Az elektromágneses indukció jelensége. Az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazása

Műsorszórás

A környező térben váltakozó mágneses tér jön létre, amelyet egy változó áram gerjeszt elektromos mező, 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.

Generátor egyenáram

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

transzformátorok

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. A tekercs, amelyhez az elektromos energiaforrás csatlakoztatva van váltakozó áram, primer tekercsnek, a fennmaradó tekercseket 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.

Khudoley Andrey, Hnykov Igor

Az elektromágneses indukció jelenségének gyakorlati alkalmazása.

Letöltés:

Előnézet:

A prezentációk előnézetének használatához hozzon létre fiókot magának ( fiókot) Google, és jelentkezzen be: https://accounts.google.com

Diák feliratai:

Elektromágneses indukció ban ben modern technológia Szuvorov város 2. számú MOUSOSH 11. "A" osztályának tanulói előadják Khnykov Igor, Khudoley Andrey

Az elektromágneses indukció jelenségét 1831. augusztus 29-én fedezte fel Michael Faraday. Az elektromágneses indukció jelensége az előfordulás elektromos áram vezető áramkörben, amely vagy nyugalomban van egy időben változó mágneses térben, vagy állandó mágneses térben mozog úgy, hogy az áramkörbe behatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik.

Az elektromágneses indukció EMF egy zárt áramkörben számszerűen egyenlő és ellentétes előjelű az áramkör által határolt felületen átmenő mágneses fluxus változási sebességével. Az indukciós áram iránya (valamint az EMF nagysága) akkor tekinthető pozitívnak, ha egybeesik az áramkör megkerülésének kiválasztott irányával.

Faraday kísérlete A galvanométerhez csatlakoztatott tekercsbe állandó mágnest helyeznek be vagy távolítanak el. Amikor a mágnes mozog az áramkörben, elektromos áram keletkezik.Faraday egy hónapon belül kísérleti úton felfedezte az elektromágneses indukció jelenségének minden lényeges jellemzőjét. Jelenleg Faraday kísérleteit bárki elvégezheti.

fő források elektro mágneses mező Az elektromágneses tér fő forrásaiként a következőket lehet azonosítani: Villamos vezetékek. Vezetékek (épületeken és építményeken belül). Háztartási elektromos készülékek. Személyi számítógépek. TV és rádió adóállomások. Műholdas és mobil kommunikáció (eszközök, átjátszók). Elektromos szállítás. radarberendezések.

Villamos vezetékek A működő vezeték vezetékei ipari frekvenciájú (50 Hz) elektromágneses teret hoznak létre a szomszédos térben (a vezetéktől több tíz méteres távolságra). Ezenkívül a vonal közelében a térerősség széles tartományban változhat, az elektromos terheléstől függően. Valójában határok egészségügyi védőövezet a vezetékektől legtávolabbi maximális feszültség határvonala mentén vannak felszerelve elektromos mező egyenlő 1 kV/m.

Elektromos vezetékek Az elektromos vezetékek a következőket tartalmazzák: tápkábelek életfenntartó rendszerek épületéhez, áramelosztó vezetékek, valamint elágazó táblák, tápdobozok és transzformátorok. Az elektromos vezetékek az ipari frekvenciájú elektromágneses mező fő forrása a lakóhelyiségekben. Ebben az esetben a forrás által kibocsátott elektromos térerősség szintje gyakran viszonylag alacsony (nem haladja meg az 500 V/m-t).

Háztartási készülékek Az elektromágneses mezők forrásai mind Készülékek elektromos árammal működik. Ugyanakkor a sugárzás mértéke a legszélesebb tartományban változik, a modelltől, a készülék eszközétől és az adott üzemmódtól függően. Ezenkívül a sugárzás szintje erősen függ a készülék energiafogyasztásától - minél nagyobb a teljesítmény, annál magasabb az elektromágneses mező szintje a készülék működése során. Az elektromos térerősség háztartási készülékek közelében nem haladja meg a több tíz V/m-t.

Személyi számítógépek A számítógép-felhasználók egészségére gyakorolt ​​káros hatások elsődleges forrása a monitor megjelenítő eszköze (VOD). A monitoron és a rendszeregységen kívül a személyi számítógép számos egyéb eszközt is tartalmazhat (például nyomtatók, szkennerek, hálózati szűrők stb.). Mindezek az eszközök elektromos árammal működnek, ami azt jelenti, hogy elektromágneses mező forrásai.

