Faradeja un Lenca atklājums: elektromagnētiskās indukcijas likums ir fenomena formula. Kas nosaka indukcijas strāvas stiprumu un virzienu

MAGNĒTISKAIS LAUKS

Kustīgu elektrisko lādiņu magnētiskā mijiedarbība saskaņā ar lauka teorijas jēdzieniem tiek skaidrota šādi: jebkura kustīga elektriskais lādiņš rada apkārtējā telpā magnētisko lauku, kas var iedarboties uz citiem kustīgiem elektriskiem lādiņiem.

AT - fiziskais daudzums, kas ir jaudas raksturlielums magnētiskais lauks. To sauc par magnētisko indukciju (vai magnētiskā lauka indukciju).

Magnētiskā indukcija- vektora daudzums. Magnētiskās indukcijas vektora modulis ir vienāds ar ampēra spēka maksimālās vērtības attiecību, kas iedarbojas uz taisnu strāvu nesošo vadītāju, pret strāvas stiprumu vadītājā un tā garumu:

Magnētiskās indukcijas mērvienība. AT starptautiskā sistēma vienības uz magnētiskās indukcijas vienību, tiek ņemta tāda magnētiskā lauka indukcija, kurā uz katru vadītāja garuma metru pie strāvas stipruma 1 A, maksimālais spēks Ampere 1 N. Šo vienību sauc par teslu (saīsināti: Tl), par godu izcilajam Dienvidslāvijas fiziķim N. Teslam:

LORENCA SPĒKS

Vadītāja kustība ar strāvu magnētiskajā laukā parāda, ka magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgiem elektriskajiem lādiņiem. Uz vadītāju iedarbojas ampērspēks F A \u003d IBlsin a, un Lorenca spēks iedarbojas uz kustīgo lādiņu:

kur a- leņķis starp vektoriem B un v.

Lādētu daļiņu kustība magnētiskajā laukā. Vienmērīgā magnētiskajā laukā uz uzlādētu daļiņu, kas pārvietojas ar ātrumu, kas ir perpendikulārs magnētiskā lauka indukcijas līnijām, iedarbojas absolūtā vērtībā nemainīgs spēks m, kas ir vērsts perpendikulāri ātruma vektoram Magnētiskā spēka iedarbībā daļiņa iegūst paātrinājumu, kura modulis ir vienāds ar:

Vienmērīgā magnētiskajā laukā šī daļiņa pārvietojas pa apli. Trajektorijas izliekuma rādiuss, pa kuru daļiņa pārvietojas, tiek noteikts no stāvokļa, no kura tas izriet,

Trajektorijas izliekuma rādiuss ir nemainīga vērtība, jo ātrums, kas ir perpendikulārs ātruma vektoram, maina tikai tā virzienu, bet ne moduli. Un tas nozīmē, ka šī trajektorija ir aplis.

Daļiņas griešanās periods vienmērīgā magnētiskajā laukā ir:

Pēdējā izteiksme parāda, ka daļiņas apgriezienu periods vienmērīgā magnētiskajā laukā nav atkarīgs no tās kustības trajektorijas ātruma un rādiusa.

Ja spriedze elektriskais lauks ir nulle, tad Lorenca spēks l ir vienāds ar magnētisko spēku m:

ELEKTROMAGNĒTISKĀ INDUKCIJA

Fenomens elektromagnētiskā indukcija atklāja Faradejs, kurš atklāja, ka elektriskā strāva rodas slēgtā vadošā ķēdē ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā laukā, kas iekļūst ķēdē.

MAGNĒTISKĀ PLŪSMA

magnētiskā plūsma F(magnētiskās indukcijas plūsma) caur virsmu ar laukumu S- vērtība, kas vienāda ar magnētiskās indukcijas vektora moduļa un laukuma reizinājumu S un leņķa kosinuss a starp vektoru un virsmas normālu:

F=BScos

SI mērvienība magnētiskā plūsma 1 Vēbers (Wb) - magnētiskā plūsma caur 1 m 2 virsmu, kas atrodas perpendikulāri vienmērīga magnētiskā lauka virzienam, kura indukcija ir 1 T:

Elektromagnētiskā indukcija- parādības parādība elektriskā strāva slēgtā vadošā ķēdē ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā plūsmā, kas iekļūst ķēdē.

