Ini adalah intipati undang-undang aruhan elektromagnet. Tetapi untuk menulis formula dan membuat pengiraan, anda perlu memformalkan dengan jelas konsep samar "bilangan garis medan melalui kontur."
fluks magnet
Konsep fluks magnet hanyalah ciri bilangan garis medan magnet yang menembusi litar.
Untuk kesederhanaan, kami mengehadkan diri kami kepada kes medan magnet seragam. Mari kita pertimbangkan kontur kawasan, yang terletak dalam medan magnet dengan aruhan.
Mula-mula, biarkan medan magnet berserenjang dengan satah kontur (Rajah 1).
nasi. satu.
Dalam kes ini, fluks magnet ditentukan dengan sangat mudah - sebagai produk aruhan medan magnet dan luas litar:
(1)
Sekarang pertimbangkan kes umum apabila vektor membentuk sudut dengan normal kepada satah kontur (Rajah 2).
nasi. 2.
Kami melihat bahawa kini hanya komponen serenjang vektor aruhan magnet "mengalir" melalui litar (dan komponen yang selari dengan litar tidak "mengalir" melaluinya). Oleh itu, mengikut formula (1), kita mempunyai . Tetapi, oleh itu
(2)
Ini ialah takrifan umum fluks magnet dalam kes medan magnet seragam. Ambil perhatian bahawa jika vektor selari dengan satah kontur (iaitu ), maka fluks magnet menjadi sifar.
Dan bagaimana untuk menentukan fluks magnet jika medan tidak seragam? Mari kita beri idea. Permukaan kontur dibahagikan kepada sebilangan besar kawasan yang sangat kecil, di mana medan itu boleh dianggap homogen. Untuk setiap tapak, kami mengira fluks magnet kecil kami sendiri menggunakan formula (2), dan kemudian kami meringkaskan semua fluks magnet ini.
Unit fluks magnet ialah weber(Wb). Seperti yang kita lihat,
Wb \u003d Tl m \u003d V s. (3)
Mengapakah fluks magnet mencirikan "bilangan garisan" medan magnet yang menembusi litar? Sangat ringkas. "Bilangan garisan" ditentukan oleh ketumpatannya (dan oleh itu dengan nilai - lagipun, semakin besar induksi, semakin tebal garisan) dan kawasan "berkesan" yang diserap oleh medan (dan ini tidak lebih daripada ). Tetapi pengganda hanya membentuk fluks magnet!
Sekarang kita boleh memberikan definisi yang lebih jelas tentang fenomena aruhan elektromagnet yang ditemui oleh Faraday.
Aruhan elektromagnet- ini adalah fenomena berlakunya arus elektrik dalam litar pengalir tertutup apabila fluks magnet yang menembusi litar berubah.
Induksi EMF
Apakah mekanisme kejadian arus aruhan? Kami akan membincangkan perkara ini kemudian. Setakat ini, satu perkara yang jelas: apabila fluks magnet yang melalui litar berubah, beberapa daya bertindak pada caj percuma dalam litar - kuasa luar yang menyebabkan caj bergerak.
Seperti yang kita ketahui, kerja daya luar untuk menggerakkan satu unit cas positif di sekeliling litar dipanggil daya gerak elektrik (EMF):. Dalam kes kami, apabila fluks magnet melalui litar berubah, EMF yang sepadan dipanggil Induksi EMF dan dilambangkan.
Jadi, EMF aruhan ialah kerja daya luaran yang timbul apabila fluks magnet melalui litar berubah, untuk menggerakkan satu unit cas positif di sekeliling litar.
Kami tidak lama lagi akan mengetahui sifat daya luar yang timbul dalam kes ini dalam litar.
Hukum aruhan elektromagnet Faraday
Kekuatan arus aruhan dalam eksperimen Faraday ternyata lebih besar, lebih cepat fluks magnet melalui litar berubah.
Jika dalam masa yang singkat perubahan dalam fluks magnet ialah , maka kelajuan perubahan dalam fluks magnet ialah pecahan (atau, secara bersamaan, terbitan fluks magnet berkenaan dengan masa).
Eksperimen telah menunjukkan bahawa kekuatan arus aruhan adalah berkadar terus dengan modulus kadar perubahan fluks magnet:
Modul ini dipasang untuk tidak menghubungi nilai negatif buat masa ini (selepas semua, apabila fluks magnet berkurangan, ia akan menjadi ). Nanti kami akan keluarkan modul ini.
