Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Applicazione pratica dell'induzione elettromagnetica

Trasmissione

Nello spazio circostante si crea un campo magnetico alternato, eccitato da una corrente variabile campo elettrico, che a sua volta eccita un campo magnetico e così via. Generandosi reciprocamente, questi campi formano un unico campo elettromagnetico variabile: un'onda elettromagnetica. Essendo sorto nel punto in cui c'è un filo con corrente, il campo elettromagnetico si propaga nello spazio alla velocità della luce -300.000 km/s.

Magnetoterapia

Nello spettro di frequenza luoghi differenti occupata da onde radio, luce, raggi X Altro radiazioni elettromagnetiche. Di solito sono caratterizzati da campi elettrici e magnetici continuamente interconnessi.

sincrofasotroni

Attualmente, un campo magnetico è inteso come una forma speciale di materia costituita da particelle cariche. Nella fisica moderna, i fasci di particelle cariche vengono utilizzati per penetrare in profondità negli atomi per studiarli. La forza con cui un campo magnetico agisce su una particella carica in movimento è chiamata forza di Lorentz.

Flussimetri - metri

Il metodo si basa sull'applicazione della legge di Faraday per un conduttore in un campo magnetico: nel flusso di un liquido elettricamente conduttivo che si muove in un campo magnetico, viene indotto un EMF proporzionale alla velocità del flusso, che viene convertito dalla parte elettronica in un segnale elettrico analogico/digitale.

Generatore corrente continua

Nella modalità generatore, l'armatura della macchina ruota sotto l'influenza di un momento esterno. Tra i poli dello statore c'è una costante flusso magnetico ancora perforante. I conduttori degli avvolgimenti dell'indotto si muovono in un campo magnetico e, quindi, in essi viene indotto un EMF, la cui direzione può essere determinata dalla regola " mano destra". In questo caso, si verifica un potenziale positivo su una spazzola rispetto alla seconda. Se un carico è collegato ai terminali del generatore, vi scorrerà una corrente.

trasformatori

I trasformatori sono ampiamente utilizzati nella trasmissione energia elettrica su lunghe distanze, la sua distribuzione tra i ricevitori, nonché in vari dispositivi di rettifica, amplificazione, segnalazione e altri.

La trasformazione dell'energia nel trasformatore avviene mediante un campo magnetico alternato. Il trasformatore è un nucleo di sottili piastre di acciaio isolate l'una dall'altra, su cui sono posizionati due e talvolta più avvolgimenti (bobine) di filo isolato. L'avvolgimento a cui è collegata la fonte di energia elettrica corrente alternata, è chiamato avvolgimento primario, gli avvolgimenti rimanenti sono chiamati secondari.

Se nell'avvolgimento secondario del trasformatore vengono avvolte tre volte più spire rispetto al primario, il campo magnetico creato nel nucleo dall'avvolgimento primario, attraversando le spire dell'avvolgimento secondario, creerà in esso una tensione tre volte maggiore.

Usando un trasformatore con un rapporto di inversione di giri, puoi ottenere altrettanto facilmente e semplicemente una tensione ridotta.

Khudoley Andrey, Khnykov Igor

Applicazione pratica del fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

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Induzione elettromagnetica in tecnologia moderna Eseguito dagli studenti della classe 11 "A" MOUSOSH n. 2 della città di Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica fu scoperto il 29 agosto 1831 da Michael Faraday. Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è il verificarsi corrente elettrica in un circuito conduttore, che è fermo in un campo magnetico variabile nel tempo, oppure si muove in un campo magnetico costante in modo tale che il numero di linee di induzione magnetica che penetrano nel circuito cambia.

L'EMF dell'induzione elettromagnetica in un circuito chiuso è numericamente uguale e di segno opposto alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata da questo circuito. La direzione della corrente di induzione (così come l'intensità dell'EMF) è considerata positiva se coincide con la direzione selezionata per bypassare il circuito.

L'esperimento di Faraday Un magnete permanente viene inserito o rimosso da una bobina collegata a un galvanometro. Quando il magnete si muove nel circuito, si genera una corrente elettrica.In un mese Faraday scopre sperimentalmente tutte le caratteristiche essenziali del fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Al momento, gli esperimenti di Faraday possono essere eseguiti da chiunque.

risorse principali elettro campo magnetico Come si possono identificare le principali sorgenti del campo elettromagnetico: Linee elettriche. Cablaggio (all'interno di edifici e strutture). Elettrodomestici. Computer personale. Emittenti televisive e radiofoniche. Comunicazioni satellitari e cellulari (dispositivi, ripetitori). Trasporto elettrico. installazioni radar.

