Pojav elektromagnetne indukcije. Praktična uporaba elektromagnetne indukcije

Oddajanje

V okoliškem prostoru nastaja izmenično magnetno polje, ki ga vzbuja spreminjajoči se tok električno polje, kar pa vzbuja magnetno polje itd. Ta polja, ki se medsebojno ustvarjajo, tvorijo eno samo spremenljivo elektromagnetno polje - elektromagnetno valovanje. Ko je nastalo na mestu, kjer je žica s tokom, se elektromagnetno polje širi v vesolju s svetlobno hitrostjo -300.000 km / s.

Magnetoterapija

V frekvenčnem spektru različnih mestih zasedajo radijski valovi, svetloba, rentgenski žarki drugo elektromagnetno sevanje. Običajno so zanje značilna neprekinjeno medsebojno povezana električna in magnetna polja.

Sinhrofazotroni

Trenutno se magnetno polje razume kot posebna oblika snovi, sestavljena iz nabitih delcev. V sodobni fiziki se žarki nabitih delcev uporabljajo za prodiranje globoko v atome, da bi jih preučili. Sila, s katero magnetno polje deluje na gibajoči se nabiti delec, se imenuje Lorentzova sila.

Merilniki pretoka - merilniki

Metoda temelji na uporabi Faradayevega zakona za prevodnik v magnetnem polju: v toku električno prevodne tekočine, ki se giblje v magnetnem polju, se inducira EMF, sorazmeren s hitrostjo toka, ki ga elektronski del pretvori v električni analogni/digitalni signal.

Generator enosmerni tok

V generatorskem načinu se armatura stroja vrti pod vplivom zunanjega momenta. Med poloma statorja je konstanta magnetni tok piercing sidro. Prevodniki navitja armature se premikajo v magnetnem polju in zato se v njih inducira EMF, katerega smer je mogoče določiti s pravilom " desno roko". V tem primeru nastane pozitiven potencial na eni krtači glede na drugo. Če je obremenitev priključena na sponke generatorja, bo v njej tekel tok.

transformatorji

Transformatorji se pogosto uporabljajo pri prenosu električna energija na dolge razdalje, njegova porazdelitev med sprejemniki, pa tudi v različnih usmerjevalnih, ojačevalnih, signalizacijskih in drugih napravah.

Transformacija energije v transformatorju se izvaja z izmeničnim magnetnim poljem. Transformator je jedro iz tankih jeklenih plošč, izoliranih ena od druge, na katero sta nameščeni dve, včasih pa tudi več navitij (tuljav) izolirane žice. Navitje, na katerega je priključen vir električne energije izmenični tok, se imenuje primarno navitje, preostala navitja se imenujejo sekundarna.

Če je v sekundarnem navitju transformatorja navito trikrat več zavojev kot v primarnem, bo magnetno polje, ki ga ustvari primarno navitje v jedru, ki prečka zavoje sekundarnega navitja, v njem ustvari trikrat večjo napetost.

Z uporabo transformatorja z obratnim razmerjem vrtljajev lahko enako enostavno in preprosto dobite zmanjšano napetost.

Khudoley Andrej, Khnykov Igor

Praktična uporaba pojava elektromagnetne indukcije.

Prenesi:

Predogled:

Če želite uporabiti predogled predstavitev, si ustvarite račun ( račun) Google in se prijavite: https://accounts.google.com

Napisi diapozitivov:

Elektromagnetna indukcija v sodobna tehnologija Izvajajo učenci 11 "A" razreda MOUSOSH št. 2 mesta Suvorov Khnykov Igor, Khudoley Andrey

Fenomen elektromagnetne indukcije je 29. avgusta 1831 odkril Michael Faraday. Pojav elektromagnetne indukcije je pojav električni tok v prevodnem vezju, ki bodisi miruje v časovno spremenljivem magnetnem polju ali se giblje v konstantnem magnetnem polju tako, da se spremeni število magnetnih indukcijskih vodov, ki prodirajo v vezje.

EMF elektromagnetne indukcije v zaprti zanki je številčno enak in po predznaku nasproten hitrosti spremembe magnetnega toka skozi površino, ki jo omejuje ta zanka. Smer indukcijskega toka (kot tudi velikost EMF) se šteje za pozitivno, če sovpada z izbrano smerjo obhoda vezja.

