Физический смысл электромагнитной индукции – Стационарное магнитное поле и его характеристики. Физический смысл и единица измерения магнитной индукции. Магнитный поток

Содержание

Физический смысл магнитной индукции:

Индукция магнитного поля численно равна максимальной силе, с которой данное поле действует на проводник длиной 1 метр с силой тока 1 Ампер.

 

Направление индукции магнитного поля –

 

от Южного к Северному полюсу свободно установившейся магнитной стрелки.

Магнитный поток

Нарисуем замкнутый контур, n – нормаль к его плоскости.

 

Поместим контур в магнитное поле с индукцией В.

 

Магнитный поток- это скалярная физическая величина, равная произведению модуля вектора индукции магнитного поля на площадь контура и на косинус угла между вектором индукции и нормалью к площади контура

 

Единица измерения магнитного потока – Вебер

Вб = Тл*м2

Явление электромагнитной индукции

 

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Фарадей наблюдал

возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Вопрос Фарадея:: если током можно намагнитить железо, то не может ли магнит вызвать появление тока?

 

Явление ЭМИ состоит в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Если контур проводящий, то в нем будет протекать ток, который называется индукционным. Если контур из диэлектрика, то он поляризуется.

Сторонние силы действуют внутри источника тока и вызывают разделение зарядов, т. е. движение электронов от + к – источника. Имеют неэлектрическую природу.

ЭДС индукции возникает только в тот интервал времени, когда магнитный поток изменяется.

Изменение магнитного потока через контур:

 

.

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея)

ЭДС индукции

По закону ЭМИ изменение магнитного потока приводит к появлению ЭДС, которая называется ЭДС индукции.

Опыт показывает, что сила тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

По закону Ома для полной цепи сила тока равна отношению ЭДС к полному сопротивлению цепи

следовательно, ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока

 
 

 

Закон электромагнитной индукции (Фарадея): ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком. Знак означает правило Ленца.

 

 
 

Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность.

Направление индукционного тока.

Правило Ленца (1883 г)индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Опыт Ленца

Описание опыта:замкнутое кольцо отталкивается от магнита, если его вдвигают в кольцо, и притягивается, если магнит выдвигают.

Движение кольца обусловлено магнитным полем индукционного тока.

Применение правила Ленца

Пример Магнит движется вправо (вдвигается в контур)

 
 

 

1. Определить направление силовых линий внешнего поля B.

2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через

контур.

3. Определить направление индукционного магнитного поля Bi

Если магнитный поток увеличивается, Bi направлено против B, компенсируя это увеличение. Если магнитный поток уменьшается, Bi направлено одинаково с B, компенсируя это уменьшение.

  1. По правилу буравчика определить направление индукционного тока.

Вихревое электрическое поле

Причина появления ЭДС индукции в замкнутом контуре при изменении магнитного потока заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле. – гипотеза Максвелла. Силовые линии вихревого поля замкнуты.

Перечислим свойства известных нам полей

1. Электростатическое, возникает везде, где есть эл. заряды. Силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах. Потенциальное, т.е. работа по замкнутому контуру равна нулю. напряженность, потенциал.

2. Поле тока – магнитное, вихревое, работа по замкнутому контуру не равна нулю. Ток течет в сторону убывания потенциала. Поле действует только на движущиеся заряды.

3. Вихревое электрическое поле. Действует на любые заряды. Работа по замкнутому контуру равна ЭДС индукции. ЭДС индукции определяется законом Фарадея.

Самоиндукция. Индуктивность

 

Самоиндукция является важным частным случаем

электромагнитной индукции, когда изменяющийся

магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции,

создается током в самом контуре.

 

В любом контуре, по которому протекает ток,

возникает магнитное поле. Силовые линии этого поля

пронизывают все окружающее пространство, в том числе, пересекают площадь самого контура.

Магнитный поток, который вызван током в этом самом контуре, называется собственным магнитным потоком.

