Elektromagnētiskās indukcijas fenomens. Elektromagnētiskās indukcijas praktiskais pielietojums

Apraide

Apkārtējā telpā veidojas mainīgs magnētiskais lauks, ko ierosina mainīga strāva elektriskais lauks, kas savukārt ierosina magnētisko lauku utt. Savstarpēji ģenerējot viens otru, šie lauki veido vienu mainīgu elektromagnētisko lauku – elektromagnētisko vilni. Radies vietā, kur ir vads ar strāvu, elektromagnētiskais lauks izplatās telpā ar gaismas ātrumu -300 000 km/s.

Magnetoterapija

Frekvenču spektrā dažādas vietas aizņem radio viļņi, gaisma, rentgenstari cits elektromagnētiskā radiācija. Tos parasti raksturo nepārtraukti savstarpēji savienoti elektriskie un magnētiskie lauki.

Sinhrofazotroni

Šobrīd ar magnētisko lauku saprot īpašu matērijas formu, kas sastāv no lādētām daļiņām. Mūsdienu fizikā lādētu daļiņu starus izmanto, lai dziļi iekļūtu atomos, lai tos izpētītu. Spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgu lādētu daļiņu, sauc par Lorenca spēku.

Plūsmas mērītāji - skaitītāji

Metodes pamatā ir Faradeja likuma pielietojums vadītājam magnētiskajā laukā: elektriski vadoša šķidruma plūsmā, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, tiek inducēts proporcionāls plūsmas ātrumam EML, ko elektroniskā daļa pārvērš elektriskais analogais / digitālais signāls.

Ģenerators līdzstrāva

Ģeneratora režīmā mašīnas armatūra griežas ārēja momenta ietekmē. Starp statora poliem ir konstante magnētiskā plūsma pīrsings enkurs. Armatūras tinumu vadītāji pārvietojas magnētiskajā laukā, un tāpēc tajos tiek inducēts EML, kura virzienu var noteikt ar noteikumu " labā roka". Šajā gadījumā uz vienas otas rodas pozitīvs potenciāls attiecībā pret otro. Ja ģeneratora spailēm ir pievienota slodze, tad tajā plūdīs strāva.

transformatori

Transformatorus plaši izmanto pārraidē elektriskā enerģija lielos attālumos, tā sadali starp uztvērējiem, kā arī dažādās taisnošanas, pastiprināšanas, signalizācijas un citās ierīcēs.

Enerģijas pārveidošanu transformatorā veic mainīgs magnētiskais lauks. Transformators ir plānu tērauda plākšņu serde, kas izolētas viena no otras, uz kurām tiek uzlikti divi un dažreiz vairāk izolētas stieples tinumi (spoles). Tinums, kuram ir pievienots elektriskās enerģijas avots maiņstrāva, sauc par primāro tinumu, pārējos tinumus sauc par sekundārajiem.

Ja transformatora sekundārajā tinumā ir uztīts trīs reizes vairāk apgriezienu nekā primārajā, tad primārā tinuma serdē radītais magnētiskais lauks, šķērsojot sekundārā tinuma vijumus, radīs tajā trīs reizes lielāku spriegumu.

Izmantojot transformatoru ar apgriezto apgriezienu attiecību, jūs varat tikpat viegli un vienkārši iegūt samazinātu spriegumu.

Hudolejs Andrejs, Hņikovs Igors

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskais pielietojums.

Lejupielādēt:

Priekšskatījums:

Lai izmantotu prezentāciju priekšskatījumu, izveidojiet sev kontu ( konts) Google un pierakstieties: https://accounts.google.com

Slaidu paraksti:

Elektromagnētiskā indukcija iekšā modernās tehnoloģijas Izpilda Suvorovas pilsētas 11. "A" klases MOUSOSH Nr. 2 skolēni Hņikovs Igors, Hudolejs Andrejs

Elektromagnētiskās indukcijas fenomenu 1831. gada 29. augustā atklāja Maikls Faradejs. Elektromagnētiskās indukcijas parādība ir notikums elektriskā strāva vadošā ķēdē, kas atrodas vai nu miera stāvoklī mainīgā laikā mainīgā magnētiskajā laukā, vai pārvietojas nemainīgā magnētiskajā laukā tā, ka mainās ķēdē iekļūstošo magnētiskās indukcijas līniju skaits.

Elektromagnētiskās indukcijas EMF slēgtā ķēdē ir skaitliski vienāds un pēc zīmes ir pretējs magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde. Indukcijas strāvas virziens (kā arī EMF lielums) tiek uzskatīts par pozitīvu, ja tas sakrīt ar izvēlēto ķēdes apiešanas virzienu.

Faradeja eksperiments Pastāvīgais magnēts tiek ievietots vai izņemts no spoles, kas savienota ar galvanometru. Magnētam kustoties ķēdē, rodas elektriskā strāva.Mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas būtiskās elektromagnētiskās indukcijas fenomena pazīmes. Šobrīd Faradeja eksperimentus var veikt ikviens.

galvenie avoti elektro magnētiskais lauks Kā galvenos elektromagnētiskā lauka avotus var identificēt: Elektrības līnijas. Elektroinstalācija (ēku un konstrukciju iekšpusē). Sadzīves elektroierīces. Personālie datori. TV un radio raidīšanas stacijas. Satelītu un mobilo sakaru sakari (ierīces, retranslatori). Elektriskais transports. radaru iekārtas.

