Elektromagnētiskās indukcijas likums. Kas atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu

Fenomens elektromagnētiskā indukcija 1831. gadā atklāja Mail Faradejs. Pat pirms 10 gadiem Faradejs domāja par veidu, kā magnētismu pārvērst elektrībā. Viņš uzskatīja, ka magnētiskais lauks un elektriskais lauks kaut kā jābūt savienotam.

Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana

Piemēram, izmantojot elektriskais lauks Jūs varat magnetizēt dzelzs priekšmetu. Iespējams, ar magnēta palīdzību vajadzētu to iegūt elektrība.

Pirmkārt, Faradejs atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu vadītājos, kas ir nekustīgi viens pret otru. Kad vienā no tiem parādījās strāva, strāva tika inducēta arī otrā spolē. Turklāt nākotnē tas pazuda un atkal parādījās tikai tad, kad vienai spolei tika izslēgta jauda.

Pēc kāda laika Faradejs eksperimentos pierādīja, ka spoli bez strāvas pārvietojot ķēdē attiecībā pret otru, kuras galos tiek pielikts spriegums, arī pirmajā spolē parādīsies elektriskā strāva.

Nākamais eksperiments bija magnēta ievadīšana spolē, un tajā pašā laikā tajā parādījās arī strāva. Šie eksperimenti ir parādīti turpmākajos attēlos.

Faradejs formulēja galveno iemeslu strāvas parādīšanās slēgtā ķēdē. Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, kad mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas caurstrāvo šo ķēdi.

Jo lielākas ir šīs izmaiņas, jo spēcīgāka būs indukcijas strāva. Nav svarīgi, kā mēs panākam izmaiņas magnētiskās indukcijas līniju skaitā. Piemēram, to var izdarīt, pārvietojot kontūru nevienmērīgā magnētiskajā laukā, kā tas notika eksperimentā ar magnētu vai spoles kustību. Un mēs varam, piemēram, mainīt strāvas stiprumu spolē, kas atrodas blakus ķēdei, kamēr mainīsies šīs spoles radītais magnētiskais lauks.

Likuma redakcija

Īsi apkoposim. Elektromagnētiskās indukcijas parādība ir strāvas parādība slēgtā ķēdē, mainoties magnētiskajam laukam, kurā šī ķēde atrodas.

Elektromagnētiskās indukcijas likuma precīzākai formulēšanai nepieciešams ieviest vērtību, kas raksturotu magnētisko lauku - magnētiskās indukcijas vektora plūsmu.

magnētiskā plūsma

Magnētiskās indukcijas vektoru apzīmē ar burtu B. Tas raksturos magnētisko lauku jebkurā telpas punktā. Tagad apsveriet slēgtu kontūru, kas ierobežo virsmu ar laukumu S. Novietosim to vienmērīgā magnētiskajā laukā.

Starp normālo vektoru pret virsmu un magnētiskās indukcijas vektoru būs zināms leņķis a. Tiek saukta magnētiskā plūsma Ф caur virsmu ar laukumu S fiziskais daudzums, vienāds ar magnētiskās indukcijas vektora moduļa un virsmas laukuma un leņķa kosinusa reizinājumu starp magnētiskās indukcijas vektoru un kontūras normālu.

F \u003d B * S * cos (a).

Produkts B*cos(a) ir vektora B projekcija uz normālu n. Tāpēc magnētiskās plūsmas formu var pārrakstīt šādi:

Magnētiskās plūsmas mērvienība ir Vēbers. Apzīmēts ar 1 Wb. Tiek radīta 1 Wb magnētiskā plūsma magnētiskais lauks ar indukciju 1 T caur virsmas laukumu 1 m ^ 2, kas atrodas perpendikulāri magnētiskās indukcijas vektoram.

Pēc Oersted un Ampère atklājumiem kļuva skaidrs, ka elektrībai ir magnētisks spēks. Tagad bija nepieciešams apstiprināt ietekmi magnētiskās parādības uz elektrisko. Šo problēmu lieliski atrisināja Faradejs.

Maikls Faradejs (1791-1867) dzimis Londonā, vienā no tās nabadzīgākajām vietām. Viņa tēvs bija kalējs, bet māte bija īrnieka meita. Kad Faradejs sasniedza skolas vecumu, viņš tika nosūtīts uz pamatskolu. Faradeja šeit apgūtais kurss bija ļoti šaurs un aprobežojās tikai ar lasīšanas, rakstīšanas un skaitīšanas sākšanu.

Dažus soļus no mājas, kurā dzīvoja Faradeju ģimene, atradās grāmatnīca, kas vienlaikus bija arī grāmatu iesiešanas iestāde. Šeit nonāca Faradejs, pabeidzis kursu pamatskola kad radās jautājums par profesijas izvēli viņam. Maikls tajā laikā bija tikai 13 gadus vecs. Jau jaunībā, kad Faradejs tikko bija sācis pašizglītību, viņš centās paļauties tikai uz faktiem un pārbaudīt citu ziņojumus ar savu pieredzi.

Šīs tiekšanās dominēja viņā visu mūžu kā galvenās viņa iezīmes zinātniskā darbība Fiziskā un ķīmiskie eksperimenti Faradejs ar to sāka nodarboties bērnībā, kad pirmoreiz iepazinās ar fiziku un ķīmiju. Reiz Maikls apmeklēja vienu no izcilā angļu fiziķa Hamfrija Deivija lekcijām.

Faradejs detalizēti pierakstīja lekciju, sasēja to un nosūtīja Deivijam. Viņš bija tik pārsteigts, ka piedāvāja Faradejam strādāt kopā ar viņu par sekretāru. Drīz Deivijs devās ceļojumā uz Eiropu un paņēma līdzi Faradeju. Divus gadus viņi apmeklēja lielākās Eiropas universitātes.

1815. gadā atgriežoties Londonā, Faradejs sāka strādāt par asistentu vienā no Londonas Karaliskās institūcijas laboratorijām. Tajā laikā tā bija viena no labākajām fizikālajām laboratorijām pasaulē.No 1816. līdz 1818. gadam Faradejs publicēja vairākas nelielas piezīmes un mazus memuārus par ķīmiju. Faradeja pirmais darbs par fiziku ir datēts ar 1818. gadu.

Pamatojoties uz savu priekšgājēju pieredzi un apvienojot vairākus pašu pieredze, līdz 1821. gada septembrim Maikls bija izdrukājis "Elektromagnētisma veiksmes stāstu". Jau tajā laikā viņš izveidoja pilnīgi pareizu koncepciju par magnētiskās adatas novirzes fenomena būtību strāvas iedarbībā.

Sasniedzis šos panākumus, Faradejs pameta studijas elektrības jomā uz desmit gadiem, veltot sevi vairāku dažāda veida priekšmetu apguvei. 1823. gadā Faradejs veica vienu no svarīgākajiem atklājumiem fizikas jomā - viņš vispirms panāca gāzes sašķidrināšanu un vienlaikus izveidoja vienkāršu, bet derīgu metodi gāzu pārvēršanai šķidrumā. 1824. gadā Faradejs veica vairākus atklājumus fizikas jomā.

