Электромагнитная индукция формулы и определения: 1.20. Электромагнитная индукция. Правило Ленца

Закон электромагнитной индукции — формулы, определение, примеры

Содержание:

Магнитная индукция – что это такое простым языком

Магнитная индукция – одна из основных характеристик магнитного поля. Представляет собой векторную величину. И характеризует силу магнитного действия поля на перемещающиеся внутри него заряженные частицы.

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

Опыты Фарадея

• На одну непроводящую основу были намотаны две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а второй – подключены к источнику тока. При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.
• Первая катушка была подключена к источнику тока, вторая, подключенная к гальванометру, перемещалась относительно нее. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.
• Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется – вдвигается (выдвигается) – относительно катушки.

Опыты показали, что индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Объяснения возникновения индукционного тока

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС. Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1861 году.

Свойства вихревого электрического поля:

• источник – переменное магнитное поле;
• обнаруживается по действию на заряд;
• не является потенциальным;
• линии поля замкнутые.

Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике.

В чем заключается явление электромагнитной индукции?

В общем смысле явление электромагнитное индукции заключается в генерации электрического тока с помощью магнитного поля.

Скажем точнее, явление электромагнитной индукции заключается в образовании электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике в результате изменения потока магнитного поля, пронизывающего поверхность, охватывающую проводник. В замкнутой цепи электродвижущая сила (ЭДС) вызывает протекание электрического тока.

В приведенном выше определении явления могут быть неясными два понятия — ЭДС индукции и магнитный поток.

ЭДС индукции.

Абсолютная величина электродвижущей силы ( ЭДС индукции с символом εинд ) есть работа внешней силы Az, которая вызывает перемещение единичного заряда по цепи. Следовательно: | εинд | = Az / q .

Как видите, в определении мы использовали абсолютное значение ЭДС индукции. Это потому, что оно может быть отрицательным, при определенных ситуациях. С другой стороны, работа внешних сил, согласно принципу сохранения энергии, всегда, при генерации электрического тока, должна быть положительной.

Определение потока магнитной индукции.

Поток магнитной индукции B через поверхность S называется скалярным произведением векторов B и S: dФ = B * S * cos α , где α — угол между двумя векторами, а S — вектор, перпендикулярный поверхности S с величиной, равной площади этой поверхности.

Магнитный поток будет меняться при изменении любой величины, входящей в формулу — площади поверхности, значения магнитной индукции, угла между площадью поверхности и вектором индукции — при сохранении постоянства остальных переменных. Конечно, все эти величины могут изменяться одновременно, но таким образом, что их произведение не остается постоянным.

О том, что электрический ток является источником магнитного поля, было известно с 1820 года (работа Орстеда). Фарадей задался вопросом, не верно ли и обратное — не может ли магнитное поле быть источником (причиной) электрического тока. Однако дело оказалось не таким простым. Только в 1831 году ученый наблюдал это явление при определенных особых обстоятельствах. Оказалось, что при стабильных условиях электрический ток не возникает.

Почему это происходит? Даже в очень сильном, но постоянном во времени магнитном поле электрический ток не будет течь в замкнутой цепи «сам по себе». Он течет только тогда, когда мы соответствующим образом перемещаем контур или изменяем магнитное поле, в котором находится контур.

Когда Фарадей обратил внимание на условия, при которых в присутствии магнитного поля возникает электрический ток, он провел десятки экспериментов, которые обобщил и из которых сделал количественные выводы в виде закона электромагнитной индукции. Мы не будем здесь говорить об этом законе, а сосредоточимся только на сути явления электромагнитной индукции. Мы попытаемся увидеть двойственность этого явления, т.е. то, что оно имеет две разновидности, и ответить на вопрос, почему электрический ток течет при определенных условиях.

Мы рассмотрим, какие силы вызывают индукционный ток, т.е. какие силы действуют на свободные заряды в проводнике, заставляя их двигаться.

Эксперимент Фарадея 1831 года, демонстрирующий электромагнитную индукцию между двумя катушками Справа находится аккумулятор, питающий меньшую из двух катушек (A), которая создает магнитное поле. Когда эта катушка находится в состоянии покоя, индукционный ток не наблюдается. Однако если переместить его внутрь большей катушки (B), переменный магнитный поток индуцирует в ней ток. Мы обнаруживаем это, наблюдая за колебаниями стрелки гальванометра (G) слева.

Эксперимент Фарадея 1831 года, демонстрирующий электромагнитную индукцию между двумя катушками

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​( N )​ витков, то ЭДС индукции:

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​( R )​:

При движении проводника длиной ​( l )​ со скоростью ​( v )​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​( vec{B} )​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

где ​( alpha )​ – угол между векторами ​( vec{B} )​ и ( vec{v} ).

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Важно!
Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

• магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле;
• вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея.

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

• в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца;
• в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Правило Ленца

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: 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.

Алгоритм решения задач с использованием правила Ленца:

• определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля;
• выяснить, как изменяется магнитный поток;
• определить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток уменьшается, то они сонаправлены с линиями внешнего магнитного поля; если магнитный поток увеличивается, – противоположно направлению линий магнитной индукции внешнего поля;
• по правилу буравчика, зная направление линий индукции магнитного поля индукционного тока, определить направление индукционного тока.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Формула магнитной индукции

где, В — вектор магнитной индукции, F — максимальная сила действующая на проводник с током, I — сила тока в проводнике, l — длина проводника.

Обозначение и единицы измерения

В системе единиц СИ индуктивность измеряется в генри, сокращенно Гн, в системе СГС — в сантиметрах (1 Гн = 10 9 см) . Контур обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на один ампер в секунду на выводах контура будет возникать напряжение в один вольт. Реальный, не сверхпроводящий, контур обладает омическим сопротивлением R, поэтому на нём будет дополнительно возникать напряжение U=I*R, где I — сила тока, протекающего по контуру в данное мгновение времени.

