Упражнения, вопросы и задачи на тему Электромагнитная индукция
На данной странице собраны вопросы, упражнения и задачи на тему Электромагнитная индукция из учебника Мякишева, Буховцева, Чаругина по физике 11 класса, год издания книги 2010. Ссылка на ГДЗ дана после каждого упражнения.
8.1 В чем главное отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянныхРЕШЕНИЕ
8.2 В чем заключается явление электромагнитной индукции
РЕШЕНИЕ
8.3 Как должен двигаться замкнутый проводящий контур в однородном магнитном поле, не зависящем от времени: поступательно или вращательно, чтобы в нем возник индукционный ток
РЕШЕНИЕ
10.1 Как определяется направление индукционного тока
РЕШЕНИЕ
10.2 Возникнет ли в кольце с разрезом электрическое поле, если подносить к нему магнит
РЕШЕНИЕ
11.1 Что называется магнитным потоком (потоком магнитной индукции)
РЕШЕНИЕ
11.2 Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока
РЕШЕНИЕ
11.
3 Как формулируется закон электромагнитной индукции
РЕШЕНИЕ
11.4 Почему в формуле для закона электромагнитной индукции стоит знак —
РЕШЕНИЕ
12.1 Какова природа сторонних сил, вызывающих появление индукционного тока в неподвижном проводнике
РЕШЕНИЕ
12.2 В чем отличие вихревого электрического поля от электростатического или стационарного
РЕШЕНИЕ
12.3 Что такое токи Фуко
РЕШЕНИЕ
12.4 В чем преимущества ферритов по сравнению с обычными ферромагнетиками
РЕШЕНИЕ
13.1 Чему равна сила Лоренца и как она направлена
РЕШЕНИЕ
13.2 От чего зависит ЭДС индукции, возникающая в проводнике, который движется в переменном во времени магнитном поле
РЕШЕНИЕ
14.1 Можно ли использовать в качестве чувствительного элемента микрофона одну из обкладок конденсатора, колеблющуюся под действием звуковой волны
РЕШЕНИЕ
15.1 Что называют самоиндукцией
РЕШЕНИЕ
15.2 Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока
РЕШЕНИЕ
15.
3 Что называют индуктивностью проводника
РЕШЕНИЕ
15.4 Что принимают за единицу индуктивности в СИ
РЕШЕНИЕ
15.5 Чему равна ЭДС самоиндукции
РЕШЕНИЕ
16.1 Почему для создания тока источник должен затратить энергию?
РЕШЕНИЕ
16.2 Чему равна энергия магнитного поля
РЕШЕНИЕ
17.1 В результате каких процессов возникает магнитное поле
РЕШЕНИЕ
17.2 Почему утверждение о том, что в данной точке пространства существует только электрическое поле или только магнитное поле, не является точным
РЕШЕНИЕ
1 Прямоугольный контур ABCD перемещается поступательно в магнитном поле тока, идущего по прямолинейному длинному проводнику. Определите направление тока, индуцированного в контуре, если контур удаляется от провода. Какие силы действуют на контур?
РЕШЕНИЕ
2 Кольцо из сверхпроводника помещено в однородное магнитное поле, индукция которого нарастает от нуля до В0. Плоскость кольца перпендикулярна линиям индукции поля. Определите силу индукционного тока, возникающего в кольце.
Радиус кольца r, индуктивность L.
РЕШЕНИЕ
2.1 Определите направление индукционного тока в сплошном кольце, к которому подносят магнит
РЕШЕНИЕ
2.2 Сила тока в проводнике ОО убывает. Определите направление индукционного тока в неподвижном контуре ABCD и направления сил, действующих на каждую из сторон контура.
РЕШЕНИЕ
2.3 Металлическое кольцо может свободно двигаться по сердечнику катушки, включенной в цепь постоянного тока. Что будет происходить в моменты замыкания и размыкания цепи?
РЕШЕНИЕ
2.4 Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3*10-2 м за 2 с изменился на 1,2*10-2 Вб. Определите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.
РЕШЕНИЕ
2.5 Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Определите разность потенциалов между концами его крыльев, если модуль вертикальной составляющей магнитной индукции земного магнитного поля 5*10-5 Тл, а размах крыльев 12 м.
РЕШЕНИЕ
2.6 Сила тока в катушке изменяется от 1 А до 4 А за время, равное 3 c.
При этом возникает ЭДС самоиндукции, равная 0,1 B. Определите индуктивность катушки и изменение энергии магнитного поля, создаваемого током.
РЕШЕНИЕ
2.7 В катушке индуктивностью 0,15 Гн и очень малым сопротивлением r сила тока равна 4 A. Параллельно катушке присоединили резистор сопротивлением R>>r. Какое количество теплоты выделится в катушке и в резисторе после быстрого отключения источника тока?
РЕШЕНИЕ
Закон электромагнитной индукции в понятном изложении | Инженерные знания
Прежде, чем разобраться с законом электромагнитной индукции или, как его ещё называют, законом Фарадея, давайте перечислим все основные понятия. Их обязательно нужно уяснить, прежде, чем сделать следующий шаг.
Майкл ФарадейМайкл Фарадей
Начнем с того, что электромагнитной индукцией называется явление возникновения электродвижущей силы (читай для простоты понимания как электрического тока) в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через этот контур.
Электромагнитная индукция
Магнитным потоком для простоты можно назвать количество линий магнитной индукции (правильнее говорить векторов магнитной индукции) которые пронизывают этот контур. Изменением магнитного потока можно считать или изменение напряженности магнитного поля, или перемещение самого замкнутого контура в этом магнитном поле. Опять-таки, для простоты это можно назвать емкой, но размытой фразой “изменение магнитного поля”.
Магнитный потокМагнитный поток
Про электромагнитную индукцию мы уже подробно рассказали в этой статье и очень советуем её прочитать.
Самым простым примером проявления электромагнитной индукции в жизни является случай, когда вас бьет током от движущегося велосипеда под линией электропередач. В случае, если рама является замкнутой – это яркий пример электромагнитной индукции. Но бывает ведь ещё и сила Лоренца.
Описывая явление электромагнитной индукции, Фарадей обнаружил ряд закономерностей.
Первая из них заключалась в том, что при увеличении “мощности” магнитного поля (правильнее говорить количества линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутый контур и соответственно – магнитного потока), индукционный ток в контуре увеличивался.
Следующая выявила влияние количества витков в контуре или катушке на величину индукционного тока. Чем больше было витков, тем больше было значение индукционного тока.
И наконец, чем быстрее перемещалось магнитное поле (опять помним, что правильно – магнитный поток) относительно контура (чем быстрее двигали магнит относительно катушки), тем быстрее нарастало значение индукционного тока.