Linee elettriche I fili di una linea elettrica in esercizio creano un campo elettromagnetico di frequenza industriale (50 Hz) nello spazio adiacente (a distanze dell'ordine di decine di metri dal filo). Inoltre, l'intensità del campo vicino alla linea può variare in un ampio intervallo, a seconda del suo carico elettrico. In realtà confini zona di protezione sanitaria sono installati lungo la linea di confine di massima tensione più lontano dai fili campo elettrico pari a 1 kV/m.

Cablaggio elettrico Il cablaggio elettrico comprende: cavi di alimentazione per i sistemi di supporto vitale degli edifici, cavi di distribuzione dell'energia, nonché quadri di derivazione, scatole di alimentazione e trasformatori. Il cablaggio elettrico è la principale fonte del campo elettromagnetico a frequenza industriale nei locali residenziali. In questo caso, il livello dell'intensità del campo elettrico emesso dalla sorgente è spesso relativamente basso (non supera i 500 V/m).

Elettrodomestici Le sorgenti di campi elettromagnetici sono tutte Elettrodomestici funzionante con corrente elettrica. Allo stesso tempo, il livello di radiazione varia nell'intervallo più ampio, a seconda del modello, del dispositivo del dispositivo e della modalità di funzionamento specifica. Inoltre, il livello di radiazione dipende fortemente dal consumo energetico del dispositivo: maggiore è la potenza, maggiore è il livello del campo elettromagnetico durante il funzionamento del dispositivo. L'intensità del campo elettrico vicino agli elettrodomestici non supera le decine di V/m.

Personal computer La principale fonte di effetti negativi sulla salute per un utente di computer è il dispositivo di visualizzazione visiva (VOD) del monitor. Oltre al monitor e all'unità di sistema, un personal computer può includere anche un gran numero di altri dispositivi (come stampanti, scanner, filtri di rete, ecc.). Tutti questi dispositivi funzionano con l'uso di corrente elettrica, il che significa che sono sorgenti di un campo elettromagnetico.

Il campo elettromagnetico dei personal computer ha la composizione ondulatoria e spettrale più complessa ed è difficile da misurare e quantificare. Ha componenti magnetiche, elettrostatiche e di radiazione (in particolare, il potenziale elettrostatico di una persona seduta davanti a un monitor può variare da -3 a +5 V). Considerando la condizione che computer personale ora ampiamente utilizzato in tutti i settori attività umana, il loro impatto sulla salute umana è oggetto di attento studio e controllo

Emittenti televisive e radiofoniche Un numero significativo di emittenti radiofoniche e centri di varie affiliazioni si trovano attualmente sul territorio della Russia. Le stazioni e i centri trasmittenti si trovano in aree appositamente designate per loro e possono occupare abbastanza grandi territori(fino a 1000 ha). Per la loro struttura, includono uno o più edifici tecnici, dove si trovano i trasmettitori radio, e campi di antenne, su cui si trovano fino a diverse dozzine di sistemi di alimentazione di antenne (AFS). Ogni sistema include un'antenna radiante e una linea di alimentazione che porta il segnale di trasmissione.

Comunicazione satellitare I sistemi di comunicazione satellitare consistono in una stazione trasmittente sulla Terra e satelliti - ripetitori in orbita. Le stazioni di comunicazione satellitare trasmittenti emettono un raggio d'onda strettamente diretto, la cui densità di flusso di energia raggiunge centinaia di W/m. I sistemi di comunicazione satellitare creano un'elevata intensità di campo elettromagnetico a distanze considerevoli dalle antenne. Ad esempio, una stazione con una potenza di 225 kW, funzionante a una frequenza di 2,38 GHz, crea una densità di flusso di energia di 2,8 W/m2 a una distanza di 100 km. La dispersione dell'energia rispetto al raggio principale è molto piccola e si verifica soprattutto nell'area del posizionamento diretto dell'antenna.

Comunicazione cellulare La radiotelefonia cellulare è oggi uno dei sistemi di telecomunicazione in più intenso sviluppo. Gli elementi principali del sistema comunicazione cellulare sono stazioni base e radiotelefoni mobili. Le stazioni base mantengono la comunicazione radio con i dispositivi mobili, per cui sono sorgenti di un campo elettromagnetico. Il sistema utilizza il principio della suddivisione dell'area di copertura in zone, o cosiddette "celle", con raggio di km.

L'intensità della radiazione della stazione base è determinata dal carico, ovvero dalla presenza dei proprietari telefono cellulare nell'area di servizio di una determinata stazione base e il loro desiderio di utilizzare il telefono per una conversazione, che, a sua volta, dipende fondamentalmente dall'ora del giorno, dall'ubicazione della stazione, dal giorno della settimana e da altri fattori. Di notte, il carico delle stazioni è quasi nullo. L'intensità della radiazione dei dispositivi mobili dipende in gran parte dallo stato del canale di comunicazione "radiotelefono mobile - stazione base" (maggiore è la distanza dalla stazione base, maggiore è l'intensità della radiazione del dispositivo).

