Az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazása. Elektromágneses indukció

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik tanulmányaikban és munkájuk során használják fel a tudásbázist, nagyon hálásak lesznek Önnek.

közzétett http://www.allbest.ru/

BEVEZETÉS

Nem véletlen, hogy ennek megnyitásának első és legfontosabb lépése új oldal Az elektromágneses kölcsönhatások alapítója az elektromágneses térről alkotott elképzelések alapítója – a világ egyik legnagyobb tudósa – Michael Faraday (1791-1867). Faraday teljesen biztos volt az elektromos és mágneses jelenségek. Röviddel Oersted felfedezése után ezt írta naplójába (1821): „A mágnesességet elektromossággá alakítsa”. Faraday azóta szüntelenül gondolkodott ezen a problémán. Azt mondják, állandóan egy mágnest hordott a mellényzsebében, aminek a feladatra kellett volna emlékeztetnie. Tíz évvel később, 1831-ben kemény munka és a sikerbe vetett hit eredményeként a probléma megoldódott. Felfedezést tett, amely a világ összes erőművének tervezésének alapját képezi, amelyek a mechanikai energiát elektromos áram energiává alakítják át. Egyéb források: galvanikus cellák, hő- és fotocellák a megtermelt energia elenyésző részét adják.

Faraday érvelése szerint az elektromos áram képes a vastárgyak mágnesezésére. Ehhez csak tegyen egy vasrudat a tekercs belsejébe. A mágnes viszont elektromos áram megjelenését idézheti elő, vagy megváltoztathatja annak nagyságát? Sokáig semmit sem lehetett találni.

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ JELENSÉGE FELFEDEZÉSÉNEK TÖRTÉNETE

Signors Nobili és Antinori mondásai a magazinból "Antologia"

« Faraday úr nemrég fedezte fel új osztály elektrodinamikai jelenségek. Erről egy visszaemlékezést nyújtott be a Londoni Királyi Társasághoz, de ez a memoár még nem jelent meg. Tudunk rólacsak egy megjegyzés, amelyet A. úr közölta párizsi Tudományos Akadémia jegyzője1831. december 26, magától Faraday úrtól kapott levél alapján.

Ez az üzenet arra késztette Chevalier Antinorit és engem, hogy azonnal megismételjük az alapkísérletet, és különböző nézőpontokból tanulmányozzuk. Hízelegünk magunknak abban a reményben, hogy az elért eredmények némi jelentőséggel bírnak, ezért sietjük közzétenni azokat anélkül, hogy bármi lenne.előzőanyagokat, kivéve a kutatásunk kiindulópontjául szolgáló jegyzetet.»

„Mr. Faraday emlékirata – ahogy a feljegyzés is mondja – négy részre oszlik.

Az elsőben, melynek címe "A galvanikus elektromosság gerjesztése" a következő fő tényt találjuk: A fémhuzalon áthaladó galvánáram újabb áramot hoz létre a közeledő vezetékben; a második áram az elsővel ellentétes irányú, és csak egy pillanatig tart. Ha a gerjesztőáramot eltávolítjuk, a hatása alatt a vezetékben áram keletkezik, ellentétben azzal, ami az első esetben keletkezett benne, pl. az izgató árammal azonos irányú.

Az emlékirat második része a mágnes által keltett elektromos áramokról szól. Faraday úr a tekercsmágnesekhez közeledve elektromos áramokat termelt; a tekercsek eltávolításakor ellentétes irányú áramok keletkeztek. Ezek az áramok erős hatást gyakorolnak a galvanométerre, bár gyengén haladnak át sóoldaton és egyéb oldatokon. Ebből az következik, hogy ez a tudós egy mágnes segítségével gerjesztette az Ampère úr által felfedezett elektromos áramokat.

Az emlékirat harmadik része az alapvető elektromos állapotra vonatkozik, amelyet Faraday úr elektromonikus állapotnak nevez.

A negyedik rész egy olyan furcsa, mint szokatlan kísérletről szól, amely Arago úré; mint ismeretes, ez a kísérlet abból áll, hogy a mágneses tű forog egy forgó fémkorong hatására. Megállapította, hogy amikor egy fémkorong mágnes hatására forog, akkor elektromos áramok jelenhetnek meg, amelyek elegendőek ahhoz, hogy új elektromos gépet készítsenek a lemezből.

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ MODERN ELMÉLETE

Az elektromos áramok mágneses teret hoznak létre körülöttük. Mágneses mező okozhatja a megjelenést elektromos mező? Faraday kísérletileg megállapította, hogy amikor a zárt áramkörön áthatoló mágneses fluxus megváltozik, abban elektromos áram keletkezik. Ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezték. Az elektromágneses indukció jelensége során fellépő áramot induktívnak nevezzük. Szigorúan véve, amikor az áramkör mágneses térben mozog, nem egy bizonyos áram keletkezik, hanem egy bizonyos EMF. Az elektromágneses indukció részletesebb vizsgálata kimutatta, hogy az indukciós EMF, amely bármely zárt áramkörben előfordul, megegyezik az ezen áramkör által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével, ellenkező előjellel.

Az áramkörben fellépő elektromotoros erő külső erők hatásának eredménye, azaz. nem elektromos eredetű erők. Amikor egy vezető mágneses térben mozog, a külső erők szerepét a Lorentz-erő játssza, amelynek hatására a töltések szétválnak, aminek következtében a vezető végein potenciálkülönbség jelenik meg. Az indukció EMF egy vezetőben jellemzi az egységnyi pozitív töltés mozgatását a vezető mentén.

Az elektromágneses indukció jelensége az elektromos generátorok működésének hátterében áll. Ha a huzalkeret egyenletes mágneses térben egyenletesen forog, akkor indukált áram keletkezik, amely időszakosan megváltoztatja irányát. Már egyetlen, egyenletes mágneses térben forgó keret is generátor váltakozó áram.

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKTÍCIÓS JELENSÉGEK KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA

Tekintsük Faraday klasszikus kísérleteit, amelyek segítségével felfedezték az elektromágneses indukció jelenségét:

Az állandó mágnes mozgása során az erővonalai keresztezik a tekercs menetét, és indukciós áram keletkezik, így a galvanométer tűje eltér. A készülék leolvasása a mágnes mozgási sebességétől és a tekercs fordulatszámától függ.

Ebben a kísérletben áramot vezetünk át az első tekercsen, ami létrehozza mágneses fluxusés amikor a második tekercs az első belsejében mozog, a mágneses vonalak metszik egymást, így indukciós áram keletkezik.

A 2. számú kísérlet lefolytatása során rögzítették, hogy a kapcsoló bekapcsolásakor a készülék nyila eltért és az EMF értékét mutatta, majd a nyíl visszatért eredeti helyzetébe. A kapcsoló kikapcsolásakor a nyíl ismét eltért, de a másik irányba és az EMF értékét mutatta, majd visszatért eredeti helyzetébe. Abban a pillanatban, amikor a kapcsoló be van kapcsolva, az áram növekszik, de valamiféle erő keletkezik, amely megakadályozza az áram növekedését. Ez az erő önmagát indukálja, innen ered a név EMF önindukció. Leálláskor ugyanez történik, csak az EMF iránya változott, így a készülék nyila az ellenkező irányba tért el.

Ez a tapasztalat azt mutatja, hogy az elektromágneses indukció EMF akkor lép fel, amikor az áram nagysága és iránya megváltozik. Ez bizonyítja, hogy az önmagát létrehozó indukció EMF az áram változási sebessége.

Faraday egy hónapon belül kísérleti úton felfedezte az elektromágneses indukció jelenségének minden lényeges jellemzőjét. Csak az maradt hátra, hogy a törvénynek szigorú mennyiségi formát adjon, és teljes mértékben feltárja a jelenség fizikai természetét. Faraday már maga is felfogta azt a közös dolgot, amely meghatározza az indukciós áram megjelenését a külsőleg eltérőnek tűnő kísérletekben.

Zárt vezető áramkörben áram keletkezik, amikor az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik. Ezt a jelenséget elektromágneses indukciónak nevezik.

És minél gyorsabban változik a mágneses indukció vonalainak száma, annál nagyobb a keletkező áram. Ebben az esetben a mágneses indukció sorszámának változásának oka teljesen közömbös.

Ez lehet a rögzített vezetőn áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változása a szomszédos tekercs áramerősségének változása miatt, illetve a vonalak számának változása az áramkör inhomogén mágneses térben való mozgása miatt. , melynek vonalsűrűsége térben változó.

LENTZ SZABÁLY

Az induktív áram, amely a vezetőben keletkezett, azonnal kölcsönhatásba lép az áramot vagy mágnest létrehozó árammal. Ha egy mágnest (vagy egy áramú tekercset) közelebb viszünk egy zárt vezetőhöz, akkor a kilépő indukciós áram a mágneses mezőjével szükségszerűen taszítja a mágnest (tekercset). Dolgozni kell, hogy a mágnes és a tekercs közelebb kerüljön egymáshoz. Amikor a mágnest eltávolítják, vonzás lép fel. Ezt a szabályt szigorúan betartják. Képzeld el, ha a dolgok másképp lennének: a mágnest a tekercs felé tolnád, és az magától belerohanna. Ez sértené az energia megmaradás törvényét. Hiszen a mágnes mechanikai energiája megnőne és egyben áram keletkezne, ami önmagában is energiaráfordítást igényel, mert az áram is tud dolgozni. A generátor armatúrájában indukált elektromos áram az állórész mágneses terével kölcsönhatásba lépve lelassítja az armatúra forgását. Csak ezért az armatúra forgatásához munkát kell végezni, minél nagyobb, annál nagyobb az áramerősség. Ennek a munkának köszönhetően induktív áram keletkezik. Érdekes megjegyezni, hogy ha bolygónk mágneses tere nagyon nagy és erősen inhomogén lenne, akkor a vezető testek gyors mozgása a felszínén és a légkörben lehetetlen lenne a testben indukált áram és ezzel az intenzív kölcsönhatás miatt. terület. A testek úgy mozognának, mint egy sűrű, viszkózus közegben, és ugyanakkor erősen felmelegednének. Sem repülőgépek, sem rakéták nem tudtak repülni. Az ember nem tudta gyorsan mozgatni sem a karját, sem a lábát, mivel emberi test- jó karmester.