Поскольку магнитный поток пропорционален индукции магнитного поля, собственный магнитный поток пропорционален силе тока в контуре

       
 
 
   

 

Следовательно, можно ввести коэффициент пропорциональности

 

Коэффициент пропорциональности L между собственным магнитным потоком в контуре и силой тока в нем называется индуктивностью контура.

Индуктивность проводника зависит от

размеров, формы проводника, магнитных свойств среды.

Единица измерения индуктивности называется Генри

 

 
 

 

 




infopedia.su

Электромагнитная индукция. Знаем ли мы, что это такое?

<— Этот удивительный мир

Явление электромагнитной индукции, связанное с взаимодействием магнитных полей, и названое впоследствии законом электромагнитной индукции, было открыто М. Фарадеем в 1831г., после изучения им результатов исследований Г. Эрстеда и А. Ампера.

На практике это явление проявляется в том, что при воздействии определенным образом внешнего магнитного поля (ВМП) на микроструктуру проводников отдельного витка или катушки из нескольких витков, замкнутая электрическая цепь которых включает гальванометр, стрелка прибора отклоняется от нулевого положения, т.е. следуя принятой терминологии, в замкнутой цепи появляется ток.

В большинстве публикаций приводят ставшие уже классическими одни и те же опыты, подтверждающие явление электромагнитной индукции. Не будем и мы отступать от этой традиции, тем более, что эти опыты просто и наглядно демонстрируют это явление.

Рис. 1

Рассмотрим опыт, который может сделать каждый, имея под рукой катушку из медной проволоки и полосовой магнит. На полосовой магнит одевается круглая катушка из нескольких сотен витков (рис.1), соединенная с гальванометром. При быстром перемещении катушки относительно полосового магнита стрелка гальванометра отклоняется. То же самое происходит, если магнит быстро перемещать относительно катушки. При проведении этого опыта было замечено, что в процессе приближения полюса магнита к катушке или удалении от нее стрелка гальванометра отклонялась в разные стороны.  По результатам этого опыта можно было судить о том, что при относительном движении магнита и катушки в последней возникает индукционный ток. Направление индукционного тока зависело от приближения полюса магнита к катушке или удалении от нее, т.е. увеличивалась или уменьшалась величина магнитного потока.

Рис. 2

Для того, чтобы проследить как изменялось направление индукционного тока, можно привести следующий опыт (Рис. 2). Катушка помещалась внутри длинного соленоида подключалась к гальванометру, а сам соленоид последовательно с регулируемым сопротивлением подключался к источнику тока. Напряжение и ток в цепи соленоида могли изменяться при замыкании и размыкании ключа, или при изменении сопротивления. При замыкании ключа ток в соленоиде усиливался, что свидетельствовало об усилении магнитного потока и о противоположном направлении, токов в катушках. В случае ослабления магнитного потока токи в обеих катушках имели одинаковое направление.

Опыт подтверждает, что когда причиной индукции является усиление магнитного потока, пронизывающего индукционный контур, то возникающий индуцированный ток направлен так, что он ослабляет первоначальный магнитный поток. Когда же индукция происходит вследствие ослабления магнитного потока, магнитное поле индуцированного тока внутренней катушки усиливает первоначальный магнитный поток.

В учебниках по физике направление индукционного тока определяется известным правилом Ленца. Правильно ли отражает физический смысл электромагнитной индукции это правило рассмотрим позднее. Приведенная выше информация тиражируется из одних учебников по физике в другие с небольшими изменениями, но ничего нового в прояснении физического смысла ЭМИ такая информация не дает.

Прошло много времени с тех пор как М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. На этом принципе разработано огромное количество разнообразного электрооборудования и приборов. М. Фарадей на основе явления электромагнитной индукции создал первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Он первым в мире создал электродвигатель из постоянного магнита и провода с током, который вращался вокруг магнита. Кроме того, М. Фарадей открыл законы электролиза в 1834 году.

