Fenomen elektromagnetske indukcije. Praktična primjena elektromagnetske indukcije

Emitiranje

U okolnom prostoru stvara se izmjenično magnetsko polje, pobuđeno promjenjivom strujom električno polje, što zauzvrat pobuđuje magnetsko polje i tako dalje. Međusobno generirajući jedno drugo, ova polja tvore jedno promjenjivo elektromagnetno polje - elektromagnetski val. Nakon što je nastalo na mjestu gdje postoji žica sa strujom, elektromagnetno polje se širi u svemir brzinom svjetlosti -300 000 km/s.

Magnetoterapija

U frekvencijskom spektru razna mjesta okupiran radio valovima, svjetlom, x-zrake i drugi elektromagnetska radijacija. Obično ih karakteriziraju neprekidno međusobno povezana električna i magnetska polja.

Sinhrofazotroni

Trenutno se magnetsko polje shvaća kao poseban oblik materije koji se sastoji od nabijenih čestica. U modernoj fizici, snopovi nabijenih čestica koriste se za prodor duboko u atome kako bi ih proučavali. Sila kojom magnetsko polje djeluje na pokretnu nabijenu česticu naziva se Lorentzova sila.

Mjerači protoka - mjerači

Metoda se temelji na primjeni Faradayeva zakona za vodič u magnetskom polju: u strujanju električno vodljive tekućine koja se kreće u magnetskom polju inducira se EMF proporcionalan brzini strujanja, koji se elektronskim dijelom pretvara u električni analogni/digitalni signal.

Generator istosmjerna struja

U načinu rada generatora, armatura stroja rotira pod utjecajem vanjskog momenta. Između polova statora postoji konstanta magnetski tok piercing sidro. Vodiči namota armature kreću se u magnetskom polju i stoga se u njima inducira EMF, čiji se smjer može odrediti pravilom " desna ruka". U ovom slučaju na jednoj četkici u odnosu na drugu nastaje pozitivan potencijal. Ako je opterećenje spojeno na terminale generatora, tada će u njemu teći struja.

transformatori

Transformatori se široko koriste u prijenosu električna energija na velike udaljenosti, njegovu distribuciju između prijamnika, kao i u raznim ispravljačkim, pojačavačkim, signalnim i drugim uređajima.

Transformacija energije u transformatoru se provodi izmjeničnim magnetskim poljem. Transformator je jezgra od tankih čeličnih ploča izoliranih jedna od druge, na koju su postavljena dva, a ponekad i više namota (zavojnica) izolirane žice. Namot na koji je spojen izvor električne energije naizmjenična struja, naziva se primarni namot, preostali namoti se nazivaju sekundarnim.

Ako je u sekundarnom namotu transformatora namotano tri puta više zavoja nego u primarnom, tada će magnetsko polje stvoreno u jezgri primarnim namotom, križajući zavoje sekundarnog namota, stvoriti u njemu tri puta veći napon.

Koristeći transformator s omjerom obrnutih zavoja, jednako lako i jednostavno možete dobiti smanjeni napon.

Khudoley Andrey, Khnykov Igor

Praktična primjena fenomena elektromagnetske indukcije.

Preuzimanje datoteka:

Pregled:

Da biste koristili pregled prezentacija, stvorite sebi račun ( račun) Google i prijavite se: https://accounts.google.com

Naslovi slajdova:

Elektromagnetska indukcija u Moderna tehnologija Izvode učenici 11 "A" razreda MOUSOSH br. 2 grada Suvorova Khnykov Igor, Khudoley Andrey

Fenomen elektromagnetske indukcije otkrio je 29. kolovoza 1831. Michael Faraday. Fenomen elektromagnetske indukcije je pojava električna struja u vodljivom krugu, koji ili miruje u vremenski promjenjivom magnetskom polju, ili se kreće u stalnom magnetskom polju na takav način da se mijenja broj vodova magnetske indukcije koji prodiru u krug.

EMF elektromagnetske indukcije u zatvorenoj petlji brojčano je jednak i suprotan po predznaku brzini promjene magnetskog toka kroz površinu omeđenu ovom petljom. Smjer indukcijske struje (kao i veličina EMF-a) smatra se pozitivnim ako se poklapa s odabranim smjerom zaobilaženja kruga.

Faradayev pokus U zavojnicu spojenu na galvanometar umetnut je trajni magnet ili uklonjen iz njega. Kada se magnet kreće u krugu, nastaje električna struja.Unutar mjesec dana Faraday je eksperimentalno otkrio sve bitne značajke fenomena elektromagnetske indukcije. U ovom trenutku, Faradayeve pokuse može izvesti svatko.

glavni izvori elektro magnetsko polje Kao glavni izvori elektromagnetskog polja mogu se identificirati: Električni vodovi. Ožičenje (unutar zgrada i građevina). Električni aparati za kućanstvo. Osobna računala. TV i radio odašiljačke stanice. Satelitske i mobilne komunikacije (uređaji, repetitori). Električni transport. radarske instalacije.

