Aplikasi praktis induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik

Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http://www.allbest.ru/

PENGANTAR

Bukan kebetulan bahwa langkah pertama dan terpenting dalam membuka ini sisi baru interaksi elektromagnetik dibuat pendiri gagasan tentang medan elektromagnetik - salah satu ilmuwan terbesar di dunia - Michael Faraday (1791-1867). Faraday benar-benar yakin akan kesatuan listrik dan fenomena magnet. Tak lama setelah penemuan Oersted, ia menulis dalam buku hariannya (1821): "Ubah magnetisme menjadi listrik." Sejak itu, Faraday, tanpa henti, memikirkan masalah ini. Mereka mengatakan bahwa dia terus-menerus membawa magnet di saku rompinya, yang seharusnya mengingatkannya akan tugas yang ada. Sepuluh tahun kemudian, pada tahun 1831, sebagai hasil kerja keras dan keyakinan akan kesuksesan, masalah itu terpecahkan. Dia membuat penemuan yang mendasari desain semua generator pembangkit listrik di dunia, mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. Sumber lain: sel galvanik, termo dan fotosel memberikan bagian energi yang dihasilkan dapat diabaikan.

Arus listrik, Faraday beralasan, mampu memagnetisasi benda-benda besi. Untuk melakukan ini, cukup letakkan batang besi di dalam koil. Bisakah magnet, pada gilirannya, menyebabkan munculnya arus listrik atau mengubah besarnya? Untuk waktu yang lama tidak ada yang bisa ditemukan.

SEJARAH PENEMUAN FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Ucapan Penandatangan Nobili dan Antinori dari majalah "Antologia"

« Mr Faraday baru-baru ini ditemukan kelas baru fenomena elektrodinamik. Dia menyerahkan memoar tentang ini ke Royal Society of London, tetapi memoar ini belum diterbitkan. Kami tahu tentang diahanya sebuah catatan yang dikomunikasikan oleh Tuan Apegawai Akademi Ilmu Pengetahuan di Paris26 Desember 1831, berdasarkan surat yang diterimanya dari Bapak Faraday sendiri.

Komunikasi ini mendorong Chevalier Antinori dan saya sendiri untuk segera mengulangi eksperimen dasar dan mempelajarinya dari berbagai sudut pandang. Kami menyanjung diri sendiri dengan harapan bahwa hasil yang kami capai memiliki beberapa arti, dan oleh karena itu kami segera mempublikasikannya tanpasebelumnyabahan, kecuali untuk catatan yang berfungsi sebagai titik awal dalam penelitian kami.»

"Memoar Pak Faraday," seperti yang tertulis di catatan itu, "dibagi menjadi empat bagian.

Pada bagian pertama, berjudul "Eksitasi Listrik Galvanik", kita menemukan fakta utama berikut: Arus galvanik yang melewati kawat logam menghasilkan arus lain pada kawat yang mendekat; arus kedua berlawanan arah dengan yang pertama dan hanya berlangsung satu saat. Jika arus rangsang dihilangkan, arus muncul di kawat di bawah pengaruhnya, berlawanan dengan arus yang muncul di dalamnya dalam kasus pertama, mis. searah dengan arus eksitasi.

Bagian kedua dari memoar menceritakan tentang arus listrik yang disebabkan oleh magnet. Dengan mendekati kumparan magnet, Pak Faraday menghasilkan arus listrik; ketika kumparan dilepas, arus dari arah yang berlawanan muncul. Arus ini memiliki efek yang kuat pada galvanometer, melewati, meskipun lemah, melalui air garam dan solusi lainnya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa ilmuwan ini, dengan menggunakan magnet, membangkitkan arus listrik yang ditemukan oleh Mr. Ampère.

Bagian ketiga dari memoar mengacu pada keadaan listrik dasar, yang oleh Mr. Faraday disebut sebagai keadaan elektromonik.

Bagian keempat berbicara tentang eksperimen yang aneh sekaligus aneh, yang dilakukan oleh Tuan Arago; seperti diketahui, percobaan ini terdiri dari fakta bahwa jarum magnet berputar di bawah pengaruh piringan logam yang berputar. Dia menemukan bahwa ketika piringan logam berputar di bawah pengaruh magnet, arus listrik dapat muncul dalam jumlah yang cukup untuk membuat mesin listrik baru keluar dari piringan.

TEORI MODERN INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Arus listrik menciptakan medan magnet di sekitarnya. Mungkinkah medan magnet menyebabkan penampilan Medan listrik? Faraday secara eksperimental menemukan bahwa ketika fluks magnet yang menembus rangkaian tertutup berubah, arus listrik muncul di dalamnya. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik. Arus yang terjadi selama fenomena induksi elektromagnetik disebut induktif. Sebenarnya, ketika rangkaian bergerak dalam medan magnet, bukan arus tertentu yang dihasilkan, tetapi EMF tertentu. Sebuah studi yang lebih rinci tentang induksi elektromagnetik menunjukkan bahwa EMF induksi yang terjadi di sirkuit tertutup sama dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh sirkuit ini, diambil dengan tanda yang berlawanan.

Gaya gerak listrik dalam rangkaian adalah hasil dari aksi gaya eksternal, yaitu. kekuatan asal non-listrik. Ketika sebuah konduktor bergerak dalam medan magnet, peran gaya eksternal dimainkan oleh gaya Lorentz, di mana muatan dipisahkan, akibatnya perbedaan potensial muncul di ujung konduktor. EMF induksi dalam konduktor mencirikan pekerjaan memindahkan muatan positif unit di sepanjang konduktor.

Fenomena induksi elektromagnetik mendasari pengoperasian generator listrik. Jika bingkai kawat diputar secara seragam dalam medan magnet yang seragam, maka arus induksi muncul, mengubah arahnya secara berkala. Bahkan satu bingkai yang berputar dalam medan magnet yang seragam adalah generator arus bolak-balik.

STUDI EKSPERIMENTAL FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Pertimbangkan eksperimen klasik Faraday, yang dengannya fenomena induksi elektromagnetik ditemukan:

Ketika magnet permanen bergerak, garis gayanya melintasi lilitan kumparan, dan timbul arus induksi, sehingga jarum galvanometer menyimpang. Pembacaan perangkat tergantung pada kecepatan pergerakan magnet dan jumlah putaran koil.

Dalam percobaan ini, kami melewatkan arus melalui kumparan pertama, yang menciptakan fluks magnet dan ketika kumparan kedua bergerak di dalam kumparan pertama, garis-garis magnet berpotongan, sehingga timbul arus induksi.

Saat melakukan percobaan No. 2, tercatat bahwa pada saat sakelar dihidupkan, panah perangkat menyimpang dan menunjukkan nilai EMF, kemudian panah kembali ke posisi semula. Saat sakelar dimatikan, panah kembali menyimpang, tetapi ke arah lain dan menunjukkan nilai EMF, kemudian kembali ke posisi semula. Pada saat sakelar dihidupkan, arus meningkat, tetapi beberapa jenis gaya muncul yang mencegah peningkatan arus. Kekuatan ini menginduksi dirinya sendiri, maka namanya Induksi diri EMF. Pada saat shutdown, hal yang sama terjadi, hanya arah EMF yang berubah, sehingga panah perangkat menyimpang ke arah yang berlawanan.

Pengalaman ini menunjukkan bahwa EMF induksi elektromagnetik terjadi ketika besar dan arah arus berubah. Ini membuktikan bahwa EMF induksi, yang menciptakan dirinya sendiri, adalah laju perubahan arus.

Dalam satu bulan, Faraday secara eksperimental menemukan semua fitur penting dari fenomena induksi elektromagnetik. Tinggal memberikan hukum bentuk kuantitatif yang ketat dan sepenuhnya mengungkapkan sifat fisik dari fenomena tersebut. Faraday sendiri sudah memahami hal umum yang menentukan munculnya arus induksi dalam eksperimen yang tampak berbeda secara lahiriah.

Dalam rangkaian konduktor tertutup, arus muncul ketika jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini berubah. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik.

Dan semakin cepat jumlah garis induksi magnet berubah, semakin besar arus yang dihasilkan. Dalam hal ini, alasan perubahan jumlah garis induksi magnet sama sekali tidak berbeda.

Ini mungkin merupakan perubahan jumlah garis induksi magnet yang menembus konduktor tetap karena perubahan kekuatan arus dalam kumparan yang berdekatan, dan perubahan jumlah garis karena pergerakan rangkaian dalam medan magnet yang tidak homogen. , kepadatan garis yang bervariasi dalam ruang.

ATURAN LENTZ

Arus induktif yang muncul dalam penghantar segera mulai berinteraksi dengan arus atau magnet yang membangkitkannya. Jika magnet (atau kumparan berarus) didekatkan ke konduktor tertutup, maka arus induksi yang muncul dengan medan magnetnya pasti akan menolak magnet (kumparan). Usaha harus dilakukan untuk mendekatkan magnet dan kumparan. Ketika magnet dilepas, terjadi tarik-menarik. Aturan ini diikuti dengan ketat. Bayangkan jika keadaannya berbeda: Anda mendorong magnet ke arah kumparan, dan magnet itu akan masuk dengan sendirinya. Ini akan melanggar hukum kekekalan energi. Lagi pula, energi mekanik magnet akan meningkat dan pada saat yang sama akan timbul arus, yang dengan sendirinya memerlukan pengeluaran energi, karena arus juga dapat melakukan kerja. Arus listrik yang diinduksi dalam jangkar generator, berinteraksi dengan medan magnet stator, memperlambat rotasi jangkar. Hanya karena itu, untuk memutar angker, perlu untuk melakukan pekerjaan, semakin besar, semakin besar kekuatan saat ini. Karena pekerjaan ini, arus induktif muncul. Sangat menarik untuk dicatat bahwa jika medan magnet planet kita sangat besar dan sangat tidak homogen, maka gerakan cepat dari benda-benda penghantar di permukaannya dan di atmosfer tidak mungkin terjadi karena interaksi intens dari arus yang diinduksi dalam tubuh dengan ini. bidang. Benda akan bergerak seperti dalam media kental padat dan pada saat yang sama akan sangat panas. Baik pesawat maupun roket tidak bisa terbang. Seseorang tidak bisa dengan cepat menggerakkan tangan atau kakinya, karena tubuh manusia- konduktor yang baik.