Trasporto elettrico Il trasporto elettrico (filobus, tram, metropolitana, ecc.) è una potente sorgente di campo elettromagnetico nella gamma di frequenza Hz. Allo stesso tempo, nella stragrande maggioranza dei casi, il motore elettrico di trazione funge da emettitore principale (per filobus e tram, i collettori di corrente d'aria competono con il motore elettrico in termini di intensità del campo elettrico irradiato).

Installazioni radar Le installazioni radar e radar di solito hanno antenne del tipo a riflettore ("parabole") ed emettono un raggio radio strettamente diretto. Il movimento periodico dell'antenna nello spazio porta alla discontinuità spaziale della radiazione. C'è anche una temporanea discontinuità di radiazione dovuta al funzionamento ciclico del radar per la radiazione. Funzionano a frequenze da 500 MHz a 15 GHz, ma alcune installazioni speciali possono funzionare a frequenze fino a 100 GHz o più. A causa della natura speciale della radiazione, possono creare zone con un'elevata densità di flusso di energia (100 W/m2 o più) sul terreno.

Metal detector Tecnologicamente, il principio di funzionamento di un metal detector si basa sul fenomeno della registrazione di un campo elettromagnetico che si crea attorno a qualsiasi oggetto metallico quando viene posto in un campo elettromagnetico. Questo campo elettromagnetico secondario differisce sia per intensità (intensità di campo) che per altri parametri. Questi parametri dipendono dalle dimensioni dell'oggetto e dalla sua conduttività (l'oro e l'argento hanno una conduttività molto migliore rispetto, ad esempio, al piombo) e, naturalmente, dalla distanza tra l'antenna del metal detector e l'oggetto stesso (profondità di occorrenza).

La tecnologia di cui sopra ha determinato la composizione del metal detector: è costituito da quattro blocchi principali: un'antenna (a volte le antenne di emissione e di ricezione sono diverse, a volte sono la stessa antenna), un'unità di elaborazione elettronica, un'unità di output delle informazioni (visual - Display LCD o indicatore freccia e audio - altoparlante o jack per cuffie) e alimentatore.

I metal detector sono: Ricerca Ispezione Per scopi di costruzione

Cerca Questo metal detector è progettato per cercare tutti i tipi di oggetti metallici. Di norma, questi sono i più grandi in termini di dimensioni, costi e, naturalmente, in termini di funzioni del modello. Ciò è dovuto al fatto che a volte è necessario trovare oggetti a una profondità fino a diversi metri nello spessore della terra. La potente antenna è in grado di creare un elevato livello di campo elettromagnetico e di rilevare anche le minime correnti a grandi profondità con un'elevata sensibilità. Ad esempio, un metal detector di ricerca rileva una moneta metallica a una profondità di 2-3 metri nella terra, che può contenere anche composti geologici ferruginosi.

Ispezione Viene utilizzato da servizi speciali, funzionari doganali e agenti di sicurezza di varie organizzazioni per cercare oggetti metallici (armi, metalli preziosi, fili di ordigni esplosivi, ecc.) nascosti sul corpo e negli abiti di una persona. Questi metal detector si distinguono per compattezza, facilità d'uso, presenza di modalità come la vibrazione silenziosa dell'impugnatura (in modo che la persona perquisita non sappia che l'ufficiale di ricerca ha trovato qualcosa). La gamma (profondità) di rilevamento di una moneta di rublo in tali metal detector raggiunge i 10-15 cm.

Anche ampio utilizzo ha ricevuto metal detector ad arco che sembrano un arco e richiedono che una persona lo attraversi. Lungo di loro pareti verticali sono state posate antenne ultrasensibili che rilevano oggetti metallici a tutti i livelli di crescita umana. Solitamente sono installati davanti a luoghi di intrattenimento culturale, in banche, istituzioni, ecc. caratteristica principale metal detector ad arco: alta sensibilità (regolabile) e alta velocità di elaborazione del flusso di persone.

A scopo edilizio Questa classe i metal detector con l'aiuto di allarmi sonori e luminosi aiutano i costruttori a trovare tubi metallici, elementi strutturali o carrabili posti sia nello spessore delle pareti che dietro tramezzi e contropannelli. Alcuni metal detector per scopi di costruzione sono spesso combinati in un unico dispositivo con i rilevatori costruzione in legno, rilevatori di tensione su cavi che trasportano corrente, rilevatori di perdite, ecc.

La parola "induzione" in russo significa i processi di eccitazione, guida, creazione di qualcosa. In ingegneria elettrica, questo termine è stato utilizzato per più di due secoli.

