Электромагнитной индукции: Электромагнитная индукция — урок. Физика, 9 класс.

Содержание

Электромагнитная индукция — урок. Физика, 9 класс.

Индукционный ток

Великому английскому физику Майклу Фарадею потребовалось почти \(10\) лет, чтобы ответить в \(1831\) году на вопрос: как превратить магнетизм в электричество?

Эксперименты привели исследователя к однозначному ответу на данный вопрос.

Электрический ток в замкнутом контуре, возникающий при изменении магнитного поля, называется индукционным.

Индукционный ток, так же как и ток от гальванического элемента или аккумулятора, представляет собой упорядоченное движение электронов. 

Причины электромагнитной индукции

Явление возникновения индукционного тока в контуре называют электромагнитной индукцией.

Многочисленные опыты М. Фарадея привели к выводу, что индукционный ток в контуре, замкнутом на гальванометр, возникает при изменении:

  • магнитного поля;

  

Рис. \(1\). Возникновение индукционного тока при изменении магнитного поля

  • площади контура;

  

Рис. \(2\). Возникновение индукционного тока при изменении площади контура

  • ориентации контура в магнитном поле. 

  

Рис. \(3\). Возникновение индукционного тока при ориентации контура в магнитном поле

  

Во всех случаях изменяется число линий магнитной индукции, то есть меняется магнитный поток.

На рисунке \(4\) представлен пример отсутствия появления индукционного тока при вращении магнита вокруг вертикальной оси.

 

  

Рис. \(4\). Отсутствие появления индукционного тока при вращении магнита вокруг вертикальной оси

Развитие электротехники в России

В России электротехника развивалась интенсивно с поддержки Николая I. Развитие электротехники в Европе отозвалось открытиями и изобретениями в России.

 

В \(1833\) году русский учёный Эмилий Христианович Ленц доказал, что электрическая машина может работать как электродвигатель и как генератор электричества. Такое свойство назвали обратимостью электрических машин.

 

В \(1834\) году Борис Семёнович Якоби построил действующий “магнитный аппарат” вращательного движения — классический электродвигатель; послал описание в Парижскую академию наук.

 

В \(1888\) году Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный генератор переменного тока, в \(1889\) году — электродвигатель переменного тока, в \(1890\) году — трансформатор трёхфазного тока. На Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне (\(1891\)) представил изобретённую систему передачи трёхфазного тока на расстояние \(170\) км (рис. \(5\)).

 

 

Рис. \(5\). Система передачи трёхфазного тока на расстояние

Применение электромагнитной индукции

Принцип работы индукционной плиты основан на явлении электромагнитной индукции. Индукционные токи при изменении магнитного поля возникают не только в проволочных контурах, но и в массивных образцах металла. Эти токи называют вихревыми токами, или токами Фуко. В массивных проводниках вследствие малости электрического сопротивления токи могут быть очень большими и вызывать значительное нагревание. Принцип работы индукционной плиты показан на рисунке. Под стеклокерамической поверхностью плиты находится катушка индуктивности, по которой протекает переменный электрический ток, создающий переменное магнитное поле. Частота тока составляет \(20\)–\(60\) кГц. В дне посуды наводятся токи индукции, которые нагревают его, а заодно и помещённые в посуду продукты. Нет никакой теплопередачи снизу вверх, от конфорки через стекло к посуде, а значит, нет и тепловых потерь. С точки зрения эффективности использования потребляемой электроэнергии индукционная плита выгодно отличается от всех других типов кухонных плит.

 

Рис. \(6\). Индукционная плита

 

1 — посуда из ферромагнитного материала;

2 — стеклокерамическая поверхность;

3 — слой изоляции;

4 — катушка индуктивности.

Источники:

Рис. 1. Возникновение индукционного тока при изменении магнитного поля.

Рис. 2. Возникновение индукционного тока при изменении площади контура.

Рис. 3. Возникновение индукционного тока при ориентации контура в магнитном поле.

Рис. 4. Отсутствие появления индукционного тока при вращении магнита вокруг вертикальной оси.

Рис. 5. Система передачи трёхфазного тока на расстояние.

Рис. 6. Индукционная плита. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/induction-vector-illustration-labeled-household-cooking-1252362460. 2021-09-12.

(PDF) Ошибки формального применения закона электромагнитной индукции Фарадея

11

Ошибки формального применения закона электромагнитной индукции Фарадея

УДК 537.851

Ошибки формального применения закона электромагнитной

индукции Фарадея

Искандер Рахимович Мубаракшин

Марийский государственный университет (МарГУ)

424001, г. ЙошкарОла, пл. Ленина, д. 1; email: [email protected]

В задачах на электромагнитную индукцию для упрощения нередко полагают магнитное

поле сосредоточенным в конечной области, чтобы вне этой области полем и магнитным

потоком можно было пренебречь. Тогда для любого контура, расположенного в области

с пренебрежимо малым магнитным потоком и содержащего область магнитного поля,

охватываемый магнитный поток будет одинаков независимо от размеров контура. В

случае переменного магнитного поля для всех указанных контуров формальное

применение закона электромагнитной индукции дает ЭДС индукции одинаковой

величины, которая легко находится. Но такого типа ЭДС не может быть ЭДС индукции,

поскольку соответствующее электрическое поле не является вихревым и, следова

тельно, источником такого поля не может быть переменное магнитное поле. Это резуль

тат ошибочного применения закона электромагнитной индукции. Разобран пример с

электрическим полем вне соленоида, внутри которого магнитное поле линейно меняется

со временем.

Ключевые слова: электромагнитная индукция, вихревое электрическое поле.

Введение

Закон электромагнитной индукции (ЭМИ) Фарадея общеизвестен dt

−=

ε

.

При изменении магнитного потока в контуре наводится ЭДС индукции и, если контур

проводящий, то возникает индукционный ток R

I

ε

=. Если цепь разветвленная, то

применяя закон ЭМИ к каждому контуру и законы Кирхгофа, можно рассчитать токи

во всех участках цепи.

Теоретически все просто и понятно. Но при составлении задач на тему ЭМИ

часто используют упрощающие предположения, чтобы сделать задачу доступной на

школьном (олимпиадном) уровне. Такие предположения могут сделать задачу неодно

значной и даже противоречивой. Соответственно решения, основанные на таких пред

положениях, приводят к неверным, а иногда даже парадоксальным результатам. Примеры

таких задач и упрощающих предположений рассматривались в работах [1, 2].

Как правило, ЭДС индукции в упомянутых выше задачах используется как

интегральная величина, связанная с тем или иным контуром. С полевой точки зрения

ЭДС индукции – это циркуляция, интеграл по контуру, вектора напряженности вих

ревого электрического поля ∫

=ldE

ε

. При рассмотрении ЭМИ это полезно всегда

иметь ввиду как при анализе постановки задачи и корректности используемых допуще

Физическое образование в вузах. Т. 23, № 1, 2017

Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции

Самая большая ошибка в том,

что мы быстро сдаёмся.

Иногда, чтобы получить желаемое,

надо просто попробовать ещё один раз.

Томас Эдисон

Современный мир не может обойтись без таких, казалось бы, уже повседневных приборов, как микрофоны и громкоговорители, трансформаторы и генераторы, планшеты и мобильные телефоны, и многое-многое другое.

Что лежит в основе работы данных приборов? Без явления, которое было открыто Майклам Фарадеем чуть более 180 лет назад, эти приборы создать было бы не возможно и по сей день.

