Электромагнитной индукции: Электромагнитная индукция — урок. Физика, 8 класс.

Задачи на применение закона электромагнитной индукции с решением

Закон электромагнитной индукции, или закон Фарадея – основной закон электродинамики. В сегодняшней статье разберем решение нескольких задач на применение закона электромагнитной индукции.

Подписывайтесь на наш телеграм – там есть не только задачи, но и много интересного для учащихся всех специальностей. А еще, не пропустите приятные скидки и акции на нашем втором канале!

Электромагнитная индукция: задачи с решением

Прежде чем решать задачи на электромагнитную индукцию, вспомните теорию и держите под рукой полезные формулы.

Не знаете, как подступиться к задаче? Держите универсальную памятку по решению абсолютно любых физических задач.

Задача №1 на закон электромагнитной индукции

Условие

Проводник, свитый в 5 витков, находится в магнитном поле. Магнитный  поток через поверхность витка изменяется по закону Фt=50-3t (Вб) . Определить направление и силу индукционного тока в проводнике, если его сопротивление равно 5 Ом.

Решение

Согласно основному закону электромагнитной индукции в проводнике возникает ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего контур:

ε=-NdФdt

Индукционный ток в проводнике можно найти по закону Ома:

I=εR

Вычислим производную и найдем ток:

dФdt=d50-3tdt=-3

Тогда:

I=3NR=3·55=3 А

Уменьшение потока вызывает увеличение ЭДС, то есть направления потока и поля индукционного тока совпадают:

Ответ: 3 А.

Задача №2 на закон электромагнитной индукции

Условие

По катушке индуктивностью L=8 мкГн течет ток I=6 А. Определить среднее значение ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре, если сила тока изменяется практически до нуля за время ∆t=5 мс.

Решение

По определению, магнитный поток равен:

Ф=L·I

ЭДС самоиндукции определим по закону Фарадея:

<ε>=∆Ф∆t=-L∆I∆t

Учитывая, что индуктивность неизменна, и магнитный поток изменяется только за счёт изменения силы тока до нуля (ΔI = I), можно записать:

<ε>=-LI∆t

Подставим числа и вычислим:

<ε>=-8·10-6·65·10-3=-9,6·10-3 В

Ответ: -9,6 мВ.

Задача №3 на закон электромагнитной индукции

Условие

Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 0,04 Ом за 3 секунды изменился на 0,013 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

Решение

В данном случае силу тока можно выразить через закон Ома с учетом закона электромагнитной индукции:

Ii=εiR=-∆Ф∆t1R

Подставляем значения и вычисляем:

Ii=0,0133·0,04=0,11 А.

Ответ: 0,11 А.

Задача №4 на закон электромагнитной индукции

Условие

Прямой проводящий стержень длиной 40 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Концы стержня замкнуты гибким проводом, находящимся вне поля. Сопротивление всей цепи 0,5 Ом. Какая мощность потребуется для равномерного перемещения стержня перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 10 м/с?

Решение

Если стержень будет двигаться равномерно, магнитный поток через площадь, «заметаемую» стержнем за некоторое время, будет равен:

Ф=ВS=Blvt

При этом разность потенциалов на стержне будет равна ЭДС и, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

U=dФdt=Blv

Искомая мощность будет равна мощности, выделяемой на сопротивлении:

P=U2R=Blv2R=0,1·0,4·1020,5=0,32 Вт

Ответ: 0,32 Вт.

Нужно больше задач на мощность? Читайте наш блог!

Задача №5 на закон электромагнитной индукции

Условие

В проволочное кольцо, присоединенное к баллистическому гальванометру, вставили прямой магнит. При этом по цепи прошел заряд q=50мкКл. Определить изменение магнитного потока через кольцо, если сопротивление цепи гальванометра R=10 Oм.

Решение

По закону Фарадея, ЭДС находится как отношения изменения магнитного потока ко времени, за которое оно произошло:

εi=∆Ф∆t∆Ф=εi·t

C другой стороны, по закону Ома, можно записать:

εi=IR

Ток, в свою очередь, равен отношению проходящего заряда ко времени:

I=∆Q∆t

C учетом всего этого выражения для ЭДС и потока можно переписать:

εi=R·∆Q∆t∆Ф=  R∆Q∆t∆t=R∆Q∆Ф=10·50·10-6=5·10-4 Вб

Ответ: 0,5 мВб.