Ha a tekercs, amelyben az áramot indukálják, a szomszédos váltakozó áramú tekercshez képest álló helyzetben van, mint például egy transzformátorban, akkor ebben az esetben az indukciós áram irányát az energiamegmaradás törvénye határozza meg. Ezt az áramot mindig úgy irányítják, hogy az általa létrehozott mágneses tér csökkentse az áramingadozást a primerben.

A mágnes tekercs általi taszítása vagy vonzása a benne lévő indukciós áram irányától függ. Ezért az energiamegmaradás törvénye lehetővé teszi, hogy olyan szabályt fogalmazzunk meg, amely meghatározza az indukciós áram irányát. Mi a különbség a két kísérlet között: a mágnesnek a tekercshez való közeledése és eltávolítása között? Az első esetben a mágneses fluxus (illetve a tekercs menetein áthatoló mágneses indukciós vonalak száma) növekszik (a ábra), a második esetben pedig csökken (b. ábra). Ezenkívül az első esetben a B indukciós vonal mágneses mező, amelyet a tekercsben keletkezett indukciós áram hoz létre, a tekercs felső végéből lép ki, mivel a tekercs taszítja a mágnest, a második esetben pedig éppen ellenkezőleg, ezen a végen lépnek be. Az ábrán a mágneses indukció ezen vonalai egy vonallal vannak ábrázolva.

Most elérkeztünk a lényeghez: a mágneses fluxus növekedésével a tekercs menetein az indukciós áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér megakadályozza a mágneses fluxus növekedését a tekercs menetein keresztül. Hiszen ennek a mezőnek az indukciós vektora a térindukciós vektor ellen irányul, melynek változása elektromos áramot generál. Ha a tekercsen áthaladó mágneses fluxus gyengül, akkor az induktív áram indukciós mágneses teret hoz létre, amely növeli a mágneses fluxust a tekercs menetein keresztül.

Ez a lényeg Általános szabály az induktív áram irányának meghatározása, amely minden esetben alkalmazható. Ezt a szabályt az orosz fizikus, E.X. Lenz (1804-1865).

A Lenz-szabály szerint a zárt áramkörben fellépő induktív áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses fluxus az áramkör által határolt felületen keresztül megakadályozza az áramot létrehozó fluxus változását. Vagy az indukciós áram olyan irányú, hogy megakadályozza az azt okozó okot.

Szupravezetők esetén a külső mágneses fluxus változásainak kompenzációja teljes lesz. A szupravezető áramkör által határolt felületen áthaladó mágneses indukció fluxusa idővel semmilyen körülmények között sem változik.

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKTÍCIÓ TÖRVÉNYE

elektromágneses indukció faraday lenz

Faraday kísérletei kimutatták, hogy az indukált áram erőssége én i egy vezető áramkörben arányos az ezen áramkör által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak számának változási sebességével. Pontosabban ez az állítás megfogalmazható a mágneses fluxus fogalmával.

A mágneses fluxus egyértelműen úgy értelmezhető, mint a mágneses indukciós vonalak száma, amelyek áthatolnak egy felületen S. Ezért ennek a számnak a változási sebessége nem más, mint a mágneses fluxus változási sebessége. Ha rövid időn belül t A mágneses fluxus D-re változik F, akkor a mágneses fluxus változási sebessége egyenlő.

Ezért egy közvetlenül a tapasztalatból következő állítás a következőképpen fogalmazható meg:

az indukciós áram erőssége arányos a kontúr által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével:

Emlékezzünk vissza, hogy elektromos áram keletkezik az áramkörben, amikor külső erők hatnak a szabad töltésekre. Ezeknek az erőknek a munkáját, amikor egyetlen pozitív töltést egy zárt körben mozgatnak, elektromotoros erőnek nevezzük. Következésképpen, amikor a mágneses fluxus a kontúr által határolt felületen keresztül változik, külső erők jelennek meg benne, amelyek hatását egy EMF, az indukció EMF-je jellemez. Jelöljük a betűvel Eén .

Az elektromágneses indukció törvénye kifejezetten az EMF-re van megfogalmazva, és nem az áramerősségre. Ezzel a megfogalmazással a törvény a jelenség lényegét fejezi ki, amely nem függ azon vezetők tulajdonságaitól, amelyekben az indukciós áram keletkezik.

Az elektromágneses indukció (EMR) törvénye szerint a zárt hurokban az indukció EMF abszolút értékében egyenlő a hurok által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével:

Hogyan kell figyelembe venni az indukciós áram irányát (vagy az indukciós EMF előjelét) az elektromágneses indukció törvényében a Lenz-szabály szerint?

Az ábra egy zárt hurkot mutat. Pozitívnak tekintjük a kontúr megkerülésének irányát az óramutató járásával ellentétes irányban. A kontúr normálja egy jobb oldali csavart képez a bypass iránnyal. Az EMF, azaz a specifikus munka előjele a külső erők irányától függ az áramkör megkerülésének irányához képest.

Ha ezek az irányok egybeesnek, akkor E i > 0, és ennek megfelelően én i > 0. Ellenkező esetben az EMF és az áramerősség negatív.

A külső mágneses tér mágneses indukciója irányuljon a normál mentén a kontúrra, és idővel növekedjen. Azután F> 0 és > 0. Lenz szabálya szerint az indukciós áram mágneses fluxust hoz létre F" < 0. Линии индукции B"Az indukciós áram mágneses tere az ábrán kötőjellel látható. Ezért az indukciós áram én i az óramutató járásával megegyező irányba (a pozitív bypass iránnyal szemben) és az indukciós emf negatív. Ezért az elektromágneses indukció törvényében mínusz jelnek kell lennie:

A Nemzetközi Mértékegységrendszerben az elektromágneses indukció törvényét használják a mágneses fluxus mértékegységének megállapítására. Ezt az egységet webernek (Wb) hívják.

Mivel az EMF az indukció E i voltban van kifejezve, az idő pedig másodpercben van, akkor a Weber EMP törvényből a következőképpen határozható meg:

a zárt hurok által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus 1 Wb, ha ennek a fluxusnak 1 s alatt nullára való egyenletes csökkenésével az áramkörben 1 V-nak megfelelő indukciós emf jelenik meg: 1 Wb \u003d 1 V 1 s .

AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ JELENSÉGÉNEK GYAKORLATI ALKALMAZÁSA

Műsorszórás

A változó áram által gerjesztett váltakozó mágneses tér elektromos teret hoz létre a környező térben, ami viszont egy mágneses mezőt gerjeszt, és így tovább. Kölcsönösen generálva egymást, ezek a mezők egyetlen változó elektromágneses mezőt alkotnak - egy elektromágneses hullámot. Az elektromágneses tér azon a helyen keletkezett, ahol árammal ellátott vezeték van, az űrben -300 000 km/s fénysebességgel terjed.

Magnetoterápia

A frekvencia spektrumban különböző helyeken rádióhullámok, fény által elfoglalt, röntgensugarakés mások elektromágneses sugárzás. Általában folyamatosan összefüggő elektromos és mágneses mezők jellemzik őket.

Szinkrophasotronok

Jelenleg a mágneses mező az anyag különleges formája, amely töltött részecskékből áll. A modern fizikában töltött részecskék nyalábjait használják arra, hogy mélyen behatoljanak az atomokba, hogy tanulmányozzák azokat. Azt az erőt, amellyel a mágneses tér egy mozgó töltött részecskére hat, Lorentz-erőnek nevezzük.

Áramlásmérők - méter

A módszer a Faraday-törvény mágneses térben lévő vezetőre való alkalmazásán alapul: a mágneses térben mozgó, elektromosan vezető folyadék áramlásában az áramlási sebességgel arányos EMF indukálódik, amit az elektronikus rész alakít elektromos analóg/digitális jel.

DC generátor

Generátor üzemmódban a gép armatúrája külső nyomaték hatására forog. Az állórész pólusai között állandó mágneses fluxus hatol át az armatúrán. Az armatúra tekercsvezetők mágneses térben mozognak, és ezért EMF indukálódik bennük, melynek iránya a "jobb kéz" szabállyal határozható meg. Ebben az esetben az egyik kefén pozitív potenciál keletkezik a másodikhoz képest. Ha a generátor kapcsaira terhelés van csatlakoztatva, akkor áram folyik benne.

Az EMR jelenséget széles körben használják transzformátorokban. Tekintsük ezt az eszközt részletesebben.

TRANSZFORMÁTOROK

Transzformátor (lat. transformo - transzformációból) - statikus elektromágneses eszköz két vagy több induktív csatolású tekercssel rendelkeznek, és elektromágneses indukcióval egy vagy több váltóáramú rendszerből egy vagy több másik váltóáramú rendszerré alakítják át.

A transzformátor feltalálója az orosz tudós, P.N. Jablocskov (1847-1894). 1876-ban Yablochkov két tekercses indukciós tekercset használt transzformátorként az általa feltalált elektromos gyertyák táplálására. A Yablochkov transzformátor nyitott maggal rendelkezett. A ma használthoz hasonló zártmagos transzformátorok jóval később, 1884-ben jelentek meg. A transzformátor feltalálásával felmerült a műszaki érdeklődés a váltakozó áram iránt, amelyet addig nem alkalmaztak.