Эти обстоятельства легли в основу закона, который в результате всех опытов сформулировал Фарадей. Он так и был назван – закон электромагнитной индукции или закон Фарадея.
В учебнике он формулируется так:
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Если вчитаться в формулировку закона, то вопросов уже и не останется, потому что все понятия разобраны ранее. Правильно будет сказать, что физический смысл скорости изменения магнитного потока через контур – это электродвижущая сила индукции.
Закон электромагнитной индукцииЗакон электромагнитной индукции
ЭДС индукции – это напряжение, существующее в цепи (такое приравнивание не совсем корректно и вот почему, но тем не менее допустимо). Скорость изменения потока мы уже обсудили.
Остаётся момент со знаком. Почему ЭДС индукции противоположна по знаку изменению магнитного поля?
Дело в том, что любая физическая система всегда старается вернуться к равновесию. Также и тут. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет такое направление, чтобы магнитный поток поля уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока. Прочитайте формулировку пару раз.
Вчитайтесь в неё и поймете о чем речь. Скажем так, сама система пытается нивелировать или уменьшить наблюдаемый эффект. Тут уже логично было бы рассказать про правило Ленца, которое определяет этот знак.
Кстати, стоит отметить, что для нас интересно любое изменение магнитного поля. Фарадей, прежде, чем начать эксперименты с катушкой и постоянным магнитом, использовал для экспериментов две катушки с током, которые по правилу, установленному Эрстедом, генерируют магнитное поле вокруг себя. Если катушки перемещать друг относительно друга или менять характеристики тока в одной из них (скажем, подключать и отключать от цепи), то наблюдается эффект появления тока индукции в одной из катушек, которая подсоединена к Гальванометру.
Для катушки с N-витковДля катушки с N-витков
Есть и ещё одно обстоятельство. Если в замкнутом контуре имеется некоторое количество витков N, то мы всю эту радость должны умножить на количество витков.
Вот, собственно, и всё.
Электромагнитная индукция – презентация онлайн
1. Электромагнитная индукция
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯВопрос: если электрический ток создает вокруг себя
магнитное поле, то не может ли магнитное поле создать
электрический ток?
На этот вопрос был дан ответ английским физиком
М.Фарадеем (1791–1867): электрический ток можно получить
в контуре (в замкнутом проводнике) при изменении
магнитного поля, пронизывающего этот контур
Явление получения электрического тока при
изменении магнитного поля, пронизывающего
контур, называется электромагнитной индукцией
Чтобы оформить закон электромагнитной индукции, надо
ввести новую физическую величину — магнитный поток
n
B
S
Магнитным потоком Ф называется произведение
BS cos
Другими словами, магнитный поток — это количество
магнитных линий, пронизывающих контур
Единица измерения магнитного потока — вебер (Вб):
Из опытов Фарадея следует, что сила индукционного тока в
контуре пропорциональна быстроте изменения количества
B
I
Вывод:
Ii ~
t
S
Если в проводнике появляется ток, то «кто-то» должен
заставлять заряженные частицы упорядоченно в нем двигаться
В замкнутой цепи (контуре) это могут быть только силы
неэлектрического происхождения — сторонние силы, работа
которых по переносу заряженных частиц называется
электродвижущей силой — ЭДС (измеряется в вольтах)
Сторонней силой в этом случае является сила «того», кто
изменяет магнитный поток через контур
Значит, в контуре (замкнутой цепи) при изменении магнитного
потока действует ЭДС, называемая ЭДС индукции Ei
По закону Ома для замкнутой цепи
Ei
Ii
где R — сопротивление контура
Тогда получаем
Ei
Ii
~
R
t
èëè
Ei ~
t
Чтобы получить из пропорциональности равенство,
необходимо ввести коэффициент пропорциональности:
Ei ~
t
Ei k
t
В Системе Интернациональной (СИ) этот коэффициент
берется равным 1 (k = 1)
Тогда закон электромагнитной индукции формулируется
следующим образом:
Величина (модуль) ЭДС индукции в контуре равна
скорости изменения магнитного потока через
контур:
Ei
t
Сформулированный закон электромагнитной индукции
говорит о величине ЭДС индукции, но ничего не говорит о
направлении действия этой ЭДС, т.
возникающего индукционного тока
Этот вопрос можно решить, зная, что возникающий в контуре
индукционный ток сам создает магнитное поле
Правило Ленца: индукционный ток направлен так,
чтобы его магнитное поле компенсировало
изменение внешнего потока магнитного поля через
контур
Короче: индукционный ток направлен так, чтобы
препятствовать причине, вызывающей этот ток (следствие
закона сохранения энергии)
С учетом правила Ленца ЭДС индукции Ei и изменение
магнитного потока должны иметь разные знаки, поэтому
t
На законе электромагнитной индукции основана работа
всех электрогенераторов для промышленного получения
тока
Государственных законов Фарадея об электромагнитной индукции.
Законы электромагнитной индукции, данные Фарадеем:
- Всякий раз, когда происходит изменение магнитного потока, связанного с замкнутым контуром, индуцируется ЭДС, то есть индуцируется электромагнитное поле.
- Величина наведенной ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока в этой цепи.
- Индуцированная ЭДС длится до тех пор, пока в контуре продолжается изменение магнитного потока.
Закон индукции Фарадея (кратко, закон Фарадея ) – это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС) – явление, известное как электромагнитная индукция. Это основной принцип работы трансформаторов, индукторов и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов.
Уравнение Максвелла – Фарадея (указанное как одно из уравнений Максвелла) описывает тот факт, что пространственно изменяющееся (а также, возможно, изменяющееся во времени, в зависимости от того, как магнитное поле изменяется во времени) электрическое поле всегда сопровождает изменяющееся во времени магнитное поле.
Был открыт закон Фарадея, и один из его аспектов (трансформаторная ЭДС) был позже сформулирован как уравнение Максвелла – Фарадея. Уравнение закона Фарадея может быть получено с помощью уравнения Максвелла – Фарадея (описывающего ЭДС трансформатора) и силы Лоренца (описывающей ЭДС движения). Интегральная форма уравнения Максвелла – Фарадея описывает только ЭДС трансформатора, в то время как уравнение закона Фарадея описывает как ЭДС трансформатора, так и ЭДС движения.
Электромагнитный или Магнитная индукция – это создание электродвижущей силы через электрический проводник в изменяющемся магнитном поле.
Майклу Фарадею обычно приписывают открытие индукции в 1831 году, а Джеймс Клерк Максвелл математически описал это как закон индукции Фарадея.
Закон Ленца описывает направление индуцированного поля. Позднее закон Фарадея был обобщен и стал уравнением Максвелла – Фарадея, одним из четырех уравнений Максвелла в его теории электромагнетизма.