Dopo aver conosciuto le pubblicazioni del 1821, che descrivono gli esperimenti dello scienziato danese Oersted sulle deviazioni di un ago magnetico vicino a un conduttore di corrente elettrica, Michael Faraday si è dato il compito: convertire il magnetismo in elettricità.

Dopo 10 anni di ricerca, formulò la legge fondamentale dell'induzione elettromagnetica, spiegandola all'interno di qualsiasi circuito chiuso viene indotta una forza elettromotrice. Il suo valore è determinato dalla velocità di variazione del flusso magnetico che penetra nel circuito in esame, ma preso con un segno meno.

Trasmissione di onde elettromagnetiche a distanza

La prima ipotesi che è sorta nel cervello di uno scienziato non è stata coronata da un successo pratico.

Ha affiancato due conduttori chiusi. Vicino a uno ho installato un ago magnetico come indicatore della corrente che passa, e nell'altro filo ho applicato un impulso da una potente sorgente galvanica dell'epoca: una colonna di volt.

Il ricercatore ha ipotizzato che con un impulso di corrente nel primo circuito, il campo magnetico variabile al suo interno avrebbe indotto una corrente nel secondo conduttore, che avrebbe deviato l'ago magnetico. Ma il risultato è stato negativo: l'indicatore non ha funzionato. O meglio, gli mancava la sensibilità.

Il cervello dello scienziato prevedeva la creazione e la trasmissione di onde elettromagnetiche a distanza, che oggi vengono utilizzate nelle trasmissioni radiofoniche, televisive, nel controllo wireless, nelle tecnologie Wi-Fi e dispositivi simili. È stato semplicemente deluso da una base elementale imperfetta dispositivi di misurazione quella volta.

Produzione di energia

Dopo un esperimento fallito, Michael Faraday ha modificato le condizioni dell'esperimento.

Per l'esperimento, Faraday ha utilizzato due bobine con circuiti chiusi. Nel primo circuito ha fornito una corrente elettrica da una sorgente e nel secondo ha osservato l'aspetto di un EMF. La corrente che passa attraverso le spire dell'avvolgimento n. 1 ha creato un flusso magnetico attorno alla bobina, penetrando nell'avvolgimento n. 2 e formando in esso una forza elettromotrice.

Durante l'esperimento di Faraday:

• acceso l'alimentazione a impulsi di tensione al circuito con bobine fisse;
• applicata la corrente, iniettava quella superiore nella bobina inferiore;
• avvolgimento fisso n. 1 e introdotto l'avvolgimento n. 2 al suo interno;
• modificare la velocità di movimento delle bobine l'una rispetto all'altra.

In tutti questi casi, ha osservato la manifestazione della fem di induzione nella seconda bobina. E solo con il passaggio della corrente continua attraverso l'avvolgimento n. 1 e le bobine fisse di guida, non c'era forza elettromotrice.

Lo scienziato lo ha stabilito l'EMF indotto nella seconda bobina dipende dalla velocità alla quale cambia il flusso magnetico. È proporzionale alle sue dimensioni.

Lo stesso schema si manifesta completamente quando passa un circuito chiuso Sotto l'azione dell'EMF, si forma una corrente elettrica nel filo.

Il flusso magnetico nel caso in esame cambia nel circuito Sk creato da un circuito chiuso.

In questo modo, lo sviluppo creato da Faraday ha permesso di posizionare un telaio conduttivo rotante in un campo magnetico.

Lei è stata poi fatta da un largo numero giri, fissati in cuscinetti di rotazione. Alle estremità dell'avvolgimento sono stati montati collettori rotanti e spazzole che scorrevano lungo di essi e un carico è stato collegato attraverso i cavi sulla custodia. Risultò generatore moderno corrente alternata.

È finita design sempliceè stato creato quando l'avvolgimento è stato fissato su una custodia fissa e il sistema magnetico ha iniziato a ruotare. In questo caso non è stata in alcun modo violata la modalità di generazione di correnti a spese.

Il principio di funzionamento dei motori elettrici

La legge dell'induzione elettromagnetica, sostanziata da Michael Faraday, ha permesso di creare vari disegni motori elettrici. Hanno un dispositivo simile con i generatori: un rotore mobile e uno statore, che interagiscono tra loro a causa dei campi elettromagnetici rotanti.

Trasformazione elettrica

Michael Faraday ha determinato il verificarsi di una forza elettromotrice indotta e di una corrente di induzione in un avvolgimento vicino quando il campo magnetico in una bobina adiacente cambia.

La corrente all'interno dell'avvolgimento vicino viene indotta commutando il circuito dell'interruttore nella bobina 1 ed è sempre presente durante il funzionamento del generatore sull'avvolgimento 3.

Su questa proprietà, chiamata mutua induzione, si basa il funzionamento di tutti i moderni dispositivi di trasformazione.

Per migliorare il passaggio del flusso magnetico, hanno avvolgimenti isolati posti su un nucleo comune, che ha una resistenza magnetica minima. È fatto da varietà speciali acciaio e composizione di forme fogli sottili sotto forma di sezioni di una certa forma, chiamato circuito magnetico.

I trasformatori trasmettono, per induzione reciproca, l'energia di un campo elettromagnetico alternato da un avvolgimento all'altro in modo tale che avvenga una variazione, una trasformazione del valore della tensione ai suoi terminali di ingresso e di uscita.

Determina il rapporto tra il numero di giri negli avvolgimenti rapporto di trasformazione e lo spessore del filo, il design e il volume del materiale del nucleo: la quantità di potenza trasmessa, la corrente di esercizio.

Lavoro di induttori

La manifestazione dell'induzione elettromagnetica si osserva nella bobina durante una variazione dell'intensità della corrente che scorre in essa. Questo processo è chiamato autoinduzione.

Quando l'interruttore è acceso nello schema sopra, la corrente induttiva modifica la natura dell'aumento rettilineo della corrente di esercizio nel circuito, così come durante l'intervento.

Quando una tensione alternata, non costante, viene applicata a un conduttore avvolto in una bobina, il valore di corrente ridotto dalla resistenza induttiva scorre attraverso di esso. L'energia di autoinduzione sposta la fase della corrente rispetto alla tensione applicata.

Questo fenomeno è utilizzato nelle induttanze, progettate per ridurre le correnti elevate che si verificano in determinate condizioni operative dell'apparecchiatura. Tali dispositivi, in particolare, vengono utilizzati.

Caratteristica di design del circuito magnetico sull'induttore - un taglio delle piastre, che viene creato per aumentare ulteriormente la resistenza magnetica al flusso magnetico a causa della formazione di un traferro.

Le bobine di arresto con una posizione divisa e regolabile del circuito magnetico sono utilizzate in molte tecnologie radiofoniche e dispositivi elettrici. Abbastanza spesso possono essere trovati nei disegni trasformatori di saldatura. Riducono le dimensioni arco elettrico passato attraverso l'elettrodo al valore ottimale.

Forni a induzione

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica si manifesta non solo nei fili e negli avvolgimenti, ma anche all'interno di oggetti metallici massicci. Le correnti indotte in esse sono dette correnti parassite. Durante il funzionamento di trasformatori e induttanze provocano il riscaldamento del circuito magnetico e dell'intera struttura.

Per prevenire questo fenomeno, i nuclei sono realizzati in materiale sottile lamiere ed isolarsi a vicenda con uno strato di vernice che impedisca il passaggio delle correnti indotte.

Nelle strutture di riscaldamento, le correnti parassite non limitano, ma creano di più condizioni favorevoli. ampiamente usato in produzione industriale per creare temperature elevate.

Dispositivi di misura elettrici

Un'ampia classe di dispositivi a induzione continua a funzionare nel settore energetico. Contatori elettrici con un disco rotante in alluminio, modelli simili di relè di potenza, sistemi di smorzamento degli scambi strumenti di misura funzionano secondo il principio dell'induzione elettromagnetica.

Generatori magnetici a gas

Se, invece di un telaio chiuso, un gas conduttivo, liquido o plasma viene spostato nel campo di un magnete, le cariche di elettricità sotto l'azione del magnete linee di forza devierà in direzioni rigorosamente definite, formando una corrente elettrica. Il suo campo magnetico sulle piastre di contatto degli elettrodi montate induce una forza elettromotrice. Sotto la sua azione, viene creata una corrente elettrica nel circuito collegato al generatore MHD.

È così che si manifesta la legge dell'induzione elettromagnetica nei generatori MHD.

Non ci sono parti rotanti così complesse come il rotore. Ciò semplifica il design, consente di aumentare significativamente la temperatura ambiente di lavoro e, allo stesso tempo, l'efficienza della produzione di energia. I generatori MHD funzionano come fonti di backup o di emergenza in grado di generare flussi di elettricità significativi in ​​brevi periodi di tempo.

Pertanto, la legge dell'induzione elettromagnetica, giustificata un tempo da Michael Faraday, continua ad essere rilevante oggi.

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è un fenomeno che consiste nel verificarsi di una forza o tensione elettromotrice in un corpo che si trova in un campo magnetico in continua evoluzione. La forza elettromotrice come risultato dell'induzione elettromagnetica si verifica anche se il corpo si muove in un campo magnetico statico e disomogeneo o ruota in un campo magnetico in modo che le sue linee che intersecano un contorno chiuso cambino.

Corrente elettrica indotta

Il concetto di "induzione" indica il verificarsi di un processo come risultato dell'influenza di un altro processo. Ad esempio, può essere indotta una corrente elettrica, cioè può apparire come risultato dell'esposizione di un conduttore a un campo magnetico in un modo speciale. Tale corrente elettrica è chiamata indotta. Le condizioni per la formazione di una corrente elettrica a seguito del fenomeno dell'induzione elettromagnetica sono discusse più avanti nell'articolo.