В прошлых уроках мы говорилось о том, что магнитное поле в каждой точке пространства полностью характеризуется вектором магнитной индукции

.

Возникает вопрос: можно ли ввести такую величину, которая характеризовала магнитное поле не только в данной точке поля, а во всех точках поверхности, ограниченной замкнутым контуром?

Для ответа на этот вопрос, рассмотрим плоский замкнутый контур, который помещен в однородное магнитное поле, и ограничивающий поверхность площадью S. Пусть нормаль (вектор, длина которого равна единице, и который всегда перпендикулярен контуру) составляет с вектором магнитной индукции некий угол a.

Рассмотрим, что будет происходить с контуром и с линиями магнитной индукции при изменении некоторых величин.

Первое изменим магнитное поле

, например, усилив его с помощью еще одного магнита. Как можем заметить, при усилении магнитного поля количество силовых линий возрастает, следовательно, возрастает и их количество, которое будет пронизывать наш контур.

Если уменьшить площадь контура при неизменной индукции магнитного поля, то это приведет к уменьшению числа линий, пронизывающих контур.

Поворот контура также приводит к изменению числа линий, пронизывающих замкнутый контур.

Если же плоскость контура расположить параллельно линиям магнитной индукции, то ни одна из этих линий не будет пронизывать контур.

Требовалось ввести величину, которая характеризовала бы все эти закономерности магнитного поля. И физики нашли выход. По аналогии с потоком воздуха, который меняется в зависимости от силы ветра или области пространства, в котором он ограничен, или потока воды в реке, в зависимости от ее ширины или проливных дождей, эту величину назвали магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции.

В настоящее время под магнитным потоком через плоскую поверхность понимают скалярную физическую величину, численно равную произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

Произведение модуля магнитной индукции на косинус угла альфа представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль к плоскости контура.

Анализируя формулу, легко заметить, что магнитный поток тем больше, чем больше линий магнитной индукции пронизывает контур и чем больше площадь этого контура.

Обозначается магнитный поток большой греческой буквой F

Единицей магнитного потока в СИ является

Вб (вебер).

[F] = [Вб]

1 вебер — это магнитный поток однородного магнитного поля с индукцией 1 Тл через перпендикулярную ему поверхность площадью 1 м2.

Введенная физическая величина, является одной из главных в описании важнейшего физического явления современного мира: речь идет о явлении электромагнитной индукции.

Что это за явление?

Как известно, в 1820 году Ханс Кристиан Эрстед с помощью серии опытов показал, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле. Значит, имея электрический ток, можно получить магнитное поле.

Однако вставал тогда и другой вопрос: нельзя ли наоборот, имея магнитное поле, получить электрический ток? А если можно, то, что для этого нужно сделать?

Такую задачу в начале XIX в. попытались решить многие ученые. Среди них швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон и английский физик Майкл Фарадей, которые практически одновременно начали заниматься решением этой проблемы. Записав в своем дневнике фразу «Превратить магнетизм в электричество!», Фарадей 10 лет потратил на упорные эксперименты, для решения поставленной задачи.

Майкл Фарадей был уверен в том, что электрические и магнитные явления — это явления одной природы

. Благодаря своему упорству и вере в неделимость электрических и магнитных явлений, он сделал открытие, которое вошло в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. Открытие было сделано 17 октября 1831 года.

Вот полное описание первого успешного опыта: «Двести три фута медной проволоки в одном куске были намотаны на большой деревянный барабан; другие двести три фута такой же проволоки были проложены в виде спирали между витками первой обмотки, причем металлический контакт был везде устранен посредством шнурка. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая — с хорошо заряженной батареей из ста пар пластин в четыре квадратных дюйма с двойными медными пластинками. При замыкании контакта наблюдалось внезапное, но очень слабое действие на гальванометр, и подобное же слабое действие имело место при размыкании контакта с батареей».

Таков был первый опыт, давший положительный результат после десятилетних поисков. Фарадей устанавливает, что при замыкании и размыкании  возникают индукционные токи противоположных направлений

.

Далее он переходит к изучению влияния железа на индукцию. «Из круглого брускового, мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи-восьми дюймам, а наружный диаметр кольца — шести дюймам. На одну часть этого кольца было намотано три спирали, каждая из которых содержала около двадцати четырех футов медной проволоки толщиной в одну двадцатую дюйма. Спирали были изолированы от железа и друг от друга и наложены одна на другую… Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А. На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, образовавших спираль

B, которая имела одинаковое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце на протяжении примерно полу дюйма голым железом.

Спираль B соединялась медными проводами с гальванометром, помещенным на расстоянии трех футов от кольца. Отдельные спирали А соединялись конец с концом так, что образовали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма.

Гальванометр реагировал немедленно, притом значительно сильнее, чем это наблюдалось выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью без железа».

Таким образом, задача, поставленная Фарадеем в 1820 году, была решена: магнетизм был превращен в электричество.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Как говорилось в начале, одновременно с Фарадеем получить ток в катушке с помощью магнита пытался и швейцарский физик Колладон. Он пользовался в своей работе гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Что бы магнит непосредственно не оказывал никакого влияния на магнитную стрелку, концы катушки были выведены в отдельную комнату и там присоединены к гальванометру.

Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и разочарованный убеждался, что гальванометр не показывал наличие тока в цепи.

Действительно, ведь покоящийся относительно катушки магнит не может вызвать в ней тока. Стоило бы ему, например, наблюдать за гальванометром, а ассистента попросить заняться магнитом, и проблема была бы решена.

О вопросах надобности и ненадобности открытия данного явления долго спорил научный, и не только, мир. В архивах сохранилась следующая примечательная запись: «Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошел богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:

- Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?

- А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей.»

На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели, и прежде всего, Вернер фон Сименс, изобретший в 1866 г. динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.

Впоследствии опыт Фарадея видоизменили и теперь в школах он представлен в следующем виде.

Берется катушка с намотанной на нее проволокой, концы которой присоединены к гальванометру. Если постоянный магнит, например полосовой, вдвигать внутрь катушки, то в цепи возникает электрический ток. Если же магнит выдвигать из катушки, то гальванометр также регистрировал ток в цепи, но уже противоположного направления. Электрический ток возникает и в том случае, если магнит оставить неподвижным, а двигать относительно него катушку.

Однако не при всяком движении магнита (или катушки) в цепи возникает электрический ток. Например, если вращать магнит внутри катушки, то гальванометр не зафиксирует наличие тока в цепи.

Аналогичный опыт можно проделать, используя вместо постоянного магнита, другую катушку, но уже с током. Не трудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку.

Таким образом, явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции. Полученный таким образом ток, называется индукционным током.

Как известно, ток в проводнике возникает лишь в том случае, если на свободные заряды проводника будут действовать сторонние силы. Работу этих сил при перемещении единичного заряда вдоль замкнутого проводника называют электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Следовательно, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром (т.е. при изменении количества линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность), в нем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

Обозначают ее греческой буквой xi (кси), а измеряется она в В (вольт).

Как показывают опыты, значение индукционного тока, а, следовательно, и ЭДС индукции, не зависит от причин изменения магнитного потока (меняется ли площадь, ограниченная контуром, или его ориентация в пространстве, или за счет изменения среды и т. д.). Самое главное и существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока (так, стрелка гальванометра будет отклоняться сильнее, чем быстрее мы будем вдвигать и выдвигать магнит).