Электромагнитная индукция нашла множество применений, включая электрические компоненты, такие как индукторы и трансформаторы, а также такие устройства, как электродвигатели и генераторы.
Читать все
Моделирование закона Ленца На схеме справа показана петля из медного провода, удерживаемая на месте рядом с соленоидом. 03 мая 2012 г. · 3. д. На каждое действие всегда есть равная и противоположная реакция). ЭДС = −N (Δϕ Δt) E m f = – N (Δ ϕ Δ t) где, ЭДС – индуцированное напряжение (также известное как электродвижущая сила). 11 июня 2021 г. · Закон Ленца. 24 февраля 2012 г. · Закон Ленца также подчиняется третьему закону движения Ньютона (i. 2. Как и сопротивление, реактивное сопротивление замедляет электрический ток.Это короткая анимация, которая изображает закон Ленца и то, как изменение магнитного потока создает индуцированный ток.
Кратко опишите три эксперимента, проведенных в этом видеоклипе, и объясните, как они демонстрируют закон Ленца.Δϕ Δ ϕ Изменение магнитного потока. 15 августа 2021 г. · Закон Ленца – проявление сохранения энергии. Вам дается проводящая катушка на N витков, мультиметр и немаркированный магнит (то есть полюса не маркированы). Онлайн-лекции »Глава 09: Индукция» 9. Пример: / ** / ЭДС вызывается движением стержня влево. Между моментами времени t = t и t = t, + Δt петля поворачивается вокруг вертикальной оси. Решено • 11 июня 2021 г. будет направлена так, что если бы он заставил ток течь по проводнику во внешней цепи, то этот ток будет генерировать дополнительное магнитное поле в направлении, которое будет противодействовать изменению исходного магнитного поля.Тема: Электромагнетизм. Закон Ленца – это проявление сохранения энергии. Петля из медной проволоки изначально находится в состоянии покоя в однородном магнитном поле. Это обеспечивает последовательность. Закон Ленца и правило правой руки: современный мир не существовал бы сегодня без электромагнитов; почти все, что мы используем сегодня, так или иначе работает на электромагнитах.
Электромагнитная индукция. 14 августа 2020 г. · Закон Ленца и сохранение энергии «Закон Ленца – это утверждение закона сохранения энергии для цепи с индуцированным током».В. Магнит упал на медную трубу. MCQ: закон Ленца и AC. Ток в L1 начинает линейно увеличиваться, как это видно на зеленой кривой I (L1) на графике. Исследование 1 (а) Используйте онлайн-моделирование от группы PhET Университета Колорадо, чтобы изучить закон Фарадея. Закон Ленца – путь проще! Генрих Фридрих Эмиль Ленц (1804-1865) Закон Ленца: магнитное поле любого индуцированного тока противостоит изменению, которое его вызывает. Когда изменение начинается, закон гласит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение.Остановите планку и эдс исчезнет. Когда электрический ток течет по цепи, ему противостоят две вещи: сопротивление и реактивное сопротивление. P 0 – Индукция магнитного поля вдоль оси соленоида D. Темы AHL. f противоположно направлению скорости изменения магнитной индукционной связи. Нет.
Небольшой стальной цилиндр и магнит одинакового веса падают с разной скоростью через медную трубку, потому что движение магнита вызывает вихревые токи, в результате чего возникает магнитное поле, которое замедляет падение магнита.Это моделирование классического эксперимента, демонстрирующее принцип. Это показывает, что закон Ленца является результатом сохранения энергии. Когда скорость магнита изменяется около индуктора (проволочной петли), на нем индуцируется напряжение, которое возбуждает ток и зажигает лампочку. «Если вы протолкните провод через поле, индуцированный ток создаст силу, которая отталкивает» «Если поле направлено в одну сторону, а проводник движется по нему, то индуцированный ток создает поле, которое указывает на 10.будет направлен так, что ток, который он заставляет течь, противодействует изменению, которое его вызывает. N – количество петель. Закон Ленца можно изучить с помощью модели PhET, представленной ниже, любезно предоставленной нам Университетом Колорадо. Также показано одно важное приложение; микрофон с подвижной катушкой.
Закон Ленца может быть включен в закон Фарадея, чтобы дать начальный текст, индуцированный, пробел, e, точка, m, точка, f, точка, конечный текст, равно, минус, N, начальная дробь, Δ, Φ, деленная на, Δ, t, конечная фракция, индуцированная e.Закон Фарадея; Закон Ленца; Трансформатор; С помощью моделирования можно охватить всю главу об электромагнетизме. чтобы сохранить константу ∫ A B ⃗ ⋅ n ⃗ \ int_A \ vec {B} \ cdot \ vec {n} ∫ A B ⋅ n. Это моделирование электромагнитной индукции объясняет концепцию наведенной ЭДС в катушке, когда между стержневым магнитом и катушкой происходит относительное движение. Закон Ленца позволяет нам предсказать направление е. Энергия может входить или уходить, но не мгновенно. Это сохранение: Закон Ленца является примером закона сохранения одного из следующих.Если толкание магнита в катушку вызывает ток, энергия в этом токе должна исходить откуда-то. Расчет джоулевых потерь, омический нагрев, резистивный нагрев, нагрев электрических проводов. 2 Закон Ленца Направление индуцированного тока определяется законом Ленца: индуцированный ток создает магнитные поля, которые имеют тенденцию противодействовать изменению магнитного потока, которое индуцирует такие токи.
В этом примере проверки сравниваются ток и джоулева теплота, генерируемые в проводнике, вычисленные по закону Ома и закону Джоуля и рассчитанные в QuickField с использованием трех формулировок: проводимость постоянного тока, проводимость переменного тока и переходный электрический ток.Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что, когда ЭДС индуцируется в соответствии с законом Фарадея, полярность (направление) этой индуцированной ЭДС такова, что она противодействует причине ее возникновения. Закон Ленца является примером закона сохранения одного из следующих. Пример: если внешнее магнитное поле в контуре уменьшается, индуцированный ток создает поле, параллельное полю, которое имеет тенденцию увеличивать чистое поле. Закон Ленца; Моделирование можно использовать только для изучения закона Ленца: силовые линии магнитного поля PHYS 201 – Лекция 11 – Законы Ленца и Фарадея.Используйте закон Ленца, чтобы объяснить любое различие в знаках между демонстрацией 2 и демонстрацией 3., вызванное изменением магнитного поля через петлю или катушку провода (см.