Faradayev eksperiment V tuljavo, povezano z galvanometrom, se vstavi ali odstrani trajni magnet. Ko se magnet premika v vezju, nastane električni tok, Faraday je v enem mesecu eksperimentalno odkril vse bistvene značilnosti pojava elektromagnetne indukcije. Trenutno lahko Faradayeve poskuse izvaja vsak.

glavni viri elektro magnetno polje Kot glavne vire elektromagnetnega polja je mogoče opredeliti: daljnovode. Ožičenje (znotraj zgradb in objektov). Gospodinjski električni aparati. Osebni računalniki. TV in radijske oddajne postaje. Satelitske in celične komunikacije (naprave, repetitorji). Električni transport. radarske instalacije.

Električni vodi Žice delujočega daljnovoda ustvarjajo elektromagnetno polje industrijske frekvence (50 Hz) v sosednjem prostoru (na razdaljah reda več deset metrov od žice). Poleg tega se lahko poljska jakost v bližini črte spreminja v širokem razponu, odvisno od njene električne obremenitve. Pravzaprav meje sanitarno zaščitno območje so nameščeni vzdolž mejne črte največje napetosti, ki je najbolj oddaljena od žic električno polje enako 1 kV/m.

Električne napeljave Električne napeljave vključujejo: napajalne kable za sisteme za vzdrževanje življenja v zgradbah, žice za distribucijo električne energije, kot tudi razvejene plošče, napajalne omarice in transformatorje. Električna napeljava je glavni vir industrijskega frekvenčnega elektromagnetnega polja v stanovanjskih prostorih. V tem primeru je raven jakosti električnega polja, ki jo oddaja vir, pogosto relativno nizka (ne presega 500 V/m).

Gospodinjski aparati Viri elektromagnetnih polj so vsi Naprave ki delujejo z uporabo električnega toka. Hkrati se raven sevanja razlikuje v najširšem območju, odvisno od modela, naprave naprave in specifičnega načina delovanja. Tudi stopnja sevanja je močno odvisna od porabe energije naprave – višja kot je moč, višja je raven elektromagnetnega polja med delovanjem naprave. Jakost električnega polja v bližini gospodinjskih aparatov ne presega več deset V/m.

Osebni računalniki Primarni vir škodljivih učinkov na zdravje uporabnika računalnika je naprava za vizualni prikaz monitorja (VOD). Poleg monitorja in sistemske enote lahko osebni računalnik vključuje tudi veliko število drugih naprav (kot so tiskalniki, skenerji, omrežni filtri itd.). Vse te naprave delujejo z uporabo električnega toka, kar pomeni, da so viri elektromagnetnega polja.

Elektromagnetno polje osebnih računalnikov ima najbolj zapleteno valovno in spektralno sestavo in ga je težko izmeriti in količinsko opredeliti. Ima magnetne, elektrostatične in sevalne komponente (zlasti elektrostatični potencial osebe, ki sedi pred monitorjem, se lahko giblje od -3 do +5 V). Glede na pogoj, da osebni računalniki zdaj se široko uporablja v vseh panogah človeško dejavnost, njihov vpliv na zdravje ljudi je predmet skrbnega preučevanja in nadzora

Televizijske in radijske oddajne postaje Trenutno se na ozemlju Rusije nahaja veliko število radijskih postaj in centrov različnih pripadnosti. Oddajne postaje in centri se nahajajo na območjih, ki so posebej zanje določena in lahko zasedajo precej velika ozemlja(do 1000 ha). Po svoji strukturi obsegajo eno ali več tehničnih zgradb, kjer se nahajajo radijski oddajniki, in antenska polja, na katerih je nameščenih do več deset antensko napajalnih sistemov (AFS). Vsak sistem vključuje sevalno anteno in napajalni vod, ki prinaša oddajni signal.

Satelitska komunikacija Satelitski komunikacijski sistemi so sestavljeni iz oddajne postaje na Zemlji in satelitov - repetitorjev v orbiti. Oddajne satelitske komunikacijske postaje oddajajo ozko usmerjen valovni žarek, katerega gostota energijskega pretoka doseže več sto W/m. Satelitski komunikacijski sistemi ustvarjajo visoko jakost elektromagnetnega polja na znatnih razdaljah od anten. Na primer, postaja z močjo 225 kW, ki deluje pri frekvenci 2,38 GHz, ustvari gostoto pretoka energije 2,8 W/m2 na razdalji 100 km. Razpršitev energije glede na glavni žarek je zelo majhna in se pojavlja predvsem v območju neposredne namestitve antene.