Поэтому мы можем сказать, что сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Сформулируем непосредственно сам закон электромагнитной индукции: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

где Dt – промежуток времени, в течении которого произошло изменение магнитного потока.

Стоит обратить внимание, что закон электромагнитной индукции формулируется именно для ЭДС, а не для силы индукционного тока, т.к. сила тока зависит и от свойств проводника, а ЭДС определяется только изменением магнитного потока.

Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак «минус»? Какого его назначение? Индукционный ток противодействует изменению магнитного потока. Поэтому ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Упражнения.

Задача. Из провода длиной 2 м сделан квадрат, который расположен горизонтально. Какой заряд пройдет по проводу, если его потянуть за две диагонально противоположные вершины так, чтобы он сложился? Сопротивление провода 0,1 Ом, а вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли 50 мкТл.

Основные выводы:

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченную контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

– Единицей магнитного потока в системе СИ является Вб (вебер).

– Явление возникновения ЭДС в проводящем контуре (или тока, если контур замкнут) при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется явлением электромагнитной индукции.

– Полученный таким способом ток называется индукционным током.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Природа электромагнитной индукции – Взаимодействия электрических и магнитных явлений

Сразу после открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции ученые стремились придать ему строгую количественную форму. Сейчас трудно представить себе те мучительные усилия, которые потребовались для формулировки этого закона на языке концепции действия на расстоянии. В конце концов были получены (Нейманом и Вебером) весьма и весьма сложные формулы, неясные по своему физическому содержанию, но все же способные количественно описывать опытные факты. В настоящее время их можно найти только в книгах по истории физики.

Истинный смысл закона электромагнитной индукции был найден Максвеллом. Он же придал закону ту простую и ясную математическую форму, базирующуюся на представлении о поле, которой сейчас пользуется весь мир.

Попробуем представить себе, с помощью какого рода рассуждений Максвелл смог усмотреть в явлении электромагнитной индукции новое фундаментальное свойство электромагнитного поля.

Допустим, перед нами обыкновенный трансформатор. Включив первичную обмотку в сеть, мы немедленно получим ток в соседней вторичной обмотке, если только она замкнута. Электроны, находящиеся в проволоке обмотки, придут в движение.

Но ведь электронам закон электромагнитной индукции не известен. Короче говоря, какие силы приводят электроны в движение?

Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может. Ведь магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды (этим-то оно и отличается от электрического), а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен *). Что же тогда действует?

 В действительности дело обстоит не так уж просто. И в неподвижном проводнике электроны совершают беспорядочное движение. Но средняя скорость такого движения равна нулю, так как число электронов, движущихся в любом заданном направлении, равно в среднем числу электронов, движущихся в противоположном направлении. Соответственно ток, вызванный непосредственно магнитным полем, должен быть также равен нулю.

Кроме магнитного, на заряды, мы знаем, действует еще электрическое поле. Причем оно-то как раз может действовать и на неподвижные заряды. Это его главное свойство. Но ведь то поле, о котором у нас шла речь (электростатическое поле), создается непосредственно электрическими зарядами, а индукционный ток появляется под действием переменного магнитного поля. Уж не замешаны ли здесь какие-то новые физические поля, коль скоро идея близкодёйствия считается незыблемой?

Не будем спешить с выводами и при первом же затруднении искать спасения в придумывании новых полей, как в свое время выход из всех трудностей видели во введении новых сил. Ведь у нас нет никакой гарантии, что все главные свойства магнитного и электрического поля известны. В законах Кулона и Ампера, заключающих в себе основную информацию о свойствах поля, фигурируют постоянные поля. А что если у переменных полей появляются новые свойства? Будем надеяться, что идея единства электрических и магнитных явлений, плодотворная до сих пор, не откажет и дальше.

Тогда остается единственная возможность: предположить, что электроны ускоряются во вторичной обмотке электрическим полем и это поле порождается переменным магнитным полем непосредственно в пустом пространстве. Тем самым утверждается новое фундаментальное свойство магнитного поля: изменяясь во времени, оно порождает вокруг себя электрическое поле.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в совершенно новом свете. Главное — это процесс в пустом пространстве: рождение магнитным полем электрического. Есть ли проводящий контур (катушка) или нет, это не меняет существа дела. Проводник с его запасом свободных электронов — просто индикатор (регистратор) возникающего электрического поля: оно приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя.

Сущность явления электромагнитной индукции совсем не в появлении индукционного тока, а в возникновении электрического поля.

1. Фотометрия.

%PDF-1.6 % 1 0 obj > /Metadata 4 0 R /OCProperties > > > ] /ON [ 5 0 R ] /Order [ ] /RBGroups [ ] >> /OCGs [ 5 0 R ] >> /Pages 7 0 R /StructTreeRoot 35 0 R /Type /Catalog >> endobj 2 0 obj /CreationDate (D:20130710112635+03’00’) /Creator (Microsoft Word 2013) /ModDate (D:20130710112708+03’00’) /Producer (Microsoft Word 2013) /Title >> endobj 3 0 obj > /Font > >> /Fields 123 0 R >> endobj 4 0 obj > stream application/pdf

  • Юра
  • 1. Фотометрия.
  • 2013-07-10T11:26:35+03:00Microsoft® Word 20132013-07-10T11:27:08+03:002013-07-10T11:27:08+03:00Microsoft® Word 2013uuid:60cd9521-8d4c-46e7-9d46-56174660466auuid:54d019a3-33c0-4b88-a72b-8f6fde995ecb endstream endobj 5 0 obj > /PageElement > /Print > /View > >> >> endobj 6 0 obj > stream x͚n6|9_`m($(P, W(R ?”tX dDbdQ|SR>HCUW)&xŁAYc妨KQINܤ2ʅu

    %S{

    #EAEUJbykQҿQȉKrE_>~TMYK^Qsy`!r’&BʽPr/{^(Bʽps/{W\kUs]ݫlڛZҜnڅj]-Ojq[ڛ叾#~Z|}

    «Применение явления электромагнитной индукции в бытовых приборах

    МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2»

    Реферат

    по физике на тему:

    «Применение явления электромагнитной индукции в бытовых приборах»

    Выполнила ученика 9 «Б» класса

    Абдурагимова Расита Бакриевна

    г. Южно-Сухокумск. 2018 г.

    Предыстория

    После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические. Эту задачу блистательно решил Фарадей.

    В 1821 году М. Фарадей сделал запись в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

    Итак, Майкл Фарадей (1791−1867) — английский физик и химик.

    Один из основателей количественной электрохимии. Впервые получил (1823) в жидком состоянии хлор, затем сероводород, диоксид углерода, аммиак и диоксид азота. Открыл (1825) бензол, изучил его физические и некоторые химические свойства. Ввел понятие диэлектрической проницаемости. Имя Фарадея вошло в систему электрических единиц в качестве единицы электрической емкости.

    Многие из этих работ могли сами — по себе обессмертить имя их автора. Но наиболее важными из научных работ Фарадея являются его исследования в области электромагнетизма и электрической индукции. Строго говоря, важный отдел физики, трактующий явления электромагнетизма и индукционного электричества, и имеющий в настоящее время такое громадное значение для техники, был создан Фарадеем из ничего.