Il concetto di campo magnetico

Prima di iniziare a studiare il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, è necessario capire cos'è un campo magnetico. parlando in parole povere, un campo magnetico è una regione dello spazio in cui un materiale magnetico mostra i suoi effetti e le sue proprietà magnetiche. Questa regione di spazio può essere rappresentata usando linee chiamate linee di campo magnetico. Il numero di queste linee rappresentano quantità fisica che prende il nome di flusso magnetico. Le linee del campo magnetico sono chiuse, iniziano al polo nord del magnete e terminano a sud.

Il campo magnetico ha la capacità di agire su qualsiasi materiale che abbia proprietà magnetiche, come il ferro conduttore di corrente elettrica. Questo campo è caratterizzato dall'induzione magnetica, che è indicata con B e si misura in tesla (T). Un'induzione magnetica di 1 T è un campo magnetico molto forte che agisce con una forza di 1 newton su una carica puntiforme di 1 coulomb, che vola perpendicolarmente alle linee del campo magnetico ad una velocità di 1 m / s, cioè 1 T = 1 N * s / ( m*Cl).

Chi ha scoperto il fenomeno dell'induzione elettromagnetica?

L'induzione elettromagnetica, sul principio di funzionamento su cui si basano molti dispositivi moderni, è stata scoperta all'inizio degli anni '30 del XIX secolo. La scoperta dell'induzione è solitamente attribuita a Michael Faraday (data di scoperta - 29 agosto 1831). Lo scienziato si è basato sui risultati degli esperimenti del fisico e chimico danese Hans Oersted, il quale ha scoperto che un conduttore attraverso il quale scorre una corrente elettrica crea un campo magnetico attorno a sé, cioè inizia a mostrare proprietà magnetiche.

Faraday, a sua volta, scoprì l'opposto del fenomeno scoperto da Oersted. Ha notato che un campo magnetico variabile, che può essere creato modificando i parametri della corrente elettrica nel conduttore, porta alla comparsa di una differenza di potenziale alle estremità di qualsiasi conduttore di corrente. Se queste estremità sono collegate, ad esempio, attraverso una lampada elettrica, una corrente elettrica scorrerà attraverso tale circuito.

Di conseguenza, scoprì Faraday processo fisico, a seguito della quale nel conduttore appare una corrente elettrica a causa di una variazione del campo magnetico, che è il fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Allo stesso tempo, per la formazione di una corrente indotta, non importa cosa si muova: il campo magnetico o se stesso può essere facilmente mostrato se si effettua un esperimento appropriato sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Quindi, dopo aver posizionato il magnete all'interno della spirale metallica, iniziamo a spostarlo. Se colleghi le estremità della spirale attraverso qualsiasi indicatore di corrente elettrica in un circuito, puoi vedere l'aspetto della corrente. Ora dovresti lasciare il magnete da solo e muovere la spirale su e giù rispetto al magnete. L'indicatore mostrerà anche l'esistenza di corrente nel circuito.

Esperimento di Faraday

Gli esperimenti di Faraday consistevano nel lavorare con un conduttore e un magnete permanente. Michael Faraday scoprì per la prima volta che quando un conduttore si muove all'interno di un campo magnetico, alle sue estremità sorge una differenza di potenziale. Il conduttore in movimento inizia ad attraversare le linee del campo magnetico, che simula l'effetto della modifica di questo campo.

Lo scienziato l'ha trovato positivo e segni negativi la differenza di potenziale risultante dipende dalla direzione in cui si muove il conduttore. Ad esempio, se il conduttore viene sollevato in un campo magnetico, la differenza di potenziale risultante avrà una polarità +-, ma se questo conduttore viene abbassato, otterremo già una polarità +. Questi cambiamenti nel segno dei potenziali, la cui differenza è chiamata forza elettromotrice (EMF), portano alla comparsa di una corrente alternata in un circuito chiuso, cioè una corrente che cambia costantemente direzione nell'opposto.

Caratteristiche dell'induzione elettromagnetica scoperte da Faraday

Sapendo chi ha scoperto il fenomeno dell'induzione elettromagnetica e perché si verifica una corrente indotta, spiegheremo alcune delle caratteristiche di questo fenomeno. Quindi, più velocemente muovi il conduttore in un campo magnetico, maggiore sarà il valore della corrente indotta nel circuito. Un'altra caratteristica del fenomeno è la seguente: maggiore è l'induzione magnetica del campo, cioè più forte questo campo, maggiore è la differenza di potenziale che può creare spostando il conduttore nel campo. Se il conduttore è fermo in un campo magnetico, in esso non si genera EMF, poiché non vi è alcun cambiamento nelle linee di induzione magnetica che attraversano il conduttore.