Jika kumparan di mana arus diinduksi adalah stasioner relatif terhadap kumparan yang berdekatan dengan arus bolak-balik, seperti, misalnya, dalam transformator, maka dalam hal ini arah arus induksi ditentukan oleh hukum kekekalan energi. Arus ini selalu diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya cenderung mengurangi variasi arus pada primer.

Tolak-menolak atau tarik-menarik magnet oleh sebuah kumparan tergantung pada arah arus induksi di dalamnya. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi memungkinkan kita untuk merumuskan aturan yang menentukan arah arus induksi. Apa perbedaan antara dua percobaan: pendekatan magnet ke koil dan pelepasannya? Dalam kasus pertama, fluks magnet (atau jumlah garis induksi magnetik yang menembus belitan kumparan) meningkat (Gbr. a), dan dalam kasus kedua berkurang (Gbr. b). Selain itu, dalam kasus pertama, jalur induksi B " Medan gaya, dibuat oleh arus induksi yang muncul di koil, keluar dari ujung atas koil, karena koil menolak magnet, dan dalam kasus kedua, sebaliknya, mereka memasuki ujung ini. Garis-garis induksi magnetik pada gambar ditunjukkan dengan goresan.

Sekarang kita telah sampai pada poin utama: dengan peningkatan fluks magnet melalui lilitan kumparan, arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang diciptakannya mencegah pertumbuhan fluks magnet melalui lilitan kumparan. Bagaimanapun, vektor induksi medan ini diarahkan terhadap vektor induksi medan, yang perubahannya menghasilkan arus listrik. Jika fluks magnet melalui koil melemah, maka arus induktif menciptakan medan magnet dengan induksi, yang meningkatkan fluks magnet melalui belitan koil.

Inilah intinya peraturan umum menentukan arah arus induktif, yang berlaku dalam semua kasus. Aturan ini ditetapkan oleh fisikawan Rusia E.X. Lenz (1804-1865).

Menurut aturan Lenz, arus induktif yang terjadi dalam rangkaian tertutup memiliki arah sedemikian rupa sehingga fluks magnet yang diciptakan olehnya melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian cenderung mencegah perubahan fluks yang menghasilkan arus ini. Atau, arus induksi memiliki arah sedemikian rupa sehingga mencegah penyebab yang menyebabkannya.

Dalam kasus superkonduktor, kompensasi untuk perubahan fluks magnet eksternal akan lengkap. Fluks induksi magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh sirkuit superkonduktor tidak berubah sama sekali terhadap waktu dalam kondisi apa pun.

HUKUM INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

induksi elektromagnetik faraday lenz

Eksperimen Faraday menunjukkan bahwa kekuatan arus induksi Saya i dalam rangkaian penghantar sebanding dengan laju perubahan jumlah garis induksi magnetik yang menembus permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini. Lebih tepatnya, pernyataan ini dapat dirumuskan dengan menggunakan konsep fluks magnet.

Fluks magnet secara jelas diartikan sebagai jumlah garis induksi magnet yang menembus permukaan dengan luas S. Oleh karena itu, laju perubahan bilangan ini tidak lain adalah laju perubahan fluks magnet. Jika dalam waktu singkat t fluks magnet berubah menjadi D F, maka laju perubahan fluks magnet sama dengan.

Oleh karena itu, pernyataan yang mengikuti langsung dari pengalaman dapat dirumuskan sebagai berikut:

kekuatan arus induksi sebanding dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur:

Ingatlah bahwa arus listrik muncul dalam rangkaian ketika gaya eksternal bekerja pada muatan bebas. Kerja gaya-gaya ini ketika menggerakkan satu muatan positif sepanjang rangkaian tertutup disebut gaya gerak listrik. Akibatnya, ketika fluks magnet berubah melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur, gaya eksternal muncul di dalamnya, tindakan yang ditandai oleh EMF, yang disebut EMF induksi. Mari kita tunjukkan dengan huruf E saya .

Hukum induksi elektromagnetik diformulasikan secara khusus untuk EMF, dan bukan untuk kekuatan arus. Dengan formulasi ini, hukum mengungkapkan esensi dari fenomena, yang tidak bergantung pada sifat konduktor di mana arus induksi terjadi.

Menurut hukum induksi elektromagnetik (EMI), EMF induksi dalam loop tertutup sama dengan nilai absolut dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop:

Bagaimana cara memperhitungkan arah arus induksi (atau tanda EMF induksi) dalam hukum induksi elektromagnetik sesuai dengan aturan Lenz?

Gambar tersebut menunjukkan loop tertutup. Kami akan mempertimbangkan positif arah melewati kontur berlawanan arah jarum jam. Garis normal kontur membentuk sekrup kanan dengan arah bypass. Tanda EMF, yaitu, kerja spesifik, tergantung pada arah gaya eksternal sehubungan dengan arah melewati sirkuit.

Jika arah ini bertepatan, maka E i > 0 dan, karenanya, Saya i > 0. Jika tidak, EMF dan kekuatan arus negatif.

Biarkan induksi magnet dari medan magnet luar diarahkan sepanjang garis normal ke kontur dan meningkat seiring waktu. Kemudian F> 0 dan > 0. Menurut aturan Lenz, arus induksi menciptakan fluks magnet F" < 0. Линии индукции B Medan magnet arus induksi ditunjukkan pada gambar dengan tanda hubung. Oleh karena itu, arus induksi Saya i diarahkan searah jarum jam (melawan arah bypass positif) dan ggl induksi negatif. Oleh karena itu, dalam hukum induksi elektromagnetik, harus ada tanda minus:

Dalam Sistem Satuan Internasional, hukum induksi elektromagnetik digunakan untuk menetapkan satuan fluks magnet. Satuan ini disebut weber (Wb).

Sejak EMF induksi E i dinyatakan dalam volt, dan waktu dalam detik, maka dari hukum Weber EMP dapat ditentukan sebagai berikut:

fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh loop tertutup adalah 1 Wb, jika, dengan penurunan seragam dalam fluks ini menjadi nol dalam 1 s, ggl induksi sama dengan 1 V muncul di sirkuit: 1 Wb \u003d 1 V 1 s .

APLIKASI PRAKTIS FENOMENA INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Penyiaran

Medan magnet bolak-balik, tereksitasi oleh arus yang berubah, menciptakan medan listrik di ruang sekitarnya, yang pada gilirannya membangkitkan medan magnet, dan seterusnya. Saling menghasilkan satu sama lain, medan ini membentuk medan elektromagnetik variabel tunggal - gelombang elektromagnetik. Setelah muncul di tempat di mana ada kawat berarus, medan elektromagnetik menyebar di ruang angkasa dengan kecepatan cahaya -300.000 km/s.

Magnetoterapi

Dalam spektrum frekuensi tempat yang berbeda ditempati oleh gelombang radio, cahaya, sinar X lainnya radiasi elektromagnetik. Mereka biasanya dicirikan oleh medan listrik dan magnet yang terus menerus saling berhubungan.

Synchrophasotrons

Saat ini, medan magnet dipahami sebagai bentuk khusus materi yang terdiri dari partikel bermuatan. Dalam fisika modern, berkas partikel bermuatan digunakan untuk menembus jauh ke dalam atom untuk mempelajarinya. Gaya yang ditimbulkan oleh medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak disebut gaya Lorentz.

Pengukur aliran - meter

Metode ini didasarkan pada penerapan hukum Faraday untuk konduktor dalam medan magnet: dalam aliran cairan konduktif listrik yang bergerak dalam medan magnet, EMF diinduksi sebanding dengan kecepatan aliran, yang diubah oleh bagian elektronik menjadi sinyal analog/digital listrik.

generator DC

Dalam mode generator, angker mesin berputar di bawah pengaruh momen eksternal. Di antara kutub stator ada fluks magnet konstan yang menembus jangkar. Konduktor belitan jangkar bergerak dalam medan magnet dan, oleh karena itu, EMF diinduksi di dalamnya, arahnya dapat ditentukan oleh aturan "tangan kanan". Dalam hal ini, potensi positif muncul pada satu sikat relatif terhadap sikat kedua. Jika beban dihubungkan ke terminal generator, maka arus akan mengalir di dalamnya.

Fenomena EMR banyak digunakan dalam transformator. Mari kita pertimbangkan perangkat ini secara lebih rinci.

TRANSFORMER

Transformator (dari lat. transformo - transformasi) - statis perangkat elektromagnetik memiliki dua atau lebih belitan yang digabungkan secara induktif dan dimaksudkan untuk diubah dengan induksi elektromagnetik dari satu atau lebih sistem arus bolak-balik menjadi satu atau lebih sistem arus bolak-balik lainnya.

Penemu transformator adalah ilmuwan Rusia P.N. Yablochkov (1847 - 1894). Pada tahun 1876, Yablochkov menggunakan kumparan induksi dengan dua gulungan sebagai transformator untuk menyalakan lilin listrik yang ia temukan. Transformator Yablochkov memiliki inti terbuka. Transformator inti tertutup, mirip dengan yang digunakan saat ini, muncul jauh kemudian, pada tahun 1884. Dengan penemuan transformator, minat teknis muncul dalam arus bolak-balik, yang belum diterapkan sampai saat itu.

Transformer banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya antara penerima, serta di berbagai perangkat penyearah, penguatan, pensinyalan, dan lainnya.