Elektrības līnijas Darbojošās elektrolīnijas vadi rada rūpnieciskās frekvences (50 Hz) elektromagnētisko lauku blakus telpā (vairāku desmitu metru attālumā no vada). Turklāt lauka stiprums līnijas tuvumā var atšķirties plašā diapazonā atkarībā no tā elektriskās slodzes. Patiesībā robežas sanitārās aizsardzības zona ir uzstādīti gar maksimālā sprieguma robežlīniju, kas atrodas vistālāk no vadiem elektriskais lauks vienāds ar 1 kV/m.

Elektroinstalācija Elektroinstalācijā ietilpst: strāvas kabeļi dzīvības uzturēšanas sistēmu celtniecībai, strāvas sadales vadi, kā arī atzarojuma dēļi, strāvas kārbas un transformatori. Elektrības vadi ir galvenais rūpnieciskās frekvences elektromagnētiskā lauka avots dzīvojamās telpās. Šajā gadījumā avota izstarotā elektriskā lauka intensitātes līmenis bieži ir salīdzinoši zems (nepārsniedz 500 V/m).

Sadzīves tehnika Elektromagnētisko lauku avoti ir visi Ierīces darbojas, izmantojot elektrisko strāvu. Tajā pašā laikā starojuma līmenis mainās visplašākajā diapazonā atkarībā no modeļa, ierīces ierīces un konkrētā darbības režīma. Tāpat starojuma līmenis stipri ir atkarīgs no ierīces jaudas patēriņa – jo lielāka jauda, ​​jo augstāks elektromagnētiskā lauka līmenis ierīces darbības laikā. Elektriskā lauka stiprums sadzīves tehnikas tuvumā nepārsniedz desmitus V/m.

Personālie datori Primārais kaitīgās ietekmes uz veselību avots datora lietotājam ir monitora displeja ierīce (VOD). Papildus monitoram un sistēmas blokam personālais dators var ietvert arī lielu skaitu citu ierīču (piemēram, printeri, skeneri, tīkla filtri utt.). Visas šīs ierīces darbojas, izmantojot elektrisko strāvu, kas nozīmē, ka tās ir elektromagnētiskā lauka avoti.

Personālo datoru elektromagnētiskajam laukam ir vissarežģītākais viļņu un spektrālais sastāvs, un to ir grūti izmērīt un kvantitatīvi noteikt. Tam ir magnētiski, elektrostatiski un starojuma komponenti (jo īpaši monitora priekšā sēdošas personas elektrostatiskais potenciāls var svārstīties no -3 līdz +5 V). Ņemot vērā nosacījumu, ka personālajiem datoriem tagad plaši izmanto visās nozarēs cilvēka darbība, to ietekme uz cilvēku veselību ir rūpīgi jāizpēta un jākontrolē

Televīzijas un radio raidstacijas Pašlaik Krievijas teritorijā atrodas ievērojams skaits radio apraides staciju un dažādu piederību centru. Raidīšanas stacijas un centri atrodas tiem īpaši paredzētajās zonās un var aizņemt diezgan daudz lielas teritorijas(līdz 1000 ha). Pēc savas struktūras tie ietver vienu vai vairākas tehniskās ēkas, kurās atrodas radioraidītāji, un antenu laukus, uz kuriem atrodas līdz pat vairākiem desmitiem antenu padeves sistēmu (AFS). Katra sistēma ietver izstarojošu antenu un padeves līniju, kas nodrošina apraides signālu.

Satelīta sakari Satelītu sakaru sistēmas sastāv no raidstacijas uz Zemes un pavadoņiem – retranslatoriem orbītā. Raidošās satelītsakaru stacijas izstaro šauri virzītu viļņu staru kūli, kurā enerģijas plūsmas blīvums sasniedz simtiem W/m. Satelītu sakaru sistēmas rada lielu elektromagnētiskā lauka stiprumu ievērojamā attālumā no antenām. Piemēram, stacija ar jaudu 225 kW, kas darbojas ar frekvenci 2,38 GHz, rada enerģijas plūsmas blīvumu 2,8 W/m2 100 km attālumā. Enerģijas izkliede attiecībā pret galveno staru kūli ir ļoti maza un galvenokārt notiek antenas tiešā novietojuma zonā.

Šūnu sakari Mobilā radiotelefonija mūsdienās ir viena no visintensīvāk attīstītajām telekomunikāciju sistēmām. Sistēmas galvenie elementi šūnu komunikācija ir bāzes stacijas un mobilie radiotelefoni. Bāzes stacijas uztur radiosakarus ar mobilajām ierīcēm, kā rezultātā tās ir elektromagnētiskā lauka avoti. Sistēma izmanto principu, ka pārklājuma zona tiek sadalīta zonās jeb tā sauktajās "šūnās" ar rādiusu km.

Bāzes stacijas starojuma intensitāti nosaka slodze, tas ir, īpašnieku klātbūtne mobilos tālruņus konkrētas bāzes stacijas apkalpošanas zonā un viņu vēlmi izmantot tālruni sarunai, kas, savukārt, ir būtiski atkarīga no diennakts laika, stacijas atrašanās vietas, nedēļas dienas un citiem faktoriem. Naktīs staciju noslogojums ir gandrīz nulle. Mobilo ierīču starojuma intensitāte lielā mērā ir atkarīga no sakaru kanāla "mobilais radiotelefons - bāzes stacija" stāvokļa (jo lielāks attālums no bāzes stacijas, jo lielāka ir ierīces starojuma intensitāte).