Электрогенераторы, работа которых основана на принципе электромагнитной индукции, снабжают электроэнергией человечество, облегчая ему жизнь на Земле. Казалось бы, что все связанное с работой электрогенераторов за несколько веков изучено досконально, но изменилось ли наше представление об электромагнитной индукции в научном плане с тех пор? Да и зачем менять свое устоявшееся представление, когда это физическое явление имеет простое «понятное» объяснение? На обывательском (потребительском) уровне все очень просто, достаточно относительного перемещения ВМП индуктора и замкнутого контура-якоря и получай себе электроэнергию.

Информация, приведенная выше, была известна более 2-х веков назад и подтверждена официальной наукой, а также многочисленными опытными данными. Но как объясняет физический смысл электромагнитной индукции официальная наука, вы вряд ли найдете в современных публикациях, кроме констатации давно известных фактов.

И когда начинаешь задавать себе такие вопросы как: что происходит в якоре при воздействии на него ВМП индуктора, почему микроструктура проводников якоря реагирует только на движущееся (изменяющееся) магнитное поле индуктора и не реагирует на магнитное поле неподвижного магнита, каким образом электрическая лампочка на большом расстоянии от источника загорается почти одновременно с включением рубильника, находящегося рядом с электрогенератором, хотя скорость движения электрических зарядов по опытным данным (электролиз) составляет, примерно, 6мм в секунду,- то приходишь к выводу, что современная наука не дает обоснованный ответ на эти и другие вопросы.

Попробуем объяснить физический смысл электромагнитной индукции с точки зрения моей гипотезы о торможении микрочастиц (элементарных частиц на атомарном уровне) в ВМП индуктора и собственном магнитном поле (СМП), возникающем в микроструктуре проводников якоря и в остальной замкнутой электрической цепи на примере устройства электрогенератора.

С моей точки зрения, да и по своей сути, конструкция электрогенератора переменного тока представляет собой колебательный контур. Магнитное поле индуктора, которое является внешним магнитным полем по отношению к якорю, воздействует на микроструктуру проводников-витков якоря изменяющимся по определенному закону магнитным потоком. ВМП индуктора, в процессе его вращения относительно якоря, индуцирует в микроструктуре проводников якоря его собственное магнитное поле. СМП создается индуцированными микро источниками в микроструктуре проводников в виде сплошного «магнитного шнура» вдоль всей замкнутой цепи, включая якорь.

Вынужденные колебания от колебательного контура электрогенератора при взаимодействии ВМП и СМП с большой скоростью распространяются по всей замкнутой цепи и вызывают колебания «магнитного шнура» во всем объеме проводников. Эти колебания, вдоль всей замкнутой цепи, представляют собой непрерывный волновой процесс, в котором амплитуда волн изменяется в соответствии с изменением величины магнитного потока ВМП по закону изменения синуса от минимума до максимума, а затем от максимума до минимума.

В процессе колебаний СМП в замкнутой цепи происходит торможение микро источников в микроструктуре проводников. Под торможением в данном случае подразумевается смещение микро источников, излучающих микро магнитные силовые линии (МСЛ). При этом происходит суммарное, направленное образование микро энергии во всем объеме проводников электрической цепи. Микро источники колеблются вместе с колебаниями СМП, смещаясь от своего равновесного (стационарного) энергетического состояния по закону синусоиды.

Известна высокая проникающая способность магнитного поля. Его МСЛ буквально пронизывают микроструктуру проводника. В предыдущих статьях говорилось о том, что магнитное поле — это набор микро МСЛ — микро магнитных волн с микро источниками в микроструктуре проводника, которые взаимодействуя друг с другом образуют МСЛ магнитного поля (пример, постоянный магнит). Заметим, что СМП не могло бы возникнуть в процессе воздействия ВМП на микроструктуру проводников якоря, если бы у микро частиц в микроструктуре проводников не было бы микро МСЛ (микро магнитного поля), а, следовательно, не было бы и взаимодействия магнитных полей, т.е. их взаимного притяжения или отталкивания.