Символ , используемый для обозначения индуктивности, был взят в честь Ленца Эмилия Христиановича (Heinrich Friedrich Emil Lenz)

. Единица измерения индуктивности названа в честь Джозефа Генри (Joseph Henry) [8] . Сам термин индуктивность был предложен Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside) в феврале 1886 года.

Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре:
где коэффициент пропорциональности L называетсяиндуктивностью контура. При изменении в контуре силы тока будет также изменяться и сцепленный с ним магнитный поток; значит, в контуре будет индуцироваться э.д.с. Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называетсясамоиндукцией. Из выражения задается единица индуктивности генри (Гн): 1 Гн — индуктивность контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб/с = 1 В

Вычислим индуктивность бесконечно длинного соленоида. Полный магнитный поток сквозь соленоид (потокосцепление) равен μμ(N 2 I/l)S . Подставив в найдем
т. е. индуктивность соленоида зависит от длиныl солениода, числа его витков N, его , площади S и магнитной проницаемости μ вещества, из которого изготовлен сердечник соленоида. Доказано, что индуктивность контура зависит в общем случае только от геометрической формы контура, его размеров и магнитной проницаемости среды, в которой он расположен, и можно провести аналог индуктивности контура с электрической емкостью уединенного проводника, которая также зависит только от формы проводника, его размеров и диэлектрической проницаемости среды. Найдем, применяя к явлению самоиндукции закон Фарадея, что э.д.с. самоиндукции равна
Если контур не претерпевает деформаций и магнитная проницаемость среды остается неизменной (в дальнейшем будет показано, что последнее условие выполняется не всегда), то L = const и
(3) где знак минус, определяемый правилом Ленца, говорит о том, чтоналичие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем. Если ток со временем увеличивается, то (dI/dt 0 т. е. ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешним источником, и замедляет его увеличение. Если ток со временем уменьшается, то (dI/dt>0) и ξs >1), обладающей боль­шой индуктивностью, э.д.с. самоиндукции может во много раз превышать э.д.с. источника тока, включенного в цепь. Таким образом, необходимо учитывать, что контур, содержащий индуктивность, нельзя резко размыкать, так как это (возникнове­ние значительных э.д.с. самоиндукции) может привести к пробою изоляции и выводу из строя измерительных приборов. Если в контур сопротивление вводить постепенно, то э.д.с. самоиндукции не достигнет больших значений.

Явление взаимной индукции. Трансформатор.

Рассмотрим два неподвижных контура, которые расположены достаточно близко друг от друга. Если в контуре 1 протекает ток , то магнитный поток, который создавается этим током (поле, создающее этот поток, на рисунке изображено сплошными линиями), прямо пропорционален I1. Обозначим через Ф21 часть потока,пронизывающая контур 2. Тогда
где L21 — коэффициент пропорциональности.

Если ток I1 меняет свое значение, то в контуре 2 индуцируется э.д.с. ξi2 , которая по закону Фарадея будет равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф21, который создается током в первом контуре и пронизыващет второй:
Аналогичным образом, при протекании в контуре 2 тока I2 магнитный поток  пронизывает первый контур. Если Ф12 — часть этого потока, который пронизывает контур 1, то
Если ток I2 меняет свое значение, то в контуре 1 индуцируется э. д.с. ξi1 , которая равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф12, который создается током во втором контуре и пронизывает первый:
Явление возникновения э.д.с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности L21 и L12 называются взаимной индуктивностью контуров. Расчеты, которые подтверждены опытом, показывают, что L21 и L12 равны друг другу, т. е.
Коэффициенты пропорциональности L12 и L21 зависят от размеров, геометрической формы, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости среды, окружающей контуры. Единица взаимной индуктивности та же, что и для индуктивности, — генри (Гн). Найдем взаимную индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник. Этот случай имеет большое практическое значение. Магнитная индукция поля, которое создавается первой катушкой с числом витков N1, током I1 и магнитной проницаемостью μ сердечника, B = μμ(N1I1/l) где l — длина сердечника по средней линии. Магнитный поток сквозь один виток второй катушки Ф2 = BS = μμ(N1I1/l)S

Значит, полный магнитный поток (потокосцепление) сквозь вторичную обмотку, которая содержит N2 витков,
Поток Ψ создается током I1, поэтому, используя, найдем
Если рассчитать магнитный поток, который создавается катушкой 2 сквозь катушку 1, то для L12 получим выражение в соответствии с формулой. Значит, взаимная индуктивность двух катушек, которые намотаны на общий тороидальный сердечник,
Трансформа́тор (от лат.transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредствомэлектромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений) переменного тока без изменения частоты системы (напряжения) переменного тока

Открытие электромагнитной индукции

Практически сразу с момента открытия электрического тока было выявлено, что ток, проходящий по проводнику, создает магнитное поле.

Логично было предположить, что магнитное поле тоже может создать движение электрических зарядов в проводнике. Многие ученые безуспешно бились над этой задачей. Однако, электрические заряды, помещенные в постоянное магнитное поле, никак на него не реагировали.

Открытие было сделано М. Фарадеем 29 августа 1831 года (редкий случай, когда точно известна дата открытия).
В опыте использовались две катушки – одна создавала магнитное поле, вторая была расположена рядом, так, чтобы сквозь нее проходили магнитные линии первой катушки. Вторая катушка была подключена к гальванометру, который был предназначен для определения возникающего в ней электрического тока.

Опыт Фарадея с двумя катушками.

Опыт давал отрицательный результат, постоянное поле, пронизывающее вторую катушку, не создавало в ней электрического тока, сколько бы времени не прошло. Но, Фарадей заметил, что перед самым опытом, в момент пуска электрического тока через первую катушку, стрелка гальванометра давала слабое колебание. Порядок опыта был перестроен – теперь главное внимание было уделено моменту включения. И выяснилось, что включение и выключение тока через первую катушку вызывает возникновение импульса тока во второй катушке.

В дальнейшем было определено, что для появления импульса можно не только включать и выключать магнитное поле другой катушкой, а, к примеру, приближать и удалять обычный постоянный магнит.