Transformasi energi dalam transformator dilakukan oleh medan magnet bolak-balik. Trafo adalah inti dari pelat baja tipis yang diisolasi satu sama lain, di mana dua, dan kadang-kadang lebih banyak gulungan (kumparan) dari kawat berinsulasi ditempatkan. Gulungan yang sumber energi listrik AC terhubung disebut gulungan primer, gulungan yang tersisa disebut sekunder.

Jika belitan sekunder transformator dililit tiga kali lebih banyak daripada belitan primer, maka medan magnet yang dibuat di inti oleh belitan primer, yang melintasi belitan belitan sekunder, akan menghasilkan tegangan tiga kali lebih banyak di dalamnya.

Menggunakan transformator dengan rasio putaran terbalik, Anda dapat dengan mudah dan sederhana mendapatkan tegangan yang dikurangi.

Padapersamaan transformator ideal

Trafo yang ideal adalah trafo yang tidak memiliki rugi-rugi energi untuk memanaskan belitan dan fluks bocor belitan. Dalam transformator ideal, semua garis gaya melewati semua belitan dari kedua belitan, dan karena medan magnet yang berubah menghasilkan EMF yang sama di setiap putaran, total EMF yang diinduksi dalam belitan sebanding dengan jumlah total belitannya. Transformator semacam itu mengubah semua energi yang masuk dari rangkaian primer menjadi medan magnet dan kemudian menjadi energi rangkaian sekunder. Dalam hal ini, energi yang masuk sama dengan energi yang dikonversi:

Dimana P1 adalah nilai sesaat dari daya yang disuplai ke transformator dari rangkaian primer,

P2 adalah nilai sesaat dari daya yang diubah oleh transformator yang memasuki rangkaian sekunder.

Menggabungkan persamaan ini dengan rasio tegangan di ujung belitan, kita mendapatkan persamaan untuk transformator ideal:

Dengan demikian, kami memperoleh bahwa dengan peningkatan tegangan di ujung belitan sekunder U2, arus rangkaian sekunder I2 berkurang.

Untuk mengubah resistansi satu sirkuit menjadi resistansi lain, Anda perlu mengalikan nilainya dengan kuadrat rasio. Misalnya, resistansi Z2 dihubungkan ke ujung belitan sekunder, nilainya yang dikurangi ke sirkuit primer adalah:

Aturan ini juga berlaku untuk sirkuit sekunder:

Penunjukan pada diagram

Dalam diagram, transformator ditunjukkan sebagai berikut:

Garis tebal tengah sesuai dengan inti, 1 adalah gulungan primer (biasanya di sebelah kiri), 2,3 adalah gulungan sekunder. Jumlah setengah lingkaran dalam beberapa perkiraan kasar melambangkan jumlah belitan belitan (lebih banyak putaran - lebih banyak setengah lingkaran, tetapi tanpa proporsionalitas yang ketat).

APLIKASI TRANSFORMATOR

Transformator banyak digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari untuk berbagai keperluan:

1. Untuk transmisi dan distribusi energi listrik.

Biasanya, di pembangkit listrik, generator arus bolak-balik menghasilkan energi listrik pada tegangan 6-24 kV, dan menguntungkan untuk mentransmisikan listrik jarak jauh pada tegangan yang jauh lebih tinggi (110, 220, 330, 400, 500, dan 750 kV) . Oleh karena itu, pada setiap pembangkit listrik dipasang trafo yang menaikkan tegangan.

Distribusi energi listrik antara perusahaan industri, pemukiman, di kota dan daerah pedesaan, serta di dalam perusahaan industri diproduksi oleh saluran udara dan kabel, pada tegangan 220, 110, 35, 20, 10 dan 6 kV. Oleh karena itu, trafo harus dipasang di semua simpul distribusi yang menurunkan tegangan menjadi 220, 380 dan 660 V

2. Untuk menyediakan rangkaian yang diinginkan untuk menyalakan katup di perangkat konverter dan untuk mencocokkan tegangan pada output dan input konverter. Trafo yang digunakan untuk tujuan ini disebut trafo.

3. Untuk berbagai keperluan teknologi: pengelasan ( transformator las), catu daya instalasi elektrotermal (transformator tungku listrik), dll.

4. Untuk menyalakan berbagai sirkuit peralatan radio, peralatan elektronik, perangkat komunikasi dan otomasi, peralatan rumah tangga, untuk memisahkan sirkuit listrik dari berbagai elemen perangkat ini, untuk mencocokkan tegangan, dll.

5. Memasukkan alat ukur listrik dan beberapa perangkat (relai, dll.) di sirkuit listrik tegangan tinggi atau di sirkuit yang dilalui arus besar, untuk memperluas batas pengukuran dan memastikan keamanan listrik. Transformator yang digunakan untuk tujuan ini disebut pengukuran.

KESIMPULAN

Fenomena induksi elektromagnetik dan kasus khususnya banyak digunakan dalam teknik elektro. Digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik generator sinkron. Trafo digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Penggunaan transformator memungkinkan untuk mentransfer listrik secara ekonomis dari pembangkit listrik ke node konsumsi.

BIBLIOGRAFI:

1. Kursus Fisika, buku teks untuk universitas. T.I. Trofimova, 2007.

2. Dasar-dasar teori sirkuit, G.I. Atabekov, Lan, St. Petersburg, - M., - Krasnodar, 2006.

3. Mesin listrik, L.M. Piotrovsky, L., Energi, 1972.

4. Transformator daya. Buku referensi / Ed. SD Lizunova, A.K. Lokhanin. M.: Energoizdat 2004.

5. Desain transformator. A.V. Sapozhnikov. M.: Gosenergoizdat. 1959.

6. Perhitungan transformator. Buku teks untuk universitas. PM. Tikhomirov. Moskow: Energi, 1976.

7. Fisika -tutorial untuk sekolah teknik, penulis V.F. Dmitriev, edisi Moskow "Sekolah Tinggi" 2004.

Diselenggarakan di Allbest.ru

Dokumen serupa

Konsep umum, sejarah penemuan induksi elektromagnetik. Koefisien proporsionalitas dalam hukum induksi elektromagnetik. Mengubah fluks magnet pada contoh perangkat Lenz. Induktansi solenoida, perhitungan kerapatan energi medan magnet.

kuliah, ditambahkan 10/10/2011

Sejarah penemuan fenomena induksi elektromagnetik. Investigasi ketergantungan fluks magnet pada induksi magnetik. Aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik: penyiaran, magnetoterapi, sinkrofasotron, generator listrik.

abstrak, ditambahkan 15/11/2009

Bekerja pada memindahkan konduktor dengan arus dalam medan magnet. Mempelajari fenomena induksi elektromagnetik. Metode untuk memperoleh arus induksi dalam medan magnet konstan dan bolak-balik. Sifat gaya gerak listrik dari induksi elektromagnetik. hukum Faraday.

presentasi, ditambahkan 24/09/2013

Induksi elektromagnetik- fenomena menghasilkan medan listrik pusaran oleh medan magnet bolak-balik. Sejarah penemuan fenomena ini oleh Michael Faraday. alternator induksi. Rumus untuk menentukan gaya gerak listrik induksi.

abstrak, ditambahkan 13/12/2011

Induksi elektromagnetik. Hukum Lenz, gaya gerak listrik. Metode untuk mengukur induksi magnetik dan tegangan magnetik. Arus eddy (arus Foucault). Rotasi bingkai dalam medan magnet. Induksi sendiri, arus saat menutup dan membuka rangkaian. Induksi bersama.

makalah, ditambahkan 25/11/2013

Mesin listrik sebagai yang di mana transformasi energi terjadi sebagai akibat dari fenomena induksi elektromagnetik, sejarah dan tahap utama pengembangan, pencapaian di bidang ini. Penciptaan motor listrik dengan kemungkinan aplikasi praktis.

abstrak, ditambahkan 21/06/2012

Karakteristik medan listrik pusaran. Penjelasan analitis dari fakta eksperimental. Hukum induksi elektromagnetik dan Ohm. Fenomena rotasi bidang polarisasi cahaya dalam medan magnet. Metode untuk mendapatkan arus induksi. Penerapan aturan Lenz.

presentasi, ditambahkan 19/05/2014

Masa kecil dan remaja Michael Faraday. Memulai di Royal Institution. Studi independen pertama M. Faraday. Hukum induksi elektromagnetik, elektrolisis. Penyakit Faraday, karya eksperimental baru-baru ini. Signifikansi penemuan M. Faraday.

abstrak, ditambahkan 07/06/2012

Sebuah sketsa singkat dari kehidupan, perkembangan pribadi dan kreatif fisikawan Inggris besar Michael Faraday. Penelitian Faraday di bidang elektromagnetisme dan penemuannya tentang fenomena induksi elektromagnetik, rumusan hukumnya. Percobaan dengan listrik.

abstrak, ditambahkan 23/04/2009

Masa sekolah Michael Faraday, penelitian independen pertamanya (eksperimen dalam peleburan baja yang mengandung nikel). Penciptaan model pertama motor listrik oleh fisikawan Inggris, penemuan induksi elektromagnetik dan hukum elektrolisis.

abstrak

dalam disiplin "Fisika"

Topik: "Penemuan fenomena induksi elektromagnetik"

Lengkap:

Kelompok siswa 13103/1

St. Petersburg

2. Eksperimen Faraday. 3

3. Aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik. sembilan

4. Daftar literatur yang digunakan .. 12

Induksi elektromagnetik - fenomena terjadinya arus listrik dalam rangkaian tertutup ketika fluks magnet yang melewatinya berubah. Induksi elektromagnetik ditemukan oleh Michael Faraday pada tanggal 29 Agustus 1831. Dia menemukan bahwa gaya gerak listrik yang terjadi dalam rangkaian konduktor tertutup sebanding dengan laju perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian ini. Besarnya gaya gerak listrik (EMF) tidak tergantung pada apa yang menyebabkan perubahan fluks - perubahan medan magnet itu sendiri atau pergerakan sirkuit (atau bagiannya) dalam medan magnet. Arus listrik yang ditimbulkan oleh EMF ini disebut arus induksi.

