doma » Beton » Faradayev zakon elektromagnetne indukcije. Elektromagnetna indukcija. Zakon elektromagnetne indukcije. Lenzovo pravilo

Faradayev zakon elektromagnetne indukcije. Elektromagnetna indukcija. Zakon elektromagnetne indukcije. Lenzovo pravilo

Vsebina:

Če vzamemo zaprt prevodni sistem in v njem ustvarimo pogoje, da se magnetni tok spremeni v magnetnem polju, se bo kot posledica teh premikov pojavil električni tok. Ta okoliščina opisuje zakon elektromagnetne indukcije Faradaya, angleškega znanstvenika, ki je med poskusi dosegel pretvorbo magnetne energije v električno. Ime je dobilo indukcija, saj so ga do takrat lahko ustvarili le s sredstvi.

Zgodovina odkritij

Fenomen elektromagnetne indukcije sta odkrila dva znanstvenika hkrati. Bila sta Michael Faraday in Joseph Henry, ki sta odkrila svoje odkritje leta 1831. Faradayeva objava rezultatov poskusov je bila opravljena prej kot njegov kolega, zato je indukcija povezana s tem znanstvenikom. Kasneje je bil ta koncept vključen v sistem GHS.

Za prikaz pojava je bil uporabljen železen torus, ki spominja na konfiguracijo sodobnega transformatorja. Nasproti strani sta bili oviti z dvema prevodnikoma, da bi izkoristili elektromagnetne lastnosti.

Na eno od žic je bil priključen tok, ki je povzročil nekakšen električni val pri prehodu skozi torus in nekaj električnega vala z nasprotne strani. Prisotnost toka smo zabeležili z galvanometrom. Povsem enak val električne energije je bil opažen v času odklopa žice.

Postopoma so se odkrile tudi druge oblike manifestacije elektromagnetne indukcije. Na bakrenem disku, ki se vrti v bližini magneta, je bil opažen kratkotrajen pojav toka pri njegovem nastajanju. Na sam disk je bila nameščena drsna električna žica.

Največjo predstavo o tem, kaj je induktivnost, je dal poskus z dvema tuljavama. Eden od njih, manjše velikosti, je povezan s tekočo baterijo, ki se nahaja na sliki na desni strani. Tako začne skozi to tuljavo teči električni tok, pod vplivom katerega nastane magnetno polje.

Ko sta obe tuljavi stacionarni drug glede na drugega, ne pride do pojava. Ko se majhna tuljava začne premikati, torej izstopi ali vstopi v veliko tuljavo, pride do spremembe magnetnega pretoka. Posledično se v veliki tuljavi opazi elektromotorna sila.

Faradayjevo odkritje je dokončal drug znanstvenik - Maxwell, ki ga je matematično utemeljil in ta fizični pojav prikazal z diferencialnimi enačbami. Še en fizik je uspel določiti smer električnega toka in EMF, pridobljenega pod vplivom elektromagnetne indukcije.

Zakoni elektromagnetne indukcije

Bistvo elektromagnetne indukcije določa zaprta zanka z električno prevodnostjo, katere območje skozi sebe prehaja spreminjajoči se magnetni tok. V tem trenutku se pod vplivom magnetnega toka pojavi elektromotorna sila Ei in v tokokrogu začne teči električni tok.

Faradayev zakon za elektromagnetno indukcijo je neposredna odvisnost EMF in hitrosti, ki sta sorazmerni. Ta hitrost je čas, v katerem se magnetni tok spreminja.

Ta zakon je izražen s formulo Еi = - ∆Ф / ∆t, v kateri je Ei vrednost elektromotorne sile, ki nastane v vezju, ∆Ф / ∆t pa je hitrost spremembe magnetnega pretoka. V tej formuli znak minus ni povsem jasen, ima pa tudi svojo razlago. V skladu s pravilom ruskega znanstvenika Lenza, ki je preučeval Faradayeva odkritja, ta znak odraža smer EMF, ki nastane v vezju. To pomeni, da se smer indukcijskega toka pojavi tako, da magnetni tok, ki ga ustvari na območju, omejenem s konturo, prepreči spremembe, ki jih povzroča ta tok.

Faradayeva odkritja je dodatno izpopolnil Maxwell, od katerega je teorija elektromagnetnega polja dobila nove usmeritve. Kot rezultat, sta se pojavila Faradayev in Maxwellov zakon, izražena v naslednjih formulah:

Edl = -∆F / ∆t - prikazuje elektromotorno silo.
Hdl = -∆N / ∆t - prikazuje magnetomotorno silo.

V teh formulah E ustreza jakosti električnega polja na določenem območju dl, H je jakost magnetnega polja na istem območju, N je električni indukcijski tok, t je časovno obdobje.

Obe enačbi sta simetrični, kar nam omogoča sklepanje, da so magnetni in električni pojavi povezani. S fizičnega vidika te formule opredeljujejo naslednje:

Spremembe električnega polja vedno spremlja nastanek magnetnega polja.
Spremembe magnetnega polja se vedno pojavijo hkrati z nastankom električnega polja.

Spreminjajoči se magnetni tok, ki poteka skozi zaprto konfiguracijo prevodnega vezja, vodi do pojava električnega toka v tem vezju. To je osnovna formulacija Faradayevega zakona. Če naredite žični okvir in ga postavite v vrteči se magnet, se bo v samem okvirju pojavila elektrika.

To bo indukcijski tok, v celoti v skladu s teorijo in zakonom Michaela Faradaya. Spremembe magnetnega toka, ki poteka skozi vezje, so lahko poljubne. Posledično formula ∆Ф / ∆t ni le linearna, ampak pod določenimi pogoji sprejme katero koli konfiguracijo. Če se spremembe pojavijo linearno, bo EMF elektromagnetne indukcije, ki nastane v vezju, konstanten. Časovni interval t postane poljuben, razmerje ∆Ф / ∆t pa ne bo odvisno od njegovega trajanja.

Če imajo bolj zapleteno obliko, potem EMF indukcije ne bo več konstanten, ampak bo odvisen od danega časovnega obdobja. V tem primeru se časovni interval obravnava kot neskončno majhna vrednost in takrat bo razmerje ∆Ф / ∆t z vidika matematike postalo izpeljanka spreminjajočega se magnetnega toka.

Obstaja še ena možnost, ki razlaga Faradayev zakon elektromagnetne indukcije. Njegova kratka formulacija pojasnjuje, da delovanje izmeničnega magnetnega polja povzroči pojav vrtinčnega električnega polja. Isti zakon je mogoče razlagati kot eno od značilnosti elektromagnetnega polja: vektor jakosti polja lahko kroži vzdolž katerega koli od tokokrogov s hitrostjo, ki je enaka hitrosti spremembe magnetnega toka, ki poteka skozi določeno vezje.

Fedun V.I. Popisi predavanj o fiziki elektromagneta

Predavanje 26.

Elektromagnetna indukcija. Faradayjevo odkritje .

Leta 1831 je M. Faraday naredil eno najpomembnejših temeljnih odkritij v elektrodinamiki - pojav elektromagnetna indukcija .