Причем, возникающий ток (как и любой ток в проводнике) создает свое магнитное поле, а направлен он так, чтобы возникающее магнитное поле препятствовало причине, создавшей ток в контуре. Данное правило было позже открыто русским физиком Э.Ленцем.

Многие исследователи, разрабатывавшие теорию электричества, такие, как Х.Эрстед, Ж.Колладон, Дж.Генри, были близки к открытию. Но колебание стрелки в момент запуска или выключения установки они либо вообще не замечали, либо расценивали, как результат случайных внешних сотрясений и не придавали ему значения.

Физический смысл магнитной индукции

Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру (катушка состоит из металла). В кристаллической решетке металла расположены электрические заряды — электроны. Если на металл не оказывать ни какое магнитное воздействие, то заряды (электроны) находятся в покое и никуда не движутся.

В результате чего в металле возникает электрический ток. Сила этого тока зависит от физических свойств магнита и катушки и скорости перемещения одного относительно другого.

При помещении металлической катушки в магнитное поле заряженные частицы металлический решетки (в кашутке) поворачиваются на определенный угол и размещаются вдоль силовых линий магнитного поля.

Чем выше сила магнитного поля, тем больше количество частиц поворачиваются и тем более однородным будет являться их расположение.

Магнитные поля, ориентированные в одном направлении не нейтрализуют друг друга, а складываются, формируя единое поле.

Электромагнитная индукция и магнитная индукция: какая между ними разница?

Электромагнитная индукция — это производство электродвижущей силы, создаваемой в результате относительного движения между магнитным полем и проводником.

Магнитная индукция может производить постоянный магнит, но может и не производить.

Электромагнитная индукция создаёт ток, но таким образом, что этот созданный ток противодействует изменению магнитного поля.

В электромагнитной индукции используются магниты и электрические цепи, а в магнитной индукции используются только магниты и магнитные материалы.

Теория

Магнитное поле относится к силовым, значит, его характеризуют индукцией. Последняя обнаруживается двумя путями:

•  по наличию силы Ампера, оказывающей воздействие на прямой проводник, пропускающий электрический ток;
•  пиковым вращающим моментом, действующим на закрытый контур с магнитным моментом.

Исследуя магнитные поля посредством проводящего электричество проводника, модуль их индукции вычисляется как отношение пикового значения силы Ампера FA, оказывающей воздействие на проводник к произведению силы проходящего по нему тока, умноженную на активную длину проводящего ток провода. Магнитное поле относится к однородным, если в его точках вектор B одинаков по модулю и направлению.

Направление индукции определяется по следующему алгоритму:

1. Прямолинейный проводник ориентируется в поле так, чтобы действовала как можно большая сила FA.
2. Левая рука с раскрытой ладонью помещается у проводника.
3. Четыре пальца указывают на направление протекания тока.
4. Большой палец отгибается на 90°, указывает направление FA.
5. Вектор индукции направлен в раскрытую ладонь под углом 90°.

Алгоритм называется правилом левой руки.

Вектор индукции для соленоида входит в катушку со стороны, где ток двигается по ходу часовой стрелки.

Силовые линии обнаруживаются и при помощи металлических опилок.

Изменяя параметры поля и соленоида, формируют интересные узоры.

Практическое применение явления электромагнитной индукции

Радиовещание

Переменное магнитное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создаёт в окружающем пространстве

электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитное поле, и т. д. Взаимно порождая друг

друга, эти поля образуют единое переменное электромагнитное поле – электромагнитную волну.

Возникнув в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве

со скоростью света -300000 км/с.

Магнитотерапия

В спектре частот разные места занимают радиоволны, свет, рентгеновское излучение и другие

электромагнитные излучения. Их обычно характеризуют непрерывно связанными между собой

электрическими и магнитными полями.

Синхрофазотроны

В настоящее время под магнитным полем понимают особую форму материи состоящую из заряженных частиц.

В современной физике пучки заряженных частиц используют для проникновения в глубь атомов с целью их

изучения. Сила, с которой действует магнитное поле на движущуюся заряженную частицу, называется силой

Лоренца.

Расходомеры – счётчики

Метод основан на применении закона Фарадея для проводника в магнитном поле: в потоке электропроводящей

жидкости, движущейся в магнитном поле наводится ЭДС, пропорциональная скорости потока, преобразуемая

электронной частью в электрический аналоговый/цифровой сигнал.

Генератор постоянного тока

В режиме генератора якорь машины вращается под действием внешнего момента. Между полюсами статора

имеется постоянный магнитный поток, пронизывающий якорь. Проводники обмотки якоря движутся в магнитном

поле и, следовательно, в них индуктируется ЭДС, направление которой можно определить по правилу “правой

руки”. При этом на одной щетке возникает положительный потенциал относительно второй. Если к зажимам

генератора подключить нагрузку, то в ней пойдет ток.

Трансформаторы

Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния,

распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных,

сигнализационных и других устройствах.

Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформатор

представляет собой сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются

две, а иногда и больше обмоток (катушек) из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник

электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки – вторичными.

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в три раза больше витков, чем в первичной, то магнитное поле,

созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней в три раза больше

напряжение.

Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить

пониженное напряжение

Предыдущая

РазноеСумеречные выключатели

Следующая

РазноеЧто такое ограничитель перенапряжения и как он работает?

Магнитная индукция, магнитный поток: определение, формулы, смысл

На чтение 11 мин Опубликовано 22.09.2021 Обновлено 23. 09.2021

Содержание

1. Физический смысл магнитной индукции
2. Формула магнитной индукции
3. Формула магнитной индукции:
4. Другие формулы, где встречается B
5. Сила Ампера:
6. Сила Лоренца:
7. Магнитный поток:
8. Магнитный поток
9. Взаимодействие магнитов
10. Направление вектора МИ
11. Наглядное отображение линий МИ
12. Основные формулы для вычисления вектора МИ
13. Закон электромагнитной индукции
14. Закон Био-Савара-Лапласа
15. Принцип суперпозиции
16. Правило Ленца
17. Электромагнитная индукция

Физический смысл магнитной индукции

Физически это явление объясняется следующим образом. Металл имеет кристаллическую структуру (катушка металлическая). В кристаллической решетке металла есть электрические заряды – электроны. Если на металл не действует магнитное воздействие, заряды (электроны) покоятся и никуда не движутся.