Električni vodovi Žice pogonskog dalekovoda stvaraju elektromagnetsko polje industrijske frekvencije (50 Hz) u susjednom prostoru (na udaljenosti od nekoliko desetaka metara od žice). Štoviše, jakost polja u blizini linije može varirati u širokom rasponu, ovisno o njenom električnom opterećenju. Zapravo granice zona sanitarne zaštite postavljeni su duž granične crte maksimalne napetosti najudaljenije od žica električno polje jednaka 1 kV/m.

Električno ožičenje Električno ožičenje uključuje: strujne kabele za sustave za održavanje života u zgradama, žice za distribuciju električne energije, kao i razvodne ploče, kutije za napajanje i transformatore. Električno ožičenje je glavni izvor elektromagnetskog polja industrijske frekvencije u stambenim prostorijama. U ovom slučaju, razina jakosti električnog polja koju emitira izvor često je relativno niska (ne prelazi 500 V/m).

Kućanski aparati Izvori elektromagnetskih polja su svi Uređaji koji rade pomoću električne struje. Istodobno, razina zračenja varira u najširem rasponu, ovisno o modelu, uređaju uređaja i specifičnom načinu rada. Također, razina zračenja jako ovisi o potrošnji energije uređaja – što je veća snaga, to je viša razina elektromagnetskog polja tijekom rada uređaja. Jačina električnog polja u blizini kućanskih aparata ne prelazi desetke V/m.

Osobna računala Primarni izvor štetnih učinaka na zdravlje korisnika računala je uređaj za vizualni prikaz (VOD) monitora. Osim monitora i sistemske jedinice, osobno računalo može sadržavati i veliki broj drugih uređaja (kao što su pisači, skeneri, mrežni filtri itd.). Svi ovi uređaji rade uz korištenje električne struje, što znači da su izvori elektromagnetskog polja.

Elektromagnetsko polje osobnih računala ima najsloženiji valni i spektralni sastav i teško ga je izmjeriti i kvantificirati. Ima magnetske, elektrostatičke i radijacijske komponente (posebno, elektrostatički potencijal osobe koja sjedi ispred monitora može biti u rasponu od -3 do +5 V). S obzirom na uvjet da osobnih računala danas se široko koristi u svim industrijama ljudska aktivnost, njihov utjecaj na zdravlje ljudi podliježe pažljivom proučavanju i kontroli

Televizijske i radijske odašiljačke postaje Na području Rusije trenutno se nalazi značajan broj radio stanica i centara različitih veza. Odašiljačke stanice i centri nalaze se u područjima posebno određenim za njih i mogu zauzeti prilično velike teritorije(do 1000 ha). Po svojoj strukturi obuhvaćaju jednu ili više tehničkih zgrada, u kojima su smješteni radio odašiljači, te antenska polja na kojima se nalazi i do nekoliko desetaka antensko-feeder sustava (AFS). Svaki sustav uključuje zračeću antenu i dovodnu liniju koja dovodi emitirani signal.

Satelitska komunikacija Satelitski komunikacijski sustavi sastoje se od odašiljačke stanice na Zemlji i satelita - repetitora u orbiti. Odašiljajuće satelitske komunikacijske stanice emitiraju usko usmjereni snop valova, gustoća energetskog toka u kojem doseže stotine W/m. Satelitski komunikacijski sustavi stvaraju velike jakosti elektromagnetskog polja na znatnim udaljenostima od antena. Na primjer, stanica snage 225 kW, koja radi na frekvenciji od 2,38 GHz, stvara gustoću energetskog toka od 2,8 W/m2 na udaljenosti od 100 km. Rasipanje energije u odnosu na glavni snop vrlo je malo i događa se najviše u području izravnog postavljanja antene.

Stanična komunikacija Stanična radiotelefonija danas je jedan od telekomunikacijskih sustava koji se najintenzivnije razvija. Glavni elementi sustava staničnu komunikaciju su bazne stanice i mobilni radiotelefoni. Bazne stanice održavaju radio komunikaciju s mobilnim uređajima, zbog čega su izvori elektromagnetskog polja. Sustav koristi princip podjele područja pokrivenosti u zone, ili takozvane "ćelije", s radijusom od km.