V zaprtem prevodnem krogu, ko se spremeni magnetni tok (vektorski tok), ki ga pokriva to vezje, nastane električni tok.

Ta tok je bil imenovan indukcija .

Pojav indukcijskega toka pomeni, da ko magnetna

	pride do pretoka v tokokrogu emf indukcija (delo na prenosu enega naboja v zaprti zanki). Upoštevajte, da je vrednost sploh ni odvisno od tega, kako se izvede sprememba magnetnega toka , in je določena le s hitrostjo njenega spreminjanja, t.j. velikost ... Sprememba predznaka izpeljanke vodi do spremembe znaka emf indukcija .
Slika 26.1.

Faraday je odkril, da je indukcijske tokove mogoče inducirati na dva različna načina, kar je mogoče priročno razložiti s pomočjo risbe.

1. način: premikanje okvirja v magnetnem polju nepremične tuljave (glej sliko 26.1).

2. metoda: spreminjanje magnetnega polja ki ga ustvari tuljava , zaradi njegovega premikanja ali zaradi spremembe jakosti toka v njem (ali oboje skupaj). Okvir hkrati pa je negibno.

V obeh primerih galvanometer bo prikazal prisotnost indukcijskega toka v okvirju .

Smer indukcijskega toka in s tem znak emf. indukcija so določene z Lenzovim pravilom.

Lenzovo pravilo.

Indukcijski tok je vedno usmerjen tako, da prepreči vzrok, ki ga povzroča. .

Lenzovo pravilo izraža pomembno fizično lastnost – željo sistema, da se upre spremembi svojega stanja. Ta lastnost se imenuje elektromagnetna vztrajnost .

Zakon elektromagnetne indukcije (Faradayev zakon).

Ne glede na razlog za spremembo magnetnega toka, ki ga pokriva zaprta prevodna zanka, ki nastane v zanki emf indukcijo določimo s formulo

Narava elektromagnetne indukcije.

Da bi razjasnili fizične razloge, ki vodijo do nastanka emf. indukcije, bomo obravnavali dva primera zapored.

1. Kontura se premika v konstantnem magnetnem polju.

delovanje sile

Elektromotorna sila, ki jo ustvari to polje, se imenuje indukcija elektromotorne sile ... V našem primeru

Tukaj je nastavljen znak minus, ker je polje tretje osebe usmerjeno proti pozitivnemu prehodu obrisa, ki ga določa pravilo desnega vijaka. Delo je stopnja prirastka površine konture (prirast površine na enoto časa), torej

kje
- prirast magnetnega toka skozi vezje.

Dobljeni rezultat lahko posplošimo na primer poljubne orientacije vektorja indukcije magnetnega polja glede na ravnino konture in na katero koli konturo, ki se premika (in/ali deformira) na poljuben način v stalnem neenakomernem zunanjem magnetnem polju.

Torej, vzbujanje emf indukcijo, ko se vezje premika v konstantnem magnetnem polju, razložimo z delovanjem magnetne komponente Lorentzove sile, sorazmerne z
, ki se pojavi, ko se prevodnik premakne.

2. Kontura miruje v izmeničnem magnetnem polju.

Eksperimentalno opažen pojav indukcijskega toka kaže, da se v tem primeru v vezju pojavijo zunanje sile, ki so zdaj povezane s časovno spremenljivim magnetnim poljem. Kakšna je njihova narava? Odgovor na to temeljno vprašanje je dal Maxwell.

Ker prevodnik miruje, je hitrost urejenega gibanja električnih nabojev
in zato magnetna sila, sorazmerna z
, je prav tako enak nič in ne more več sprožiti nabojev. Vendar pa je poleg magnetne sile le sila s strani električnega polja, enaka ... Zato je treba še zaključiti, da indukcijski tok zaradi električnega polja nastane, ko se zunanje magnetno polje sčasoma spremeni. Prav to električno polje je odgovorno za pojav emf. indukcija v fiksnem tokokrogu. Po besedah Maxwella, časovno spremenljivo magnetno polje ustvarja električno polje v okoliškem prostoru... Pojav električnega polja ni povezan s prisotnostjo prevodnega vezja, ki omogoča odkrivanje obstoja tega polja le po pojavu indukcijskega toka v njem.

Besedilo zakon elektromagnetne indukcije Maxwella je ena najpomembnejših posplošitev elektrodinamike.

Vsaka sprememba magnetnega polja v času vzbudi električno polje v okoliškem prostoru .

Matematična formulacija zakona elektromagnetne indukcije v Maxwellovem razumevanju je:

Kroženje vektorja napetosti tega polja vzdolž katere koli fiksne zaprte konture opredeljeno z izrazom

kje - magnetni tok, ki prodira v vezje .

Predznak delne izpeljanke, ki se uporablja za označevanje stopnje spremembe magnetnega toka, kaže, da je vezje mirujoče.

Vektorski tok skozi površino, omejeno s konturo , je enako
, zato lahko izraz za zakon elektromagnetne indukcije prepišemo na naslednji način:

To je ena od enačb Maxwellovega sistema enačb.

Dejstvo, da je kroženje električnega polja, ki ga vzbuja časovno spremenljivo magnetno polje, nenič, pomeni, da obravnavano električno polje ni potencialno Tako kot magnetno polje je vrtinec.

Na splošno električno polje lahko predstavimo z vektorsko vsoto potencialnih (polje statičnih električnih nabojev, katerih kroženje je nič) in vrtinčnih (zaradi časovno spremenljivega magnetnega polja) električnih polj.

Na podlagi pojavov, ki jih obravnavamo pri razlagi zakona elektromagnetne indukcije, ni splošnega načela, ki bi omogočilo ugotovitev skupnosti njihove fizične narave. Zato je treba te pojave obravnavati kot neodvisne, zakon elektromagnetne indukcije pa kot rezultat njihovega skupnega delovanja. Še toliko bolj presenetljivo je dejstvo, da emf indukcija v tokokrogu je vedno enaka hitrosti spremembe magnetnega toka skozi tokokrog. V primerih, ko se spremeni tudi polje in lokacijo ali konfiguracijo vezja v magnetnem polju, emf. indukcijo je treba izračunati po formuli

Izraz na desni strani te enakosti predstavlja skupni izvod magnetnega toka glede na čas: prvi člen je povezan s spremembo magnetnega polja v času, drugi - s gibanjem konture.

Lahko rečemo, da v vseh primerih indukcijski tok povzroča polna Lorentzova sila

Kakšen del indukcijskega toka povzroča električna in kakšna je magnetna komponenta Lorentzove sile - je odvisno od izbira referenčnega okvira.

O delu sil Lorentza in Ampereja.

Iz same definicije dela izhaja, da sila, ki deluje v magnetnem polju na električni naboj in je pravokotna na njegovo hitrost, ne more opravljati dela. Ko pa se vodnik s tokom premika in nosi naboje skupaj s seboj, amperova sila še vedno opravi delo. Elektromotorji so jasna potrditev tega.