    Когда Фарадей окончательно посвятил себя исследованиям в области электричества, было установлено, что при обыкновенных условиях достаточно присутствия наэлектризованного тела, чтобы влияние его возбудило электричество во всяком другом теле.

    Вместе с тем было известно, что проволока, по которой проходит ток и которая также представляет собою наэлектризованное тело, не оказывает никакого влияния на помещенные рядом другие проволоки. Отчего зависело это исключение? Вот вопрос, который заинтересовал Фарадея и решение которого привело его к важнейшим открытиям в области индукционного электричества.

    На одну и ту же деревянную скалку Фарадей намотал параллельно друг другу две изолированные проволоки. Концы одной проволоки он соединил с батареей из десяти элементов, а концы другой — с чувствительным гальванометром. Когда был пропущен ток через первую проволоку, Фарадей обратил все свое внимание на гальванометр, ожидая заметить по колебаниям его появление тока и во второй проволоке. Однако ничего подобного не было: гальванометр оставался спокойным. Фарадей решил увеличить силу тока и ввел в цепь 120 гальванических элементов. Результат получился тот же. Фарадей повторил этот опыт десятки раз и все с тем же успехом. Всякий другой на его месте оставил бы опыты, убежденный, что ток, проходящий через проволоку, не оказывает никакого действия на соседнюю проволоку. Но фарадей старался всегда извлечь из своих опытов и наблюдений все, что они могут дать, и потому, не получив прямого действия на проволоку, соединенную с гальванометром, стал искать побочные явления.

    электромагнитная индукция. электрический ток и поле.

    Сразу же он заметил, что гальванометр, оставаясь совершенно спокойным во все время прохождения тока, приходит в колебание при самом замыкании цепи и при размыкании ее оказалось, что в тот момент, когда в первую проволоку пропускается ток, а также когда это пропускание прекращается, во второй проволоке также возбуждается ток, имеющий в первом случае противоположное направление с первым током и одинаковое с ним во втором случае и продолжающийся всего одно мгновение Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, названы были Фарадеем индуктивными, и это название сохранилось за ними доселе.

    Будучи мгновенными, моментально исчезая вслед за своим появлением, индуктивные токи не имели бы никакого практического значения, если бы Фарадей не нашел способ при помощи остроумного приспособления (коммутатора) беспрестанно прерывать и снова проводить первичный ток, идущий от батареи по первой проволоке, благодаря чему во второй проволоке беспрерывно возбуждаются все новые и новые индуктивные токи, становящиеся, таким образом, постоянными. Так был найден новый источник электрической энергии, помимо ранее известных (трения и химических процессов), — индукция, и новый вид этой энергии — индукционное электричество.

    ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ (лат. inductio — наведение) — явление порождения вихревого электрического поля переменным магнитным полем. Если внести в переменное магнитное поле замкнутый проводник, то в нем появится электрический ток. Появление этого тока называют индукцией тока, а сам ток — индукционным.

    Опыт, позволяющий наблюдать явление электромагнитной индукции

    /

    Примером на применение явления электромагнитной индукции в моей работе стал индукционный генератор переменного тока.

    Индукционный генератор переменного тока

    В индукционных генераторах переменного тока механическая энергия превращается в электрическую. Индукционный генератор состоит из двух частей: подвижной, которая называется ротором, и неподвижной, которая называется статором. Действие генератора основано на явлении электромагнитной индукции. Индукционные генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении. В настоящее время имеется много типов индукционных генераторов, но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, состоящая из последовательно соединенных витков, в которых индуцируется переменная электродвижущая сила. Так как электродвижущие силы, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда электродвижущей силы индукции в обмотке пропорциональна числу витков в ней.

    Число силовых линий, пронизывающих каждый виток, непрерывно меняется от максимального значения, когда он расположен поперек поля, до нуля, когда силовые линии скользят вдоль витка. В результате при вращении витка между полюсами магнита через каждые пол-оборота направление тока меняется на противоположное, и в витке появляется переменный ток. Во внешнюю цепь ток отводится при помощи скользящих контактов. Для этого на оси обмотки укреплены контактные кольца, присоединенные к концам обмотки. Неподвижные пластины — щетки — прижаты к кольцам и осуществляют связь обмотки с внешней цепью (см. рисунок на след. стр.).

    Пусть виток провода вpащается в одноpодном магнитном поле с постоянной угловой скоpостью. Магнитный поток, пронизывающий виток, меняется по закону, здесь S — площадь витка. Согласно закону Фаpадея в обмотке наводится электродвижущая сила индукции, которая опpеделяется следующим обpазом:

    ,

    где N — число витков в обмотке. Таким образом, электродвижущая сила индукции в обмотке изменяется по синусоидальному закону и пpопоpциональна числу витков в обмотке и частоте вpащения.

    В опыте с вращающейся обмоткой статором является магнит и контакты, между которыми помещена обмотка. В больших промышленных генераторах вращается электромагнит, который является ротором, в то время как обмотки, в которых наводится электродвижущая сила, уложены в пазах статора и остаются неподвижными. На тепловых электростанциях для вращения ротора используются паровые турбины. Турбины, в свою очередь, приводятся во вращение струями водяного пара, полученного в огромных паровых котлах за счет сжигания угля или газа (теплоэлектростанции) или распада вещества (атомные электростанции). На гидроэлектростанциях для вращения ротора используются водяные турбины, которые вращаются водой, падающей с большой высоты.

    Электрогенераторы играют важнейшую роль в развитии нашей технологической цивилизации, поскольку позволяют получать энергию в одном месте, а использовать ее в другом. Паровая машина, например, может преобразовывать энергию сгорания угля в полезную работу, но использовать эту энергию можно только там, где установлены угольная топка и паровой котел. Электростанция же может размещаться весьма далеко от потребителей электроэнергии — и, тем не менее, снабжать ею заводы, дома и т. п.

    Рассказывают (скорее всего, это всего лишь красивая сказка), будто Фарадей демонстрировал прототип электрогенератора Джону Пилу, канцлеру казначейства Великобритании, и тот спросил ученого: «Хорошо, мистер Фарадей, все это очень интересно, а какой от всего этого толк?».

    «Какой толк? — якобы удивился Фарадей. — Да вы знаете, сэр, сколько налогов эта штука со временем будет приносить в казну?!»

    Заключение

    Изыскания в области индукции, производимой земным магнетизмом, дали Фарадею возможность высказать еще в 1832 году идею телеграфа, которая затем и легла в основу этого изобретения.

    А вообще открытие электромагнитной индукции недаром относят к наиболее выдающимся открытиям XIX века — на этом явлении основана работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире…

    В настоящее время все больше появляется техники с использованием явления электромагнитной индукции: плиты, зарядные устройства, электросчетчики, кофеварки, водонагреватели, тостеры, миксеры, утюги, настольные лампы и приборы для приготовления пищи и т.

    д. Чем же они отличаются от «добрых» старых электрических плит, проводных зарядных устройств? В чем их плюсы? А может они, тоже имеют свои недостатки? Современному потребителю все сложнее сделать выбор между техникой с использованием явления электромагнитной индукции и обычной. Возникает противоречие между желанием покупателя приобрести современный, надежный, энергоэкономичный продукт и отсутствием у него необходимой информации для совершения осознанного выбора конкретной модели из огромного количества аналогов. В своей работе я хочу помочь потребителю решить эту проблему.