Васильев Дмитрий ПетровичПрофессор электротехники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Если металл попадает под действие переменного магнитного поля (из-за движения постоянного магнита внутри катушки – точное смещение), то заряды начинают двигаться под действием влияние этого магнитного поля.

В результате в металле образуется электрический ток. Сила этого тока зависит от физических свойств магнита и катушки и скорости движения одного относительно другого.

Когда металлическую катушку помещают в магнитное поле, заряженные частицы металлической решетки (в каштане) поворачиваются на определенный угол и размещаются вдоль силовых линий магнитного поля.

Чем больше напряженность магнитного поля, тем большее количество частиц вращается и тем более равномерным будет их расположение.

Магнитные поля, ориентированные в одном направлении, не нейтрализуют друг друга, а складываются в единое поле.

Формула магнитной индукции

где V – вектор магнитной индукции, F – максимальная сила, действующая на проводник с током, I – ток в проводнике, l – длина проводника.

Формула магнитной индукции:

Формула магнитной индукции: B = Mmax / IS

Где:

• B – индукция магнитного поля (в Тл)
• Mmax – максимальный крутящий момент магнитных сил, приложенных к раме (в Нм)
• l – длина жилы (в м)
• S – площадь рамы (в м2²)

Другие формулы, где встречается B

Эти формулы также можно использовать для его расчета.

Сила Ампера:

Сила ампер: Fa = IBL sinα

Где:

• Fa – сила ампер (в N – ньютон)
• I – сила тока (в А – амперах)
• B – индукция магнитного поля (в Тл)
• L – длина жилы (в м)
• α – угол между вектором B и одним из направлений (текущая сила, скорость и т д.; измеряется в рад или градусах.)

Сила Лоренца:

Сила Лоренца: Fl = qvB sinα

Где:

• Fl – сила Лоренца (в Н – Ньютон)
• q – заряд частицы (в Кл – кулонах)
• v – скорость (в м / с)
• B – индукция (в Тл)
• α – угол между вектором B и одним из направлений (текущая сила, скорость или другое; измеряется в рад или градусах.))

Магнитный поток:

Магнитный поток: Ф = BS cosα

Где:

• F – магнитный поток (в Вб – вебер)
• B – индукция (в Тл)
• S – площадь рамы (в м2²)
• α – угол между вектором B и одним из направлений (текущая сила, скорость или другое; измеряется в рад или градусах. ))

Магнитный поток

Магнитный поток – это скалярная величина, которая характеризует влияние магнитной индукции на данный металлический контур.

Магнитная индукция определяется количеством силовых линий, пересекающих 1 см2 металлического сечения.

Магнитометры, используемые для его измерения, называются теслометрами.

Абрамян Евгений Павлович Доцент кафедры электротехники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тесла (Тл).

После прекращения движения электронов в катушке сердечник, если он сделан из мягкого железа, теряет свои магнитные свойства. Если он изготовлен из стали, он может некоторое время сохранять свои магнитные свойства.

Взаимодействие магнитов

Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентирован по магнитному меридиану Земли. Конец, указывающий на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец – южным полюсом (S). Поднося два магнита ближе, мы замечаем, что одноименные полюса отталкиваются друг от друга, а противоположные – притягиваются (рис. 1).

Если мы разделим полюса, разрезав постоянный магнит на две части, мы обнаружим, что каждая из них также будет иметь по два полюса, то есть это будет постоянный магнит (рис. 2). Оба полюса – север и юг – неотделимы друг от друга, равны.

Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, представлено, как электрическое поле, магнитными силовыми линиями. Изображение силовых линий магнитного поля магнита можно получить, положив поверх него лист бумаги, на который ровным слоем насыпают железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются: у каждого из них есть северный и южный полюс. Противоположные полюса имеют тенденцию сближаться, но этому препятствует трение опилок о бумагу. Если вы коснетесь бумаги пальцем, трение уменьшится, и опилки будут притягиваться друг к другу, образуя цепочки, которые представляют собой силовые линии магнитного поля.

На рис. 3 показано положение в поле прямого магнита из опилок и маленькие магнитные стрелки, указывающие направление силовых линий магнитного поля. Это направление принимается за направление северного полюса магнитной стрелки.

Направление вектора МИ

Направление магнитных полей может быть указано магнитной стрелкой, помещенной в эти поля. Он будет крутиться до упора. Северный конец стрелки покажет, куда ориентировано B → орт того или иного поля.

Линии магнитной индукции

Точно так же ведет себя кадр с текущим, имея возможность перемещаться в МП без помех. Направленность вектора индукции указывает на ориентацию нормали к такой замкнутой электромагнитной цепи.

Внимание! Здесь используется правило буравчика (правый винт). Если винт вращается так же, как ток направлен в рамку, то поступательное продвижение винта совпадает с направлением положительной нормали.

В некоторых случаях для поиска направления применяется правило правой руки.

Наглядное отображение линий МИ

Линия, к которой можно провести касательную, совпадающую с точкой B →, называется линией магнитной индукции (МИ). С помощью таких линий можно визуально визуализировать магнитное поле. Это замкнутые контуры, перекрывающие токи. Их плотность всегда пропорциональна значению B → в определенной точке МП.

Информация. Что касается МП прямого движения заряженных частиц, то эти линии представлены в виде концентрических окружностей. Их центр расположен на прямой линии с течением и в плоскостях, расположенных под прямым углом к ​​нему.

Направление магнитных линий также можно определить с помощью правила подвеса.

Основные формулы для вычисления вектора МИ

Вектор магнитной индукции, формула которого B = Fm / I * ∆L, может быть найден с помощью других математических расчетов.

Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) звучит так:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока на поверхности, ограниченной кольцом.