Indukcijas strāvai, kas rodas slēgtā ķēdē, ir tāds virziens, ka tās magnētiskais lauks neitralizē magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas to izraisa (Lenca likums).

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS LIKUMS

Faradeja eksperimenti parādīja, ka induktīvās strāvas stiprums I i vadošā ķēdē ir tieši proporcionāls magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu ātrumam, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde.

Tāpēc indukcijas strāvas stiprums ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo kontūra:

Ir zināms, ka, ja ķēdē parādās strāva, tas nozīmē, ka ārējie spēki iedarbojas uz vadītāja brīvajiem lādiņiem. Šo spēku darbu, lai pārvietotu vienības lādiņu pa slēgtu cilpu, sauc par elektromotora spēku (EMF). Atrodiet indukcijas ε i EML.

Saskaņā ar Oma likumu slēgtai ķēdei

Tā kā R nav atkarīgs no , Tad

Indukcijas emf virzienā sakrīt ar indukcijas strāvu, un šī strāva saskaņā ar Lenca likumu tiek virzīta tā, lai tās radītā magnētiskā plūsma pretojas ārējās magnētiskās plūsmas izmaiņām.

Elektromagnētiskās indukcijas likums

Indukcijas emf slēgtā ķēdē ir vienāds ar ķēdē iekļūstošās magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu, kas ņemts ar pretēju zīmi:

PAŠINDUKCIJA. INDUKTANCE

Pieredze rāda, ka magnētiskā plūsma F, kas saistīts ar ķēdi, ir tieši proporcionāls strāvas stiprumam šajā ķēdē:

F \u003d L * I .

Cilpas induktivitāte L- proporcionalitātes koeficients starp strāvu, kas iet caur ķēdi, un tās radīto magnētisko plūsmu.

Vadītāja induktivitāte ir atkarīga no tā formas, izmēra un vides īpašībām.

pašindukcija- EML indukcijas parādība ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, ko izraisa izmaiņas strāvā, kas iet caur pašu ķēdi.

Pašindukcija - īpašs gadījums elektromagnētiskā indukcija.

Induktivitāte - vērtība, kas skaitliski vienāda ar EML pašindukcija, kas rodas ķēdē, kad strāvas stiprums tajā mainās par vienību laika vienībā. SI gadījumā šāda vadītāja induktivitāte tiek ņemta par induktivitātes vienību, kurā, strāvas stiprumam mainoties par 1 A, 1 s laikā parādās pašindukcijas EMF 1 V. Šo vienību sauc par Henriju (H). ):

MAGNĒTISKĀ LAUKA ENERĢIJA

Pašindukcijas fenomens ir analogs inerces fenomenam. Induktivitātei ir tāda pati loma, mainoties strāvai, kā masai, mainoties ķermeņa ātrumam. Ātrums ir līdzīgs strāvai.

Tātad strāvas magnētiskā lauka enerģiju var uzskatīt par vērtību, kas ir līdzīga ķermeņa kinētiskajai enerģijai:

Pieņemsim, ka pēc tam, kad spole ir atvienota no avota, strāva ķēdē ar laiku samazinās saskaņā ar lineāru likumu.

Pašindukcijas EMF šajā gadījumā ir nemainīga vērtība:

kur I ir strāvas sākotnējā vērtība, t ir laika intervāls, kurā strāva samazinās no I līdz 0.

Laikā t caur ķēdi iziet elektriskais lādiņš q = I cp t. Kā I cp = (I + 0)/2 = I/2, tad q=It/2. Tāpēc elektriskās strāvas darbs:

Šis darbs tiek veikts spoles magnētiskā lauka enerģijas dēļ. Tātad mēs atkal iegūstam:

Piemērs. Nosakiet spoles magnētiskā lauka enerģiju, kurā pie 7,5 A strāvas magnētiskā plūsma ir 2,3 * 10 -3 Wb. Kā mainīsies lauka enerģija, ja strāva tiks samazināta uz pusi?