Intenzitet zračenja bazne stanice određen je opterećenjem, odnosno prisutnošću vlasnika Mobiteli u području pružanja usluge određene bazne stanice i njihovoj želji da koriste telefon za razgovor, što zauzvrat u osnovi ovisi o dobu dana, lokaciji postaje, danu u tjednu i drugim čimbenicima . Noću je opterećenje stanica gotovo na nuli. Intenzitet zračenja mobilnih uređaja uvelike ovisi o stanju komunikacijskog kanala "mobilni radiotelefon - bazna stanica" (što je veća udaljenost od bazne stanice, to je veći intenzitet zračenja uređaja).

Električni promet Električni prijevoz (trolejbusi, tramvaji, vlakovi podzemne željeznice i dr.) snažan je izvor elektromagnetskog polja u frekvencijskom području Hz. Istodobno, u velikoj većini slučajeva, vučni elektromotor djeluje kao glavni emiter (kod trolejbusa i tramvaja kolektori zračne struje natječu se s elektromotorom po jačini zračenog električnog polja).

Radarske instalacije Radarske i radarske instalacije obično imaju antene tipa reflektora („posude”) i emitiraju usko usmjereni radio snop. Periodično pomicanje antene u prostoru dovodi do prostornog diskontinuiteta zračenja. Također postoji privremeni prekid zračenja zbog cikličkog rada radara za zračenje. Rade na frekvencijama od 500 MHz do 15 GHz, ali neke posebne instalacije mogu raditi na frekvencijama do 100 GHz ili više. Zbog posebne prirode zračenja, mogu stvoriti zone s velikom gustoćom toka energije (100 W/m2 ili više) na tlu.

Detektori metala Tehnološki se princip rada detektora metala temelji na fenomenu registriranja elektromagnetskog polja koje se stvara oko bilo kojeg metalnog predmeta kada se stavi u elektromagnetsko polje. Ovo sekundarno elektromagnetno polje razlikuje se i po intenzitetu (jačini polja) i po drugim parametrima. Ovi parametri ovise o veličini predmeta i njegovoj vodljivosti (zlato i srebro imaju puno bolju vodljivost od npr. olova) te, naravno, o udaljenosti antene detektora metala od samog objekta (dubini pojavljivanja).

Gornja tehnologija odredila je sastav detektora metala: sastoji se od četiri glavna bloka: antene (ponekad su odašiljajuće i prijemne antene različite, a ponekad su iste antene), elektroničke jedinice za obradu, jedinice za izlaz informacija (vizualni - LCD zaslon ili indikator sa strelicama i audio - priključak za zvučnik ili slušalice) i napajanje.

Metalni detektori su: Pretraga Inspekcija Za građevinske svrhe

Pretraga Ovaj detektor metala dizajniran je za traženje svih vrsta metalnih predmeta. U pravilu, oni su najveći po veličini, cijeni i, naravno, u smislu funkcija modela. To je zbog činjenice da ponekad trebate pronaći objekte na dubini do nekoliko metara u debljini zemlje. Snažna antena je u stanju stvoriti visoku razinu elektromagnetskog polja i detektirati čak i najmanje struje na velikim dubinama uz visoku osjetljivost. Na primjer, detektor metala za pretraživanje detektira metalni novčić na dubini od 2-3 metra u zemlji, koji čak može sadržavati željezne geološke spojeve.

Screening Koriste ga specijalne službe, carinici i zaštitari raznih organizacija za traženje metalnih predmeta (oružje, plemeniti metali, žice eksplozivnih naprava i sl.) skrivenih na tijelu i u odjeći osobe. Ove detektore metala odlikuju kompaktnost, jednostavnost korištenja, prisutnost načina kao što je tiha vibracija ručke (tako da osoba koja se traži ne zna da je tragatelj nešto pronašao). Raspon (dubina) detekcije novčića rublje u takvim detektorima metala doseže 10-15 cm.

Također široka upotreba dobio lučne detektore metala koji izgledaju kao luk i zahtijevaju da osoba prođe kroz njega. Uz njih okomiti zidovi postavljene su ultraosjetljive antene koje otkrivaju metalne predmete na svim razinama ljudskog rasta. Obično se postavljaju ispred kulturno-zabavnih mjesta, u bankama, ustanovama itd. glavna značajka lučni detektori metala - visoka osjetljivost (podesiva) i velika brzina obrade protoka ljudi.

Za građevinske svrhe Ovaj sat detektori metala uz pomoć zvučnih i svjetlosnih alarma pomažu građevinarima da pronađu metalne cijevi, konstrukcijski ili pogonski elementi smješteni kako u debljini zidova tako i iza pregrada i lažnih panela. Neki detektori metala za građevinske svrhe često se kombiniraju u jednom uređaju s detektorima drvena konstrukcija, detektori napona na strujnim žicama, detektori curenja itd.

Riječ "indukcija" na ruskom znači procese uzbuđenja, vođenja, stvaranja nečega. U elektrotehnici se ovaj izraz koristi više od dva stoljeća.