A személyi számítógépek elektromágneses tere a legbonyolultabb hullám- és spektrális összetételű, és nehezen mérhető és számszerűsíthető. Mágneses, elektrosztatikus és sugárzási összetevőket tartalmaz (különösen a monitor előtt ülő személy elektrosztatikus potenciálja -3 és +5 V között lehet). Figyelembe véve azt a feltételt, hogy személyi számítógépek ma már minden iparágban széles körben használják emberi tevékenység, az emberi egészségre gyakorolt ​​hatásuk alapos tanulmányozás és ellenőrzés tárgyát képezi

Televíziós és rádióadó állomások Jelentős számú rádióműsor-adó és különféle kapcsolódású központ található jelenleg Oroszország területén. Az adóállomások és központok a kifejezetten számukra kijelölt területeken helyezkednek el, és eléggé elfoglalhatók nagy területeket(1000 ha-ig). Felépítésüknél fogva egy vagy több műszaki épületet foglalnak magukban, ahol rádióadók találhatók, valamint antennatereket, amelyeken akár több tucat antenna-feeder rendszer (AFS) is található. Minden rendszer tartalmaz egy sugárzó antennát és egy feeder vonalat, amely a sugárzott jelet hozza.

Műholdas kommunikáció A műholdas kommunikációs rendszerek a Földön lévő adóállomásból és a pályán lévő műholdakból – ismétlőkből – állnak. Az adó műholdas kommunikációs állomások szűk irányú hullámsugarat bocsátanak ki, amelyben az energiaáram-sűrűség eléri a több száz W/m-t. A műholdas kommunikációs rendszerek nagy elektromágneses térerősséget hoznak létre az antennáktól jelentős távolságra. Például egy 225 kW teljesítményű, 2,38 GHz-es frekvencián működő állomás 100 km távolságban 2,8 W/m2 energiaáram-sűrűséget hoz létre. Az energia szóródása a fősugárhoz képest nagyon kicsi, és leginkább az antenna közvetlen elhelyezésének területén fordul elő.

Celluláris kommunikáció A cellás rádiótelefonálás ma az egyik legintenzívebben fejlődő távközlési rendszer. A rendszer fő elemei sejtes kommunikáció bázisállomások és mobil rádiótelefonok. A bázisállomások rádiókommunikációt tartanak fenn a mobil eszközökkel, aminek következtében elektromágneses mező forrásai. A rendszer azt az elvet használja, hogy a lefedettséget km sugarú zónákra, vagy úgynevezett "cellákra" osztja.

A bázisállomás sugárzási intenzitását a terhelés, vagyis a tulajdonosok jelenléte határozza meg mobiltelefonok egy adott bázisállomás szolgáltatási területén, és a telefont beszélgetésre kívánják használni, ami viszont alapvetően függ a napszaktól, az állomás helyétől, a hét napjától és egyéb tényezőktől . Éjszaka szinte nulla az állomások terhelése. A mobil eszközök sugárzási intenzitása nagymértékben függ a kommunikációs csatorna "mobil rádiótelefon - bázisállomás" állapotától (minél nagyobb a távolság a bázisállomástól, annál nagyobb a készülék sugárzási intenzitása).

Elektromos közlekedés Az elektromos közlekedés (trolibuszok, villamosok, metró vonatok stb.) a Hz-es frekvenciatartományban erős elektromágneses térforrás. Ugyanakkor az esetek túlnyomó többségében a vontató villanymotor a fő sugárzó szerepét tölti be (trolibuszok és villamosok esetében a légáram-gyűjtők versenyeznek a villanymotorral a kisugárzott elektromos tér erősségében).

Radarberendezések A radar- és radarberendezések általában reflektor típusú antennákkal ("tányérokkal") rendelkeznek, és szűken irányított rádiósugarat bocsátanak ki. Az antenna időszakos mozgása a térben a sugárzás térbeli megszakadásához vezet. A sugárzás átmeneti megszakadása is fennáll a sugárzásradar ciklikus működése miatt. 500 MHz-től 15 GHz-ig terjedő frekvencián működnek, de néhány speciális telepítés akár 100 GHz-es vagy annál nagyobb frekvencián is működhet. A sugárzás sajátos jellegéből adódóan nagy energiaáram-sűrűségű (100 W/m2 vagy több) zónákat hozhatnak létre a talajon.

Fémdetektorok Technológiailag a fémdetektor működési elve azon a jelenségen alapul, hogy elektromágneses mezőt regisztrálnak, amely bármely fémtárgy körül keletkezik, amikor az elektromágneses térbe kerül. Ez a másodlagos elektromágneses tér intenzitásában (térerősségében) és egyéb paramétereiben is különbözik. Ezek a paraméterek függenek a tárgy méretétől és vezetőképességétől (az aranynak és az ezüstnek sokkal jobb a vezetőképessége, mint például az ólomé), és természetesen a fémdetektor antennája és maga a tárgy távolságától (az előfordulás mélységétől).