Spoles magnētiskā lauka enerģija W 1 = LI 1 2 /2. Pēc definīcijas spoles induktivitāte L \u003d F / I 1. Tāpēc

Indukcijas strāva ir strāva, kas rodas slēgtā vadošā ķēdē mainīgā magnētiskajā laukā. Šī strāva var rasties divos gadījumos. Ja ir fiksēta ķēde, kurā iekļūst mainīga magnētiskās indukcijas plūsma. Vai arī tad, kad vadošā ķēde pārvietojas pastāvīgā magnētiskajā laukā, kas arī izraisa izmaiņas caurlaidīgās ķēdes magnētiskajā plūsmā.

1. attēls - vadītājs pārvietojas pastāvīgā magnētiskajā laukā

Indukcijas strāvas cēlonis ir virpuļi elektriskais lauks, ko ģenerē magnētiskais lauks. Šis elektriskais lauks iedarbojas uz brīviem lādiņiem vadītājā, kas atrodas šajā virpuļveida elektriskajā laukā.

2. attēls - virpuļa elektriskais lauks

Jūs varat arī atrast šādu definīciju. Induktīvā strāva ir elektriskā strāva, kas rodas elektromagnētiskās indukcijas darbības rezultātā. Ja neiedziļināties elektromagnētiskās indukcijas likuma sarežģītībās, tad īsumā to var raksturot šādi. Elektromagnētiskā indukcija ir strāvas rašanās vadošā ķēdē mainīga magnētiskā lauka ietekmē.

Izmantojot šo likumu, jūs varat arī noteikt indukcijas strāvas lielumu. Tā kā tas dod mums EML vērtību, kas rodas ķēdē mainīga magnētiskā lauka iedarbībā.

1. formula - magnētiskā lauka indukcijas EML.

Kā redzams no 1. formulas, indukcijas EML lielums un līdz ar to arī indukcijas strāva ir atkarīgs no ķēdē iekļūstošās magnētiskās plūsmas izmaiņu ātruma. Tas ir, jo ātrāk mainās magnētiskā plūsma, jo lielāku var iegūt indukcijas strāvu. Gadījumā, ja mums ir pastāvīgs magnētiskais lauks, kurā virzās vadošā ķēde, tad EML vērtība būs atkarīga no ķēdes ātruma.

Lai noteiktu indukcijas strāvas virzienu, tiek izmantots Lenca likums. Kas saka, ka indukcijas strāva ir vērsta pret strāvu, kas to izraisīja. Līdz ar to mīnusa zīme formulā EML definīcijas indukcija.

Indukcijas strāvai ir svarīga loma mūsdienu elektrotehnikā. Piemēram, indukcijas strāva, kas rodas rotorā indukcijas motors, mijiedarbojas ar strāvu, kas tiek piegādāta no barošanas avota savā statorā, kā rezultātā rotors griežas. Mūsdienu elektromotori ir veidoti pēc šī principa.

3. attēls - asinhronais motors.

Transformatorā induktīvā strāva, kas rodas sekundārajā tinumā, tiek izmantota dažādu elektroierīču barošanai. Šīs strāvas vērtību var iestatīt pēc transformatora parametriem.

4. attēlā - elektriskais transformators.

Un visbeidzot, indukcijas strāvas var rasties arī masīvajos vadītājos. Tās ir tā sauktās Fuko straumes. Pateicoties tiem, ir iespējams ražot metālu indukcijas kausēšanu. Tas nozīmē, ka vadītājā plūstošās virpuļstrāvas izraisa tā sasilšanu. Atkarībā no šo strāvu lieluma vadītājs var tikt uzkarsēts virs kušanas punkta.

5. attēlā - metālu indukcijas kausēšana.

Tātad, mēs noskaidrojām, ka indukcijas strāvai var būt mehānisks, elektrisks un termisks efekts. Visi šie efekti tiek plaši izmantoti mūsdienu pasaule gan rūpnieciskā mērogā, gan mājsaimniecību līmenī.