Elektrotransports Elektriskais transports (trolejbusi, tramvaji, metro vilcieni utt.) ir spēcīgs elektromagnētiskā lauka avots Hz frekvenču diapazonā. Tajā pašā laikā vilces elektromotors lielākajā daļā gadījumu darbojas kā galvenais izstarotājs (trolejbusiem un tramvajiem gaisa strāvas savācēji konkurē ar elektromotoru izstarotā elektriskā lauka stipruma ziņā).

Radara iekārtas Radariem un radaru iekārtām parasti ir reflektora tipa antenas (“šķīvji”), un tās izstaro šauri virzītu radiostaru. Periodiska antenas kustība telpā izraisa starojuma telpisku pārtraukumu. Radiācijas radara cikliskas darbības dēļ ir arī īslaicīga starojuma pārtraukšana. Tie darbojas frekvencēs no 500 MHz līdz 15 GHz, bet dažas īpašas iekārtas var darboties frekvencēs līdz 100 GHz vai vairāk. Pateicoties starojuma īpašajam raksturam, tie var izveidot zonas ar augstu enerģijas plūsmas blīvumu (100 W/m2 vai vairāk) uz zemes.

Metāla detektori Tehnoloģiski metāla detektora darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskā lauka reģistrēšanas fenomenu, kas rodas ap jebkuru metāla priekšmetu, kad tas tiek novietots elektromagnētiskajā laukā. Šis sekundārais elektromagnētiskais lauks atšķiras gan pēc intensitātes (lauka stipruma), gan citiem parametriem. Šie parametri ir atkarīgi no priekšmeta izmēra un tā vadītspējas (zeltam un sudrabam ir daudz labāka vadītspēja nekā, piemēram, svinam) un, protams, no attāluma starp metāla detektora antenu un pašu objektu (notikuma dziļums).

Iepriekš minētā tehnoloģija noteica metāla detektora sastāvu: tas sastāv no četriem galvenajiem blokiem: antenas (dažkārt izstarojošās un uztverošās antenas atšķiras, un dažreiz tās ir viena un tā pati antena), elektroniskā apstrādes bloka, informācijas izvades bloka (vizuālais). - LCD displejs vai bultiņu indikators un audio - skaļrunis vai austiņu ligzda) un barošanas avots.

Metāla detektori ir: Meklēšana Pārbaude Būvniecības vajadzībām

Meklēšana Šis metāla detektors ir paredzēts visu veidu metāla priekšmetu meklēšanai. Parasti tie ir lielākie pēc izmēra, izmaksām un, protams, modeļa funkciju ziņā. Tas ir saistīts ar faktu, ka dažreiz jums ir jāatrod objekti līdz pat vairāku metru dziļumā zemes biezumā. Jaudīga antena spēj radīt augsta līmeņa elektromagnētisko lauku un noteikt pat vismazākās strāvas lielā dziļumā ar augstu jutību. Piemēram, meklēšanas metāla detektors 2-3 metru dziļumā zemē atrod metāla monētu, kurā var būt pat dzelzs ģeoloģiski savienojumi.

Pārbaude To izmanto specdienesti, muitnieki un dažādu organizāciju apsardzes darbinieki, lai meklētu uz cilvēka ķermeņa un apģērbā paslēptus metāla priekšmetus (ieročus, dārgmetālus, sprādzienbīstamu ierīču vadus u.c.). Šie metāla detektori izceļas ar kompaktumu, lietošanas ērtumu, tādu režīmu klātbūtni kā klusa roktura vibrācija (lai meklētais nezinātu, ka meklēšanas darbinieks ir kaut ko atradis). Rubļa monētas noteikšanas diapazons (dziļums) šādos metāla detektoros sasniedz 10-15 cm.

Arī plaša izmantošana saņēma arkveida metāla detektorus, kas izskatās pēc arkas un kuriem cauri ir jāiziet cilvēks. Gar tiem vertikālās sienas ir uzliktas īpaši jutīgas antenas, kas uztver metāla priekšmetus visos cilvēka augšanas līmeņos. Tos parasti uzstāda pretī kultūras izklaides vietām, bankās, iestādēs utt. galvenā iezīme arkveida metāla detektori - augsta jutība (regulējama) un liels cilvēku plūsmas apstrādes ātrums.

Būvniecības vajadzībām Šī klase metāla detektori ar skaņas un gaismas signalizācijas palīdzību palīdz celtniekiem atrast metāla caurules, konstrukcijas vai piedziņas elementi, kas atrodas gan sienu biezumā, gan aiz starpsienām un viltus paneļiem. Daži metāla detektori būvniecības vajadzībām bieži tiek apvienoti vienā ierīcē ar detektoriem koka konstrukcija, sprieguma detektori uz strāvas vadiem, noplūdes detektori utt.

Vārds "indukcija" krievu valodā nozīmē ierosināšanas, vadīšanas, kaut kā radīšanas procesus. Elektrotehnikā šis termins ir lietots vairāk nekā divus gadsimtus.