Nakon što se upoznao s publikacijama iz 1821. u kojima se opisuju eksperimenti danskog znanstvenika Oersteda na devijacijama magnetske igle u blizini vodiča s električnom strujom, Michael Faraday si je postavio zadatak: pretvoriti magnetizam u elektricitet.

Nakon 10 godina istraživanja, formulirao je osnovni zakon elektromagnetske indukcije, objašnjavajući da unutar svakog zatvorenog kruga inducira se elektromotorna sila. Njegova je vrijednost određena brzinom promjene magnetskog toka koji prodire u krug koji se razmatra, ali se uzima sa predznakom minus.

Prijenos elektromagnetskih valova na daljinu

Prvo nagađanje koje je sinulo u mozgu znanstvenika nije bilo okrunjeno praktičnim uspjehom.

Postavio je jedan pored drugog dva zatvorena vodiča. Blizu jedne sam ugradio magnetsku iglu kao indikator prolazne struje, a u drugu žicu primijenio sam impuls iz moćnog galvanskog izvora tog vremena: voltnog stupca.

Istraživač je pretpostavio da bi kod strujnog impulsa u prvom krugu promjenjivo magnetsko polje u njemu induciralo struju u drugom vodiču, koja bi skrenula magnetsku iglu. Ali, rezultat je bio negativan - indikator nije radio. Ili bolje rečeno, nedostajala mu je osjetljivost.

Mozak znanstvenika predvidio je stvaranje i prijenos elektromagnetskih valova na daljinu, koji se danas koriste u radiodifuziji, televiziji, bežičnoj kontroli, Wi-Fi tehnologijama i sličnih uređaja. Jednostavno ga je iznevjerila nesavršena elementarna baza mjerni uređaji to vrijeme.

Proizvodnja električne energije

Nakon neuspješnog eksperimenta, Michael Faraday je izmijenio uvjete eksperimenta.

Za eksperiment je Faraday koristio dvije zavojnice sa zatvorenim krugovima. U prvom krugu je napajao električnu struju iz izvora, a u drugom je promatrao pojavu EMF-a. Struja koja prolazi kroz zavoje namota br. 1 stvorila je magnetski tok oko zavojnice, probijajući namot br. 2 i tvoreći u njemu elektromotornu silu.

Tijekom Faradayeva eksperimenta:

• uključio impulsno napajanje napona u krug sa stacionarnim zavojnicama;
• kada se primijenila struja, ubrizgao je gornju u donju zavojnicu;
• trajno fiksiran namot br. 1 i u njega uveden namot br. 2;
• promijeniti brzinu kretanja zavojnica jedna u odnosu na drugu.

U svim tim slučajevima promatrao je pojavu indukcijske emf u drugoj zavojnici. I samo s prolaskom istosmjerne struje kroz namot br. 1 i fiksne zavojnice vođenja nije bilo elektromotorne sile.

Znanstvenik je to utvrdio EMF inducirana u drugoj zavojnici ovisi o brzini kojom se mijenja magnetski tok. Proporcionalan je svojoj veličini.

Isti obrazac se u potpunosti očituje kada kroz njega prolazi zatvorena petlja.Pod djelovanjem EMF-a u žici nastaje električna struja.

Magnetski tok u razmatranom slučaju mijenja se u krugu Sk koji stvara zatvoreni krug.

Na taj način je razvoj koji je stvorio Faraday omogućio postavljanje rotirajućeg vodljivog okvira u magnetsko polje.

Tada je napravljena od veliki broj okreta, fiksirani u rotacijskim ležajevima. Na krajevima namota postavljeni su klizni prstenovi i četke koje klize duž njih, a opterećenje je spojeno kroz vodove na kućištu. Ispalo je moderni generator naizmjenična struja.

Gotovo je jednostavan dizajn nastao je kada je namot fiksiran na stacionarnom kućištu, a magnetski sustav počeo se okretati. U ovom slučaju, način generiranja struja na račun nije na bilo koji način narušen.

Princip rada elektromotora

Zakon elektromagnetske indukcije, koji je obrazložio Michael Faraday, omogućio je stvaranje razni dizajni elektromotori. Imaju sličan uređaj s generatorima: pomični rotor i stator, koji međusobno djeluju zbog rotirajućih elektromagnetskih polja.

Transformacija električne energije

Michael Faraday odredio je pojavu inducirane elektromotorne sile i indukcijske struje u obližnjem namotu kada se promijeni magnetsko polje u susjednoj zavojnici.

Struja unutar obližnjeg namota inducira se prebacivanjem sklopnog kruga u svitku 1 i uvijek je prisutna tijekom rada generatora na namotu 3.

Na tom svojstvu, zvanom međusobna indukcija, temelji se rad svih modernih transformatorskih uređaja.