Ja magnētiskajā laukā nav izmaiņu, tad arī elektriskās strāvas nebūs. Pat ja magnētiskais lauks pastāv. Var teikt, ka induktīvā elektriskā strāva ir tieši proporcionāla, pirmkārt, apgriezienu skaitam un, otrkārt, magnētiskā lauka ātrumam, ar kādu šis magnētiskais lauks mainās attiecībā pret spoles pagriezieniem.

Rīsi. 3. Kas nosaka induktīvās strāvas lielumu?

Magnētiskā lauka raksturošanai izmanto lielumu, ko sauc par magnētisko plūsmu. Tas raksturo magnētisko lauku kopumā, par to mēs runāsim nākamajā nodarbībā. Tagad mēs tikai atzīmējam, ka tās ir magnētiskās plūsmas izmaiņas, t.i. magnētiskā lauka līniju skaits, kas iekļūst ķēdē ar strāvu (piemēram, spoli), noved pie indukcijas strāvas parādīšanās šajā ķēdē.

Fizika. 9. klase

Tēma: Elektromagnētiskais lauks

44. nodarbība. magnētiskā plūsma

Eryutkin E.S., augstākās kategorijas fizikas skolotājs, vidusskola Nr. 1360

Ievads. Faradeja eksperimenti

Turpinot tēmas "Elektromagnētiskā indukcija" izpēti, tuvāk aplūkosim tādu jēdzienu kā magnētiskā plūsma.

Jūs jau zināt, kā noteikt elektromagnētiskās indukcijas fenomenu - ja tiek šķērsots slēgts vadītājs magnētiskās līnijas, šajā vadītājā tiek ģenerēta elektriskā strāva. Šādu strāvu sauc par induktīvu.

Tagad apspriedīsim, kā šī elektriskā strāva rodas un kas ir galvenais, lai šī strāva parādās.

Vispirms pievērsīsimies Faradeja pieredze un vēlreiz apskatiet tās svarīgās funkcijas.

Tātad, mums ir ampērmetrs, spole ar liels skaits pagriezienus, kas ir īssavienojums ar šo ampērmetru.

Mēs ņemam magnētu un, tāpat kā iepriekšējā nodarbībā, nolaižam šo magnētu spolē. Bultiņa novirzās, tas ir, šajā ķēdē ir elektriskā strāva.

Rīsi. 1. Pieredze indukcijas strāvas noteikšanā.

Bet, kad magnēts atrodas spoles iekšpusē, ķēdē nav elektriskās strāvas. Bet tiklīdz jūs mēģināt šo magnētu dabūt ārā no spoles, ķēdē atkal parādās elektriskā strāva, bet šīs strāvas virziens mainās uz pretējo.

Lūdzu, ņemiet vērā arī to, ka ķēdē plūstošās elektriskās strāvas vērtība ir atkarīga arī no paša magnēta īpašībām. Ja ņemat citu magnētu un veicat to pašu eksperimentu, strāvas vērtība būtiski mainās, šajā gadījumā strāva kļūst mazāka.

Pēc eksperimentu veikšanas varam secināt, ka elektriskā strāva, kas rodas slēgtā vadītājā (spolē), ir saistīta ar magnētisko lauku pastāvīgais magnēts.

Citiem vārdiem sakot, elektriskā strāva ir atkarīga no dažām magnētiskā lauka īpašībām. Un mēs jau esam ieviesuši šādu īpašību - magnētiskā indukcija.

Atgādiniet, ka magnētisko indukciju apzīmē ar burtu, tas ir vektora lielums. Un magnētiskā indukcija tiek mērīta Teslā.

⇒ - Tesla - par godu Eiropas un Amerikas zinātniekam Nikolai Teslai.

Magnētiskā indukcija raksturo magnētiskā lauka ietekmi uz šajā laukā novietotu strāvu nesošo vadītāju.

Bet, runājot par elektrisko strāvu, mums ir jāsaprot, ka elektriskā strāva, un jūs to zināt no 8. klases, rodas elektriskā lauka ietekmē.