A fenti technológia határozta meg a fémdetektor összetételét: négy fő blokkból áll: antenna (néha a kibocsátó és vevő antenna eltérő, néha ugyanaz az antenna), egy elektronikus feldolgozó egység, egy információs kimeneti egység (vizuális - LCD kijelző vagy nyíljelző és hang - hangszóró vagy fejhallgató csatlakozó) és tápegység.

A fémdetektorok a következők: Keresés Ellenőrzés Építési célokra

Keresés Ezt a fémdetektort arra tervezték, hogy mindenféle fémtárgyat keressen. Általában ezek a legnagyobbak méretben, költségben és természetesen a modell funkcióit tekintve. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy néha a föld vastagságában akár több méteres mélységben is kell tárgyakat találni. Egy erős antenna képes magas szintű elektromágneses mezőt generálni, és nagy mélységben, nagy érzékenységgel érzékeli a legkisebb áramlatokat is. A kereső fémdetektor például a földben 2-3 méter mélyen egy fémérmét észlel, amely akár vastartalmú geológiai vegyületeket is tartalmazhat.

Ellenőrzés Különböző szervezetek speciális szolgálatai, vámosai és biztonsági tisztjei egy személy testén és ruhájában rejtett fémtárgyak (fegyverek, nemesfémek, robbanószerkezetek vezetékei stb.) felkutatására használják. Ezeket a fémdetektorokat a kompaktság, a könnyű kezelhetőség és az olyan módok jelenléte jellemzi, mint a fogantyú csendes rezgése (hogy a keresett személy ne tudja, hogy a keresőtiszt talált valamit). A rubel érme észlelési tartománya (mélysége) az ilyen fémdetektorokban eléri a 10-15 cm-t.

Is széleskörű felhasználás boltíves fémdetektorokat kapott, amelyek úgy néznek ki, mint egy boltív, és egy személynek kell áthaladnia rajta. Mellettük függőleges falak ultraérzékeny antennákat helyeztek el, amelyek az emberi növekedés minden szintjén észlelik a fémtárgyakat. Általában kulturális szórakozóhelyek elé, bankokban, intézményekben stb. fő jellemzőjeíves fémdetektorok - nagy érzékenység (állítható) és nagy sebességű emberáramlás.

Építési célokra Ez az osztály fémdetektorok hang- és fényriasztó segítségével segítik az építtetőket megtalálni fém csövek, szerkezeti vagy hajtóelemek, amelyek mind a falak vastagságában, mind a válaszfalak és az álpanelek mögött helyezkednek el. Néhány építőipari fémdetektort gyakran egy készülékben kombinálnak detektorokkal fa konstrukció, feszültségérzékelők áramvezető vezetékeken, szivárgásérzékelők stb.

Az "indukció" szó oroszul a gerjesztési, irányítási, valaminek a létrehozásának folyamatait jelenti. Az elektrotechnikában ezt a kifejezést több mint két évszázada használják.

Miután megismerkedett az 1821-es publikációkkal, amelyek a dán tudós, Oersted kísérleteit írták le egy mágneses tű elhajlásáról egy elektromos áramvezető közelében, Michael Faraday a feladatot tűzte ki maga elé: átalakítja a mágnesességet elektromossággá.

10 évnyi kutatás után megfogalmazta az elektromágneses indukció alaptörvényét, kifejtve azt bármely zárt körben elektromotoros erő indukálódik. Értékét a vizsgált áramkörbe behatoló, de mínusz előjellel vett mágneses fluxus változási sebessége határozza meg.

Elektromágneses hullámok átvitele távolságra

Az első találgatást, amely egy tudós agyában megfogalmazódott, nem koronázta gyakorlati siker.

Két zárt vezetéket helyezett egymás mellé. Az egyik mellé mágnestűt szereltem fel az átmenő áram jelzőjeként, a másik vezetékbe pedig egy akkori erős galvanikus forrásból, egy voltoszlopból származó impulzust adtam.

A kutató azt feltételezte, hogy az első áramkörben lévő áramimpulzussal a benne lévő változó mágneses tér áramot indukál a második vezetőben, ami eltéríti a mágnestűt. De az eredmény negatív volt - a mutató nem működött. Vagy inkább hiányzott belőle az érzékenység.

A tudós agya előre látta elektromágneses hullámok létrehozását és távoli átvitelét, amelyeket ma már a rádiózásban, televíziózásban, vezeték nélküli vezérlésben, Wi-Fi technológiákban és hasonló eszközök. Egyszerűen cserbenhagyta egy tökéletlen elemi bázis mérőeszközök Abban az időben.