Daripada hukum Ohm untuk rantai lengkap, kita pada masa yang sama mempunyai: . Oleh itu, emf aruhan adalah berkadar terus dengan kadar perubahan fluks magnet:
(4)
EMF diukur dalam volt. Tetapi kadar perubahan fluks magnet juga diukur dalam volt! Sesungguhnya, daripada (3) kita lihat bahawa Wb / s = V. Oleh itu, unit ukuran kedua-dua bahagian perkadaran (4) adalah sama, oleh itu pekali perkadaran adalah kuantiti tanpa dimensi. Dalam sistem SI, ia diandaikan sama dengan satu, dan kita dapat:
(5)
Itulah yang berlaku hukum aruhan elektromagnet atau hukum Faraday. Mari kita berikan rumusan lisan.
Hukum aruhan elektromagnet Faraday. Apabila fluks magnet yang menembusi litar berubah, emf aruhan timbul dalam litar ini, sama dengan modulus kadar perubahan fluks magnet..
Peraturan Lenz
Fluks magnet, perubahan yang membawa kepada kemunculan arus aruhan dalam litar, kami akan panggil fluks magnet luar. Dan medan magnet itu sendiri, yang mencipta fluks magnet ini, kami akan panggil medan magnet luar.
Mengapa kita memerlukan syarat ini? Hakikatnya ialah arus aruhan yang berlaku dalam litar mencipta sendiri sendiri medan magnet yang, mengikut prinsip superposisi, ditambah kepada medan magnet luaran.
Oleh itu, bersama-sama dengan fluks magnet luar, sendiri fluks magnet yang dicipta oleh medan magnet arus aruhan.
Ternyata kedua-dua fluks magnet ini - sendiri dan luaran - saling berkaitan dengan cara yang ditetapkan dengan ketat.
Peraturan Lenz. Arus aruhan sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga fluks magnetnya sendiri menghalang perubahan fluks magnet luar.
Peraturan Lenz membolehkan anda mencari arah arus aruhan dalam apa jua keadaan.
Pertimbangkan beberapa contoh penggunaan peraturan Lenz.
Mari kita anggap bahawa litar ditembusi oleh medan magnet, yang meningkat dengan masa (Rajah (3)). Sebagai contoh, kami membawa magnet lebih dekat dengan kontur dari bawah, kutub utara yang diarahkan ke atas dalam kes ini, ke kontur.
Fluks magnet melalui litar meningkat. Arus aruhan akan mempunyai arah sedemikian sehingga fluks magnet yang dihasilkannya menghalang peningkatan fluks magnet luar. Untuk melakukan ini, medan magnet yang dicipta oleh arus aruhan mesti diarahkan terhadap medan magnet luar.
Arus aruhan mengalir melawan arah jam apabila dilihat dari sisi medan magnet yang dihasilkannya. Dalam kes ini, arus akan diarahkan mengikut arah jam apabila dilihat dari atas, dari sisi medan magnet luaran, seperti yang ditunjukkan dalam (Gamb. (3)).
nasi. 3. Fluks magnet meningkat
Sekarang andaikan bahawa medan magnet yang menembusi litar berkurangan dengan masa (Rajah 4). Sebagai contoh, kita sedang menggerakkan magnet ke bawah dari gelung, dan kutub utara magnet menghadap gelung.
nasi. 4. Fluks magnet berkurangan
Fluks magnet melalui litar berkurangan. Arus aruhan akan mempunyai arah sedemikian sehingga fluks magnetnya sendiri menyokong fluks magnet luar, menghalangnya daripada berkurangan. Untuk melakukan ini, medan magnet arus aruhan mesti diarahkan dalam arah yang sama, iaitu medan magnet luar.
Dalam kes ini, arus induktif akan mengalir mengikut lawan jam apabila dilihat dari atas, dari sisi kedua-dua medan magnet.
Interaksi magnet dengan litar
Jadi, pendekatan atau penyingkiran magnet membawa kepada kemunculan arus aruhan dalam litar, yang arahnya ditentukan oleh peraturan Lenz. Tetapi medan magnet bertindak pada arus! Daya Ampere akan muncul, bertindak pada litar dari sisi medan magnet. Ke mana kuasa ini akan diarahkan?