Celična komunikacija Celična radiotelefonija je danes eden najbolj intenzivno razvijajočih se telekomunikacijskih sistemov. Glavni elementi sistema celična komunikacija so bazne postaje in mobilni radiotelefoni. Bazne postaje vzdržujejo radijsko komunikacijo z mobilnimi napravami, zaradi česar so vir elektromagnetnega polja. Sistem uporablja princip delitve območja pokritosti na cone ali tako imenovane "celice" s polmerom km.

Intenzivnost sevanja bazne postaje je odvisna od obremenitve, torej prisotnosti lastnikov mobilni telefon v območju storitve določene bazne postaje in njihovo željo po uporabi telefona za pogovor, kar je v bistvu odvisno od časa dneva, lokacije postaje, dneva v tednu in drugih dejavnikov . Ponoči je obremenitev postaj skoraj nič. Intenzivnost sevanja mobilnih naprav je v veliki meri odvisna od stanja komunikacijskega kanala »mobilni radiotelefon – bazna postaja« (večja kot je oddaljenost od bazne postaje, višja je intenzivnost sevanja naprave).

Električni promet Električni promet (trolejbusi, tramvaji, vlaki podzemne železnice itd.) je močan vir elektromagnetnega polja v frekvenčnem območju Hz. Hkrati pa v veliki večini primerov vlečni elektromotor deluje kot glavni oddajnik (pri trolejbusih in tramvajih zbiralniki zračnega toka tekmujejo z elektromotorjem po jakosti sevanega električnega polja).

Radarske naprave Radarske in radarske naprave imajo običajno reflektorske antene (»posode«) in oddajajo ozko usmerjen radijski žarek. Periodično premikanje antene v prostoru vodi do prostorske diskontinuitete sevanja. Pride tudi do začasne prekinitve sevanja zaradi cikličnega delovanja radarja za sevanje. Delujejo na frekvencah od 500 MHz do 15 GHz, nekatere posebne naprave pa lahko delujejo na frekvencah do 100 GHz ali več. Zaradi posebne narave sevanja lahko na tleh ustvarijo cone z visoko gostoto energijskega pretoka (100 W/m2 ali več).

Detektorji kovin Tehnološko načelo delovanja detektorja kovin temelji na pojavu registracije elektromagnetnega polja, ki nastane okoli katerega koli kovinskega predmeta, ko ga postavimo v elektromagnetno polje. To sekundarno elektromagnetno polje se razlikuje tako po jakosti (moči polja) kot tudi po drugih parametrih. Ti parametri so odvisni od velikosti predmeta in njegove prevodnosti (zlato in srebro imata veliko boljšo prevodnost kot na primer svinec) ter seveda od razdalje med anteno detektorja kovin in samim predmetom (globina pojavljanja).

Zgornja tehnologija je določila sestavo detektorja kovin: sestavljena je iz štirih glavnih blokov: antene (včasih sta oddajni in sprejemni anteni različni, včasih pa sta ista antena), elektronska procesna enota, enota za izhod informacij (vizualna). - LCD zaslon ali puščični indikator in avdio - vhod za zvočnik ali slušalke) in napajanje.

Detektorji kovin so: Iskanje Inšpekcija Za gradbene namene

Iskanje Ta detektor kovin je zasnovan za iskanje vseh vrst kovinskih predmetov. Ti so praviloma največji po velikosti, ceni in seveda po funkcijah modela. To je posledica dejstva, da morate včasih poiskati predmete na globini do nekaj metrov v debelini zemlje. Zmogljiva antena je sposobna ustvariti visoko raven elektromagnetnega polja in zaznati tudi najmanjše tokove na velikih globinah z visoko občutljivostjo. Na primer, iskalni detektor kovin zazna kovinski kovanec na globini 2-3 metre v zemlji, ki lahko vsebuje celo železove geološke spojine.