    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

    Как работает интернет?

    Ну а теперь давайте рассмотрим самое интересное, как работает интернет.

    Нас уже не удивляет то, что за пару секунд мы получаем веб-страницу на своем экране.
    Но не многие знают, как это происходит. Сейчас об этом и поговорим.

    Итак, у нас есть человек, кто угодно – я, вы, или ваш дальний родственник. У этого человека есть доступ к компьютеру, который он с радостью включает. Человек хочет зайти в интернет и для этого запускает браузер, т.е. программу-клиент, установленную на его компьютере. В адресной строке браузера он вводит доменное имя сайта, допустим, info-line.net.

    Это мы все знали. А что же происходит в те милисекунды, которые мы не замечаем? Что же скрыто от наших глаз?

    После ввода доменного имени в браузер, программа-клиент связывается с провайдером  и сообщает ему о том, что она хочет запросить сайт info-line.net

    На провайдере установлен DNS сервер, который преобразует доменное имя интернет-ресурса info-line.net в IP-адрес (IP – это межсетевой протокол) вида 178.162.144.134.

    IP-адрес  выдается провайдером каждому компьютеру при подключении к интернету, естественно веб-сайты тоже имеют свои ip-адреса. На данный момент существует две версии IP – 4-ая (IPv4) и 6-ая (IPv6). Была еще и 5-ая версия, но она не была принята для публичного пользования. В настоящее время наиболее широко используется 4-ая версия IP.

    IP-адреса нужны для нахождения компьютеров в сети. Ведь нужно знать, куда отправлять пакет. На почте, вам нужно указать адрес получателя. В сети вместо адреса выступает IP.

    После этого, IP переводится из десятичной системы исчисления в двоичную и принимает привычный машинный вид в виде цифр 0 и 1.

    Далее,  провайдер пересылает ваш запрос сайта на маршрутизатор (или по-другому — Роутер).
    Маршрутизатор – это устройство, которое согласно таблицам маршрутов направляет передаваемые пакеты информации по указанному адресу. Маршрутизатор – это что-то вроде аналога GPS-навигатора в реальной жизни, он знает маршрут и указывает рабочий путь передаваемому пакету информации.

    Пакеты передаются от одного маршрутизатора к другому, пока не достигают сервера, т.е. того IP-адреса, который был указан клиентом в виде получателя.

    На web-сервере обрабатывается вся полученная информация и выдается результат в виде html-страницы, то есть обычной веб-страницы, которые мы так часто видим на экране.

    Данный результат отправляется по обратной цепочке через маршрутизаторы и провайдера к нашему компьютеру, после чего встает вопрос, а куда дальше-то пакеты посылать? В какую программу?

    Для этого предназначены порты.

    Что такое порт?

    Порт – это системный ресурс, выделяемый приложению для связи с другими приложениями в сети. Все программы для связи между собою посредством сети, используют порты.

    Если провести аналогию с домом, то дом – это IP, а квартира – это порт. Список портов можно посмотреть, открыв файл services по адресу: C:\Windows\System32\drivers\etc (ваш адрес может отличаться)

    Как мы видим, портов здесь достаточно много. Например, порт 25 служит для отправки почты, порт 110 для ее получения. Веб-сайты работают на порту номер 80, а система DNS, о которой мы уже говорили – на порту 53.

    Мы можем проверить работу портов в браузере. Если мы введем веб-сайт и после него, укажем :80, то у нас откроется веб-сайт, а если укажем :53, то получим сообщение об ошибке следующего содержания: «Данный адрес использует порт, который, как правило, не используется для работы с веб-сайтами. В целях вашей безопасности Firefox отменил данный запрос».

    Порт номер 21 используется для FTP, как мы уже знаем из прошлых уроков. Порты 135-139 используются системой Windows для доступа к общим ресурсам компьютера – папкам, принтерам. Эти порты должны быть закрыты фаерволлом для Интернета в целях безопасности. Порты 3128, 8080 используются в качестве прокси-серверов. Прокси – это компьютер-посредник, например, между моим компьютером и веб-ресурсом, на который я хочу зайти. Прокси используются для самых разных целей. Бывают бесплатные и платные прокси. Настроить их можно в настройках браузера. В браузере Firefox это делается следующим образом:

    1. Заходим в настройки

    2. Переходим в «Дополнительные»

    3. Открываем вкладку «сеть»

    4. В блоке «соединение» жмем кнопку «настроить»

    5. Переходим на ручную настройку прокси-сервера

    6. Указываем данные прокси.

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

    Явление электромагнитной индукции и его частные случаи широко применяются в электротехнике. Для преобразования механической энергии в энергию электрического тока используются синхронные генераторы. Для повышения или понижения напряжения переменного тока применяются трансформаторы. Использование трансформаторов позволяет экономично передавать электроэнергию от электрических станций к узлам потребления.

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

    1. Электрические машины, Л.М. Пиотровский, Л., «Энергия», 1972.

    2. Силовые трансформаторы. Справочная книга / Под ред. С.Д. Лизунова, А.К. Лоханина. М.:Энергоиздат 2004.

    3. Конструирование трансформаторов. А.В. Сапожников. М.: Госэнергоиздат. 1959.

    4. Расчёт трансформаторов. Учебное пособие для вузов. П.М. Тихомиров. М.: Энергия, 1976.

    5. Физика-учебник для 11 класса, авторы: Г.Я. Мякишев и Б.Б. Буховцев М. Просвещение, издание 2017.

    Эмерджентная электромагнитная индукция в спиральном магните

  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред Гл. 32 (Пергамон, 1960).

  • Канг Дж. и др. Встроенные катушки индуктивности из интеркалированного графена для радиочастотной электроники следующего поколения. Нац. Электрон . 1 , 46–51 (2018).

    Артикул Google ученый

  • Нагаоса, Н.Эмерджентный индуктор на спиральных магнитах. Jpn J. Appl. Физ . 58 , 120909 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Месерви, Р. и Тедроу, П. М. Измерения кинетической индуктивности сверхпроводящих линейных структур. J. Appl. Физ . 40 , 2028 (1969).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Берри М.V. Квантовые фазовые факторы, сопровождающие адиабатические изменения. Проц. Р. Соц. Лонд. А 392 , 45–57 (1984).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый

  • Сяо, Д., Чанг, М.-К. & Niu, Q. Фазовые эффекты Берри на электронные свойства. Ред. Мод. Физ . 82 , 1959–2007 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet КАС Статья Google ученый

  • Нагаоса, Н.и Токура, Ю. Топологические свойства и динамика магнитных скирмионов. Нац. Нанотехнология . 8 , 899–911 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

  • Mühlbauer, S. et al. Решетка Скирмиона в хиральном магнетике. Наука 323 , 915–919 (2009).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед Google ученый

  • Ю, Х.З. и др. Наблюдение в реальном космосе двумерного кристалла скирмиона. Природа 465 , 901–904 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

  • Neubauer, A. et al. Топологический эффект Холла в A-фазе MnSi. Физ. Преподобный Письмо . 102 , 186602 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Воловик Г.E. Линейный импульс в ферромагнетиках. J. Phys. С 20 , L83 (1987).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Фрелих, Дж. и Штудер, У. М. Калибровочная инвариантность и алгебра токов в нерелятивистской теории многих тел. Ред. Мод. Физ . 65 , 733–802 (1993).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet Статья Google ученый