Закон Фарадея). Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Магнитный поток определяется как величина магнитного поля, проходящего через данную область, и имеет единицы веберов, где 1 Вт = 1 Тм2 1 Вт = 1 Тм2. • Закон силы Ампера • Закон Био-Савара • Закон Гука • Закон Кулона • Закон Джоуля-Ленца • Закон Ома • Закон электромагнитной индукции Фарадея • Законы диффузии Фика • Закон Фурье теплопроводности Моделирование физических законов в QuickField 30 декабря 2015 г. · MCQ: закон Ленца и переменный ток.Электронная почта Численное моделирование, иллюстрирующее закон Ленца. Когда ЭДС генерируется изменением магнитного потока в соответствии с законом Фарадея, полярность индуцированной ЭДС такова, что она создает ток, магнитное поле которого противодействует изменению, которое его вызывает. Начальный ток 100 мА устанавливается в L3 перед запуском моделирования, который устанавливает L3 как постоянную нагрузку для T1.
dt I —– Индуцированная ЭДС C. Таким образом, индуцированная ЭДС будет противодействовать этому движению. 20 ноября 2010 г. · Закон Ленца. Учитывая закон Ленца, E = −N dϕ dt E = – N d ϕ d t.Я. Законы Ленца и Фарадея По мере прохождения этапов лабораторной процедуры записывайте экспериментальные значения и результаты в этот рабочий лист. 2: Моделирование закона Фарадея. присутствует всегда, даже если проводник не входит в полную цепь. Закон Ленца гласит, что индуцированная e. Вы также можете запросить бесплатную пробную версию или проверить блог (который также бесплатен). Удобное демонстрационное устройство для иллюстрации закона Ленца и индукции вихревых токов. Моделирование начинается с того, что S1 подключает L1 к источнику питания 20 В постоянного тока Vs.Закон Ленца; Моделирование можно использовать только для обучения закону Ленца: силовые линии магнитного поля 18 октября 2021 г. · Кажется, сначала трудно понять концепцию закона Ленца. Чтобы упростить это, давайте рассмотрим приведенный ниже пример.
Чтобы проиллюстрировать, как работает закон Ленца, давайте рассмотрим проводящую петлю, помещенную в магнитное поле. Добавлен: 13 лет назад. 4. Из приведенного выше уравнения можно сделать следующий вывод. Закон Ленца отражен в формуле закона Фарадея. Закон Фарадея; Моделирование можно использовать только для обучения закону Фарадея: учить.Ранее в нашем блоге мы видели, что движущийся проводник в магнитном поле генерирует вихревые токи, и что эти вихревые токи имеют свои собственные магнитные поля, которые могут взаимодействовать с исходным магнитом. «Если вы проталкиваете провод через поле, индуцированный ток создает силу, которая отталкивает» «Если поле направлено в одну сторону, а проводник движется по нему, то индуцированный ток создает поле, которое соответствует закону Ленца. Магнит теперь перемещается вперед и назад перед катушкой с проволокой. моделирование закона Ленца…
Электромагнитная индукция – Обучение – ScienceFlip
Электромагнитная индукция – Изучение
Электромагнитная индукция используется в двигателях и трансформаторах, которые будут изучены позже.
В этом разделе рассматриваются как закон индукции Фарадея, так и закон Ленца. Эти законы важны для понимания электромагнитной индукции.
Фарадей провел множество исследований с магнитными полями и катушками из проволоки. В ходе одного расследования он обнаружил следующее:
- , если бы он переместил магнит в катушку, это вызвало бы ЭДС, в результате чего в катушке возник бы ток
- , когда магнит был удален, можно было наблюдать тот же ток, но в противоположном направлении
- чем быстрее движется магнит в катушку, тем больше ток
- , если магнит удерживался неподвижно, а катушка двигалась, создавая такое же относительное движение, все наблюдения, приведенные выше, все еще наблюдались.
Фарадей пришел к выводу, что неважно, двигается ли это магнит или катушка, именно изменение потока на индуцировало ЭДС, приводящую к любому наблюдаемому току.В дополнение к этому он обнаружил, что именно скорость изменения потока определяет величину любой ЭДС или тока.
Закон индукции Фарадея
Закон индукции Фарадея гласит: Индуцированная ЭДС в цепи равна по величине скорости, с которой магнитный поток, проходящий через цепь, изменяется со временем.
Закон Фарадея можно записать в виде уравнения как:
где:
– наведенная ЭДС (в В)
– количество витков в катушке
– магнитный поток (в Вб)
– изменение во времени (в с)
* примечание: отрицательный знак в уравнении сообщает нам направление индуцированной ЭДС, которое будет обсуждаться позже.
Закон Ленца
Закон Ленца используется для определения направления индуцированного тока в результате наведенной ЭДС. Это также демонстрирует, как электромагнитная индукция подчиняется закону сохранения энергии.
Ленц открыл способ предсказать направление, в котором будет течь ток, в результате изменения магнитного поля вокруг проводника (провода, катушки, соленоида).
Закон Ленца можно сформулировать как: Индуцированная ЭДС всегда вызывает ток, который создает магнитное поле, которое противодействует первоначальному изменению потока через цепь.
Вспомните отрицательный знак в уравнении. Это отсылка к идее, что индуцированный ток создает поле, которое на противоположно по отношению к исходному полю.
При применении закона Ленца есть три шага, которые можно использовать для определения направления индуцированного тока:
- В каком направлении изменяется магнитное поле?
- В каком направлении магнитное поле будет противодействовать этому полю?
- В каком направлении должен течь индуцированный ток, чтобы создать это поле?
Соленоиды и электромагнитная индукция
Напомним, что соленоид – это катушка из проводящего провода, которая создает магнитное поле, когда через него проходит ток.Соленоиды также могут использоваться для наведения токов в других соленоидах.
У них также есть то преимущество, что они не требуют движущихся частей. Скорее они используют изменения тока для создания изменяющегося магнитного потока. На приведенной ниже диаграмме показана типичная установка, которую можно использовать для демонстрации электромагнитной индукции с помощью соленоидов:
Следующая анимация может использоваться для демонстрации электромагнитной индукции. Обратите внимание на разницу в наведенном токе при перемещении магнита с разной скоростью, изменении полярности магнитов, а также при использовании разных катушек.
Пример 1:
Используйте закон Ленца для определения направления индуцированного тока в каждом из приведенных ниже примеров:
Ответы: (следуя 3 шагам, описанным выше)
а) Направление магнитного поля через катушку увеличивается вниз. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правую ручку для захвата, пальцы, проходящие через катушку вверх, показывают, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.
б) Направление магнитного поля через катушку уменьшается и вверх. Магнитное поле, направленное вверх через катушку, будет противодействовать этому изменению. Используя правую ручку для захвата, пальцы, проходящие через катушку вверх, показывают, что ток течет против часовой стрелки, если смотреть сверху.
c) Направление магнитного поля увеличивается в катушке / странице. Магнитное поле, направленное наружу через катушку / страницу, будет противодействовать этому изменению. Используя правую ручку для захвата, пальцы проходят сквозь катушку, показывая, что ток течет против часовой стрелки.