Iepazīstoties ar 1821. gada publikācijām, aprakstot dāņu zinātnieka Orsteda eksperimentus par magnētiskās adatas novirzēm pie vadītāja ar elektrisko strāvu, Maikls Faradejs izvirzīja sev uzdevumu: pārveidot magnētismu elektrībā.

Pēc 10 gadu pētījumiem viņš formulēja elektromagnētiskās indukcijas pamatlikumu, paskaidrojot to jebkurā slēgtā ķēdē tiek inducēts elektromotora spēks. Tās vērtību nosaka magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums, kas iekļūst aplūkojamā ķēdē, bet ņemts ar mīnusa zīmi.

Elektromagnētisko viļņu pārraide attālumā

Pirmais minējums, kas parādījās zinātnieka smadzenēs, nebija vainagojies praktiskiem panākumiem.

Viņš novietoja divus slēgtus vadītājus blakus. Pie viena es uzstādīju magnētisko adatu kā plūstošās strāvas indikatoru, bet otrā vadā pieliku impulsu no spēcīga tā laika galvaniskā avota: voltu kolonnas.

Pētnieks pieļāva, ka ar strāvas impulsu pirmajā ķēdē mainīgais magnētiskais lauks inducētu strāvu otrajā vadītājā, kas novirzītu magnētisko adatu. Bet rezultāts bija negatīvs - indikators nedarbojās. Pareizāk sakot, viņam pietrūka jūtīguma.

Zinātnieka smadzenes paredzēja elektromagnētisko viļņu radīšanu un pārraidi no attāluma, ko tagad izmanto radio apraidē, televīzijā, bezvadu kontrolē, Wi-Fi tehnoloģijās un līdzīgas ierīces. Viņu vienkārši pievīla nepilnīgā elementārā bāze mērierīces tajā laikā.

Enerģijas ražošana

Pēc neveiksmīga eksperimenta Maikls Faradejs mainīja eksperimenta nosacījumus.

Eksperimentā Faradejs izmantoja divas spoles ar slēgtām ķēdēm. Pirmajā ķēdē viņš piegādāja elektrisko strāvu no avota, bet otrajā viņš novēroja EML parādīšanos. Strāva, kas iet caur tinuma Nr.1 ​​pagriezieniem, radīja magnētisko plūsmu ap spoli, iekļūstot tinumā Nr.2 un veidojot tajā elektromotora spēku.

Faradeja eksperimenta laikā:

• ieslēdza sprieguma impulsu padevi ķēdei ar stacionārām spolēm;
• kad tika pielietota strāva, viņš injicēja augšējo apakšējā spolē;
• pastāvīgi nostiprināts tinums Nr.1 ​​un ievadīts tajā tinums Nr.2;
• mainīt spoļu kustības ātrumu attiecībā pret otru.

Visos šajos gadījumos viņš novēroja indukcijas emf izpausmi otrajā spolē. Un tikai ar tiešās strāvas pāreju caur tinumu Nr. 1 un fiksētajām vadības spolēm nebija elektromotora spēka.

Zinātnieks to noteica otrajā spolē inducētais EML ir atkarīgs no magnētiskās plūsmas maiņas ātruma. Tas ir proporcionāls tā izmēram.

Tas pats modelis pilnībā izpaužas, kad cauri iet slēgtā cilpa.EMF iedarbībā vadā veidojas elektriskā strāva.

Magnētiskā plūsma aplūkotajā gadījumā mainās ķēdē Sk, ko rada slēgta ķēde.

Tādā veidā Faradeja radītā attīstība ļāva novietot rotējošu vadošu rāmi magnētiskajā laukā.

Pēc tam viņa tika izgatavota no liels skaits pagriezieni, fiksēti rotācijas gultņos. Tinuma galos tika uzstādīti slīdošie gredzeni un birstes, kas slīd pa tiem, un caur korpusa vadiem tika pievienota slodze. Tas izslēdzās moderns ģenerators maiņstrāva.

Tas ir beidzies vienkāršs dizains tika izveidots, kad tinums tika fiksēts uz stacionāra korpusa, un magnētiskā sistēma sāka griezties. Šajā gadījumā strāvu ģenerēšanas metode uz rēķina nekādā veidā netika pārkāpta.

Elektromotoru darbības princips

Elektromagnētiskās indukcijas likums, kuru pamatoja Maikls Faradejs, ļāva radīt dažādi dizaini elektromotori. Viņiem ir līdzīga ierīce ar ģeneratoriem: kustīgs rotors un stators, kas mijiedarbojas viens ar otru rotējošu elektromagnētisko lauku dēļ.

Elektrības pārveidošana

Maikls Faradejs noteica inducēta elektromotora spēka un indukcijas strāvas rašanos tuvējā tinumā, kad mainās magnētiskais lauks blakus esošajā spolē.

Strāva tuvumā esošajā tinumā tiek inducēta, pārslēdzot slēdža ķēdi spolē 1, un tā vienmēr ir ģeneratora darbības laikā uz 3. tinuma.

Uz šo īpašību, ko sauc par savstarpēju indukciju, balstās visu mūsdienu transformatoru ierīču darbība.

Lai uzlabotu magnētiskās plūsmas caurlaidību, tiem ir izolēti tinumi, kas uzlikti uz kopēja serdeņa, kurai ir minimāla magnētiskā pretestība. Tas ir izgatavots no īpašas šķirnes tērauda un formu salikšana plānas loksnes noteiktas formas sekciju veidā, ko sauc par magnētisko ķēdi.

