Согласно закону электромагнитной индукции эдс индукции

Согласно закону электромагнитной индукции эдс индукции

Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятого со знаком минус.

Закон электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы индукционнного тока, т. к. сила тока зависит и от свойств проводника, для ЭДС определяется только изменением магнитного потока. Согласно закону электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю , скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

(11)

В катушке, которая имеет несколько витков, общая ЭДС зависит от количества витков n:

(12)

е – электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура, В;

– изменение магнитного потока проходящего через поверхность этого контура, (Вб) или ∆Ф=Ф12;

dt – промежуток времени за который происходит изменение магнитного потока или ∆t=t1-t2.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени русского физика Э. Х. Ленца:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.

Закон электромагнитной индукции используется во всех электрических машинах, прежде всего в генераторах.

Можно выделить частный случай из общей формулировки закона, который применяется в генераторах электрической энергии

Если в магнитном поле постоянного магнита перемещать проводник так, чтобы он пересекал магнитный поток, то в проводнике возникнет электродвижущая сила (э.д.с), называемая э.д.с индукции (Индукция от латинского слова inductio — наведение, побуждение) , или индуктированной э.д.с. Электродвижущая сила возникает и в том случае, когда проводник остается неподвижным, а перемещается магнит. Явление возникновения индуктированной э.д.с. в проводнике называется электромагнитной индукцией. Если проводник, в котором индуктируется э.д.с, включить в замкнутую электрическую цепь, то под действием э.д.с. по цепи потечет ток, называемый индуктированным током.

Рис. 1. Определение направления индуктированной э.д.с. по правилу правой руки

Опытным путем установлено, что величина индуктированной э.д.с., возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, возрастает с увеличением индукции магнитного поля, длины проводника и скорости его перемещения. Индуктированная э.д.с. возникает только тогда, когда проводник пересекает магнитное поле. При движении проводника вдоль магнитных силовых линий э.д.с. в нем не индуктируется. Направление индуктированной э.д.с. и тока проще всего определить по правилу правой руки (рис. 1): если ладонь правой руки держать так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, отогнутый большой палец показывал бы направление движения проводника, то остальные вытянутые пальцы укажут направление действия индуктированной э.д.с. и направление тока в проводнике. Магнитные силовые линии направлены от северного полюса магнита к южному.

Величина индуктированной э.д.с. определяется по формуле

Существуют, также, другие различные формулировки закона, например:

При всяком изменении магнитного потока через проводящий замкнутый контур в этом контуре возникает электрический ток.

ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром и др.

Наиболее простым примером появления тока в проводнике является катушка, через которую проходит постоянный магнит. Направление индуцируемого тока можно определить с помощью правила Ленца.

Читайте также:  Главные районы и центры производства цветной металлургии

Рис. 9 Пример появления тока в проводнике

Правило Ленца

Ток, индуцируемый при изменении магнитного поля проходящего через контур, своим магнитным полем препятствует этому изменению.

Рис. 10 Правило Ленца

В том случае, когда мы вводим магнит в катушку, магнитный поток в контуре увеличивается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, по правилу Ленца, направлено против увеличения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно посмотреть на магнит со стороны северного полюса. С этой позиции мы будем вкручивать буравчик по направлению магнитного поля тока, то есть навстречу северному полюсу. Ток будет двигаться по направлению вращения буравчика, то есть по часовой стрелке.

В том случае, когда мы выводим магнит из катушки, магнитный поток в контуре уменьшается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, направлено против уменьшения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно выкручивать буравчик, направление вращения буравчика укажет направление тока в проводнике – против часовой стрелки.

Закон Ампера

Закон Ампера – один из важнейших и полезнейших законов в электротехнике, без которого немыслим научно-технический прогресс. Этот закон был впервые сформулирован в 1820 году Андре Мари Ампером. Из него следует, что два расположенные параллельно проводника, по которым проходит электрический ток, притягиваются, если направления токов совпадают, а если ток течёт в противоположных направлениях, то проводники отталкиваются. Взаимодействие здесь происходит посредством магнитного поля, которое перманентно возникает при движении заряженных частиц.

Закон Ампера устанавливает, что на проводник с током, помещенный в однородное магнитное поле, действует сила, пропорциональная силе тока I, длине проводника l и индукции магнитного поля В.

Математически закон Ампера в простой форме выглядит так:

где F – это сила Ампера или электромагнитная сила (сила, с которой проводники отталкиваются или притягиваются),

B — магнитная индукция, Тл;

L — длина проводника, м;

α — угол между направлением тока и направлением магнитной индукции.

Эта формула закона Ампера оказывается справедливой для прямолинейного проводника и однородного поля.

Для определения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, применяется правило левой руки.

Рис. 11 Правило левой руки.

Закон Ампера – используется во всех электрических машинах, прежде всего,в принципе действия электродвигателей.

Именно под действием силы Ампера происходит вращение ротора, поскольку на его обмотку влияет магнитное поле статора, приводя в движение. Любые транспортные средства на электротяге для приведения во вращение валов, на которых находятся колёса, используют силу Ампера (трамваи, электрокары, электропоезда и др).

Любые узлы в электротехнике, где под действием электромагнитного поля происходит движение каких-либо элементов, используют закон Ампера. Самый широко распространённый и используемый чуть-ли не во всех технических конструкциях агрегат, в основе своей работы использующий закон Ампера – это электродвигатель, либо, что конструктивно почти то же самое, генератор.