Inšpekcijski pregled Uporabljajo ga posebne službe, cariniki in varnostniki različnih organizacij za iskanje kovinskih predmetov (orožje, plemenite kovine, žice eksplozivnih naprav itd.), skritih na telesu in v oblačilih osebe. Te detektorje kovin odlikujejo kompaktnost, enostavna uporaba, prisotnost načinov, kot je tiho tresenje ročaja (tako da iskana oseba ne ve, da je iskalec nekaj našel). Obseg (globina) zaznavanja kovanca rubljev v takšnih detektorjih kovin doseže 10-15 cm.

Tudi široka uporaba prejeli obokane detektorje kovin, ki izgledajo kot lok in zahtevajo, da oseba preide skozi njega. Ob njih navpične stene Položene so ultra občutljive antene, ki zaznavajo kovinske predmete na vseh ravneh človeške rasti. Običajno so nameščeni pred kraji kulturnega razvedrila, v bankah, ustanovah itd. glavna značilnost obokani detektorji kovin - visoka občutljivost (nastavljiva) in visoka hitrost obdelave toka ljudi.

Za gradbene namene Ta razred detektorji kovin s pomočjo zvočnih in svetlobnih alarmov pomagajo gradbeniki najti kovinske cevi, konstrukcijski ali pogonski elementi, ki se nahajajo tako v debelini sten kot za predelnimi stenami in lažnimi ploščami. Nekateri detektorji kovin za gradbene namene so pogosto združeni v eni napravi z detektorji lesena konstrukcija, detektorji napetosti na tokovnih žicah, detektorji uhajanja itd.

Beseda "indukcija" v ruščini pomeni procese vzbujanja, vodenja, ustvarjanja nečesa. V elektrotehniki se ta izraz uporablja že več kot dve stoletji.

Potem ko se je seznanil z publikacijami iz leta 1821, ki opisujejo poskuse danskega znanstvenika Oersteda o odstopanjih magnetne igle blizu prevodnika z električnim tokom, si je Michael Faraday zadal nalogo: pretvori magnetizem v elektriko.

Po 10 letih raziskovanja je oblikoval osnovni zakon elektromagnetne indukcije in pojasnil, da znotraj katerega koli zaprtega kroga se inducira elektromotorna sila. Njegova vrednost je določena s hitrostjo spremembe magnetnega toka, ki prodira v obravnavano vezje, vendar je vzeta z znakom minus.

Prenos elektromagnetnih valov na razdaljo

Prvo ugibanje, ki se je pojavilo v možganih znanstvenika, ni bilo kronano s praktičnim uspehom.

Dva zaprta vodnika je postavil drug ob drugega. V bližini enega sem namestil magnetno iglo kot indikator prehodnega toka, v drugo žico pa sem uporabil impulz iz močnega galvanskega vira tistega časa: voltnega stolpca.

Raziskovalec je domneval, da bi s tokovnim impulzom v prvem vezju spreminjajoče se magnetno polje v njem induciralo tok v drugem prevodniku, ki bi odklonil magnetno iglo. Toda rezultat je bil negativen - indikator ni deloval. Ali bolje rečeno, manjkalo mu je občutljivosti.

Znanstveniki možgani so predvideli ustvarjanje in prenos elektromagnetnih valov na razdaljo, ki se zdaj uporabljajo v radijskem oddajanju, televiziji, brezžičnem nadzoru, Wi-Fi tehnologijah in podobne naprave. Preprosto ga je pustila na cedilu nepopolna elementarna osnova merilne naprave tisti čas.

Močna generacija

Po neuspešnem poskusu je Michael Faraday spremenil pogoje eksperimenta.

Za poskus je Faraday uporabil dve tuljavi z zaprtimi vezji. V prvem vezju je napajal električni tok iz vira, v drugem pa je opazoval pojav EMF. Tok, ki poteka skozi zavoje navitja št. 1, je ustvaril magnetni tok okoli tuljave, ki je prodrl v navitje št. 2 in v njem tvoril elektromotorno silo.

Med Faradayevim eksperimentom:

• vklopil impulzno dovajanje napetosti v vezje s stacionarnimi tuljavami;
• ko je bil uporabljen tok, je zgornjo vbrizgal v spodnjo tuljavo;
• trajno pritrjeno navitje št. 1 in vanj vpeljano navitje št. 2;
• spremenite hitrost premikanja tuljav glede na drugo.