Áramtermelés

Egy sikertelen kísérlet után Michael Faraday módosította a kísérlet körülményeit.

A kísérlethez Faraday két zárt áramkörű tekercset használt. Az első körben elektromos áramot adott egy forrásból, a másodikban pedig egy EMF megjelenését figyelte meg. Az 1. tekercs menetein áthaladó áram mágneses fluxust hozott létre a tekercs körül, áthatolva a 2. tekercsbe, és abban elektromotoros erőt hoz létre.

Faraday kísérlete során:

• bekapcsolta az impulzusos feszültségellátást az áramkörbe álló tekercsekkel;
• amikor az áramot alkalmazták, a felsőt az alsó tekercsbe fecskendezte;
• tartósan rögzítette az 1. számú tekercset, és bevezette a 2. számú tekercset;
• változtassa meg a tekercsek egymáshoz viszonyított mozgási sebességét.

Mindezekben az esetekben megfigyelte az indukciós emf megnyilvánulását a második tekercsben. És csak az 1. számú tekercsen és a rögzített vezetőtekercseken áthaladó egyenáram esetén nem volt elektromotoros erő.

A tudós megállapította a második tekercsben indukált EMF a mágneses fluxus változási sebességétől függ. Méretével arányos.

Ugyanez a minta teljesen megnyilvánul, amikor egy zárt hurok áthalad.Az EMF hatására elektromos áram keletkezik a vezetékben.

A mágneses fluxus a vizsgált esetben megváltozik a zárt áramkör által létrehozott Sk áramkörben.

Ily módon a Faraday által megalkotott fejlesztés lehetővé tette egy forgó vezetőképes keret mágneses térbe helyezését.

Akkor készült belőle egy nagy szám fordulatok, forgócsapágyakban rögzítve. A tekercs végeire csúszógyűrűket és a rajtuk csúszó keféket szereltek fel, a tokon lévő vezetékeken keresztül terhelést kapcsoltak. Kiderült modern generátor váltakozó áram.

Vége egyszerű kialakítás akkor jött létre, amikor a tekercset egy álló tokra rögzítették, és a mágneses rendszer forogni kezdett. Ebben az esetben semmilyen módon nem sérült az áramtermelés költsége.

Az elektromos motorok működési elve

Az elektromágneses indukció törvénye, amelyet Michael Faraday támasztott alá, lehetővé tette a teremtést különféle kivitelek villanymotorok. Hasonló eszközük van generátorokkal: egy mozgatható forgórész és egy állórész, amelyek a forgó elektromágneses mezők hatására kölcsönhatásba lépnek egymással.

Villamos energia átalakítás

Michael Faraday meghatározta az indukált elektromotoros erő és az indukciós áram előfordulását a közeli tekercsben, amikor a szomszédos tekercs mágneses tere megváltozik.

A közeli tekercsben lévő áram az 1. tekercsben lévő kapcsoló áramkör átkapcsolásával indukálódik, és mindig jelen van a 3. tekercs generátorának működése közben.

Ezen a kölcsönös indukciónak nevezett tulajdonságon alapul minden modern transzformátor berendezés működése.

A mágneses fluxus áthaladásának javítása érdekében szigetelt tekercseket helyeztek el egy közös magra, amelynek minimális mágneses ellenállása van. Ebből készül különleges fajták acél- és formaszedés vékony lapok bizonyos alakú szakaszok formájában, amelyeket mágneses áramkörnek neveznek.

A transzformátorok kölcsönös indukció révén a váltakozó elektromágneses tér energiáját az egyik tekercsről a másikra továbbítják oly módon, hogy változás következik be, a feszültségérték átalakul a bemeneti és kimeneti kapcsain.

A tekercsek fordulatszámának aránya határozza meg transzformációs arány, valamint a vezeték vastagsága, a mag anyagának kialakítása és térfogata - az átvitt teljesítmény mennyisége, az üzemi áram.

Az induktorok munkája

Az elektromágneses indukció megnyilvánulása a tekercsben figyelhető meg a benne folyó áram nagyságának változása során. Ezt a folyamatot önindukciónak nevezik.

Amikor a kapcsolót a fenti diagramon bekapcsolják, az induktív áram módosítja az áramkörben az üzemi áram egyenes vonalú növekedésének jellegét, valamint a leállás során.

Ha egy tekercsbe tekercselt vezetőre váltakozó feszültséget, nem állandó feszültséget kapcsolunk, az induktív ellenállással csökkentett áramérték folyik át rajta. Az önindukció energiája eltolja az áram fázisát az alkalmazott feszültséghez képest.

Ezt a jelenséget fojtótekercseknél használják, amelyek célja a berendezés bizonyos működési körülményei között fellépő nagy áramok csökkentése. Ilyen eszközöket különösen használnak.

Tervezési funkció A mágneses áramkör az induktornál - a lemezek vágása, amely a légrés kialakulása miatt a mágneses fluxussal szembeni mágneses ellenállás további növelése érdekében jön létre.

A mágneses áramkör osztott és állítható pozíciójával rendelkező fojtókat számos rádiótechnikában és elektromos eszközök. Elég gyakran megtalálhatók a tervekben hegesztő transzformátorok. Csökkentik a méretet elektromos íváthaladt az elektródán az optimális értékig.

Indukciós kemencék

Az elektromágneses indukció jelensége nemcsak a vezetékekben és tekercsekben nyilvánul meg, hanem bármilyen masszív fémtárgy belsejében is. A bennük indukált áramokat örvényáramoknak nevezzük. A transzformátorok és fojtótekercsek működése során a mágneses kör és a teljes szerkezet felmelegedését okozzák.

Ennek a jelenségnek a megelőzése érdekében a magok vékonyak fémlemezekés szigeteljék el egymást egy olyan lakkréteggel, amely megakadályozza az indukált áramok áthaladását.

A fűtőszerkezetekben az örvényáramok nem korlátoznak, hanem a legtöbbet hozzák létre kedvező feltételek. ben széles körben használják ipari termelés magas hőmérséklet létrehozására.

Elektromos mérőeszközök

Az indukciós eszközök széles köre továbbra is működik az energiaszektorban. Elektromos mérőórák forgó alumínium tárcsával, hasonló kivitelű teljesítményrelékkel, kitérők csillapítási rendszereivel mérőműszerek az elektromágneses indukció elvén működnek.

Gázmágneses generátorok

Ha zárt keret helyett vezetőképes gázt, folyadékot vagy plazmát mozgatnak a mágnes mezőjében, akkor az elektromosság töltései mágneses hatás hatására erővonalak szigorúan meghatározott irányban eltér, elektromos áramot képezve. Mágneses tere a szerelt elektródák érintkezőlapjain elektromotoros erőt indukál. Működése során az MHD generátorhoz csatlakoztatott áramkörben elektromos áram keletkezik.

Így nyilvánul meg az elektromágneses indukció törvénye az MHD generátorokban.

Nincsenek olyan bonyolult forgó alkatrészek, mint a rotor. Ez leegyszerűsíti a tervezést, lehetővé teszi a hőmérséklet jelentős növelését munkakörnyezetés ezzel egyidejűleg az energiatermelés hatékonysága. Az MHD generátorok tartalék vagy vészhelyzeti forrásként működnek, amelyek rövid időn belül jelentős villamosenergia-áramlást képesek generálni.

Így az elektromágneses indukció törvénye, amelyet egykor Michael Faraday indokolt, ma is aktuális.

Az elektromágneses indukció jelensége egy olyan jelenség, amely egy elektromotoros erő vagy feszültség fellépéséből áll egy olyan testben, amely állandóan változó mágneses térben van. Az elektromágneses indukció következtében fellépő elektromotoros erő akkor is fellép, ha a test statikus és inhomogén mágneses térben mozog, vagy mágneses térben forog úgy, hogy a zárt kontúrt metsző vonalai megváltoznak.

Indukált elektromos áram

Az "indukció" fogalma egy folyamat bekövetkezését jelenti egy másik folyamat hatására. Például egy elektromos áram indukálható, azaz megjelenhet annak eredményeként, hogy egy vezetőt speciális módon mágneses térnek teszünk ki. Az ilyen elektromos áramot indukáltnak nevezzük. Az elektromágneses indukció jelensége következtében kialakuló elektromos áram kialakulásának feltételeit a cikk későbbi részében tárgyaljuk.

A mágneses mező fogalma

Az elektromágneses indukció jelenségének tanulmányozása előtt meg kell érteni, mi a mágneses mező. beszél egyszerű szavakkal, a mágneses tér a tér olyan tartománya, amelyben egy mágneses anyag kifejti mágneses hatásait és tulajdonságait. Ezt a térrégiót mágneses erővonalaknak nevezett vonalak segítségével ábrázolhatjuk. E vonalak száma azt jelenti fizikai mennyiség amelyet mágneses fluxusnak nevezünk. A mágneses erővonalak zártak, a mágnes északi pólusánál kezdődnek és délen érnek véget.