Микро МСЛ ВМП взаимодействуют с микро МСЛ микро источников СМП в микроструктуре проводников на атомарном уровне. Но в случае не работающего электрогенератора мы не наблюдаем СМП ни в проводниках якоря, ни в остальной замкнутой электрической цепи. Следовательно, при взаимном относительном движении внешнего магнитного поля индуктора и проводников якоря определенным образом (закон синуса), ВМП индуктора активирует микроструктуру якоря, в проводниках которого и далее во всей замкнутой цепи возникает СМП. Это значит, что в микроструктуре проводников электрической цепи есть микро источники, способные излучать микро МСЛ – микро магнитные волны, при воздействии на эти источники ВМП индуктора.

Вращение якоря в ВМП индуктора или индуктора относительно якоря с определенной механической силой говорит о том, что в микроструктуре проводников якоря возникает достаточно сильное СМП, препятствующее вращению якоря при взаимодействии с ВМП индуктора. Усилие, с которым приходится вращать якорь в поле ВМП индуктора, говорит также о достаточно сильной связи СМП с решеткой микроструктуры проводников.

Итак, в результате электромагнитной индукции при совершении колебательного процесса, который начинается в электрогенераторе и распространяется по всей остальной замкнутой цепи на атомарном уровне, в микроструктуре проводников происходят одновременно два процесса. Формирование СМП во внешнем магнитном поле индуктора с одновременным распространением СМП по всей замкнутой электрической цепи и процесс торможения микро источников микро МСЛ с образованием направленного излучения микро МСЛ.

На основании изложенного выше, физический смысл ЭМИ можно определить следующим образом: «Электромагнитная индукция – это свойство магнитного поля вызывать (индуцировать) определенным образом себе подобное поле в микроструктуре проводников замкнутой цепи и взаимодействовать с этим магнитным полем, которое в свою очередь воздействует на источники микро энергии в микроструктуре проводников».

Подчеркнем наиболее важные моменты настоящей статьи

1.В результате воздействия определенным образом внешнего магнитного поля на микроструктуру проводников замкнутого контура в последнем возникает собственное магнитное поле.

2.Собственное магнитное поле возникает в виде сплошного, цилиндрического «магнитного шнура» вдоль всей замкнутой электрической цепи.

3. Собственное магнитное поле также состоит из микро МСЛ, источники которых находятся в микроструктуре проводников и достаточно сильно связаны с микроструктурой проводников.

4.Электрогенератор переменного тока представляет собой колебательный контур.

5. Электромагнитная индукция является свойством магнитного поля вызывать себе подобное в микроструктуре проводников замкнутой цепи и взаимодействовать с этим полем.

<— Силы Лоренца                                    Индукционный ток (часть 1) —>

prompatent.ru

Стационарное магнитное поле и его характеристики. Физический смысл и единица измерения магнитной индукции. Магнитный поток

2. Действие магнитного поля на проводник с током. Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.

Для определения направления силы Ампера применяют правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор индукции магнитного поля ( ) входил в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление тока (I), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера ( )

3. Действие магнитного поля на контур с током. Вращабщий момент

4. Действие магнитного поля на движущий электрический заряд.Электрический ток – это совокупность упорядоченно движущихся заряженных частиц. Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть результат действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы Ампера, действующей на участок проводника, к числу заряженных частиц в этом участке проводника:

Сила Ампера равна , сила тока равна (см. стр. 12). Подставив эти выражения в формулу для силы Лоренца, получим:

где - угол между векторами скорости и магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяют для положительного заряда по правилу левой руки. (Для отрицательного заряда сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону).

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. А, согласно теореме о кинетической энергии, это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

 

5. Закон Фарадея для электромагнитной индукции. Правило Ленца, при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ): где — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура, — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.



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.

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом: где — электродвижущая сила, N — число витков, — магнитный поток через один виток, — потокосцепление катушки.

Правило Ленца правило для определения направления индукционного тока: Индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Сформулировано в 1833 г. Э. Х. Ленцем. Если ток увеличивается, то и магнитный поток увеличивается.Если => индукционный ток направлен против основного тока. Если индукционный ток направлен в том же направлении, что и основной ток.