Также магнитное поле приводит в движение механизмы электрозапоров (электродвери, раздвигающиеся ворота, двери лифта). Другими словами, любые устройства, которые работают на электричестве и имеющие вращающиеся узлы основаны на эксплуатации закона Ампера. Также он находит применение во многих других видах электротехники, например, в громкоговорителе.

Читайте также:  Виды рябины фото с названиями

В громкоговорителе или динамике для возбуждения мембраны, которая формирует звуковые колебания используется постоянный магнит. На него под действием электромагнитного поля, создаваемого расположенным рядом проводником с током, действует сила Ампера, которая изменяется в соответствии с нужной звуковой частотой.

Литература: Кацман М.М. Электрические машины. §В1-В3

«Физика – 11 класс»

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока Ii в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции , пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром, т.е. скорости изменения магнитного потока.

ЭДС индукции

В цепи появляется электрический ток, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы.
Величину, численно равную работе этих сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура, называют электродвижущей силой (ЭДС).

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС индукции.
Обозначение ЭДС индукции – .

Согласно закону Ома для замкнутой цепи индукционный ток в контуре

Закон электромагнитной индукции.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Как в законе электромагнитной индукции учесть направление индукционного тока (или знак ЭДС индукции) в соответствии с правилом Ленца?

Пусть положительное направление обхода контура – против часовой стрелки.
Нормаль к контуру образует правый винт с направлением обхода.

Если магнитная индукция В внешнего магнитного поля направлена вдоль нормали к контуру и возрастает со временем.
Тогда магнитный поток Ф > 0 и скорость измененеия магнитного потока тоже > 0.
По правилу Ленца индукционный ток создает магнитный поток Ф’ меньше 0.
Индукционный ток Ii по правилу буравчика направлен по часовой стрелке (против направления положительного обхода).
ЭДС индукции отрицательна.
Поэтому в формуле для закона электромагнитной индукции должен стоять знак «-»,
указывающий на то, что ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки:

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведенному графику.

В какие промежутки времени амперметр покажет наличие тока в левой катушке?

1) от 1 с до 2 с и от 2,5 с до 5 с

2) только от 1 с до 2 с

3) от 0 с до 1 с и от 2 с до 2,5 с

4) только от 2,5 с до 5 с

Ток, текущий в правой катушке, создает магнитное поле, пронизывающее левую катушку. Согласно закону электромагнитной индукции, в замкнутом контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока через этот контур. Таким образом, амперметр будет показывать наличие тока в левой катушке в промежутки времени, когда меняется магнитное поле, создаваемое правой катушкой, то есть в промежутка времени от 1 с до 2 с и от 2,5 с до 5 с.

Читайте также:  Посудомоечная машина bosch spv40x80ru инструкция по эксплуатации

Квадратная рамка вращается в однородном магнитном поле вокруг одной из своих сторон. Первый раз ось вращения совпадает с направлением вектора магнитной индукции, второй раз перпендикулярна ему. Ток в рамке

1) возникает в обоих случаях

2) не возникает ни в одном из случаев

3) возникает только в первом случае

4) возникает только во втором случае

Согласно закону электромагнитной индукции, ток в рамке возникает только при изменении магнитного потока, проходящего через рамку. При вращении квадратной рамки в однородном магнитном поле вокруг оси, совпадающей с направлением вектора магнитной индукции, магнитный поток через рамку не изменяется, он все время остается равным нулю.

Индукционный ток в рамке в этом случае не возникает. При вращении же квадратной рамки вокруг оси, перпендикулярной направлению вектора магнитной индукции, магнитный поток через рамку изменяется, в рамке возникает индукционный ток. Верно утверждение 4.

В каком из перечисленных ниже технических устройств используется явление возникновения тока при движении проводника в магнитном поле?

Явление возникновения тока при движении проводника в магнитном поле используется в электрогенераторе.

В каком из перечисленных ниже технических объектов используется явление движения проводника с током под действием магнитного поля?

1) в электромагните

2) в электродвигателе

3) в электрогенераторе

4) в электронагревателе

Явление движения проводника с током под действием магнитного поля используется в электродвигателе.

В некоторой области пространства, ограниченной плоскостями АВ и CD, создано однородное магнитное поле.

Металлическая квадратная рамка движется с постоянной скоростью, направленной вдоль плоскости рамки и перпендикулярно линиям индукции поля. На каком из графиков правильно показана зависимость от времени ЭДС индукции в рамке, если в начальный момент времени рамка начинает пересекать плоскость MN (см. рисунок), а в момент времени касается передней стороной линии CD?

Поскольку к моменту времени рамка касается передней стороной линии CD, она преодолевает расстояние l за время её скорость равна

Согласно закону электромагнитной индукции, модуль ЭДС индукции, возникающей в рамке, прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока через контур: Пока рамка не вошла в магнитное поле магнитный поток через нее не меняется и равен нулю, а значит, ЭДС индукции также равна нулю. В интервале времени когда рамка входит в область магнитного поля, магнитный поток через рамку растёт с постоянной скоростью: Следовательно, ЭДС индукции имеет постоянное значение. В интервале времени когда рамка покидает область магнитного поля, магнитный поток через рамку убывает с постоянной скоростью: Таким образом, в течение этого промежутка времени ЭДС индукции вновь постоянна, по модулю имеет такое же значение, но знак несет противоположный, поскольку, согласно правилу Ленца, индукционный ток теперь имеет противоположное направление. Наконец, после того, задняя сторона рамки пересекает линию CD, магнитный поток через нее вновь перестает меняться. ЭДС индукции равна нулю. Правильная зависимость ЭДС индукции от времени представлена на графике 4.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector