Ano ang sapilitan na kasalukuyang? Pagbuo ng aralin "Mga Eksperimento ng Faraday. Electromagnetic induction". Laboratory work "Pagsisiyasat ng phenomenon ng electromagnetic induction"
Pangyayari sa konduktor ng EMF induction
Kung ilalagay mo ito sa isang konduktor at ililipat ito upang sa panahon ng paggalaw nito ay tumatawid ito sa mga linya ng puwersa ng patlang, pagkatapos ay lilitaw ang isang konduktor, na tinatawag na induction emf.
Ang EMF ng induction ay magaganap sa konduktor kahit na ang konduktor mismo ay nananatiling hindi gumagalaw, at ang magnetic field ay gumagalaw, tumatawid sa konduktor kasama ang mga linya ng puwersa nito.
Kung ang konduktor kung saan ang induction EMF ay sapilitan ay sarado sa anumang panlabas na circuit, pagkatapos ay sa ilalim ng pagkilos ng EMF na ito, ang isang kasalukuyang ay dadaloy sa circuit, na tinatawag na kasalukuyang induction.
EMF induction phenomenon sa isang konduktor kapag ito ay tinawid ng mga linya ng magnetic field ay tinatawag electromagnetic induction.
Ang electromagnetic induction ay ang reverse process, ibig sabihin, ang conversion ng mechanical energy sa electrical energy.
Kababalaghan electromagnetic induction natagpuan pinakamalawak na aplikasyon sa . Ang aparato ng iba't ibang mga de-koryenteng makina ay batay sa paggamit nito.
Ang magnitude at direksyon ng induction emf
Isaalang-alang natin ngayon kung ano ang magiging magnitude at direksyon ng EMF na sapilitan sa konduktor.
Ang magnitude ng EMF ng induction ay nakasalalay sa bilang ng mga linya ng patlang ng puwersa na tumatawid sa konduktor sa bawat yunit ng oras, ibig sabihin, sa bilis ng konduktor sa larangan.
Ang magnitude ng sapilitan emf ay direktang nakasalalay sa bilis ng konduktor sa isang magnetic field.
Ang magnitude ng induced emf ay depende rin sa haba ng bahaging iyon ng konduktor na pinagsa-intersect ng mga linya ng field. Ang mas malaking bahagi ng konduktor ay tinawid ng mga linya ng patlang, mas malaki ang EMF ay sapilitan sa konduktor. At, sa wakas, mas malakas ang magnetic field, ibig sabihin, mas malaki ang induction nito, mas malaki ang EMF na nangyayari sa konduktor na tumatawid sa field na ito.
Kaya, ang magnitude ng EMF ng induction na nangyayari sa conductor kapag gumagalaw ito sa isang magnetic field ay direktang proporsyonal sa induction ng magnetic field, ang haba ng conductor at ang bilis ng paggalaw nito.
Ang pag-asa na ito ay ipinahayag ng formula E = Blv,
kung saan ang E ay ang induction emf; B - magnetic induction; I - haba ng konduktor; v - ang bilis ng konduktor.
Ito ay dapat na matibay na tandaan na sa isang konduktor na gumagalaw sa isang magnetic field, ang isang EMF ng induction ay nangyayari lamang kung ang konduktor na ito ay tinawid ng mga linya ng magnetic field. Kung ang konduktor ay gumagalaw sa kahabaan ng mga linya ng puwersa ng patlang, ibig sabihin, ay hindi tumatawid, ngunit, tulad nito, dumudulas sa kanila, kung gayon walang EMF ang na-induce dito. Samakatuwid, ang formula sa itaas ay wasto lamang kapag ang konduktor ay gumagalaw patayo sa magnetic mga linya ng puwersa mga patlang.
Ang direksyon ng sapilitan emf (pati na rin ang kasalukuyang sa konduktor) ay depende sa kung aling direksyon ang konduktor ay gumagalaw. Upang matukoy ang direksyon ng sapilitan na emf, mayroong isang panuntunan kanang kamay.
Kung hawak mo ang palad ng iyong kanang kamay upang kasama nito ang mga magnetic lines ng puwersa ng field, at ang baluktot hinlalaki ay ipahiwatig ang direksyon ng paggalaw ng konduktor, pagkatapos ay ang pinalawig na apat na daliri ay magsasaad ng direksyon ng sapilitan EMF at ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor.
Panuntunan ng kanang kamay
EMF ng induction sa coil
Nasabi na namin na upang lumikha ng isang EMF induction sa isang konduktor, kinakailangan na ilipat ang alinman sa konduktor mismo o ang magnetic field sa isang magnetic field. Sa parehong mga kaso, ang konduktor ay dapat na tumawid sa pamamagitan ng mga linya ng magnetic field, kung hindi, ang EMF ay hindi mai-induce. Ang sapilitan EMF, at samakatuwid ang sapilitan kasalukuyang, ay maaaring makuha hindi lamang sa isang tuwid na konduktor, kundi pati na rin sa isang konduktor na sugat sa isang likaw.
Kapag gumagalaw sa loob ng isang permanenteng magnet, ang isang EMF ay naiimpluwensyahan dito dahil sa ang katunayan na ang magnetic flux ng magnet ay tumatawid sa mga pagliko ng coil, ibig sabihin, sa eksaktong parehong paraan tulad noong ang isang rectilinear conductor ay lumipat sa larangan ng isang magnet.
Kung ang magnet ay ibinaba sa likid nang dahan-dahan, kung gayon ang emf na lumabas dito ay magiging napakaliit na ang arrow ng aparato ay maaaring hindi kahit na lumihis. Kung, sa kabaligtaran, ang magnet ay mabilis na ipinakilala sa likid, kung gayon ang pagpapalihis ng arrow ay magiging malaki. Nangangahulugan ito na ang magnitude ng sapilitan na EMF, at samakatuwid ang kasalukuyang lakas sa likid, ay nakasalalay sa bilis ng magnet, iyon ay, sa kung gaano kabilis ang mga linya ng field ay tumatawid sa mga pagliko ng coil. Kung ngayon ay halili nating ipasok sa coil sa parehong bilis, una ang isang malakas na magnet, at pagkatapos ay isang mahina, pagkatapos ay makikita natin na sa isang malakas na magnet, ang arrow ng aparato ay lilihis ng isang mas malaking anggulo. Ibig sabihin, ang magnitude ng induced emf, at samakatuwid ang kasalukuyang lakas sa coil, ay depende sa magnitude ng magnetic flux ng magnet.
At, sa wakas, kung ang parehong magnet ay ipinakilala sa parehong bilis, una sa likid na may isang malaking bilang lumiliko, at pagkatapos ay may isang mas maliit, pagkatapos ay sa unang kaso ang arrow ng aparato ay lumihis ng isang mas malaking anggulo kaysa sa pangalawa. Nangangahulugan ito na ang magnitude ng sapilitan na EMF, at samakatuwid ang kasalukuyang lakas sa likid, ay nakasalalay sa bilang ng mga pagliko nito. Ang parehong mga resulta ay maaaring makuha kung ang isang electromagnet ay ginagamit sa halip na isang permanenteng magnet.
Ang direksyon ng EMF ng induction sa coil ay depende sa direksyon ng paggalaw ng magnet. Paano matukoy ang direksyon ng EMF ng induction, sabi ng batas na itinatag ni E. X. Lenz.
Batas ni Lenz para sa electromagnetic induction
Ang anumang pagbabago sa magnetic flux sa loob ng coil ay sinamahan ng hitsura ng isang induction EMF sa loob nito, at ang mas mabilis na magnetic flux na tumagos sa mga pagbabago sa coil, mas malaki ang EMF ay sapilitan dito.
Kung ang coil kung saan nilikha ang induction EMF ay sarado sa isang panlabas na circuit, kung gayon ang isang induction current ay dumadaloy sa mga liko nito, na lumilikha ng isang magnetic field sa paligid ng konduktor, dahil kung saan ang coil ay nagiging solenoid. Ito ay lumiliko sa paraang ang pagbabago ng panlabas na magnetic field ay nagiging sanhi ng isang induction current sa coil, na, naman, ay lumilikha ng sarili nitong magnetic field sa paligid ng coil - ang kasalukuyang field.