A mágneses tér képes hatni minden olyan anyagra, amely mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, például az elektromos áram vasvezetőire. Ezt a mezőt a mágneses indukció jellemzi, amelyet B-vel jelölünk, és teslában (T) mérik. Az 1 T értékű mágneses indukció egy nagyon erős mágneses tér, amely 1 coulombos ponttöltésre 1 newton erővel hat, és amely a mágneses erővonalakra merőlegesen repül 1 m/s sebességgel, azaz 1 T = 1 N*s/(m*Cl).

Ki fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét?

Az elektromágneses indukciót, amelynek működési elvén sok modern eszköz alapul, a 19. század 30-as éveinek elején fedezték fel. Az indukció felfedezését általában Michael Faradaynek tulajdonítják (a felfedezés dátuma - 1831. augusztus 29.). A tudós Hans Oersted dán fizikus és kémikus kísérleteinek eredményeire támaszkodott, akik felfedezték, hogy egy vezető, amelyen elektromos áram folyik, mágneses teret hoz létre maga körül, vagyis kezd mágneses tulajdonságokat mutatni.

Faraday pedig az Oersted által felfedezett jelenség ellenkezőjét fedezte fel. Észrevette, hogy a változó mágneses tér, amely a vezetőben lévő elektromos áram paramétereinek megváltoztatásával hozható létre, potenciálkülönbség megjelenéséhez vezet bármely áramvezető végén. Ha ezeket a végeket például egy elektromos lámpán keresztül csatlakoztatják, akkor egy ilyen áramkörön elektromos áram folyik át.

Ennek eredményeként Faraday felfedezte fizikai folyamat, melynek következtében a vezetőben a mágneses tér változása miatt elektromos áram jelenik meg, ami az elektromágneses indukció jelensége. Ugyanakkor az indukált áram kialakulásához nem mindegy, hogy mi mozog: a mágneses tér vagy maga könnyen kimutatható, ha megfelelő kísérletet végeznek az elektromágneses indukció jelenségére. Tehát, miután a mágnest a fémspirál belsejébe helyeztük, elkezdjük mozgatni. Ha a spirál végeit az elektromos áram bármely jelzőjén keresztül egy áramkörbe csatlakoztatja, láthatja az áram megjelenését. Most hagyd békén a mágnest, és mozgasd a spirált fel és le a mágneshez képest. A jelző azt is mutatja, hogy van-e áram az áramkörben.

Faraday kísérlet

Faraday kísérletei egy vezetővel és egy állandó mágnessel végzett munkából álltak. Michael Faraday először fedezte fel, hogy amikor egy vezető mozog a mágneses térben, potenciálkülönbség keletkezik a végein. A mozgó vezető elkezdi keresztezni a mágneses mező vonalait, ami szimulálja a mező megváltoztatásának hatását.

A tudós megállapította, hogy pozitív és negatív előjelek a keletkező potenciálkülönbség a vezető mozgási irányától függ. Például, ha a vezetőt mágneses térben megemeljük, akkor a keletkező potenciálkülönbség +- polaritású lesz, de ha ezt a vezetőt leengedjük, akkor már -+ polaritást kapunk. Ezek a potenciálok előjelének változásai, amelyek különbségét elektromotoros erőnek (EMF) nevezik, váltakozó áram megjelenéséhez vezetnek egy zárt áramkörben, vagyis olyan áramhoz, amely folyamatosan az ellenkező irányba változtatja az irányát.

Az elektromágneses indukció Faraday által felfedezett jellemzői

Tudva, hogy ki fedezte fel az elektromágneses indukció jelenségét, és miért lép fel indukált áram, elmagyarázzuk ennek a jelenségnek néhány jellemzőjét. Tehát minél gyorsabban mozgatja a vezetőt a mágneses térben, annál nagyobb lesz az indukált áram értéke az áramkörben. A jelenség másik jellemzője a következő: minél nagyobb a tér mágneses indukciója, vagyis minél erősebb ez a tér, annál nagyobb potenciálkülönbséget tud létrehozni a vezető térbeli mozgatásakor. Ha a vezető nyugalmi helyzetben van egy mágneses térben, nem keletkezik benne EMF, mivel a vezetőt keresztező mágneses indukciós vonalak nem változnak.

Az elektromos áram iránya és a bal kéz szabálya

Az elektromágneses indukció jelensége következtében létrejövő elektromos áram vezetőjében lévő irány meghatározásához használhatja az úgynevezett baloldali szabályt. A következőképpen fogalmazható meg: ha bal kézúgy helyezzük el, hogy a mágnes északi pólusánál kezdődő mágneses indukciós vonalak bejussanak a tenyérbe, és hüvelykujj közvetlenül a vezető mozgási irányába a mágnes mezőjében, akkor a bal kéz maradék négy ujja jelzi az indukált áram mozgási irányát a vezetőben.