A transzformátorokat széles körben használják az átvitelben elektromos energia nagy távolságra, elosztása vevők között, valamint különféle egyenirányító, erősítő, jelző és egyéb eszközökben.

A transzformátorban az energia átalakítása váltakozó mágneses térrel történik. A transzformátor vékony, egymástól szigetelt acéllemezekből álló mag, amelyre két, esetenként több tekercs (tekercs) szigetelt huzal kerül. Azt a tekercset, amelyre a váltakozó áramú villamos energia forrása csatlakozik, primer tekercsnek, a többi tekercset szekunder tekercsnek nevezzük.

Ha a transzformátor szekunder tekercsébe háromszor több menetet tekercselnek, mint a primer tekercsbe, akkor a primer tekercs által a magban létrehozott mágneses tér, keresztezve a szekunder tekercs meneteit, háromszor nagyobb feszültséget hoz létre benne.

Fordított fordulatszámú transzformátor használatával ugyanolyan könnyen és egyszerűen csökkentheti a feszültséget.

Nál nélideális transzformátor egyenlet

Az ideális transzformátor olyan transzformátor, amely nem veszít energiaveszteségből a tekercsek fűtésére és a tekercs szivárgási fluxusaira. Egy ideális transzformátorban minden erővonal átmegy mindkét tekercs minden menetén, és mivel a változó mágneses tér minden menetben ugyanazt az EMF-et generálja, a tekercsben indukált teljes EMF arányos a tekercseinek teljes számával. Egy ilyen transzformátor az elsődleges áramkörből érkező összes energiát mágneses mezővé, majd a szekunder áramkör energiájává alakítja. Ebben az esetben a bejövő energia egyenlő az átalakított energiával:

ahol P1 a transzformátornak a primer áramkörről betáplált teljesítmény pillanatnyi értéke,

P2 a szekunder körbe belépő transzformátor által átalakított teljesítmény pillanatnyi értéke.

Ezt az egyenletet a tekercsek végén lévő feszültségek arányával kombinálva megkapjuk az ideális transzformátor egyenletét:

Így azt kapjuk, hogy az U2 szekunder tekercs végein lévő feszültség növekedésével az I2 szekunder kör árama csökken.

Az egyik áramkör ellenállásának a másik ellenállására való konvertálásához meg kell szorozni az értéket az arány négyzetével. Például a Z2 ellenállás a szekunder tekercs végeihez van kötve, csökkentett értéke az elsődleges áramkörhöz

Ez a szabály a szekunder körre is érvényes:

Megnevezés a diagramokon

Az ábrákon a transzformátort a következőképpen jelöljük:

A központi vastag vonal a magnak felel meg, az 1 a primer tekercs (általában a bal oldalon), a 2.3 a szekunder tekercs. A félkörök száma valamilyen durva közelítésben a tekercs meneteinek számát szimbolizálja (több fordulat - több félkör, de szigorú arányosság nélkül).

TRANSZFORMÁCIÓS ALKALMAZÁSOK

A transzformátorokat széles körben használják az iparban és a mindennapi életben különféle célokra:

1. Villamos energia átvitelére és elosztására.

Jellemzően az erőművekben a váltóáramú generátorok 6-24 kV feszültség mellett állítanak elő elektromos energiát, és sokkal nagyobb feszültségen (110, 220, 330, 400, 500 és 750 kV) kifizetődő a villamos energiát nagy távolságra továbbítani. . Ezért minden erőműben transzformátorokat telepítenek, amelyek növelik a feszültséget.

Villamos energia elosztása ipari vállalkozások között, települések, városokban és vidéki területek, valamint belül ipari vállalkozások légi és kábeles vezetékek által előállított, 220, 110, 35, 20, 10 és 6 kV feszültségen. Ezért minden olyan elosztó csomópontban transzformátort kell telepíteni, amely a feszültséget 220, 380 és 660 V-ra csökkenti.

2. Biztosítani a kívánt áramkört a konverteres készülékek szelepeinek bekapcsolásához, valamint az átalakító kimenetén és bemenetén a feszültség összehangolását. Az erre a célra használt transzformátorokat transzformátoroknak nevezzük.

3. Különféle technológiai célokra: hegesztés ( hegesztő transzformátorok), elektrotermikus berendezések tápellátása (elektromos kemence transzformátorok) stb.

4. Rádióberendezések, elektronikai berendezések, kommunikációs és automatizálási eszközök, háztartási készülékek különféle áramköreinek táplálására, ezen eszközök különböző elemeinek elektromos áramköreinek szétválasztására, feszültség illesztésére stb.

5. Elektromos mérőműszerek és egyes készülékek (relék, stb.) beépítése a nagyfeszültségű elektromos áramkörökbe, vagy olyan áramkörökbe, amelyeken nagy áramok haladnak át, a mérési határok bővítése és az elektromos biztonság biztosítása érdekében. Az erre a célra használt transzformátorokat mérésnek nevezzük.

KÖVETKEZTETÉS

Az elektromágneses indukció jelenségét és speciális eseteit széles körben alkalmazzák az elektrotechnikában. A mechanikai energia elektromos energiává alakítására szolgál szinkron generátorok. A transzformátorokat a váltakozó feszültség növelésére vagy csökkentésére használják. A transzformátorok használata lehetővé teszi a villamos energia gazdaságos átvitelét az erőművekből a fogyasztási csomópontokba.

BIBLIOGRÁFIA:

1. Fizika szak, tankönyv egyetemek számára. T.I. Trofimova, 2007.

2. Az áramkörök elméletének alapjai, G.I. Atabekov, Lan, Szentpétervár, - M., - Krasznodar, 2006.

3. Elektromos gépek, L.M. Piotrovsky, L., Energy, 1972.

4. Erőátviteli transzformátorok. Tájékoztató könyv / Szerk. SD. Lizunova, A.K. Lokhanin. M.: Energoizdat 2004.

5. Transzformátorok tervezése. A.V. Szapozsnyikov. M.: Gosenergoizdat. 1959.

6. Transzformátorok számítása. Tankönyv egyetemek számára. DÉLUTÁN. Tyihomirov. Moszkva: Energia, 1976.

7. Fizika - tutorial műszaki iskolák számára, szerző V.F. Dmitriev, Moszkvai "Felsőiskola" 2004-es kiadás.

Az Allbest.ru oldalon található

Hasonló dokumentumok

Általános fogalmak, az elektromágneses indukció felfedezésének története. Az arányossági együttható az elektromágneses indukció törvényében. A mágneses fluxus megváltoztatása a Lenz készülék példáján. Mágneses induktivitás, mágneses mező energiasűrűségének számítása.

előadás, hozzáadva 2011.10.10

Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezésének története. A mágneses fluxus mágneses indukciótól való függésének vizsgálata. Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása: műsorszórás, magnetoterápia, szinkrophasotronok, elektromos generátorok.

absztrakt, hozzáadva: 2009.11.15

A vezető mozgatása mágneses térben árammal. Az elektromágneses indukció jelenségének vizsgálata. Módszerek indukciós áram előállítására állandó és váltakozó mágneses térben. Az elektromágneses indukció elektromotoros erejének természete. Faraday törvénye.

bemutató, hozzáadva 2013.09.24

Elektromágneses indukció- az a jelenség, hogy váltakozó mágneses térrel örvény elektromos mezőt hoznak létre. Michael Faraday e jelenség felfedezésének története. Indukciós generátor. Képlet az indukciós elektromotoros erő meghatározásához.

absztrakt, hozzáadva: 2011.12.13

Elektromágneses indukció. Lenz törvénye, elektromotoros erő. Mágneses indukció és mágneses feszültség mérési módszerei. Örvényáramok (Foucault-áramok). A keret elforgatása mágneses térben. Önindukció, áram az áramkör zárásakor és nyitásakor. Kölcsönös indukció.

szakdolgozat, hozzáadva 2013.11.25

Elektromos gépek, mint azok, amelyekben az elektromágneses indukció jelensége következtében az energia átalakulása, a fejlődés története és főbb szakaszai, az ezen a területen elért eredmények. Villanymotor készítése gyakorlati alkalmazási lehetőséggel.

absztrakt, hozzáadva: 2012.06.21

Az örvény elektromos tér jellemzői. Kísérleti tények elemző magyarázata. Az elektromágneses indukció és az Ohm törvényei. A fény polarizációs síkjának forgási jelenségei mágneses térben. Módszerek az indukciós áram előállítására. Lenz-szabály alkalmazása.

bemutató, hozzáadva 2014.05.19

Michael Faraday gyermekkora és fiatalsága. Kezdő lépések a királyi intézményben. M. Faraday első önálló tanulmányai. Az elektromágneses indukció törvénye, elektrolízis. Faraday-kór, újabb kísérleti munka. M. Faraday felfedezéseinek jelentősége.

absztrakt, hozzáadva: 2012.07.06

Rövid vázlat a nagyszerű angol fizikus, Michael Faraday életéről, személyes és kreatív fejlődéséről. Faraday kutatásai az elektromágnesesség területén és az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése, a törvény megfogalmazása. Kísérletek az elektromossággal.

absztrakt, hozzáadva: 2009.04.23

Michael Faraday iskolás kora, első önálló kutatása (nikkeltartalmú acélok olvasztásával kapcsolatos kísérletek). Egy angol fizikus megalkotta az első villanymotor modellt, felfedezte az elektromágneses indukciót és az elektrolízis törvényeit.

absztrakt

a "fizika" szakon

Téma: "Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése"

Elkészült:

Diákkör 13103/1

Szentpétervár

2. Faraday kísérletei. 3

3. Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása. kilenc

4. Felhasznált irodalom jegyzéke .. 12

Elektromágneses indukció - az elektromos áram előfordulásának jelensége egy zárt áramkörben, amikor az áthaladó mágneses fluxus megváltozik. Az elektromágneses indukciót Michael Faraday fedezte fel 1831. augusztus 29-én. Megállapította, hogy a zárt vezetőkörben fellépő elektromotoros erő arányos az ezen áramkör által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével. Az elektromotoros erő (EMF) nagysága nem függ attól, hogy mi okozza a fluxus változását - magának a mágneses mezőnek a megváltozását vagy az áramkör (vagy annak egy részének) mozgását a mágneses térben. Az EMF által okozott elektromos áramot indukciós áramnak nevezik.