Sa pag-aaral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, itinatag ni E. X. Lenz ang isang batas na tumutukoy sa direksyon ng kasalukuyang induction sa coil, at, dahil dito, ang direksyon ng induction EMF. Ang induction emf na nangyayari sa coil kapag nagbabago ang magnetic flux dito ay lumilikha ng current sa coil sa direksyon na ang magnetic flux ng coil na nilikha ng kasalukuyang ito ay pumipigil sa pagbabago sa extraneous magnetic flux.
Ang batas ni Lenz ay may bisa para sa lahat ng kaso ng kasalukuyang induction sa mga conductor, anuman ang hugis ng mga conductor at kung paano nakakamit ang pagbabago sa external magnetic field.
Kapag ang isang permanenteng magnet ay gumagalaw na may kaugnayan sa isang wire coil na nakakabit sa mga terminal ng isang galvanometer, o kapag ang coil ay gumagalaw na may kaugnayan sa isang magnet, isang induction current ang nangyayari.
Induction currents sa napakalaking conductor
Ang isang pagbabago ng magnetic flux ay may kakayahang mag-udyok ng isang EMF hindi lamang sa mga pagliko ng coil, kundi pati na rin sa napakalaking metal conductor. Ang pagtagos sa kapal ng isang napakalaking konduktor, ang magnetic flux ay nagpapahiwatig ng isang EMF sa loob nito, na lumilikha ng mga induction currents. Ang mga tinatawag na ito ay nagpapalaganap sa kahabaan ng napakalaking konduktor at naka-short-circuited sa loob nito.
Ang mga core ng mga transformer, ang mga magnetic circuit ng iba't ibang mga de-koryenteng makina at apparatus ay ang mga napakalaking conductor na pinainit ng mga induction currents na lumabas sa kanila. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi kanais-nais, samakatuwid, upang mabawasan ang magnitude ng mga induction currents, ang mga bahagi ng mga de-koryenteng makina at mga core ng transpormer ay ginawa hindi napakalaking, ngunit binubuo ng mga manipis na sheet na nakahiwalay sa isa't isa sa pamamagitan ng papel o isang layer ng insulating varnish. Dahil dito, ang landas ng pagpapalaganap ng mga eddy currents sa kahabaan ng masa ng konduktor ay naharang.
Ngunit kung minsan sa pagsasanay, ang mga eddy current ay ginagamit din bilang mga kapaki-pakinabang na alon. Ang paggamit ng mga alon na ito ay batay, halimbawa, sa pagpapatakbo ng tinatawag na magnetic damper ng mga gumagalaw na bahagi ng mga instrumento sa pagsukat ng elektrikal.
Ipinapakita ng figure ang direksyon ng inductive current na nangyayari sa isang short-circuited wire coil kapag ang coil ay inilipat na may kaugnayan dito.magnet. Pakitukoy kung alin sa mga sumusunod na pahayag ang tama at alin na mali.
A. Ang magnet at ang coil ay naaakit sa isa't isa.
B. Sa loob ng coil, ang magnetic field ng induction current ay nakadirekta paitaas.
B. Sa loob ng coil, ang mga linya ng magnetic induction ng field ng magnet ay nakadirekta paitaas.
D. Ang magnet ay tinanggal mula sa coil.
2. Anong mga frame of reference ang inertial at non-inertial? Magbigay ng halimbawa.
3. Ano ang katangian ng mga katawan na tinatawag na inertia? Ano ang halaga ng inertia?
4. Ano ang kaugnayan sa pagitan ng masa ng mga katawan at ng mga module ng accelerations na natatanggap nila sa panahon ng pakikipag-ugnayan?
5. Ano ang lakas at paano ito nailalarawan?
6. Pahayag ng 2nd law ni Newton? Ano ito mathematical notation?
7. Paano nabuo ang 2nd law ni Newton sa impulsive form? Ang kanyang math notation?
8. Ano ang 1 Newton?
9. Paano gumagalaw ang isang katawan kung ang isang puwersa ay inilapat dito na pare-pareho sa magnitude at direksyon? Ano ang direksyon ng acceleration na dulot ng puwersang kumikilos dito?
10. Paano natutukoy ang resulta ng mga puwersa?
11. Paano nabuo at isinulat ang ika-3 batas ni Newton?
12. Paano nakadirekta ang mga acceleration ng mga nakikipag-ugnayang katawan?
13. Magbigay ng mga halimbawa ng pagpapakita ng ika-3 batas ni Newton.
14. Ano ang mga limitasyon ng pagkakalapat ng lahat ng batas ni Newton?
15. Bakit natin maituturing ang Earth bilang isang inertial frame of reference kung ito ay gumagalaw nang may centripetal acceleration?
16. Ano ang deformation, anong uri ng deformation ang alam mo?
17. Anong puwersa ang tinatawag na puwersa ng pagkalastiko? Ano ang katangian ng puwersang ito?
18. Ano ang mga katangian ng elastic force?
19. Paano nakadirekta ang elastic force (suportang puwersa ng reaksyon, puwersa ng pag-igting ng thread?)
20. Paano nabuo at nakasulat ang batas ni Hooke? Ano ang mga limitasyon ng pagkakalapat nito? Mag-plot ng graph na naglalarawan ng batas ni Hooke.
21. Paano nabuo at isinulat ang batas ng unibersal na grabitasyon, kailan ito naaangkop?
22. Ilarawan ang mga eksperimento upang matukoy ang halaga ng gravitational constant?
23. Ano ang gravitational constant, ano ito pisikal na kahulugan?
24. Nakadepende ba ang gawain ng gravitational force sa hugis ng trajectory? Ano ang gawaing ginawa ng gravity sa isang closed loop?
25. Ang gawain ba ng elastic force ay nakasalalay sa hugis ng trajectory?
26. Ano ang alam mo tungkol sa gravity?
27. Paano kinakalkula ang acceleration libreng pagkahulog sa Earth at sa iba pang planeta?
28. Ano ang unang bilis ng kosmiko? Paano ito kinakalkula?
29. Ano ang tinatawag na free fall? Ang pagbilis ba ng libreng pagkahulog ay nakasalalay sa masa ng katawan?
30. Ilarawan ang karanasan ni Galileo Galilei, na nagpapatunay na ang lahat ng katawan sa isang vacuum ay nahuhulog sa parehong acceleration.
31. Anong puwersa ang tinatawag na puwersa ng friction? Mga uri ng puwersa ng friction?
32. Paano kinakalkula ang puwersa ng sliding at rolling friction?
33. Kailan lumilitaw ang static friction force? Ano ang katumbas nito?
34. Nakadepende ba ang puwersa ng sliding friction sa lugar ng mga contact surface?
35. Sa anong mga parameter nakasalalay ang puwersa ng sliding friction?
36. Ano ang tumutukoy sa puwersa ng paglaban sa paggalaw ng isang katawan sa mga likido at gas?
37. Ano ang tinatawag na timbang ng katawan? Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng bigat ng isang katawan at ang puwersa ng grabidad na kumikilos sa isang katawan?
38. Sa anong kaso ang bigat ng katawan ayon sa numero ay katumbas ng modulus of gravity?
39. Ano ang kawalan ng timbang? Ano ang overload?
40. Paano makalkula ang bigat ng isang katawan sa panahon ng pinabilis na paggalaw nito? Nagbabago ba ang bigat ng isang katawan kung gumagalaw ito sa isang nakapirming pahalang na eroplano nang may pagbilis?
41. Paano nagbabago ang bigat ng katawan kapag gumagalaw ito sa matambok at malukong bahagi ng bilog?
42. Ano ang algorithm para sa paglutas ng mga problema kapag ang isang katawan ay gumagalaw sa ilalim ng pagkilos ng ilang pwersa?
43. Anong puwersa ang tinatawag na Archimedes Force o ang buoyant force? Sa anong mga parameter nakasalalay ang puwersang ito?
44. Anong mga pormula ang maaaring gamitin sa pagkalkula ng puwersa ni Archimedes?
45. Sa anong mga kondisyon lumulutang, lumulubog, lumulutang ang katawan sa isang likido?
46. Paano nakadepende sa density nito ang lalim ng paglulubog sa isang likido ng isang lumulutang na katawan?
47. Bakit Mga lobo puno ng hydrogen, helium o mainit na hangin?
48. Ipaliwanag ang impluwensya ng pag-ikot ng Earth sa paligid ng axis nito sa halaga ng acceleration ng free fall.
49. Paano nagbabago ang halaga ng gravity kapag: a) ang pag-alis ng katawan mula sa ibabaw ng Earth, B) kapag ang katawan ay gumagalaw sa kahabaan ng meridian, parallel
electrical circuit?
3. Ano ang pisikal na kahulugan ng EMF? Tukuyin ang volt.
4. Kumonekta sa maikling panahon voltmeter na may pinagmumulan ng elektrikal na enerhiya, na nagmamasid sa polarity. Ihambing ang kanyang mga nabasa sa pagkalkula batay sa mga resulta ng eksperimento.
5. Ano ang tumutukoy sa boltahe sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmumulan?
6. Gamit ang mga resulta ng pagsukat, tukuyin ang boltahe sa panlabas na circuit (kung ang trabaho ay ginawa sa pamamagitan ng pamamaraan I), ang paglaban ng panlabas na circuit (kung ang trabaho ay ginawa sa pamamagitan ng pamamaraan II).
6 na tanong sa pagkalkula ng nesting
Tulungan mo ako please!1. Sa anong mga kondisyon lumilitaw ang mga puwersa ng friction?
2. Ano ang tumutukoy sa modulus at direksyon ng static friction force?
3. Sa loob ng anong mga limitasyon maaaring magbago ang static friction force?
4. Anong puwersa ang nagbibigay ng acceleration sa isang kotse o lokomotibo?
5. Maaari bang mapataas ng puwersa ng sliding friction ang bilis ng isang katawan?
6. Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng puwersa ng paglaban sa mga likido at gas at sa puwersa ng friction sa pagitan ng dalawa solid na katawan?
7. Magbigay ng mga halimbawa ng kapaki-pakinabang at nakakapinsalang epekto friction forces ng lahat ng uri
Ang relasyon sa pagitan ng mga electric at magnetic field ay napansin sa napakatagal na panahon. Ang koneksyon na ito ay natuklasan noong ika-19 na siglo ng Ingles na physicist na si Faraday at binigyan ito ng pangalan. Lumilitaw ito sa sandaling ang magnetic flux ay tumagos sa ibabaw ng isang closed circuit. Matapos maganap ang pagbabago sa magnetic flux sa isang tiyak na oras, lumilitaw ang isang electric current sa circuit na ito.
Ang kaugnayan ng electromagnetic induction at magnetic flux
Ang kakanyahan ng magnetic flux ay ipinapakita ng kilalang formula: Ф = BS cos α. Sa loob nito, ang F ay isang magnetic flux, ang S ay ang ibabaw ng contour (lugar), ang B ay ang vector ng magnetic induction. Ang anggulo α ay nabuo dahil sa direksyon ng magnetic induction vector at ang normal sa contour surface. Kasunod nito na ang magnetic flux ay aabot sa pinakamataas na threshold sa cos α = 1, at ang minimum na threshold sa cos α = 0.
Sa pangalawang variant, ang vector B ay magiging patayo sa normal. Lumalabas na ang mga linya ng daloy ay hindi tumatawid sa tabas, ngunit dumudulas lamang sa eroplano nito. Samakatuwid, ang mga katangian ay matutukoy ng mga linya ng vector B na bumalandra sa ibabaw ng tabas. Para sa pagkalkula, ginagamit ang Weber bilang isang yunit ng pagsukat: 1 wb \u003d 1v x 1s (volt-second). Ang isa pa, mas maliit na yunit ng sukat ay ang maxwell (µs). Ito ay: 1 wb \u003d 108 μs, iyon ay, 1 μs \u003d 10-8 wb.
Para sa pananaliksik ni Faraday, dalawang wire spiral ang ginamit, na nakahiwalay sa isa't isa at inilagay sa isang kahoy na coil. Ang isa sa mga ito ay konektado sa isang mapagkukunan ng enerhiya, at ang isa pa sa isang galvanometer na idinisenyo upang magtala ng maliliit na alon. Sa sandaling iyon, kapag ang circuit ng orihinal na spiral ay nagsara at nagbukas, sa kabilang circuit ang arrow ng pagsukat na aparato ay lumihis.
Pagsasagawa ng pananaliksik sa phenomenon ng induction
Sa unang serye ng mga eksperimento, ipinasok ni Michael Faraday ang isang magnetized metal bar sa isang coil na konektado sa isang kasalukuyang, at pagkatapos ay hinila ito (Larawan 1, 2).
1 
2 
Kapag ang isang magnet ay inilagay sa isang likid na konektado sa isang aparato sa pagsukat, ang isang inductive current ay nagsisimulang dumaloy sa circuit. Kung ang magnetic bar ay tinanggal mula sa coil, ang induction current ay lilitaw pa rin, ngunit ang direksyon nito ay nababaligtad na. Dahil dito, ang mga parameter ng kasalukuyang induction ay mababago sa direksyon ng bar at depende sa poste kung saan ito nakalagay sa coil. Ang lakas ng kasalukuyang ay apektado ng bilis ng paggalaw ng magnet.
Sa pangalawang serye ng mga eksperimento, ang isang kababalaghan ay nakumpirma kung saan ang pagbabago ng kasalukuyang sa isang likid ay nagdudulot ng isang induction current sa isa pang likid (Larawan 3, 4, 5). Nangyayari ito sa mga sandali ng pagsasara at pagbubukas ng circuit. Ang direksyon ng kasalukuyang ay depende sa kung ang electrical circuit ay magsasara o magbubukas. Bilang karagdagan, ang mga pagkilos na ito ay walang iba kundi mga paraan upang baguhin ang magnetic flux. Kapag ang circuit ay sarado, ito ay tataas, at kapag ito ay binuksan, ito ay bababa, sabay-sabay na tumagos sa unang coil.
3 
4 
5 
Bilang resulta ng mga eksperimento, natagpuan na ang paglitaw ng isang electric current sa loob ng closed conducting circuit ay posible lamang kapag sila ay inilagay sa isang alternating magnetic field. Kasabay nito, ang daloy ay maaaring magbago sa oras sa anumang paraan.
Ang electric current na lumilitaw sa ilalim ng impluwensya ng electromagnetic induction ay tinatawag na induction, bagaman hindi ito magiging isang kasalukuyang sa karaniwang kahulugan. Kapag ang isang closed circuit ay nasa isang magnetic field, ang isang EMF ay nabuo na may eksaktong halaga, at hindi isang kasalukuyang depende sa iba't ibang mga resistensya.
Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na EMF ng induction, na makikita ng formula: Eind = - ∆F / ∆t. Ang halaga nito ay tumutugma sa rate ng pagbabago sa magnetic flux na tumagos sa ibabaw ng isang closed loop, na kinuha mula sa negatibong halaga. Ang minus na naroroon sa expression na ito ay salamin ng panuntunan ni Lenz.
Ang panuntunan ni Lenz para sa magnetic flux
Ang isang kilalang tuntunin ay nakuha pagkatapos ng isang serye ng mga pag-aaral noong 30s ng ika-19 na siglo. Ito ay binuo sa sumusunod na paraan:
Ang direksyon ng kasalukuyang induction, na nasasabik sa isang closed circuit sa pamamagitan ng isang pagbabago ng magnetic flux, ay nakakaapekto sa magnetic field na nilikha nito sa paraang ito, sa turn, ay lumilikha ng isang balakid sa magnetic flux, nagiging sanhi ng hitsura kasalukuyang induction.
Kapag tumaas ang magnetic flux, iyon ay, ito ay nagiging Ф > 0, at ang induction EMF ay bumababa at nagiging 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.
Kung bumababa ang daloy, nangyayari ang kabaligtaran na proseso kapag ang F< 0 и Еинд >0, iyon ay, ang pagkilos ng magnetic field ng induction kasalukuyang, mayroong isang pagtaas sa magnetic flux na dumadaan sa circuit.
Ang pisikal na kahulugan ng panuntunan ni Lenz ay upang ipakita ang batas ng konserbasyon ng enerhiya, kapag kapag ang isang dami ay bumaba, ang isa ay tumataas, at, sa kabaligtaran, kapag ang isang dami, ang isa ay bababa. Ang iba't ibang mga kadahilanan ay nakakaapekto rin sa induction emf. Kapag ang isang malakas at mahina na magnet ay halili na ipinasok sa coil, ang aparato ay ayon sa pagkakabanggit ay magpapakita ng isang mas mataas na halaga sa unang kaso, at isang mas mababang halaga sa pangalawa. Ang parehong bagay ay nangyayari kapag ang bilis ng magnet ay nagbabago.
Ang figure sa ibaba ay nagpapakita kung paano tinutukoy ang direksyon ng induction current gamit ang Lenz rule. Kulay asul tumutugma sa mga linya ng puwersa ng magnetic field ng induction current at permanenteng magnet. Matatagpuan ang mga ito sa direksyon ng north-south pole na naroroon sa bawat magnet.
Ang pagbabago ng magnetic flux ay humahantong sa paglitaw ng isang inductive electric current, ang direksyon kung saan nagiging sanhi ng pagsalungat mula sa magnetic field nito, na pumipigil sa mga pagbabago sa magnetic flux. Kaugnay nito, ang mga linya ng puwersa ng magnetic field ng coil ay nakadirekta sa direksyon na kabaligtaran sa mga linya ng puwersa ng permanenteng magnet, dahil ang paggalaw nito ay nangyayari sa direksyon ng coil na ito.
Upang matukoy ang direksyon ng kasalukuyang, ito ay ginagamit sa isang kanang kamay na sinulid. Dapat itong i-screw sa paraang ang direksyon ng pasulong na paggalaw nito ay tumutugma sa direksyon ng mga linya ng induction ng coil. Sa kasong ito, ang mga direksyon ng kasalukuyang induction at ang pag-ikot ng hawakan ng gimlet ay magkakasabay.
Tulad ng nalaman na natin, kuryente may kakayahang makabuo ng mga magnetic field. Ang tanong ay lumitaw: ang isang magnetic field ay maaaring maging sanhi ng paglitaw ng isang electric current? Ang problemang ito ay nalutas ng English physicist na si Michael Faraday, na natuklasan ang phenomenon ng electromagnetic induction noong 1831. Ang isang coiled conductor ay nagsasara sa isang galvanometer (Fig. 3.19). Kung ang isang permanenteng magnet ay itinulak sa coil, ang galvanometer ay magpapakita ng pagkakaroon ng kasalukuyang para sa buong yugto ng panahon habang ang magnet ay gumagalaw na may kaugnayan sa coil. Kapag ang magnet ay nakuha mula sa coil, ang galvanometer ay nagpapakita ng pagkakaroon ng isang kasalukuyang sa kabaligtaran ng direksyon. Ang isang pagbabago sa direksyon ng kasalukuyang nangyayari kapag ang maaaring iurong o maaaring iurong na poste ng magnet ay nagbabago.
Ang mga katulad na resulta ay naobserbahan kapag pinapalitan ang isang permanenteng magnet sa isang electromagnet (coil na may kasalukuyang). Kung ang parehong mga coil ay naayos na hindi gumagalaw, ngunit ang kasalukuyang halaga ay binago sa isa sa mga ito, kung gayon sa sandaling ito ang isang induction current ay sinusunod sa kabilang coil.
ANG PENOMENA NG ELECTROMAGNETIC INDUCTION ay binubuo sa paglitaw ng isang electromotive force (emf) ng induction sa isang conducting circuit, kung saan nagbabago ang flux ng magnetic induction vector. Kung ang circuit ay sarado, pagkatapos ay isang induction kasalukuyang arises sa loob nito.
Pagtuklas ng phenomenon ng electromagnetic induction:
1) nagpakita relasyon sa pagitan ng elektrikal at magnetic field ;
2) iminungkahi paraan ng pagbuo ng electric current gamit ang magnetic field.
Mga pangunahing katangian ng kasalukuyang induction:
1. Palaging nangyayari ang induction current kapag may pagbabago sa flux ng magnetic induction na isinama sa circuit.
2. Ang lakas ng kasalukuyang induction ay hindi nakasalalay sa paraan ng pagbabago ng flux ng magnetic induction, ngunit tinutukoy lamang ng rate ng pagbabago nito.
Nalaman ng mga eksperimento ni Faraday na ang magnitude ng electromotive force ng induction ay proporsyonal sa rate ng pagbabago ng magnetic flux na tumatagos sa conductor circuit (Faraday's law of electromagnetic induction)
O , (3.46)
kung saan ang (dF) ay ang pagbabago sa flux sa paglipas ng panahon (dt). MAGNETIC FLUX o DALOY NG MAGNETIC INDUCTION ay tinatawag na halaga, na tinutukoy batay sa sumusunod na kaugnayan: ( magnetic flux sa pamamagitan ng surface area S): Ф=ВScosα, (3.45), ang anggulo a ay ang anggulo sa pagitan ng normal sa ibabaw na isinasaalang-alang at ang direksyon ng magnetic field induction vector
yunit ng magnetic flux sa sistema ng SI ay tinatawag weber- [Wb \u003d Tl × m 2].
Ang sign na "-" sa formula ay nangangahulugan na ang emf. Ang induction ay nagdudulot ng induction current, ang magnetic field na kung saan ay tumututol sa anumang pagbabago sa magnetic flux, i.e. sa >0 e.m.f. induction e AT<0 и наоборот.
emf Ang induction ay sinusukat sa volts
Upang mahanap ang direksyon ng induction current, mayroong panuntunan ni Lenz (ang panuntunan ay itinatag noong 1833): ang induction current ay may direksyon na ang magnetic field na nilikha nito ay may posibilidad na makabawi sa pagbabago sa magnetic flux na naging sanhi ng induction current na ito. .
Halimbawa, kung itulak mo ang north pole ng magnet sa coil, iyon ay, dagdagan ang magnetic flux sa pamamagitan ng mga pagliko nito, isang induction current ang lalabas sa coil sa direksyon na lumilitaw ang north pole sa dulo ng coil na pinakamalapit. sa magnet (Larawan 3.20). Kaya, ang magnetic field ng induction current ay may posibilidad na neutralisahin ang pagbabago sa magnetic flux na naging sanhi nito.
Hindi lamang ang isang alternating magnetic field ay bumubuo ng induction current sa isang closed conductor, kundi pati na rin kapag ang isang closed conductor na may haba l ay gumagalaw sa isang constant magnetic field (B) sa bilis na v, isang emf ang lumabas sa conductor:
a (B Ùv) (3.47)
Sa pagkaka-alam mo, puwersang electromotive sa kadena ay ang resulta ng mga panlabas na pwersa. Kapag gumagalaw ang konduktor sa isang magnetic field, ang papel ng mga panlabas na pwersa gumaganap Lorentz force(na kumikilos mula sa gilid ng magnetic field sa isang gumagalaw na electric charge). Sa ilalim ng pagkilos ng puwersang ito, ang isang paghihiwalay ng mga singil ay nangyayari at isang potensyal na pagkakaiba ang lumitaw sa mga dulo ng konduktor. emf Ang induction sa isang konduktor ay ang gawain ng paglipat ng mga singil sa yunit kasama ang konduktor.
Direksyon ng kasalukuyang induction maaaring tukuyin ayon sa tuntunin ng kanang kamay:Ang Vector B ay pumapasok sa palad, ang dinukot na hinlalaki ay tumutugma sa direksyon ng bilis ng konduktor, at ang 4 na daliri ay nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang induction.
Kaya, ang isang alternating magnetic field ay nagiging sanhi ng hitsura ng isang sapilitan electric field. Ito hindi potensyal(kumpara sa electrostatic), dahil Trabaho sa pamamagitan ng pag-aalis ng isang positibong singil katumbas ng emf. pagtatalaga sa tungkulin, hindi zero.
Ang ganitong mga patlang ay tinatawag na puyo ng tubig. Ang mga linya ng puwersa ng puyo ng tubig electric field - naka-lock sa kanilang mga sarili bilang laban sa mga linya ng pag-igting electrostatic field.
emf Ang induction ay nangyayari hindi lamang sa mga kalapit na konduktor, kundi pati na rin sa konduktor mismo kapag ang magnetic field ng kasalukuyang dumadaloy sa konduktor ay nagbabago. Emf pangyayari. sa anumang konduktor, kapag ang kasalukuyang lakas ay nagbabago sa loob nito (samakatuwid, ang magnetic flux sa konduktor) ay tinatawag na self-induction, at ang kasalukuyang sapilitan sa konduktor na ito ay kasalukuyang induction sa sarili.
Ang kasalukuyang sa isang closed circuit ay lumilikha ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo, ang lakas nito ay proporsyonal sa lakas ng kasalukuyang I. Samakatuwid, ang magnetic flux Ф penetrating ang circuit ay proporsyonal sa lakas ng kasalukuyang sa circuit
Ф=L×I, (3.48).
Ang L ay ang coefficient ng proportionality, na tinatawag na coefficient ng self-induction, o, simple, inductance. Ang inductance ay depende sa laki at hugis ng circuit, pati na rin sa magnetic permeability ng medium na nakapalibot sa circuit.