Индукционный ток всегда направлен так, чтобы уменьшить действие причины его вызывающей.

В обобщенной формулировке правило Ленца гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать вызвавшей его первопричине.

ЭДС (ε) - отношение работы сторонних сил по разделению зарядов к величине этого заряда, иначе, способность данного источника давать необходимое количество зарядов необходимой энергии. - ЭДС.

εi возникает при изменении магнитного потока Ф, пронизывающего контур. -ЭДС индукции. - - ЭДС индукции в контуре, содержащем N витков провода.

stydopedia.ru

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) – формула, физический смысл

В 1831 году мир впервые узнал о понятии электромагнитной индукции. Именно тогда Майкл Фарадей обнаружил это явление, ставшее в итоге важнейшим открытием в электродинамике.

История развития и опыты Фарадея

До середины XIX века считалось, что электрическое и магнитное поле не имеют никакой связи, и природа их существования различна. Но М. Фарадей был уверен в единой природе этих полей и их свойств. Явление электромагнитной индукции, обнаруженное им, впоследствии стало фундаментом для устройства генераторов всех электростанций. Благодаря этому открытию знания человечества о электромагнетизме шагнули далеко вперед.

Фарадей проделал следующий опыт: он замыкал цепь в катушке I и вокруг нее возрастало магнитное поле. Далее линии индукции данного магнитного поля пересекали катушку II, в которой возникал индукционный ток.

Рис. 1. Схема опыта Фарадея


На самом деле, одновременно с Фарадеем, но независимо от него, другой ученый Джозеф Генри обнаружил это явление. Однако Фарадей опубликовал свои исследования раньше. Таким образом, автором закона электромагнитной индукции стал Майкл Фарадей.

Сколько бы экспериментов не проводил Фарадей, неизменным оставалось одно условие: для образования индукционного тока важным является изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур (катушку).

Закон Фарадея

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

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

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

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

Закон Фарадея-Максвелла

В 1873 Дж.К.Максвелл по-новому изложил теорию электромагнитного поля. Уравнения, которые он вывел, легли в основу современной радиотехники и электротехники. Они выражаются следующим образом:

  • Edl = -dФ/dt – уравнение электродвижущей силы
  • Hdl = -dN/dt – уравнение магнитодвижущей силы.

Где E – напряженность электрического поля на участке dl; H – напряженность магнитного поля на участке dl; N – поток электрической индукции, t – время.

Симметричный характер данных уравнений устанавливает связь электрических и магнитных явлений, а также магнитных с электрическими. физический смысл, которым определяются эти уравнения, можно выразить следующими положениями:

  • если электрическое поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается магнитным полем.
  • если магнитное поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается электрическим полем.

Рис. 3. Возникновение вихревого магнитного поля


Также Максвелл установил, что распространение электромагнитного поля равна скорости распространения света.

Что мы узнали?

Ученикам 11 класса необходимо знать, что электромагнитную индукцию впервые как явление обнаружил Майкл Фарадей. Он доказал, что электрическое и магнитное поле имеют общую природу. Самостоятельные исследования на основе опытов Фарадея также проводили такие великие деятели как Ленц и Максвелл, которые расширили наши познания в области электромагнитного поля.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 83.

obrazovaka.ru

Закон электромагнитной индукции формула

Явление электромагнитной индукции представляет собой возникновение электрического тока в условиях замкнутого проводящего контура, в то время как магнитный поток, пронизывающий этот контур, изменяется во времени. На этом явлении основан закон электромагнитной индукции, формула которого была выведена английским физиком Фарадеем.

Понятия электромагнитной индукции

Одной из основных величин, связанных с электромагнитной индукцией является магнитный поток. Чтобы понять его физический смысл, следует рассмотреть формулу, определяющую эту величину: Φ = B • S • cos α. Здесь В выступает в роли модуля вектора магнитной индукции, S – площадь проводящего контура, α – угол между нормалью к плоскости контура и вектором магнитной индукции.