1820-ban Hans Christian Oersted kimutatta, hogy az áramkörön átfolyó elektromos áram egy mágneses tűt eltérít. Ha az elektromos áram mágnesességet generál, akkor az elektromos áram megjelenését a mágnesességhez kell társítani. Ez az ötlet megragadta M. Faraday angol tudóst. „A mágnesességet elektromossággá változtassa” – írta naplójában 1822-ben.

Michael Faraday

Michael Faraday (1791-1867) Londonban, annak egyik legszegényebb részén született. Édesapja kovács volt, anyja egy bérlő gazda lánya volt. Amikor Faraday elérte az iskolás kort, általános iskolába küldték. Faraday kurzusa itt nagyon szűk volt, és csak az olvasás, az írás és a számolás kezdetére korlátozódott.

Néhány lépésre a háztól, ahol a Faraday család lakott, volt egy könyvesbolt, amely egyben könyvkötő is volt. Faraday ide jutott, miután elvégezte a tanfolyamot Általános Iskola amikor felmerült a kérdés a szakmaválasztással kapcsolatban. Michael ekkor még csak 13 éves volt. Faraday már fiatal korában, amikor még csak elkezdte önképzését, igyekezett kizárólag a tényekre hagyatkozni, és mások beszámolóit saját tapasztalataival igazolni.

Ezek a törekvések uralták egész életében, mint fő jellemzői tudományos tevékenység Faraday kisfiúként kezdett fizikai és kémiai kísérleteket végezni, amikor először megismerkedett a fizikával és a kémiával. Egyszer Michael részt vett Humphrey Davy, a nagy angol fizikus egyik előadásán. Faraday részletesen feljegyezte az előadást, bekötötte és elküldte Davynek. Annyira lenyűgözte, hogy felajánlotta Faradaynek, hogy dolgozzon vele titkárként. Davy hamarosan Európába utazott, és magával vitte Faradayt. Két évig ellátogattak a legnagyobb európai egyetemekre.

1815-ben visszatérve Londonba, Faraday asszisztensként kezdett dolgozni a londoni Királyi Intézet egyik laboratóriumában. Abban az időben ez volt a világ egyik legjobb fizikai laboratóriuma. 1816 és 1818 között Faraday számos kis jegyzetet és kis emlékiratot publikált a kémiáról. Faraday első fizikai munkája 1818-ból származik.

Michael 1821 szeptemberére elődei tapasztalataira támaszkodva és több saját tapasztalatát ötvözve kinyomtatta "Az elektromágnesesség sikereinek történetét". Már ekkor teljesen korrekt fogalmat alkotott a mágnestű áram hatására bekövetkező elhajlás jelenségének lényegéről.

Miután elérte ezt a sikert, Faraday tíz évre otthagyta az elektromosság területén folytatott tanulmányait, és számos különböző tárgy tanulmányozásának szentelte magát. 1823-ban Faraday tette az egyik legfontosabb felfedezést a fizika területén - először érte el a gáz cseppfolyósítását, és egyúttal egy egyszerű, de érvényes módszert hozott létre a gázok folyadékká alakítására. 1824-ben Faraday számos felfedezést tett a fizika területén. Többek között megállapította, hogy a fény befolyásolja az üveg színét, megváltoztatja azt. A következő évben Faraday ismét a fizikától a kémia felé fordul, és ezen a területen végzett munkájának eredménye a benzin és a kénsav-naftalinsav felfedezése.

1831-ben Faraday kiadott egy értekezést Az optikai csalódás különleges fajtájáról, amely egy gyönyörű és furcsa optikai lövedék alapjául szolgált, amelyet "kromotropnak" neveznek. Ugyanebben az évben a tudós egy másik értekezése is megjelent "A vibráló lemezekről". E művek közül sok önmagában is megörökítheti szerzőjük nevét. De a legfontosabb tudományos munkák Faraday az elektromágnesesség és az elektromos indukció területén végzett kutatásai.

Faraday kísérletei

A természeti erők elválaszthatatlan kapcsolatáról és kölcsönhatásáról alkotott elképzelések megszállottjaként Faraday megpróbálta bebizonyítani, hogy ahogy az Ampère is képes mágnest létrehozni elektromossággal, úgy lehetséges az elektromosság létrehozása a mágnesek segítségével.

Logikája egyszerű volt: a mechanikai munka könnyen hővé alakul; Ezzel szemben a hő átalakítható gépészeti munka(mondjuk be gőzgép). Általában a természeti erők között a következő kapcsolat fordul elő leggyakrabban: ha A szül B-t, akkor B szül A-t.

Ha az Ampère elektromos árammal mágneseket kapott, akkor nyilvánvalóan lehetséges "elektromosságot nyerni a közönséges mágnesességből". Arago és Ampère Párizsban, Colladon Genfben tűzte ki maga elé ugyanazt a feladatot.

Szigorúan véve a fizika fontos, az elektromágnesesség és az induktív elektromosság jelenségeivel foglalkozó ágát, amely jelenleg a technológia számára oly nagy jelentőséggel bír, Faraday a semmiből hozta létre. Mire Faraday végre az elektromosság kutatásának szentelte magát, megállapították, hogy a hétköznapi körülmények között egy villamosított test jelenléte elegendő ahhoz, hogy hatása minden más testben elektromosságot gerjesztsen. Ugyanakkor ismert volt, hogy a vezeték, amelyen az áram áthalad, és amely egyben villamosított test is, nincs hatással a közelben elhelyezett többi vezetékre.

Mi okozta ezt a kivételt? Ez az a kérdés, amely Faradayt érdekelte, és ennek megoldása vezetett el főbb felfedezések az indukciós elektromosság területén. Faraday rengeteg kísérletet folytat, pedáns jegyeket őrzik. Laboratóriumi jegyzeteiben (teljes egészében 1931-ben jelent meg Londonban "Faraday naplója" címmel) minden kis tanulmánynak szentel egy bekezdést. Legalábbis az a tény, hogy a Napló utolsó bekezdése 16041-es számmal van jelölve, Faraday hatékonyságáról árulkodik.

A jelenségek egyetemes kapcsolatáról való intuitív meggyőződésen kívül valójában semmi sem támasztotta alá a „mágnesességből származó elektromosság” keresésében. Ráadásul ő, akárcsak Devi tanára, inkább saját kísérleteire támaszkodott, mint mentális konstrukcióira. Davy megtanította neki:

„Egy jó kísérlet többet ér, mint egy olyan zseni, mint Newton, megfontoltsága.

Ennek ellenére Faraday volt az, akit nagy felfedezésekre szántak. Nagy realistaként spontán módon kitépte az empíria bilincseit, amelyeket egykor Devi szabott rá, és ezekben a pillanatokban hatalmas belátás ébredt benne - elsajátította a legmélyebb általánosítások képességét.

A szerencse első pillantása csak 1831. augusztus 29-én jelent meg. Ezen a napon Faraday egy egyszerű eszközt tesztelt a laboratóriumban: egy körülbelül hat hüvelyk átmérőjű vasgyűrűt, amely két szigetelt huzalra volt tekerve. Amikor Faraday egy akkumulátort csatlakoztatott az egyik tekercs kivezetéseihez, asszisztense, Andersen tüzérőrmester látta, hogy a másik tekercshez csatlakoztatott galvanométer tűje megrándul.

Megrándult és megnyugodott, bár az egyenáram továbbra is átfolyt az első tekercsen. Faraday alaposan átnézte ennek az egyszerű telepítésnek az összes részletét - minden rendben volt.

De a galvanométer tűje makacsul a nullán állt. Faraday bosszúságból úgy döntött, hogy kikapcsolja az áramot, majd csoda történt - az áramkör nyitása közben a galvanométer tűje újra lendült, és újra lefagyott a nullára!

A galvanométer tökéletesen mozdulatlan marad az áram teljes áthaladása alatt, és az áramkör zárásakor és nyitásakor oszcillálni kezd. Kiderült, hogy abban a pillanatban, amikor áramot vezetnek az első vezetékbe, és akkor is, amikor ez az átvitel leáll, a második vezetékben is áram gerjesztődik, amely az első esetben az első árammal ellentétes irányú, és a a második esetben ugyanez, és csak egy pillanatig tart.

Ampere nagyszerű ötletei, az elektromos áram és a mágnesesség kapcsolata itt tárultak fel teljesen világosan Faraday előtt. Hiszen az első tekercs, amelybe áramot vezetett, azonnal mágnessé vált. Ha mágnesnek tekintjük, akkor az augusztus 29-i kísérlet kimutatta, hogy a mágnesesség elektromosságot vált ki. Ebben az esetben csak két dolog maradt furcsa: az elektromágnes bekapcsolásakor miért tűnt el gyorsan az elektromos áram túlfeszültsége? És ráadásul miért jelenik meg a túlfeszültség, amikor a mágnest kikapcsolják?

Másnap, augusztus 30-án - Új epizód kísérletek. A hatás egyértelműen kifejezett, de ennek ellenére teljesen érthetetlen.

Faraday úgy érzi, hogy a nyílás valahol a közelben van.

„Most ismét elektromágnesességgel foglalkozom, és úgy gondolom, hogy sikeres dolgot támadtam meg, de ezt még nem tudom megerősíteni. Könnyen lehet, hogy minden fáradozásom után hal helyett hínárt fogok kihúzni.