Вопросы на тему «Электромагнитная индукция»

Вопрос 1. Что такое электромагнитная индукция?

Ответ.  Электромагнитная индукция — это явление, когда в замкнутом проводнике (контур, рамка) возникает ток, при помещении этого проводника в изменяющееся магнитное поле.

Вопрос 2. Что такое магнитный поток?

Ответ. Магнитный поток, или поток магнитной индукции через какую-то поверхность – это скалярная физическая величина, равна произведению модуля магнитной индукции на площадь данной поверхности и косинус угла между вектором индукции и нормалью к поверхности.

Ф=BScosα

Магнитный поток характеризует густоту силовых линий магнитного поля, пронизывающих поверхность. Единица измерения – Вебер.

Вопрос 3. Сформулируйте закон Фарадея

Ответ. Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур, взятой с противоположным знаком.

εi=-dФdt

Вопрос 4. Что означает знак «-» в формуле для закона электромагнитной индукции.

Ответ. Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток. В соответствии с правилом Ленца ток направлен так, что созданный им магнитный поток противодействует изменению внешнего магнитного потока. Именно поэтому в формуле присутствует знак «-».

Вопрос 5. Как закон Фарадея применяется на практике?

Ответ. Закон электромагнитной индукции Фарадея нашел широчайшее применение. В качестве самого распространенного примера можно привести такое устройство, как электродвигатель, принцип действия которого основан именно на этом законе.

Нужна помощь в решении задач и других заданий по учебе? Профессиональный сервис для студентов всегда поспособствует качественному выполнению всех работ.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2. 1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3.2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4. 1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5.3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5. 5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ – Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон Фарадея и его вывод

Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон Фарадея и его вывод.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.

Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа^{[источник не указан 273 дня]} 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменениямагнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величинаэлектродвижущей силы (ЭДС) не зависит от того, что является причиной изменения потока — изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле.Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в СИ):

где

 — электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура,

  — магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур.

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

 Х. Ленца:

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

Для катушки, находящейся в переменном магнитном поле, закон Фарадея можно записать следующим образом:

где

 — электродвижущая сила,

 — число витков,

 — магнитный поток через один виток,

 — потокосцепление катушки.

Векторная форма 

[править]

В дифференциальной форме закон Фарадея можно записать в следующем виде:

 (в системе СИ)

или

 (в системе СГС).

В интегральной форме (эквивалентной):

(СИ)

или

 (СГС)

Здесь  — напряжённость электрического поля,  — магнитная индукция,  — произвольная поверхность,  — её граница. Контур интегрирования  подразумевается фиксированным (неподвижным).

Следует отметить, что закон Фарадея в такой форме, очевидно, описывает лишь ту часть ЭДС, что возникает при изменении магнитного потока через контур за счёт изменения со временем самого поля без изменения (движения) границ контура (об учете последнего см.

ниже).

Если же, скажем, магнитное поле постоянно, а магнитный поток изменяется вследствие движения границ контура (например, при увеличении его площади), то возникающая ЭДС порождается силами, удерживающими заряды на контуре (в проводнике) исилой Лоренца, порождаемой прямым действием магнитного поля на движущиеся (с контуром) заряды. При этом равенство  продолжает соблюдаться, но ЭДС в левой части теперь не сводится к  (которое в данном частном примере вообще равно нулю). В общем случае (когда и магнитное поле меняется со временем, и контур движется или меняет форму) последняя формула верна так же, но ЭДС в левой части в таком случае есть сумма обоих слагаемых, упомянутых выше (то есть порождается частично вихревым электрическим полем, а частично силой Лоренца и силой реакции движущегося проводника).