Transformatori savstarpējas indukcijas dēļ pārraida mainīga elektromagnētiskā lauka enerģiju no viena tinuma uz otru tādā veidā, ka notiek izmaiņas, sprieguma vērtības pārveidošana tā ieejas un izejas spailēs.

Nosaka apgriezienu skaita attiecība tinumos transformācijas koeficients, un stieples biezums, serdes materiāla konstrukcija un tilpums - pārraidītās jaudas daudzums, darba strāva.

Induktoru darbs

Elektromagnētiskās indukcijas izpausme tiek novērota spolē, mainoties tajā plūstošās strāvas stiprumam. Šo procesu sauc par pašindukciju.

Kad slēdzis ir ieslēgts iepriekš minētajā diagrammā, induktīvā strāva maina darbības strāvas taisnā pieauguma raksturu ķēdē, kā arī izslēgšanas laikā.

Kad spolē ietinam vadītājam tiek pielikts maiņspriegums, nevis konstants spriegums, caur to plūst strāvas vērtība, kas samazināta ar induktīvo pretestību. Pašindukcijas enerģija novirza strāvas fāzi attiecībā pret pielietoto spriegumu.

Šo parādību izmanto droseļos, kas paredzēti, lai samazinātu lielās strāvas, kas rodas noteiktos iekārtas darbības apstākļos. Šādas ierīces jo īpaši tiek izmantotas.

Dizaina iezīme magnētiskās ķēdes pie induktora - plākšņu griezums, kas izveidots, lai vēl vairāk palielinātu magnētisko pretestību pret magnētisko plūsmu gaisa spraugas veidošanās dēļ.

Droseles ar sadalītu un regulējamu magnētiskās ķēdes stāvokli tiek izmantotas daudzās radiotehnikas un elektriskās ierīces. Diezgan bieži tos var atrast dizainā metināšanas transformatori. Tie samazina izmēru elektriskā loka izvadīts caur elektrodu līdz optimālajai vērtībai.

Indukcijas krāsnis

Elektromagnētiskās indukcijas parādība izpaužas ne tikai vados un tinumos, bet arī jebkuru masīvu metāla priekšmetu iekšpusē. Tajos inducētās strāvas sauc par virpuļstrāvām. Transformatoru un droseles darbības laikā tie izraisa magnētiskās ķēdes un visas konstrukcijas sildīšanu.

Lai novērstu šo parādību, serdeņi ir izgatavoti no plānas metāla loksnes un izolē viens otru ar lakas slāni, kas novērš inducēto strāvu pāreju.

Apkures konstrukcijās virpuļstrāvas neierobežo, bet rada visvairāk labvēlīgi apstākļi. gadā plaši izmantots rūpnieciskā ražošana lai radītu augstu temperatūru.

Elektriskās mērierīces

Enerģētikas sektorā turpina darboties liela indukcijas ierīču klase. Elektriskie skaitītāji ar rotējošu alumīnija disku, līdzīgas konstrukcijas jaudas relejiem, pārmiju amortizācijas sistēmām mērinstrumenti darbojas pēc elektromagnētiskās indukcijas principa.

Gāzes magnētiskie ģeneratori

Ja slēgta rāmja vietā magnēta laukā tiek pārvietota vadoša gāze, šķidrums vai plazma, tad elektrības lādiņi magnētiskā iedarbībā spēka līnijas novirzīsies stingri noteiktos virzienos, veidojot elektrisko strāvu. Tā magnētiskais lauks uz uzstādītajām elektrodu kontaktplāksnēm inducē elektromotora spēku. Tās darbības rezultātā MHD ģeneratoram pievienotajā ķēdē tiek izveidota elektriskā strāva.

Tā izpaužas elektromagnētiskās indukcijas likums MHD ģeneratoros.

Nav tik sarežģītu rotējošu daļu kā rotors. Tas vienkāršo dizainu, ļauj ievērojami palielināt temperatūru darba vidi un tajā pašā laikā elektroenerģijas ražošanas efektivitāte. MHD ģeneratori darbojas kā rezerves vai avārijas avoti, kas spēj radīt ievērojamas elektroenerģijas plūsmas īsā laika periodā.

Tādējādi elektromagnētiskās indukcijas likums, kuru savulaik pamatoja Maikls Faradejs, joprojām ir aktuāls arī mūsdienās.

Elektromagnētiskās indukcijas parādība ir parādība, kas sastāv no elektromotora spēka vai sprieguma iestāšanās ķermenī, kas atrodas magnētiskajā laukā, kas pastāvīgi mainās. Elektromotora spēks elektromagnētiskās indukcijas rezultātā rodas arī tad, ja ķermenis pārvietojas statiskā un neviendabīgā magnētiskajā laukā vai griežas magnētiskajā laukā tā, ka tā līnijas, kas krustojas ar slēgtu kontūru, mainās.

Inducētā elektriskā strāva

Jēdziens "indukcija" nozīmē procesa rašanos cita procesa ietekmes rezultātā. Piemēram, elektriskā strāva var tikt inducēta, tas ir, tā var parādīties, vadotni pakļaujot magnētiskajam laukam īpašā veidā. Šādu elektrisko strāvu sauc par inducētu. Nosacījumi elektriskās strāvas veidošanās elektromagnētiskās indukcijas fenomena rezultātā ir aplūkoti vēlāk rakstā.