Līdz ar to varam secināt, ka elektriskā indukcijas strāva parādās elektriskā lauka ietekmē, kas savukārt veidojas magnētiskā lauka rezultātā. Un šādas attiecības tikai tiek veiktas dēļ magnētiskā plūsma.

Attiecības starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem ir pamanītas ļoti ilgu laiku. Šo saikni 19. gadsimtā atklāja angļu fiziķis Faradejs un deva tai nosaukumu. Tas parādās brīdī, kad magnētiskā plūsma iekļūst slēgtas ķēdes virsmā. Pēc magnētiskās plūsmas maiņas uz noteiktu laiku šajā ķēdē parādās elektriskā strāva.

Elektromagnētiskās indukcijas un magnētiskās plūsmas attiecības

Tiek parādīta magnētiskās plūsmas būtība slavenā formula: Ф = BS cos α. Tajā F ir magnētiskā plūsma, S ir kontūras virsma (laukums), B ir magnētiskās indukcijas vektors. Leņķis α veidojas magnētiskās indukcijas vektora virziena un kontūras virsmas normāļa dēļ. No tā izriet, ka magnētiskā plūsma sasniegs maksimālo slieksni pie cos α = 1 un minimālo slieksni pie cos α = 0.

Otrajā variantā vektors B būs perpendikulārs normālam. Izrādās, ka plūsmas līnijas nešķērso kontūru, bet tikai slīd pa tās plakni. Tāpēc raksturlielumus noteiks vektora B līnijas, kas krustojas ar kontūras virsmu. Aprēķiniem Vēbers tiek izmantots kā mērvienība: 1 wb \u003d 1v x 1s (volt-sekunde). Vēl viena, mazāka mērvienība ir maxwell (µs). Tas ir: 1 wb \u003d 108 μs, tas ir, 1 μs \u003d 10-8 wb.

Faradeja pētījumiem tika izmantotas divas stiepļu spirāles, kas izolētas viena no otras un novietotas uz koka spoles. Viens no tiem bija savienots ar enerģijas avotu, bet otrs ar galvanometru, kas paredzēts mazu strāvu reģistrēšanai. Tajā brīdī, kad oriģinālās spirāles ķēde aizvērās un atvērās, citā ķēdē bultiņa mērierīce noraidīts.

Pētījumu veikšana par indukcijas fenomenu

Pirmajā eksperimentu sērijā Maikls Faradejs ievietoja magnetizētu metāla stieni spolē, kas savienota ar strāvu, un pēc tam izvilka to (1., 2. att.).

1 2

Ja spolē ir ievietots magnēts, kas savienots ar mērinstruments, ķēdē sāk plūst induktīvā strāva. Ja magnētiskais stienis tiek noņemts no spoles, indukcijas strāva joprojām parādās, bet tās virziens jau ir apgriezts. Līdz ar to indukcijas strāvas parametri tiks mainīti stieņa virzienā un atkarībā no pola, ar kuru tā ievietota spolē. Strāvas stiprumu ietekmē magnēta kustības ātrums.

Otrajā eksperimentu sērijā apstiprinās parādība, kurā mainīga strāva vienā spolē izraisa indukcijas strāvu citā spolē (3., 4., 5. att.). Tas notiek ķēdes aizvēršanas un atvēršanas brīžos. Strāvas virziens būs atkarīgs no tā, vai elektriskā ķēde aizveras vai atveras. Turklāt šīs darbības nav nekas vairāk kā veidi, kā mainīt magnētisko plūsmu. Kad ķēde ir aizvērta, tā palielināsies, un, atverot, tā samazināsies, vienlaikus iekļūstot pirmajā spolē.

3 4

5

Eksperimentu rezultātā tika konstatēts, ka elektriskās strāvas rašanās slēgtas vadošās ķēdes iekšpusē ir iespējama tikai tad, kad tās ir novietotas mainīgā magnētiskajā laukā. Tajā pašā laikā plūsma var mainīties laikā ar jebkādiem līdzekļiem.