Cita starpā viņš konstatēja faktu, ka gaisma ietekmē stikla krāsu, mainot to. AT nākamgad Faradejs atkal pāriet no fizikas uz ķīmiju, un viņa darba rezultāts šajā jomā ir benzīna un sērskābes naftalīna skābes atklāšana.

1831. gadā Faradejs publicēja traktātu Par īpašu optiskās ilūzijas veidu, kas kalpoja par pamatu skaistam un dīvainam optiskajam šāviņam, ko sauca par "hromotropu". Tajā pašā gadā tika publicēts vēl viens zinātnieka traktāts "Par vibrējošām plāksnēm". Daudzi no šiem darbiem paši par sevi varētu iemūžināt sava autora vārdu. Bet vissvarīgākais no zinātniskie darbi Faraday ir viņa pētījumi elektromagnētisma un elektriskās indukcijas jomā.

Stingri sakot, svarīgo fizikas nozari, kas apstrādā elektromagnētisma un induktīvās elektrības parādības un kurai šobrīd ir tik liela nozīme tehnoloģijās, Faradejs radīja no nekā.

Kad Faradejs beidzot nodevās pētniecībai elektrības jomā, tika noskaidrots, ka ar parastos apstākļos elektrificēta ķermeņa klātbūtne ir pietiekama, lai tā ietekme ierosinātu elektrību katrā citā ķermenī. Tajā pašā laikā bija zināms, ka vads, pa kuru iet strāva un kas vienlaikus ir arī elektrificēts korpuss, nekādi neietekmē citus tuvumā novietotus vadus.

Kas izraisīja šo izņēmumu? Šis ir jautājums, kas Faradeju interesēja un pie kura atrisinājums viņu noveda galvenie atklājumi indukcijas elektrības jomā. Kā parasti, Faradejs uzsāka virkni eksperimentu, kuriem vajadzēja noskaidrot lietas būtību.

Faradejs uztīja divus izolētus vadus paralēli viens otram uz vienas koka velmēšanas tapas. Viņš savienoja viena vada galus ar desmit elementu akumulatoru, bet otra galus ar jutīgu galvanometru. Kad strāva tika izlaista caur pirmo vadu,

Faradejs visu uzmanību pievērsa galvanometram, cerēdams no tā svārstībām pamanīt strāvas parādīšanos arī otrajā vadā. Tomēr nekas tamlīdzīgs nebija: galvanometrs palika mierīgs. Faradejs nolēma palielināt strāvu un ķēdē ieviesa 120 galvaniskās šūnas. Rezultāts ir tāds pats. Faradejs atkārtoja šo eksperimentu desmitiem reižu, un visas ar vienādiem panākumiem.

Jebkurš cits viņa vietā būtu pametis eksperimentu, būdams pārliecināts, ka strāva, kas iet caur vadu, neietekmē blakus esošo vadu. Bet Faradejs vienmēr centās iegūt no saviem eksperimentiem un novērojumiem visu, ko tie varēja dot, un tāpēc, nesaņēmis tiešu ietekmi uz galvanometram pievienoto vadu, viņš sāka meklēt blakusparādības.

Viņš uzreiz pamanīja, ka galvanometrs, paliekot pilnīgi mierīgs visu strāvas pārejas laiku, sāk svārstīties pie pašas ķēdes aizvēršanas un tās atvēršanas.. Izrādījās, ka brīdī, kad strāva tiek nodota pirmajā vadā, un arī tad, kad šis otrais vads ir arī ierosināts ar strāvu, kurai pirmajā gadījumā ir pretējs virziens pirmajai strāvai un ir tāds pats ar to otrajā gadījumā un ilgst tikai vienu momentu.

Šīs sekundārās momentānās strāvas, kas radušās primāro ietekmes rezultātā, Faradejs sauca par induktīvām, un šāds nosaukums tām ir saglabājies līdz šim. Tā kā induktīvām strāvām ir momentānas, uzreiz pazūdot pēc to parādīšanās, tām nebūtu praktiskas nozīmes, ja Faradejs nebūtu atradis veidu, kā ar ģeniālas ierīces (komutatora) palīdzību pastāvīgi pārtraukt un atkal vadīt primāro strāvu, kas nāk no akumulatora caur pirmais vads, kura dēļ otrajā vadā tiek nepārtraukti ierosināts ar arvien vairāk induktīvo strāvu, tādējādi kļūstot nemainīgs. Tātad tika atrasts jauns avots elektriskā enerģija, papildus iepriekš zināmajiem (berzes un ķīmiskie procesi), - indukcija, un jaunais veidsšīs enerģijas ir indukcijas elektrība.

Turpinot eksperimentus, Faradejs atklāja, ka ar vienkāršu aproksimāciju stieplei, kas savīta slēgtā līknē citai, pa kuru plūst galvaniskā strāva, pietiek, lai ierosinātu induktīvo strāvu virzienā, kas ir pretējs galvaniskajai strāvai neitrālā vadā. noņemot neitrālu vadu, tajā atkal ierosina induktīvo strāvu. strāva jau ir tādā pašā virzienā kā galvaniskā strāva, kas plūst pa fiksētu vadu, un, visbeidzot, šīs induktīvās strāvas tiek ierosinātas tikai tuvošanās un noņemšanas laikā. vadu pie galvaniskās strāvas vadītāja, un bez šīs kustības strāvas netiek ierosinātas neatkarīgi no tā, cik tuvu vadi atrodas viens otram.

Tādējādi tika atklāta jauna parādība, līdzīga iepriekš aprakstītajai indukcijas parādībai galvaniskās strāvas slēgšanas un izbeigšanās laikā. Šie atklājumi savukārt radīja jaunus. Ja ir iespējams radīt induktīvo strāvu, aizverot un apturot galvanisko strāvu, vai tas pats rezultāts nebūtu iegūts ar dzelzs magnetizāciju un demagnetizāciju?

Orsteda un Ampēra darbi jau bija izveidojuši attiecības starp magnētismu un elektrību. Bija zināms, ka dzelzs kļūst par magnētu, kad ap to ir uztīts izolēts vads un caur to iet galvaniskā strāva, un ka magnētiskās īpašībasšī dzelzs beidzas, tiklīdz strāva apstājas.

Pamatojoties uz to, Faradejs nāca klajā ar šāda veida eksperimentu: divi izolēti vadi tika apvilkti ap dzelzs gredzenu; turklāt viens vads bija aptīts ap vienu gredzena pusi, bet otrs ap otru. Pa vienu vadu tika izvadīta strāva no galvaniskā akumulatora, bet otra gali tika savienoti ar galvanometru. Un tā, kad strāva slēdzās vai apstājās, un līdz ar to dzelzs gredzens tika magnetizēts vai demagnetizēts, galvanometra adata strauji svārstījās un pēc tam ātri apstājās, tas ir, visas tās pašas momentānās induktīvās strāvas tika ierosinātas neitrālajā vadā - tas laiks: jau magnētisma ietekmē.