Sa ganitong kahulugan, ang inductance ng circuit - analogue ang electric capacitance ng isang solitary conductor, na nakasalalay lamang sa hugis ng conductor, mga sukat nito at ang permittivity ng medium.
Ang yunit ng inductance ay henry (H): 1H - ang inductance ng naturang circuit, ang magnetic flux ng self-induction na kung saan sa isang kasalukuyang ng 1A ay 1Wb (1Hn \u003d 1Wb / A \u003d 1V s / A).
Kung L=const, kung gayon ang emf. Ang self-induction ay maaaring kinakatawan sa sumusunod na anyo:
, o 
, (3.49)
kung saan ang DI (dI) ay ang pagbabago sa kasalukuyang sa circuit na naglalaman ng inductor (o circuit) L, sa panahon ng Dt (dt). Ang sign na "-" sa expression na ito ay nangangahulugan na ang emf. Pinipigilan ng self-induction ang isang pagbabago sa kasalukuyang (ibig sabihin, kung ang kasalukuyang sa isang closed circuit ay bumababa, pagkatapos ay ang emf ng self-induction ay humahantong sa isang kasalukuyang sa parehong direksyon at vice versa).
Ang isa sa mga pagpapakita ng electromagnetic induction ay ang paglitaw ng mga saradong induction currents sa tuluy-tuloy na conductive media: mga metal na katawan, mga solusyon sa electrolyte, mga biological na organo, atbp. Ang ganitong mga agos ay tinatawag na eddy currents o Foucault currents. Ang mga alon na ito ay lumitaw kapag ang isang conducting body ay gumagalaw sa isang magnetic field at/o kapag ang induction ng field kung saan ang mga katawan ay inilalagay ay nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang lakas ng mga alon ng Foucault ay nakasalalay sa electrical resistance ng mga katawan, gayundin sa rate ng pagbabago ng magnetic field.
Ang mga alon ng Foucault ay sumusunod din sa pamumuno ni Lenz : ang kanilang magnetic field ay nakadirekta upang kontrahin ang pagbabago sa magnetic flux na nag-uudyok ng mga eddy currents.
Samakatuwid, ang napakalaking konduktor ay pinabagal sa isang magnetic field. Sa mga de-koryenteng makina, upang mabawasan ang epekto ng mga alon ng Foucault, ang mga core ng mga transformer at ang mga magnetic circuit ng mga de-koryenteng makina ay pinagsama mula sa manipis na mga plato na nakahiwalay sa bawat isa ng isang espesyal na barnis o sukat.
Ang mga eddy current ay nagdudulot ng malakas na pag-init ng mga konduktor. Ang init ng Joule na nabuo ng mga alon ng Foucault, ginamit sa induction metalurgical furnaces para sa pagtunaw ng mga metal, ayon sa batas ng Joule-Lenz.
Mga paksa ng USE codifier Mga Keyword: phenomenon ng electromagnetic induction, magnetic flux, Faraday's law of electromagnetic induction, Lenz's rule.
Ang eksperimento ni Oersted ay nagpakita na ang electric current ay lumilikha ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo. Si Michael Faraday ay may ideya na maaaring magkaroon ng kabaligtaran na epekto: ang magnetic field, sa turn, ay bumubuo ng isang electric current.
Sa madaling salita, hayaang mayroong isang saradong konduktor sa isang magnetic field; Hindi ba magkakaroon ng electric current sa conductor na ito sa ilalim ng impluwensya ng magnetic field?
Pagkatapos ng sampung taon ng paghahanap at pag-eksperimento, sa wakas ay nagtagumpay si Faraday sa pagtuklas ng epektong ito. Noong 1831 itinakda niya ang mga sumusunod na eksperimento.
1. Dalawang coils ang nasugatan sa parehong kahoy na base; ang mga liko ng pangalawang likid ay inilatag sa pagitan ng mga liko ng una at insulated. Ang mga output ng unang coil ay konektado sa isang kasalukuyang pinagmulan, ang mga output ng pangalawang coil ay konektado sa isang galvanometer (isang galvanometer ay isang sensitibong aparato para sa pagsukat ng maliliit na alon). Kaya, dalawang circuits ang nakuha: "kasalukuyang pinagmulan - unang coil" at "pangalawang coil - galvanometer".
Walang electrical contact sa pagitan ng mga circuit, tanging ang magnetic field ng unang coil ay tumagos sa pangalawang coil.
Kapag ang circuit ng unang coil ay sarado, ang galvanometer ay nagtala ng isang maikli at mahinang kasalukuyang pulso sa pangalawang likaw.
Kapag ang isang direktang daloy ay dumaloy sa unang likid, walang kasalukuyang nabuo sa pangalawang likaw.
Kapag ang circuit ng unang likid ay binuksan, ang isang maikli at mahinang kasalukuyang pulso ay muling lumitaw sa pangalawang likid, ngunit sa pagkakataong ito sa kabaligtaran ng direksyon kumpara sa kasalukuyang kapag ang circuit ay sarado.
Konklusyon.
Ang nag-iiba-iba na magnetic field ng unang coil ay bumubuo (o, gaya ng sinasabi nila, nag-uudyok) electric current sa pangalawang coil. Ang agos na ito ay tinatawag sa pamamagitan ng induction current.
Kung ang magnetic field ng unang coil ay tumaas (sa sandaling ang kasalukuyang tumataas kapag ang circuit ay sarado), pagkatapos ay ang induction kasalukuyang sa pangalawang coil ay dumadaloy sa isang direksyon.
Kung ang magnetic field ng unang coil ay bumababa (sa sandaling ang kasalukuyang bumababa kapag ang circuit ay binuksan), pagkatapos ay ang induction kasalukuyang sa pangalawang coil ay dumadaloy sa kabilang direksyon.
Kung ang magnetic field ng unang coil ay hindi nagbabago (isang pare-pareho ang kasalukuyang sa pamamagitan nito), pagkatapos ay walang kasalukuyang induction sa pangalawang coil.
Tinawag ni Faraday ang natuklasang phenomenon electromagnetic induction(i.e. "induction of electricity by magnetism").
2. Upang kumpirmahin ang haka-haka na ang induction current ay nabuo mga variable magnetic field, inilipat ni Faraday ang mga coils na may kaugnayan sa bawat isa. Ang circuit ng unang coil ay nanatiling sarado sa lahat ng oras, isang direktang kasalukuyang dumaloy dito, ngunit dahil sa paggalaw (diskarte o pag-alis), ang pangalawang coil ay natagpuan ang sarili sa isang alternating magnetic field ng unang coil.
Muling naitala ng galvanometer ang kasalukuyang sa pangalawang likid. Ang kasalukuyang induction ay may isang direksyon kapag ang mga coils ay lumapit, at ang iba pa - kapag sila ay inalis. Sa kasong ito, ang lakas ng kasalukuyang induction ay mas malaki, mas mabilis ang paglipat ng mga coils.
3. Ang unang coil ay pinalitan ng permanenteng magnet. Kapag ang isang magnet ay ipinakilala sa pangalawang coil, isang induction current ang lumitaw. Kapag ang magnet ay nakuha, ang kasalukuyang lumitaw muli, ngunit sa kabilang direksyon. At muli, ang lakas ng kasalukuyang induction ay mas malaki, mas mabilis ang paggalaw ng magnet.
Ang mga ito at ang kasunod na mga eksperimento ay nagpakita na ang isang induction current sa isang conducting circuit ay nangyayari sa lahat ng mga kaso kapag ang "bilang ng mga linya" ng magnetic field na tumatagos sa circuit ay nagbabago. Ang lakas ng kasalukuyang induction ay mas malaki, mas mabilis na nagbabago ang bilang ng mga linya na ito. Ang direksyon ng kasalukuyang ay magiging isa na may pagtaas sa bilang ng mga linya sa pamamagitan ng circuit, at ang isa pa - na may pagbaba sa kanila.
Ito ay kapansin-pansin na para sa magnitude ng kasalukuyang lakas sa isang naibigay na circuit, tanging ang rate ng pagbabago sa bilang ng mga linya ay mahalaga. Ang eksaktong nangyayari sa kasong ito ay hindi gumaganap ng isang papel - kung ang patlang mismo, tumagos sa nakapirming tabas, nagbabago, o ang tabas ay gumagalaw mula sa isang lugar na may isang density ng mga linya patungo sa isang lugar na may isa pang density.
