Закон электромагнитной индукции фарадея: Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) – формула, физический смысл

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея) – формула, физический смысл

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 648.

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 648.

В 1831 году мир впервые узнал о понятии электромагнитной индукции. Именно тогда Майкл Фарадей обнаружил это явление, ставшее в итоге важнейшим открытием в электродинамике.

История развития и опыты Фарадея

До середины XIX века считалось, что электрическое и магнитное поле не имеют никакой связи, и природа их существования различна. Но М. Фарадей был уверен в единой природе этих полей и их свойств. Явление электромагнитной индукции, обнаруженное им, впоследствии стало фундаментом для устройства генераторов всех электростанций. Благодаря этому открытию знания человечества о электромагнетизме шагнули далеко вперед.

Фарадей проделал следующий опыт: он замыкал цепь в катушке I и вокруг нее возрастало магнитное поле. Далее линии индукции данного магнитного поля пересекали катушку II, в которой возникал индукционный ток.

Рис. 1. Схема опыта Фарадея

На самом деле, одновременно с Фарадеем, но независимо от него, другой ученый Джозеф Генри обнаружил это явление. Однако Фарадей опубликовал свои исследования раньше. Таким образом, автором закона электромагнитной индукции стал Майкл Фарадей.

Сколько бы экспериментов не проводил Фарадей, неизменным оставалось одно условие: для образования индукционного тока важным является изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур (катушку).

Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется возникновением электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Основной закон Фарадея заключается в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

И если сама формула, исходя из вышесказанных объяснений не порождает вопросов, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается существует правило Ленца – русского ученого, который проводил свои исследования, основываясь на постулатах Фарадея. По Ленцу знак «-» указывает на направление возникающей ЭДС, т.е. индукционный ток направлен так, что магнитный поток, который он создает, через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток.

Закон Фарадея-Максвелла

В 1873 Дж.К.Максвелл по-новому изложил теорию электромагнитного поля. Уравнения, которые он вывел, легли в основу современной радиотехники и электротехники. Они выражаются следующим образом:

• Edl = -dФ/dt – уравнение электродвижущей силы
• Hdl = -dN/dt – уравнение магнитодвижущей силы.

Где E – напряженность электрического поля на участке dl; H – напряженность магнитного поля на участке dl; N – поток электрической индукции, t

– время.

Симметричный характер данных уравнений устанавливает связь электрических и магнитных явлений, а также магнитных с электрическими. физический смысл, которым определяются эти уравнения, можно выразить следующими положениями:

• если электрическое поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается магнитным полем.
• если магнитное поле изменяется, то это изменение всегда сопровождается электрическим полем.

Рис. 3. Возникновение вихревого магнитного поля

Также Максвелл установил, что распространение электромагнитного поля равна скорости распространения света.

Что мы узнали?

Ученикам 11 класса необходимо знать, что электромагнитную индукцию впервые как явление обнаружил Майкл Фарадей. Он доказал, что электрическое и магнитное поле имеют общую природу. Самостоятельные исследования на основе опытов Фарадея также проводили такие великие деятели как Ленц и Максвелл, которые расширили наши познания в области электромагнитного поля.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

• Evgen Retrogame

  8/10

• Андрей Краков

  8/10

• Дмитрий Конопинский

  10/10

• Сергей Луценко

  7/10

• Ирина Филимонова

  9/10

Оценка доклада

4. 2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 648.

---

А какая ваша оценка?

§23. Закон электромагнитной индукции Фарадея

В 1831 г. Фарадей экспериментально открыл явление электромагнитной индукции. Суть явления состояла в том, что если через замкнутый контур происходило изменение магнитного потока, то в контуре возникала электродвижущая сила, приводящая к возникновению замкнутого тока. Этот ток был назван индукционным током. Правило, устанавливающее направление индукционного тока было сформулировано в 1833г. Э. Х. Ленцем (1804 — 1865) и называется правилом Ленца. Оно гласит: индукционный ток направлен так, что создаваемый им магнитный поток стремится компенсировать изменение магнитного потока, вызывающего данный ток.