Jika anda mahukan pemahaman yang baik tentang peraturan Lenz dan menentukan arah daya Ampère, cuba jawab sendiri soalan ini. Ini bukan latihan yang sangat mudah dan tugas yang sangat baik untuk C1 dalam peperiksaan. Pertimbangkan empat kes yang mungkin.
1. Kami membawa magnet lebih dekat dengan kontur, kutub utara diarahkan ke kontur.
2. Kami mengeluarkan magnet dari kontur, kutub utara diarahkan ke kontur.
3. Kami membawa magnet lebih dekat ke kontur, kutub selatan diarahkan ke kontur.
4. Kami mengeluarkan magnet dari litar, kutub selatan diarahkan ke litar.
Jangan lupa bahawa medan magnet tidak seragam: garis medan menyimpang dari kutub utara dan menumpu ke arah selatan. Ini sangat penting untuk menentukan daya Ampère yang terhasil. Hasilnya adalah seperti berikut.
Jika anda mendekatkan magnet, maka kontur ditolak dari magnet. Jika anda mengeluarkan magnet, litar akan tertarik kepada magnet. Oleh itu, jika litar digantung pada benang, maka ia akan sentiasa menyimpang ke arah pergerakan magnet, seolah-olah mengikutinya. Lokasi kutub magnet tidak penting..
Walau apa pun, anda harus ingat fakta ini - tiba-tiba soalan seperti itu muncul di bahagian A1
Keputusan ini juga boleh dijelaskan dari pertimbangan yang agak umum - dengan bantuan undang-undang pemuliharaan tenaga.
Katakan kita mendekatkan magnet kepada kontur. Arus aruhan muncul dalam litar. Tetapi untuk mencipta arus, kerja mesti dilakukan! Siapa yang buat? Akhirnya - kita, menggerakkan magnet. Kami melakukan kerja mekanikal positif, yang ditukar kepada kerja positif daya luaran yang timbul dalam litar dan mencipta arus aruhan.
Jadi tugas kita menggerakkan magnet sepatutnya positif. Ini bermakna bahawa kita, mendekati magnet, mesti diatasi daya interaksi magnet dengan litar, yang, oleh itu, adalah daya penolakan.
Sekarang keluarkan magnet. Sila ulangi pertimbangan ini dan pastikan bahawa daya tarikan harus timbul antara magnet dan litar.
Hukum Faraday + Peraturan Lenz = Penyingkiran Modul
Di atas, kami berjanji untuk mengeluarkan modulus dalam hukum Faraday (5) . Peraturan Lenz membenarkan anda melakukan ini. Tetapi pertama-tama, kita perlu bersetuju dengan tanda EMF induksi - lagipun, tanpa modul di sebelah kanan (5), nilai EMF boleh menjadi positif dan negatif.
Pertama sekali, salah satu daripada dua arah yang mungkin untuk memintas kontur ditetapkan. Arah ini diumumkan positif. Arah bertentangan untuk melintasi kontur dipanggil, masing-masing, negatif. Arah mana yang kita ambil sebagai pintasan positif tidak penting - hanya penting untuk membuat pilihan ini.
Fluks magnet melalui litar dianggap positif class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0)"> !}, jika medan magnet yang menembusi litar diarahkan ke sana, melihat dari mana litar dipintas dalam arah positif lawan jam. Jika, dari hujung vektor aruhan magnet, arah pintasan positif dilihat mengikut arah jam, maka fluks magnet dianggap negatif.
EMF induksi dianggap positif class="tex" alt="(!LANG:\mathcal E_i > 0)"> !} jika arus aruhan mengalir ke arah positif. Dalam kes ini, arah daya luaran yang timbul dalam litar apabila fluks magnet melaluinya berubah bertepatan dengan arah positif pintasan litar.
Sebaliknya, emf aruhan dianggap negatif jika arus aruhan mengalir ke arah negatif. Kuasa pihak ketiga dalam kes ini juga akan bertindak mengikut arah negatif memintas kontur.