To protislovje izgine, če upoštevamo, da gibanje prevodnika v magnetnem polju neizogibno spremlja pojav elektromagnetne indukcije. Zato poleg Amperove sile elektromotorna sila indukcije, ki nastane v prevodniku, opravlja tudi delo na električnih nabojih. Tako je skupno delo sil magnetnega polja sestavljeno iz mehanskega dela zaradi Amperove sile in dela emf, ki ga povzroča gibanje prevodnika. Obe deli sta enaki po velikosti in nasprotni po predznaku, zato je njuna vsota enaka nič. Dejansko je delo amperske sile med elementarnim gibanjem prevodnika s tokom v magnetnem polju enako
, v istem času e.m.f. indukcija opravi svoje delo

potem polno delo
.

Amperove sile opravljajo delo ne zaradi energije zunanjega magnetnega polja, ki lahko ostane konstantna, temveč zaradi vira emf, ki vzdržuje tok v vezju.

Glede načel delovanja transformatorjev, dušilk, številnih vrst elektromotorjev in generatorjev. Zakon pravi:

ali z drugimi besedami:

Ustvarjeni EMF je sorazmeren s hitrostjo spremembe magnetnega toka.

V prvi eksperimentalni demonstraciji elektromagnetne indukcije (avgust 1831) je Faraday ovijal dve žici okoli nasprotnih strani železnega torusa (zasnova je podobna sodobnemu transformatorju). Na podlagi svoje ocene nedavno odkrite lastnosti elektromagneta je pričakoval, da bo ob vklopu toka v eni žici posebna vrsta valovanja potovala skozi torus in povzročila nekaj električnega vpliva na njegovi nasprotni strani. Eno žico je priključil na galvanometer in jo pogledal, medtem ko je drugo žico povezal z baterijo. Pravzaprav je opazil trenutni val toka (ki ga je poimenoval "električni val"), ko je žico priključil na baterijo, in še en val, ko jo je odklopil. V dveh mesecih je Faraday našel več drugih manifestacij elektromagnetne indukcije. Na primer, videl je izbruhe toka, ko je hitro vstavil magnet v tuljavo in jo potegnil nazaj, ustvaril je enosmerni tok v bakrenem kolu, ki se je vrtel blizu magneta z drsno električno žico ("Faradayev disk").

Faradayev disk

Faraday je razložil elektromagnetno indukcijo s konceptom tako imenovanih silnih črt. Vendar je večina takratnih znanstvenikov zavrnila njegove teoretične ideje, predvsem zato, ker niso bile matematično oblikovane. Izjema je bil Maxwell, ki je uporabil Faradayeve ideje kot osnovo za svojo kvantitativno elektromagnetno teorijo. V Maxwellovih delih je vidik spremembe časa elektromagnetne indukcije izražen v obliki diferencialnih enačb. Oliver Heaviside je to imenoval Faradayev zakon, čeprav se po obliki nekoliko razlikuje od prvotne različice Faradayevega zakona in ne upošteva indukcije EMF med gibanjem. Heavisideova različica je oblika zdaj priznane skupine enačb, znane kot Maxwellove enačbe.

Faradayev zakon kot dva različna pojava

Nekateri fiziki ugotavljajo, da Faradayev zakon v eni enačbi opisuje dva različna pojava: emf motorja ki nastane z delovanjem magnetne sile na gibljivo žico, in transformator EMF ki nastane zaradi delovanja električne sile zaradi spremembe magnetnega polja. Na to dejstvo je v svojem delu opozoril James Clerk Maxwell O fizičnih linijah sile leta 1861. V drugi polovici II. dela tega dela Maxwell nudi ločeno fizično razlago za vsakega od teh dveh pojavov. V nekaterih sodobnih učbenikih se omenjajo ta dva vidika elektromagnetne indukcije. Kot piše Richard Feynman:

Tako velja "pravilo pretoka", da je EMF v vezju enak hitrosti spremembe magnetnega toka skozi tokokrog, ne glede na razlog za spremembo toka: ali zato, ker se polje spreminja ali ker se vezje premika (ali oboje) .... V naši razlagi pravila smo uporabili dva popolnoma različna zakona za dva primera - za "premično verigo" in za "spreminjajoče se polje".
V fiziki ne poznamo nobene analogne situacije, ko bi tako preprosta in natančna splošna načela za njihovo pravo razumevanje zahtevala analizo z vidika dveh različnih pojavov.

-Richard Feynman, Feynmanova predavanja iz fizike

Odražanje te navidezne dihotomije je bila ena od glavnih poti, ki so vodila Einsteina k razvoju posebne teorije relativnosti:

Znano je, da Maxwellova elektrodinamika - kot jo običajno razumemo v današnjem času - pri uporabi na gibajočih se telesih vodi do asimetrije, ki, kot se zdi, ni neločljivo povezana s tem pojavom. Vzemimo na primer elektrodinamično interakcijo magneta in prevodnika. Opaženi pojav je odvisen le od relativnega gibanja prevodnika in magneta, medtem ko običajno mnenje riše močno razliko med obema primeroma, ko se giblje eno ali drugo telo. Kajti če je magnet v gibanju in prevodnik miruje, se v bližini magneta pojavi električno polje z določeno gostoto energije, ki ustvari tok tam, kjer se prevodnik nahaja. Če pa magnet miruje in se prevodnik premika, se v bližini magneta ne pojavi električno polje. V prevodniku pa najdemo elektromotorno silo, za katero sama po sebi ni ustrezne energije, povzroča pa – ob predpostavki enakosti relativnega gibanja v obeh obravnavanih primerih – električne tokove v isti smeri in enake jakosti kot pri prvi primer.
Takšni primeri, skupaj z neuspešnim poskusom odkrivanja kakršnega koli gibanja Zemlje glede na "svetleči medij", kažejo, da pojavi elektrodinamike, pa tudi mehanike, nimajo lastnosti, ki bi ustrezale ideji absolutnega počitka. .

-Albert Einstein, K elektrodinamiki gibljivih teles

Površinski tok in EMF v vezju

Definicija površinskega integrala predpostavlja, da je površina Σ razdeljena na majhne elemente. Vsak element je povezan z vektorjem dA, katerega vrednost je enaka površini elementa, smer pa je normalna na element proti zunanji strani.

Vektorsko polje F(r, t) je definiran v celotnem prostoru, površina Σ pa je omejena s krivuljo ∂Σ, ki se giblje s hitrostjo v... Polje je integrirano preko te površine.

Faradayev zakon elektromagnetne indukcije uporablja koncept magnetnega pretoka Φ B skozi zaprto površino Σ, ki je definirana s površinskim integralom:

kje dA je površina elementa površine Σ ( t), B je magnetno polje in B· dA- skalarni produkt B in dA... Predpostavlja se, da ima površina "ustje", ki ga obriše zaprta krivulja, označena z ∂Σ ( t). Faradayev zakon indukcije pravi, da ko se pretok spremeni, ko se en sam pozitivni preskusni naboj premika vzdolž zaprte krivulje ∂Σ, se izvede delo, katerega vrednost je določena s formulo:

kjer je velikost elektromotorne sile (EMF) v voltih in Φ B- magnetni tok v webersu. Smer elektromotorne sile določa Lenzov zakon.