Pada tahun 1820, Hans Christian Oersted menunjukkan bahwa arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian menyebabkan jarum magnet dibelokkan. Jika arus listrik menghasilkan magnet, maka munculnya arus listrik harus dikaitkan dengan magnet. Ide ini ditangkap ilmuwan Inggris M. Faraday. “Ubah magnetisme menjadi listrik,” tulisnya pada tahun 1822 dalam buku hariannya.

Michael Faraday

Michael Faraday (1791-1867) lahir di London, salah satu bagian termiskin di sana. Ayahnya adalah seorang pandai besi, dan ibunya adalah putri seorang petani penyewa. Ketika Faraday mencapai usia sekolah, ia dikirim ke sekolah dasar. Kursus yang ditempuh Faraday di sini sangat sempit dan terbatas hanya pada pengajaran membaca, menulis, dan menghitung permulaan.

Beberapa langkah dari rumah tempat keluarga Faraday tinggal, ada sebuah toko buku yang juga merupakan tempat penjilidan buku. Di sinilah Faraday sampai, setelah menyelesaikan kursus sekolah dasar ketika muncul pertanyaan tentang memilih profesi untuknya. Michael saat itu baru berusia 13 tahun. Sudah di masa mudanya, ketika Faraday baru saja memulai pendidikan mandiri, dia berusaha untuk hanya mengandalkan fakta dan memverifikasi laporan orang lain dengan pengalamannya sendiri.

Aspirasi-aspirasi ini mendominasi dia sepanjang hidupnya sebagai fitur utama nya kegiatan ilmiah Faraday mulai membuat eksperimen fisika dan kimia sebagai anak laki-laki pada perkenalan pertama dengan fisika dan kimia. Suatu ketika Michael menghadiri salah satu kuliah Humphry Davy, fisikawan Inggris yang hebat. Faraday membuat catatan rinci tentang kuliah itu, mengikatnya, dan mengirimkannya ke Davy. Dia sangat terkesan sehingga dia menawarkan Faraday untuk bekerja dengannya sebagai sekretaris. Segera Davy melakukan perjalanan ke Eropa dan membawa Faraday bersamanya. Selama dua tahun mereka mengunjungi universitas terbesar di Eropa.

Kembali ke London pada tahun 1815, Faraday mulai bekerja sebagai asisten di salah satu laboratorium Royal Institution di London. Pada waktu itu merupakan salah satu laboratorium fisika terbaik di dunia. Dari tahun 1816 hingga 1818 Faraday menerbitkan sejumlah catatan kecil dan memoar kecil tentang kimia. Karya pertama Faraday tentang fisika dimulai pada tahun 1818.

Menggambar pada pengalaman pendahulunya dan menggabungkan beberapa pengalamannya sendiri, pada September 1821, Michael telah mencetak "The History of the Successes of Electromagnetism". Sudah pada saat itu, ia membuat konsep yang sepenuhnya benar tentang esensi fenomena defleksi jarum magnet di bawah aksi arus.

Setelah mencapai kesuksesan ini, Faraday meninggalkan studinya di bidang kelistrikan selama sepuluh tahun, mengabdikan dirinya untuk mempelajari sejumlah mata pelajaran dari jenis yang berbeda. Pada tahun 1823, Faraday membuat salah satu penemuan terpenting di bidang fisika - ia pertama kali mencapai pencairan gas, dan pada saat yang sama menetapkan metode sederhana namun valid untuk mengubah gas menjadi cairan. Pada tahun 1824, Faraday membuat beberapa penemuan di bidang fisika. Antara lain, ia menetapkan fakta bahwa cahaya mempengaruhi warna kaca, mengubahnya. Tahun berikutnya, Faraday kembali beralih dari fisika ke kimia, dan hasil karyanya di bidang ini adalah penemuan bensin dan asam naftalena sulfat.

Pada tahun 1831, Faraday menerbitkan sebuah risalah On a Special Kind of Optical Illusion, yang menjadi dasar untuk proyektil optik yang indah dan aneh yang disebut "chromotrope". Pada tahun yang sama, risalah lain oleh ilmuwan "Di piring bergetar" diterbitkan. Banyak dari karya-karya ini dapat dengan sendirinya mengabadikan nama pengarangnya. Tapi yang paling penting dari karya ilmiah Faraday adalah penelitiannya di bidang elektromagnetisme dan induksi listrik.

Eksperimen Faraday

Terobsesi dengan gagasan tentang hubungan dan interaksi yang tak terpisahkan dari kekuatan alam, Faraday mencoba membuktikan bahwa sama seperti Ampre dapat menciptakan magnet dengan listrik, demikian pula dimungkinkan untuk menciptakan listrik dengan bantuan magnet.

Logikanya sederhana: kerja mekanis dengan mudah berubah menjadi panas; Sebaliknya, panas dapat diubah menjadi pekerjaan mekanis(katakanlah dalam mesin uap). Secara umum, di antara kekuatan-kekuatan alam, hubungan berikut paling sering terjadi: jika A melahirkan B, maka B melahirkan A.

Jika melalui listrik Ampère memperoleh magnet, maka, tampaknya, adalah mungkin untuk "memperoleh listrik dari magnet biasa". Arago dan Ampère menetapkan tugas yang sama di Paris, Colladon di Jenewa.

Sebenarnya, cabang penting fisika, yang membahas fenomena elektromagnetisme dan listrik induktif, dan yang saat ini sangat penting bagi teknologi, diciptakan oleh Faraday dari ketiadaan. Pada saat Faraday akhirnya mengabdikan dirinya untuk penelitian di bidang listrik, ditetapkan bahwa dengan kondisi biasa keberadaan benda yang dialiri listrik sudah cukup pengaruhnya untuk membangkitkan listrik di setiap benda lainnya. Pada saat yang sama, diketahui bahwa kawat yang dilalui arus dan yang juga merupakan benda yang dialiri listrik tidak memiliki efek pada kabel lain yang ditempatkan di dekatnya.

Apa yang menyebabkan pengecualian ini? Ini adalah pertanyaan yang menarik bagi Faraday dan solusi yang membawanya ke penemuan besar dalam bidang listrik induksi. Faraday melakukan banyak eksperimen, membuat catatan bertele-tele. Dia mencurahkan satu paragraf untuk setiap penelitian kecil dalam catatan laboratoriumnya (diterbitkan di London secara penuh pada tahun 1931 dengan judul "Faraday's Diary"). Setidaknya fakta bahwa paragraf terakhir Buku Harian ditandai dengan angka 16041 menunjukkan efisiensi Faraday.

Selain keyakinan intuitif dalam hubungan universal fenomena, pada kenyataannya, tidak ada yang mendukungnya dalam pencariannya untuk "listrik dari magnetisme". Selain itu, dia, seperti gurunya Devi, lebih mengandalkan eksperimennya sendiri daripada konstruksi mental. Davy mengajarinya:

“Eksperimen yang baik memiliki nilai lebih dari perhatian seorang jenius seperti Newton.

Namun demikian, Faraday-lah yang ditakdirkan untuk penemuan-penemuan hebat. Seorang realis yang hebat, dia secara spontan merobek belenggu empirisme, yang pernah dikenakan padanya oleh Devi, dan pada saat itu sebuah wawasan besar muncul padanya - dia memperoleh kemampuan untuk generalisasi terdalam.

Secercah keberuntungan pertama muncul hanya pada 29 Agustus 1831. Pada hari ini, Faraday sedang menguji perangkat sederhana di laboratorium: cincin besi berdiameter sekitar enam inci, melilit dua potong kawat berinsulasi. Ketika Faraday menghubungkan baterai ke terminal satu belitan, asistennya, sersan artileri Andersen, melihat jarum galvanometer yang terhubung ke belitan lainnya berkedut.

Dia mengejang dan menjadi tenang, meskipun arus searah terus mengalir melalui belitan pertama. Faraday dengan cermat meninjau semua detail instalasi sederhana ini - semuanya beres.

Tapi jarum galvanometer dengan keras kepala berdiri di nol. Karena kesal, Faraday memutuskan untuk mematikan arus, dan kemudian keajaiban terjadi - selama pembukaan sirkuit, jarum galvanometer berayun lagi dan lagi membeku pada nol!

Galvanometer, tetap diam sempurna selama seluruh aliran arus, mulai berosilasi ketika rangkaian ditutup dan ketika dibuka. Ternyata pada saat arus dialirkan ke kawat pertama, dan juga ketika transmisi ini berhenti, arus juga dibangkitkan pada kawat kedua, yang dalam kasus pertama berlawanan arah dengan arus pertama dan merupakan sama dengan itu dalam kasus kedua dan hanya berlangsung satu saat.

Di sinilah ide-ide besar Ampre, hubungan antara arus listrik dan magnet, terungkap dengan sangat jelas kepada Faraday. Bagaimanapun, belitan pertama di mana ia menerapkan arus segera menjadi magnet. Jika kita menganggapnya sebagai magnet, maka percobaan pada tanggal 29 Agustus menunjukkan bahwa magnet tampaknya menimbulkan listrik. Hanya dua hal yang tetap aneh dalam kasus ini: mengapa lonjakan listrik ketika elektromagnet dihidupkan dengan cepat memudar? Dan terlebih lagi, mengapa lonjakan muncul ketika magnet dimatikan?

Keesokan harinya, 30 Agustus, - seri baru eksperimen. Efeknya diungkapkan dengan jelas, tetapi sama sekali tidak dapat dipahami.

Faraday merasa bahwa pembukaannya ada di suatu tempat di dekatnya.

“Saya sekarang kembali terlibat dalam elektromagnetisme dan saya pikir saya telah menyerang sesuatu yang berhasil, tetapi saya belum dapat mengkonfirmasi hal ini. Sangat mungkin bahwa setelah semua kerja keras saya, saya akhirnya akan mengeluarkan rumput laut, bukan ikan.