Direzione della corrente elettrica e regola della mano sinistra

Per determinare la direzione nel conduttore della corrente elettrica creata a seguito del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, è possibile utilizzare la cosiddetta regola della mano sinistra. Può essere formulato come segue: se mano sinistra metti in modo che le linee di induzione magnetica, che iniziano al polo nord del magnete, entrino nel palmo e sporgano pollice diretto nella direzione del movimento del conduttore nel campo del magnete, quindi le restanti quattro dita della mano sinistra indicheranno la direzione del movimento della corrente indotta nel conduttore.

Esiste un'altra versione di questa regola, è la seguente: se indice dirigere la mano sinistra lungo le linee di induzione magnetica e puntare il pollice sporgente nella direzione del conduttore, quindi il dito medio ruotato di 90 gradi rispetto al palmo indicherà la direzione della corrente che è apparsa nel conduttore.

Il fenomeno dell'autoinduzione

Hans Christian Oersted ha scoperto l'esistenza di un campo magnetico attorno a un conduttore o bobina che trasporta corrente. Lo scienziato ha anche scoperto che le caratteristiche di questo campo sono direttamente correlate alla forza della corrente e alla sua direzione. Se la corrente nella bobina o nel conduttore è variabile, genererà un campo magnetico che non sarà stazionario, cioè cambierà. A sua volta, questo campo alternato porterà alla comparsa di una corrente indotta (il fenomeno dell'induzione elettromagnetica). Il movimento della corrente di induzione sarà sempre opposto alla corrente alternata che circola attraverso il conduttore, cioè resisterà a ogni cambiamento nella direzione della corrente nel conduttore o nella bobina. Questo processo è chiamato autoinduzione. La differenza risultante potenziali elettrici chiamato autoinduzione fem.

Si noti che il fenomeno dell'autoinduzione si verifica non solo quando cambia la direzione della corrente, ma anche con qualsiasi cambiamento in essa, ad esempio con un aumento dovuto a una diminuzione della resistenza nel circuito.

Per descrizione fisica La resistenza esercitata da qualsiasi variazione di corrente in un circuito dovuta all'autoinduzione ha introdotto il concetto di induttanza, che si misura in Henry (in onore del fisico americano Joseph Henry). Un henry è una tale induttanza per la quale, quando la corrente cambia di 1 ampere in 1 secondo, si verifica un EMF nel processo di autoinduzione, pari a 1 volt.

Corrente alternata

Quando l'induttore inizia a ruotare in un campo magnetico, a causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, crea una corrente indotta. Questa corrente elettrica è variabile, cioè cambia sistematicamente la sua direzione.

La corrente alternata è più comune della corrente continua. Quindi, molti dispositivi che funzionano dalla centrale rete elettrica, utilizzare questo tipo di corrente. La corrente alternata è più facile da indurre e trasportare rispetto alla corrente continua. Di norma, la frequenza della corrente alternata domestica è 50-60 Hz, ovvero in 1 secondo la sua direzione cambia 50-60 volte.

La rappresentazione geometrica della corrente alternata è una curva sinusoidale che descrive la dipendenza della tensione dal tempo. Periodo completo la curva sinusoidale per la corrente domestica è pari a circa 20 millisecondi. Secondo l'effetto termico, la corrente alternata è simile alla corrente continua, la cui tensione è U max /√2, dove U max - tensione massima su una curva AC sinusoidale.

L'uso dell'induzione elettromagnetica nella tecnologia

La scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica ha prodotto un vero e proprio boom nello sviluppo della tecnologia. Prima di questa scoperta, gli esseri umani erano in grado di produrre elettricità solo in quantità limitate utilizzando batterie elettriche.

Attualmente, questo fenomeno fisico è utilizzato in trasformatori elettrici, in riscaldatori che convertono la corrente indotta in calore, così come in motori elettrici e generatori per auto.

Soggetto: L'uso dell'induzione elettromagnetica

Obiettivi della lezione:

Educativo:

1. Continua il lavoro sulla formazione del concetto di campo elettromagnetico come forma di materia e prova della sua reale esistenza.
2. Migliorare le abilità nella risoluzione di problemi qualitativi e computazionali.

Sviluppando: Continua a lavorare con gli studenti su...