Tādējādi šeit pirmo reizi magnētisms tika pārvērsts elektrībā. Saņēmis šos rezultātus, Faradejs nolēma dažādot savus eksperimentus. Dzelzs gredzena vietā viņš sāka izmantot dzelzs lenti. Tā vietā, lai ar galvanisko strāvu uzmundrinātu dzelzi, viņš magnetizēja dzelzi, pieskaroties tam pastāvīgajam tērauda magnētam. Rezultāts bija tāds pats: stieplē, kas aptīts ap dzelzi, vienmēr! strāva tika ierosināta dzelzs magnetizācijas un demagnetizācijas brīdī.

Tad Faradejs stieples spirālē ieviesa tērauda magnētu - pēdējā tuvošanās un noņemšana izraisīja indukcijas strāvas vadā. Vārdu sakot, magnētisms induktīvo strāvu ierosināšanas nozīmē darbojās tieši tāpat kā galvaniskā strāva.

Tolaik fiziķus intensīvi nodarbināja viena noslēpumaina parādība, ko 1824. gadā atklāja Arago un nerada izskaidrojumu, neskatoties uz to; ka šo skaidrojumu intensīvi meklēja tādi izcili tā laika zinātnieki kā pats Arago, Ampērs, Puasons, Babajs un Heršels.

Lieta bija sekojoša. Magnētiskā adata, kas brīvi karājas, ātri atslābina, ja zem tās tiek nogādāts nemagnētiska metāla aplis; ja aplis pēc tam tiek nodots rotācijas kustībai, magnētiskā adata sāk tam sekot.

Mierīgā stāvoklī starp apli un bultu nebija iespējams atklāt kaut mazāko pievilcību vai atgrūšanos, kamēr tas pats aplis, kas bija kustībā, aiz sevis vilka ne tikai vieglu bultu, bet arī smagu magnētu. Šī patiesi brīnumainā parādība tā laika zinātniekiem šķita noslēpumaina mīkla, kaut kas pāri dabiskajam.

Faradejs, pamatojoties uz saviem iepriekš minētajiem datiem, izdarīja pieņēmumu, ka nemagnētiska metāla aplis magnēta ietekmē rotācijas laikā tiek cirkulēts ar induktīvām strāvām, kas ietekmē magnētisko adatu un velk to aiz magnēta.

Patiešām, ieviešot apļa malu starp liela pakavveida magnēta poliem un savienojot apļa centru un malu ar galvanometru ar vadu, Faradejs apļa griešanās laikā saņēma pastāvīgu elektrisko strāvu.

Pēc tam Faradejs pievērsās citai parādībai, kas toreiz izraisīja vispārēju zinātkāri. Kā zināms, ja dzelzs vīles tiek uzkaisītas uz magnēta, tās tiek sagrupētas pa noteiktām līnijām, ko sauc par magnētiskajām līknēm. Faradejs, pievēršot uzmanību šai parādībai, 1831. gadā deva pamatus magnētiskajām līknēm, nosaukumu "magnētiskā spēka līnijas", kas pēc tam tika plaši izmantotas.

Šo "līniju" izpēte Faradeju noveda pie jauna atklājuma, izrādījās, ka induktīvo strāvu ierosināšanai avota pieeja un noņemšana no magnētiskā pola nav nepieciešama. Lai ierosinātu strāvas, pietiek zināmā veidā šķērsot magnētiskā spēka līnijas.

Tālākie Faradeja darbi minētajā virzienā ieguva no mūsdienu viedokļa kaut kā pavisam brīnumaina raksturu. 1832. gada sākumā viņš demonstrēja aparātu, kurā induktīvās strāvas ierosināja bez magnēta vai galvaniskās strāvas palīdzības.

Ierīce sastāvēja no dzelzs sloksnes, kas ievietota stieples spolē. Šī ierīce parastos apstākļos nedeva ne mazākās pazīmes par strāvu parādīšanos tajā; bet tiklīdz viņam tika dots magnētiskās adatas virzienam atbilstošs virziens, vadā tika ierosināta strāva.

Tad Faradejs iedeva magnētiskās adatas pozīciju vienai spolei un pēc tam ievietoja tajā dzelzs sloksni: strāva atkal tika satraukta. Iemesls, kas izraisīja strāvu šajos gadījumos, bija zemes magnētisms, kas izraisīja induktīvās strāvas kā parasts magnēts vai galvaniskā strāva. Lai to skaidrāk parādītu un pierādītu, Faradejs veica vēl vienu eksperimentu, kas pilnībā apstiprināja viņa idejas.

Viņš sprieda, ka, ja nemagnētiska metāla, piemēram, vara aplis, kas rotē stāvoklī, kurā tas krusto blakus esošā magnēta magnētiskā spēka līnijas, dod induktīvo strāvu, tad tas pats aplis, kas rotē, ja nav magnēts, bet pozīcijā, kurā aplis šķērsos zemes magnētisma līnijas, jādod arī induktīvā strāva.

Un patiešām, vara aplis, pagriezts horizontālā plaknē, deva induktīvo strāvu, kas radīja ievērojamu galvanometra adatas novirzi. Faradejs pabeidza virkni pētījumu elektriskās indukcijas jomā, atklājot 1835. gadā "strāvas induktīvo ietekmi uz sevi".

Viņš noskaidroja, ka galvanisko strāvu aizverot vai atverot, pašā vadā tiek ierosinātas momentānas induktīvās strāvas, kas kalpo kā šīs strāvas vadītājs.

Krievu fiziķis Emīls Hristoforovičs Lencs (1804-1861) deva noteikumu virziena noteikšanai indukcijas strāva. "Indukcijas strāva vienmēr tiek virzīta tā, ka tās radītais magnētiskais lauks kavē vai palēnina kustību, kas izraisa indukciju," atzīmē A.A. Korobko-Stefanovs savā rakstā par elektromagnētisko indukciju. - Piemēram, spolei tuvojoties magnētam, iegūtajai induktīvajai strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks būs pretējs magnēta magnētiskajam laukam. Rezultātā starp spoli un magnētu rodas atgrūšanas spēki.

Lenca noteikums izriet no enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma. Ja indukcijas strāvas paātrinātu kustību, kas tās izraisīja, tad darbs tiktu radīts no nekā. Pati spole pēc neliela grūdiena steigtos pretī magnētam, un tajā pašā laikā indukcijas strāva atbrīvotu tajā siltumu. Patiesībā indukcijas strāva rodas magnēta un spoles tuvināšanas rezultātā.

Kāpēc ir inducēta strāva? Dziļu elektromagnētiskās indukcijas fenomena skaidrojumu sniedza angļu fiziķis Džeimss Klerks Maksvels - pabeigtās matemātiskā teorija elektromagnētiskais lauks.

Lai labāk izprastu lietas būtību, apsveriet ļoti vienkāršu eksperimentu. Ļaujiet, lai spole sastāv no viena stieples pagrieziena un to caurdur mainīgs magnētiskais lauks, kas ir perpendikulārs pagrieziena plaknei. Spolē, protams, ir indukcijas strāva. Maksvels interpretēja šo eksperimentu ārkārtīgi drosmīgi un negaidīti.

Kad magnētiskais lauks mainās telpā, pēc Maksvela domām, rodas process, kuram stieples spoles klātbūtnei nav nozīmes. Galvenais šeit ir elektriskā lauka slēgtu gredzenu līniju parādīšanās, kas aptver mainīgo magnētisko lauku. Jaunā elektriskā lauka ietekmē elektroni sāk kustēties, un spolē rodas elektriskā strāva. Spole ir tikai ierīce, kas ļauj noteikt elektrisko lauku.

Elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtība ir tāda, ka mainīgs magnētiskais lauks vienmēr rada elektrisko lauku ar slēgtām spēka līnijām apkārtējā telpā. Šādu lauku sauc par virpuļlauku.

Pētījumi zemes magnētisma radītās indukcijas jomā deva Faradejam iespēju jau 1832. gadā izteikt ideju par telegrāfu, kas pēc tam bija šī izgudrojuma pamatā. Kopumā elektromagnētiskās indukcijas atklāšanu ne velti piedēvē visvairāk izcili atklājumi XIX gadsimts - miljoniem elektromotoru un elektriskās strāvas ģeneratoru darbs visā pasaulē ir balstīts uz šo fenomenu ...

Informācijas avots: Samins D.K. “One Hundred Great zinātniskie atklājumi"., M.: "Veche", 2002

Atbilde:

Nākamais svarīgais solis elektrodinamikas attīstībā pēc Ampēra eksperimentiem bija elektromagnētiskās indukcijas fenomena atklāšana. Angļu fiziķis Maikls Faradejs (1791 - 1867) atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

Faradejs, vēl jauns zinātnieks, tāpat kā Orsteds, domāja, ka visi dabas spēki ir savstarpēji saistīti un turklāt spēj pārveidoties viens otrā. Interesanti, ka Faradejs izteica šo ideju jau pirms enerģijas nezūdamības un pārveidošanas likuma izveidošanas. Faradejs zināja par Ampera atklāšanu, ka viņš, tēlaini izsakoties, pārvērta elektrību magnētismā. Pārdomājot šo atklājumu, Faradejs nonāca pie secinājuma, ka, ja "elektrība rada magnētismu", tad otrādi, "magnētismam ir jārada elektrība". Un tālajā 1823. gadā viņš savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Astoņus gadus Faradejs strādāja pie problēmas risināšanas. Ilgu laiku viņu vajāja neveiksmes, un, visbeidzot, 1831. gadā viņš to atrisināja - atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu.

Pirmkārt, Faradejs atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu gadījumam, kad spoles ir uztītas uz viena cilindra. Ja vienā spolē rodas vai pazūd elektriskā strāva, tai pievienojot vai atvienojot galvanisko akumulatoru, tad otrā spolē tajā brīdī parādās īslaicīga strāva. Šo strāvu nosaka galvanometrs, kas ir savienots ar otro spoli.

Tad Faradejs arī konstatēja indukcijas strāvas klātbūtni spolē, kad pietuvojās spolei vai tika attālināta no tās, kurā plūda elektriskā strāva.

visbeidzot, trešais elektromagnētiskās indukcijas gadījums, ko Faradejs atklāja, bija tāds, ka spolē parādījās strāva, kad tajā tika ievietots vai izņemts magnēts.

Faradeja atklājums piesaistīja daudzu fiziķu uzmanību, kuri arī sāka pētīt elektromagnētiskās indukcijas fenomena iezīmes. Nākamais uzdevums bija noteikt vispārējo elektromagnētiskās indukcijas likumu. Bija nepieciešams noskaidrot, kā un no kā ir atkarīgs indukcijas strāvas stiprums vadītājā vai no kā ir atkarīgs indukcijas elektromotora spēka lielums vadītājā, kurā tiek inducēta elektriskā strāva.

Šis uzdevums izrādījās grūts. Vēlāk Faradejs un Maksvels to pilnībā atrisināja doktrīnas ietvaros, ko viņi izstrādāja par elektromagnētisko lauku. Taču to mēģināja atrisināt arī fiziķi, kuri pieturējās pie tā laika elektrisko un magnētisko parādību doktrīnā izplatītās tāldarbības teorijas.

Kaut kas šiem zinātniekiem izdevās. Tajā pašā laikā viņiem palīdzēja Sanktpēterburgas akadēmiķa Emīla Krištianoviča Lenca (1804 - 1865) atklātais noteikums indukcijas strāvas virziena atrašanai dažādos gadījumos elektromagnētiskā indukcija. Lencs to formulēja šādi: “Ja metāla vadītājs pārvietojas tuvu galvaniskajai strāvai vai magnētam, tad galvaniskā strāva tajā tiek ierosināta tādā virzienā, ka, ja šis vadītājs būtu nekustīgs, tad strāva varētu izraisīt tā kustību pretējā virzienā. virziens; tiek pieņemts, ka vadītājs miera stāvoklī var pārvietoties tikai kustības virzienā vai pretējā virzienā.

Šis noteikums ir ļoti ērts, lai noteiktu induktīvās strāvas virzienu. Mēs to lietojam arī tagad, tikai tagad tas ir formulēts nedaudz savādāk, ar elektromagnētiskās indukcijas jēdziena apglabāšanu, ko Lencs neizmantoja.

Bet vēsturiski Lenca valdīšanas galvenā nozīme bija tā, ka tas radīja ideju par to, kā tuvoties elektromagnētiskās indukcijas likuma atrašanai. Fakts ir tāds, ka atoma noteikumā tiek izveidots savienojums starp elektromagnētisko indukciju un strāvu mijiedarbības fenomenu. Jautājumu par straumju mijiedarbību jau atrisināja Ampērs. Tāpēc šī savienojuma izveide sākotnēji ļāva noteikt indukcijas elektromotora spēka izteiksmi vadītājā vairākiem īpašiem gadījumiem.

AT vispārējs skats elektromagnētiskās indukcijas likumu, kā mēs par to teicām, izveidoja Faradejs un Maksvels.

Elektromagnētiskā indukcija - elektriskās strāvas parādība slēgtā ķēdē, kad mainās magnētiskā plūsma, kas iet caur to.

Elektromagnētisko indukciju 1831. gada 29. augustā atklāja Maikls Faradejs. Viņš atklāja, ka elektromotora spēks, kas rodas slēgtā vadošā ķēdē, ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo šī ķēde. Elektromotora spēka (EMF) lielums nav atkarīgs no tā, kas izraisa plūsmas izmaiņas - paša magnētiskā lauka izmaiņas vai ķēdes (vai tā daļas) kustību magnētiskajā laukā. Šī EML radīto elektrisko strāvu sauc par indukcijas strāvu.

Pašindukcija - indukcijas EML rašanās slēgtā vadošā ķēdē, kad mainās caur ķēdi plūstošā strāva.

Kad strāva ķēdē mainās proporcionāli, un magnētiskā plūsma caur virsmu, ko ierobežo šī kontūra. Šīs magnētiskās plūsmas izmaiņas elektromagnētiskās indukcijas likuma dēļ šajā ķēdē izraisa induktīvas EML ierosmi.

Šo parādību sauc par pašindukciju. (Jēdziens ir saistīts ar savstarpējās indukcijas jēdzienu, kas it kā ir tās īpašais gadījums).