• Некоторые авторы, например, М. Лившиц в журнале «Квант» за 1998 год^[2] отрицают корректность применения термина закон Фарадея или закон электромагнитной индукции и т.  п. к формуле  в случае подвижного контура (оставляя для обозначения этого случая или его объединения со случаем изменения магнитного поля, например, термин 

  правило потока)^[3]. В таком понимании закон Фарадея — это закон, касающийся лишь циркуляции электрического поля (но не ЭДС, создаваемой с участием силы Лоренца), и в этом понимании понятие закон Фарадея в точности совпадает с содержанием соответствующего уравнения Максвелла.

Однако возможность (пусть с некоторыми оговорками, уточняющими область применимости) совпадающей формулировки «правила потока» с законом электромагнитной индукции нельзя назвать чисто случайной. Дело в том, что, по крайней мере для определенных ситуаций, это совпадение оказывается очевидным проявлением принципа относительности. А именно, например, для случая относительного движения катушки с присоединенным к ней вольтметром, измеряющим ЭДС, и источника магнитного поля (постоянного магнита или другой катушки с током), в системе отсчета, связанной с первой катушкой, ЭДС оказывается равной именно циркуляции электрического поля, тогда как в системе отсчета, связанной с источником магнитного поля (магнитом), происхождение ЭДС связано с действием силы Лоренца на движущиеся с первой катушкой носители заряда.

Однако та и другая ЭДС обязаны совпадать, поскольку вольтметр показывает одну и ту же величину, независимо от того, для какой системы отсчета мы ее рассчитали.

Потенциальная форма 

[править]

При выражении магнитного поля через векторный потенциал закон Фарадея принимает вид:

 (в случае отсутствия безвихревого поля, то есть тогда, когда электрическое поле порождается полностью только изменением магнитного, то есть электромагнитной индукцией).

В общем случае, при учёте и безвихревого (например, электростатического) поля имеем:

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея при изменении магнитного потока , пронизывающего электрический контур, в нём возбуждается ток, называемый индукционным. Величина электродвижущей силы, ответственной за этот ток, определяется уравнением^[1]:

где знак «минус» означает, что ЭДС индукции действует так, что индукционный ток препятствует изменению потока. Этот факт и отражён в правиле Ленца.

Правило Ленца носит обобщённый характер и справедливо в различных физических ситуациях, которые могут отличаться конкретным физическим механизмом возбуждения индукционного тока. Так, если изменение магнитного потока вызвано изменением площади контура (например, за счёт движения одной из сторон прямоугольного контура), то индукционный ток возбуждается силой Лоренца, действующей на электроны перемещаемого проводника в постоянном магнитном поле. Если же изменение магнитного потока связано с изменением величины внешнего магнитного поля, то индукционный ток возбуждается вихревым электрическим полем, появляющимся при изменении магнитного поля. Однако в обоих случаях индукционный ток направлен так, чтобы скомпенсировать изменение потока магнитного поля через контур.

Если внешнее магнитное поле, пронизывающее неподвижный электрический контур, создаётся током, текущим в другом контуре, то индукционный ток может оказаться направлен как в том же направлении, что и внешний, так и в противоположном: это зависит от того, уменьшается или увеличивается внешний ток. Если внешний ток увеличивается, то растёт создаваемое им магнитное поле и его поток, что приводит к появлению индукционного тока, уменьшающего это увеличение. В этом случае индукционный ток направлен в сторону, противоположную основному. В обратном случае, когда внешний ток уменьшается со временем, уменьшение магнитного потока приводит к возбуждению индукционного тока, стремящегося увеличить поток, и этот ток направлен в ту же сторону, что и внешний ток.

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм – Интерактивные учебные пособия по Java: Эксперимент Фарадея по индукции магнитного поля