  • Барнс, С.Э. и Маэкава, С. Обобщение закона Фарадея с учетом неконсервативных сил вращения. Физ. Преподобный Письмо . 98 , 246601 (2007 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Хаяси, М.и другие. Наблюдение во временной области спин-движущей силы в пермаллоевых нанопроволоках. Физ. Преподобный Письмо . 108 , 147202 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Yamane, Y. et al. Непрерывная генерация спинодвижущей силы в узорчатой ​​ферромагнитной пленке. Физ. Преподобный Письмо . 107 , 236602 (2011 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ямане Ю., Иеда Дж. и Синова Дж. Генерация электрического напряжения с помощью антиферромагнитной динамики. Физ. Ред. B 93 , 180408 (2016 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Татара, Г. и Коно, Х. Теория движения доменных стенок под действием тока: перенос спина по сравнению с переносом импульса. Физ. Преподобный Письмо . 92 , 086601 (2004 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Гладышевский Р.E., Strusievicz, O.R., Cenzual, K. & Parthé, E. Структура Gd 3 Ru 4 Al 12 , нового члена семейства структур EuMg 5.2 с неосновными атомными кластерами. Акта Кристаллогр. B 49 , 474–478 (1993).

    Артикул Google ученый

  • Niermann, J. & Jeitschko, W. Тройные редкоземельные (R) алюминиды переходных металлов R 3 Т 4 Al 12 ( T = Ru и Os) с структурой Gd 3 Ru 4 Al 12 . З. Неорг. Генерал Хим . 628 , 2549 (2002 г.).

    КАС Google ученый

  • Накамура, С. и др. Формирование спинового тримера в металлическом соединении Gd 3 Ru 4 Al 12 с искаженной структурой решетки кагоме. Физ. Ред. B 98 , 054410 (2018 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Чандрагири В., Айер К.К. и Сампаткумаран Э.В. Магнитное поведение Gd 3 Ru 4 Al 12 , слоистого соединения с искаженной сеткой кагоме. J. Phys. Конденс. Материя 28 , 286002 (2016).

    Артикул пабмед Google ученый

  • Hirschberger, M. et al. Фаза скирмиона и конкурирующие магнитные порядки на дышащей решетке кагоме. Нац. Коммуна . 10 , 5831 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ивасаки Дж., Мочизуки М. и Нагаоса Н. Универсальное соотношение тока и скорости движения скирмионов в хиральных магнитах. Нац. Коммуна . 4 , 1463 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья пабмед Google ученый

  • Климанн В. Динамика универсальной доменной стенки в неупорядоченных ферроидных материалах. год. Преподобный Матер. Рез . 37 , 415 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Yokouchi, T. et al. Индуцированная током динамика скирмионных струн. Науч. Доп . 4 , eaat1115 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Фунато, Х., Кавамура, А. и Камияма, К. Реализация отрицательной индуктивности с использованием переменного активно-пассивного сопротивления (VAPAR). IEEE Trans. Силовой электрон . 12 , 589 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Чжан С.Л. и др. Гелимагнетизм при комнатной температуре в тонких пленках FeGe. Науч. Реп . 7 , 123 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Эмори, С., Бауэр, У., Ан, С.-М., Мартинес, Э. и Бич, Г. С. Д. Управляемая током динамика киральных ферромагнитных доменных стенок. Нац. Мать . 12 , 611–616 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

  • Йокоучи Т.и другие. Формирование плоскостных скирмионов в эпитаксиальных тонких пленках MnSi по плоскостному эффекту Холла. J. Phys. соц. Jpn 84 , 104708 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

  • Самые высокие значения индуктивности в мире! Расширенная линейка сверхкомпактных высокочастотных индукторов размером 0201 дюйм (0603 мм) для смартфонов — серия LQP03TN_02. muRata https://article.murata. com/en-eu/article/expanded-lineup-of-ultra-compact-0201-inch-0603mm-size?intcid5 (2014).

  • Что такое электромагнитная индукция?

    Что означает электромагнитная индукция?

    Принцип электромагнитной индукции иллюстрируется цепью, в которой переменный ток генерирует другой ток в соседней цепи, но не связан с ней напрямую.

    Обычно приписываемый Майклу Фарадею, электромагнитная индукция применялась в различных системах в качестве электродвижущей силы на электрическом проводнике в изменяющемся магнитном поле.

    Techopedia объясняет электромагнитную индукцию

    Поэтическое размышление об электромагнитной индукции может привести к видениям двух потоков тока, которые влияют друг на друга, несмотря на их очевидное разделение, проходящие, как «корабли в ночи», но передающие энергию от одного к другому через своего рода осмос.

    Еще один способ представить себе электромагнитную индукцию — взять известный пример — поезд на магнитной подушке или поезд на магнитной подвеске, иллюстрирующий, как это работает.

    Поскольку сила, создаваемая магнитной линией, не связана с самим поездом, легко понять, как работает этот принцип, чтобы двигать что-то вроде поезда без трения.

    Помимо других применений, электромагнитная индукция также использовалась для выработки тепла в современных плитах. Частично полезность электромагнитной индукции заключается в ее способности производить «тонкое тело».

    Например: горелки серии, имеющие традиционную подключенную систему электрического тока, в целом могут потребовать больше места.

    Устройства для беспроводной зарядки

    Однако одним из новейших и наиболее широко известных применений электромагнитной индукции являются новаторские усилия по созданию устройств для беспроводной зарядки.

    Возвращаясь к основному принципу электромагнитной индукции, мы видим, что он очень полезен в ситуациях, когда вы не хотите, чтобы источник питания был физически связан с объектами, которым он обеспечивает питание. Такого рода разработка может привести к появлению некоторых будущих «свободных рук» или менее трудоемких моделей использования устройств.

    Например: в случае поезда на магнитной подушке вы можете использовать аккумулятор, подключенный электрическим кабелем к двигателю. Вместо этого использование магнитной левитации показывает, насколько ценна и практична электромагнитная индукция в системах.

    Ничего подключать не нужно — взаимодействие токовых полей само по себе осуществляет передачу энергии. Это само по себе было бы большим повышением пользовательского опыта в эпоху, когда отличный пользовательский опыт и путь клиента являются Святым Граалем для розничных фирм.

    Возвращаясь к беспроводной зарядке, эти новые системы заменят систему традиционной зарядки, при которой устройства должны быть подключены к настенной розетке или другому источнику питания с помощью специальных кабелей с определенными портами и разъемами.

    Здесь принцип электромагнитной индукции интересен, потому что он позволил бы гораздо более универсально использовать устройства с электрическим питанием. Бескабельный подход сделал бы зарядку более универсальной и эффективной.

    Это уберет много электронных отходов из глобального потока и удешевит и упростит приобретение технологий.

    Использование электромагнитной индукции для создания зарядных устройств для устройств

    В настоящее время ведутся работы по использованию электромагнитной индукции для создания зарядных устройств для устройств, например, в конфигурациях без обратной связи, которые могут быть приемлемы для более низких уровней выходной мощности.

    Однако у многих из этих систем есть проблема при использовании более высокого напряжения, поскольку они выделяют слишком много тепла, чтобы их можно было использовать. Другие проблемы включают выделение тепла из-за частотной радиоактивности.

    Пример уравнения напряжения, индуцированного электромагнитной индукцией

    Индуцированное напряжение электромагнитной индукции описывается следующим уравнением: .