Da bi se poboljšao prolaz magnetskog toka, na zajedničku su jezgru postavljeni izolirani namoti, koji imaju minimalni magnetski otpor. Izrađen je od posebne sortečelik i slaganje oblika tanke listove u obliku dijelova određenog oblika, koji se nazivaju magnetski krug.

Transformatori prenose, zbog međusobne indukcije, energiju izmjeničnog elektromagnetskog polja s jednog namota na drugi na način da dolazi do promjene, transformacije vrijednosti napona na njegovim ulaznim i izlaznim stezaljkama.

Omjer broja zavoja u namotima određuje omjer transformacije, te debljina žice, dizajn i volumen materijala jezgre - količina prenesene snage, radna struja.

Rad induktora

Manifestacija elektromagnetske indukcije promatra se u zavojnici tijekom promjene veličine struje koja teče u njoj. Taj se proces naziva samoindukcija.

Kada je prekidač uključen u gornjem dijagramu, induktivna struja mijenja prirodu pravolinijskog povećanja radne struje u krugu, kao i tijekom gašenja.

Kada se na vodič namotan u zavojnicu dovede izmjenični napon, a ne konstantni napon, kroz njega teče vrijednost struje smanjena induktivnim otporom. Energija samoindukcije pomiče fazu struje u odnosu na primijenjeni napon.

Ovaj se fenomen koristi u prigušnicama, koje su dizajnirane za smanjenje visokih struja koje se javljaju u određenim uvjetima rada opreme. Posebno se koriste takvi uređaji.

Značajka dizajna magnetskog kruga na induktoru - rez ploča, koji je stvoren za daljnje povećanje magnetskog otpora na magnetski tok zbog stvaranja zračnog raspora.

Prigušnice s podijeljenim i podesivim položajem magnetskog kruga koriste se u mnogim radiotehnikama i električnih uređaja. Vrlo često se mogu naći u dizajnu transformatori za zavarivanje. Oni smanjuju veličinu električni luk prolazi kroz elektrodu do optimalne vrijednosti.

Indukcijske peći

Fenomen elektromagnetske indukcije očituje se ne samo u žicama i namotima, već i unutar svih masivnih metalnih predmeta. U njima inducirane struje nazivaju se vrtložnim strujama. Tijekom rada transformatora i prigušnica uzrokuju zagrijavanje magnetskog kruga i cijele konstrukcije.

Da bi se spriječio ovaj fenomen, jezgre su izrađene od tanke metalni limovi te međusobno izolirati slojem laka koji sprječava prolaz induciranih struja.

U konstrukcijama grijanja vrtložne struje ne ograničavaju, već stvaraju najviše povoljni uvjeti. naširoko koristi u industrijska proizvodnja za stvaranje visokih temperatura.

Električni mjerni uređaji

Velika klasa indukcijskih uređaja nastavlja raditi u energetskom sektoru. Električna brojila s rotirajućim aluminijskim diskom, sličnim dizajnom energetskih releja, prigušnim sustavima skretnica mjerni instrumenti rade na principu elektromagnetske indukcije.

Plinski magnetni generatori

Ako se umjesto zatvorenog okvira u polju magneta pomiče vodljivi plin, tekućina ili plazma, tada se naboji električne energije pod djelovanjem magnetskog linije sileće odstupiti u strogo određenim smjerovima, tvoreći električnu struju. Njegovo magnetsko polje na postavljenim kontaktnim pločama elektroda inducira elektromotornu silu. Pod njegovim djelovanjem stvara se električna struja u spojenom krugu na MHD generator.

Tako se zakon elektromagnetske indukcije očituje u MHD generatorima.

Ne postoje tako složeni rotirajući dijelovi kao što je rotor. To pojednostavljuje dizajn, omogućuje značajno povećanje temperature radno okruženje i, u isto vrijeme, učinkovitost proizvodnje električne energije. MHD generatori rade kao rezervni izvori ili izvori za hitne slučajeve koji mogu generirati značajne tokove električne energije u kratkim vremenskim razdobljima.

Dakle, zakon elektromagnetske indukcije, koji je svojedobno opravdao Michael Faraday, i danas je aktualan.

Fenomen elektromagnetske indukcije je pojava koja se sastoji u nastanku elektromotorne sile ili napona u tijelu koje se nalazi u magnetskom polju koje se neprestano mijenja. Elektromotorna sila kao posljedica elektromagnetske indukcije također nastaje ako se tijelo kreće u statičkom i nehomogenom magnetskom polju ili rotira u magnetskom polju tako da se njegove linije koje sijeku zatvorenu konturu mijenjaju.