г) Направление магнитного поля убывает из катушки / страницы. Магнитное поле, направленное наружу через катушку / страницу, будет противодействовать этому изменению. Используя правую ручку для захвата, пальцы проходят сквозь катушку, показывая, что ток течет против часовой стрелки.
Пример 2:
На схеме ниже показана прямоугольная петля, движущаяся в магнитное поле силой 0,5 Тл внутрь страницы за интервал времени 0,1 с. Определите следующее:
а) Величина наведенной ЭДС в контуре?
б) В каком направлении ток течет по петле?
Ответы:
a) используя:
где:
*
* примечание: и поле параллельно нормали к площади катушки.
б) Направление магнитного поля увеличивается из катушки / страницы. Магнитное поле, направленное внутрь через катушку / страницу, будет противодействовать этому изменению. Используя правую ручку для захвата, пальцы должны проходить сквозь катушку, показывая, что ток течет по часовой стрелке.
Что такое закон Фарадея? – Определение, эксперимент и заключение – электрические концепции
Это закон электромагнитной индукции. Единица измерения магнитного потока в системе СИ – Вебер, что эквивалентно метру Тесла 2 .Закон Фарадея – это, по сути, экспериментальный результат. Фарадей провел серию экспериментов, чтобы получить упомянутый выше результат. Мы обсудим эксперимент, чтобы лучше понять, как создается ЭДС из-за изменения магнитного потока.
Эксперимент ФарадеяНеобходимый материал: Токопроводящая петля, стержневой магнит и гальванометр
К гальванометру подсоединяется токопроводящая петля, и стержневой магнит медленно перемещается к петле вдоль оси петли.Теперь стержневой магнит вынимается из петли, но снова по оси петли. Пожалуйста, выполните следующие шаги из симулятора ниже. Не забудьте поставить галочку напротив поля в симуляторе ниже.
- Поднесите стержневой магнит ближе к катушке.
- Отведите стержневой магнит от катушки.
- Удерживайте стержневой магнит неподвижно.
- По мере приближения стержневого магнита к петле стрелка гальванометра отклоняется.Это означает, что ток течет в контуре в определенном направлении, как показано отклонением гальванометра. Но ток может течь только при наличии некоторой ЭДС. Это означает, что должна была возникнуть некоторая наведенная ЭДС из-за движения стержневого магнита.
- Когда стержневой магнит отводится от петли, стрелка гальванометра снова отклоняется, но на этот раз в противоположном направлении. Что это значит? Это означает, что ток, протекающий в петле, имеет противоположное направление.Таким образом, направление или полярность ЭДС изменились, что привело к течению тока в противоположном направлении.
- Когда стержневой магнит удерживается в неподвижном состоянии, стрелка гальванометра не отклоняется.
Таким образом, у нас есть эти три наблюдения, и нам нужно сформулировать, как Фарадей пришел к выводу. Видите, когда мы приближаем стержневой магнит к проводящей петле, напряженность магнитного поля увеличивается. Но означает ли это, что наведенная ЭДС зависит только от напряженности магнитного поля? Нет, потому что мы видели в эксперименте, что когда стержневой магнит удерживается неподвижно рядом с петлей, ток через петлю не течет. Таким образом, наведенная ЭДС зависит не только от напряженности магнитного поля.
Затем, когда мы перемещаем стержневой магнит быстрее к петле или от нее, величина отклонения гальванометра увеличивается. Это означает, что наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитного поля, проходящего через проводящую петлю.Обратите внимание на слово «магнитное поле», проходящее через петлю. Таким образом, чем больше количество силовых линий магнитного поля проходит через контур, тем больше будет величина наведенной ЭДС. Собственно это магнитный поток. Магнитный поток – это количество силовых линий магнитного поля, проходящих через замкнутую кривую.
Таким образом, теперь мы можем сказать, что наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока, соединяющего проводящую петлю. А что насчет отрицательного знака?
Из наблюдений (1) и (2) мы можем, по крайней мере, сказать, что наведенная ЭДС носит направленный характер и зависит от того, увеличивается или уменьшается потокосцепление через контур.Значение этого отрицательного знака объясняет Ленц в его знаменитом законе Ленца.
ЛетоТаким образом, подведем итог, согласно закону Фарадея наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитной связи через проводящую катушку или петлю. Следовательно, чтобы возникла наведенная ЭДС, поток через катушку должен измениться.
As Magnetic Flux Ø = B.A где жирный знак означает векторную форму. Таким образом, поток можно изменить, изменив следующее:
- Площадь поперечного сечения змеевика.
- Величина или направление магнитного поля.
- Площадь поперечного сечения и магнитное поле.
Надеюсь, вы полностью поняли закон Фарадея. Если у вас остались сомнения, напишите, пожалуйста, в поле для комментариев. Спасибо!
Закон Ленца – Физика Дугласского колледжа 1207
Резюме
- Рассчитайте ЭДС, ток и магнитные поля, используя закон Фарадея.
- Объясните физические результаты Закона Ленца
Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит только от нескольких факторов.Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению магнитного потока Δφ . Во-вторых, ЭДС является наибольшей, когда изменение во времени Δt является наименьшим, то есть ЭДС обратно пропорциональна Δt . Наконец, если катушка имеет Н витков, будет создана ЭДС, которая в Н в раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна Н . Уравнение для ЭДС, вызванной изменением магнитного потока, равно
Это соотношение известно как закон индукции Фарадея.Обычно единицами измерения ЭДС являются вольты.
Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению магнитного потока Δφ . – это известно как закон Ленца . Направление (обозначенное знаком минус) ЭДС настолько важно, что оно названо законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри , независимо исследовал аспекты индукции.Фарадей знал о направлении, но Ленц так ясно изложил его, что ему приписывают его открытие. (См. Рисунок 1.)
Рис. 1. (a) Когда стержневой магнит вставляется в катушку, сила магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном направлению стержневого магнита, чтобы противодействовать увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) – две другие ситуации.Убедитесь сами, что направление наведенной катушки B , показанной на самом деле, противостоит изменению магнитного потока и что показанное направление тока соответствует RHR-2.Стратегия решения проблем закона Ленца
Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:
- Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
- Определите направление магнитного поля B.
- Определите, увеличивается или уменьшается поток.
- Теперь определите направление индуцированного магнитного поля B. Оно противодействует изменению потока путем добавления или вычитания из исходного поля.
- Используйте RHR-2 для определения направления индуцированного тока I, который отвечает за индуцированное магнитное поле B.
- Направление (или полярность) наведенной ЭДС теперь будет управлять током в этом направлении и может быть представлено как ток, выходящий из положительного вывода ЭДС и возвращающийся к его отрицательному выводу.