    Физика 123 Недели 8 и 9 (электромагнитная индукция) — Физический факультет

    ** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ**  Любые демонстрации, которым требуется источник питания, могут легко «закоротить» источник питания. Пожалуйста, помните о своих цепях и при необходимости включите контактный ключевой переключатель или блок резисторов.

    Индуктивность

    Ассортимент катушек индуктивности

    Это примеры обычных предметов домашнего обихода, во всех из которых используются катушки индуктивности. Пожалуйста, не стесняйтесь передавать их своим ученикам.

    Обратная ЭДС

    Хотя эта схема питается от батареи на 6 В, вы можете заставить мигать неоновую лампочку на 90 В! поскольку параллельно лампочке подключена большая катушка, после размыкания цепи она будет действовать как повышающий трансформатор.

    Наведенные токи

    Гальванометр подключен к витому проводу. Когда коровий магнит вставляется и вынимается из катушки, на гальванометре отображается индуцированный ток.

    Светодиод, меняющий цвет

    Красный и зеленый светодиоды подключены к катушке.Когда вы вставляете катушку в сильное магнитное поле или вынимаете ее из него, индуцированный ток зажигает один из светодиодов в зависимости от его направления.

    Создание токов с помощью катушек

    Подключите меньшую первичную катушку к аккумулятору. Когда вы затем перемещаете эту катушку в большую катушку или из нее, на гальванометре будет отображаться индуцированный ток.

         **Пожалуйста, не забудьте отключить аккумулятор, иначе он разрядится**

    Вихревые токи

    Маятник вихревых токов

    Два алюминиевых листа разной формы качаются в сильном магнитном поле.Индуцированные вихревые токи окажут заметное и сильное влияние на один из ваших маятников!

    Вихретоковые трубки

    После того, как вы уронили немагнитный предмет в трубу, бросьте прилагаемый к нему неодимовый магнит! Наведенные вихревые токи значительно уменьшат ускорение, и вы, похоже, бросите вызов гравитации!

    Ощущение вихревых токов

    Позвольте вашим ученикам провести сильным магнитом по этой большой медной пластине. Они почувствуют заметное сопротивление, создаваемое наведенными вихревыми токами.Вы также можете положить магнит на лист рядом с немагнитным предметом и медленно создать наклон.

    Бросить кольцо

    Используйте аппарат Элиху Томпсона (с железным сердечником и без него), чтобы индуцировать ток в различных кольцеобразных объектах. В зависимости от того, есть ли в кольце щель, вихревой ток поднимет кольцо вверх.

    Генераторы и двигатели

    Простой двигатель

    Проволока с током закручена и подвешена над магнитом.При подключении к аккумулятору и легком нажатии катушка начнет вращаться, и у вас есть простой двигатель! **Вы закорачиваете аккумулятор, поэтому не оставляйте его подключенным**

    Ручные генераторы

    Покажите своим ученикам, как механическая энергия может быть преобразована в электрическую или наоборот с помощью этих небольших генераторов. Используйте с лампочкой для имитации электрического генератора или конденсатором для имитации электродвигателя. Вы даже можете соединить два вместе!

    Генераторы постоянного и переменного тока

    Используйте рукоятку, чтобы вращать проволочную катушку в магнитном поле.В зависимости от того, как сконфигурирован вход вашего гальванометра, будет отображаться переменный или постоянный ток.

    Электромагнитный двигатель

    Этот прибор является идеальной демонстрацией для ваших студентов, как работает электромагнитный двигатель!

    **Внимание** Он может вращаться довольно быстро, поэтому начните с 6 В и медленно увеличивайте до желаемого напряжения, не превышая 15 В.

    Эксперимент по электромагнитной индукции | Научный проект

    Что произойдет, если аккумулятор подсоединить и включить выключатель? Будет ли напряжение батареи влиять на магнитное поле?

    • Тонкая медная проволока
    • Длинный металлический гвоздь
    • Батарея фонаря 12 В
    • Батарея 9 В
    • Кусачки
    • Тумблер
    • Изолента
    • Скрепки
    1. Отрежьте длинный провод и прикрепите один конец к плюсовому выходу тумблера.
    2. Оберните проволоку не менее 50 раз вокруг гвоздя, чтобы получился соленоид .
    3. После того, как провод закроет гвоздь, прикрепите его к отрицательной клемме 12-вольтовой батареи.
    4. Отрежьте короткий кусок провода, чтобы соединить положительную клемму аккумулятора с отрицательной клеммой тумблера.
    1. Включите выключатель.
    2. Поднесите скрепки к гвоздю. Что происходит? Сколько скрепок вы можете подобрать?
    3. Повторите эксперимент с батареей 9В.
    4. Повторите эксперимент с батареями 9 В и 12 В, расположенными последовательно (если вы не знаете, как расположить батареи последовательно, ознакомьтесь с этим проектом, в котором объясняется, как это сделать).

    Ток, протекающий по цепи, делает гвоздь магнитным и притягивает скрепки. Батарея 12 В создаст более сильный магнит, чем батарея 9 В. Последовательная цепь создаст более сильный магнит, чем отдельные батареи.

    Электрические токи всегда создают свои собственные магнитные поля. Это явление представлено правилом правой руки:

    Если вы показываете рукой «большой палец вверх» вот так:

    Ток будет течь в направлении, на которое указывает большой палец, а направление магнитного поля будет описываться направлением пальцев. Это означает, что когда вы меняете направление тока, вы также меняете направление магнитного поля. Ток течет (что означает поток электронов) от отрицательного конца батареи через провод к положительному концу батареи, что может помочь вам определить направление магнитного поля.

    Когда тумблер включен, ток будет течь от отрицательной клеммы батареи по цепи к положительной клемме. Когда ток проходит через гвоздь, он индуцирует или создает магнитное поле. Аккумулятор 12В выдает большее напряжение ; следовательно, производит более высокий ток для цепи того же сопротивления. Большие токи будут индуцировать большие (и более сильные!) магнитные поля, поэтому гвоздь будет притягивать больше скрепок при использовании большего напряжения.

    Отказ от ответственности и меры предосторожности

    Education.com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для ознакомления только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и отказаться от каких-либо претензий к Образованию.com, которые возникают из-за этого. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения об ответственности Education.com.

    Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями. или другой надзор.Чтение и соблюдение мер предосторожности всех материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека. Для дополнительную информацию см. в справочнике по научной безопасности вашего штата.

    Урок электромагнитной индукции для детей

    Открытие электромагнитной индукции

    В 1831 году физик из Англии по имени Майкл Фарадей обнаружил, что если изменить магнитные поля (например, вращая магнит) вокруг катушки с проводом, можно создать электрический ток через провод.Он выяснил, что чем больше меняется магнитное поле, тем сильнее электрический ток. Он использовал это знание, чтобы применить электромагнитную индукцию для производства энергии без необходимости сначала иметь электричество.

    Майкл Фарадей

    Использование электромагнитной индукции

    Идея электромагнитной индукции была использована для создания генераторов. Генераторы создают энергию, особенно для обеспечения энергией, когда электричество недоступно (например, когда отключается электричество) или в качестве альтернативных методов производства энергии.Генератор использует альтернативный источник топлива для вращения магнитов вокруг катушки провода, вырабатывая электричество, которое затем можно использовать для питания ламп, холодильников, компьютеров и любых других устройств, которые обычно используют электричество.