При неоднородном магнитном поле и неплоском контуре, значение магнитного потока можно обобщить. Для этого, в системе СИ существует обозначение единицы магнитного потока, называемое вебером. Для создания 1 Вб требуется магнитное поле в 1 Тл, которое пронизывает плоский контур, площадь которого составляет 1 м2. (1 Вб = 1 Тл • 1 м2)

Фарадей открыл закон электромагнитной индукции, формула которого выражается в следующих показателях: 

Эта формула наглядно демонстрирует, что изменение магнитного потока в контуре, приводит к возникновению ЭДС индукции. ЭДС, в свою очередь, равна скорости, с какой изменяется магнитный поток при прохождении через площадь, ограниченную контуром. Все значение ЭДС берется со знаком минус. Это и есть закон Фарадея.

Причины изменения магнитного потока

Магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, может изменяться в силу ряда причин.

Прежде всего, эти изменения происходят, когда контур перемещается в магнитном поле, постоянном по времени. В этом случае, проводники вместе со свободными носителями зарядов передвигаются в магнитном поле. ЭДС индукции возникает под воздействием сторонних сил, которые влияют на свободные заряды, находящиеся в движущихся проводниках.

Другая причина, изменяющая магнитный поток, заключается в изменении во времени магнитного поля, когда контур неподвижен. В неподвижном проводнике, электроны могут двигаться только под действием электрического поля. Это поле, в свою очередь, возникает воздействия магнитного поля, изменяющегося во времени.

Работа магнитного поля, затрачиваемая на перемещение одного положительного заряда в замкнутом контуре, равна ЭДС индукции для неподвижного проводника. Такое поле, полученное с помощью изменяющегося магнитного поля, получило название вихревого электрического поля.

electric-220.ru

Изучение явления электромагнитной индукции

Изучение возникновения электрического тока всегда волновало ученых. После того, как в начале XIX века датский ученый Эрстед выяснил, что вокруг электрического тока возникает магнитное поле, ученые задались вопросом: может ли магнитное поле порождать электрический ток и наоборот.Первым ученым, кому это удалось, был ученый Майкл Фарадей.

Опыты Фарадея

После многочисленных проведенных опытов Фарадей смог достичь кое-каких результатов.

1.Возникновение электрического тока

Для проведения опыта он взял катушку с большим количеством витков и присоединил ее к миллиамперметру (прибору, измеряющему силу тока). По направлению вверх и вниз ученый передвигал магнит по катушке.

Во время проведения эксперимента, в катушке действительно появлялся электрический ток по причине изменения магнитного поля вокруг нее.

По наблюдениям Фарадея стрелка миллиамперметра отклонялась и указывала на то, что движение магнита порождает собой электрический ток. При остановке магнита стрелка показывала нулевую разметку, т.е. ток не циркулировал по цепи.

рис. 1 Изменение силы тока в катушке за счет передвижения реjcтата

Данное явление, при котором  ток возникает под действием переменного магнитного поля в проводнике, назвали явлением электромагнитной индукции.

2.Изменение направления индукционного тока

В своих последующих исследованиях Майкл Фарадей пытался выяснить, что влияет на направление возникающего индукционного электрического тока. Проводя опыты, он заметил, что изменяя числа мотков на катушке или полярность магнитов, направление электрического тока, которое возникает в замкнутой сети меняется.

3.Явление электромагнитной индукции

Для проведения опыта ученый взял две катушки, которые расположил близко друг к другу. Первая катушка, имеющая большое количество витков проволоки, была подсоединена к источнику тока и ключу, замыкающему и размыкающему цепь. Вторую такую же катушку он присоединил к миллиамперметру уже без подключения к источнику тока.

Проводя эксперимент, Фарадей заметил, что при замыкании электрической цепи возникает индуцированный ток, что видно по движению стрелки миллиамперметра. При размыкании цепи миллиамперметр также показывал, что в цепи есть электрический ток, но показания были прямо противоположными. Когда же цепь была замкнута и равномерно циркулировала ток, тока в электрической цепи согласно данным миллиамперметра не было.