Jadi, biarkan litar berada dalam medan magnet. Kami menetapkan arah pintasan positif kontur. Mari kita anggap bahawa medan magnet diarahkan ke sana, melihat dari mana pintasan positif dibuat mengikut lawan jam. Kemudian fluks magnet adalah positif: class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0"> .!}
nasi. 5. Fluks magnet meningkat
Jadi, dalam kes ini, kita ada . Tanda EMF aruhan ternyata bertentangan dengan tanda kadar perubahan fluks magnet. Mari kita semak ini dalam situasi lain.
Iaitu, anggap sekarang bahawa fluks magnet berkurangan. Mengikut hukum Lenz, arus teraruh akan mengalir ke arah positif. Itu dia, class="tex" alt="(!LANG:\mathcal E_i > 0"> !}(Gamb. 6).
nasi. 6. Fluks magnet meningkat class="tex" alt="(!LANG:\Rightarrow \mathcal E_i > 0"> !}
Begitulah realitinya fakta umum: dengan persetujuan kami mengenai tanda, peraturan Lenz sentiasa membawa kepada fakta bahawa tanda emf aruhan adalah bertentangan dengan tanda kadar perubahan fluks magnet:
(6)
Oleh itu, tanda modulus dalam hukum aruhan elektromagnet Faraday telah dihapuskan.
Medan elektrik pusaran
Mari kita pertimbangkan litar tidak bergerak yang terletak dalam medan magnet berselang-seli. Apakah mekanisme berlakunya arus aruhan dalam litar? Iaitu, apakah daya yang menyebabkan pergerakan cas bebas, apakah sifat daya luar ini?
Dalam cuba menjawab soalan-soalan ini, yang hebat ahli fizik Inggeris Maxwell menemui sifat asas alam semula jadi: medan magnet yang berubah-ubah masa menghasilkan medan elektrik. Medan elektrik inilah yang bertindak pada cas percuma, menyebabkan arus aruhan.
Garisan medan elektrik yang muncul ternyata tertutup, sehubungan dengan mana ia dipanggil medan elektrik pusaran. Garisan medan elektrik pusaran mengelilingi garisan medan magnet dan diarahkan seperti berikut.
Biarkan medan magnet bertambah. Sekiranya terdapat litar pengalir di dalamnya, maka arus aruhan akan mengalir mengikut peraturan Lenz - mengikut arah jam, apabila dilihat dari hujung vektor. Ini bermakna bahawa daya yang bertindak dari sisi medan elektrik vorteks pada caj percuma positif litar juga diarahkan ke sana; ini bermakna bahawa vektor kekuatan medan elektrik vorteks diarahkan tepat ke sana.
Jadi, garisan medan elektrik vorteks diarahkan dalam kes ini mengikut arah jam (kita lihat dari hujung vektor, (Rajah 7).
nasi. 7. Medan elektrik pusaran dengan medan magnet yang semakin meningkat
Sebaliknya, jika medan magnet berkurangan, maka garisan kekuatan medan elektrik vorteks diarahkan lawan jam (Rajah 8).
nasi. 8. Medan elektrik pusaran dengan medan magnet berkurangan
Sekarang kita boleh lebih memahami fenomena aruhan elektromagnet. Intipatinya terletak tepat pada fakta bahawa medan magnet berselang-seli menghasilkan medan elektrik pusaran. Kesan ini tidak bergantung kepada sama ada terdapat litar pengalir tertutup dalam medan magnet atau tidak; dengan bantuan litar, kita hanya mengesan fenomena ini dengan memerhatikan arus aruhan.
Medan elektrik vorteks berbeza dalam beberapa sifat daripada medan elektrik yang telah kita ketahui: medan elektrostatik dan medan cas pegun yang membentuk arus terus.
1. Garisan medan vorteks ditutup, manakala garisan medan elektrostatik dan pegun bermula pada cas positif dan berakhir pada yang negatif.
2. Medan vorteks tidak berpotensi: kerjanya untuk menggerakkan cas sepanjang litar tertutup tidak sama dengan sifar. Jika tidak, medan vorteks tidak dapat mencipta arus elektrik! Pada masa yang sama, seperti yang kita ketahui, medan elektrostatik dan pegun berpotensi.
Jadi, Emf aruhan dalam litar tetap ialah kerja medan elektrik pusaran untuk menggerakkan satu cas positif di sekeliling litar.