Inducirana električna struja

Pojam "indukcije" označava pojavu procesa kao rezultat utjecaja drugog procesa. Na primjer, električna struja može biti inducirana, odnosno može se pojaviti kao posljedica izlaganja vodiča magnetskom polju na poseban način. Takva električna struja naziva se inducirana. Uvjeti za nastanak električne struje kao rezultat fenomena elektromagnetske indukcije razmatraju se kasnije u članku.

Koncept magnetskog polja

Prije početka proučavanja fenomena elektromagnetske indukcije, potrebno je razumjeti što je magnetsko polje. razgovarajući jednostavnim riječima, magnetsko polje je područje prostora u kojem magnetski materijal pokazuje svoje magnetske učinke i svojstva. Ovo područje prostora može se prikazati pomoću linija koje se nazivaju linijama magnetskog polja. Broj ovih linija predstavlja fizička veličina koji se naziva magnetski tok. Linije magnetskog polja su zatvorene, počinju na sjevernom polu magneta i završavaju na južnom.

Magnetno polje ima sposobnost djelovanja na sve materijale koji imaju magnetska svojstva, kao što su željezni vodiči električne struje. Ovo polje karakterizira magnetska indukcija, koja se označava B i mjeri se u teslama (T). Magnetska indukcija od 1 T vrlo je jako magnetsko polje koje djeluje silom od 1 newtona na točkasti naboj od 1 kulona, ​​koje leti okomito na linije magnetskog polja brzinom od 1 m/s, odnosno 1 T = 1 N * s / ( m * Cl).

Tko je otkrio fenomen elektromagnetske indukcije?

Početkom 30-ih godina 19. stoljeća otkrivena je elektromagnetska indukcija, na čijem principu se temelje mnogi moderni uređaji. Otkriće indukcije obično se pripisuje Michaelu Faradayu (datum otkrića - 29. kolovoza 1831.). Znanstvenik se temeljio na rezultatima eksperimenata danskog fizičara i kemičara Hansa Oersteda koji je otkrio da vodič kroz koji teče električna struja stvara oko sebe magnetsko polje, odnosno počinje pokazivati ​​magnetska svojstva.

Faraday je pak otkrio suprotno od fenomena koji je otkrio Oersted. Primijetio je da promjenjivo magnetsko polje, koje se može stvoriti promjenom parametara električne struje u vodiču, dovodi do pojave razlike potencijala na krajevima bilo kojeg strujnog vodiča. Ako su ti krajevi spojeni, na primjer, kroz električnu svjetiljku, tada će kroz takav krug teći električna struja.

Kao rezultat toga, Faraday je otkrio fizički proces, uslijed čega se u vodiču javlja električna struja zbog promjene magnetskog polja, što je fenomen elektromagnetske indukcije. Istodobno, za stvaranje inducirane struje nije važno što se kreće: magnetsko polje ili samo po sebi može se lako pokazati ako se provede odgovarajući eksperiment na fenomenu elektromagnetske indukcije. Dakle, postavljajući magnet unutar metalne spirale, počinjemo ga pomicati. Ako spojite krajeve spirale kroz bilo koji indikator električne struje u krug, možete vidjeti pojavu struje. Sada biste trebali ostaviti magnet na miru i pomicati spiralu gore-dolje u odnosu na magnet. Indikator će također pokazati postojanje struje u krugu.

Faradayev eksperiment

Faradayevi pokusi sastojali su se od rada s vodičem i trajnim magnetom. Michael Faraday prvi je otkrio da kada se vodič kreće unutar magnetskog polja, na njegovim krajevima nastaje razlika potencijala. Pokretni vodič počinje prelaziti linije magnetskog polja, što simulira učinak promjene ovog polja.

Znanstvenik je utvrdio da je pozitivno i negativni znakovi rezultirajuća razlika potencijala ovisi o smjeru u kojem se vodič kreće. Na primjer, ako je vodič podignut u magnetskom polju, tada će rezultirajuća razlika potencijala imati polaritet +-, ali ako se ovaj vodič spusti, tada ćemo već dobiti -+ polaritet. Te promjene predznaka potencijala, čija se razlika naziva elektromotorna sila (EMS), dovode do pojave izmjenične struje u zatvorenom krugu, odnosno struje koja stalno mijenja svoj smjer u suprotan.

Značajke elektromagnetske indukcije koje je otkrio Faraday

Znajući tko je otkrio fenomen elektromagnetske indukcije i zašto nastaje inducirana struja, objasnit ćemo neke od značajki ovog fenomena. Dakle, što brže pomičete vodič u magnetskom polju, to će biti veća vrijednost inducirane struje u krugu. Druga značajka fenomena je sljedeća: što je veća magnetska indukcija polja, odnosno što je ovo polje jače, to može stvoriti veću razliku potencijala pri pomicanju vodiča u polju. Ako vodič miruje u magnetskom polju, u njemu ne nastaje EMF, jer nema promjene u linijama magnetske indukcije koje prelaze vodič.