gif”> Галерея Информация о лицензии Использование изображения Пользовательские фотографии Партнеры Информация о сайте Свяжитесь с нами Публикации Дом Visit Science, Optics, & You gif”> Галереи: Фотогалерея Кремниевый зоопарк Фармацевтика Чип-шоты Фитохимикаты Галерея ДНК Микроскейпы Витамины Аминокислоты Камни Религиозная коллекция Пестициды Пивошоты Коктейльная коллекция Заставки Выиграть обои Обои для Mac Киногалерея	Эксперимент Фарадея по индукции магнитного поля Когда Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, он выдвинул гипотезу о том, что изменяющееся магнитное поле необходимо для индукции тока в близлежащей цепи. Чтобы проверить свою гипотезу, он сделал катушку, обернув бумажный цилиндр проволокой. Он соединил катушку с гальванометром, а затем двигал магнит туда-сюда внутри цилиндра. Нажмите и перетащите магнит туда-сюда внутри катушки. Когда вы перемещаете магнит вперед и назад, обратите внимание, что стрелка гальванометра перемещается, указывая на то, что в катушке индуцируется ток. Обратите также внимание на то, что стрелка немедленно возвращается к нулю, когда магнит не движется. Фарадей подтвердил, что для возникновения электромагнитной индукции необходимо движущееся магнитное поле. ВЕРНУТЬСЯ К РУКОВОДСТВУ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНИТИЗМУ Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо. © 1995-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами. Этот веб-сайт поддерживается нашим Группа графического и веб-программирования в сотрудничестве с Optical Microscopy в Национальной лаборатории сильного магнитного поля. Последнее изменение: пятница, 31 марта 2017 г., 10:10 Количество обращений с 6 сентября 1999 г.: 2215273

13: Электромагнитная индукция – Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

4434

• OpenStax
• OpenStax

В этой и нескольких следующих главах вы увидите замечательную симметрию в поведении изменяющихся во времени электрических и магнитных полей. Математически эта симметрия выражается дополнительным членом в законе Ампера и другим ключевым уравнением электромагнетизма, называемым законом Фарадея. Мы также обсудим, как движение провода через магнитное поле создает ЭДС или напряжение.

• 13.1: Прелюдия к электромагнитной индукции

  Мы рассматривали электрические поля, создаваемые распределением фиксированных зарядов, и магнитные поля, создаваемые постоянными токами, но электромагнитные явления не ограничиваются этими стационарными ситуациями. Фактически, большинство интересных приложений электромагнетизма зависят от времени. Чтобы исследовать некоторые из этих приложений, мы теперь удалим предположение о независимости от времени, которое мы делали, и позволим полям меняться со временем.

• 13.2: Закон Фарадея

  ЭДС индуцируется, когда магнитное поле в катушке изменяется путем вталкивания стержневого магнита в катушку или из нее. ЭДС противоположных знаков создаются движением в противоположных направлениях, а направления ЭДС также меняются на противоположные при смене полюсов. Те же результаты получаются, если перемещать катушку, а не магнит — важно относительное движение. Чем быстрее движение, тем больше ЭДС, а когда магнит неподвижен относительно катушки, ЭДС отсутствует.

• 13.3: Закон Ленца

  Направление ЭДС индукции управляет током вокруг проволочной петли, чтобы всегда противодействовать изменению магнитного потока, вызывающему ЭДС. Закон Ленца также можно рассматривать с точки зрения сохранения энергии. Если вдавливание магнита в катушку вызывает ток, энергия в этом токе должна откуда-то браться. Если индуцированный ток вызывает магнитное поле, противодействующее увеличению поля вставленного нами магнита, то ситуация ясна.

• 13.4: ЭДС движения

  Магнитный поток зависит от трех факторов: силы магнитного поля, площади, через которую проходят силовые линии, и ориентации поля относительно площади поверхности. Если какая-либо из этих величин изменяется, происходит соответствующее изменение магнитного потока. До сих пор мы рассматривали только изменения потока из-за изменяющегося поля. Теперь мы рассмотрим другую возможность: изменение области, через которую проходят силовые линии, включая изменение ориентации области.

• 13.5: Индуцированные электрические поля

  Тот факт, что ЭДС индуцируются в цепях, подразумевает, что работа совершается с электронами проводимости в проводах. Что может быть источником этой работы? Мы знаем, что это не батарея и не магнитное поле, поскольку батарея не обязательно должна присутствовать в цепи, в которой индуцируется ток, а магнитные поля никогда не совершают работы над движущимися зарядами. Ответ заключается в том, что источником работы является электрическое поле, которое индуцируется в проводах.