Ito ang kakanyahan ng batas ng electromagnetic induction. Ngunit upang magsulat ng isang formula at gumawa ng mga kalkulasyon, kailangan mong malinaw na gawing pormal ang hindi malinaw na konsepto ng "bilang ng mga linya ng field sa pamamagitan ng tabas."
magnetic flux
Ang konsepto ng magnetic flux ay isang katangian lamang ng bilang ng mga linya ng magnetic field na tumatagos sa circuit.
Para sa pagiging simple, nililimitahan namin ang aming sarili sa kaso ng isang pare-parehong magnetic field. Isaalang-alang natin ang tabas ng lugar, na matatagpuan sa isang magnetic field na may induction.
Una, hayaan ang magnetic field na patayo sa contour plane (Larawan 1).
kanin. isa.
Sa kasong ito, ang magnetic flux ay natutukoy nang napakasimple - bilang produkto ng magnetic field induction at ang lugar ng circuit:
(1)
Ngayon isaalang-alang ang pangkalahatang kaso kapag ang vector ay bumubuo ng isang anggulo na may normal sa contour plane (Larawan 2).
kanin. 2.
Nakikita namin na ngayon lamang ang patayo na bahagi ng magnetic induction vector ay "dumaloy" sa circuit (at ang sangkap na kahanay sa circuit ay hindi "dumaloy" sa pamamagitan nito). Samakatuwid, ayon sa formula (1), mayroon tayong . Ngunit, samakatuwid
(2)
Ito ang pangkalahatang kahulugan ng magnetic flux sa kaso ng isang pare-parehong magnetic field. Tandaan na kung ang vector ay parallel sa contour plane (i.e. ), ang magnetic flux ay magiging zero.
At paano matukoy ang magnetic flux kung ang field ay hindi pare-pareho? Magbigay lang tayo ng ideya. Ang ibabaw ng tabas ay nahahati sa isang napakalaking bilang ng mga napakaliit na lugar, kung saan ang patlang ay maaaring ituring na homogenous. Para sa bawat site, kinakalkula namin ang sarili naming maliit na magnetic flux gamit ang formula (2), at pagkatapos ay ibubuod namin ang lahat ng magnetic flux na ito.
Ang yunit ng magnetic flux ay weber(Wb). Sa nakikita natin,
Wb \u003d Tl m \u003d V s. (3)
Bakit ang magnetic flux ay nagpapakilala sa "bilang ng mga linya" ng magnetic field na tumatagos sa circuit? Napakasimple. Ang "bilang ng mga linya" ay tinutukoy ng kanilang densidad (at samakatuwid ay sa pamamagitan ng halaga - pagkatapos ng lahat, mas malaki ang induction, mas makapal ang mga linya) at ang "epektibong" lugar na natatakpan ng field (at ito ay hindi hihigit sa ). Ngunit ang mga multiplier ay bumubuo lamang ng magnetic flux!
Ngayon ay maaari tayong magbigay ng mas malinaw na kahulugan ng phenomenon ng electromagnetic induction na natuklasan ni Faraday.
Electromagnetic induction- ito ang kababalaghan ng paglitaw ng isang electric current sa isang closed conducting circuit kapag ang magnetic flux na tumatagos sa circuit ay nagbabago..
EMF induction
Ano ang mekanismo ng induction current occurrence? Tatalakayin natin ito mamaya. Sa ngayon, isang bagay ang malinaw: kapag ang magnetic flux na dumadaan sa circuit ay nagbabago, ang ilang pwersa ay kumikilos sa mga libreng singil sa circuit - pwersa sa labas na nagiging sanhi ng paglipat ng mga singil.
Tulad ng alam natin, ang gawain ng mga panlabas na puwersa upang ilipat ang isang yunit na positibong singil sa paligid ng circuit ay tinatawag na electromotive force (EMF):. Sa aming kaso, kapag ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay nagbabago, ang kaukulang EMF ay tinatawag EMF induction at ipinapahiwatig.
Kaya, Ang EMF ng induction ay ang gawain ng mga panlabas na puwersa na lumitaw kapag ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay nagbabago, upang ilipat ang isang yunit na positibong singil sa paligid ng circuit.
Malalaman natin sa lalong madaling panahon ang likas na katangian ng mga extraneous na pwersa na lumitaw sa kasong ito sa circuit.
Ang batas ni Faraday ng electromagnetic induction
Ang lakas ng induction current sa mga eksperimento ni Faraday ay naging mas malaki, mas mabilis na nagbago ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit.
Kung sa maikling panahon ang pagbabago sa magnetic flux ay , kung gayon bilis ang pagbabago sa magnetic flux ay isang fraction (o, equivalently, ang derivative ng magnetic flux na may kinalaman sa oras).
Ipinakita ng mga eksperimento na ang lakas ng kasalukuyang induction ay direktang proporsyonal sa modulus ng rate ng pagbabago ng magnetic flux:
Ang module ay na-install upang hindi makipag-ugnay sa mga negatibong halaga sa ngayon (pagkatapos ng lahat, kapag bumaba ang magnetic flux, ito ay magiging ). Mamaya ay aalisin natin ang modyul na ito.
Mula sa batas ng Ohm para sa isang kumpletong kadena, kami ay may: . Samakatuwid, ang induction emf ay direktang proporsyonal sa rate ng pagbabago ng magnetic flux:
(4)
Ang EMF ay sinusukat sa volts. Ngunit ang rate ng pagbabago ng magnetic flux ay sinusukat din sa volts! Sa katunayan, mula sa (3) nakikita natin na ang Wb / s = V. Samakatuwid, ang mga yunit ng pagsukat ng parehong bahagi ng proporsyonalidad (4) ay pareho, samakatuwid ang koepisyent ng proporsyonalidad ay isang walang sukat na dami. Sa sistema ng SI, ipinapalagay na katumbas ng isa, at nakukuha natin:
(5)
Iyon na iyon batas ng electromagnetic induction o Batas ni Faraday. Bigyan natin ito ng verbal formulation.
Ang batas ni Faraday ng electromagnetic induction. Kapag ang magnetic flux na tumagos sa circuit ay nagbabago, isang induction emf ang lumitaw sa circuit na ito, katumbas ng modulus ng rate ng pagbabago ng magnetic flux.
Ang tuntunin ni Lenz
Ang magnetic flux, ang pagbabago nito ay humahantong sa hitsura ng isang induction current sa circuit, tatawagan namin panlabas na magnetic flux. At ang magnetic field mismo, na lumilikha ng magnetic flux na ito, tatawagin natin panlabas na magnetic field.
Bakit natin kailangan ang mga tuntuning ito? Ang katotohanan ay ang kasalukuyang induction na nangyayari sa circuit ay lumilikha ng sarili nitong sariling isang magnetic field na, ayon sa prinsipyo ng superposition, ay idinagdag sa isang panlabas na magnetic field.
Alinsunod dito, kasama ang panlabas na magnetic flux, sariling ang magnetic flux na nilikha ng magnetic field ng induction current.
Lumalabas na ang dalawang magnetic flux na ito - sarili at panlabas - ay magkakaugnay sa isang mahigpit na tinukoy na paraan.
Ang tuntunin ni Lenz. Ang kasalukuyang induction ay palaging may direksyon na ang sarili nitong magnetic flux ay pumipigil sa pagbabago sa panlabas na magnetic flux.
Ang panuntunan ni Lenz ay nagpapahintulot sa iyo na mahanap ang direksyon ng induction current sa anumang sitwasyon.
Isaalang-alang ang ilang halimbawa ng paglalapat ng panuntunang Lenz.
Ipagpalagay natin na ang circuit ay natagos ng isang magnetic field, na tumataas sa oras (Fig. (3)). Halimbawa, dinadala namin ang isang magnet na mas malapit sa contour mula sa ibaba, ang north pole na kung saan ay nakadirekta paitaas sa kasong ito, sa contour.
Ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay tumataas. Ang induction current ay magkakaroon ng direksyon na ang magnetic flux na nilikha nito ay pumipigil sa pagtaas ng external magnetic flux. Upang gawin ito, ang magnetic field na nilikha ng kasalukuyang induction ay dapat idirekta laban sa panlabas na magnetic field.