Ennek a szabálynak van egy másik változata is, ez a következő: ha mutatóujj irányítsa a bal kezét a mágneses indukció vonalai mentén, és mutasson a kiálló hüvelykujjával a vezető irányába, majd a tenyér felé 90 fokkal elfordított középső ujj jelzi a vezetőben megjelent áram irányát.

Az önindukció jelensége

Hans Christian Oersted felfedezte a mágneses mező létezését egy áramvezető vezető vagy tekercs körül. A tudós azt is megállapította, hogy ennek a mezőnek a jellemzői közvetlenül összefüggenek az áram erősségével és irányával. Ha a tekercsben vagy a vezetőben az áram változó, akkor olyan mágneses teret hoz létre, amely nem lesz álló, azaz megváltozik. Ez a váltakozó mező viszont indukált áram megjelenéséhez vezet (az elektromágneses indukció jelensége). Az indukciós áram mozgása mindig ellentétes lesz a vezetőben keringő váltakozó árammal, azaz ellenáll minden áramirány-változásnak a vezetőben vagy tekercsben. Ezt a folyamatot önindukciónak nevezik. A keletkező különbség elektromos potenciálokúgynevezett önindukciós emf.

Vegye figyelembe, hogy az önindukció jelensége nemcsak az áram irányának változásakor fordul elő, hanem bármilyen változás esetén is, például az áramkör ellenállásának csökkenése miatti növekedéssel.

Mert fizikai leírás Az áramkörben az önindukció miatti bármilyen áramváltozás által kifejtett ellenállás bevezette az induktivitás fogalmát, amelyet Henrynél mérnek (Joseph Henry amerikai fizikus tiszteletére). Az egyik henry olyan induktivitás, amelynél, ha az áram 1 amperrel 1 másodperc alatt megváltozik, az önindukció folyamatában 1 voltnak megfelelő EMF keletkezik.

Váltakozó áram

Amikor az induktor mágneses térben forogni kezd, az elektromágneses indukció jelensége következtében indukált áramot hoz létre. Ez az elektromos áram változó, vagyis szisztematikusan változtatja az irányát.

A váltakozó áram gyakoribb, mint az egyenáram. Tehát sok olyan eszköz, amely központilag működik elektromos hálózat, használja ezt az áramtípust. A váltakozó áram könnyebben indukálható és szállítható, mint az egyenáram. A háztartási váltakozó áram frekvenciája általában 50-60 Hz, azaz 1 másodperc alatt iránya 50-60-szor változik.

A váltóáram geometriai ábrázolása egy szinuszos görbe, amely leírja a feszültség időfüggőségét. Teljes időszak a háztartási áram szinuszos görbéje körülbelül 20 ezredmásodperc. A hőhatás szerint a váltakozó áram az egyenáramhoz hasonló, melynek feszültsége U max /√2, ahol U max - maximális feszültség szinuszos váltakozó áramú görbén.

Az elektromágneses indukció alkalmazása a technikában

Az elektromágneses indukció jelenségének felfedezése igazi fellendülést hozott a technológia fejlődésében. E felfedezés előtt az emberek csak korlátozott mennyiségben tudtak elektromosságot termelni elektromos akkumulátorok segítségével.

Jelenleg ezt a fizikai jelenséget használják elektromos transzformátorok, az indukált áramot hővé alakító fűtőberendezésekben, valamint a villanymotorokés autógenerátorok.

Téma: Elektromágneses indukció alkalmazása

Az óra céljai:

Nevelési:

1. Folytassa az elektromágneses mező fogalmának kialakítását, mint az anyag formáját és valós létezésének bizonyítékát.
2. A minőségi és számítási problémák megoldásában való készségek fejlesztése.

Fejlesztés: Folytassa a munkát a diákokkal...

1. elképzelések kialakítása a modern fizikairól kép a világról,
2. a tanulmányozott anyag és a kapcsolat feltárásának képessége az élet jelenségei,
3. a tanulók látókörének bővítése

Nevelési: Tanuld meg látni a vizsgált minták megnyilvánulásait a környező életben

Tüntetések

1. Transzformátor
2. A „Fizika 7-11. évfolyam” CD-ROM töredékei. Könyvtár szemléltetőeszközök»

1) "Energiatermelés"
2) "Információk rögzítése és olvasása mágnesszalagon"

3. Előadások

1) „Elektromágneses indukció – vizsgálatok” (I. és II. rész)
2) "Transformer"

Az órák alatt

1. Frissítés:

Mielőtt mérlegelné új anyag kérem válaszoljon az alábbi kérdésekre:

2. Problémamegoldás kártyákon lásd prezentáció (1. melléklet) (válaszok: 1 B, 2 B, 3 C, 4 A, 5 C) - 5 perc

3. Új anyag.