Elektrisko strāvu, kas parādās elektromagnētiskās indukcijas ietekmē, sauc par indukciju, lai gan tā nebūs strāva parastajā izpratnē. Kad slēgta ķēde atrodas magnētiskajā laukā, tiek ģenerēts emf ar precīza vērtība, nevis strāva atkarībā no dažādām pretestībām.

Šo parādību sauc par indukcijas EML, ko atspoguļo formula: Eind = - ∆F / ∆t. Tās vērtība sakrīt ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu, kas iekļūst slēgtas cilpas virsmā, ņemot no plkst. negatīva vērtība. Šajā izteiksmē esošais mīnuss atspoguļo Lenca likumu.

Lenca noteikums par magnētisko plūsmu

Labi zināms noteikums tika iegūts pēc virknes pētījumu 19. gadsimta 30. gados. Tas ir formulēts šādi:

Indukcijas strāvas virziens, ko slēgtā ķēdē ierosina mainīga magnētiskā plūsma, ietekmē tā radīto magnētisko lauku tā, ka tas savukārt rada šķērsli magnētiskajai plūsmai, izraisot izskatu indukcijas strāva.

Kad magnētiskā plūsma palielinās, tas ir, tā kļūst Ф > 0, un indukcijas EMF samazinās un kļūst par Eind< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Ja plūsma samazinās, tad notiek apgrieztais process, kad F< 0 и Еинд >0, tas ir, indukcijas strāvas magnētiskā lauka darbība, palielinās magnētiskā plūsma, kas iet caur ķēdi.

Lenca noteikuma fiziskā nozīme ir atspoguļot enerģijas nezūdamības likumu, kad, vienam daudzumam samazinoties, otrs palielinās, un, gluži pretēji, kad viens daudzums palielinās, otrs samazināsies. Indukcijas emf ietekmē arī dažādi faktori. Ja spolē pārmaiņus tiek ievietots spēcīgs un vājš magnēts, ierīce attiecīgi rādīs augstāku vērtību pirmajā gadījumā un zemāku vērtību otrajā. Tas pats notiek, mainoties magnēta ātrumam.

Zemāk redzamajā attēlā parādīts, kā indukcijas strāvas virziens tiek noteikts, izmantojot Lenca noteikumu. Zilā krāsa atbilst indukcijas strāvas un pastāvīgā magnēta magnētisko lauku spēka līnijām. Tie atrodas ziemeļu-dienvidu polu virzienā, kas atrodas katrā magnētā.

Mainīgā magnētiskā plūsma noved pie induktīvās elektriskās strāvas rašanās, kuras virziens izraisa pretestību no tās magnētiskā lauka, kas novērš magnētiskās plūsmas izmaiņas. Šajā sakarā spoles magnētiskā lauka spēka līnijas ir vērstas pretējā virzienā pastāvīgā magnēta spēka līnijām, jo ​​tā kustība notiek šīs spoles virzienā.

Lai noteiktu strāvas virzienu, to izmanto ar labās puses vītni. Tam jābūt ieskrūvētam tā, lai tā kustības virziens uz priekšu sakristu ar spoles indukcijas līniju virzienu. Šajā gadījumā indukcijas strāvas virzieni un karkasa roktura griešanās virzieni sakritīs.

Kā mēs jau esam noskaidrojuši, elektriskā strāva spēj radīt magnētiskos laukus. Rodas jautājums: vai magnētiskais lauks var izraisīt elektriskās strāvas parādīšanos? Šo problēmu atrisināja angļu fiziķis Maikls Faradejs, kurš 1831. gadā atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu. Uz galvanometra noslēdzas satīts vadītājs (3.19. att.). Ja spolē tiek iespiests pastāvīgais magnēts, galvanometrs rādīs strāvas klātbūtni visā laika periodā, kamēr magnēts pārvietojas attiecībā pret spoli. Kad magnēts tiek izvilkts no spoles, galvanometrs parāda strāvas klātbūtni pretējā virzienā. Strāvas virziena maiņa notiek, mainoties magnēta ievelkamajam vai ievelkamajam polam.