Zato EMF

kjer je v = hitrost prevodnika ali magneta, a l= navpična dolžina gumbnice. V tem primeru je hitrost povezana s kotno hitrostjo vrtenja v = rω, kjer r= polmer cilindra. Upoštevajte, da isto delo izvršil kaj pot, ki se vrti z zanko in povezuje zgornji in spodnji rob.

Faradayev zakon

Intuitiven, a napačen pristop k uporabi pravila toka izraža tok skozi verigo kot Φ B = B wℓ, kje w- širina gibljive zanke. Ta izraz ni odvisen od časa, zato iz tega napačno izhaja, da se EMF ne generira. Napaka te izjave je, da ne upošteva celotne poti toka skozi zaprto zanko.

Za pravilno uporabo pravila toka moramo upoštevati celotno tokovno pot, ki vključuje pot skozi platišča na zgornji in spodnji plošči. Izberemo lahko poljubno zaprto pot skozi platišča in vrtljivo zanko ter po zakonu pretoka po tej poti poiščemo EMF. Vsaka pot, ki vključuje segment, ki meji na vrtljivo zanko, omogoča relativno premikanje delov verige.

Kot primer si oglejte pot na vrhu verige v smeri vrtenja zgornjega diska in na dnu verige v nasprotni smeri od spodnjega diska (prikazano s puščicami na sliki 4). V tem primeru, če se vrteča se zanka odmakne za kot θ od kolektorske zanke, jo lahko štejemo za del valja s površino A = rℓ θ. To območje je pravokotno na polje B, njegov prispevek k toku pa je:

kjer je predznak negativen, ker je po pravilu desne strani polje B ustvarjena s tokovno zanko, je v nasprotni smeri od uporabljenega polja B"... Ker je to le časovno odvisen del toka, je po zakonu toka EMF enak:

v skladu s formulo Lorentzovega zakona.

Zdaj pa razmislimo o drugem načinu, pri katerem izberemo prehod vzdolž robov diskov skozi nasprotne segmente. V tem primeru bo povezana nit zmanjšati z naraščanjem θ, vendar po pravilu desne roke, tokovna zanka dodaja priloženo polje B, zato bo EMF za to pot popolnoma enaka vrednosti kot za prvo pot. Vsaka mešana povratna pot vodi do enakega rezultata za vrednost EMF, zato ni pomembno, katero pot boste ubrali.

Neposredna ocena spremembe pretoka

riž. 5. Poenostavljena različica sl. 4. Zanka drsi s hitrostjo v v nepremičnem enotnem polju B.

Uporaba zaprte poti za izračun EMF, kot je storjeno zgoraj, je odvisna od podrobne geometrije poti. Nasprotno pa je uporaba Lorentzovega zakona neodvisna od takšnih omejitev. Naslednja razprava je namenjena boljšemu razumevanju enakovrednosti poti in izogibanju razjasnitvi podrobnosti poti, izbrane pri uporabi zakona toka.

riž. 5 je idealizacija slike 4, ki prikazuje projekcijo valja na ravnino. Velja enaka analiza na sorodni poti, vendar so narejene nekatere poenostavitve. Časovno neodvisni deli verige ne morejo vplivati na hitrost spremembe toka. Na primer, pri konstantni hitrosti drsenja zanke je tok toka skozi zanko neodvisen od časa. Namesto da bi pri izračunu EMF upoštevali podrobnosti izbrane zaprte zanke, se lahko osredotočite na področje polja B pometena s premikajočo se zanko. Predlog se spušča v iskanje hitrosti, s katero tok prečka verigo. Ta koncept zagotavlja neposredno oceno stopnje spremembe pretoka, tako da vam ni treba skrbeti za časovno bolj odvisne podrobnosti različnih poti vzdolž verige. Tako kot pri uporabi Lorentzovega zakona postane jasno, da kateri koli dve poti, povezani z drsno zanko, vendar se razlikujeta po načinu, na katerega prečkata zanko, ustvarjata tok z enako hitrostjo spremembe.

Na sl. 5 je površina pometanja na enoto časa enaka dA / dt = vℓ, ne glede na podrobnosti izbrane zaprte poti, tako da je po Faradayevem zakonu indukcije EMF enak:

Ta pot neodvisnega EMF kaže, da če drsno zanko zamenjamo s trdno prevodno ploščo ali celo s kakšno zapleteno ukrivljeno površino, bo analiza enaka: poiščite tok v pometnem območju gibljivih delov vezja. Na podoben način, če drsna zanka v bobnu generatorja na sl. 4 se nadomesti s trdnim prevodnim cilindrom, izračun pometane površine se izvede na enak način kot v primeru preproste zanke. To pomeni, da bo EMF, izračunan po Faradayevem zakonu, popolnoma enak kot v primeru jeklenke s trdnimi prevodnimi stenami ali, če vam je ljubše, jeklenke s stenami naribanega sira. Upoštevajte pa, da tok, ki teče kot posledica tega EMF, ne bo popolnoma enak, ker je tok odvisen tudi od upora vezja.

Faraday - Maxwellova enačba

Izmenično magnetno polje ustvari električno polje, ki ga opisuje Faraday-Maxwellova enačba:

pomeni rotor E- električno polje B- gostota magnetnega pretoka.

Ta enačba je prisotna v sodobnem sistemu Maxwellovih enačb, pogosto jo imenujemo Faradayev zakon. Ker pa vsebuje le delne časovne derivate, je njegova uporaba omejena na situacije, ko naboj miruje v časovno spremenljivem magnetnem polju. Ne upošteva elektromagnetne indukcije v primerih, ko se nabiti delec giblje v magnetnem polju.

V drugi obliki je Faradayev zakon mogoče zapisati integralna oblika Kelvin-Stokesov izrek:

Integracija zahteva časovno neodvisno površino Σ (v tem kontekstu se obravnava kot del razlage delnih izpeljank). Kot je prikazano na sl. 6:

Σ - površina, omejena z zaprto konturo ∂Σ , poleg tega, kako Σ in ∂Σ so fiksni, časovno neodvisni, E- električno polje, d ℓ - neskončno majhen konturni element ∂Σ , B- magnetno polje, d A- neskončno mali element površinskega vektorja Σ .

D elementi ℓ in d A imajo nedefinirane znake. Za določitev pravilnih predznakov se uporablja pravilo desne roke, kot je opisano v članku o Kelvin-Stokesovem izreku. Za ravno površino Σ, pozitivna smer elementa poti dℓ krivulja ∂Σ je definirana s pravilom desne roke, da štirje prsti desne roke kažejo v to smer, ko palec kaže v normalni smeri n na površino Σ.

Integralni konec ∂Σ poklical integral poti oz krivolinijski integral... Površinski integral na desni strani Faraday-Maxwellove enačbe je eksplicitni izraz za magnetni tok Φ B skozi Σ ... Upoštevajte, da integral poti, ki ni nič za E razlikuje od obnašanja električnega polja, ki ga ustvarjajo naboji. Ustvarjeno z polnjenjem E-polje lahko izrazimo kot gradient skalarnega polja, ki je rešitev Poissonove enačbe in ima integral ničelne poti.