• 13.6: Вихревые токи

  ЭДС движения индуцируется, когда проводник движется в магнитном поле или когда магнитное поле движется относительно проводника. Если ЭДС движения может вызвать ток в проводнике, мы называем этот ток вихревым током.

• 13.7: Электрические генераторы и противо-ЭДС

  Множество важных явлений и устройств можно понять с помощью закона Фарадея. В этом разделе мы рассмотрим два из них: электрические генераторы и электрические двигатели.

• 13.8: Применение электромагнитной индукции

  Современное общество имеет множество применений закона индукции Фарадея, которые мы рассмотрим в этой и других главах. На этом этапе позвольте упомянуть несколько, которые связаны с записью информации с использованием магнитных полей.

• 13.A: Электромагнитная индукция (ответы)

• 13.E: Электромагнитная индукция (упражнения)

• 13.S: Электромагнитная индукция (Сводка)

---

исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Глава

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Электромагнитная индукция
   2. источник@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-2

Возникающая электромагнитная индукция в спиральном магните

. 2020 Октябрь; 586 (7828): 232-236.

doi: 10.1038/s41586-020-2775-x. Epub 2020 7 октября.

Томоюки Ёкоучи ¹ , Фумитака Кагава ^{2 3} , Макс Хиршбергер ^{2 4} , Йошичика Отани ^{2 5} , Наото Нагаоса ^{2 3} , Ёсинори Токура ^{6 7 8}

Принадлежности

• ¹ RIKEN Центр изучения возникающих веществ (CEMS), Вако, Япония. [email protected].
• ² RIKEN Центр новых наук о материи (CEMS), Вако, Япония.
• ³ Факультет прикладной физики Токийского университета, Токио, Япония.
• ⁴ Центр квантово-фазовой электроники (QPEC), Токийский университет, Токио, Япония.
• ⁵ Институт физики твердого тела (ISSP), Токийский университет, Касива, Япония.
• ⁶ RIKEN Центр новых наук о материи (CEMS), Вако, Япония. [email protected].
• ⁷ Факультет прикладной физики Токийского университета, Токио, Япония. tokura@riken. jp.
• ⁸ Токийский колледж, Токийский университет, Токио, Япония. [email protected].

• PMID: 33029000
• DOI: 10.1038/с41586-020-2775-х

Томоюки Йокоучи и др. Природа. 2020 окт.

. 2020 Октябрь; 586 (7828): 232-236.

doi: 10.1038/s41586-020-2775-x. Epub 2020 7 октября.

Авторы

Томоюки Йокоучи ¹ , Фумитака Кагава ^{2 3} , Макс Хиршбергер ^{2 4} , Йошичика Отани ^{2 5} , Наото Нагаоса ^{2 3} , Ёсинори Токура ^{6 7 8}

Принадлежности

• ¹ RIKEN Центр изучения возникающих веществ (CEMS), Вако, Япония. [email protected].
• ² RIKEN Центр новых наук о материи (CEMS), Вако, Япония.
• ³ Факультет прикладной физики Токийского университета, Токио, Япония.
• ⁴ Центр квантово-фазовой электроники (QPEC), Токийский университет, Токио, Япония.
• ⁵ Институт физики твердого тела (ISSP), Токийский университет, Касива, Япония.
• ⁶ RIKEN Центр новых наук о материи (CEMS), Вако, Япония. [email protected].
• ⁷ Факультет прикладной физики Токийского университета, Токио, Япония. tokura@riken. jp.
• ⁸ Токийский колледж, Токийский университет, Токио, Япония. [email protected].