Keesokan paginya, 24 September, Faraday sudah menyiapkan banyak hal berbagai perangkat, di mana elemen utama tidak lagi berliku dengan arus listrik, tetapi magnet permanen. Dan ternyata ada efeknya juga! Panah menyimpang dan segera bergegas ke tempatnya. Gerakan kecil ini terjadi selama manipulasi magnet yang paling tak terduga, kadang-kadang, tampaknya, secara kebetulan.

Eksperimen berikutnya adalah 1 Oktober. Faraday memutuskan untuk kembali ke awal - ke dua belitan: satu dengan arus, yang lain terhubung ke galvanometer. Perbedaannya dengan percobaan pertama adalah tidak adanya cincin baja - inti. Percikan hampir tak terlihat. Hasilnya sepele. Jelas bahwa magnet tanpa inti jauh lebih lemah daripada magnet dengan inti. Karena itu, efeknya kurang terasa.

Faraday kecewa. Selama dua minggu dia tidak mendekati instrumen, memikirkan alasan kegagalannya.

"Saya mengambil batang magnet berbentuk silinder (diameter 3/4" dan panjang 8 1/4") dan memasukkan salah satu ujungnya ke dalam spiral kawat tembaga(220 kaki panjang) terhubung ke galvanometer. Kemudian, dengan gerakan cepat, saya mendorong magnet ke seluruh panjang spiral, dan jarum galvanometer mengalami kejutan. Kemudian saya dengan cepat menarik magnet keluar dari spiral, dan jarum berayun lagi, tetapi ke arah yang berlawanan. Ayunan jarum ini diulang setiap kali magnet didorong masuk atau keluar."

Rahasianya ada pada pergerakan magnet! Impuls listrik tidak ditentukan oleh posisi magnet, tetapi oleh gerakan!

Ini berarti bahwa "gelombang listrik muncul hanya ketika magnet bergerak, dan bukan karena sifat-sifat yang melekat di dalamnya saat diam."

Beras. 2. Eksperimen Faraday dengan kumparan

Ide ini sangat bermanfaat. Jika pergerakan magnet relatif terhadap konduktor menghasilkan listrik, maka, tampaknya, pergerakan konduktor relatif terhadap magnet juga harus menghasilkan listrik! Selain itu, "gelombang listrik" ini tidak akan hilang selama gerakan timbal balik antara konduktor dan magnet terus berlanjut. Ini berarti bahwa adalah mungkin untuk membuat generator arus listrik yang beroperasi untuk waktu yang lama, selama gerakan timbal balik antara kawat dan magnet berlanjut!

Pada 28 Oktober, Faraday memasang cakram tembaga yang berputar di antara kutub magnet tapal kuda, dari mana, dengan bantuan kontak geser (satu pada sumbu, yang lain di pinggiran cakram), dimungkinkan untuk melepas tegangan listrik. Itu adalah generator listrik pertama yang dibuat oleh tangan manusia. Maka ditemukan sumber energi listrik baru, selain yang telah diketahui sebelumnya (proses gesekan dan kimia), - induksi, dan jenis baru energi ini adalah listrik induksi.

Eksperimen yang serupa dengan Faraday, sebagaimana telah disebutkan, dilakukan di Prancis dan Swiss. Colladon, seorang profesor di Akademi Jenewa, adalah eksperimen yang canggih (dia, misalnya, memproduksi di Danau Jenewa pengukuran yang akurat kecepatan suara dalam air). Mungkin, karena takut akan goncangan instrumen, dia, seperti Faraday, melepas galvanometer sejauh mungkin dari sisa instalasi. Banyak yang mengklaim bahwa Colladon mengamati gerakan panah sekilas yang sama seperti Faraday, tetapi, mengharapkan efek yang lebih stabil dan bertahan lama, tidak menganggap penting ledakan "acak" ini ...

Memang, pendapat sebagian besar ilmuwan pada waktu itu adalah bahwa efek sebaliknya dari "menciptakan listrik dari magnet" tampaknya memiliki karakter stasioner yang sama dengan efek "langsung" - "membentuk magnet" karena arus listrik. "Kefanaan" yang tak terduga dari efek ini membingungkan banyak orang, termasuk Colladon, dan banyak orang ini membayar harga untuk prasangka mereka.

Melanjutkan eksperimennya, Faraday lebih lanjut menemukan bahwa pendekatan sederhana dari kawat yang dipilin menjadi kurva tertutup ke yang lain, di mana arus galvanik mengalir, cukup untuk membangkitkan arus induktif dalam arah yang berlawanan dengan arus galvanik di kawat netral, yang pelepasan kawat netral kembali membangkitkan arus induktif di dalamnya. arus sudah dalam arah yang sama dengan arus galvanik yang mengalir di sepanjang kawat tetap, dan akhirnya, arus induktif ini hanya tereksitasi selama pendekatan dan penghapusan kawat ke konduktor arus galvanik, dan tanpa gerakan ini, arus tidak bersemangat, tidak peduli seberapa dekat kabel satu sama lain .

Dengan demikian, fenomena baru ditemukan, mirip dengan fenomena induksi yang dijelaskan di atas selama penutupan dan pemutusan arus galvanik. Penemuan-penemuan ini pada gilirannya memunculkan penemuan-penemuan baru. Jika dimungkinkan untuk menghasilkan arus induktif dengan menutup dan menghentikan arus galvanik, bukankah hasil yang sama diperoleh dari magnetisasi dan demagnetisasi besi?

Karya Oersted dan Ampère telah menetapkan hubungan antara magnet dan listrik. Diketahui bahwa besi menjadi magnet ketika kawat berinsulasi dililitkan di sekelilingnya dan arus galvanik melewati yang terakhir, dan sifat magnetik besi ini berhenti segera setelah arus berhenti.

Berdasarkan ini, Faraday membuat eksperimen semacam ini: dua kabel berinsulasi dililitkan di sekitar cincin besi; selain itu, satu kawat dililitkan di sekitar setengah cincin, dan yang lainnya di sekitar yang lain. Arus dari baterai galvanik dilewatkan melalui satu kawat, dan ujung lainnya dihubungkan ke galvanometer. Jadi, ketika arus ditutup atau dihentikan, dan ketika, akibatnya, cincin besi dimagnetisasi atau didemagnetisasi, jarum galvanometer berosilasi dengan cepat dan kemudian dengan cepat berhenti, yaitu, semua arus induktif sesaat yang sama tereksitasi di kabel netral - ini waktu: sudah di bawah pengaruh magnet.

Beras. 3. Eksperimen Faraday dengan cincin besi

Jadi, di sini, untuk pertama kalinya, magnet diubah menjadi listrik. Setelah menerima hasil ini, Faraday memutuskan untuk mendiversifikasi eksperimennya. Alih-alih cincin besi, ia mulai menggunakan pita besi. Alih-alih menarik magnet dalam besi dengan arus galvanik, dia membuat magnet besi dengan menyentuhnya ke magnet baja permanen. Hasilnya sama: pada kawat yang melilit besi, arus selalu tereksitasi pada saat magnetisasi dan demagnetisasi besi. Kemudian Faraday memperkenalkan magnet baja ke dalam spiral kawat - pendekatan dan penghapusan yang terakhir menyebabkan arus induksi di kawat. Singkatnya, magnetisme, dalam arti eksitasi arus induktif, bertindak dengan cara yang persis sama dengan arus galvanik.

Pada saat itu, fisikawan sangat sibuk dengan satu fenomena misterius yang ditemukan pada tahun 1824 oleh Arago dan tidak menemukan penjelasan, terlepas dari kenyataan bahwa ilmuwan luar biasa pada waktu itu seperti Arago sendiri, Ampre, Poisson, Babaj dan Herschel secara intensif mencari ini. penjelasan. Masalahnya adalah sebagai berikut. Jarum magnet, tergantung bebas, dengan cepat berhenti jika lingkaran logam non-magnetik dibawa ke bawahnya; jika lingkaran kemudian dimasukkan ke dalam gerakan rotasi, jarum magnet mulai mengikutinya.

Dalam keadaan tenang, mustahil untuk menemukan daya tarik atau tolakan sedikit pun antara lingkaran dan panah, sementara lingkaran yang sama, yang sedang bergerak, menarik di belakangnya tidak hanya panah ringan, tetapi juga magnet yang berat. Fenomena yang benar-benar ajaib ini bagi para ilmuwan pada waktu itu tampak sebagai teka-teki misterius, sesuatu yang melampaui alam. Faraday, berdasarkan data di atas, membuat asumsi bahwa lingkaran logam non-magnetik, di bawah pengaruh magnet, disirkulasikan selama rotasi oleh arus induktif yang mempengaruhi jarum magnet dan menariknya di belakang magnet. Memang, dengan memperkenalkan tepi lingkaran antara kutub magnet besar berbentuk tapal kuda dan menghubungkan pusat dan tepi lingkaran dengan galvanometer dengan kawat, Faraday menerima arus listrik konstan selama rotasi lingkaran.

Setelah ini, Faraday menetap di fenomena lain yang kemudian menyebabkan rasa ingin tahu umum. Seperti yang Anda ketahui, jika serbuk besi ditaburkan pada magnet, mereka dikelompokkan menurut garis-garis tertentu, yang disebut kurva magnetik. Faraday, menarik perhatian pada fenomena ini, memberikan dasar pada tahun 1831 untuk kurva magnetik, nama "garis gaya magnet", yang kemudian mulai digunakan secara umum. Studi tentang "garis" ini membawa Faraday ke penemuan baru, ternyata untuk eksitasi arus induktif, pendekatan dan pemindahan sumber dari kutub magnet tidak diperlukan. Untuk membangkitkan arus, cukup melintasi garis gaya magnet dengan cara yang diketahui.