Опыты Фарадея состояли в следующем: катушка индуктивности подключалась к чувствительному гальванометру и в катушку вдвигался и выдвигался постоянный магнит.

Из опытов следовало, что . Но сила тока зависит еще и от сопротивления контура. Поэтому закон электромагнитной индукции формулируется не для индукционного тока, а для причины, вызывающий этот ток, т. е. для . В 1845г. Ф. Э. Нейман (1799 — 1895) дал математическое определение закона электромагнитной индукции в современной форме:

(23.1)

Хотя внешне формулы (22.6) и (23.1) одинаковы, между ними существует принципиальное различие. Возникновение в (22.6) связано с движением проводников в магнитном поле и с действием на заряды силы Лоренца. Тогда как в (23.1) на заряды в контуре действует электрическое поле, причем сам контур лишь только инструмент или прибор, который может обнаружить это изменяющееся электрическое поле, которое возникает в пространстве. Следовательно закон Фарадея отражает новое физическое явление, а именно: изменяющееся магнитное поле порождает изменяющееся электрическое поле. А это означает, что электрическое поле порождается не только зарядами, но и изменяющимся магнитным полем. Закон электромагнитной индукции является фундаментальным законом природы.

Дифференциальная формулировка закона

, а тогда магнитный поток , а .

.

К левой части применим формулу Стокса. Тогда . После того как перенесем все слагаемые в одну сторону получим:

В силу произвольности можно заключить, что подынтегральная функция равна нулю, а значит

(23.2)

Уравнение (23.2) является дифференциальной формой закона электромагнитной индукции. В переменных магнитных полях , а значит и следовательно, в отличие от электростатического поля, порождаемого неподвижными зарядами, переменное электрическое поле не является потенциальным и работа при перемещении заряда по замкнутому контуру не равна нулю:

.

Так как закон электромагнитной индукции не затрагивает закона порождения магнитного поля, то уравнение (18.6) остается в силе, а значит в силе остается и выражение (19.2): .

Если подставить (19.2) в (23.2), то , а значит

. (23.3)

Отсюда следует, что в переменных полях потенциальным является вектор , а значит он равен градиенту скалярной функции, т. е., а значит

. (23.4)

Второе слагаемое в (23.4) означает, что электрическое поле может порождаться неподвижными зарядами, а первое означает, что электрическое поле может порождаться переменным магнитным полем.

Закон индукции Фарадея | Определение, формула и факты

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

• Введение

Краткие факты

• Факты и сопутствующий контент

Викторины

• Электричество: короткое замыкание и постоянный ток

Закон электромагнитной индукции Фарадея: эксперимент и формула

Закон электромагнитной индукции Фарадея был дан английским ученым Майклом Фарадеем. Этот закон был предложен Майклом Фарадеем в 1831 году. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наведенный ток в цепи прямо пропорционален скорости изменения магнитного потока.

В этой статье мы подробно узнаем о законе электромагнитной индукции Фарадея, его выводе и многом другом.

Законы электромагнитной индукции Фарадея

Фарадей предоставил два закона, которые являются основой современного электромагнетизма,

• Первый закон Фарадея Электромагнитной Индукции
• Фарадай Фарадая Фарадая Электромагнитной Индукции

66665615619101910191956 гг. Фарадая Фарадая Фарадая Фарадая Фарадая Фарадая Электромагнитной Индукции

9004
• FARADAY FARADAY ELERTERAGNETINGINEGNETING

  66561565656156565619191919191919101 гг. Индукция

  Согласно первому закону электромагнитной индукции Фарадея, «когда магнитный поток, связанный с замкнутой цепью, изменяется, в ней индуцируется ЭДС, которая существует только до тех пор, пока происходит изменение потока. Если цепь замкнута, то внутри цепи также индуцируется ток, который называется индуцированным током». Изменение магнитного поля изменяет индуцированный ток в цепи.