• PMID: 33029000
• DOI: 10.1038/с41586-020-2775-х

Абстрактный

Катушка индуктивности, один из самых основных элементов схемы в современных электронных устройствах, генерирует напряжение, пропорциональное производной входного тока по времени ¹ . Обычные индукторы обычно состоят из спиральной катушки и индуцируют напряжение в качестве противодействия изменяющемуся во времени магнитному потоку, пронизывающему катушку, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Величина этой условной индуктивности пропорциональна объему катушки индуктора, что препятствует миниатюризации индукторов ² . Здесь мы демонстрируем индуктивность квантово-механического происхождения ³ , генерируемую возникающим электрическим полем, индуцированным управляемой током динамикой спиновых спиралей в магните. В микромасштабных прямоугольных магнитных устройствах с наноразмерными спиновыми спиралями мы наблюдаем типичную индуктивность порядка -400 наногенри, что сравнимо по величине с индуктивностью коммерческого индуктора, но в объеме примерно в миллион раз меньше. Наблюдаемая индуктивность усиливается нелинейностью тока и демонстрирует немонотонную частотную зависимость, обе из которых являются результатом управляемой током динамики спин-спиральных структур. Величина индуктивности быстро увеличивается с уменьшением поперечного сечения устройства, в отличие от обычных катушек индуктивности. Наши результаты могут проложить путь к микромасштабным индукторам простой формы, основанным на возникающем электромагнетизме, связанном с квантово-механической фазой Берри.

Похожие статьи

• Эмерджентная электромагнитная индукция за пределами комнатной температуры.

  Китаори А., Канадзава Н., Йокоучи Т., Кагава Ф., Нагаоса Н., Токура Ю. Китаори А. и др. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Aug 17;118(33):e2105422118. doi: 10.1073/pnas.2105422118. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021. PMID: 34389677 Бесплатная статья ЧВК.

• Новая электрическая конструкция для электромагнитной стимуляции — катушка Слинки.

  Рен К., Тарьян П.П., Попович Д.Б. Рен С и др. IEEE Trans Biomed Eng. 1995 г., сен; 42 (9): 918-25. дои: 10.1109/10.412658. IEEE Trans Biomed Eng. 1995. PMID: 7558066

• Метод расчета значения индуктивности подвесных индукторов МЭМС с кремниевыми подложками.

  Ли Ю, Ли Дж, Сюй Л. Ли Ю и др. Микромашины (Базель). 2018 17 ноября; 9 (11): 604. дои: 10.3390/ми9110604. Микромашины (Базель). 2018. PMID: 30453626 Бесплатная статья ЧВК.

• Эмерджентный электромагнетизм в конденсированных средах.

  Нагаоса Н. Нагаоса Н. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2019;95(6):278-289. doi: 10.2183/pjab.95.019. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2019. PMID: 31189780 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Спин-зависимые процессы, измеренные без постоянного магнита.

  Fontanesi C, Capua E, Paltiel Y, Waldeck DH, Naaman R. Фонтанези С. и др. Adv Mater. 2018 Окт;30(41):e1707390. doi: 10.1002/adma.201707390. Эпаб 2018 7 мая. Adv Mater. 2018. PMID: 29736985 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Нетрадиционная межслойная обменная связь через киральные фононы в синтетических магнитооксидных гетероструктурах.

  Чон С.Г., Ким Дж., Сео А., Пак С., Чон Х.И., Ким Ю.М., Лаутер В., Эгами Т., Хан Д.Х., Чхве В.С. Чон С.Г. и др. Научная реклама 2022 28 января; 8 (4): eabm4005. doi: 10.1126/sciadv.abm4005. Epub 2022 28 января. Научная реклама 2022. PMID: 35089783 Бесплатная статья ЧВК.

• Эмерджентная электромагнитная индукция за пределами комнатной температуры.

  Китаори А., Канадзава Н., Йокоучи Т., Кагава Ф., Нагаоса Н., Токура Ю. Китаори А. и др. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Aug 17;118(33):e2105422118. doi: 10.1073/pnas.2105422118. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021. PMID: 34389677 Бесплатная статья ЧВК.

использованная литература

1. 1. Ландау, Л. Д. и Лифшиц, Э. М. Электродинамика сплошных сред, гл. 32 (Пергамон, 1960).
2. 1. Канг Дж. и соавт. Встроенные катушки индуктивности из интеркалированного графена для радиочастотной электроники следующего поколения. Нац. Электрон. 1, 46–51 (2018). – DOI
3. 1. Нагаоса, Н. Возникающий индуктор с помощью спиральных магнитов. Jpn J. Appl. физ. 58, 120909 (2019). – DOI
4. 1. Месерви, Р. и Тедроу, П.М. Измерения кинетической индуктивности сверхпроводящих линейных структур.