Integralna enačba velja za kaj pot ∂Σ v prostoru in na kateri koli površini Σ za katerega je ta pot meja.

riž. 7. Območje pometanja vektorskega elementa dℓ krivo ∂Σ med dt pri vožnji s hitrostjo v.

in ob upoštevanju (Gaussova vrsta), (vektorski produkt) in (Kelvin-Stokesov izrek) ugotovimo, da je mogoče celotni izvod magnetnega pretoka izraziti

Z dodajanjem izraza na obe strani Faraday-Maxwellove enačbe in uvedbo zgornje enačbe dobimo:

kar je Faradayev zakon. Tako sta Faradayev zakon in Faraday-Maxwellove enačbe fizično enakovredna.

riž. 7 prikazuje interpretacijo prispevka magnetne sile k EMF na levi strani enačbe. Območje zabrisanega segmenta dℓ krivo ∂Σ med dt pri vožnji s hitrostjo v, je enako:

tako da je sprememba magnetnega toka ΔΦ B skozi omejen del površine ∂Σ med dt, enako:

in če dodamo te ΔΦ B -vhode okoli zanke za vse segmente dℓ , dobimo skupni prispevek magnetne sile k Faradayevemu zakonu. To pomeni, da je ta izraz povezan z motor EMF.

Primer 3: zorni kot premikajočega se opazovalca

Če se vrnemo k primeru na sl. 3, se v premikajočem se referenčnem okviru razkrije tesna povezava med E- in B-polje, pa tudi med motor in inducirano EMF. Predstavljajte si opazovalca, ki se premika z zanko. Opazovalec izračuna EMF v zanki z uporabo Lorentzovega zakona in Faradayevega zakona elektromagnetne indukcije. Ker se ta opazovalec premika z zanko, ne vidi nobenega premika zanke, to je nič v × B... Vendar, saj je polje B spremembe na točki x, gibajoči se opazovalec vidi časovno spremenljivo magnetno polje, in sicer:

kje k je vektor enote v smeri z.

Lorentzov zakon

Faraday-Maxwellova enačba pravi, da gibajoči se opazovalec vidi električno polje E y v smeri osi y določeno s formulo:

Rešitev za E y do konstante, ki nič ne dodaja integralu v zanki:

Z uporabo Lorentzovega zakona, v katerem obstaja samo komponenta električnega polja, lahko opazovalec izračuna EMF vzdolž zanke v času t po formuli:

in vidimo, da je bil popolnoma enak rezultat ugotovljen za stacionarnega opazovalca, ki vidi, da je središče mase x C se je premaknil za znesek x C + v t... Vendar je premikajoči se opazovalec rezultat dobil pod vtisom, da le električni komponento, medtem ko je stacionarni opazovalec menil, da le magnetno komponento.

Faradayev zakon indukcije

Če želite uporabiti Faradayev zakon indukcije, razmislite o opazovalcu, ki se premika s točko x C. Vidi spremembo magnetnega toka, vendar se mu zanka zdi nepremična: središče zanke x C je fiksen, ker se opazovalec premika z zanko. Nato tok:

kjer se znak minus pojavi zaradi dejstva, da ima normala na površino smer, nasprotno uporabljenemu polju B... Iz Faradayevega zakona indukcije je EMF enak:

in vidimo enak rezultat. Pri integraciji se uporablja časovna izpeljanka, saj so meje integracije neodvisne od časa. Spet za pretvorbo časovne izpeljanke v časovno izpeljanko x uporabljajo se metode diferenciacije kompleksne funkcije.

Stacionarni opazovalec vidi EMF kot motor , medtem ko premikajoči se opazovalec misli, da je inducirano EMF.

Električni generator

riž. 8. Električni generator na osnovi Faradayevega diska. Disk se vrti s kotno hitrostjo ω, medtem ko se prevodnik, ki se nahaja vzdolž polmera, premika v statičnem magnetnem polju B... Lorentzova magnetna sila v × B ustvarja tok vzdolž vodnika proti robu, nato se vezje sklene skozi spodnjo krtačo in os nosilne plošče. Tako zaradi mehanskega gibanja nastane tok.

Pojav EMF, ki nastane po Faradayevem zakonu indukcije zaradi relativnega gibanja vezja in magnetnega polja, je osnova delovanja električnih generatorjev. Če se trajni magnet premika glede na prevodnik ali obratno, se prevodnik premika glede na magnet, potem nastane elektromotorna sila. Če je prevodnik priključen na električno obremenitev, bo skozi njega tekel tok, zato se bo mehanska energija gibanja pretvorila v električno energijo. na primer, generator diskov je zgrajen po enakem principu, kot je prikazano na sl. 4. Druga izvedba te ideje je Faradayev disk, prikazan v poenostavljeni obliki na sl. 8. Upoštevajte, da analiza na sl. 5, in neposredna uporaba zakona Lorentzove sile to kaže trdna prevodni disk deluje na enak način.

V primeru Faradayevega diska se disk vrti v enotnem magnetnem polju pravokotno na disk, kar povzroči tok v radialnem kraku zaradi Lorentzove sile. Zanimivo je razumeti, kako se izkaže, da je za nadzor tega toka potrebno mehansko delo. Ko ustvarjeni tok teče skozi prevodni rob, po Amperovem zakonu ta tok ustvari magnetno polje (na sliki 8 je označeno z "Induced B" - Induced B). Platišče tako postane elektromagnet, ki se upira vrtenju diska (primer Lenzovega pravila). Na skrajni strani slike teče povratni tok od vrtljive roke skozi skrajno stran platišča do spodnje krtače. Polje B, ki ga ustvari ta povratni tok, je nasprotno uporabljenemu polju, kar povzroča zmanjšanje pretok skozi skrajno stran verige, v nasprotju z porast tok, ki ga povzroča vrtenje. Na bližnji strani vzorca teče povratni tok od vrtljive roke skozi bližnjo stran platišča do spodnje krtače. Inducirano polje B poveča tok na tej strani verige, v nasprotju z upadati tok, ki ga povzroča vrtenje. Tako obe strani vezja ustvarjata EMF proti rotaciji. Energija, potrebna za ohranjanje gibanja diska v nasprotju s to reaktivno silo, je natančno enaka ustvarjeni električni energiji (plus energija za kompenzacijo izgub zaradi trenja, zaradi sproščanja toplote Joule itd.). To vedenje je skupno za vse generatorje, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno energijo.

Čeprav Faradayev zakon opisuje delovanje katerega koli električnega generatorja, se lahko podroben mehanizem od primera do primera razlikuje. Ko se magnet vrti okoli mirujočega prevodnika, spreminjajoče se magnetno polje ustvari električno polje, kot je opisano v Maxwell-Faradayevi enačbi, in to električno polje potiska naboje skozi prevodnik. Ta primer se imenuje inducirano EMF. Po drugi strani pa, ko magnet miruje in se prevodnik vrti, na gibljive naboje deluje magnetna sila (kot opisuje Lorentzov zakon), in ta magnetna sila potiska naboje skozi prevodnik. Ta primer se imenuje motor EMF.