Ang inductive current ay dumadaloy sa counterclockwise kapag tiningnan mula sa gilid ng magnetic field na nilikha nito. Sa kasong ito, ang kasalukuyang ay ididirekta sa clockwise kapag tiningnan mula sa itaas, mula sa gilid ng panlabas na magnetic field, tulad ng ipinapakita sa (Fig. (3)).
kanin. 3. Tumataas ang magnetic flux
Ngayon ipagpalagay na ang magnetic field na tumatagos sa circuit ay bumababa sa oras (Fig. 4). Halimbawa, inililipat namin ang magnet pababa mula sa loop, at ang north pole ng magnet ay nakaharap sa loop.
kanin. 4. Bumababa ang magnetic flux
Ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay bumababa. Ang inductive current ay magkakaroon ng direksyon na ang sarili nitong magnetic flux ay sumusuporta sa external magnetic flux, na pinipigilan itong bumaba. Upang gawin ito, dapat na idirekta ang magnetic field ng induction current sa parehong direksyon, na siyang panlabas na magnetic field.
Sa kasong ito, ang inductive current ay dadaloy sa counterclockwise kapag tiningnan mula sa itaas, mula sa gilid ng parehong magnetic field.
Ang pakikipag-ugnayan ng magnet sa circuit
Kaya, ang diskarte o pag-alis ng magnet ay humahantong sa hitsura ng isang kasalukuyang induction sa circuit, ang direksyon kung saan ay tinutukoy ng panuntunan ng Lenz. Ngunit ang magnetic field ay kumikilos sa kasalukuyang! Lilitaw ang puwersa ng Ampere, na kumikilos sa circuit mula sa gilid ng magnet field. Saan ididirekta ang puwersang ito?
Kung gusto mo ng mahusay na pag-unawa sa panuntunan ni Lenz at pagtukoy sa direksyon ng puwersa ng Ampère, subukang sagutin ang tanong na ito sa iyong sarili. Ito ay hindi isang napakasimpleng ehersisyo at isang mahusay na gawain para sa C1 sa pagsusulit. Isaalang-alang ang apat na posibleng kaso.
1. Dinadala namin ang magnet na mas malapit sa tabas, ang north pole ay nakadirekta sa contour.
2. Inalis namin ang magnet mula sa tabas, ang north pole ay nakadirekta sa contour.
3. Dinadala namin ang magnet na mas malapit sa tabas, ang timog na poste ay nakadirekta sa tabas.
4. Inalis namin ang magnet mula sa circuit, ang south pole ay nakadirekta sa circuit.
Huwag kalimutan na ang field ng isang magnet ay hindi pare-pareho: ang mga linya ng field ay nag-iiba mula sa north pole at nagtatagpo patungo sa timog. Ito ay napakahalaga para sa pagtukoy sa nagreresultang puwersa ng Ampère. Ang resulta ay ang mga sumusunod.
Kung dadalhin mo ang magnet, pagkatapos ay ang tabas ay itinaboy mula sa magnet. Kung aalisin mo ang magnet, ang circuit ay naaakit sa magnet. Kaya, kung ang circuit ay nasuspinde sa isang thread, pagkatapos ay palaging lumihis ito sa direksyon ng paggalaw ng magnet, na parang sumusunod dito. Ang lokasyon ng mga pole ng magnet ay hindi mahalaga..
Sa anumang kaso, dapat mong tandaan ang katotohanang ito - biglang dumating ang ganoong tanong sa bahagi A1
Ang resulta na ito ay maaari ding ipaliwanag mula sa medyo pangkalahatang pagsasaalang-alang - sa tulong ng batas ng konserbasyon ng enerhiya.
Sabihin nating dinala natin ang magnet na mas malapit sa tabas. Lumilitaw ang isang inductive current sa circuit. Ngunit upang lumikha ng isang kasalukuyang, dapat gawin ang trabaho! Sino ang gumagawa nito? Sa huli - kami, gumagalaw ng magnet. Nagsasagawa kami ng positibong gawaing mekanikal, na na-convert sa positibong gawain ng mga panlabas na puwersa na lumitaw sa circuit at lumikha ng isang induction current.
Kaya ang aming trabaho ng paglipat ng magnet ay dapat na positibo. Nangangahulugan ito na tayo, papalapit sa magnet, ay dapat pagtagumpayan ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng magnet sa circuit, na, samakatuwid, ay ang puwersa pagtataboy.
Ngayon alisin ang magnet. Mangyaring ulitin ang mga pagsasaalang-alang na ito at siguraduhin na ang isang kaakit-akit na puwersa ay dapat lumabas sa pagitan ng magnet at ng circuit.
Faraday's Law + Lenz's Rule = Module Removal
Sa itaas, ipinangako namin na aalisin ang modulus sa batas ng Faraday (5) . Ang panuntunan ni Lenz ay nagpapahintulot sa iyo na gawin ito. Ngunit una, kakailanganin nating sumang-ayon sa tanda ng induction EMF - pagkatapos ng lahat, kung wala ang module sa kanang bahagi ng (5), ang halaga ng EMF ay maaaring parehong positibo at negatibo.
Una sa lahat, ang isa sa dalawang posibleng direksyon para sa pag-bypass sa tabas ay naayos. Ang direksyon na ito ay inihayag positibo. Ang kabaligtaran na direksyon ng pagtawid sa tabas ay tinatawag, ayon sa pagkakabanggit, negatibo. Aling direksyon ang gagawin natin bilang isang positibong bypass ay hindi mahalaga - mahalaga lamang na gawin ang pagpipiliang ito.
Ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay itinuturing na positibo class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0)"> !}, kung ang magnetic field na tumatagos sa circuit ay nakadirekta doon, tumitingin mula sa kung saan ang circuit ay na-bypass sa isang positibong direksyon counterclockwise. Kung, mula sa dulo ng magnetic induction vector, ang positibong bypass na direksyon ay makikita sa clockwise, kung gayon ang magnetic flux ay itinuturing na negatibo.
Ang EMF ng induction ay itinuturing na positibo class="tex" alt="(!LANG:(\mathcal E_i > 0)"> !} kung ang inductive current ay dumadaloy sa positibong direksyon. Sa kasong ito, ang direksyon ng mga panlabas na puwersa na nagmumula sa circuit kapag ang magnetic flux sa pamamagitan nito ay nagbabago ay tumutugma sa positibong direksyon ng circuit bypass.
Sa kabaligtaran, ang induction emf ay itinuturing na negatibo kung ang inductive current ay dumadaloy sa negatibong direksyon. Ang mga puwersa ng third-party sa kasong ito ay kikilos din sa negatibong direksyon ng pag-bypass sa contour.
Kaya, hayaan ang circuit na nasa isang magnetic field. Inaayos namin ang direksyon ng positibong bypass ng tabas. Ipagpalagay natin na ang magnetic field ay nakadirekta doon, tumitingin mula sa kung saan ang positibong bypass ay ginawang counterclockwise. Pagkatapos ay positibo ang magnetic flux: class="tex" alt="(!LANG:\Phi > 0"> .!}
kanin. 5. Tumataas ang magnetic flux
Kaya, sa kasong ito, mayroon kaming . Ang tanda ng induction EMF ay naging kabaligtaran sa tanda ng rate ng pagbabago ng magnetic flux. Suriin natin ito sa ibang sitwasyon.
Ibig sabihin, ipagpalagay na ngayon na ang magnetic flux ay bumababa. Ayon sa batas ni Lenz, ang induced current ay dadaloy sa positibong direksyon. Yan ay, class="tex" alt="(!LANG:\mathcal E_i > 0"> !}(Larawan 6).
kanin. 6. Tumataas ang magnetic flux class="tex" alt="(!LANG:\Rightarrow \mathcal E_i > 0"> !}
Ganyan ang realidad pangkalahatang katotohanan: sa aming kasunduan sa mga palatandaan, ang panuntunan ng Lenz ay palaging humahantong sa katotohanan na ang tanda ng induction emf ay kabaligtaran sa tanda ng rate ng pagbabago ng magnetic flux:
(6)
Kaya, ang tanda ng modulus sa batas ng Faraday ng electromagnetic induction ay inalis.
Vortex electric field
Isaalang-alang natin ang isang hindi gumagalaw na circuit na matatagpuan sa isang alternating magnetic field. Ano ang mekanismo ng paglitaw ng inductive current sa circuit? Ibig sabihin, anong mga puwersa ang sanhi ng paggalaw ng mga libreng singil, ano ang katangian ng mga extraneous na pwersa na ito?