Másnap reggelre, szeptember 24-re Faraday sokat készült különféle eszközök, amelyben a fő elemek már nem elektromos áramú tekercsek voltak, hanem állandó mágnesek. És volt hatása is! A nyíl eltért, és azonnal a helyére rohant. Ez az enyhe elmozdulás a mágnessel végzett legváratlanabb manipulációk során történt, néha úgy tűnt, véletlenül.

A következő kísérlet október 1-jén lesz. Faraday úgy dönt, hogy visszatér a kezdetekhez - két tekercshez: az egyik árammal, a másik galvanométerrel van összekötve. A különbség az első kísérlethez képest az acélgyűrű – a mag – hiánya. A csobbanás szinte észrevehetetlen. Az eredmény triviális. Nyilvánvaló, hogy a mag nélküli mágnes sokkal gyengébb, mint a maggal rendelkező mágnes. Ezért a hatás kevésbé kifejezett.

Faraday csalódott. Két hétig nem közelíti meg a műszereket, a kudarc okain gondolkodik.

"Vettem egy hengeres mágnesrudat (3/4" átmérőjű és 8,5" hosszú), és az egyik végét egy spirálba illesztettem. rézdrót(220 láb hosszú) galvanométerhez csatlakoztatva. Majd egy gyors mozdulattal a spirál teljes hosszában belenyomtam a mágnest, és a galvanométer tűje ütést kapott. Aztán ugyanolyan gyorsan kihúztam a mágnest a spirálból, és a tű ismét lendült, de az ellenkező irányba. A tű ezen kilengései megismétlődnek minden alkalommal, amikor a mágnest be- vagy kinyomták."

A titok a mágnes mozgásában rejlik! Az elektromosság impulzusát nem a mágnes helyzete határozza meg, hanem a mozgás!

Ez azt jelenti, hogy "elektromos hullám csak akkor keletkezik, amikor a mágnes mozog, és nem a benne rejlő tulajdonságok miatt nyugalmi állapotban".

Rizs. 2. Faraday kísérlete tekercssel

Ez az ötlet rendkívül gyümölcsöző. Ha a mágnesnek a vezetőhöz viszonyított mozgása elektromosságot hoz létre, akkor látszólag a vezetőnek a mágneshez viszonyított mozgásának is elektromosságot kell termelnie! Sőt, ez az "elektromos hullám" nem tűnik el mindaddig, amíg a vezető és a mágnes kölcsönös mozgása folytatódik. Ez azt jelenti, hogy tetszőlegesen hosszú ideig működő elektromos áramfejlesztőt lehet létrehozni, amíg a vezeték és a mágnes kölcsönös mozgása folytatódik!

Faraday október 28-án egy patkómágnes pólusai közé szerelt egy forgó rézkorongot, amelyből csúszóérintkezők segítségével (az egyik a tengelyen, a másik a korong peremén) eltávolítható volt. elektromos feszültség. Ez volt az első emberi kéz által létrehozott elektromos generátor. Így a korábban ismert (súrlódási és kémiai folyamatok) mellett új elektromos energiaforrást találtak - indukciót, ill. az újfajta ebből az energiából indukciós elektromosság.

A Faradayéhoz hasonló kísérleteket, mint már említettük, Franciaországban és Svájcban végezték. Colladon, a Genfi Akadémia professzora kifinomult kísérletező volt (ő például a Genfi-tavon készített pontos mérések hangsebesség vízben). Talán a műszerek remegésétől tartva Faradayhoz hasonlóan eltávolította a galvanométert a lehető legtávolabb a berendezés többi részétől. Sokan azt állították, hogy Colladon ugyanazokat a röpke mozgásokat figyelte meg, mint Faraday, de stabilabb, tartósabb hatásra számítva nem tulajdonított kellő jelentőséget ezeknek a „véletlenszerű” kitöréseknek ...

Valójában az akkori tudósok többségének véleménye az volt, hogy a „mágnesességből elektromosság létrehozásának” fordított hatásának látszólag ugyanolyan stacioner jellegűnek kell lennie, mint a „közvetlen” hatásnak - az elektromos áram miatti „mágnesesség kialakításának”. Ennek a hatásnak a váratlan "múlandósága" sokakat megzavart, köztük Colladont is, és sokan fizettek előítéleteikért.

Kísérleteit folytatva Faraday felfedezte továbbá, hogy egy zárt görbére csavart vezeték egyszerű közelítése egy másikhoz, amelyen galvanikus áram folyik, elegendő ahhoz, hogy a semleges vezetékben a galvánárammal ellentétes irányú induktív áramot gerjesztsen. a semleges vezeték eltávolítása ismét induktív áramot gerjeszt benne, amely már eleve azonos irányú a rögzített vezetéken átfolyó galvánárammal, és végül ezek az induktív áramok csak a közelítés és eltávolítás során gerjesztődnek. vezetéket a galvánáram vezetőjéhez, és e mozgás nélkül az áramok nem gerjesztődnek, függetlenül attól, hogy a vezetékek milyen közel vannak egymáshoz.

Így egy új jelenséget fedeztek fel, amely hasonló a fentebb leírt indukció jelenségéhez a galvánáram zárásakor és megszűnésekor. Ezek a felfedezések pedig új felfedezéseket eredményeztek. Ha lehetséges induktív áramot előállítani a galvánáram zárásával és leállításával, vajon nem ugyanazt az eredményt kapná a vas mágnesezése és lemágnesezése?

Oersted és Ampère munkája már megállapította a mágnesesség és az elektromosság kapcsolatát. Tudták, hogy a vas akkor vált mágnessé, ha szigetelt vezetéket tekercseltek köré, és galvanikus áram halad át rajta, és ennek a vasnak a mágneses tulajdonságai az áram megszűnésével azonnal megszűnnek.

Ez alapján Faraday egy ilyen kísérlettel állt elő: két szigetelt vezetéket egy vasgyűrű köré tekertek; ráadásul az egyik vezeték a gyűrű egyik felére, a másik a másikra volt tekerve. Egy galvanikus akkumulátor áramát vezették át az egyik vezetéken, a másik végeit galvanométerhez csatlakoztatták. És így, amikor az áram bezárult vagy leállt, és ennek következtében a vasgyűrű mágnesezett vagy lemágnesezett, a galvanométer tűje gyorsan oszcillált, majd gyorsan leállt, vagyis a nulla vezetékben ugyanazok a pillanatnyi induktív áramok gerjesztettek - ez idő: már a mágnesesség hatása alatt áll.

Rizs. 3. Faraday kísérlete vasgyűrűvel

Így itt vált először a mágnesesség elektromossággá. Miután megkapta ezeket az eredményeket, Faraday úgy döntött, hogy változatosabbá teszi kísérleteit. Vasgyűrű helyett vaspántot kezdett használni. Ahelyett, hogy a vasban galvanikus árammal gerjesztette volna a mágnesességet, a vasat állandó acélmágneshez érintve mágnesezte. Az eredmény ugyanaz volt: a vas köré tekert vezetékben a vas mágnesezésének és lemágnesezésének pillanatában mindig gerjesztett áram. Aztán Faraday egy acélmágnest helyezett a huzalspirálba - ez utóbbi megközelítése és eltávolítása indukciós áramot okozott a vezetékben. Egyszóval a mágnesesség az induktív áramok gerjesztésének értelmében pontosan ugyanúgy hatott, mint a galvánáram.

Abban az időben a fizikusokat intenzíven foglalkoztatta egy rejtélyes jelenség, amelyet 1824-ben fedezett fel Arago, és nem találtak magyarázatot, annak ellenére, hogy az akkori kor olyan kiváló tudósai, mint maga Arago, Ampère, Poisson, Babaj és Herschel, intenzíven keresték ezt. magyarázat. A dolog a következő volt. A szabadon lógó mágnestű gyorsan leáll, ha nem mágneses fém kört visznek alá; ha ezután a kört forgó mozgásba hozzuk, a mágneses tű követni kezdi.

Nyugodt állapotban nem lehetett felfedezni a legkisebb vonzást vagy taszítást a kör és a nyíl között, miközben ugyanaz a kör, amely mozgásban volt, nemcsak egy könnyű nyilat, hanem egy nehéz mágnest is húzott maga mögé. Ez a valóban csodálatos jelenség az akkori tudósok számára titokzatos talánynak tűnt, valami túlmutat a természetesnek. Faraday a fenti adatai alapján abból indult ki, hogy egy nem mágneses fém kört, mágnes hatására, forgás közben induktív áramok keringenek, amelyek a mágnestűre hatnak, és a mágnes mögé vonják. Valójában azáltal, hogy a kör szélét egy nagy patkó alakú mágnes pólusai közé vezették be, és a kör közepét és szélét galvanométerrel kapcsolták össze egy huzallal, Faraday állandó elektromos áramot kapott a kör forgása során.

Ezt követően Faraday egy másik jelenség mellett döntött, amely akkor általános kíváncsiságot váltott ki. Tudniillik, ha a vasreszeléket mágnesre szórják, bizonyos vonalak mentén csoportosulnak, ezeket mágneses görbéknek nevezik. Faraday, felhívva a figyelmet erre a jelenségre, 1831-ben alapozta meg a mágneses görbéket, a "mágneses erővonalak" elnevezést, amely aztán általánosan elterjedt. Ezeknek a "vonalaknak" a tanulmányozása Faradayt egy új felfedezéshez vezette, kiderült, hogy az induktív áramok gerjesztéséhez nem szükséges a forrás megközelítése és eltávolítása a mágneses pólusról. Az áramok gerjesztéséhez elegendő a mágneses erővonalakat ismert módon keresztezni.