Virziens EML pašindukcija tas vienmēr izrādās tāds, ka, palielinoties strāvai ķēdē, pašindukcijas EMF novērš šo palielināšanos (vērsta pret strāvu), un, kad strāva samazinās, tā samazinās (virzīta kopā ar strāvu). Ar šo īpašību pašindukcijas EMF ir līdzīgs inerces spēkam.

Pirms pirmā releja izveidošanas 1824. gadā anglis Sturgeon izgudroja elektromagnētu - ierīci, kas pārveido uz dzelzs serdes uztītās stieples spoles ieejas elektrisko strāvu magnētiskajā laukā, kas tiek radīts šī serdeņa iekšpusē un ārpusē. Magnētiskais lauks tika fiksēts (atklāts) pēc tā ietekmes uz feromagnētisko materiālu, kas atrodas netālu no kodola. Šis materiāls tika piesaistīts elektromagnēta kodolam.

Pēc tam elektriskās strāvas enerģijas pārvēršana mehāniskajā enerģijā, ko radīja ārēja feromagnētiskā materiāla (armatūra) nozīmīga kustība, veidoja dažādu elektromehānisko telekomunikāciju ierīču (telegrāfijas un telefonijas), elektrotehnikas un elektroenerģijas nozares pamatu. Viena no pirmajām šādām ierīcēm bija elektromagnētiskais relejs, ko 1831. gadā izgudroja amerikānis Dž. Henrijs.

Līdz šim mēs esam apsvēruši elektriskos un magnētiskos laukus, kas laika gaitā nemainās. Tika konstatēts, ka tiek izveidots elektriskais lauks elektriskie lādiņi, un magnētiskais lauks - kustīgi lādiņi, t.i. elektriskā strāva. Pāriesim pie iepazīšanās ar elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, kas mainās ar laiku.

Lielākā daļa svarīgs fakts, kas ir atklāts, ir visciešākā saistība starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Laikā mainīgs magnētiskais lauks rada elektrisko lauku, un mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku. Bez šīs saiknes starp laukiem elektromagnētisko spēku izpausmju daudzveidība nebūtu tik plaša kā patiesībā. Nebūtu ne radioviļņu, ne gaismas.

Nav nejaušība, ka pirmais izšķirošs solis jaunu elektromagnētiskās mijiedarbības īpašību atklāšanā tika padarīts par elektromagnētiskā lauka ideju pamatlicēju - Faradeju. Faradejs bija pārliecināts par elektrisko un magnētisko parādību vienoto raksturu. Pateicoties tam, viņš veica atklājumu, kas vēlāk veidoja pamatu visu pasaules elektrostaciju ģeneratoru projektēšanai, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskās strāvas enerģijā. (Citi avoti: galvaniskie elementi, akumulatori utt. - nodrošina niecīgu saražotās enerģijas daļu.)

Faradeja skaidroja, ka elektriskā strāva spēj magnetizēt dzelzs gabalu. Vai magnēts savukārt var izraisīt elektrisko strāvu?

Ilgu laiku šo savienojumu nevarēja atrast. Grūti bija izdomāt galveno, proti: tikai kustīgs magnēts vai laikā mainīgs magnētiskais lauks spēj ierosināt elektrisko strāvu spolē.

Kādi negadījumi varētu novērst atklāšanu, liecina šāds fakts. Gandrīz vienlaikus ar Faradeju Šveices fiziķis Koladons mēģināja iegūt elektrisko strāvu spolē, izmantojot magnētu. Strādājot viņš izmantoja galvanometru, kura gaismas magnētiskā adata bija ievietota ierīces spoles iekšpusē. Lai magnēts tieši neietekmētu adatu, spoles galus, kuros Koladons iespieda magnētu, cerot dabūt tajā strāvu, tika izvilkti ārā. blakus telpa un tie ir savienoti ar galvanometru. Ievietojis magnētu spolē, Koladons iegāja blakus istabā un ar skumjām

pārliecinājies, ka galvanometrs nerāda strāvu. Ja vien viņš visu laiku būtu vērojis galvanometru un palūdzis kādam strādāt pie magnēta, būtu izdarīts ievērojams atklājums. Bet tas nenotika. Magnēts miera stāvoklī attiecībā pret spoli nerada tajā strāvu.

Elektromagnētiskās indukcijas fenomens sastāv no elektriskās strāvas iestāšanās vadošā ķēdē, kas vai nu atrodas magnētiskajā laukā, kas mainās laikā, vai pārvietojas nemainīgā magnētiskajā laukā tā, ka magnētiskās indukcijas līniju skaits iekļūst ķēdes izmaiņas. Tas tika atklāts 1831. gada 29. augustā. Tas ir rets gadījums, kad jauna ievērojama atklājuma datums ir zināms tik precīzi. Šeit ir paša Faradeja sniegtā pirmā eksperimenta apraksts:

“Brūce uz platas koka spoles vara stieple 203 pēdas garš, un starp tā pagriezieniem ir uztīts tāda paša garuma stieple, bet izolēta no pirmā kokvilnas pavediena. Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar spēcīgu akumulatoru, kas sastāv no 100 plākšņu pāriem... Kad ķēde tika slēgta, bija iespējams pamanīt pēkšņu, bet ārkārtīgi vāju galvanometra darbību, un tas pats tika pamanīts, kad strāva apstājās. Nepārtraukti plūstot strāvai caur vienu no spolēm, nebija iespējams konstatēt nekādu ietekmi uz galvanometru vai kopumā nekādu induktīvu ietekmi uz otru spoli, neskatoties uz to, ka visas akumulatoram pievienotās spoles sildīšana, un dzirksteļu spilgtums, kas lec starp oglēm, liecināja par akumulatora jaudu "(Faraday M. " Eksperimentālie pētījumi par elektrību”, 1. sērija).

Tātad sākotnēji indukcija tika atklāta vadītājos, kas ķēdes aizvēršanas un atvēršanas laikā bija nekustīgi viens pret otru. Tad, skaidri saprotot, ka strāvas vadītāju pieejai vai noņemšanai ir jānoved pie tāda paša rezultāta kā ķēdes aizvēršanai un atvēršanai, Faradejs ar eksperimentiem pierādīja, ka strāva rodas, spoles pārvietojot viena otru.

radinieks draugam. Faradejs, iepazinies ar Ampēra darbiem, saprata, ka magnēts ir nelielu strāvu kopums, kas cirkulē molekulās. 17. oktobrī, kā ierakstīts viņa laboratorijas žurnālā, magnēta ievietošanas (vai izņemšanas) laikā spolē tika konstatēta indukcijas strāva. Viena mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtiskās iezīmes.

Šobrīd Faradeja eksperimentus var atkārtot ikviens. Lai to izdarītu, jums ir jābūt divām spolēm, magnētam, elementu akumulatoram un pietiekami jutīgam galvanometram.

238. attēlā redzamajā instalācijā indukcijas strāva rodas vienā no spolēm, kad tiek aizvērta vai atvērta otras spoles elektriskā ķēde, kas ir nekustīga attiecībā pret pirmo. 239. attēlā redzamajā instalācijā reostats maina strāvu vienā no spolēm. 240. attēlā a indukcijas strāva parādās, kad spoles pārvietojas vienai pret otru, un 240. attēlā b - pārvietojoties. pastāvīgais magnēts attiecībā uz spoli.