Вывод из экспериментов

В результате открытия Фарадея была доказана следующая гипотеза: электрический ток появляется только при изменении магнитного поля. Также было доказано, что изменение числа витков в катушке изменяет значение силы тока (увеличение мотков увеличивает силу тока). Причем индуцированный электрический ток может появиться в замкнутой цепи только при наличии переменного магнитного поля.

От чего зависит индукционный электрический ток?

Основываясь на всем вышесказанном, можно отметить, что даже если есть магнитное поле, это не приведет к возникновению электрического тока, если данное поле не будет при этом переменным.

Так от чего же зависит величина индукционного поля?

  1. Число витков на катушке;
  2. Скорость изменения магнитного поля;
  3. Скорость движения магнита.

Магнитный поток является величиной, которая характеризует магнитное поле. Изменяясь, магнитный поток приводит к изменению индуцированного электрического тока.

рис.2 Изменение силы тока при перемещении а) катушки , в котором находится соленоид; б) постоянного магнита , внесением его в катушку

Закон Фарадея

Основываясь на проведенных опытах, Майкл Фарадей сформулировал закон электромагнитной индукции. Закон заключается в том, что, магнитное поле при своем изменении приводит к возникновению электрического тока, Ток же указывает на наличие электродвижущей силы электромагнитной индукции (ЭДС).

Скорость магнитного тока изменяясь влечет за собой изменение скорости тока и ЭДС.

Закон Фарадея: ЭДС электромагнитной индукции равна численно и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока, который проходит через поверхность, ограниченную контуром

Индуктивность контура. Самоиндукция.

Магнитное поле создается в том случае, когда ток протекает в замкнутом контуре. Сила тока при этом влияет на магнитный поток и индуцирует ЭДС.

Самоиндукция – явление, при котором ЭДС индукции возникает при изменении силы тока в контуре.

Самоиндукция изменяется в зависимости от особенностей формы контура, его размеров и среды, его содержащей.

При увеличении электрического тока, ток самоиндукции контура может замедлить его. При его уменьшении, ток самоиндукции, напротив, не дает ему так быстро убывать. Таким образом, контур начинает обладать своей электрической инертностью, замедляющей любое изменение тока.

Применение индуцированного ЭДС

Явление электромагнитной индукции имеет применение на практике в генераторах, трансформаторах и двигателях, работающих на электричестве.

При этом ток для этих целей получают следующими способами:

  1. Изменение тока в катушке;
  2. Движение магнитного поля через постоянные магниты и электромагниты;
  3. Вращение витков или катушек в постоянном магнитном поле.

Открытие электромагнитной индукции Майкла Фарадея внесло большой вклад в науку и в нашу обыденную жизнь. Это открытие послужило толчком для дальнейших открытий в области изучения электромагнитных полей и имеет широкое применение в современной жизни людей.

Похожие статьи

infoelectrik.ru

Физический смысл и определение индуктивности и индуктивной катушки / Бытовая техника / Коллективный блог

Индуктивностью принято называть физическую (электрическую) величину, характеризующую магнитные свойства электрических цепей. Известный факт, что магнитное поле создается электрическим током, протекающим через проводящий контур. Так происходит вследствие того, что электрический ток с самого начала содержит в себе энергию. Когда электроток проходит через проводник, он отдает часть энергии, которая будет превращена в энергию для магнитного поля. Таким образом, индуктивность рассматривают как коэффициент пропорциональности между возникающим магнитным полем и протекающим током.
В случае, когда ток является переменным и магнитное поле в индуктивном контуре меняется, то возникает ЭДС самоиндукции.

Единицу измерения индуктивности обозначают буквой «L», измеряют в 1 Гн (генри). Принято считать, что катушка индуктивности будет иметь значение 1 Гн в том случае, когда происходит изменение величины тока в 1 А, а за время в одну секунду 1 с возникает ЭДС значением 1 В.