Az elektromágneses indukció alkalmazása

1) A múltban tanév az „Információhordozók” témakör számítástechnikai tanulmányozása során a lemezekről, hajlékonylemezekről stb. Kiderült, hogy az információ rögzítése és kiolvasása mágnesszalag segítségével az elektromágneses indukció jelenségének alkalmazásán alapul.
Információk rögzítése és lejátszása mágnesszalag segítségével (A CD-ROM "Fizika 7-11. évfolyam. Szemléltetőeszközök könyvtára", "Információk rögzítése és olvasása mágnesszalagra" töredékei - 3 perc) (2. melléklet)

2) Tekintsük az eszközt és egy ilyen eszköz, mint TRANSFORMÁTOR alapvető működését. (Lásd a bemutató 3. mellékletét)
A transzformátor működése az elektromágneses indukció jelenségén alapul.

TRANSFORMER - olyan eszköz, amely az egyik feszültségű váltakozó áramot egy másik feszültségű váltakozó árammá alakítja állandó frekvencián.

3) A legegyszerűbb esetben a transzformátor egy zárt acélmagból áll, amelyre két tekercs huzaltekerccsel van felhelyezve. A váltakozó feszültségforráshoz csatlakoztatott tekercseket elsődlegesnek, a terhelést, vagyis az áramot fogyasztó eszközöket pedig szekundernek nevezzük.

a) fokozó transzformátor

b) leléptető transzformátor

Energia nagy távolságra történő továbbításakor - le- és emelőtranszformátorok használata.

4) A transzformátor munkája (kísérlet).

Egy villanykörte megvilágítása a szekunder tekercsben ( magyarázata ennek az élménynek);
- működés elve hegesztőgép (Miért vastagabbak a lecsökkentő transzformátor szekunder tekercsének menetei?);
- a kemence működési elve ( A teljesítmény mindkét tekercsben azonos, de az áram?)

5) Az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazása

Példák műszaki felhasználás elektromágneses indukció: transzformátor, elektromos áram generátor - a fő áramforrás.
Az elektromágneses indukció felfedezésének köszönhetően lehetővé vált olcsó elektromos energia előállítása. A modern erőművek (beleértve az atomerőműveket is) működésének alapja az indukciós generátor.
Váltóáram-generátor (lemeztöredék A "Fizika 7-11. évfolyamok. Segédanyagok könyvtára", "Elektromos áramtermelés" - 2 perc CD-ROM töredékei (4. melléklet)

Az indukciós generátor két részből áll: egy mozgatható forgórészből és egy rögzített állórészből. Leggyakrabban az állórész egy mágnes (állandó vagy elektromos), amely kezdeti mágneses teret hoz létre (ezt induktornak nevezik). A forgórész egy vagy több tekercsből áll, amelyekben a változó mágneses tér hatására indukciós áram jön létre. (Az ilyen rotor másik neve egy horgony).

- fémtárgyak észlelése - speciális detektorok;
- vonat mágneses párnák(lásd V. A. Kaszjanov "Fizika - 11" című tankönyv 129. oldalát)
Foucault-áramok (örvényáramok;)
– zárva indukciós áramok masszív vezető testekben keletkező.

Ezek vagy annak a mágneses térnek a változása miatt jelennek meg, amelyben a vezető test található, vagy a test ilyen mozgása következtében, amikor a testbe (vagy annak bármely részébe) behatoló mágneses fluxus megváltozik.
Mint minden más áram, az örvényáramok is termikus hatással vannak a vezetőre: azok a testek, amelyekben ilyen áramok keletkeznek, felmelegednek.

Példa: fémolvasztó elektromos kemencék és mikrohullámú sütők felszerelése.

4. Következtetések, értékelések.

1) Elektromágneses indukció, mondjon példákat az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazására!
2) Elektromágneses hullámok- a leggyakoribb anyagtípus és az elektromágneses indukció - különleges eset Az elektromágneses hullámok megnyilvánulásai.

5. Feladatok megoldása kártyákon, lásd a bemutatót(5. melléklet) (válaszok - 1B, 2A, 3A, 4B).

6. Házi feladat: P.35,36 (Fizika tankönyv, szerkesztette: V.A.Kasyanov, 11. osztály)