Для практики примените эти шаги к ситуациям, показанным на рисунке 1, и другим, которые являются частью следующего текстового материала.
Существует множество применений закона индукции Фарадея, которые мы исследуем в этой и других главах. На этом этапе позвольте нам упомянуть несколько, которые имеют отношение к хранению данных и магнитным полям. Очень важное приложение связано с аудио и видео , записывающими лентами . Пластиковая лента, покрытая оксидом железа, проходит мимо записывающей головки.Эта записывающая головка представляет собой круглое железное кольцо, вокруг которого намотана катушка с проволокой – электромагнит (рис. 2). Сигнал в виде переменного входного тока от микрофона или камеры поступает на записывающую головку. Эти сигналы (которые являются функцией амплитуды и частоты сигнала) создают переменные магнитные поля на записывающей головке. Когда лента движется мимо записывающей головки, ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте изменяется, таким образом записывая сигнал.В режиме воспроизведения намагниченная лента проходит мимо другой головки, аналогичной по конструкции записывающей головке. Различная ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте индуцирует ЭДС в проволочной катушке в воспроизводящей головке. Затем этот сигнал отправляется на громкоговоритель или видеоплеер.
Рисунок 2. Головки для записи и воспроизведения, используемые с аудио- и видеомагнитными лентами. (предоставлено Стивом Юрветсоном)Аналогичные принципы применимы к жестким дискам компьютеров, но с гораздо большей скоростью.Здесь записи находятся на вращающемся диске с покрытием. Исторически считывающие головки создавались по принципу индукции. Однако входная информация передается в цифровой, а не аналоговой форме – на вращающемся жестком диске записывается серия нулей или единиц. Сегодня большинство считывающих устройств с жестких дисков не работают по принципу индукции, а используют технологию, известную как гигантское магнитосопротивление . (Открытие того, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке из железа и хрома могут вызывать гораздо большие изменения электрического сопротивления, было одним из первых крупных успехов нанотехнологии.Еще одно применение индукции можно найти на магнитной полосе на обратной стороне вашей личной кредитной карты, которая используется в продуктовом магазине или банкомате. Это работает по тому же принципу, что и аудио- или видеопленка, упомянутая в последнем абзаце, в которой голова считывает личную информацию с вашей карты.
Другое применение электромагнитной индукции – это когда электрические сигналы должны передаваться через барьер. Рассмотрим кохлеарный имплант , показанный ниже. Звук улавливается микрофоном на внешней стороне черепа и используется для создания переменного магнитного поля.Ток индуцируется в приемнике, закрепленном в кости под кожей, и передается на электроды во внутреннем ухе. Электромагнитная индукция может использоваться и в других случаях, когда электрические сигналы должны передаваться через различные среды.
Рисунок 3. Электромагнитная индукция, используемая при передаче электрического тока через среды. Устройство на голове ребенка индуцирует электрический ток в приемнике, закрепленном в кости под кожей. (кредит: Бьорн Кнетч)Еще одна современная область исследований, в которой успешно применяется (и с большим потенциалом) электромагнитная индукция, – это транскраниальное магнитное моделирование.Множество расстройств, включая депрессию и галлюцинации, можно объяснить нерегулярной локальной электрической активностью в головном мозге. В транскраниальной магнитной стимуляции быстро меняющееся и очень локализованное магнитное поле помещается рядом с определенными участками, идентифицированными в головном мозге. В идентифицированных участках индуцируются слабые электрические токи, которые могут привести к восстановлению электрических функций в тканях мозга.
Апноэ сна («остановка дыхания») поражает как взрослых, так и младенцев (особенно недоношенных детей, и это может быть причиной внезапной детской смерти [SID]).У таких людей дыхание может многократно останавливаться во время сна. Прекращение действия более чем на 20 секунд может быть очень опасным. Инсульт, сердечная недостаточность и усталость – вот лишь некоторые из возможных последствий для человека, страдающего апноэ во сне. У младенцев проблема заключается в задержке дыхания на это более длительное время. В одном из типов мониторов, предупреждающих родителей о том, что ребенок не дышит, используется электромагнитная индукция. В проводе, обмотанном вокруг груди младенца, проходит переменный ток. Расширение и сжатие грудной клетки младенца во время дыхания изменяет площадь спирали.В расположенной рядом катушке датчика индуцируется переменный ток из-за изменения магнитного поля исходного провода. Если ребенок перестанет дышать, наведенный ток изменится, и родители могут быть предупреждены.
Установление соединений: сохранение энергии
Закон Ленца – это проявление сохранения энергии. Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может входить или уходить, но не мгновенно.Закон Ленца – следствие. Когда изменение начинается, закон гласит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. Фактически, если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, была бы положительная обратная связь, которая не давала бы нам бесплатную энергию из любого видимого источника – закон сохранения энергии был бы нарушен.
Пример 1: Расчет ЭДС: насколько велика индуцированная ЭДС?
Рассчитайте величину наведенной ЭДС, когда магнит, показанный на Рисунке 1 (а), вдавливается в катушку, учитывая следующую информацию: одноконтурная катушка имеет радиус 6.00 см , а среднее значение B cosθ (это дано, поскольку поле стержневого магнита сложное) увеличивается с 0,0500 Тл до 0,250 Тл за 0,100 с.
Стратегия
Чтобы найти величину ЭДС , мы используем закон индукции Фарадея, как указано, но без знака минус, указывающего направление:
Решение
Нам дано, что N = 1 и Δ t = 0.100 с , но мы должны определить изменение потока Δφ , прежде чем мы сможем найти ЭДС. Поскольку площадь петли фиксирована, мы видим, что
Δφ = Δ (BA) cosθ = A ΔB cosθ
Теперь ΔB = 0,200 T , так как было задано, что Bcosθ изменяется от 0,0500 до 0,250 T. Площадь петли составляет A = πr 2 = (3,14….) (0,060 м 2 ) = 1,13 x 10 -2 м 2 . Таким образом, Δφ = (1,13 x10 -2 м 2 ) (0.200 т)
Ввод определенных значений в выражение для ЭДС дает
Обсуждение
Хотя это напряжение легко измерить, его явно недостаточно для большинства практических приложений. Больше петель в катушке, более сильный магнит и более быстрое движение делают индукцию практическим источником напряжения.
Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея
Поиграйте с стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея.Поднесите стержневой магнит к одной или двум катушкам, чтобы лампочка загорелась. Просмотрите силовые линии магнитного поля. Измеритель показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!
Рисунок 4. Электромагнитная лаборатория Фарадея- Закон индукции Фарадея гласит, что ЭДС , вызванная изменением магнитного потока, равна
- при изменении потока на Δφ за время Δt.
- Если в катушке индуцируется ЭДС, Н – это ее количество витков.