Индуктивность представляют идеализированным элементом в электрической цепи, где запасается энергия магнитного поля. Энергия электрического поля не запасается, также не происходит никаких преобразований электрической энергии в какие-то другие энергии.

Магнитное поле при одинаковой величине электрического тока будет тем выше, чем больше будет индуктивность у проводника. В электроцепи индуктивность физически можно представить в виде индуктивной катушки, которая состоит из пассивного или активного сердечника с намотанным на него электрическим проводом. Пассивный сердечник – это, как правило, диэлектрик, а активный представлен железом или ферромагнитным материалом.
Индуктивная катушка может запасать энергию электрополя и преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию.

Индуктивность – количественная способность идеального и реального элементов электроцепи запасать магнитную энергию поля.

То есть, индуктивность можно использовать в качестве названия идеального элемента электроцепи, как параметр, который количественно характеризует свойства элемента, а также в качестве названия как параметр индуктивной катушки.

Рис. 1. Индуктивность (графическое условное обозначение)

Объяснение понятия «индуктивность», ее связь с магнитным полем и электромагнитной индукцией можно посмотреть на следующем видео:

Рис. 2. Различные индуктивные катушки

Рис. 3. Условные обозначения индуктивных катушек

Закон электромагнитной индукции определяет, как связаны между собой напряжение и ток индуктивной катушки, выражается формулой:

где е – электродвижущая сила, которая наводится при изменении магнитного пронизывающего катушку потока, направленная так, чтобы ток препятствовал изменениям магнитных потоков; Ψ – потокосцепление катушки.
Видео, иллюстрирующее понятие электромагнитной индукции. Представлены опыты Фарадея, Ампера, Эрстеда, а также приведены примеры, как используют электромагнитную индукцию в технике:

Потокосцепление катушки определяется по формуле:

где N — количество витков катушки; Ф – магнитный поток, единица измерения 1 Вб (вебер).
Магнитный поток, который пронизывает витки катушки состоит из:

  1. магнитный поток самоиндукции Фси, который вызывает протекающий по катушке ток;
  2. магнитный поток внешних полей Фвп, который определяется магнитным полем Земли, полями постоянных магнитов и других катушек;

Таким образом:

Ф=Фвп+ Фси, (3)

Магнитный поток взаимоиндукции – магнитный поток внешнего поля, вызванный магнитным полем отдельной катушки.

Потокосцепление катушки можно представить следующим образом:

ψ=ψси+ψвп, (4)

где ψси – потокосцепление самоиндукции, ψвп – потокосцепление внешних полей.

Наведенную ЭДС в индуктивной катушке можно определить по формуле:

e=eси+eвп, (5)

где еси — ЭДС для самоиндукции, вызываемая при изменении магнитного потока, евп — ЭДС, вызываемая для внешних полей.

Показано, что ЭДС самоиндукции возможно навести в катушке, если магнитные потоки внешнего поля будут равны нулю, а катушку будет пронизывать поток самоиндукции.

От тока, протекающего по катушке, будет зависеть потокосцепление самоиндукции. Такую зависимость называют как вебер-амперную характеристику для индуктивной катушки, как правило, у нее нелинейного характера (рис. 4, линия 1). Для частного случая (катушка без магнитного сердечника) такая зависимость может носить линейный характер (рис. 4, линия 2).

Рис. 4. Вебер-амперная характеристика для индуктивной катушки: нелинейная (линия 1), линейная (линия 2).
Во время анализа цепей принимают во внимание напряжение на зажимах катушки, его положительное направление должно совпадать с положительным направлением тока.

Значение ЭДС, которое наводят в катушке, обычно не рассматривают.
Идеальный элемент в электроцепи – это индуктивность, данный элемент рассматривают как простую модель для индуктивной катушки, которая отражает способность катушки к запасанию энергии магнитного поля.
Напряжение на зажимах линейной индуктивности пропорционально тому, как изменяется скорость тока. Если постоянный ток протекает через индуктивность, то напряжение на зажимах будет равно нулю и, как следствие, будет равно нулю и сопротивление индуктивности для постоянного тока.

44kw.com