Električni motor

Električni generator lahko deluje v "obratni smeri" in postane motor. Upoštevajte na primer Faradayev disk. Recimo, da enosmerni tok teče skozi prevodni radialni krak iz neke napetosti. Potem po Lorentzovim zakonu sile na ta gibljivi naboj vpliva sila v magnetnem polju B ki bo zasukal disk v smeri, določeni s pravilom leve roke. V odsotnosti učinkov, ki povzročajo disipativne izgube, kot sta trenje ali Joulova toplota, se bo disk vrtel s takšno hitrostjo, da d Φ B / dt je bila enaka napetosti, ki povzroča tok.

Električni transformator

EMF, ki ga predvideva Faradayev zakon, je tudi razlog za delovanje električnih transformatorjev. Ko se električni tok v žični zanki spremeni, spreminjajoči se tok ustvari izmenično magnetno polje. Druga žica v magnetnem polju, ki ji je dostopna, bo doživela te spremembe v magnetnem polju kot spremembe povezanega magnetnega toka dΦ B / d t... Imenuje se elektromotorna sila, ki nastane v drugi zanki inducirana emf oz EMF transformatorja... Če sta oba konca te zanke povezana z električno obremenitvijo, bo skozi njo tekel tok.

Elektromagnetni merilniki pretoka

Faradayev zakon se uporablja za merjenje pretoka električno prevodnih tekočin in suspenzij. Takšne naprave se imenujejo magnetni merilniki pretoka. Inducirana napetost ℇ, ki nastane v magnetnem polju B zaradi prevodne tekočine, ki se giblje s hitrostjo v, se določi s formulo:

kjer je ℓ razdalja med elektrodama v magnetnem merilniku pretoka.

V katerem koli kovinskem predmetu, ki se premika glede na statično magnetno polje, se bodo pojavili indukcijski tokovi, tako kot v katerem koli mirujočem kovinskem predmetu glede na gibljivo magnetno polje. Ti energijski tokovi so največkrat nezaželeni, ker v kovinski plasti teče električni tok, ki kovino segreva.

Vrtinčni tokovi nastanejo, ko se trdna masa kovine vrti v magnetnem polju, saj zunanji del kovine prečka več silnih črt kot notranji, zato je inducirana elektromotorna sila neenakomerna in teži k ustvarjanju tokov med točkami z najvišji in najnižji potencial. Vrtinčeni tokovi porabijo veliko energije in pogosto povzročijo škodljivo zvišanje temperature.

Ta primer prikazuje skupno pet laminatov ali plošč za prikaz cepitve vrtinčnih tokov. V praksi je število plošč oziroma perforacij med 40 in 66 na palec, kar ima za posledico zmanjšanje izgub zaradi vrtinčnih tokov na približno en odstotek. Čeprav je plošče mogoče ločiti med seboj z izolacijo, ker so ustvarjene napetosti izjemno nizke, naravna rja ali oksidna prevleka plošč zadostuje, da prepreči tok skozi plošče.

Na tej ilustraciji trdna bakrena palica induktorja v vrteči se armaturi preprosto preide pod vrh N pola magneta. Upoštevajte neenakomerno porazdelitev silnih linij po drogu. Magnetno polje je bolj koncentrirano in zato močnejše na levem robu bakrene palice (a, b), medtem ko je na desnem robu šibkejše (c, d). Ker se bosta oba konca palice premikala z enako hitrostjo, bo ta razlika v jakosti polja skozi palico ustvarila trenutne vrtince znotraj bakrene palice.

Za opis procesov v fiziki in kemiji obstajajo številni zakoni in razmerja, pridobljena eksperimentalno in z izračunom. Nobene študije ni mogoče izvesti brez predhodne ocene procesov s teoretičnimi razmerji. Faradayevi zakoni se uporabljajo v fiziki in kemiji, v tem članku pa vam bomo poskušali na kratko in jasno povedati o vseh slavnih odkritjih tega velikega znanstvenika.

Zgodovina odkritij

Faradayev zakon v elektrodinamiki sta odkrila dva znanstvenika: Michael Faraday in Joseph Henry, vendar je Faraday objavil rezultate svojega dela že prej - leta 1831.

V svojih demonstracijskih poskusih avgusta 1831 je uporabil železen torus z žico, navito na nasprotnih koncih (ena žica na stran). Na konce ene od prvih žic je napajal napajanje iz galvanske baterije, na sponke druge pa priključil galvanometer. Zasnova je bila podobna sodobnemu transformatorju. Ob občasnem vklopu in izklopu napetosti na prvi žici je opazil izbruhe na galvanometru.

Galvanometer je zelo občutljiv instrument za merjenje jakosti majhnih tokov.

Tako je bil prikazan učinek magnetnega polja, ki nastane kot posledica toka v prvi žici na stanje drugega prevodnika. Ta udar se je prenašal s prvega na drugega skozi jedro - kovinski torus. Kot rezultat raziskav so odkrili tudi vpliv trajnega magneta, ki se giblje v tuljavi, na njeno navitje.

Nato je Faraday razložil pojav elektromagnetne indukcije v obliki črt sile. Druga je bila naprava za ustvarjanje enosmernega toka: bakren disk se je vrtel v bližini magneta, žica, ki drsi po njej, pa je bila zbiralnik toka. Ta izum se imenuje Faradayev disk.

Znanstveniki tistega obdobja niso prepoznali Faradayevih idej, toda Maxwell je raziskavo vzel v osnovo svoje magnetne teorije. Leta 1836 je Michael Faraday vzpostavil odnose za elektrokemične procese, ki so bili imenovani Faradayevi zakoni elektrolize. Prvi opisuje razmerje med maso snovi, ki se sprosti na elektrodi, in tekočim tokom, drugi pa razmerje med maso snovi v raztopini in sproščenim na elektrodi za določeno količino električne energije.

Elektrodinamika

Prva dela se uporabljajo v fiziki, natančneje pri opisu delovanja električnih strojev in naprav (transformatorji, motorji itd.). Faradayev zakon pravi:

Za vezje je inducirana EMF neposredno sorazmerna z velikostjo hitrosti magnetnega toka, ki se premika skozi to vezje z znakom minus.

To lahko rečemo s preprostimi besedami: hitreje kot se magnetni tok premika skozi vezje, več EMF nastane na njegovih sponkah.

Formula izgleda takole:

Tukaj je dФ magnetni tok, dt pa enota časa. Znano je, da je prva časovna izpeljanka hitrost. To je hitrost gibanja magnetnega toka v tem konkretnem primeru. Mimogrede, vir magnetnega polja (tuljava s tokom - elektromagnet ali trajni magnet) in vezje se lahko premikata.

Tukaj lahko tok izrazimo z naslednjo formulo:

B je magnetno polje in dS površina.

Če upoštevamo tuljavo s tesno navitimi zavoji, s številom zavojev N, potem Faradayev zakon izgleda takole:

Magnetni tok v formuli za en obrat, merjen v Webru. Tok, ki teče v vezju, se imenuje induktiven.

Elektromagnetna indukcija je pojav toka v zaprti zanki pod vplivom zunanjega magnetnega polja.

V zgornjih formulah ste morda opazili znake modula, brez njih ima nekoliko drugačno obliko, kot je bilo rečeno v prvi formulaciji, z znakom minus.