Smjer električne struje i pravilo lijeve ruke

Za određivanje smjera u vodiču električne struje koja nastaje kao rezultat fenomena elektromagnetske indukcije, možete koristiti takozvano pravilo lijeve ruke. Može se formulirati na sljedeći način: ako lijeva ruka postaviti tako da linije magnetske indukcije, koje počinju na sjevernom polu magneta, ulaze u dlan i strše palac izravno u smjeru kretanja vodiča u polju magneta, tada će preostala četiri prsta lijeve ruke pokazivati ​​smjer kretanja inducirane struje u vodiču.

Postoji još jedna verzija ovog pravila, ona je sljedeća: ako kažiprst usmjerite lijevu ruku duž linija magnetske indukcije, i usmjerite izbočeni palac u smjeru vodiča, tada će srednji prst okrenut za 90 stupnjeva prema dlanu pokazati smjer struje koja se pojavila u vodiču.

Fenomen samoindukcije

Hans Christian Oersted otkrio je postojanje magnetskog polja oko vodiča ili zavojnice kroz koju prolazi struja. Znanstvenik je također otkrio da su karakteristike ovog polja izravno povezane s jačinom struje i njezinim smjerom. Ako je struja u zavojnici ili vodiču promjenjiva, tada će generirati magnetsko polje koje neće biti stacionarno, odnosno mijenjat će se. Zauzvrat, ovo izmjenično polje će dovesti do pojave inducirane struje (fenomen elektromagnetske indukcije). Kretanje indukcijske struje uvijek će biti suprotno od izmjenične struje koja kruži vodičem, odnosno odupirati će se svakoj promjeni smjera struje u vodiču ili zavojnici. Taj se proces naziva samoindukcija. Rezultirajuća razlika električni potencijali naziva se emf samoindukcije.

Imajte na umu da se fenomen samoindukcije događa ne samo kada se promijeni smjer struje, već i s bilo kojom promjenom u njemu, na primjer, s povećanjem zbog smanjenja otpora u krugu.

Za fizički opis Otpor izazvan bilo kakvom promjenom struje u krugu zbog samoindukcije uveo je pojam induktiviteta, koji se mjeri u Henryju (u čast američkog fizičara Josepha Henryja). Jedan henry je takav induktivitet za koji, kada se struja promijeni za 1 amper u 1 sekundi, u procesu samoindukcije nastaje EMF, jednak 1 voltu.

Naizmjenična struja

Kada se induktor počne okretati u magnetskom polju, kao rezultat fenomena elektromagnetske indukcije, stvara induciranu struju. Ova električna struja je promjenjiva, odnosno sustavno mijenja svoj smjer.

Izmjenična struja je češća od istosmjerne struje. Dakle, mnogi uređaji koji rade iz središnje električna mreža, koristite ovu vrstu struje. Izmjeničnu struju je lakše inducirati i transportirati od istosmjerne struje. U pravilu je frekvencija izmjenične struje u kućanstvu 50-60 Hz, odnosno u 1 sekundi njezin se smjer mijenja 50-60 puta.

Geometrijski prikaz izmjenične struje je sinusna krivulja koja opisuje ovisnost napona o vremenu. Cijeli period sinusoidna krivulja za struju u kućanstvu približno je jednaka 20 milisekundi. Prema toplinskom učinku, izmjenična struja je slična istosmjernoj, čiji je napon U max /√2, gdje je U max - maksimalni napon na sinusnoj AC krivulji.

Primjena elektromagnetske indukcije u tehnici

Otkriće fenomena elektromagnetske indukcije izazvalo je pravi procvat u razvoju tehnologije. Prije ovog otkrića, ljudi su mogli proizvoditi električnu energiju samo u ograničenim količinama pomoću električnih baterija.

Trenutno se ovaj fizički fenomen koristi u električni transformatori, u grijačima koji pretvaraju induciranu struju u toplinu, kao i u elektromotori i automobilski generatori.

Tema: Upotreba elektromagnetske indukcije

Ciljevi lekcije:

Obrazovni:

1. Nastaviti rad na formiranju koncepta elektromagnetskog polja kao oblika materije i dokaza njegovog stvarnog postojanja.
2. Poboljšati vještine u rješavanju kvalitativnih i računskih problema.

Razvijanje: Nastavite raditi sa studentima na...