- Знак минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B , которые препятствуют изменению потока Δφ – это противостояние известно как закон Ленца.
Концептуальные вопросы
1: Человек, работающий с большими магнитами, иногда помещает голову в сильное поле. Она сообщает, что у нее кружится голова, когда она быстро поворачивает голову.Как это может быть связано с индукцией?
2: Ускоритель частиц отправляет заряженные частицы с высокой скоростью по откачанной трубе. Объясните, как катушка с проволокой, намотанная вокруг трубы, может обнаруживать прохождение отдельных частиц. Нарисуйте график выходного напряжения катушки при прохождении через нее одиночной частицы.
Задачи и упражнения
1: Как показано на рисунке 5 (а), каково направление тока, индуцируемого в катушке 2: (а) Если ток в катушке 1 увеличивается? (b) Если ток в катушке 1 уменьшается? (c) Если ток в катушке 1 постоянный? Ясно покажите, как вы следуете шагам, изложенным в Стратегии решения проблем по закону Ленца.
Рис. 5. (a) Катушки лежат в одной плоскости. (b) Проволока находится в плоскости катушки2: Как показано на Рисунке 5 (b), каково направление тока, индуцируемого в катушке: (a) Если ток в проводе увеличивается? (б) Если ток в проводе уменьшится? (c) Если ток в проводе внезапно меняет направление? Ясно покажите, как вы следуете шагам, изложенным в Стратегии решения проблем по закону Ленца.
3: Как показано на рисунке 6, каковы направления токов в катушках 1, 2 и 3 (предположим, что катушки лежат в плоскости цепи): (a) Когда переключатель в первый раз замкнут? (б) Когда переключатель был замкнут в течение длительного времени? (c) Сразу после размыкания переключателя?
Рисунок 6.4: Повторите предыдущую проблему с перевернутой батареей.
5: Убедитесь, что единицы измерения Δφ / Δt являются вольтами. То есть показать это.
6: Предположим, что 50-витковая катушка лежит в плоскости страницы в однородном магнитном поле, направленном внутрь страницы. Изначально змеевик имел площадь 0,250 м 2 . Он растягивается, чтобы не было площади за 0,100 с. Каковы направление и величина наведенной ЭДС, если однородное магнитное поле имеет напряженность 1.50 т?
7: (a) Техник МРТ перемещает свою руку из области очень низкой напряженности магнитного поля в поле 2,00 Тл сканера МРТ, указывая пальцами в направлении поля. Найдите среднюю ЭДС, индуцированную в его обручальном кольце, учитывая его диаметр 2,20 см и предполагая, что для его перемещения в поле требуется 0,250 с. (б) Обсудите, может ли этот ток существенно изменить температуру кольца.
8: Комплексные концепции
Ссылаясь на ситуацию в предыдущей задаче: (a) Какой ток индуцируется в кольце, если его сопротивление равно 0.0100 Ом? (б) Какая средняя мощность рассеивается? (c) Какое магнитное поле индуцируется в центре кольца? (d) Каково направление индуцированного магнитного поля относительно поля МРТ?
9: ЭДС индуцируется вращением катушки с 1000 витками диаметром 20,0 см в магнитном поле Земли 5,00 x 10 -5 . Какая средняя ЭДС индуцируется, учитывая, что плоскость катушки изначально перпендикулярна полю Земли и повернута параллельно полю в 10 раз.0 мс?
10: Катушка с 500 витками радиусом 0,250 м поворачивается на одну четверть оборота за 4,17 мс, первоначально ее плоскость перпендикулярна однородному магнитному полю. (Это 60 об / с.) Найдите напряженность магнитного поля, необходимую для индукции средней ЭДС 10 000 В.
11: Комплексные концепции
Примерно как ЭДС, наведенная в петле на рисунке 5 (b), зависит от расстояния центра петли от провода?
12: интегрированные концепции
(a) Молния создает быстро меняющееся магнитное поле.Если болт ударяется о землю вертикально и действует как ток в длинном прямом проводе, он вызывает напряжение в петле, выровненной, как показано на рисунке 5 (b). Какое напряжение индуцируется в контуре 1,00 м диаметром 50,0 м от удара молнии 2,00 x 10 6 A , если ток падает до нуля за 25,0 мкс? (b) Обсудите обстоятельства, при которых такое напряжение может привести к заметным последствиям.
Глоссарий
- Закон индукции Фарадея
- средство расчета ЭДС в катушке из-за изменения магнитного потока, заданного в
- Закон Ленца
- знак минус в законе Фарадея, означающий, что ЭДС, индуцированная в катушке, противодействует изменению магнитного потока
Решения
Задачи и упражнения
1: (a) против часовой стрелки (b) по часовой стрелке (c) наведенный ток отсутствует
3: (a) 1 против часовой стрелки, 2 против часовой стрелки, 3 по часовой стрелке (b) 1, 2 и 3 без наведенного тока (c) 1 CW, 2 CW, 3 CCW
7: (а) 3.04 мВ (b) В качестве нижнего предела на кольце оценим R = 1,00 мОм . Передаваемое тепло составит 2,31 мДж. Это небольшое количество тепла.
9: 0,157 В
11: пропорционально 1 / r
Закон Ленца, магнитный поток и ЭДС движения – стенограмма видео и урока
Магнитный поток
Фарадей обнаружил, что изменение величины магнитного поля, проходящего через катушку с проволокой, величина, называемая магнитным потоком , индуцирует ток в проводе.Итак, что такое магнитный поток? Все магниты создают вокруг себя невидимое магнитное поле, и величина этого поля, которое проходит через центр катушки с проволокой, является магнитным потоком, проходящим через катушку. Слово «поток» происходит от латинского слова, означающего «поток», поэтому под магнитным потоком следует понимать величину магнитного поля, протекающего через область, образованную катушкой с проволокой, точно так же, как вода может течь по трубе.
Магнитный поток может измениться при изменении магнитного поля или при вращении катушки, и в обоих случаях это изменение магнитного потока вызовет ток в проводе.Это уравнение показывает, как рассчитать магнитный поток, который измеряется в единицах Вебера, сокращенно Wb.
Закон Фарадея
Закон Фарадея описывает взаимосвязь между разностью потенциалов между концами провода, также известную как ЭДС (что означает E lectro M otive F orce) , и скорость изменения магнитного потока через катушку.Это индуцированное напряжение вызовет протекание тока в проводе, но помните, что это произойдет только при изменении магнитного потока! Недостаточно просто иметь провод в магнитном поле, но поле должно как-то меняться.
Помните, что прежде чем вы сможете рассчитать наведенную ЭДС с использованием закона Фарадея, вам сначала нужно будет вычислить магнитный поток, используя наше первое уравнение.