Līdzīgi rezultāti tika novēroti, aizstājot pastāvīgo magnētu ar elektromagnētu (spoli ar strāvu). Ja abas spoles ir fiksētas nekustīgi, bet vienā no tām tiek mainīta strāvas vērtība, tad šajā brīdī otrā spolē tiek novērota indukcijas strāva.

ELEKTROMAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PARĀDĪBA sastāv no indukcijas elektromotora spēka (emf) iestāšanās vadošā ķēdē, caur kuru mainās magnētiskās indukcijas vektora plūsma. Ja ķēde ir aizvērta, tad tajā rodas indukcijas strāva.

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana:

1) parādīja attiecības starp elektrisko un magnētisko lauku;

2) ieteica elektriskās strāvas ģenerēšanas metode izmantojot magnētisko lauku.

Indukcijas strāvas galvenās īpašības:

1. Indukcijas strāva vienmēr rodas, kad notiek izmaiņas magnētiskās indukcijas plūsmā, kas savienota ar ķēdi.

2. Indukcijas strāvas stiprums nav atkarīgs no magnētiskās indukcijas plūsmas maiņas metodes, bet to nosaka tikai tās izmaiņu ātrums.

Faradeja eksperimenti atklāja, ka indukcijas elektromotora spēka lielums ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam, kas iekļūst vadītāja ķēdē (Faraday elektromagnētiskās indukcijas likums)

Vai , (3,46)

kur (dF) ir plūsmas izmaiņas laika gaitā (dt). MAGNĒTISKĀ PLŪSMA vai MAGNĒTISKĀS INDUKCIJAS PLŪSMA tiek saukta par vērtību, kas tiek noteikta, pamatojoties uz šādu sakarību: ( magnētiskā plūsma caur virsmas laukumu S): Ф=ВScosα, (3.45), leņķis a ir leņķis starp aplūkojamās virsmas normālu un magnētiskā lauka indukcijas vektora virzienu.

magnētiskās plūsmas vienība SI sistēmā sauc Weber- [Wb \u003d Tl × m 2].

Zīme "-" formulā nozīmē, ka emf. indukcija izraisa indukcijas strāvu, kuras magnētiskais lauks neitralizē jebkādas magnētiskās plūsmas izmaiņas, t.i. pie > 0 e.m.f. indukcija e UN<0 и наоборот.

emf indukciju mēra voltos

Lai noskaidrotu indukcijas strāvas virzienu, ir Lenca noteikums (noteikums tika izveidots 1833. gadā): indukcijas strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks mēdz kompensēt magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas izraisīja šo indukcijas strāvu. .

Piemēram, ja jūs iespiežat magnēta ziemeļpolu spolē, tas ir, palielinot magnētisko plūsmu caur tā pagriezieniem, spolē rodas indukcijas strāva tādā virzienā, ka tuvākajā spoles galā parādās ziemeļpols. uz magnētu (3.20. att.). Tātad indukcijas strāvas magnētiskajam laukam ir tendence neitralizēt izmaiņas magnētiskajā plūsmā, kas to izraisīja.

Ne tikai mainīgs magnētiskais lauks ģenerē indukcijas strāvu slēgtā vadītājā, bet arī tad, kad slēgts vadītājs ar garumu l pārvietojas nemainīgā magnētiskajā laukā (B) ar ātrumu v, vadītājā rodas emf:

a (B Ùv) (3,47)

Kā jūs jau zināt, elektromotora spēksķēdē ir ārējo spēku rezultāts. Kad diriģents kustas magnētiskajā laukā ārējo spēku loma veic Lorenca spēks(kas iedarbojas no magnētiskā lauka puses uz kustīgu elektrisko lādiņu). Šī spēka iedarbībā notiek lādiņu atdalīšanās un vadītāja galos rodas potenciālu starpība. emf indukcija vadītājā ir vienības lādiņu pārvietošanas darbs pa vadītāju.

Indukcijas strāvas virziens var definēt saskaņā ar labās rokas likumu:Vektors B iekļūst plaukstā, nolaupītais īkšķis sakrīt ar vadītāja ātruma virzienu, un 4 pirksti norāda indukcijas strāvas virzienu.