  На изображении ниже показано отклонение катушки в соответствии с законом электромагнитной индукции.

   

  Магнитные поля Можно изменить,

  • Перемещение стержневого магнита к катушке или от нее.
  • Перемещение катушки в магнитное поле или вне магнитного поля.
  • Вращение катушки относительно магнита.
  • Изменение площади катушки, помещенной в магнитное поле.
  Второй закон электромагнитной индукции Фарадея

  Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, «Величина ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, связанного с катушкой». 9где 7 E — электродвижущая сила
  . N – количество витков катушки.
  ⲫ — изменение потока

  Закон Ленца

  Закон Ленца назван в честь немецкого физика Эмиля Ленца, сформулировавшего его в 1834 году. Согласно Ленцу, «направление индукционного тока в цепи таково, что он противостоит изменению производимого магнитного потока». Это научный закон, который определяет направление индуцированного тока, но ничего не говорит о его величине.

  Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея,

  E = -N(d∅/dt)

  Здесь отрицательный знак указывает на то, что направление ЭДС индукции таково, что оно противодействует изменению магнитного потока, которое находится в в соответствии с законом Ленца

  Эксперименты Фарадея

  Фарадей провел три эксперимента, которые составляют основу электромагнитной индукции.

  Эксперимент 1

  В этом эксперименте Фарадей взял круглую катушку и соединил ее с гальванометром, а теперь он берет сильный стержневой магнит. При перемещении северного полюса стержневого магнита в сторону катушки гальванометр показал отклонение вправо от нулевой отметки гальванометра. Когда магнит снова отдалили от катушки, он показал отклонение, но в противоположном направлении. Точно так же эксперимент проводится с южным полюсом стержневого магнита, снова наблюдается отклонение, но противоположное направлению, указанному северным полюсом стержневого магнита. Когда магнит удерживается неподвижно около катушки, в гальванометре не наблюдается никакого отклонения.

  Заключение: По мере приближения магнита к катушке магнитный поток увеличивается, следовательно, в катушке возникает индукционный ток в одном направлении. Когда магнит удаляется от катушки, магнитный поток уменьшается, следовательно, в катушке возникает индуцированный ток в противоположном направлении. Когда магнит удерживается неподвижно рядом с катушкой, магнитный поток не изменяется.

  Эксперимент 2

  В этом эксперименте стержневой магнит остается неподвижным, а катушка перемещается. Тот же результат наблюдается и в опыте 1. При быстром относительном движении магнита и катушки отклонение в гальванометре больше, и наоборот.

  Эксперимент 3

  Как видно из рисунка ниже. Две катушки первичная (p) и вторичная (s) намотаны на цилиндрическую опору. Первичная катушка соединена с ключом, реостатом и аккумулятором. Вторичка связана с гальванометром. При нажатии клавиши в первичной обмотке гальванометр показывает отклонение в одну сторону. Когда ключ отпускается, он снова показывает отклонение, но в противоположном направлении. Когда ключ удерживается нажатым, через первичные катушки течет постоянный ток, и гальванометр не показывает никакого отклонения. Когда ток в первичной обмотке увеличивается с помощью реостата, индуцированный ток течет во вторичной обмотке в том же направлении, что и в первичной обмотке.

  На изображении ниже показана установка эксперимента Фарадея.

   

  Все три эксперимента Фарадея можно суммировать в таблице, приведенной ниже:

  Положение магнита	Отклонение в гальванометре 7	Не наблюдается прогиба в Гальванометр
  При движении магнита к катушке	В гальванометре наблюдается отклонение в одну сторону. (скажем по часовой стрелке)
  При удалении магнита от катушки	В гальванометре наблюдается отклонение, но в противоположную сторону. (скажем, против часовой стрелки)
  Когда магнит удерживается неподвижно в том же положении (рядом с катушкой)	В гальванометре не наблюдается отклонения
  Когда магнит удерживается неподвижно в том же положении (вдали от катушки) от катушки)	В гальванометре не наблюдается отклонения