Математически это можно описать формулой:

Закон Фарадея Ɛi – индукционная ЭДС В ΔФ / Δt – скорость изменения магнитного потока Вт / с

Знак «-» в формуле позволяет учитывать направление индукционного тока.

Индукционный ток в замкнутой цепи всегда направлен так, что магнитный поток поля, создаваемого этим током через поверхность, ограниченную кольцом, уменьшает те изменения поля, которые вызывают появление индукционного тока.

Если цепь состоит из N витков (т.е это катушка), ЭДС индукции будет рассчитываться следующим образом.

Закон Фарадея для цепи из N витков Ɛi – индукционная ЭДС В ΔФ / Δt – скорость изменения магнитного потока Вт / с N – количество оборотов –

Сила индукционного тока в замкнутом токопроводящем контуре с сопротивлением R​:

Закон Ома для проводящей цепи Ɛi – индукционная ЭДС В I – сила индукционного тока [А] R – сопротивление цепи [Ом]

Если проводник длины l будет двигаться со скоростью v в постоянном однородном магнитном поле с индукцией B, ЭДС электромагнитной индукции будет равна:

Индукционная ЭДС для движущегося проводника Ɛi – индукционная ЭДС В B – магнитная индукция [Тл] v – скорость проводника [м / с] l – длина жилы [м]

Возникновение индукционного электромагнитного поля в проводнике, движущемся в магнитном поле, объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках.

В этом случае сила Лоренца играет роль внешней силы.

Проводник, движущийся в магнитном поле, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество тепла в цепи выделяется как за счет работы внешней силы, которая сохраняет скорость проводника неизменной, так и за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Изменение магнитного потока, попадающего в замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

• из-за движения цепи или ее частей в постоянном магнитном поле с течением времени. Это тот случай, когда проводники, а вместе с ними и носители свободного заряда движутся в магнитном поле
• из-за изменения во времени магнитного поля с неподвижным контуром. В этом случае возникновение индукционной ЭДС уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея

Следовательно, явления индукции в подвижных и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока в этих двух случаях оказывается различной:

• в случае движущихся проводников ЭДС индукции возникает из-за силы Лоренца
• в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия вихревого электрического поля на свободные заряды, возникающего при изменении магнитного поля.

Закон Био-Савара-Лапласа

Формула индукции ЭДС

Описывает правила поиска B → магнитного поля, которое создает постоянный электрический ток. Это экспериментально установленная модель. Био и Савар в 1820 году показали это на практике, Лаплас смог его сформулировать. Этот закон является фундаментальным в магнитостатике. На практике рассматривался фиксированный провод малого сечения, по которому пропускался электрический ток. Для исследования был выбран небольшой участок проволоки, который характеризовался вектором dl. Его модуль соответствовал длине рассматриваемого участка, а направление совпадало с направлением тока.

Интересно. Лаплас Пьер Симон предложил также рассматривать движение электрона как ток и на этом утверждении с помощью этого закона доказал возможность определения МП наступающего точечного заряда.

Согласно этому физическому правилу каждый сегмент dl проводника, по которому протекает электрический ток I, образует магнитное поле dB в пространстве вокруг себя с интервалом r и под углом α:

дБ = µ0 * I * dl * sin α / 4 * π * r2,

где это находится:

• дБ – магнитная индукция, Тл;
• µ0 = 4 π * 10-7 – магнитная постоянная, Гн / м;
• I – сила тока, А;
• dl – отрезок жилы, м;
• r – расстояние от точки, где находится магнитная индукция, м;
• α – угол, образованный r и вектором dl.

Важно! Согласно закону Био-Савара-Лапласа, суммируя векторы магнитных полей отдельных секторов, можно определить МП требуемого тока. Он будет равен векторной сумме.

Закон Био-Савара-Лапласа

Существуют формулы, описывающие этот закон для отдельных случаев МП:

• поля прямого движения электронов;
• поля кругового движения заряженных частиц.

Формула депутата первого рода:

В = µ * µ0 * 2 * I / 4 * π * r.

Для кругового движения это выглядит так:

В = µ * µ0 * I / 4 * π * r.

В этих формулах µ – (относительная) магнитная проницаемость среды).

Рассматриваемый закон следует из уравнений Максвелла. Максвелл вывел два уравнения для МП, случай, когда электрическое поле постоянно, только что рассматривали Био и Савар.

Принцип суперпозиции

Для МП существует принцип, согласно которому полный вектор магнитной индукции в определенной точке равен векторной сумме всех векторов MI, созданных разными токами в данной точке:

B → = B1 → + B2 → + B3 →… + Bn→

Правило Ленца

Для определения направления индукционного тока необходимо использовать правило Ленца.

С академической точки зрения это правило звучит так: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутой цепи при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле предотвращает изменение магнитного потока, вызывая индукционный ток.

Попробуем немного попроще: катушка в данном случае – недовольная бабушка. Они забирают магнитный поток: она несчастна и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток хочет восстановить.

Они дают ей магнитный поток, они принимают его, они говорят, они используют его, и она такая – “Потому что ваш магнитный поток сдался мне!” и создает магнитное поле, которое вытесняет этот магнитный поток.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутой проводящей цепи при изменении пронизывающего ее магнитного потока.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

Майкл Фарадей провел серию экспериментов, которые помогли раскрыть явление электромагнитной индукции.

Время опыта. Две катушки были намотаны на токонепроводящей основе: витки первой катушки располагались между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на гальванометр, а другая была подключена к источнику тока.

Когда ключ был закрыт и ток прошел через вторую катушку, в первой появился импульс тока. Когда ключ был открыт, также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр протекал в обратном направлении.

Опыт два. Первая катушка была подключена к источнику тока, а вторая – к гальванометру. В этом случае вторая катушка переместилась относительно первой. При приближении или удалении катушки регистрировался ток.