Magnētiskā lauka jēdziens

Pirms sākt pētīt elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, ir jāsaprot, kas ir magnētiskais lauks. runājot vienkāršos vārdos, magnētiskais lauks ir telpas apgabals, kurā magnētiskajam materiālam piemīt magnētiskie efekti un īpašības. Šo telpas reģionu var attēlot, izmantojot līnijas, ko sauc par magnētiskā lauka līnijām. Šo līniju skaits norāda fiziskais daudzums ko sauc par magnētisko plūsmu. Magnētiskā lauka līnijas ir slēgtas, tās sākas magnēta ziemeļpolā un beidzas dienvidos.

Magnētiskais lauks spēj iedarboties uz jebkuriem materiāliem, kam piemīt magnētiskas īpašības, piemēram, elektriskās strāvas dzelzs vadītājiem. Šo lauku raksturo magnētiskā indukcija, ko apzīmē ar B un mēra teslās (T). Magnētiskā indukcija 1 T ir ļoti spēcīgs magnētiskais lauks, kas iedarbojas ar 1 ņūtona spēku uz 1 kulona punktveida lādiņu, kas lido perpendikulāri magnētiskā lauka līnijām ar ātrumu 1 m/s, tas ir, 1 T = 1 N*s/ (m*Cl).

Kurš atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu?

Elektromagnētiskā indukcija, uz kuras darbības principa balstās daudzas mūsdienu ierīces, tika atklāta 19. gadsimta 30. gadu sākumā. Par indukcijas atklāšanu parasti piedēvē Maiklu Faradeju (atklāšanas datums – 1831. gada 29. augusts). Zinātnieks balstījās uz dāņu fiziķa un ķīmiķa Hansa Oersteda eksperimentu rezultātiem, kas atklāja, ka vadītājs, caur kuru plūst elektriskā strāva, rada ap sevi magnētisko lauku, tas ir, tas sāk izrādīt magnētiskas īpašības.

Faradejs, savukārt, atklāja pretēju parādību, ko atklāja Oersted. Viņš pamanīja, ka mainīgs magnētiskais lauks, ko var izveidot, mainot elektriskās strāvas parametrus vadītājā, noved pie potenciālu starpības parādīšanās jebkura strāvas vadītāja galos. Ja šie gali ir savienoti, piemēram, caur elektrisko lampu, tad caur šādu ķēdi plūdīs elektriskā strāva.

Tā rezultātā Faradejs atklāja fiziskais process, kā rezultātā vadītājā parādās elektriskā strāva magnētiskā lauka izmaiņu dēļ, kas ir elektromagnētiskās indukcijas parādība. Tajā pašā laikā inducētās strāvas veidošanai nav nozīmes tam, kas kustas: magnētisko lauku vai pašu var viegli parādīt, ja tiek veikts atbilstošs eksperiments ar elektromagnētiskās indukcijas fenomenu. Tātad, ievietojot magnētu metāla spirāles iekšpusē, mēs sākam to pārvietot. Ja caur jebkuru elektriskās strāvas indikatoru savienojat spirāles galus ķēdē, varat redzēt strāvas izskatu. Tagad jums vajadzētu atstāt magnētu vienu un pārvietot spirāli uz augšu un uz leju attiecībā pret magnētu. Indikators parādīs arī strāvas esamību ķēdē.

Faradeja eksperiments

Faradeja eksperimenti sastāvēja no darba ar vadītāju un pastāvīgo magnētu. Maikls Faradejs pirmo reizi atklāja, ka tad, kad vadītājs pārvietojas magnētiskajā laukā, tā galos rodas potenciāla atšķirība. Kustīgais vadītājs sāk šķērsot magnētiskā lauka līnijas, kas simulē šī lauka maiņas efektu.

Zinātnieks atklāja, ka pozitīvā un negatīvas pazīmes iegūtā potenciālu starpība ir atkarīga no virziena, kurā virzās vadītājs. Piemēram, ja vadītājs ir pacelts magnētiskajā laukā, tad iegūtajai potenciālu starpībai būs +- polaritāte, bet, ja šo vadītāju nolaiž, tad jau iegūsim -+ polaritāti. Šīs izmaiņas potenciālu zīmē, kuru starpību sauc par elektromotora spēku (EMF), noved pie maiņstrāvas parādīšanās slēgtā ķēdē, tas ir, strāva, kas pastāvīgi maina virzienu uz pretējo.

Faradeja atklātās elektromagnētiskās indukcijas iezīmes

Zinot, kas atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu un kāpēc rodas inducētā strāva, mēs izskaidrosim dažas šīs parādības iezīmes. Tātad, jo ātrāk jūs pārvietojat vadītāju magnētiskajā laukā, jo lielāka būs inducētās strāvas vērtība ķēdē. Vēl viena parādības iezīme ir šāda: jo lielāka ir lauka magnētiskā indukcija, tas ir, jo spēcīgāks šis lauks, jo lielāku potenciālu starpību tas var radīt, virzot vadītāju laukā. Ja vadītājs atrodas miera stāvoklī magnētiskajā laukā, tajā nerodas EML, jo nemainās magnētiskās indukcijas līnijas, kas šķērso vadītāju.