Beras. 4. "Garis-garis gaya magnet"

Pekerjaan selanjutnya Faraday ke arah yang disebutkan di atas memperoleh, dari sudut pandang kontemporer, karakter sesuatu yang benar-benar ajaib. Pada awal tahun 1832, ia mendemonstrasikan sebuah alat yang di dalamnya terdapat arus induktif yang dibangkitkan tanpa bantuan magnet atau arus galvanik. Perangkat ini terdiri dari strip besi yang ditempatkan di gulungan kawat. Perangkat ini, dalam kondisi biasa, tidak memberikan sedikit pun tanda munculnya arus di dalamnya; tetapi segera setelah dia diberi arah yang sesuai dengan arah jarum magnet, sebuah arus dibangkitkan dalam kawat.

Kemudian Faraday memberikan posisi jarum magnet ke satu kumparan dan kemudian memasukkan strip besi ke dalamnya: arus kembali bersemangat. Alasan yang menyebabkan arus dalam kasus ini adalah magnet terestrial, yang menyebabkan arus induktif seperti magnet biasa atau arus galvanik. Untuk menunjukkan dan membuktikan ini lebih jelas, Faraday melakukan eksperimen lain yang sepenuhnya mengkonfirmasi ide-idenya.

Dia beralasan bahwa jika lingkaran logam non-magnetik, misalnya, tembaga, berputar pada posisi di mana ia memotong garis gaya magnet dari magnet tetangga, memberikan arus induktif, maka lingkaran yang sama, berputar tanpa adanya magnet, tetapi dalam posisi di mana lingkaran akan melintasi garis magnet terestrial, juga harus memberikan arus induktif. Dan memang, lingkaran tembaga, yang diputar dalam bidang horizontal, memberikan arus induktif, yang menghasilkan penyimpangan yang nyata dari jarum galvanometer. Faraday mengakhiri serangkaian studi di bidang induksi listrik dengan penemuan, yang dibuat pada tahun 1835, tentang "efek induktif arus pada dirinya sendiri."

Dia menemukan bahwa ketika arus galvanik ditutup atau dibuka, arus induktif sesaat tereksitasi dalam kawat itu sendiri, yang berfungsi sebagai konduktor untuk arus ini.

Fisikawan Rusia Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) memberikan aturan untuk menentukan arah arus induksi. “Arus induksi selalu diarahkan sedemikian rupa sehingga medan magnet yang ditimbulkannya menghambat atau memperlambat gerakan yang menyebabkan induksi,” catat A.A. Korobko-Stefanov dalam artikelnya tentang induksi elektromagnetik. - Misalnya, ketika kumparan mendekati magnet, arus induktif yang dihasilkan memiliki arah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dibuat olehnya akan berlawanan dengan medan magnet magnet. Akibatnya, gaya tolak muncul antara kumparan dan magnet. Aturan Lenz mengikuti hukum kekekalan dan transformasi energi. Jika arus induksi mempercepat gerakan yang menyebabkannya, maka usaha akan tercipta dari ketiadaan. Kumparan itu sendiri, setelah dorongan kecil, akan bergegas menuju magnet, dan pada saat yang sama arus induksi akan melepaskan panas di dalamnya. Pada kenyataannya, arus induksi tercipta karena usaha mendekatkan magnet dan kumparan.

Beras. 5. Aturan Lenz

Mengapa ada arus induksi? Penjelasan mendalam tentang fenomena induksi elektromagnetik diberikan oleh fisikawan Inggris James Clerk Maxwell, pencipta teori matematika medan elektromagnetik. Untuk lebih memahami esensi masalah, pertimbangkan eksperimen yang sangat sederhana. Biarkan kumparan terdiri dari satu lilitan kawat dan ditusuk oleh medan magnet bolak-balik yang tegak lurus terhadap bidang lilitan. Pada kumparan tersebut tentunya terdapat arus induksi. Maxwell menafsirkan eksperimen ini dengan keberanian dan ketak terdugaan yang luar biasa.

Ketika medan magnet berubah dalam ruang, menurut Maxwell, sebuah proses muncul di mana keberadaan kumparan kawat tidak penting. Hal utama di sini adalah munculnya garis cincin tertutup medan listrik, yang menutupi medan magnet yang berubah. Di bawah aksi medan listrik yang muncul, elektron mulai bergerak, dan arus listrik muncul di koil. Kumparan hanyalah perangkat yang memungkinkan Anda mendeteksi medan listrik. Inti dari fenomena induksi elektromagnetik adalah bahwa medan magnet bolak-balik selalu menghasilkan medan listrik dengan garis-garis gaya tertutup di ruang sekitarnya. Medan seperti ini disebut medan vortex.

Penelitian di bidang induksi yang dihasilkan oleh magnetisme terestrial memberi Faraday kesempatan untuk mengungkapkan gagasan telegraf sejak tahun 1832, yang kemudian menjadi dasar penemuan ini. Secara umum, penemuan induksi elektromagnetik bukan tanpa alasan dikaitkan dengan sebagian besar penemuan luar biasa Abad XIX - karya jutaan motor listrik dan generator arus listrik di seluruh dunia didasarkan pada fenomena ini ...

Aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik

1. Penyiaran

Beras. 6. Radio

2. Magnetoterapi

Dalam spektrum frekuensi tempat yang berbeda ditempati oleh gelombang radio, cahaya, sinar-x dan radiasi elektromagnetik lainnya. Mereka biasanya dicirikan oleh medan listrik dan magnet yang terus menerus saling berhubungan.

3. Synchrophasotrons

4. Pengukur aliran

5. Generator DC

6. Transformer

Transformator banyak digunakan dalam transmisi energi listrik jarak jauh, distribusinya di antara penerima, serta di berbagai perangkat penyearah, penguatan, pensinyalan, dan lainnya.

Menggunakan transformator dengan rasio putaran terbalik, Anda dapat dengan mudah dan sederhana mendapatkan tegangan yang dikurangi.

Daftar literatur yang digunakan

1. [Sumber daya elektronik]. Induksi elektromagnetik.

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

2. [Sumber daya elektronik].Faraday. Penemuan induksi elektromagnetik.

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

3. [Sumber daya elektronik]. Penemuan induksi elektromagnetik.

4. [Sumber daya elektronik]. Aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik.

Setelah penemuan Oersted dan Ampre, menjadi jelas bahwa listrik memiliki gaya magnet. Sekarang perlu untuk mengkonfirmasi pengaruh fenomena magnetik pada yang listrik. Masalah ini diselesaikan dengan brilian oleh Faraday.

Pada tahun 1821, M. Faraday membuat catatan dalam buku hariannya: "Ubah magnetisme menjadi listrik." Setelah 10 tahun, masalah ini diselesaikan olehnya.

Jadi, Michael Faraday (1791-1867) - ahli fisika dan kimia Inggris.

Salah satu pendiri elektrokimia kuantitatif. Pertama kali diterima (1823) di keadaan cair klorin, kemudian hidrogen sulfida, karbon dioksida, amonia, dan nitrogen dioksida. Ditemukan (1825) benzena, mempelajari fisiknya dan beberapa Sifat kimia. Memperkenalkan konsep permitivitas dielektrik. Nama Faraday masuk ke dalam sistem satuan listrik sebagai satuan kapasitansi listrik.

Banyak dari karya-karya ini dapat dengan sendirinya mengabadikan nama pengarangnya. Namun karya ilmiah Faraday yang paling penting adalah penelitiannya di bidang elektromagnetisme dan induksi listrik. Sebenarnya, cabang penting fisika, yang membahas fenomena elektromagnetisme dan listrik induktif, dan yang saat ini sangat penting bagi teknologi, diciptakan oleh Faraday dari ketiadaan.

Ketika Faraday akhirnya mengabdikan dirinya untuk penelitian di bidang listrik, ditemukan bahwa, dalam kondisi biasa, kehadiran benda yang dialiri listrik cukup untuk pengaruhnya membangkitkan listrik di benda lain mana pun.

Pada saat yang sama, diketahui bahwa kawat yang dilalui arus dan yang juga merupakan benda yang dialiri listrik tidak memiliki efek pada kabel lain yang ditempatkan di dekatnya. Apa yang menyebabkan pengecualian ini? Ini adalah pertanyaan yang menarik Faraday dan solusinya membawanya ke penemuan paling penting di bidang listrik induksi.

Faraday melilitkan dua kabel berinsulasi sejajar satu sama lain pada penggulung kayu yang sama. Dia menghubungkan ujung satu kawat ke baterai sepuluh elemen, dan ujung lainnya ke galvanometer sensitif. Ketika arus dilewatkan melalui kawat pertama, Faraday mengalihkan semua perhatiannya ke galvanometer, berharap untuk memperhatikan dari osilasinya munculnya arus di kawat kedua. Namun, tidak ada yang seperti itu: galvanometer tetap tenang. Faraday memutuskan untuk meningkatkan arus dan memasukkan 120 sel galvanik ke dalam sirkuit. Hasilnya sama. Faraday mengulangi eksperimen ini puluhan kali, semuanya dengan keberhasilan yang sama. Siapa pun yang menggantikannya akan meninggalkan eksperimen, yakin bahwa arus yang melewati kawat tidak berpengaruh pada kawat yang berdekatan. Tetapi Faraday selalu mencoba mengekstrak dari eksperimen dan pengamatannya segala sesuatu yang dapat mereka berikan, dan karena itu, karena tidak menerima efek langsung pada kabel yang terhubung ke galvanometer, ia mulai mencari efek samping.

medan arus listrik induksi elektromagnetik

Dia segera memperhatikan bahwa galvanometer, yang tetap benar-benar tenang selama seluruh aliran arus, mulai berosilasi pada penutupan sirkuit, dan ketika dibuka, ternyata pada saat arus dilewatkan ke yang pertama. kawat, dan juga ketika transmisi ini berhenti, selama kawat kedua juga dirangsang oleh arus, yang dalam kasus pertama berlawanan arah dengan arus pertama dan sama dengan itu dalam kasus kedua dan hanya berlangsung satu saat.