Опыт три. Катушка закрывается к гальванометру, и магнит приближается (расширяется) относительно катушки

Вот что показали эти эксперименты:

1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
2. Направление тока будет разным при увеличении количества линий и при их уменьшении.
3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Само поле может меняться или граница может двигаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток? Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют внешние силы. Работа этих сил по перемещению одиночного положительного заряда по замкнутой цепи равна ЭДС. Это означает, что при изменении количества магнитных линий на граничной поверхности в ней появляется ЭДС, которая называется ЭДС индукции.

Закон Ленца: определение, уравнение и примеры

Когда вы путешествуете через аэропорт, вас обычно просят поместить свои вещи через сканер, а затем просят пройти к большому металлоискателю. Вы, наверное, задавались вопросом, как эти большие металлические ворота вообще что-то проверяют и почему они издают звуковой сигнал, если я случайно оставил свой телефон в кармане? Ключевым компонентом этих ворот является то, что они создают переменное магнитное поле, когда вы проходите через них. Следовательно, любой металлический предмет, который вы можете иметь при себе, взаимодействует с полем, создавая собственное противоположное магнитное поле по законам электромагнитной индукции. Таким образом, сканер может обнаружить это изменение в магнитном поле, в результате чего сработает сигнализация, и у вас конфискуют телефон! Законы, управляющие этим явлением электромагнитной индукции, таковы.0003 Закон Ленца и закон Фарадея, продолжайте читать, чтобы узнать больше!

Рис. 1. Металлоискатели в аэропортах используют электромагнитную индукцию для поиска металлических предметов, перевозимых пассажирами.

Определение закона Ленца

Чтобы понять, какую роль играет закон Ленца в электромагнитной индукции, мы должны сначала определить явление индукции.

Электромагнитная индукция — это образование электродвижущей силы, или ЭДС, вследствие движения электромагнитного поля вблизи электрического проводника.

Мы также можем определить ЭДС следующим образом.

Электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов между двумя точками, сообщаемая источником энергии. Другими словами, ЭДС — это энергия, сообщаемая источником энергии на кулон заряда.

Электромагнитная индукция является ключевым явлением в технологиях, которые мы используем в повседневной жизни; как мы упоминали во введении, индукционные плиты генерируют тепло в кастрюлях, индуцируя электродвижущую силу в черном металле, а не используя огонь. Эта электродвижущая сила генерирует ток, проходящий через сковороду, который затем, благодаря сопротивлению материала, создает тепло, позволяющее вам приготовить завтрак!

Закон Ленца устанавливает направление индуцированной электродвижущей силы в проводнике.

Закон Ленца утверждает, что направление индуцированного тока всегда будет течь в таком направлении, что он будет противодействовать движению, его вызывающему.

Итак, что мы подразумеваем под «противостоять вызывающему его движению»? Давайте рассмотрим случай электромагнитной индукции, чтобы сделать это яснее. Рассмотрим магнит, опущенный в цилиндрическую трубку из алюминия, являющегося проводящим материалом. Когда магнит падает из-за своего веса, его силовые линии пересекают края цилиндра, создавая индукционный ток в алюминиевом материале. Из-за гравитации магнит должен ускоряться, когда он падает через трубку, постепенно увеличивая скорость по мере того, как он падает. Однако, если скорость магнита действительно измерена и если цилиндр достаточно длинный, мы увидим, что ускорение магнита действительно уменьшается.

Рис. 2. Магнит, падающий через проводящую трубку, испытывает восходящую силу в соответствии с законом Ленца.

Это происходит из-за направления тока, индуцируемого в трубке! Когда через нее проходит ток, сама трубка создает собственное магнитное поле. Однако на этот раз направление магнитного поля противоположно направлению магнита, падающего через трубку. В свою очередь, это вызывает силу, противодействующую весу магнита, уменьшая приложенную результирующую силу и, таким образом, уменьшая общее ускорение магнита. Это прямое следствие закона Ленца.

Рис. 3. Когда магнит входит в трубку, он испытывает направленную вверх силу по закону Ленца.

Формула и уравнение закона Ленца

Теперь, когда мы понимаем, как работает закон Ленца и как он играет роль в электромагнитной индукции, мы также можем выразить его в математической форме. Это уравнение имеет вид ) — наведенная электродвижущая сила, измеренная в вольтах, \(\mathrm{V}\), \(\Phi_{\text{B}} \) — магнитный поток от магнитного поля, измеренный в веберах, \(\mathrm{Wb} \), а \(t\) — время изменения магнитного потока, измеряемое в секундах \(\mathrm{s}.\) Здесь знак дифференциала указывает, что мы берем производную от выражения для магнитного поток по времени.

Возвращаясь к другим темам электромагнитной индукции, приведенное выше уравнение на самом деле является нашим уравнением для электромагнитной индукции. Вклад в этом уравнении по закону Ленца отмечен отрицательным знаком в правой части. Эта маленькая деталь указывает нам на то, что индуцированная электродвижущая сила имеет направление, противоположное направлению изменяющегося магнитного потока.

Закон Ленца Правило правой руки

Теперь мы установили, как вычислить закон Ленца из уравнения, но как определить направление индуцированной электродвижущей силы, если мы знаем направление изменяющегося магнитного потока, и наоборот -наоборот? Для этого у нас есть удобный прием, называемый правилом правой руки.

Предположим, что магнит падает северным полюсом вниз. Чтобы использовать этот метод, согните пальцы правой руки, как будто вы заключаете трубку. Направление ваших пальцев должно соответствовать направлению индуцированного тока. Затем вытяните большой палец; направление, на которое указывает ваш большой палец, указывает на северный полюс проводника, поскольку ток по существу превратил проводник в магнит. Поскольку мы знаем, что проводник должен отталкивать падающий магнит, это означает, что северный полюс проводника должен быть направлен вверх, чтобы отталкивать падающий магнит с таким же полюсом. Направив большой палец вверх, мы обнаружим, что результирующий изгиб наших пальцев направлен против часовой стрелки, что является направлением индуцированного тока в трубке. Это отталкивает северный полюс магнита от падения в трубку, создавая таким образом противодействующую силу, уменьшающую ускорение.