Znak minus pojasnjuje Lenzovo pravilo. Tok, ki nastane v vezju, ustvarja magnetno polje, usmerjeno je v nasprotno smer. To je posledica zakona ohranjanja energije.

Smer indukcijskega toka lahko določimo s pravilom desne roke ali, smo ga podrobno obravnavali na naši spletni strani.

Kot smo že omenili, zahvaljujoč pojavu elektromagnetne indukcije delujejo električni stroji, transformatorji, generatorji in motorji. Slika prikazuje tok toka v navitju armature pod vplivom magnetnega polja statorja. V primeru generatorja, ko se njegov rotor vrti z zunanjimi silami, v navitjih rotorja nastane EMF, tok ustvari magnetno polje, usmerjeno v nasprotno smer (isti predznak minus v formuli). Več toka, ki ga porabi obremenitev generatorja, večje je to magnetno polje in težje ga je vrteti.

In obratno - ko v rotorju teče tok, nastane polje, ki deluje s statorskim poljem in rotor se začne vrteti. Z obremenitvijo gredi se tok v statorju in v rotorju poveča, medtem ko je treba zagotoviti preklapljanje navitij, vendar je to druga tema, povezana z zasnovo električnih strojev.

V središču delovanja transformatorja je vir gibljivega magnetnega toka izmenično magnetno polje, ki izhaja iz toka izmeničnega toka v primarnem navitju.

Če želite to vprašanje podrobneje preučiti, priporočamo ogled videoposnetka, ki enostavno in enostavno pove Faradayev zakon za elektromagnetno indukcijo:

Elektroliza

Poleg raziskav o EMF in elektromagnetni indukciji je znanstvenik prišel do velikih odkritij v drugih disciplinah, vključno s kemijo.

Ko tok teče skozi elektrolit, začnejo ioni (pozitivni in negativni) hiteti do elektrod. Negativni se premikajo proti anodi, pozitivni pa proti katodi. V tem primeru se na eni od elektrod sprosti določena masa snovi, ki jo vsebuje elektrolit.

Faraday je izvajal poskuse, prenašal različne tokove skozi elektrolit in meril maso snovi, nanesene na elektrode, sklepal vzorce.

m je masa snovi, q je naboj, k pa je odvisen od sestave elektrolita.

In naboj je mogoče izraziti v smislu toka v določenem časovnem obdobju:

I = q / t, potem q = i * t

Zdaj lahko določite maso snovi, ki se bo sprostila, ob poznavanju toka in časa, ko je tekla. To se imenuje prvi Faradayev zakon elektrolize.

drugi zakon:

Masa kemičnega elementa, ki se bo usedel na elektrodo, je neposredno sorazmerna z ekvivalentno maso elementa (molarna masa, deljena s številom, ki je odvisno od kemične reakcije, v kateri je snov vključena).

Glede na zgoraj navedeno so ti zakoni združeni v formulo:

m je masa sproščene snovi v gramih, n je število prenesenih elektronov v procesu elektrode, F = 986485 C / mol je Faradayjevo število, t je čas v sekundah, M je molska masa snovi, g/mol.

V resnici je zaradi različnih razlogov masa oddane snovi manjša od izračunane (pri izračunu ob upoštevanju tekočega toka). Razmerje med teoretično in realno maso se imenuje trenutna učinkovitost:

B t = 100 % * m calc / m teorija

Faradayjevi zakoni so pomembno prispevali k razvoju sodobne znanosti, zahvaljujoč njegovemu delu imamo elektromotorje in generatorje električne energije (pa tudi delo njegovih privržencev). Z delovanjem EMF in pojavom elektromagnetne indukcije smo dobili večino sodobne električne opreme, vključno z zvočniki in mikrofoni, brez katerih ni mogoče poslušati plošč in glasovne komunikacije. Elektrolizni postopki se uporabljajo pri metodi galvanizacije premaznih materialov, ki ima tako dekorativno kot praktično vrednost.

Povezani materiali:

Všeč mi je ( 0 ) Ne maram( 0 )

V našem svetu so vse vrste obstoječih sil, razen gravitacijskih, predstavljene z elektromagnetnimi interakcijami. V vesolju, kljub neverjetni raznolikosti učinkov teles drug na drugega, v kakršnih koli snoveh, živih organizmih, vedno obstaja manifestacija elektromagnetne sile... Kako je potekalo odkritje elektromagnetne indukcije (EI), bomo opisali v nadaljevanju.

V stiku z

Odkritje EI

Vrtenje magnetne igle v bližini prevodnika s tokom v Oerstedovih poskusih je bilo prvo, ki je pokazalo povezavo med električnimi in magnetnimi pojavi. Očitno: električni tok se »obkroži« z magnetnim poljem.

Ali je torej mogoče doseči njen videz s pomočjo magnetnega polja - podobno nalogo si je zadal Michael Faraday. Leta 1821 je to lastnost zabeležil v svojem dnevniku o preoblikovanju magnetizma v.

Uspeh znanstveniku ni prišel takoj. Le globoko zaupanje v enotnost naravnih sil in trdo delo sta ga deset let pozneje pripeljala do novega velikega odkritja.

Faraday in drugi njegovi kolegi dolgo časa niso dobili rešitve za problem, ker so poskušali pridobiti elektriko v stacionarni tuljavi z delovanjem konstantnega magnetnega polja. Medtem je pozneje postalo jasno: število sil, ki prodirajo skozi žice, se spremeni in nastane elektrika.

Fenomen EI

Proces pojava elektrike v tuljavi kot posledica spremembe magnetnega polja je značilen za elektromagnetno indukcijo in opredeljuje ta koncept. Povsem naravno je, da se sorta, ki nastane med tem procesom, imenuje indukcija. Učinek bo vztrajal, če samo tuljavo pustite negibno, vendar se magnet hkrati premakne. Z uporabo druge tuljave lahko popolnoma brez magneta.

Če prenesete elektriko skozi eno od tuljav, potem ko se premikajo skupaj indukcijski tok se bo pojavil v drugem... Lahko postavite eno tuljavo na drugo in spremenite napetost ene od njih, zaprete in odprete ključ. V tem primeru se magnetno polje, ki prežema tuljavo, na katero vpliva ključ, spremeni in to postane vzrok za indukcijski tok v drugi.

zakon

Med poskusi je enostavno ugotoviti, da se število sil, ki prodirajo v tuljavo, poveča - puščica uporabljene naprave (galvanometer) se premakne v eno smer, zmanjša v drugo. Natančnejša študija kaže, da je moč indukcijskega toka neposredno sorazmerna s hitrostjo spremembe števila silnih linij. To je osnovni zakon elektromagnetne indukcije.

Ta zakon izraža formulo:

Uporablja se, če se v časovnem obdobju t magnetni tok spremeni za enako količino, ko je hitrost spremembe magnetnega pretoka Ф / t konstantna.

Pomembno! Za indukcijske tokove velja Ohmov zakon: I = / R, kjer je indukcijska EMF, ki jo najdemo po zakonu EI.