Menjadi seketika, langsung menghilang setelah kemunculannya, arus induktif tidak akan memiliki arti praktis jika Faraday tidak menemukan cara, dengan bantuan perangkat yang cerdik (komutator), untuk terus-menerus menginterupsi dan kembali mengalirkan arus primer yang berasal dari baterai melalui kawat pertama, yang pada kawat kedua terus-menerus dieksitasi oleh arus induktif yang semakin banyak, sehingga menjadi konstan. Dengan demikian, sumber energi listrik baru ditemukan, selain yang diketahui sebelumnya (proses gesekan dan kimia), - induksi, dan jenis energi baru ini - listrik induksi.

INDUKSI ELEKTROMAGNETIK(lat. inductio - bimbingan) - fenomena menghasilkan medan listrik pusaran oleh medan magnet bolak-balik. Jika Anda memasukkan konduktor tertutup ke dalam medan magnet bolak-balik, maka arus listrik akan muncul di dalamnya. Munculnya arus ini disebut induksi arus, dan arus itu sendiri disebut induktif.

Studi tentang terjadinya arus listrik selalu mengkhawatirkan para ilmuwan. Setelah ilmuwan Denmark Oersted menemukan pada awal abad ke-19 bahwa medan magnet muncul di sekitar arus listrik, para ilmuwan bertanya-tanya apakah medan magnet dapat menghasilkan arus listrik dan sebaliknya.Ilmuwan pertama yang berhasil adalah ilmuwan Michael Faraday.

Eksperimen Faraday

Setelah banyak percobaan, Faraday mampu mencapai beberapa hasil.

1. Terjadinya arus listrik

Untuk melakukan percobaan, ia mengambil sebuah kumparan dengan jumlah besar berputar dan menghubungkannya ke miliammeter (perangkat yang mengukur arus). Dalam arah naik dan turun, ilmuwan menggerakkan magnet di sekitar kumparan.

Selama percobaan, arus listrik benar-benar muncul dalam kumparan karena perubahan medan magnet di sekitarnya.

Menurut pengamatan Faraday, jarum miliammeter menyimpang dan menunjukkan bahwa pergerakan magnet menghasilkan arus listrik. Ketika magnet berhenti, panah menunjukkan tanda nol, mis. tidak ada arus yang bersirkulasi dalam rangkaian.

Nasi. 1 Perubahan kuat arus pada kumparan karena adanya gerakan penolakan

Fenomena ini, di mana arus terjadi di bawah pengaruh medan magnet bolak-balik dalam konduktor, disebut fenomena induksi elektromagnetik.

2.Mengubah arah arus induksi

Dalam penelitiannya selanjutnya, Michael Faraday mencoba mencari tahu apa yang mempengaruhi arah arus listrik induktif yang dihasilkan. Saat melakukan percobaan, ia memperhatikan bahwa dengan mengubah jumlah kumparan pada kumparan atau polaritas magnet, arah arus listrik yang terjadi dalam jaringan tertutup berubah.

3. Fenomena induksi elektromagnetik

Untuk melakukan percobaan, ilmuwan mengambil dua gulungan, yang ditempatkan berdekatan satu sama lain. Kumparan pertama dengan sejumlah besar lilitan kawat, dihubungkan ke sumber arus dan kunci yang membuka dan menutup rangkaian. Dia menghubungkan kumparan yang sama kedua ke miliammeter tanpa terhubung ke sumber arus.

Saat melakukan percobaan, Faraday memperhatikan bahwa ketika rangkaian listrik ditutup, arus induksi terjadi, yang dapat dilihat dari pergerakan panah miliammeter. Ketika rangkaian dibuka, miliammeter juga menunjukkan bahwa ada arus listrik di rangkaian, tetapi pembacaannya justru sebaliknya. Saat rangkaian ditutup dan arus disirkulasikan secara merata, tidak ada arus pada rangkaian listrik menurut data miliammeter.

https://youtu.be/iVYEeX5mTJ8

Kesimpulan dari percobaan

Sebagai hasil dari penemuan Faraday, hipotesis berikut terbukti: arus listrik muncul hanya ketika medan magnet berubah. Juga telah terbukti bahwa mengubah jumlah lilitan pada kumparan mengubah nilai arus (menambah kumparan meningkatkan arus). Selain itu, arus listrik yang diinduksi dapat muncul dalam rangkaian tertutup hanya dengan adanya medan magnet bolak-balik.

Apa yang menentukan arus listrik induktif?

Berdasarkan semua hal di atas, dapat dicatat bahwa meskipun ada medan magnet, tidak akan menghasilkan arus listrik, jika medan ini tidak bolak-balik.

Jadi bergantung pada apa besarnya medan induksi?

Jumlah lilitan pada kumparan;
Tingkat perubahan medan magnet;
Kecepatan magnetnya.

Fluks magnet adalah besaran yang mencirikan medan magnet. Mengubah, fluks magnet menyebabkan perubahan arus listrik yang diinduksi.

Gbr. 2 Perubahan kekuatan arus saat menggerakkan a) kumparan tempat solenoida berada; b) magnet permanen dengan memasukkannya ke dalam kumparan

Hukum Faraday

Berdasarkan percobaan, Michael Faraday merumuskan hukum induksi elektromagnetik. Hukumnya adalah, ketika medan magnet berubah, itu mengarah pada munculnya arus listrik, sedangkan arus menunjukkan adanya gaya gerak listrik induksi elektromagnetik (EMF).

Mengubah kecepatan arus magnet memerlukan perubahan kecepatan arus dan EMF.

Hukum Faraday: EMF induksi elektromagnetik secara numerik sama dan berlawanan tanda dengan laju perubahan fluks magnet yang melewati permukaan yang dibatasi oleh kontur

induktansi lingkaran. Induksi diri.

Medan magnet dibuat ketika arus mengalir dalam rangkaian tertutup. Dalam hal ini, kekuatan arus mempengaruhi fluks magnet dan menginduksi EMF.

Induksi diri adalah fenomena di mana ggl induksi terjadi ketika kekuatan arus dalam rangkaian berubah.

Induksi diri bervariasi tergantung pada fitur bentuk sirkuit, dimensinya, dan lingkungan yang menampungnya.

Saat arus listrik meningkat, arus induktif-diri dari loop dapat memperlambatnya. Ketika berkurang, arus induksi diri, sebaliknya, tidak memungkinkannya berkurang begitu cepat. Dengan demikian, rangkaian mulai memiliki inersia listriknya, memperlambat setiap perubahan arus.

Penerapan ggl induksi

Fenomena induksi elektromagnetik memiliki aplikasi praktis pada generator, transformator, dan motor yang menggunakan listrik.

Dalam hal ini, arus untuk tujuan ini diperoleh dengan cara berikut:

Perubahan arus dalam kumparan;
Pergerakan medan magnet melalui magnet permanen dan elektromagnet;
Perputaran kumparan atau kumparan dalam medan magnet konstan.

Penemuan induksi elektromagnetik oleh Michael Faraday memberikan kontribusi besar bagi sains dan kehidupan kita sehari-hari. Penemuan ini menjadi pendorong untuk penemuan lebih lanjut di bidang studi medan elektromagnetik dan banyak digunakan di kehidupan modern dari orang-orang.

Aplikasi praktis induksi elektromagnetik

Fenomena induksi elektromagnetik digunakan terutama untuk mengubah energi mekanik menjadi energi arus listrik. Untuk tujuan ini, terapkan alternator(generator induksi).

dosa

TETAPI

PADA

Dengan

Beras. 4.6

Untuk produksi industri listrik di pembangkit listrik digunakan generator sinkron(generator turbo, jika stasiunnya termal atau nuklir, dan generator hidro, jika stasiunnya hidrolik). Bagian diam dari generator sinkron disebut stator, dan berputar - rotor(Gbr. 4.6). Rotor generator memiliki belitan DC (belitan eksitasi) dan merupakan elektromagnet yang kuat. DC dikirim ke
belitan eksitasi melalui peralatan kontak sikat, magnetisasi rotor, dan dalam hal ini elektromagnet dengan kutub utara dan selatan terbentuk.

Pada stator generator ada tiga belitan arus bolak-balik, yang diimbangi satu relatif ke yang lain dengan 120 0 dan saling berhubungan sesuai dengan rangkaian switching tertentu.

Ketika rotor tereksitasi berputar dengan bantuan turbin uap atau hidrolik, kutubnya lewat di bawah belitan stator, dan gaya gerak listrik yang berubah menurut hukum harmonik diinduksi di dalamnya. Selanjutnya, generator sesuai dengan skema tertentu jaringan listrik terhubung ke node konsumsi daya.

Jika Anda mentransfer listrik dari generator stasiun ke konsumen melalui saluran listrik secara langsung (pada tegangan generator, yang relatif kecil), maka kerugian besar energi dan tegangan akan terjadi di jaringan (perhatikan rasio , ). Oleh karena itu, untuk transportasi listrik yang ekonomis, perlu dilakukan pengurangan kuat arus. Namun, karena daya yang ditransmisikan tetap tidak berubah, tegangan harus
bertambah dengan faktor yang sama dengan arus yang berkurang.

Pada konsumen listrik, pada gilirannya, tegangan harus diturunkan ke tingkat yang diperlukan. Perangkat listrik yang tegangannya dinaikkan atau diturunkan beberapa kali disebut transformer. Kerja transformator juga didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik.

dosa

Kemudian

Pada transformator yang kuat, resistansi kumparan sangat kecil,
oleh karena itu, tegangan pada terminal belitan primer dan sekunder kira-kira sama dengan EMF:

di mana k- rasio transformasi. Pada k<1 () transformator adalah pemeliharaan, pada k>1 () transformator adalah penurunan.

Ketika terhubung ke belitan sekunder transformator beban, arus akan mengalir di dalamnya. Dengan peningkatan konsumsi listrik menurut undang-undang
konservasi energi, energi yang dikeluarkan oleh generator stasiun harus meningkat, yaitu

Ini berarti bahwa dengan meningkatkan tegangan dengan transformator
di k kali, dimungkinkan untuk mengurangi kekuatan arus dalam rangkaian dengan jumlah yang sama (dalam hal ini, kerugian Joule berkurang sebesar k 2 kali).