Правило правой руки также можно использовать для определения направления магнитного поля, создаваемого током, протекающим по проводу. В этом случае большой палец указывает направление тока, а направление ваших пальцев указывает кривизну генерируемого магнитного поля.

Примеры закона Ленца

Теперь давайте рассмотрим несколько примеров, где можно применить закон Ленца.

На рисунке ниже мы видим магнит, движущийся вдоль неподвижной трубки, сделанной из проводящего материала. 92}} \) и \(b\) является константой, заданной значением \(5,0 \, \mathrm{\frac{Wb}{s}}\).

Учитывая эту информацию, найдите

1. ЭДС индукции в проводящей трубке в момент времени \(t = 1,5 \, \mathrm{s}\).
2. Показания амперметра при условии, что сопротивление проводящей трубки равно \(R = 1,5 \, \Омега\).

1. Сначала, используя данное выражение для магнитного потока, вычисляем производную по времени как

\[ \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{B}}}{\mathrm{d} t} = 2at + b . \] 92}} \times 1,5 \, \mathrm{s} ) – ( 5,0 \, \mathrm{\frac{Wb}{s}} ) \\ \epsilon &= 31 \, \mathrm{\frac{Wb}{ s}} \\ \epsilon &= 31 \, \mathrm{V} , \end{align} \]

где мы использовали тот факт, что \( 1 \, \mathrm{\frac{Wb}{s} } = 1 \, \mathrm{V} \).

2. Учитывая, что у нас есть ЭДС индукции, мы можем теперь рассчитать ток, протекающий через цепь, используя закон Ома. Подстановка значений, которые мы вычислили, приводит к

\[ \begin{align} I &= \frac{V}{R}, \\ I &= \frac{31 \, \mathrm{V}}{1.5 \, \Omega}, \\ I &= 21 \, \mathrm{A} . \end{выравнивание} \]

Закон Фарадея против закона Ленца

Наконец, давайте кратко рассмотрим различия между законом Фарадея и законом Ленца. Мы можем определить закон Фарадея следующим образом.

Закон Фарадея гласит, что индуцированная электродвижущая сила в проводнике, обусловленная электромагнитной индукцией, пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Сравнивая два определения двух законов, мы видим, что закон Фарадея связан с количественным определением величины электродвижущей силы, индуцированной в проводнике, тогда как закон Ленца связан с определением направления индуцированной электродвижущей силы. Закон Ленца важен, поскольку он гарантирует, что явление электромагнитной индукции подчиняется закону сохранения энергии, фундаментальному закону любой физической системы. Важно отметить, что оба эти закона являются основополагающими при определении электромагнитной индукции.

Закон Ленца – Основные выводы

• Закон Ленца гласит, что направление индуцированного тока всегда будет направлено против вызывающего его движения.
• И закон Фарадея, и закон Ленца имеют решающее значение для явления электромагнитной индукции.
• Мы можем математически определить закон Ленца как \( \epsilon = – \frac{\mathrm{d} \Phi_{\text{B}}}{\mathrm{d} t} \), где отрицательный знак правая часть — вклад по закону Ленца.
• Направление противодействующей силы по закону Ленца можно определить с помощью правила захвата правой рукой.
• Закон Фарадея связан с величиной индуцированной электродвижущей силы, а закон Ленца связан с направлением индуцированной электродвижущей силы.

---

Ссылки

2. Рис. 2. Магнит, падающий через проводящую трубку, StudySmarter Originals.
3. Рис. 3. Магнит, падающий внутрь трубы, StudySmarter Originals.
4. Рис. 4 – Правило захвата правой рукой, StudySmarter Originals.
5. Рис. 5. Подвижный магнит рядом с трубкой, StudySmarter Originals.

Электромагнитная индукция: определение, применение, законы, формула

Электромагнитная индукция представляет собой ток, возникающий в результате создания напряжения (электродвижущей силы) в результате изменения магнитного поля.

Электромагнитная индукция представляет собой ток, возникающий в результате образования напряжения (электродвижущей силы) в результате изменения магнитного поля. Он определяется как индукция электродвижущей силы при движении проводника поперек магнитного поля или при изменении магнитного потока в магнитном поле.

Содержание

• Что такое электромагнитная индукция?
• Формула электромагнитной индукции
• Законы электромагнитной индукции Фарадея
• Закон электромагнитной индукции Ленца
• Применение электромагнитной индукции
• Часто задаваемые вопросы об электромагнитной индукции

Также проверьте : Книги NCERT – формат PDF для классов с 1 по 12

Что такое электромагнитная индукция?

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году и математически описана как закон индукции Фарадея Джеймсом Клерком Максвеллом.

Электромагнитная индукция — это процесс, при котором проводник помещается в определенное положение, а магнитное поле продолжает изменяться, или магнитное поле стационарно, а проводник движется, что создает напряжение или ЭДС (электродвижущую силу) на электрическом проводнике. Это ток, возникающий из-за производства напряжения (электродвижущей силы) в результате изменения магнитного поля. Это происходит либо при нахождении проводника в движущемся магнитном поле (при использовании источника переменного тока), либо при постоянном движении проводника в стационарном магнитном поле.

В соответствии с установкой, приведенной ниже, мы можем измерить напряжение в цепи через токопроводящий провод, подключенный к устройству. Когда стержневой магнит проходит через обмотку, детектор напряжения вычисляет напряжение в цепи.

Этот эксперимент доказал, что существуют определенные факторы, которые влияют на это производство напряжения, как указано ниже:

• Количество витков : Наведенное напряжение прямо пропорционально общему количеству витков/витков провода. Чем больше число витков, тем больше создаваемое напряжение.
• Изменение магнитного поля : На наведенное напряжение влияет изменяющееся магнитное поле. Это можно сделать либо путем перемещения магнитного поля вокруг проводника, либо путем перемещения проводника в магнитном поле.