Как может измениться магнитный поток? Что ж, это могло произойти несколькими способами.Во-первых, вы можете переместить провод. Напряжение, индуцированное в этом случае, называется ЭДС движения , потому что оно вызывается перемещением провода через магнитное поле. Во-вторых, вы можете сделать петлю больше или меньше и, следовательно, изменить площадь. Вы также можете повернуть петлю, чтобы магнитное поле, проходящее через нее, изменилось. Вот что происходит в электрическом генераторе.
Закон Ленца
Вы заметили, что в законе Фарадея есть отрицательный знак? Возможно, вы задались вопросом, что это значит.Изначально в первоначальной формулировке Фарадея отрицательного знака не было. Знак минус говорит вам, в каком направлении будет индуцироваться ЭДС и, следовательно, в каком направлении будет течь ток. Фарадей обнаружил, что изменяющийся магнитный поток будет индуцировать ЭДС и ток в проволочной катушке, но потребовался другой ученый, Генрих Ленц, чтобы выяснить, в каком направлении это произойдет.
Закон Ленца гласит, что ток будет индуцироваться в катушке в направлении, противодействующем любому изменению магнитного потока, проходящего через катушку.Еще раз, изменение является важным элементом, и поскольку ток индуцируется, чтобы противодействовать изменению, индуцированная ЭДС, рассчитанная с использованием закона Фарадея, всегда имеет направление, противоположное изменению магнитного потока. Вот почему был добавлен отрицательный знак. Изменение магнитного потока и наведенная ЭДС всегда противоположны.
Хотя закон Ленца не имеет связанного с ним уравнения и составляет лишь небольшую часть закона Фарадея, это мощный инструмент, который позволяет нам определить, в каком направлении будет индуцироваться ток.Перемещение магнита в катушку с проволокой или из нее вызовет ток в проволоке, и направление тока можно определить по закону Ленца.
Собираем все вместе
Теперь давайте попробуем собрать все это вместе и посмотрим, действительно ли вы понимаете, как использовать закон Фарадея и закон Ленца.
Круглая петля из проволоки площадью 0,50 квадратных метров помещается в магнитное поле 6,2 Тл, которое направлено вверх через петлю. Внезапно магнитное поле исчезает, и магнитное поле через петлю становится равным нулю в течение периода 0.10 секунд. Вычислите ЭДС, индуцированную в проволочной петле, и определите, в каком направлении будет течь ток (по часовой стрелке или против часовой стрелки).
Сначала определите, меняется ли магнитный поток, и, если да, вычислите магнитный поток в начале и в конце. В этой задаче магнитное поле снимается, поэтому меняется магнитный поток. Рассчитаем магнитный поток в начале:
Когда мы применяем закон Ленца, мы получаем -31 В.Поскольку мы выдвигаем магнит из катушки с проволокой, а магнитное поле направлено вверх, индуцированный ток будет против часовой стрелки.
Краткое содержание урока
Магнитный поток определяет количество магнитного поля, которое проходит через область. Когда магнитный поток через петлю из проволоки изменяется, он индуцирует электрический ток, протекающий в проволоке, явление, называемое электромагнитной индукцией . Ток течет в проводе из-за наведенной разности потенциалов, известной как ЭДС , между двумя концами провода.
Закон Фарадея гласит, что ЭДС будет индуцироваться всякий раз, когда изменяется магнитный поток. Это изменение может происходить из-за перемещения провода через магнитное поле, и это называется ЭДС движения . Это также может быть вызвано добавлением или удалением магнитного поля. Закон Ленца гласит, что ток будет индуцироваться в направлении, которое будет противодействовать любому изменению магнитного потока через петлю.
Магнетизм – Закон индукции Фарадея
Магнетизм – Закон индукции Фарадея – Физика 299 “ Перестань говорить Богу, что делать с его кубиками. “
- До сих пор мы рассматривали электричество и магнетизм как почти отдельные предметы. Теперь мы начинаем обсуждать явления, которые показать, что электричество и магнетизм неразрывно связаны, отсюда термин электромагнетизм . Первое из этих свойств известен как закон Фарадея Индукция .
Формально, время независимое электрические и магнитные свойства можно описать, рассматривая электричество и магнетизм как в значительной степени отдельные явления. Однако, когда зависимость от времени становится частью «уравнения» мы обнаруживаем, что электрические и магнитные свойства становятся неразрывно связаны – электромагнетизм.
- Этот закон удобно записать в терминах магнитного потока, который определяется так же, как электрический поток.
где S – поверхность, по которой идет поток. оценен.Для постоянного B, перпендикулярно поверхности, Φ B = BA, где A – площадь поверхности S.
Магнитный поток Φ B составляет важно, что у него есть собственная единица Вебера – 1 Вебер = 1 т.м 2 . В первые дни электромагнетизм было принято измерять магнитный ( B ) поле в Вебере / м 2 .
- В терминах закона индукции магнитного потока Фарадея предоставлено,
Индуцированная электродвижущая сила ( ЭДС ) в цепи равна скорости изменения магнитного поток через цепь.ЭДС не сила, скорее его можно рассматривать как индуцированное напряжение в замкнутом контуре.
Фарадей экспериментально определил свой закон в изложенной выше форме.
- Один из самых простых способов изменить магнитный поток через цепь – перемещать постоянный (стержневой) магнит к цепи или от нее, как показано на диаграммы ниже.
(а) Магнитный поток проходит по цепи, но не меняется со временем, поэтому нет индуцированной ЭДС и, следовательно, нет индуцированной Текущий.(б) Поток через контур увеличивается с увеличением время, вызывающее наведенную ЭДС и ток.
(c) По мере того, как магнит движется быстрее, скорость изменение потока со временем увеличивается, вызывая большее ЭДС и ток.
(d) Когда магнит удаляется от цепи поток уменьшается со временем, поэтому индуцированная ЭДС и ток поменяны местами.
- Причина изменения магнитного потока (поля)
не ограничивается постоянными магнитами. В
магнитное поле из-за второй цепи может производить
аналогичный эффект, как описано в примерах
ниже.
На диаграмме справа ток в левой цепи постоянный, но поток через другую цепь увеличивается как две цепи становятся ближе.Мне сказали, что у меня кровь группы А, но это был Тип О.В положении слева оба контура стационарные. Течение в левая цепь изначально равна нулю, но быстро увеличивается до постоянного значения, когда переключатель находится в закрыто.Когда ток достигает своего финала (постоянное) значение потока через правую цепь увеличивается со временем, таким образом, по формуле Фарадея Закон, вызывающий кратковременный импульс индуцированного ток во второй цепи. Когда выключатель разомкнут поток в правой цепи быстро уменьшается, вызывая короткий индуцированный ток импульс в обратном направлении.
Доктор К. Л. Дэвис
Физический факультет
Университет Луисвилля
эл. Почта : [email protected]