Pats Faradejs jau uztvēra parasto lietu, kas nosaka indukcijas strāvas parādīšanos eksperimentos, kas ārēji izskatās atšķirīgi.

Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, mainoties magnētiskās indukcijas līniju skaitam, kas iekļūst šīs ķēdes ierobežotajā zonā. Un jo ātrāk mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, jo lielāka ir iegūtā indukcijas strāva. Šajā gadījumā magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu iemesls ir pilnīgi vienaldzīgs. Tās var būt izmaiņas magnētiskās indukcijas līniju skaitā, kas iekļūst fiksētas vadošās ķēdes zonā, mainoties strāvas stiprumam blakus esošajā spolē (238. att.), kā arī mainoties magnētiskās indukcijas līniju skaitam. indukcijas līnijas ķēdes kustības dēļ nehomogēnā magnētiskā laukā, kuru līniju blīvums telpā mainās (241. att.).

Magnētiskās indukcijas vektors \(~\vec B\) raksturo magnētisko lauku katrā telpas punktā. Ieviesīsim vēl vienu lielumu, kas ir atkarīgs no magnētiskās indukcijas vektora vērtības nevis vienā punktā, bet visos patvaļīgi izvēlētas virsmas punktos. Šo lielumu sauc par magnētiskās indukcijas vektora plūsmu vai magnētiskā plūsma.

Izolēsim magnētiskajā laukā tādu nelielu virsmas elementu ar laukumu Δ S lai magnētisko indukciju visos tās punktos varētu uzskatīt par vienādu. Ļaujiet \(~\vec n\) būt normāls elementam, kas veido leņķi α ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu (1. att.).

Magnētiskās indukcijas vektora plūsma caur virsmas laukumu Δ S izsaukt vērtību, kas vienāda ar magnētiskās indukcijas vektora moduļa \(~\vec B\) un laukuma Δ reizinājumu S un leņķa kosinuss α starp vektoriem \(~\vec B\) un \(~\vec n\) (normāli pret virsmu):

\(~\Delta \Phi = B \cdot \Delta S \cdot \cos \alpha\) .

Darbs B cos α = AT n ir magnētiskās indukcijas vektora projekcija uz elementa normālu. Tātad

\(~\Delta \Phi = B_n \cdot \Delta S\) .

Plūsma var būt pozitīva vai negatīva atkarībā no leņķa vērtības α .

Ja magnētiskais lauks ir vienmērīgs, tad plūsma caur plakanu virsmu ar laukumu S vienāds:

\(~\Phi = B \cdot S \cdot \cos \alpha\) .

Magnētiskās indukcijas plūsmu var skaidri interpretēt kā lielumu, kas ir proporcionāls vektora līniju skaitam \(~\vec B\), kas iekļūst noteiktā virsmas apgabalā.

Vispārīgi runājot, virsmu var slēgt. Šajā gadījumā indukcijas līniju skaits, kas nonāk virsmas iekšpusē, ir vienāds ar līniju skaitu, kas to atstāj (2. att.). Ja virsma ir aizvērta, tad ārējo normālu uzskata par virsmas pozitīvo normālu.

Magnētiskās indukcijas līnijas ir slēgtas, kas nozīmē, ka magnētiskās indukcijas plūsma caur slēgtu virsmu ir vienāda ar nulli. (Līnijas, kas iziet no virsmas, dod pozitīvu plūsmu, bet līnijas, kas ieiet negatīvā.) Šī magnētiskā lauka pamatīpašība ir saistīta ar magnētisko lādiņu neesamību. Ja nebūtu elektrisko lādiņu, tad elektriskā plūsma caur slēgtu virsmu būtu nulle.

Elektromagnētiskā indukcija

Elektromagnētiskās indukcijas atklāšana

1821. gadā Maikls Faradejs savā dienasgrāmatā rakstīja: "Pārvērtiet magnētismu elektrībā." Pēc 10 gadiem viņš šo problēmu atrisināja.

M. Faradejs bija pārliecināts par elektrisko un magnētisko parādību vienoto raksturu, bet ilgu laiku saistību starp šīm parādībām nevarēja atrast. Bija grūti iedomāties galveno: tikai laikā mainīgs magnētiskais lauks var ierosināt elektrisko strāvu fiksētā spolē, vai arī pašai spolei jāpārvietojas magnētiskajā laukā.

Elektromagnētiskās indukcijas atklājums, kā Faradejs sauca šo fenomenu, tika atklāts 1831. gada 29. augustā. Īss apraksts pirmā pieredze, ko sniedza pats Faradejs. “Uz platas koka spoles tika uzvilkta vara stieple 203 pēdas gara (pēda ir 304,8 mm), un starp tā pagriezieniem tika uzvilkta tāda paša garuma stieple, bet izolēta no pirmā kokvilnas pavediena. Viena no šīm spirālēm bija savienota ar galvanometru, bet otra ar spēcīgu akumulatoru, kas sastāvēja no 100 plākšņu pāriem... Kad ķēde tika slēgta, bija iespējams pamanīt pēkšņu, bet ārkārtīgi vāju ietekmi uz galvanometru, un tas pats tika pamanīts, kad strāva apstājās. Nepārtraukti plūstot strāvai caur vienu no spolēm, nebija iespējams konstatēt nekādu ietekmi uz galvanometru vai kopumā nekādu induktīvu ietekmi uz otru spoli, neskatoties uz to, ka visas akumulatoram pievienotās spoles sildīšana, un dzirksteļu spožums, kas lec starp oglēm, liecināja par akumulatora jaudu.

Tātad sākotnēji indukcija tika atklāta vadītājos, kas ķēdes aizvēršanas un atvēršanas laikā bija nekustīgi viens pret otru. Tad, skaidri saprotot, ka vadu pietuvināšanai vai noņemšanai ar strāvu ir jānoved pie tāda paša rezultāta kā ķēdes aizvēršanai un atvēršanai, Faradejs ar eksperimentiem pierādīja, ka strāva rodas, spolēm pārvietojoties vienai pret otru (3. att.).

Faradejs, iepazinies ar Ampēra darbiem, saprata, ka magnēts ir nelielu strāvu kopums, kas cirkulē molekulās. 17. oktobrī, kā ierakstīts viņa laboratorijas žurnālā, magnēta iestumšanas (vai izvilkšanas) laikā spolē tika konstatēta indukcijas strāva (4. att.).

Viena mēneša laikā Faradejs eksperimentāli atklāja visas elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtiskās iezīmes. Atlika tikai piešķirt likumam stingru kvantitatīvu formu un pilnībā atklāt parādības fizisko būtību. Pats Faradejs jau uztvēra parasto lietu, kas nosaka indukcijas strāvas parādīšanos eksperimentos, kas ārēji izskatās atšķirīgi.

Slēgtā vadošā ķēdē strāva rodas, mainoties magnētiskās indukcijas līniju skaitam, kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Šo parādību sauc par elektromagnētisko indukciju.