1. formiranje ideja o suvremenim fizičkim sliku svijeta,
2. sposobnost otkrivanja odnosa između proučavanog gradiva i fenomeni života,
3. širenje vidika učenika

Obrazovni: Naučite vidjeti manifestacije proučavanih obrazaca u okolnom životu

Demonstracije

1. Transformator
2. Ulomci CD-ROM-a “Fizika 7.-11. Knjižnica vizualna pomagala»

1) "Proizvodnja energije"
2) "Snimanje i čitanje informacija na magnetskoj vrpci"

3. Prezentacije

1) "Elektromagnetska indukcija - ispitivanja" (I i II dio)
2) "Transformator"

Tijekom nastave

1. Ažuriranje:

Prije razmatranja novi materijal odgovorite na sljedeća pitanja:

2. Rješavanje problema na karticama, vidi prezentaciju (Dodatak 1) (odgovori: 1 B, 2 B, 3 C, 4 A, 5 C) - 5 min

3. Novi materijal.

Korištenje elektromagnetske indukcije

1) U prošlosti akademska godina pri proučavanju teme “Nosioci informacija” u informatici govorili smo o diskovima, disketama itd. Pokazalo se da se snimanje i čitanje informacija pomoću magnetske vrpce temelji na primjeni fenomena elektromagnetske indukcije.
Snimanje i reprodukcija podataka pomoću magnetske vrpce (Fragmenti CD-ROM-a "Fizika 7-11. razred. Biblioteka vizualnih pomagala", "Snimanje i čitanje podataka na magnetskoj vrpci" - 3 min) (Prilog 2)

2) Razmotrite uređaj i temeljni rad takvog uređaja kao TRANSFORMATOR. (Vidi prezentacijski dodatak 3)
Djelovanje transformatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije.

TRANSFORMATOR - uređaj koji pretvara izmjeničnu struju jednog napona u izmjeničnu struju drugog napona konstantne frekvencije.

3) U najjednostavnijem slučaju, transformator se sastoji od zatvorene čelične jezgre, na koju se stavljaju dvije zavojnice sa žičanim namotima. Onaj od namota koji je spojen na izvor izmjeničnog napona naziva se primarnim, a onaj na koji je spojeno "opterećenje", odnosno uređaji koji troše električnu energiju, naziva se sekundarnim.

a) pojačani transformator

b) niži transformator

Prilikom prijenosa energije na velike udaljenosti - korištenje step-down i step-up transformatora.

4) Rad transformatora (pokus).

Osvjetljenje žarulje u sekundarnoj zavojnici ( objašnjenje ovog iskustva);
- princip rada Stroj za zavarivanje (Zašto su zavoji u sekundarnom svitku postupnog transformatora deblji?);
- princip rada peći ( Snaga u obje zavojnice je ista, ali struja?)

5) Praktična primjena elektromagnetske indukcije

Primjeri tehnička upotreba elektromagnetska indukcija: transformator, generator električne struje - glavni izvor električne energije.
Zahvaljujući otkriću elektromagnetske indukcije, postalo je moguće generirati jeftinu električnu energiju. Osnova rada suvremenih elektrana (uključujući nuklearne) je indukcijski generator.
Generator izmjenične struje (fragment diska Fragmenti CD-ROM-a "Fizika 7-11 razred. Knjižnica vizualnih pomagala", "Proizvodnja električne energije" - 2 min) (Prilog 4)

Indukcijski generator se sastoji od dva dijela: pokretnog rotora i fiksnog statora. Najčešće je stator magnet (trajni ili električni) koji stvara početno magnetsko polje (zove se induktor). Rotor se sastoji od jednog ili više namota u kojima se pod utjecajem promjenjivog magnetskog polja stvara indukcijska struja. (Drugi naziv za takav rotor je sidro).

- detekcija metalnih predmeta - specijalni detektori;
- trenirajte na magnetskim jastucima(vidi str. 129 udžbenika V. A. Kasyanov "Fizika - 11")
Foucaultove struje (vrtložne struje;)
– zatvoreno indukcijske struje koji nastaju u masivnim vodljivim tijelima.

Pojavljuju se ili zbog promjene magnetskog polja u kojem se nalazi provodno tijelo, ili kao posljedica takvog kretanja tijela kada se promijeni magnetski tok koji prodire u ovo tijelo (ili bilo koji njegov dio).
Kao i sve druge struje, vrtložne struje imaju toplinski učinak na vodič: tijela u kojima se takve struje zagrijavaju.

Primjer: ugradnja električnih peći za taljenje metala i mikrovalnih pećnica.

4. Zaključci, ocjene.

1) Elektromagnetska indukcija, navedite primjere praktične primjene elektromagnetske indukcije.
2) Elektromagnetski valovi- najčešća vrsta materije, i elektromagnetska indukcija - poseban slučaj manifestacije elektromagnetskih valova.

5. Rješavanje zadataka na karticama, pogledajte prezentaciju(Prilog 5) (odgovori - 1B, 2A, 3A, 4B).

6. Kućni zadatak: P.35,36 (Udžbenik fizike, uredio V.A.Kasyanov 11. razred)