Elektriskās strāvas virziens un kreisās rokas likums

Lai noteiktu elektromagnētiskās indukcijas parādības rezultātā radītās elektriskās strāvas virzienu vadītājā, varat izmantot tā saukto kreisās rokas likumu. To var formulēt šādi: ja kreisā roka novietojiet tā, lai magnētiskās indukcijas līnijas, kas sākas magnēta ziemeļpolā, nonāktu plaukstā un izvirzītu īkšķis virzīt vadītāja kustības virzienā magnēta laukā, tad atlikušie četri kreisās rokas pirksti norādīs inducētās strāvas kustības virzienu vadītājā.

Ir vēl viena šī noteikuma versija, tā ir šāda: ja rādītājpirksts kreiso roku virziet pa magnētiskās indukcijas līnijām, un virziet izvirzīto īkšķi vadītāja virzienā, tad vidējais pirksts, kas pagriezts par 90 grādiem pret plaukstu, norādīs strāvas virzienu, kas ir parādījies vadītājā.

Pašindukcijas fenomens

Hanss Kristians Oersteds atklāja magnētiskā lauka esamību ap strāvu nesošu vadītāju vai spoli. Zinātnieks arī atklāja, ka šī lauka īpašības ir tieši saistītas ar strāvas stiprumu un tās virzienu. Ja strāva spolē vai vadītājā ir mainīga, tad tas radīs magnētisko lauku, kas nebūs stacionārs, tas ir, tas mainīsies. Savukārt šis mainīgais lauks novedīs pie inducētas strāvas parādīšanās (elektromagnētiskās indukcijas fenomens). Indukcijas strāvas kustība vienmēr būs pretēja maiņstrāvai, kas cirkulē caur vadītāju, tas ir, tā pretosies katrai strāvas virziena maiņai vadītājā vai spolē. Šo procesu sauc par pašindukciju. Iegūtā atšķirība elektriskie potenciāli sauc par pašindukcijas emf.

Ņemiet vērā, ka pašindukcijas parādība notiek ne tikai tad, kad mainās strāvas virziens, bet arī ar jebkādām izmaiņām tajā, piemēram, palielinoties pretestības samazināšanās dēļ ķēdē.

Priekš izskata apraksts Pretestība, ko rada jebkādas strāvas izmaiņas ķēdē pašindukcijas dēļ, ieviesa induktivitātes jēdzienu, ko mēra Henrijā (par godu amerikāņu fiziķim Džozefam Henrijam). Viens henrijs ir tāda induktivitāte, kurai, strāvai mainoties par 1 ampēru 1 sekundē, pašindukcijas procesā rodas EML, kas vienāds ar 1 voltu.

Maiņstrāva

Kad induktors sāk griezties magnētiskajā laukā, elektromagnētiskās indukcijas parādības rezultātā tas rada inducētu strāvu. Šī elektriskā strāva ir mainīga, tas ir, tā sistemātiski maina virzienu.

Maiņstrāva ir biežāk sastopama nekā līdzstrāva. Tātad daudzas ierīces, kas strādā no centrālās elektrotīkls, izmantojiet šāda veida strāvu. Maiņstrāvu ir vieglāk inducēt un transportēt nekā līdzstrāvu. Parasti mājsaimniecības maiņstrāvas frekvence ir 50-60 Hz, tas ir, 1 sekundē tās virziens mainās 50-60 reizes.

Maiņstrāvas ģeometriskais attēlojums ir sinusoidāla līkne, kas raksturo sprieguma atkarību no laika. Pilns periods sinusoidālā līkne mājsaimniecības strāvai ir aptuveni vienāda ar 20 milisekundēm. Pēc termiskā efekta maiņstrāva ir līdzīga līdzstrāvai, kuras spriegums ir U max /√2, kur U max - maksimālais spriegums uz sinusoidālās maiņstrāvas līknes.

Elektromagnētiskās indukcijas izmantošana tehnoloģijā

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana izraisīja īstu uzplaukumu tehnoloģiju attīstībā. Pirms šī atklājuma cilvēki varēja ražot elektroenerģiju tikai ierobežotā daudzumā, izmantojot elektriskās baterijas.

Pašlaik šī fiziskā parādība tiek izmantota elektriskie transformatori, sildītājos, kas pārvērš inducēto strāvu siltumā, kā arī in elektromotori un automašīnu ģeneratori.

Priekšmets: elektromagnētiskās indukcijas izmantošana

Nodarbības mērķi:

Izglītības:

1. Turpināt darbu pie elektromagnētiskā lauka kā matērijas formas jēdziena veidošanas un tās reālās eksistences pierādījuma.
2. Pilnveidot prasmes kvalitatīvu un skaitļošanas problēmu risināšanā.

Attīstās: Turpiniet strādāt ar studentiem...