Sa pagsisikap na sagutin ang mga tanong na ito, ang mahusay English physicist Natuklasan ni Maxwell ang isang pangunahing katangian ng kalikasan: Ang pagkakaiba-iba ng oras na magnetic field ay bumubuo ng isang electric field. Ito ang electric field na kumikilos sa mga libreng singil, na nagiging sanhi ng induction current.
Ang mga linya ng umuusbong na electric field ay sarado, na may kaugnayan sa kung saan ito tinawag vortex electric field. Ang mga linya ng vortex electric field ay umiikot sa mga linya ng magnetic field at nakadirekta bilang mga sumusunod.
Hayaang tumaas ang magnetic field. Kung mayroong isang conducting circuit sa loob nito, ang kasalukuyang induction ay dadaloy alinsunod sa panuntunan ni Lenz - clockwise, kapag tiningnan mula sa dulo ng vector. Nangangahulugan ito na ang puwersa na kumikilos mula sa gilid ng vortex electric field sa mga positibong libreng singil ng circuit ay nakadirekta din doon; nangangahulugan ito na ang vector ng lakas ng vortex electric field ay eksaktong nakadirekta doon.
Kaya, ang mga linya ng vortex electric field ay nakadirekta sa kasong ito clockwise (tinitingnan namin mula sa dulo ng vector, (Larawan 7).
kanin. 7. Vortex electric field na may pagtaas ng magnetic field
Sa kabaligtaran, kung bumababa ang magnetic field, ang mga linya ng lakas ng vortex electric field ay nakadirekta sa counterclockwise (Fig. 8).
kanin. 8. Vortex electric field na may bumababang magnetic field
Ngayon ay mas mauunawaan natin ang phenomenon ng electromagnetic induction. Ang kakanyahan nito ay tiyak na nakasalalay sa katotohanan na ang isang alternating magnetic field ay bumubuo ng isang vortex electric field. Ang epektong ito ay hindi nakasalalay sa kung mayroong isang closed conducting circuit sa magnetic field o wala; sa tulong ng isang circuit, nakikita lamang natin ang hindi pangkaraniwang bagay na ito sa pamamagitan ng pagmamasid sa kasalukuyang induction.
Ang vortex electric field ay naiiba sa ilang mga katangian mula sa mga electric field na alam na natin: ang electrostatic field at ang nakatigil na field ng mga singil na bumubuo ng isang direktang kasalukuyang.
1. Ang mga linya ng vortex field ay sarado, habang ang mga linya ng electrostatic at stationary na mga field ay nagsisimula sa mga positibong singil at nagtatapos sa mga negatibo.
2. Ang vortex field ay hindi potensyal: ang gawain nito upang ilipat ang singil kasama ang isang closed circuit ay hindi katumbas ng zero. Kung hindi, ang vortex field ay hindi makakalikha ng electric current! Kasabay nito, tulad ng alam natin, ang mga electrostatic at nakatigil na mga patlang ay potensyal.
Kaya, Ang induction emf sa isang nakapirming circuit ay ang gawain ng isang vortex electric field upang ilipat ang isang positibong singil sa paligid ng circuit.
Hayaan, halimbawa, ang tabas ay isang singsing ng radius at natagos ng isang pare-parehong alternating magnetic field. Kung gayon ang lakas ng vortex electric field ay pareho sa lahat ng mga punto ng singsing. Ang gawain ng puwersa kung saan kumikilos ang vortex field sa singil ay katumbas ng:
Samakatuwid, para sa induction EMF nakukuha namin:
EMF ng induction sa isang gumagalaw na konduktor
Kung ang konduktor ay gumagalaw sa isang pare-pareho ang magnetic field, kung gayon ang isang EMF ng induction ay lilitaw din dito. Gayunpaman, ngayon ang dahilan ay hindi ang vortex electric field (hindi ito lumabas - pagkatapos ng lahat, ang magnetic field ay pare-pareho), ngunit ang pagkilos ng puwersa ng Lorentz sa mga libreng singil ng konduktor.
Isaalang-alang ang isang sitwasyon na kadalasang nangyayari sa mga problema. Ang mga parallel na riles ay matatagpuan sa pahalang na eroplano, ang distansya sa pagitan ng mga ito ay katumbas ng . Ang mga riles ay nasa isang vertical unipormeng magnetic field. Ang isang manipis na conducting rod ay gumagalaw kasama ang mga riles sa isang bilis ito ay palaging nananatiling patayo sa mga riles (fig. 9).
kanin. 9. Paggalaw ng isang konduktor sa isang magnetic field
Kumuha tayo ng positibong libreng singil sa loob ng baras. Dahil sa paggalaw ng singil na ito kasama ng pamalo sa isang bilis, ang puwersa ng Lorentz ay kikilos sa singil:
Ang puwersa na ito ay nakadirekta sa axis ng baras, tulad ng ipinapakita sa figure (tingnan para sa iyong sarili - huwag kalimutan ang panuntunan ng kamay ng oras o kaliwang kamay!).
Ang puwersa ng Lorentz sa kasong ito ay gumaganap ng papel ng isang panlabas na puwersa: ito ang nagtatakda ng mga libreng singil ng pamalo sa paggalaw. Kapag naglilipat ng singil mula sa punto patungo sa punto, gagawin ng aming puwersang third-party ang gawain:
(Isinasaalang-alang din namin ang haba ng baras na katumbas.) Samakatuwid, ang induction emf sa baras ay magiging katumbas ng:
(7)
Kaya, ang baras ay katulad ng isang kasalukuyang pinagmumulan na may positibong terminal at negatibong terminal. Sa loob ng baras, dahil sa pagkilos ng panlabas na puwersa ng Lorentz, ang mga singil ay pinaghihiwalay: ang mga positibong singil ay lumipat patungo sa punto , ang mga negatibong singil ay lumipat patungo sa punto .
Ipagpalagay muna natin na ang mga riles ay hindi nagsasagawa ng kasalukuyang, pagkatapos ay ang paggalaw ng mga singil sa baras ay unti-unting titigil. Pagkatapos ng lahat, habang ang mga positibong singil ay naipon sa dulo at mga negatibong singil sa dulo, ang puwersa ng Coulomb ay tataas, kung saan ang positibong libreng singil ay tinataboy at naaakit sa - at sa ilang mga punto ang puwersa ng Coulomb na ito ay magbabalanse sa puwersa ng Lorentz. Ang isang potensyal na pagkakaiba ay itinatag sa pagitan ng mga dulo ng baras, katumbas ng EMF induction (7) .
Ngayon ipagpalagay na ang mga riles at ang lumulukso ay kondaktibo. Pagkatapos ay lilitaw ang isang induction current sa circuit; pupunta ito sa direksyon (mula sa "source plus" hanggang "minus" N). Ipagpalagay na ang paglaban ng baras ay pantay (ito ay isang analogue ng panloob na paglaban ng kasalukuyang pinagmulan), at ang paglaban ng seksyon ay pantay (ang paglaban ng panlabas na circuit). Kung gayon ang lakas ng kasalukuyang induction ay matatagpuan ayon sa batas ng Ohm para sa isang kumpletong circuit:
Kapansin-pansin na ang expression (7) para sa induction emf ay maaari ding makuha gamit ang batas ni Faraday. Gawin natin.
Sa panahon, ang aming baras ay naglalakbay sa isang landas at sumasakop sa isang posisyon (Larawan 9). Ang lugar ng tabas ay tumataas sa pamamagitan ng lugar ng rektanggulo:
Ang magnetic flux sa pamamagitan ng circuit ay tumataas. Ang pagtaas ng magnetic flux ay:
Ang rate ng pagbabago ng magnetic flux ay positibo at katumbas ng EMF ng induction:
Nakuha namin ang parehong resulta tulad ng sa (7). Ang direksyon ng kasalukuyang induction, tandaan namin, ay sumusunod sa panuntunan ng Lenz. Sa katunayan, dahil ang kasalukuyang dumadaloy sa direksyon , ang magnetic field nito ay nakadirekta sa tapat ng panlabas na field at, samakatuwid, pinipigilan ang pagtaas ng magnetic flux sa pamamagitan ng circuit.
Sa halimbawang ito, nakikita natin na sa mga sitwasyon kung saan gumagalaw ang konduktor sa isang magnetic field, posibleng kumilos sa dalawang paraan: alinman sa paglahok ng puwersa ng Lorentz bilang panlabas na puwersa, o sa tulong ng batas ni Faraday. Magiging pareho ang mga resulta.