Tādējādi mainīgs magnētiskais lauks izraisa inducēta elektriskā lauka parādīšanos. Tas nav potenciāli(pretstatā elektrostatiskajam), jo Darbs ar viena pozitīva lādiņa nobīdi vienāds ar emf. indukcija, nevis nulle.

Tādus laukus sauc virpulis. Virpuļa spēka līnijas elektriskais lauks - ieslēdzās sevī atšķirībā no elektrostatiskā lauka intensitātes līnijām.

emf indukcija notiek ne tikai blakus esošajos vadītājos, bet arī pašā vadītājā, kad mainās caur vadītāju plūstošās strāvas magnētiskais lauks. Emf rašanās. jebkurā vadītājā, kad tajā mainās strāvas stiprums (tātad magnētiskā plūsma vadītājā), tiek saukta par pašindukciju, un šajā vadītājā inducētā strāva ir pašindukcijas strāva.

Strāva slēgtā ķēdē rada apkārtējā telpā magnētisko lauku, kura intensitāte ir proporcionāla strāvas stiprumam I. Tāpēc magnētiskā plūsma Ф, kas iekļūst ķēdē, ir proporcionāla strāvas stiprumam ķēdē.

Ф=L×I, (3,48).

L ir proporcionalitātes koeficients, ko sauc par pašindukcijas koeficientu jeb, vienkārši, induktivitāti. Induktivitāte ir atkarīga no ķēdes izmēra un formas, kā arī no ķēdes apkārtējās vides magnētiskās caurlaidības.

Šajā ziņā ķēdes induktivitāte - analogs vieninieka elektriskā kapacitāte, kas arī ir atkarīga tikai no vadītāja formas, tā izmēriem un vides caurlaidības.

Induktivitātes mērvienība ir Henrijs (H): 1H - šādas ķēdes induktivitāte, kuras pašindukcijas magnētiskā plūsma pie 1A strāvas ir 1Wb (1Hn \u003d 1Wb / A \u003d 1V s / A).

Ja L=const, tad emf. pašindukciju var attēlot šādā formā:

, vai , (3.49)

kur DI (dI) ir strāvas izmaiņas ķēdē, kurā ir induktors (vai ķēde) L laikā Dt (dt). Zīme "-" šajā izteiksmē nozīmē, ka emf. pašindukcija novērš strāvas izmaiņas (t.i., ja strāva slēgtā ķēdē samazinās, tad pašindukcijas emf noved pie strāvas tajā pašā virzienā un otrādi).

Viena no elektromagnētiskās indukcijas izpausmēm ir slēgtu indukcijas strāvu rašanās nepārtrauktās vadošās vidēs: metāliskos ķermeņos, elektrolītu šķīdumos, bioloģiskos orgānos utt. Šādas strāvas sauc par virpuļstrāvām vai Fuko strāvām. Šīs strāvas rodas, ja vadošs ķermenis pārvietojas magnētiskajā laukā un/vai kad laika gaitā mainās lauka, kurā atrodas ķermeņi, indukcija. Fuko strāvu stiprums ir atkarīgs no ķermeņu elektriskās pretestības, kā arī no magnētiskā lauka maiņas ātruma.

Fuko straumes arī pakļaujas Lenca likumam : to magnētiskais lauks ir vērsts tā, lai neitralizētu magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas izraisa virpuļstrāvas.

Tāpēc masīvie vadītāji tiek palēnināti magnētiskajā laukā. Elektriskās mašīnās, lai samazinātu Fuko strāvu ietekmi, transformatoru serdeņus un elektrisko mašīnu magnētiskās ķēdes montē no plānām plāksnēm, kas izolētas viena no otras ar īpašu laku vai skalu.

Virpuļstrāvas izraisa spēcīgu vadītāju karsēšanu. Džoula siltums, ko rada Fuko straumes, lietots indukcijas metalurģijas krāsnīs metālu kausēšanai saskaņā ar Džoula-Lenca likumu.