Rizs. 4. "Mágneses erővonalak"

További munka Faraday a fent említett irányban kortárs szemszögből valami egészen csodálatos karaktert kapott. 1832 elején egy olyan berendezést mutatott be, amelyben induktív áramokat gerjesztenek mágnes vagy galvánáram nélkül. A készülék egy dróttekercsbe helyezett vasszalagból állt. Ez a készülék közönséges körülmények között a legcsekélyebb jelét sem adta annak, hogy áramok látszanak benne; de amint a mágnestű irányának megfelelő irányt kapott, a vezetékben áram gerjesztődött.

Aztán Faraday megadta a mágnestű helyzetét az egyik tekercsnek, majd vascsíkot helyezett bele: az áramot ismét gerjesztették. Az áramot ezekben az esetekben a földi mágnesesség okozta, amely induktív áramokat okozott, mint egy közönséges mágnes vagy galvanikus áram. Ennek egyértelműbb bemutatása és bizonyítása érdekében Faraday újabb kísérletet végzett, amely teljes mértékben megerősítette elképzeléseit.

Úgy érvelt, hogy ha egy nem mágneses fémből, például rézből álló kör, amely olyan helyzetben forog, amelyben metszi a szomszédos mágnes mágneses erővonalait, induktív áramot ad, akkor ugyanaz a kör forog, ha nincs egy mágnes, de abban a helyzetben, amelyben a kör keresztezi a földi mágnesesség vonalait, induktív áramot is kell adnia. És valóban, egy vízszintes síkban elforgatott réz kör induktív áramot adott, ami észrevehető eltérést okozott a galvanométer tűjén. Faraday egy sor tanulmányt végzett az elektromos indukció területén, amikor 1835-ben felfedezte "az áram önmagára gyakorolt induktív hatását".

Kiderítette, hogy amikor egy galvánáramot zárnak vagy nyitnak, akkor magában a vezetékben pillanatnyi induktív áramok gerjesztődnek, amely ennek az áramnak a vezetőjeként szolgál.

Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) orosz fizikus szabályt adott az indukált áram irányának meghatározására. „Az indukciós áramot mindig úgy irányítják, hogy az általa létrehozott mágneses tér akadályozza vagy lelassítja az indukciót okozó mozgást” – jegyzi meg A.A. Korobko-Stefanov az elektromágneses indukcióról szóló cikkében. - Például amikor a tekercs a mágneshez közeledik, a keletkező induktív áram olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér ellentétes lesz a mágnes mágneses terével. Ennek eredményeként a tekercs és a mágnes között taszító erők lépnek fel. Lenz szabálya az energia megmaradásának és átalakulásának törvényéből következik. Ha az indukciós áramok felgyorsítanák az őket okozó mozgást, akkor a semmiből munka jönne létre. Maga a tekercs egy kis nyomás után a mágnes felé rohanna, és egyúttal az indukciós áram hőt bocsátana ki benne. A valóságban az indukciós áram a mágnes és a tekercs egymáshoz közelítésének eredményeként jön létre.

Rizs. 5. Lenz-szabály

Miért van indukált áram? Az elektromágneses indukció jelenségére mélyreható magyarázatot adott James Clerk Maxwell angol fizikus, az elkészült matematikai elmélet elektromágneses mező. A dolog lényegének jobb megértése érdekében fontoljon meg egy nagyon egyszerű kísérletet. A tekercs egy menetes huzalból álljon, és a fordulat síkjára merőleges váltakozó mágneses tér szúrja át. A tekercsben természetesen van indukciós áram. Maxwell kivételes bátorsággal és váratlansággal értelmezte ezt a kísérletet.

Amikor a mágneses tér megváltozik a térben, Maxwell szerint olyan folyamat lép fel, amelynél a huzaltekercs jelenléte nem játszik szerepet. Itt a legfontosabb az elektromos tér zárt gyűrűvonalainak megjelenése, amelyek lefedik a változó mágneses teret. A kialakuló elektromos tér hatására az elektronok mozogni kezdenek, és a tekercsben elektromos áram keletkezik. A tekercs csak egy eszköz, amely lehetővé teszi az elektromos mező észlelését. Az elektromágneses indukció jelenségének lényege, hogy a váltakozó mágneses tér mindig zárt erővonalú elektromos teret hoz létre a környező térben. Az ilyen mezőt örvénymezőnek nevezzük.

A földi mágnesesség által előidézett indukció területén végzett kutatások lehetőséget adtak Faraday-nek, hogy már 1832-ben kifejezze a távíró gondolatát, amely aztán ennek a találmánynak az alapját képezte. Általában az elektromágneses indukció felfedezését nem ok nélkül tulajdonítják a legtöbbnek kiemelkedő felfedezések XIX. század - világszerte több millió villanymotor és elektromos áramgenerátor munkája ezen a jelenségen alapul ...

Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása

1. Műsorszórás

Rizs. 6. Rádió

2. Magnetoterápia

A frekvenciaspektrumban különböző helyeket foglalnak el rádióhullámok, fény, röntgen és egyéb elektromágneses sugárzás. Általában folyamatosan összefüggő elektromos és mágneses mezők jellemzik őket.

3. Szinkrophasotronok

4. Áramlásmérők

5. DC generátor

6. Transzformátorok

A transzformátorokat széles körben használják az elektromos energia nagy távolságra történő átvitelére, a vevők közötti elosztására, valamint különféle egyenirányító, erősítő, jelző és egyéb eszközökben.

Fordított fordulatszámú transzformátor használatával ugyanolyan könnyen és egyszerűen csökkentett feszültség érhető el.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. [Elektronikus forrás]. Elektromágneses indukció.

< https://ru.wikipedia.org/>

2. [Elektronikus forrás] Faraday. Az elektromágneses indukció felfedezése.

< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >

3. [Elektronikus forrás]. Az elektromágneses indukció felfedezése.

4. [Elektronikus forrás]. Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása.

Oersted és Ampère felfedezései után világossá vált, hogy az elektromosságnak mágneses ereje van. Most meg kellett erősíteni a mágneses jelenségek elektromos jelenségekre gyakorolt hatását. Ezt a problémát zseniálisan megoldotta Faraday.

1821-ben M. Faraday bejegyezte a naplójába: "A mágnesességet elektromossággá alakítsa." 10 év után ezt a problémát megoldotta.

Tehát Michael Faraday (1791-1867) - angol fizikus és kémikus.

A kvantitatív elektrokémia egyik megalapítója. Először kapott (1823) ben folyékony halmazállapot klór, majd kénhidrogén, szén-dioxid, ammónia és nitrogén-dioxid. Felfedezték (1825) a benzolt, tanulmányozták annak fizikai és néhány részét Kémiai tulajdonságok. Bevezette a dielektromos permittivitás fogalmát. Faraday neve az elektromos egységek rendszerébe az elektromos kapacitás egységeként került be.

E művek közül sok önmagában is megörökítheti szerzőjük nevét. Faraday tudományos munkái közül azonban a legfontosabbak az elektromágnesesség és az elektromos indukció területén végzett kutatásai. Szigorúan véve a fizika fontos, az elektromágnesesség és az induktív elektromosság jelenségeivel foglalkozó ágát, amely jelenleg a technológia számára oly nagy jelentőséggel bír, Faraday a semmiből hozta létre.

Amikor Faraday végül az elektromosság kutatásának szentelte magát, kiderült, hogy hétköznapi körülmények között egy villamosított test jelenléte elegendő ahhoz, hogy hatása bármely más testben elektromosságot gerjesztsen.

Ugyanakkor ismert volt, hogy a vezeték, amelyen az áram áthalad, és amely egyben villamosított test is, nincs hatással a közelben elhelyezett többi vezetékre. Mi okozta ezt a kivételt? Ez az a kérdés foglalkoztatta Faradayt, amelynek megoldása az indukciós elektromosság területén a legfontosabb felfedezésekhez vezette.

Faraday két szigetelt vezetéket tekercselt egymással párhuzamosan ugyanazon a fa sodrófa. Az egyik vezeték végeit egy tíz elemből álló akkumulátorhoz kötötte, a másik végét pedig egy érzékeny galvanométerhez. Amikor az áram áthaladt az első vezetéken, Faraday minden figyelmét a galvanométerre fordította, és arra számított, hogy annak rezgéseiből áram jelenik meg a második vezetékben. Nem volt azonban semmi ilyesmi: a galvanométer nyugodt maradt. Faraday úgy döntött, hogy növeli az áramerősséget, és 120 galvánelemet vezetett be az áramkörbe. Az eredmény ugyanaz. Faraday több tucatszor megismételte ezt a kísérletet, mindegyik ugyanolyan sikerrel. Bárki más a helyében otthagyta volna a kísérleteket, mert meg volt győződve arról, hogy a vezetéken áthaladó áram nincs hatással a szomszédos vezetékre. Faraday azonban mindig megpróbált kivonni kísérleteiből és megfigyeléseiből mindent, amit csak adhattak, és ezért, mivel nem kapott közvetlen hatást a galvanométerhez csatlakoztatott vezetékre, elkezdte keresni a mellékhatásokat.

elektromágneses indukciós elektromos áramtér

Azonnal észrevette, hogy a galvanométer, amely az áram teljes áthaladása alatt teljesen nyugodt maradt, az áramkör legzárásakor elkezdett oszcillálni, és amikor kinyitották, kiderült, hogy abban a pillanatban, amikor az áramot az elsőbe vezették. vezetéket, és akkor is, ha ez az átvitel megszűnik, a második vezetéket is gerjeszti egy áram, amely az első esetben az első árammal ellentétes irányú, a második esetben pedig azzal azonos és csak egy pillanatig tart.

Az induktív áramoknak, lévén azonnaliak, megjelenésük után azonnal eltűnnek, nem lenne gyakorlati jelentősége, ha Faraday nem találta volna meg a módját egy ötletes eszköz (kommutátor) segítségével, hogy az akkumulátorból érkező primer áramot folyamatosan megszakítsa, majd újra átvezesse az akkumulátoron keresztül. első vezeték, aminek köszönhetően a második vezetékben folyamatosan egyre több induktív áram gerjeszti, így válik állandóvá. Így a korábban ismertek (súrlódási és kémiai folyamatok) mellett új elektromos energiaforrást találtak - az indukciót, illetve ennek az energiának egy új típusát - az indukciós elektromosságot.

ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ(lat. inductio - útmutatás) - az a jelenség, amikor váltakozó mágneses térrel örvény elektromos mezőt generálnak. Ha zárt vezetőt vezet be egy váltakozó mágneses mezőbe, akkor elektromos áram jelenik meg benne. Ennek az áramnak a megjelenését áramindukciónak, magát az áramot pedig induktívnak nevezzük.

Az elektromos áram előfordulásának tanulmányozása mindig is aggasztotta a tudósokat. Miután a dán tudós, Oersted a 19. század elején rájött, hogy az elektromos áram körül mágneses tér keletkezik, a tudósok azon töprengtek, vajon a mágneses tér képes-e elektromos áramot generálni, és fordítva.Az első tudós, akinek sikerült, Michael Faraday volt.

Faraday kísérletei

Számos kísérlet után Faradaynak sikerült néhány eredményt elérnie.

1. Az elektromos áram előfordulása

A kísérlet elvégzéséhez egy tekercset vett nagy mennyiség elfordul, és egy milliampermérőhöz (árammérő eszközhöz) csatlakoztatta. Fel és le irányban a tudós mozgatta a mágnest a tekercs körül.

A kísérlet során a tekercsben valójában elektromos áram jelent meg a körülötte lévő mágneses tér megváltozása miatt.

Faraday megfigyelései szerint a milliaméteres tű eltért, és azt jelezte, hogy a mágnes mozgása elektromos áramot generál. Amikor a mágnes megállt, a nyíl nulla jelölést mutatott, azaz. az áramkörben nem kering áram.

rizs. 1 Az áramerősség változása a tekercsben a rejctát mozgása miatt

Ezt a jelenséget, amelyben az áram a vezetőben váltakozó mágneses tér hatására lép fel, elektromágneses indukció jelenségének nevezték.

2.Az indukciós áram irányának megváltoztatása

Későbbi kutatásai során Michael Faraday megpróbálta kideríteni, hogy mi befolyásolja a keletkező induktív elektromos áram irányát. Kísérletek során észrevette, hogy a tekercsen lévő tekercsek számának vagy a mágnesek polaritásának megváltoztatásával a zárt hálózatban fellépő elektromos áram iránya megváltozik.

3. Az elektromágneses indukció jelensége

A kísérlet elvégzéséhez a tudós két tekercset vett fel, amelyeket egymáshoz közel helyezett. Az első tekercs nagyszámú huzal fordulatot, áramforráshoz és az áramkört nyitó és záró kulcshoz kötötték. A második tekercset egy milliampermérőhöz csatlakoztatta anélkül, hogy áramforráshoz csatlakozott volna.

Faraday egy kísérlet során észrevette, hogy egy elektromos áramkör zárásakor indukált áram keletkezik, ami a milliamperméter nyílának mozgásából is látszik. Az áramkör nyitásakor a milliampermérő is azt mutatta, hogy elektromos áram van az áramkörben, de a leolvasások pont az ellenkezőjét mutatták. Amikor az áramkör zárva volt és az áram egyenletesen keringett, a milliampermérő adatai szerint nem volt áram az elektromos áramkörben.

https://youtu.be/iVYEeX5mTJ8

Következtetés kísérletekből

Faraday felfedezésének eredményeként a következő hipotézis igazolódott: elektromos áram csak akkor jelenik meg, ha a mágneses tér megváltozik. Az is bebizonyosodott, hogy a tekercs fordulatszámának változtatásával az áram értéke változik (a tekercsek növelése növeli az áramerősséget). Sőt, zárt áramkörben indukált elektromos áram csak váltakozó mágneses tér jelenlétében jelenhet meg.

Mi határozza meg az induktív elektromos áramot?

A fentiek alapján megállapítható, hogy ha van is mágneses tér, az nem vezet elektromos áramhoz, ha ez a tér nem váltakozó.

Tehát mitől függ az indukciós tér nagysága?

A tekercs fordulatainak száma;
A mágneses tér változásának sebessége;
A mágnes sebessége.

A mágneses fluxus egy mágneses mezőt jellemző mennyiség. A mágneses fluxus változása az indukált elektromos áram változásához vezet.

2. ábra Áramerősség változása mozgatásakor a) a tekercs, amelyben a mágnesszelep található; b) állandó mágnest a tekercsbe helyezve

Faraday törvénye

A kísérletek alapján Michael Faraday megfogalmazta az elektromágneses indukció törvényét. A törvény az, hogy amikor a mágneses tér megváltozik, az elektromos áram megjelenéséhez vezet, míg az áram az elektromágneses indukció (EMF) elektromotoros erejét jelzi.

A mágneses áram sebességének megváltoztatása az áram és az EMF sebességének változását vonja maga után.

Faraday törvénye: Az elektromágneses indukció EMF numerikusan egyenlő és ellentétes előjelű a kontúr által határolt felületen áthaladó mágneses fluxus változási sebességével

Hurok induktivitás. Önindukció.

Mágneses mező jön létre, amikor az áram egy zárt áramkörben folyik. Ebben az esetben az áramerősség befolyásolja a mágneses fluxust és EMF-et indukál.

Az önindukció olyan jelenség, amelyben az indukciós emf akkor lép fel, amikor az áramkörben az áramerősség megváltozik.

Az önindukció az áramkör alakjának sajátosságaitól, méreteitől és az azt tartalmazó környezettől függően változik.

Az elektromos áram növekedésével a hurok öninduktív árama lelassíthatja azt. Amikor csökken, az önindukciós áram éppen ellenkezőleg, nem engedi, hogy olyan gyorsan csökkenjen. Így az áramkör elkezdi az elektromos tehetetlenségét, lelassítva az áram változásait.

Indukált emf alkalmazása

Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása van generátorokban, transzformátorokban és elektromos árammal működő motorokban.

Ebben az esetben az erre a célra szolgáló áramot a következő módokon kapjuk meg:

Áramváltozás a tekercsben;
A mágneses tér mozgása állandó mágneseken és elektromágneseken keresztül;
Tekercsek vagy tekercsek forgása állandó mágneses térben.

Az elektromágneses indukció Michael Faraday felfedezése nagyban hozzájárult a tudományhoz és mindennapi életünkhöz. Ez a felfedezés lendületet adott a további felfedezéseknek az elektromágneses terek tanulmányozása terén, és széles körben használják modern élet emberek.

Az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazása

Az elektromágneses indukció jelenségét elsősorban a mechanikai energia elektromos áram energiává alakítására használják. Erre a célra jelentkezzen generátorok(indukciós generátorok).

bűn

BAN BEN

TÓL TŐL

Rizs. 4.6

Mert ipari termelés villamos energiát használnak az erőművekben szinkron generátorok(turbógenerátorok, ha az állomás termikus vagy nukleáris, és hidrogenerátorok, ha az állomás hidraulikus). A szinkron generátor álló részét ún állórész, és forgó - forgórész(4.6. ábra). A generátor forgórésze egyenáramú tekercselés (gerjesztő tekercs) és erős elektromágnes. D.C benyújtott
a gerjesztő tekercs a kefeérintkező berendezésen keresztül mágnesezi a forgórészt, és ebben az esetben északi és déli pólusú elektromágnes jön létre.

A generátor állórészén három váltakozó áramú tekercs van, amelyek egymáshoz képest 120 0-kal vannak eltolva, és egy bizonyos kapcsolóáramkör szerint vannak összekapcsolva.

Amikor egy gerjesztett forgórész gőz- vagy hidraulikus turbina segítségével forog, pólusai az állórész tekercselése alatt haladnak át, és bennük egy harmonikus törvény szerint változó elektromotoros erő indukálódik. Ezután a generátor egy bizonyos séma szerint elektromos hálózat energiafogyasztási csomópontokhoz csatlakozik.

Ha a villamos energiát az állomások generátorairól közvetlenül távvezetékeken keresztül továbbítja a fogyasztóknak (a generátor feszültségén, amely viszonylag kicsi), akkor nagy energia- és feszültségveszteség lép fel a hálózatban (ügyeljen az arányokra , ). Ezért a villamos energia gazdaságos szállításához csökkenteni kell az áramerősséget. Mivel azonban az átvitt teljesítmény változatlan marad, a feszültségnek kell
növekszik az áram csökkenésével egyező tényezővel.

A villamos energia fogyasztójánál viszont a feszültséget a szükséges szintre kell csökkenteni. Azokat az elektromos berendezéseket, amelyekben a feszültséget adott számú alkalommal növelik vagy csökkentik, hívják transzformátorok. A transzformátor munkája is az elektromágneses indukció törvényén alapul.

bűn

Azután

Az erős transzformátorokban a tekercsellenállások nagyon kicsik,
ezért az elsődleges és a szekunder tekercs kivezetésein lévő feszültségek megközelítőleg megegyeznek az EMF-vel:

ahol k- transzformációs arány. Nál nél k<1 () a transzformátor az emelés, nál nél k>1 () a transzformátor az leeresztése.

A terhelő transzformátor szekunder tekercséhez csatlakoztatva áram folyik benne. A törvény szerinti villamosenergia-fogyasztás növekedésével
energiamegtakarítás, az állomás generátorai által leadott energia növekedjen, azaz

Ez azt jelenti, hogy transzformátorral növelve a feszültséget
ban ben k alkalommal ugyanannyival csökkenthető az áramerősség az áramkörben (ebben az esetben a Joule-veszteségek kb. k 2 alkalommal).