    Топливом для этих генераторов может быть бензин, ветер (энергия ветра) или даже вода (гидроэнергия), и это лишь некоторые из них. Плотины, например, используют электромагнитную индукцию для выработки большого количества электроэнергии для электрических компаний. Они используют гидроэнергию, чтобы вращать массивные магниты генераторов, производя электричество.

    Современный парогенератор используется на плотине для производства электроэнергии.

    Краткий обзор урока

    Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году, применив этот процесс для создания первого генератора. Генераторы производят электричество, используя толчок и тягу, создаваемые северным и южным полюсами магнитов, вращая магниты вокруг катушки с проволокой. Создание электричества путем перемещения катушки провода через магнитные поля называется электромагнитной индукцией.

    Электромагнитная индукция | Encyclopedia.com

    Основы

    Применение

    Электромагнитная индукция — это генерация электродвижущей силы в замкнутой электрической цепи изменяющимся магнитным полем, проходящим через цепь. (Чтобы понять, что значит для магнитного поля «проходить» через цепь, представьте себе связку сырых спагетти, которые держат в круге, состоящем из большого и указательного пальцев: нити спагетти соответствуют линиям магнитного поля, а большой и указательный пальцы соответствуют к проводящей петле или цепи.) Некоторые из самых основных компонентов систем электроснабжения, такие как генераторы и трансформаторы, используют электромагнитную индукцию.

    Явление электромагнитной индукции было открыто британским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году и вскоре после этого независимо наблюдалось американским физиком Джозефом Генри. До этого времени было известно, что наличие электрического заряда заставит другие заряды на близлежащих проводниках перераспределяться. Кроме того, в 1820 году датский физик Ганс Христиан Эрстед продемонстрировал, что электрический ток создает магнитное поле.Тогда казалось разумным спросить, может ли магнитное поле вызывать какой-то электрический эффект, например ток.

    Электрический заряд, стационарный в магнитном поле, никак не будет взаимодействовать с полем. Также движущийся заряд не будет взаимодействовать с полем, если он движется параллельно

    направлению поля. Однако на движущийся заряд, пересекающий поле, будет действовать сила, перпендикулярная как к полю, так и к направлению движения заряда (рис. 1).Теперь вместо одиночного заряда представьте прямоугольную петлю из проволоки, движущуюся через поле. На две стороны петли будут действовать силы, перпендикулярные самой проволоке, так что никакие заряды не будут перемещаться. По двум другим сторонам будет течь заряд, но, поскольку силы равны, заряды просто соберутся на одной стороне, создав внутреннее электрическое поле для противодействия приложенной силе, и суммарного тока не будет (рис. 2).

    Как магнитное поле может вызвать протекание тока через петлю? Фарадей обнаружил, что одного наличия магнитного поля недостаточно. Чтобы генерировать ток, магнитный поток через петлю — число замкнутых силовых линий магнитного поля — должен меняться со временем.Термин поток относится к потоку силовых линий магнитного поля через область, ограниченную петлей. Поток силовых линий магнитного поля подобен потоку воды через трубу и может увеличиваться или уменьшаться со временем.

    Чтобы понять, как изменение потока порождает ток, рассмотрим цепь, состоящую из множества прямоугольных петель, соединенных с лампочкой. При каких условиях будет течь ток и лампочка будет светиться? Если цепь протянуть через однородное магнитное поле, тока не будет, потому что поток будет постоянным.Но если поле неоднородно, заряды на одной стороне петли будут постоянно испытывать большую силу, чем на другой стороне. Эта разница в силах заставит заряды циркулировать по контуру с током, который зажигает лампочку. Работа, совершаемая при перемещении каждого заряда по цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС). Единицами электродвижущей силы являются вольты, как и напряжение батареи, которая также вызывает протекание тока по цепи. Для цепи не имеет значения, вызвано ли изменение потока собственным движением петли или движением магнитного поля, поэтому случай стационарной цепи и движущегося неоднородного поля эквивалентен предыдущей ситуации, и снова лампочка будет свет (рис. 3).

    Тем не менее, в цепи можно индуцировать ток без смещения ни контура, ни поля. В то время как стационарная петля в постоянном магнитном поле не заставит лампочку загореться, та же самая стационарная петля в поле, которое меняется во времени (например, когда поле включается или выключается), будет испытывать электродвижущую силу. Это происходит потому, что изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, направление которого определяется правилом правой руки: большой палец правой руки указывает в направлении изменения магнитного потока, а пальцы можно обхватить направление индуцированного электрического поля. При ЭДС, направленной по цепи, потечет ток и лампочка загорится (рис. 3).

    Различные условия, при которых магнитное поле может вызвать протекание тока по цепи, резюмируются законом индукции Фарадея. Изменение во времени потока магнитного поля через поверхность, ограниченную электрической цепью, создает электродвижущую силу в этой цепи.

    Каково направление индуцированного тока? Индуцированный ток будет создавать магнитное поле.Если бы поток этого поля добавлялся к первоначальному магнитному потоку через цепь, то был бы больший ток, который создавал бы больший поток, который создавал бы больший ток, и так далее

    без ограничений. Такая ситуация нарушила бы закон сохранения энергии и тенденцию физических систем сопротивляться изменениям. Таким образом, индукционный ток будет генерироваться в направлении, создающем магнитный поток, противодействующий изменению индукционного потока. Этот факт известен как закон Ленца.

    Отношение между изменением тока в цепи и электродвижущей силой, которую оно индуцирует в себе, называется самоиндукцией цепи. Если сила тока указана в амперах, а ЭДС – в вольтах, единицей самоиндукции является генри. Изменение тока в одной цепи может также индуцировать электродвижущую силу в соседней цепи. Отношение индуцируемой электродвижущей силы к скорости изменения тока в индуцирующей цепи называется взаимной индуктивностью и также измеряется в генри.

    Электрический генератор представляет собой устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. В этом случае магнитное поле стационарно и не меняется со временем. Это цепь, которая вращается в магнитном поле. Поскольку площадь, допускающая прохождение силовых линий магнитного поля, изменяется при вращении цепи, поток через цепь будет изменяться, вызывая тем самым ток (рис. 4). Как правило, турбина используется для обеспечения вращения контура. Энергия, необходимая для движения турбины, может исходить от пара, вырабатываемого ядерным или ископаемым топливом, или от потока воды через плотину.В результате механическая энергия вращения превращается в электрический ток.

    Трансформаторы – это устройства, используемые для передачи электроэнергии между цепями. Они используются в линиях электропередач для преобразования электричества высокого напряжения в бытовой ток. Обычные устройства, такие как радиоприемники, телевизоры и блоки питания цифровых устройств, также используют трансформаторы. Трансформатор использует взаимную индуктивность.

    Закон индукции Фарадея — Изменение во времени потока магнитного поля через поверхность, ограниченную электрической цепью, создает электродвижущую силу в этой цепи.

    Поток — Поток количества через заданную площадь.

    Генератор — Устройство для преобразования кинетической энергии (энергии движения) в электрическую энергию.

    Генри— Стандартная единица измерения индуктивности.

    Закон Ленца — Направление тока, индуцируемого в цепи, будет таким, чтобы создать магнитное поле, противодействующее изменению индуцирующего потока.

    Взаимная индуктивность — Отношение индуцированной электродвижущей силы в одной цепи к скорости изменения тока в индуктивной цепи.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.