Topik 17. Dasar-dasar teori Maxwell untuk medan elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik

Pada tahun 60-an. abad ke-19 Ilmuwan Inggris J. Maxwell (1831-1879) merangkum hukum medan listrik dan magnet yang ditetapkan secara eksperimental dan menciptakan kesatuan yang lengkap. teori medan elektromagnetik. Ini memungkinkan Anda untuk memutuskan tugas utama elektrodinamika: temukan karakteristik medan elektromagnetik dari sistem muatan dan arus listrik tertentu.

Maxwell berhipotesis bahwa setiap medan magnet bolak-balik membangkitkan medan listrik pusaran di ruang sekitarnya, yang sirkulasinya merupakan penyebab ggl induksi elektromagnetik di sirkuit:

(5.1)

Persamaan (5.1) disebut persamaan kedua Maxwell. Arti persamaan ini adalah bahwa medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik pusaran, dan yang terakhir, pada gilirannya, menyebabkan perubahan medan magnet di dielektrik atau vakum di sekitarnya. Karena medan magnet diciptakan oleh arus listrik, maka menurut Maxwell, pusaran medan listrik harus dianggap sebagai arus tertentu,
yang mengalir baik dalam dielektrik maupun dalam ruang hampa. Maxwell menyebut arus ini arus bias.

Arus perpindahan, sebagai berikut dari teori Maxwell
dan eksperimen Eichenwald, menciptakan medan magnet yang sama dengan arus konduksi.

Dalam teorinya, Maxwell memperkenalkan konsep arus penuh sama dengan jumlah
arus konduksi dan perpindahan. Oleh karena itu, rapat arus total

Menurut Maxwell, arus total dalam rangkaian selalu tertutup, yaitu hanya arus konduksi yang putus di ujung-ujung penghantar, dan di dalam dielektrik (vakum) di antara ujung-ujung penghantar terdapat arus perpindahan yang menutup arus konduksi.

Memperkenalkan konsep arus total, Maxwell menggeneralisasi teorema sirkulasi vektor (atau ):

(5.6)

Persamaan (5.6) disebut Persamaan pertama Maxwell dalam bentuk integral. Ini adalah hukum umum dari arus total dan menyatakan posisi utama dari teori elektromagnetik: arus perpindahan menciptakan medan magnet yang sama dengan arus konduksi.

Teori makroskopik terpadu dari medan elektromagnetik yang diciptakan oleh Maxwell memungkinkan, dari sudut pandang terpadu, tidak hanya untuk menjelaskan fenomena listrik dan magnet, tetapi untuk memprediksi yang baru, yang keberadaannya kemudian dikonfirmasi dalam praktik (misalnya, penemuan gelombang elektromagnetik).

Meringkas ketentuan yang dibahas di atas, kami menyajikan persamaan yang menjadi dasar teori elektromagnetik Maxwell.

1. Teorema tentang sirkulasi vektor medan magnet:

Persamaan ini menunjukkan bahwa medan magnet dapat dibuat baik dengan memindahkan muatan (arus listrik) atau dengan medan listrik bolak-balik.

2. Medan listrik dapat berupa potensial () dan pusaran (), sehingga kekuatan medan total . Karena sirkulasi vektor sama dengan nol, maka sirkulasi vektor kuat medan listrik total

Persamaan ini menunjukkan bahwa sumber medan listrik tidak hanya muatan listrik, tetapi juga medan magnet yang berubah terhadap waktu.

3. ,

di mana kerapatan muatan volume di dalam permukaan tertutup; adalah konduktivitas spesifik zat.

Untuk bidang stasioner ( E = konstan , B = const) Persamaan Maxwell berbentuk

yaitu, sumber medan magnet dalam hal ini hanya
arus konduksi, dan sumber medan listrik hanyalah muatan listrik. Dalam kasus khusus ini, medan listrik dan magnet tidak tergantung satu sama lain, yang memungkinkan untuk dipelajari secara terpisah permanen medan listrik dan magnet.

Menggunakan diketahui dari analisis vektor Teorema Stokes dan Gauss, bisa dibayangkan sistem lengkap persamaan Maxwell dalam bentuk diferensial(mencirikan bidang pada setiap titik dalam ruang):

(5.7)

Jelas, persamaan Maxwell tidak simetris tentang medan listrik dan magnet. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa alam
Ada muatan listrik, tetapi tidak ada muatan magnet.

Persamaan Maxwell adalah persamaan paling umum untuk kelistrikan
dan medan magnet dalam media diam. Mereka memainkan peran yang sama dalam teori elektromagnetisme sebagai hukum Newton dalam mekanika.

gelombang elektromagnetik disebut medan elektromagnetik bolak-balik yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan terbatas.

Keberadaan gelombang elektromagnetik mengikuti persamaan Maxwell, yang dirumuskan pada tahun 1865 atas dasar generalisasi hukum empiris fenomena listrik dan magnet. Gelombang elektromagnetik terbentuk karena interkoneksi medan listrik dan magnet bolak-balik - perubahan dalam satu bidang menyebabkan perubahan di bidang lain, yaitu, semakin cepat perubahan induksi medan magnet dalam waktu, semakin besar kekuatan medan listrik, dan dan sebaliknya. Jadi, untuk pembentukan gelombang elektromagnetik yang intens, perlu untuk membangkitkan osilasi elektromagnetik dengan frekuensi yang cukup tinggi. Kecepatan fase gelombang elektromagnetik ditentukan
sifat listrik dan magnet medium:

Dalam ruang hampa ( ) kecepatan rambat gelombang elektromagnetik bertepatan dengan kecepatan cahaya; dalam hal , Itu sebabnya kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam materi selalu lebih kecil daripada di ruang hampa.

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang geser –
osilasi dari vektor dan terjadi pada bidang yang saling tegak lurus, dan vektor , dan membentuk sistem tangan kanan. Ini juga mengikuti dari persamaan Maxwell bahwa dalam gelombang elektromagnetik vektor dan selalu berosilasi dalam fase yang sama, dan nilai sesaat E dan H pada titik mana pun terkait oleh relasi

persamaan bidang gelombang elektromagnetik dalam bentuk vektor:

(6.66)

kamu

Beras. 6.21

pada gambar. 6.21 menunjukkan "snapshot" gelombang elektromagnetik bidang. Dari sini dapat diketahui bahwa vektor-vektor membentuk sistem tangan kanan dengan arah rambat gelombang. Pada titik tetap dalam ruang, vektor medan listrik dan magnet berubah terhadap waktu sesuai dengan hukum harmonik.

Untuk mengkarakterisasi perpindahan energi oleh gelombang apa pun dalam fisika, besaran vektor disebut kerapatan fluks energi. Secara numerik sama dengan jumlah energi yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan luas yang tegak lurus dengan arah di mana
gelombang merambat. Arah vektor bertepatan dengan arah transfer energi. Nilai rapatan fluks energi dapat diperoleh dengan mengalikan rapat energi dengan kecepatan gelombang

Kerapatan energi medan elektromagnetik adalah jumlah rapatan energi medan listrik dan rapat energi medan magnet:

(6.67)

Mengalikan rapat energi gelombang elektromagnetik dengan kecepatan fasenya, kita memperoleh rapat fluks energi

(6.68)

Vektor dan saling tegak lurus dan membentuk sistem tangan kanan dengan arah rambat gelombang. Oleh karena itu arah
vektor bertepatan dengan arah transfer energi, dan modulus vektor ini ditentukan oleh hubungan (6,68). Oleh karena itu, vektor kerapatan fluks energi dari gelombang elektromagnetik dapat direpresentasikan sebagai produk vektor

(6.69)

Panggilan vektor Vektor Umov-Poynting.

Getaran dan gelombang

Topik 18. Longgar getaran harmonik

Gerakan yang memiliki tingkat pengulangan tertentu disebut fluktuasi.

Jika nilai-nilai besaran fisis yang berubah dalam proses gerakannya diulang secara berkala, maka gerakan seperti itu disebut berkala (pergerakan planet mengelilingi Matahari, pergerakan piston di silinder mesin pembakaran internal, dll.). Sistem osilasi, terlepas dari sifat fisiknya, disebut osilator. Contoh osilator adalah beban berosilasi yang tergantung pada pegas atau utas.

Ayunan penuhsatu siklus lengkap gerak osilasi disebut, setelah itu diulang dalam urutan yang sama.

Menurut metode eksitasi, getaran dibagi menjadi:

· Gratis(intrinsik) yang terjadi dalam sistem yang disajikan pada dirinya sendiri di dekat posisi kesetimbangan setelah beberapa dampak awal;

· dipaksa terjadi di bawah tindakan eksternal berkala;

· parametrik, terjadi ketika mengubah parameter apa pun dari sistem osilasi;

· osilasi diri terjadi dalam sistem yang secara independen mengatur aliran pengaruh eksternal.

Setiap gerakan osilasi ditandai amplitudo A - deviasi maksimum titik berosilasi dari posisi keseimbangan.

Getaran suatu titik yang terjadi dengan amplitudo konstan disebut tidak teredam, dan fluktuasi dengan amplitudo yang menurun secara bertahap – kabur.

Waktu yang diperlukan untuk melakukan getaran penuh disebut Titik(T).

Frekuensi Getaran periodik disebut jumlah getaran lengkap per satuan waktu. Unit frekuensi osilasi - hertz(Hz). Hertz adalah frekuensi osilasi, yang periodenya sama dengan 1 dtk: 1 Hz = 1 dtk -1 .

berhubung dgn putaranatau frekuensi melingkar getaran periodik adalah jumlah getaran lengkap yang dilakukan dalam satu waktu 2p dengan: . \u003d rad / dtk.