Čudovite poskuse, ki jih je nekoč izvajal slavni angleški fizik in ki so postali osnova zakona, ki ga je odkril, danes lahko brez večjih težav izvede vsak šolar. Za te namene se uporabljajo naslednje:

magnet,
dve žični koluti,
vir električne energije,
galvanometer.

Pritrdimo magnet na stojalo in nanj pripeljemo tuljavo s konci, povezanimi z galvanometrom.

Z obračanjem, nagibanjem in premikanjem gor in dol spreminjamo število črt magnetnega polja, ki prodirajo v njegove tuljave.

Galvanometer registrira pojav elektrike s stalno spreminjajočo se velikostjo in smerjo med izkušnjo.

Tuljava in magnet, ki sta drug glede drugega v mirovanju, ne bosta ustvarila pogojev za nastanek elektrike.

Drugi Faradayevi zakoni

Na podlagi opravljene raziskave sta nastala še dva istoimenska zakona:

Bistvo prvega je naslednji vzorec: masa snovi m Ustvarjena z električno napetostjo na elektrodi, je sorazmerna s količino električne energije Q, ki prehaja skozi elektrolit.
Opredelitev drugega Faradayevega zakona ali odvisnosti elektrokemičnega ekvivalenta od atomske teže elementa in njegove valence je oblikovana takole: elektrokemični ekvivalent snovi je sorazmeren z njeno atomsko maso in obratno sorazmerna z valenco.

Od vseh obstoječih vrst indukcije je zelo pomembna ločena vrsta tega pojava - samoindukcija. Če vzamemo tuljavo, ki ima veliko število zavojev, potem ko je vezje zaprto, lučka ne zasveti takoj.

Ta postopek lahko traja nekaj sekund. Na prvi pogled zelo presenetljivo dejstvo. Če želite razumeti, kaj je tukaj, morate ugotoviti, kaj se dogaja trenutek zapiranja tokokroga... Zaprto vezje, kot da "prebudi" električni tok, ki se začne premikati vzdolž zavojev žice. Hkrati se v prostoru okoli njega takoj ustvari naraščajoče magnetno polje.

Zavoje tuljave prebija spreminjajoče se elektromagnetno polje, ki ga koncentrira jedro. Indukcijski tok, ki se vzbudi v zavojih tuljave s povečanjem magnetnega polja (v trenutku zaprtja vezja), nasprotuje glavnemu. Takojšnje doseganje največje vrednosti v trenutku zaprtja vezja je nemogoče, postopoma "raste". Tukaj je razlaga, zakaj žarnica ne utripa takoj. Ko se vezje odpre, se glavni tok ojača z indukcijo kot posledica pojava samoindukcije, žarnica pa močno utripa.

Pomembno! Za bistvo pojava, imenovanega samoindukcija, je značilna odvisnost spremembe, ki vzbuja indukcijski tok elektromagnetnega polja, od spremembe jakosti električnega toka, ki teče skozi vezje.

Smer samoindukcijskega toka določa Lenzovo pravilo. Samoindukcijo je enostavno primerjati z vztrajnostjo na področju mehanike, saj imata oba pojava podobne značilnosti. Pravzaprav v rezultat vztrajnosti pod vplivom sile telo pridobi določeno hitrost postopoma in ne v trenutku. Ne takoj - pod vplivom samoindukcije -, ko je baterija priključena na vezje, se pojavi tudi elektrika. V nadaljevanju primerjave s hitrostjo ugotavljamo, da tudi ne more takoj izginiti.

Vrtlinski tokovi

Prisotnost vrtinčnih tokov v masivnih prevodnikih lahko služi kot še en primer elektromagnetne indukcije.

Strokovnjaki vedo, da kovinska jedra transformatorjev, armature generatorja in elektromotorji niso nikoli trdni. Ko so izdelane, se na posamezne tanke plošče, iz katerih so sestavljene, nanese plast laka, ki izolira en list od drugega.

Ni težko razumeti kakšna sila sili človeka, da ustvari prav takšno napravo... Pod vplivom elektromagnetne indukcije v izmeničnem magnetnem polju jedro prebijejo silnice vrtinčnega električnega polja.

Predstavljajmo si, da je jedro iz trdne kovine. Ker je njegov električni upor majhen, bi bil pojav velike indukcijske napetosti povsem razumljiv. Jedro bi se sčasoma segrelo in veliko električne energije je bilo neuporabno zapravljeno. Poleg tega bi bilo treba sprejeti posebne ukrepe za hlajenje. In izolacijski sloji ne dovoljujejo dosegajo velike vrednosti.

Indukcijski tokovi, ki so lastni masivnim prevodnikom, se ne imenujejo naključno vrtinčni tokovi - njihove črte so zaprte kot črte sile električnega polja, kjer nastanejo. Najpogosteje se vrtinčni tokovi uporabljajo pri delovanju indukcijskih metalurških peči za taljenje kovin. V interakciji z magnetnim poljem, ki jih je ustvarilo, včasih postanejo vzrok za zabavne pojave.

Vzemimo močan elektromagnet in med njegove navpično postavljene drogove postavite na primer kovanec za pet kopejk. V nasprotju s pričakovanji ne bo padel, ampak se bo počasi spuščal. Trajalo bo nekaj sekund, da bo prepotovala nekaj centimetrov.

Postavimo na primer kovanec za pet kopejk med navpično nameščena pola močnega elektromagneta in ga izpustimo.

V nasprotju s pričakovanji ne bo padel, ampak se bo počasi spuščal. Trajalo bo nekaj sekund, da bo prepotovala nekaj centimetrov. Gibanje kovanca je podobno gibanju telesa v viskoznem mediju. Zakaj se to dogaja.

Po Lenzovem pravilu so smeri vrtinčnih tokov, ki nastanejo pri gibanju kovanca v nehomogenem magnetnem polju, takšne, da polje magneta potiska kovanec navzgor. Ta funkcija se uporablja za "umiritev" puščic v merilnih instrumentih. Na kazalec je pritrjena aluminijasta plošča, ki se nahaja med magnetnimi poli, in vrtinčni tokovi, ki nastanejo v njej, prispevajo k hitremu dušenju nihanj.

Predstavitev fenomena elektromagnetne indukcije neverjetne lepote predlagal profesor moskovske univerze V.K. Arkadjev. Vzemite superprevodno svinčeno posodo in poskusite nanjo spustiti magnet. Ne bo padel, ampak se bo zdelo, da "lebdi" nad skledo. Razlaga je preprosta: ničelni električni upor superprevodnika prispeva k nastajanju električne energije v njem velike velikosti, ki lahko dolgo vztraja in "drži" magnet nad skledo. Po Lenzovem pravilu je smer njihovega magnetnega polja taka, da odbija magnet in mu ne dovoli, da pade.

Študiramo fiziko – zakon elektromagnetne indukcije

Besedilo Faradayevega zakona je pravilno

Zaključek

Elektromagnetne sile so sile, ki ljudem omogočajo, da vidijo svet okoli sebe in so v naravi pogostejše, na primer svetloba je tudi primer elektromagnetnih pojavov. Brez tega pojava si ni mogoče predstavljati življenja človeštva.

Vrsta