Un jo ātrāk mainās magnētiskās indukcijas līniju skaits, jo lielāka ir iegūtā strāva. Šajā gadījumā magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu iemesls ir pilnīgi vienaldzīgs. Tas var būt magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņas, kas iekļūst fiksētā vadītājā, mainoties strāvas stiprumam blakus esošajā spolē, un līniju skaita izmaiņas, kas saistītas ar ķēdes kustību nehomogēnā magnētiskajā laukā. , kuras līniju blīvums mainās telpā (5. att.).

Lenca likums

Induktīvā strāva, kas radusies vadītājā, nekavējoties sāk mijiedarboties ar strāvu vai magnētu, kas to radīja. Ja magnēts (vai spole ar strāvu) tiek tuvināts slēgtam vadītājam, tad topošā indukcijas strāva ar savu magnētisko lauku obligāti atgrūž magnētu (spoli). Jāstrādā, lai magnēts un spoli tuvinātu viens otram. Kad magnēts tiek noņemts, notiek pievilkšanās. Šis noteikums tiek stingri ievērots. Iedomājieties, ja viss būtu savādāk: jūs virzāt magnētu pret spoli, un tas pats ieskrienas tajā. Tas pārkāptu enerģijas nezūdamības likumu. Galu galā magnēta mehāniskā enerģija palielinātos un tajā pašā laikā rastos strāva, kas pati par sevi prasa enerģijas patēriņu, jo strāva var arī strādāt. Ģeneratora enkurā inducētā elektriskā strāva, mijiedarbojoties ar statora magnētisko lauku, palēnina armatūras griešanos. Tikai tāpēc, lai pagrieztu armatūru, ir jādara darbs, jo lielāks, jo lielāks ir strāvas stiprums. Pateicoties šim darbam, rodas indukcijas strāva. Interesanti atzīmēt, ka, ja mūsu planētas magnētiskais lauks būtu ļoti liels un ļoti neviendabīgs, tad straujas vadošu ķermeņu kustības uz tās virsmas un atmosfērā būtu neiespējamas, jo ķermenī inducētā strāva intensīvi mijiedarbotos ar šo. lauks. Ķermeņi kustētos kā blīvā viskozā vidē un tajā pašā laikā tiktu stipri uzkarsēti. Ne lidmašīnas, ne raķetes nevarēja lidot. Kopš tā laika cilvēks nevarēja ātri pakustināt ne rokas, ne kājas cilvēka ķermenis- labs diriģents.

Ja spole, kurā tiek inducēta strāva, ir nekustīga attiecībā pret blakus esošo spoli ar maiņstrāva, kā, piemēram, transformatorā, tad šajā gadījumā indukcijas strāvas virzienu nosaka enerģijas nezūdamības likums. Šī strāva vienmēr ir virzīta tā, ka tās radītajam magnētiskajam laukam ir tendence samazināt strāvas svārstības primārajā.

Magnēta atgrūšana vai pievilkšanās ar spoles palīdzību ir atkarīga no indukcijas strāvas virziena tajā. Tāpēc enerģijas nezūdamības likums ļauj formulēt noteikumu, kas nosaka indukcijas strāvas virzienu. Kāda ir atšķirība starp diviem eksperimentiem: magnēta tuvošanos spolei un tā izņemšanu? Pirmajā gadījumā magnētiskā plūsma (vai magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst spoles pagriezienos) palielinās (6. att., a), bet otrajā gadījumā samazinās (6. att., b). Turklāt pirmajā gadījumā indukcijas līnijas AT Spolē radušās indukcijas strāvas radītais magnētiskais lauks iziet no spoles augšējā gala, jo spole atgrūž magnētu, bet otrā gadījumā, gluži pretēji, ieiet šajā galā. Šīs magnētiskās indukcijas līnijas 6. attēlā ir parādītas ar gājienu.

Rīsi. 6

Tagad esam nonākuši pie galvenā jautājuma: palielinoties magnētiskajai plūsmai caur spoles pagriezieniem, indukcijas strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks novērš magnētiskās plūsmas pieaugumu caur spoles pagriezieniem. Galu galā šī lauka indukcijas vektors \ (~ \ vec B "\) ir vērsts pret lauka indukcijas vektoru \ (~ \ vec B \), kura maiņa rada elektrisko strāvu. Ja magnētiskā plūsma caur spole vājina, tad indukcijas strāva rada magnētisko lauku ar indukciju \(~\vec B"\) , kas palielina magnētisko plūsmu caur spoles pagriezieniem.

Tāda ir būtība vispārējs noteikums induktīvās strāvas virziena noteikšana, kas ir piemērojama visos gadījumos. Šo noteikumu ieviesa krievu fiziķis E. X. Lencs (1804-1865).

Saskaņā ar Lenca likums

indukcijas strāvai, kas rodas slēgtā ķēdē, ir tāds virziens, ka tās radītā magnētiskā plūsma caur ķēdes norobežoto virsmu mēdz novērst plūsmas izmaiņas, kas rada šo strāvu.

induktīvajai strāvai ir tāds virziens, ka tā novērš cēloni, kas to izraisa.

Supravadītāju gadījumā ārējās magnētiskās plūsmas izmaiņu kompensācija būs pilnīga. Magnētiskās indukcijas plūsma caur virsmu, ko ierobežo supravadītāja ķēde, laika gaitā nemainās nekādos apstākļos.

Elektromagnētiskās indukcijas likums

Faradeja eksperimenti parādīja, ka inducētās strāvas stiprums es i vadošā ķēdē ir proporcionāls magnētiskās indukcijas līniju skaita izmaiņu ātrumam \(~\vec B\), kas iekļūst virsmā, ko ierobežo šī ķēde. Precīzāk, šo apgalvojumu var formulēt, izmantojot magnētiskās plūsmas jēdzienu.

Magnētiskā plūsma ir skaidri interpretēta kā magnētiskās indukcijas līniju skaits, kas iekļūst virsmā ar laukumu S. Tāpēc šī skaitļa izmaiņu ātrums nav nekas cits kā magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums. Ja īsā laikā Δ t magnētiskā plūsma mainās uz Δ F, tad magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums ir \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Tāpēc apgalvojumu, kas izriet tieši no pieredzes, var formulēt šādi:

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

\(~I_i \sim \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

Ir zināms, ka ķēdē rodas elektriskā strāva, kad ārējie spēki iedarbojas uz brīviem lādiņiem. Šo spēku darbu, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu pa slēgtu ķēdi, sauc par elektromotora spēku. Līdz ar to, mainoties magnētiskajai plūsmai caur virsmu, ko ierobežo kontūra, tajā parādās ārējie spēki, kuru darbību raksturo EML, ko sauc par indukcijas EML. Apzīmēsim to ar burtu E es .

Elektromagnētiskās indukcijas likums ir īpaši izstrādāts EML, nevis strāvas stiprumam. Ar šo formulējumu likums izsaka parādības būtību, kas nav atkarīga no vadītāju īpašībām, kuros rodas indukcijas strāva.

Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likums (EMR)

Indukcijas emf slēgtā cilpā absolūtā vērtībā ir vienāda ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu caur virsmu, ko ierobežo cilpa:

\(~|E_i| = |\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)|\) .

Kā ņemt vērā indukcijas strāvas virzienu (vai indukcijas EMF zīmi) elektromagnētiskās indukcijas likumā saskaņā ar Lenca likumu?