1. priekšstatu veidošana par mūsdienu fizisko pasaules attēlu,
2. spēja atklāt attiecības starp pētāmo materiālu un dzīves parādības,
3. paplašinot studentu redzesloku

Izglītības: Iemācīties saskatīt pētīto modeļu izpausmes apkārtējā dzīvē

Demonstrācijas

1. Transformators
2. CD-ROM fragmenti “Fizikas 7.-11.kl. Bibliotēka uzskates līdzekļi»

1) "Enerģijas ražošana"
2) "Informācijas ierakstīšana un nolasīšana magnētiskajā lentē"

3. Prezentācijas

1) "Elektromagnētiskā indukcija - testi" (I un II daļa)
2) "Transformators"

Nodarbību laikā

1. Atjauninājums:

Pirms apsvērt jauns materiāls lūdzu, atbildiet uz šādiem jautājumiem:

2. Problēmu risināšana uz kartītēm skatīt prezentāciju (1.pielikums) (atbildes: 1B, 2B, 3C, 4A, 5C) - 5 min

3. Jauns materiāls.

Elektromagnētiskās indukcijas izmantošana

1) pagātnē akadēmiskais gads pētot tēmu “Informācijas nesēji” datorzinātnēs, runājām par diskiem, disketēm u.c. Izrādās, ka informācijas ierakstīšana un nolasīšana, izmantojot magnētisko lenti, balstās uz elektromagnētiskās indukcijas fenomena pielietojumu.
Informācijas ierakstīšana un atskaņošana, izmantojot magnētisko lenti (CD-ROM fragmenti "Fizikas 7.-11.klase. Uzskates līdzekļu bibliotēka", "Informācijas ierakstīšana un nolasīšana magnētiskajā lentē" - 3 min) (2.pielikums)

2) Apsveriet ierīci un šādas ierīces kā TRANSFORMĀJA darbības pamatprincipus. (Skatīt prezentācijas 3. pielikumu)
Transformatora darbības pamatā ir elektromagnētiskās indukcijas parādība.

TRANSFORMERS - ierīce, kas pārveido viena sprieguma maiņstrāvu par cita sprieguma maiņstrāvu nemainīgā frekvencē.

3) Vienkāršākajā gadījumā transformators sastāv no slēgtas tērauda serdes, uz kuras ir uzliktas divas spoles ar stiepļu tinumiem. To tinumu, kas ir savienots ar maiņstrāvas avotu, sauc par primāro, un to, kuram ir pievienota "slodze", tas ir, ierīces, kas patērē elektroenerģiju, sauc par sekundāro.

a) paaugstināšanas transformators

b) pazemināts transformators

Pārraidot enerģiju lielā attālumā - pazeminošu un paaugstinošu transformatoru izmantošana.

4) Transformatora darbs (eksperiments).

Spuldzes apgaismojums sekundārajā spolē ( šīs pieredzes skaidrojums);
- darbības princips metināšanas mašīna (Kāpēc pakāpju transformatora sekundārās spoles pagriezieni ir biezāki?);
- krāsns darbības princips ( Abās spoles jauda ir vienāda, bet strāva?)

5) Elektromagnētiskās indukcijas praktiskā pielietošana

Piemēri tehniskais lietojums elektromagnētiskā indukcija: transformators, elektriskās strāvas ģenerators - galvenais elektroenerģijas avots.
Pateicoties elektromagnētiskās indukcijas atklāšanai, kļuva iespējams ražot lētu elektroenerģiju. Mūsdienu spēkstaciju (arī atomelektrostaciju) darbības pamats ir indukcijas ģenerators.
Maiņstrāvas ģenerators (diska fragments CD-ROM fragmenti "Fizika 7-11 klase. Uzskates līdzekļu bibliotēka", "Elektrības ģenerēšana" - 2 min) (4.pielikums)

Indukcijas ģenerators sastāv no divām daļām: kustīga rotora un fiksēta statora. Visbiežāk stators ir magnēts (pastāvīgs vai elektrisks), kas rada sākotnējo magnētisko lauku (to sauc par induktors). Rotors sastāv no viena vai vairākiem tinumiem, kuros mainīga magnētiskā lauka ietekmē tiek izveidota indukcijas strāva. (Cits šāda rotora nosaukums ir enkurs).

- metāla priekšmetu noteikšana - speciālie detektori;
- trenēties uz magnētiskajiem spilveniem(sk. mācību grāmatas V. A. Kasjanova "Fizika - 11" 129. lpp.)
Fuko strāvas (virpuļstrāvas;)
– slēgts indukcijas strāvas kas rodas masīvos vadošos ķermeņos.

Tie parādās vai nu mainoties magnētiskajam laukam, kurā atrodas vadošais ķermenis, vai arī šādas ķermeņa kustības rezultātā, kad mainās magnētiskā plūsma, kas iekļūst šajā ķermenī (vai jebkurā tā daļā).
Tāpat kā jebkura cita strāva, virpuļstrāvai ir termiska ietekme uz vadītāju: ķermeņi, kuros rodas šādas strāvas, uzsilst.

Piemērs: elektrisko krāšņu uzstādīšana metālu kausēšanai un mikroviļņu krāsnis.

4. Secinājumi, vērtējumi.

1) Elektromagnētiskā indukcija, sniedziet elektromagnētiskās indukcijas praktiskas pielietošanas piemērus.
2) Elektromagnētiskie viļņi- visizplatītākais vielas veids un elektromagnētiskā indukcija - īpašs gadījums elektromagnētisko viļņu izpausmes.

5. Problēmu risināšana uz kartēm, skatīt prezentāciju(5.pielikums) (atbildes - 1B, 2A, 3A, 4B).

6. Mājas uzdevums: P.35,36 (Fizikas mācību grāmata, V.A.Kasjanova 11. klase red.)