Также проверьте : NCERT Books for Class 12 Physics

Формула электромагнитной индукции

Значение электромагнитной индукции заключается в том, как электрическая энергия вырабатывается в цепи с использованием магнитных полей, а не только батарей. Бытовые машины, такие как двигатели, трансформаторы и генераторы, работают по принципу электромагнитной индукции.

Индуктивное напряжение может быть математически выражено следующим соотношением:

e = N × dΦ / dt

Где

e = индуцированное напряжение (в вольтах)

N = количество витков в катушке

Φ = магнитный поток – величина магнитного поля на поверхности (в Вебберах)

t = время (в секундах)

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон индукции Фарадея, также называемый законом Фарадея, является основным используемым законом электромагнетизма предсказать, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС). Два закона электромагнитной индукции Фарадея объясняются ниже:

• Первый закон : Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, возникает электродвижущая сила, называемая индуцированной электродвижущей силой. Кроме того, если проводник представляет собой замкнутую цепь, то по нему протекает индуцированный ток.
• Второй закон : Величина индуцированной электродвижущей силы равна скорости изменения потокосцеплений.

Закон электромагнитной индукции Ленца

Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что когда ЭДС (электродвижущая сила) индуцирует в соответствии с законом Фарадея, полярность (направление) этой индуцированной ЭДС противоположна причине ее возникновения.

Согласно закону электромагнитной индукции Ленца

E = -N (dΦ/dt) (вольты)

Вихревые токи

Согласно закону электромагнитной индукции Ленца электрический ток закручивается таким образом, что магнитный создается поле, противодействующее изменению. Из-за своей тенденции к противодействию вихревые токи вызывают потерю энергии. В этом процессе вихревые токи преобразуют более полезные формы энергии, такие как кинетическая энергия, в тепло, которое на самом деле бесполезно. В большинстве приложений потеря полезных форм энергии не особенно желательна, но есть некоторые практические приложения, перечисленные ниже:

• Тормоза поездов: Во время торможения тормоза некоторых поездов подвергают металлические колеса воздействию магнитного поля, которое, в свою очередь, генерирует вихревые токи в колесах. Магнитное взаимодействие между вихревыми токами и приложенным полем замедляет колеса. Чем быстрее вращаются колеса, тем сильнее эффект. Это означает, что по мере замедления поезда тормозная сила уменьшается, что обеспечивает плавное остановочное движение.
• Есть несколько гальванометров, которые имеют фиксированный сердечник из немагнитного металлического материала. Когда катушка колеблется, в сердечнике возникает вихревой ток, который противодействует движению и приводит катушку в состояние покоя.
• Индукционная печь используется для приготовления сплавов путем плавления металлов. Вихревые токи, возникающие в металлах, создают высокую температуру, достаточную для его плавления.

Применение электромагнитной индукции

На основе экспериментов Майкла Фарадея мы имеем закон Фарадея, согласно которому величина напряжения, индуцируемого в катушке, пропорциональна числу витков катушки и скорости изменения магнитного поля. поле. Ниже перечислены некоторые применения электромагнитной индукции:

• Электромагнитная индукция в генераторе переменного тока
• Электрические трансформаторы
• Магнитный расходомер

Электромагнитная индукция в генераторе переменного тока

Электромагнитная индукция используется при генерации переменного тока (AC).

Рассмотрим более совершенный генератор переменного тока с выходной мощностью 100 МВ. Поскольку катушка вращается в магнитном поле B, эффективная площадь контура равна A cos θ, где θ = угол между A и B. Этот метод создания изменения потока является принципом работы простого генератора переменного тока. Здесь ось катушки вращения перпендикулярна направлению магнитного поля. Вращение катушки вызывает изменение магнитного потока через нее, поэтому в катушке продолжает индуцироваться ЭДС (электродвижущая сила).

Электрические трансформаторы

Другим важным применением электромагнитной индукции является работа электрического трансформатора. Электрический трансформатор — это устройство, которое преобразует электрическую мощность переменного тока одного уровня напряжения в другой уровень напряжения под действием магнитного поля. Понижающий трансформатор — это трансформатор, в котором напряжение первичной обмотки выше, чем вторичное. Трансформатор, в котором вторичное напряжение имеет большее количество витков, называется повышающим трансформатором. Энергетические компании обычно используют повышающий трансформатор для повышения напряжения до 100 кВ, что, в свою очередь, снижает ток и минимизирует потери мощности в линиях электропередачи. В бытовых же цепях используются понижающие трансформаторы для снижения в них напряжения до 120 или 240 В.

Магнитный расходомер

Работа магнитных расходомеров основана на законе электромагнитной индукции Фарадея. Напряжение E возникает при прохождении проводящей среды через магнитное поле B. Это напряжение пропорционально скорости v среды, длине проводника и плотности магнитного поля.

В магнитном расходомере ток подается на проволочные катушки, установленные внутри или снаружи корпуса расходомера, для создания магнитного поля. Жидкость, протекающая по трубе, действует как проводник, создавая напряжение, пропорциональное средней скорости потока. Это напряжение определяется чувствительными электродами, установленными в корпусе расходомера Magflow, и передается на датчик, который рассчитывает объемный расход на основе размеров трубы.

Математически закон Фарадея может быть сформулирован как

E ∝ V x B x L

Где E – напряжение, генерируемое в проводнике, V – скорость проводника, B – напряженность магнитного поля, а L – длина проводника.

Часто задаваемые вопросы об электромагнитной индукции

Q1: Дайте определение электромагнитной индукции.

Ответ: Электромагнитная индукция определяется как ток, возникающий в результате производства напряжения (электродвижущей силы) в результате изменения магнитного поля.

Q2: Кто открыл электромагнитную индукцию?

Ответ: Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году.

Q3: Каково значение электромагнитной индукции?

Ответ: Значение открытия электромагнитной индукции заключается в том, что электрическая энергия вырабатывается в цепи с использованием магнитных полей, а не только батарей.

Q4: Какие машины работают по принципу электромагнитной индукции?

Ответ: Некоторые из машин, которые работают по принципу электромагнитной индукции, являются повседневными машинами, такими как двигатели, генераторы и трансформаторы.