Biarkan, sebagai contoh, kontur menjadi cincin jejari dan ditembusi oleh medan magnet berselang-seli seragam. Kemudian kekuatan medan elektrik pusaran adalah sama di semua titik gelang. Kerja daya yang medan pusaran bertindak pada cas adalah sama dengan:
Oleh itu, untuk EMF induksi kita dapat:
EMF aruhan dalam konduktor bergerak
Jika konduktor bergerak dalam medan magnet malar, maka EMF aruhan juga muncul di dalamnya. Walau bagaimanapun, kini puncanya bukan medan elektrik vorteks (ia tidak timbul - selepas semua, medan magnet adalah malar), tetapi tindakan daya Lorentz pada caj percuma konduktor.
Pertimbangkan situasi yang sering berlaku dalam masalah. Rel selari terletak di satah mendatar, jarak antara mereka adalah sama dengan . Rel berada dalam medan magnet seragam menegak. Batang pengalir nipis bergerak di sepanjang rel dengan laju ia sentiasa kekal berserenjang dengan rel (rajah 9).
nasi. 9. Pergerakan konduktor dalam medan magnet
Marilah kita mengambil caj percuma positif di dalam joran. Disebabkan pergerakan cas ini bersama-sama dengan rod pada kelajuan, daya Lorentz akan bertindak ke atas cas:
Daya ini diarahkan sepanjang paksi rod, seperti yang ditunjukkan dalam rajah (lihat sendiri - jangan lupa peraturan jarum jam atau tangan kiri!).
Daya Lorentz dalam kes ini memainkan peranan kuasa luar: ia menetapkan caj percuma rod dalam gerakan. Apabila mengalihkan caj dari satu titik ke satu titik, kuasa pihak ketiga kami akan melakukan kerja:
(Kami juga menganggap panjang rod sama.) Oleh itu, emf aruhan dalam rod akan sama dengan:
(7)
Oleh itu, rod adalah serupa dengan sumber arus dengan terminal positif dan terminal negatif. Di dalam rod, disebabkan oleh tindakan daya Lorentz luaran, caj dipisahkan: caj positif bergerak ke arah titik , caj negatif bergerak ke arah titik .
Mula-mula kita anggap bahawa rel tidak mengalirkan arus.Kemudian pergerakan cas dalam rod akan berhenti secara beransur-ansur. Lagipun, apabila cas positif terkumpul di hujung dan cas negatif pada penghujungnya, daya Coulomb akan meningkat, dengan mana cas bebas positif ditolak dan tertarik - dan pada satu ketika daya Coulomb ini akan mengimbangi daya Lorentz. Perbezaan potensi diwujudkan di antara hujung rod, sama dengan EMF aruhan (7) .
Sekarang andaikan bahawa rel dan pelompat adalah konduktif. Kemudian arus aruhan akan muncul dalam litar; ia akan pergi ke arah (dari "sumber tambah" kepada "tolak" N). Katakan bahawa rintangan rod adalah sama (ini adalah analog rintangan dalaman sumber semasa), dan rintangan bahagian adalah sama (rintangan litar luaran). Kemudian kekuatan arus aruhan boleh didapati mengikut hukum Ohm untuk litar lengkap:
Sungguh mengagumkan bahawa ungkapan (7) untuk emf aruhan juga boleh diperoleh menggunakan hukum Faraday. Mari lakukannya.
Pada masa itu, rod kami mengembara laluan dan menduduki kedudukan (Rajah 9). Luas kontur bertambah dengan luas segi empat tepat:
Fluks magnet melalui litar meningkat. Kenaikan fluks magnet ialah:
Kadar perubahan fluks magnet adalah positif dan sama dengan EMF aruhan:
Kami mendapat keputusan yang sama seperti dalam (7) . Arah arus aruhan, kami perhatikan, mematuhi peraturan Lenz. Sesungguhnya, oleh kerana arus mengalir ke arah , maka medan magnetnya diarahkan bertentangan dengan medan luaran dan, oleh itu, menghalang peningkatan fluks magnet melalui litar.
Dalam contoh ini, kita melihat bahawa dalam situasi di mana konduktor bergerak dalam medan magnet, adalah mungkin untuk bertindak dalam dua cara: sama ada dengan penglibatan daya Lorentz sebagai daya luaran, atau dengan bantuan undang-undang Faraday. Hasilnya akan sama.