1. formazione di idee sulla fisica moderna immagine del mondo,
2. la capacità di rivelare la relazione tra il materiale studiato e fenomeni della vita,
3. ampliare gli orizzonti degli studenti

Educativo: Impara a vedere le manifestazioni dei modelli studiati nella vita circostante

Dimostrazioni

1. Trasformatore
2. Frammenti del CD-ROM “Gradi di fisica 7-11. Biblioteca aiuti visuali»

1) "Produzione di energia"
2) "Registrazione e lettura di informazioni su nastro magnetico"

3. Presentazioni

1) "Prove di induzione elettromagnetica" (parti I e II)
2) "Trasformatore"

Durante le lezioni

1. Aggiornamento:

Prima di considerare nuovo materiale Per favore, rispondi alle seguenti domande:

2. Risoluzione dei problemi sulle carte, vedi presentazione (Appendice 1) (risposte: 1 B, 2 B, 3 C, 4 A, 5 C) - 5 min

3. Nuovo materiale.

L'uso dell'induzione elettromagnetica

1) In passato anno accademico durante lo studio dell'argomento "Trasportatori di informazioni" in informatica, abbiamo parlato di dischi, floppy disk, ecc. Si scopre che la registrazione e la lettura di informazioni utilizzando un nastro magnetico si basa sull'applicazione del fenomeno dell'induzione elettromagnetica.
Registrazione e riproduzione di informazioni su nastro magnetico (Frammenti del CD-ROM "Gradi di fisica 7-11. Biblioteca di ausili visivi", "Registrazione e lettura di informazioni su nastro magnetico" - 3 min) (Appendice 2)

2) Considerare il dispositivo e il funzionamento fondamentale di tale dispositivo come un TRASFORMATORE. (Vedi presentazione Appendice 3)
L'azione del trasformatore si basa sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

TRANSFORMER - un dispositivo che converte la corrente alternata di una tensione in corrente alternata di un'altra tensione a frequenza costante.

3) Nel caso più semplice, il trasformatore è costituito da un nucleo d'acciaio chiuso, su cui sono poste due bobine con avvolgimenti di filo. Quello degli avvolgimenti che è collegato ad una sorgente di tensione alternata è detto primario, e quello a cui è collegato il “carico”, cioè i dispositivi che consumano energia elettrica, è detto secondario.

a) aumentare il trasformatore

b) trasformatore riduttore

Quando si trasmette energia su una lunga distanza, l'uso di trasformatori step-down e step-up.

4) Il lavoro del trasformatore (esperimento).

Illuminazione di una lampadina nella bobina secondaria ( spiegazione di questa esperienza);
- principio di funzionamento saldatrice (Perché le spire nella bobina secondaria di un trasformatore riduttore sono più spesse?);
- il principio di funzionamento del forno ( La potenza in entrambe le bobine è la stessa, ma la corrente?)

5) Applicazione pratica dell'induzione elettromagnetica

Esempi uso tecnico induzione elettromagnetica: trasformatore, generatore di corrente elettrica - la principale fonte di elettricità.
Grazie alla scoperta dell'induzione elettromagnetica, è diventato possibile generare energia elettrica a basso costo. La base del funzionamento delle moderne centrali elettriche (comprese quelle nucleari) è generatore di induzione.
Generatore di corrente alternata (frammento del disco Frammenti del CD-ROM "Physics 7-11 grades. Library of visual aids", "Electricity generation" - 2 min) (Appendice 4)

Il generatore di induzione è costituito da due parti: un rotore mobile e uno statore fisso. Molto spesso, lo statore è un magnete (permanente o elettrico) che crea un campo magnetico iniziale (si chiama induttore). Il rotore è costituito da uno o più avvolgimenti in cui, sotto l'influenza di un campo magnetico variabile, viene creata una corrente di induzione. (Un altro nome per un tale rotore è un'ancora).

- rilevamento di oggetti metallici - rivelatori speciali;
- allenarsi su cuscini magnetici(vedi p. 129 del libro di testo V. A. Kasyanov "Fisica - 11")
Correnti di Foucault (correnti parassite;)
– Chiuso correnti di induzione che si formano in corpi conduttori massicci.

Appaiono a causa di un cambiamento nel campo magnetico in cui si trova il corpo conduttore, o come risultato di un tale movimento del corpo quando cambia il flusso magnetico che penetra in questo corpo (o in qualsiasi sua parte).
Come tutte le altre correnti, le correnti parassite hanno un effetto termico sul conduttore: i corpi in cui si verificano tali correnti si riscaldano.

Esempio: installazione di forni elettrici per la fusione dei metalli e forni a microonde.

4. Conclusioni, valutazioni.

1) Induzione elettromagnetica, fornire esempi dell'applicazione pratica dell'induzione elettromagnetica.
2) Onde elettromagnetiche- il tipo più comune di materia, e l'induzione elettromagnetica - caso speciale manifestazioni di onde elettromagnetiche.

5. Risolvere problemi sulle carte, vedere la presentazione(Appendice 5) (risposte - 1B, 2A, 3A, 4B).

6. Compito della casa: P.35,36 (Libro di testo di fisica, a cura di V.A.Kasyanov Grade 11)