17. témakör. Maxwell elektromágneses térelméletének alapjai. Elektromágneses hullámok

A 60-as években. 19. század J. Maxwell angol tudós (1831-1879) összefoglalta az elektromos és mágneses mezők kísérletileg megállapított törvényeit, és létrehozta a teljes egységes elektromágneses tér elmélet. Lehetővé teszi a döntést az elektrodinamika fő feladata: keresse meg egy adott elektromos töltések és áramok rendszerének elektromágneses terének jellemzőit.

Maxwell azt feltételezte bármely váltakozó mágneses tér örvényes elektromos teret gerjeszt a környező térben, amelynek keringése az elektromágneses indukció emf-jének oka az áramkörben:

(5.1)

Az (5.1) egyenletet nevezzük Maxwell második egyenlete. Ennek az egyenletnek az a jelentése, hogy a változó mágneses tér örvényszerű elektromos teret hoz létre, amely viszont változó mágneses teret idéz elő a környező dielektrikumban vagy vákuumban. Mivel a mágneses mezőt elektromos áram hozza létre, ezért Maxwell szerint az örvény elektromos mezőt egy bizonyos áramnak kell tekinteni,
amely dielektrikumban és vákuumban is áramlik. Maxwell ezt az áramot nevezte el előfeszítő áram.

Eltolási áram, amint az Maxwell elméletéből következik
és Eichenwald kísérletei szerint ugyanazt a mágneses teret hozza létre, mint a vezetési áram.

Maxwell elméletében bevezette a fogalmat teljes áram egyenlő az összeggel
vezetési és eltolási áramok. Ezért a teljes áramsűrűség

Maxwell szerint az áramkörben az összáram mindig zárt, vagyis csak a vezetőáram szakad meg a vezetők végein, a dielektrikumban (vákuumban) pedig a vezető végei között van egy eltolási áram, amely lezárja a vezetők végeit. vezetési áram.

A teljes áram fogalmát bevezetve Maxwell általánosította a vektorcirkulációs tételt (vagy ):

(5.6)

Az (5.6) egyenletet nevezzük Maxwell első egyenlete integrál formában. Ez a teljes áram általános törvénye, és kifejezi az elektromágneses elmélet fő álláspontját: az elmozduló áramok ugyanazokat a mágneses tereket hozzák létre, mint a vezetési áramok.

A Maxwell által megalkotott elektromágneses tér egységes makroszkopikus elmélete lehetővé tette, hogy egységes nézőpontból ne csak elektromos és mágneses jelenségeket magyarázzanak, hanem újak előrejelzését is, amelyek létezését utólag a gyakorlatban is megerősítették (pl. az elektromágneses hullámok felfedezése).

A fent tárgyalt rendelkezéseket összefoglalva bemutatjuk azokat az egyenleteket, amelyek Maxwell elektromágneses elméletének alapját képezik.

1. Tétel a mágneses térvektor cirkulációjáról:

Ez az egyenlet azt mutatja, hogy mágneses terek vagy mozgó töltésekkel (elektromos áramokkal) vagy váltakozó elektromos mezőkkel hozhatók létre.

2. Elektromos mező lehet potenciál () és örvény (), tehát a teljes térerősség . Mivel a vektor keringése egyenlő nullával, akkor a teljes elektromos térerősség vektorának keringése

Ez az egyenlet azt mutatja, hogy az elektromos tér forrásai nemcsak elektromos töltések, hanem időben változó mágneses mezők is.

3. ,

ahol a térfogati töltéssűrűség a zárt felületen belül; az anyag fajlagos vezetőképessége.

Helyhez kötött táblákhoz ( E= const , B= const) A Maxwell-egyenletek a következő alakot veszik fel

vagyis a mágneses tér forrásai ebben az esetben csak
vezetési áramok, és az elektromos tér forrásai csak elektromos töltések. Ebben az esetben az elektromos és a mágneses tér független egymástól, ami lehetővé teszi a külön tanulmányozást állandó elektromos és mágneses mezők.

A vektoranalízisből ismert felhasználásával Stokes- és Gauss-tételek, el lehet képzelni a teljes Maxwell-egyenletrendszer differenciálformában(a mező jellemzése a tér minden pontjában):

(5.7)

Nyilvánvalóan a Maxwell-egyenletek nem szimmetrikus elektromos és mágneses terekkel kapcsolatban. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a természet
Vannak elektromos töltések, de nincsenek mágneses töltések.

A Maxwell-egyenletek az elektromos legáltalánosabb egyenletek
és a mágneses mezők nyugalmi állapotban. Ugyanazt a szerepet töltik be az elektromágnesesség elméletében, mint Newton törvényei a mechanikában.

elektromágneses hullám a térben véges sebességgel terjedő váltakozó elektromágneses térnek nevezzük.

Az elektromágneses hullámok létezése Maxwell egyenleteiből következik, amelyeket 1865-ben fogalmaztak meg az elektromos és mágneses jelenségek empirikus törvényeinek általánosítása alapján. Az elektromágneses hullám a váltakozó elektromos és mágneses mezők összekapcsolódása miatt jön létre - az egyik mező változása a másik változásához vezet, vagyis minél gyorsabban változik a mágneses tér indukciója időben, annál nagyobb az elektromos térerősség, ill. oda-vissza. Így az intenzív elektromágneses hullámok kialakulásához kellően nagy frekvenciájú elektromágneses rezgéseket kell gerjeszteni. Fázis sebessége elektromágneses hullámok határozzák meg
A közeg elektromos és mágneses tulajdonságai:

Vákuumban ( ) az elektromágneses hullámok terjedési sebessége egybeesik a fény sebességével; az anyagban , ezért az elektromágneses hullámok terjedési sebessége az anyagban mindig kisebb, mint a vákuumban.

Az elektromágneses hullámok nyíróhullámok –
és a vektorok rezgései egymásra merőleges síkban fordulnak elő, a vektorok pedig jobbkezes rendszert alkotnak. A Maxwell-egyenletekből az is következik, hogy az elektromágneses hullámban a vektorok és a vektorok mindig ugyanazokban a fázisokban oszcillálnak, és a pillanatnyi értékek EÉs H bármely ponton összefüggenek a relációval

sík egyenletek elektromágneses hullám vektoros formában:

(6.66)

Rizs. 6.21

ábrán A 6.21 egy sík elektromágneses hullám "pillanatfelvételét" mutatja. Látható belőle, hogy a és a vektorok jobb oldali rendszert alkotnak a hullámterjedés irányával. A tér egy fix pontjában az elektromos és mágneses mező vektorai egy harmonikus törvény szerint idővel változnak.

A fizika bármely hullám általi energiaátvitelének jellemzésére egy vektormennyiséget ún energiaáram sűrűsége. Számszerűen egyenlő az egységnyi idő alatt átvitt energia mennyiségével egy egységnyi területen, amely merőleges arra az irányra
a hullám terjed. A vektor iránya egybeesik az energiaátvitel irányával. Az energiaáram-sűrűség értékét úgy kaphatjuk meg, hogy az energiasűrűséget megszorozzuk a hullámsebességgel

Az elektromágneses tér energiasűrűsége az elektromos tér energiasűrűségének és a mágneses tér energiasűrűségének összege:

(6.67)

Egy elektromágneses hullám energiasűrűségét megszorozzuk a fázissebességgel, megkapjuk az energiaáram sűrűségét

(6.68)

A és vektorok egymásra merőlegesek, és jobb oldali rendszert alkotnak a hullámterjedés irányával. Ezért az irány
vektor egybeesik az energiaátvitel irányával, és ennek a vektornak a modulusát a (6.68) összefüggés határozza meg. Ezért egy elektromágneses hullám energiaáram-sűrűségvektora vektorszorzatként ábrázolható

(6.69)

Vektor hívás Umov-Poynting vektor.

Rezgések és hullámok

18. téma. Laza harmonikus rezgések

Azokat a mozdulatokat, amelyek bizonyos fokú ismétlődéssel rendelkeznek, ún ingadozások.

Ha a mozgás során változó fizikai mennyiségek értékeit rendszeres időközönként megismételjük, akkor egy ilyen mozgást nevezünk időszakos (bolygók mozgása a Nap körül, dugattyú mozgása belső égésű motor hengerében stb.). Az oszcillációs rendszert, függetlenül annak fizikai természetétől, ún oszcillátor. Az oszcillátorra példa egy rugóra vagy menetre felfüggesztett oszcilláló súly.

Teljes lendülettelegy teljes rezgőmozgási ciklust nevezünk, amely után ugyanabban a sorrendben megismétlődik.

A gerjesztés módszere szerint a rezgések a következőkre oszlanak:

· ingyenes a rendszerben fellépő (intrinzik) valamilyen kezdeti becsapódás után az egyensúlyi helyzet közelében mutatkozott be magának;

· kényszerű időszakos külső fellépés során jelentkezik;

· parametrikus, az oszcillációs rendszer bármely paraméterének megváltoztatásakor jelentkezik;

· önrezgések a külső hatások áramlását önállóan szabályozó rendszerekben előforduló.

Bármilyen oszcilláló mozgás jellemző amplitúdó A - az oszcilláló pont maximális eltérése az egyensúlyi helyzettől.

Egy pont állandó amplitúdójú oszcillációit nevezzük száraz, és fokozatosan csökkenő amplitúdójú ingadozások – elhalványul.

Azt az időt, amely alatt a teljes rezgés bekövetkezik, ún időszak(T).

Frekvencia periodikus oszcillációk az időegységre eső teljes rezgések száma. Oszcillációs frekvencia egység - hertz(Hz). Hertz az oszcilláció frekvenciája, amelynek periódusa egyenlő 1 s: 1 Hz = 1 s -1.

ciklikusvagy körkörös frekvencia A periodikus oszcillációk az egy időben bekövetkező teljes rezgések száma 2p a következővel: . \u003d rad / s.