  Вывод закона Фарадея

  Теперь возьмем магнит, приближающийся к катушке, и рассмотрим случаи в моменты времени T ₁ и T ₂

  В момент времени T ₁ 1 90 4 190 поток, связанный с катушкой

  Во время T ₂ поток, связанный с катушкой = NΦ ₂

  Изменение потока = N(Φ ₂ – Φ ₁ )

  Скорость изменения потока = N(913 902 90 Φ ₁ ) / t

  Взяв производную от приведенного выше уравнения, мы получим

  N dΦ/dt

  Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что ЭДС индукции в катушке равна скорости изменения потока, связанного с катушкой. Таким образом,

  E = – N dΦ/dt…(1)

  Знак минус добавлен, так как это помогает учесть закон Ленца.

  Изменение электромагнитной силы

  Электромагнитную силу, связанную с катушкой, можно легко изменить, следуя описанным ниже шагам.

  • ЭДС индукции можно легко увеличить, увеличив количество витков в катушке.
  • Если напряженность магнитного поля увеличивается, ЭДС индукции также увеличивается

  Изображение, приведенное ниже, говорит нам об изменении электромагнитной силы, связанной с катушкой, при выполнении вышеуказанных условий.

   

  Применение закона Фарадея

  Закон Фарадея имеет различные применения, и некоторые из наиболее распространенных применений закона Фарадея:

  • Закон Фарадея используется в электрическом оборудовании, таком как трансформаторы и электродвигатели.
  • Индукционная плита работает по принципу взаимной индукции, который вытекает из закона Фарадея.
  • Закон Фарадея также полезен при разработке музыкальных инструментов, таких как электрогитара, электроскрипка и других.

  Подробнее

  • Конденсатор с параллельными пластинами
  • Закон Гаусса
  • Закон Кулона

  Закон Фардея об электромагнитной индукции

  Решены 47

  Пример 1: Магнитный поток, связанный с катушкой, изменяется с 2Вб до 0,2Вб за 0,5 секунды. Вычислите ЭДС индукции.

  Решение:

  Δⲫ = 0,2-2 = 1,8wb

  Δt = 0,5 сек 0123

  E= -3,6 вольта

  Следовательно, ЭДС индукции будет -3,6 вольта.

  Пример 2: В катушке сопротивлением 200 индуцируется ток за счет изменения магнитного потока через нее, как показано на рисунке. Рассчитайте величину изменения потока через катушку.

  Решение:

  dq = – (N/R) dt

  i = (1/R). (dq/dt)

  Δⲫ = R.Δq

  Δⲫ = 200 × (Площадь кругового графика)

  Δⲫ = 200 × (1/2×20×0,5)

  Δ1ⲫ2 = 200 × 3 9000 1000 Вб

  Следовательно, величина изменения потока равна 1000 Вб.

  Пример 3: Рассчитайте ЭДС, индуцируемую в проводе. Когда небольшой кусок металлической проволоки протащили через зазор между полюсными наконечниками магнита за 0,6 сек. Известно, что магнитный поток между полюсными наконечниками равен 9×10 ^-4 Вб.

  Решение:

  dt = 0,5 с

  dⲫ = 9×10 ^-4 -0 = 9×10 ^-4 Eb

  3

  Э= ( 9×10 ^-4 )/0,6

  E= 0,0036 В

  Следовательно, ЭДС индукции 0,0036 В

  Часто задаваемые вопросы по закону Фарадея о законе электромагнитной индукции

  7 9 магнитная индукция.

  Ответ:

  Фарадей объяснил два закона, которые называются законами электромагнитной индукции Фарадея. Первый закон объясняет ЭДС индукции в проводнике, а второй закон говорит об ЭДС, создаваемой в проводнике.

  Вопрос 2: Что такое первый закон электромагнитной индукции Фарадея?

  Ответ:

  Согласно первому закону электромагнитной индукции Фарадея, «ЭДС возникает, когда проводник помещается в переменное магнитное поле», и ток, возникающий в этом процессе, называется индуктивным током.