7. attēlā parādīta slēgta cilpa. Mēs uzskatīsim par pozitīvu virzienu kontūras apiešanai pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Normāls kontūrai \(~\vec n\) veido labo skrūvi ar apvada virzienu. EML zīme, t.i., specifisks darbs, ir atkarīgs no ārējo spēku virziena attiecībā pret ķēdes apiešanas virzienu. Ja šie virzieni sakrīt, tad E i > 0 un attiecīgi es i > 0. Pretējā gadījumā EML un strāvas stiprums ir negatīvi.

Ļaujiet ārējā magnētiskā lauka magnētiskajai indukcijai \(~\vec B\) būt vērstai pa normālu uz kontūru un laika gaitā pieaugt. Tad F> 0 un \(~\frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) > 0. Saskaņā ar Lenca likumu indukcijas strāva rada magnētisko plūsmu F’ < 0. Линии индукции B Indukcijas strāvas magnētiskā lauka vērtības 7. attēlā ir parādītas ar domuzīmi. Tāpēc indukcijas strāva es i ir vērsts pulksteņrādītāja virzienā (pret pozitīvo apvedceļa virzienu), un indukcijas emf ir negatīvs. Tāpēc elektromagnētiskās indukcijas likumā ir jābūt mīnusa zīmei:

\(~E_i = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t)\) .

AT starptautiskā sistēma vienībām, magnētiskās plūsmas mērvienības noteikšanai izmanto elektromagnētiskās indukcijas likumu. Šo vienību sauc par Weber (Wb).

Kopš indukcijas EML E i ir izteikts voltos, un laiks ir sekundēs, tad no Vēbera EMP likuma var noteikt šādi:

magnētiskā plūsma caur virsmu, ko ierobežo slēgta cilpa, ir vienāda ar 1 Wb, ja, šai plūsmai vienmērīgi samazinoties līdz nullei 1 sekundē, cilpā rodas indukcijas emf, kas vienāds ar 1 V:

1 Wb \u003d 1 V ∙ 1 s.

Virpuļu lauks

Mainoties laikā, magnētiskais lauks ģenerē elektrisko lauku. J. Maksvels bija pirmais, kas nonāca pie šāda secinājuma.

Tagad elektromagnētiskās indukcijas parādība mūsu priekšā parādās jaunā gaismā. Galvenais tajā ir elektriskā lauka ģenerēšanas process ar magnētisko lauku. Šajā gadījumā vadošas ķēdes, piemēram, spoles, klātbūtne nemaina lietas būtību. Vadītājs ar brīvo elektronu (vai citu daļiņu) padevi tikai palīdz noteikt topošo elektrisko lauku. Lauks iedarbina elektronus kustībā vadītājā un tādējādi atklāj sevi. Elektromagnētiskās indukcijas fenomena būtība fiksētā vadītājā ir ne tik daudz indukcijas strāvas izskatā, bet gan elektriskā lauka izskatā, kas iedarbina elektriskos lādiņus.

Elektriskam laukam, kas rodas, mainoties magnētiskajam laukam, ir pavisam cita struktūra nekā elektrostatiskajam. Tas nav tieši saistīts ar elektriskajiem lādiņiem, un tā sprieguma līnijas nevar sākties un beigties uz tiem. Parasti tās nekur nesākas un nebeidzas, bet ir slēgtas līnijas, līdzīgas magnētiskā lauka indukcijas līnijām. Šis tā sauktais virpuļa elektriskais lauks. Var rasties jautājums: kāpēc patiesībā šo lauku sauc par elektrisku? Galu galā tam ir cita izcelsme un cita konfigurācija nekā statiskajam elektriskajam laukam. Atbilde ir vienkārša: virpuļa lauks iedarbojas uz lādiņu q tāpat kā elektrostatisko, un mēs to uzskatījām un joprojām uzskatām par lauka galveno īpašību. Spēks, kas iedarbojas uz lādiņu, joprojām ir \(~\vec F = q \vec E\) , kur \(~\vec E\) ir virpuļa lauka intensitāte. Ja magnētisko plūsmu rada vienmērīgs magnētiskais lauks, kas koncentrēts garā šaurā cilindriskā caurulē ar rādiusu r 0 (8. att.), no simetrijas apsvērumiem ir acīmredzams, ka elektriskā lauka intensitātes līnijas atrodas plaknēs, kas ir perpendikulāras līnijām \(~\vec B\) un ir apļi. Saskaņā ar Lenca likumu, palielinoties magnētiskajai indukcijai \(~\left (\frac(\Delta B)(\Delta t) > 0 \right)\), veidojas lauka līnijas \(~\vec E\). kreisā skrūve ar magnētiskās indukcijas virzienu \(~\vec B\) .

Atšķirībā no statiskā vai stacionāra elektriskā lauka, virpuļlauka darbs slēgtā ceļā nav vienāds ar nulli. Patiešām, kad lādiņš virzās līdzi slēgta līnija elektriskā lauka stiprums, darbam visos ceļa posmos ir vienāda zīme, jo spēks un pārvietojums sakrīt virzienā. Virpuļveida elektriskais lauks, tāpat kā magnētiskais lauks, nav potenciāls.

Virpuļa elektriskā lauka darbs, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu pa slēgtu fiksētu vadītāju, ir skaitliski vienāds ar indukcijas EMF šajā vadītājā.

Tātad mainīgs magnētiskais lauks ģenerē virpuļelektrisko lauku. Bet vai jums nešķiet, ka šeit nepietiek ar vienu apgalvojumu? Es gribētu zināt, kāds ir šī procesa mehānisms. Vai ir iespējams izskaidrot, kā šī lauku saikne tiek realizēta dabā? Un šeit nevar apmierināt jūsu dabisko zinātkāri. Šeit vienkārši nav mehānisma. Elektromagnētiskās indukcijas likums ir dabas pamatlikums, kas nozīmē, ka tas ir pamata, primārais. Daudzas parādības ir izskaidrojamas ar tās darbību, taču tā pati par sevi paliek neizskaidrojama tikai tāpēc, ka nav dziļāku likumu, no kuriem tas izrietētu kā sekas. Jebkurā gadījumā šādi likumi pašlaik nav zināmi. Tie ir visi pamatlikumi: gravitācijas likums, Kulona likums utt.

Protams, mēs varam brīvi izvirzīt jebkurus jautājumus dabas priekšā, taču ne visiem tiem ir jēga. Tā, piemēram, ir iespējams un nepieciešams pētīt dažādu parādību cēloņus, bet veltīgi mēģināt noskaidrot, kāpēc cēloņsakarība vispār pastāv. Tāda ir lietu būtība, tāda ir pasaule, kurā mēs dzīvojam.

Literatūra

1. Žilko V.V. Fizika: Proc. pabalsts 10.klasei. vispārējā izglītība skola no krievu valodas lang. apmācība / V.V. Žilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovičs. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 lpp.
2. Mjakiševs, G.Ya. Fizika: elektrodinamika. 10-11 šūnas. : studijas. padziļinātai fizikas studijām / G.Ya. Mjakiševs, A.3. Sinjakovs, V.A. Slobodskovs. – M.: Bustards, 2005. – 476 lpp.