V vseh teh primerih je opazil manifestacijo indukcijske emf v drugi tuljavi. In samo s prehodom enosmernega toka skozi navitje št. 1 in fiksne tuljave vodenja ni bilo elektromotorne sile.

Znanstvenik je to ugotovil EMF, inducirana v drugi tuljavi, je odvisna od hitrosti, s katero se spreminja magnetni tok. Je sorazmeren z njegovo velikostjo.

Enak vzorec se v celoti pokaže, ko preide zaprta zanka.Pod delovanjem EMF v žici nastane električni tok.

Magnetni tok v obravnavanem primeru se spremeni v vezju Sk, ki ga ustvari zaprt krog.

Na ta način je razvoj, ki ga je ustvaril Faraday, omogočil postavitev vrtljivega prevodnega okvirja v magnetno polje.

Nato je bila narejena iz veliko število vrtljaji, pritrjeni v rotacijskih ležajih. Na koncih navitja so bili nameščeni drsni obroči in ščetke, ki drsijo vzdolž njih, obremenitev pa je bila povezana skozi vodnike na ohišju. Izkazalo se je sodoben generator izmenični tok.

Konec je preprost dizajn je nastal, ko je bilo navitje pritrjeno na nepremično ohišje in se je magnetni sistem začel vrteti. V tem primeru način ustvarjanja tokov na račun nikakor ni bil kršen.

Načelo delovanja elektromotorjev

Zakon elektromagnetne indukcije, ki ga je utemeljil Michael Faraday, je omogočil ustvarjanje različni dizajni elektromotorji. Imajo podobno napravo z generatorji: premični rotor in stator, ki medsebojno delujeta zaradi vrtečih se elektromagnetnih polj.

Transformacija električne energije

Michael Faraday je določil pojav inducirane elektromotorne sile in indukcijskega toka v bližnjem navitju, ko se spremeni magnetno polje v sosednji tuljavi.

Tok znotraj bližnjega navitja se inducira s preklopom stikalnega vezja v tuljavi 1 in je vedno prisoten med delovanjem generatorja na navitju 3.

Na tej lastnosti, imenovani medsebojna indukcija, temelji delovanje vseh sodobnih transformatorskih naprav.

Da bi izboljšali prehod magnetnega toka, imajo izolirana navitja nameščena na skupno jedro, ki ima minimalno magnetno upornost. Izdelan je iz posebne sorte jeklo in zbirko oblik tanke liste v obliki odsekov določene oblike, imenovanih magnetno vezje.

Transformatorji zaradi medsebojne indukcije prenašajo energijo izmeničnega elektromagnetnega polja iz enega navitja v drugo tako, da pride do spremembe, transformacije vrednosti napetosti na njegovih vhodnih in izhodnih sponkah.

Določi razmerje med številom zavojev v navitjih razmerje preobrazbe, in debelina žice, zasnova in prostornina materiala jedra - količina prenesene moči, delovni tok.

Delo induktorjev

Manifestacija elektromagnetne indukcije je opažena v tuljavi med spremembo velikosti toka, ki teče v njej. Ta proces se imenuje samoindukcija.

Ko je stikalo na zgornjem diagramu vklopljeno, induktivni tok spremeni naravo pravokotnega povečanja delovnega toka v vezju, pa tudi med izklopom.

Ko je na vodnik, navit v tuljavo, uporabljena izmenična in ne konstantna napetost, skozenj teče vrednost toka, zmanjšana za induktivni upor. Energija samoindukcije premakne fazo toka glede na uporabljeno napetost.

Ta pojav se uporablja v dušilkah, ki so zasnovane za zmanjšanje visokih tokov, ki nastanejo v določenih pogojih delovanja opreme. Uporabljajo se predvsem takšne naprave.

Značilnost oblikovanja magnetnega vezja na induktorju - rez plošč, ki je ustvarjen za nadaljnje povečanje magnetne odpornosti na magnetni tok zaradi nastanka zračne reže.

Dusilke z razdeljenim in nastavljivim položajem magnetnega vezja se uporabljajo v številnih radijskih tehnikah in električne naprave. Pogosto jih lahko najdemo v dizajnih varilni transformatorji. Zmanjšajo velikost električni lok prehaja skozi elektrodo do optimalne vrednosti.

Indukcijske peči

Fenomen elektromagnetne indukcije se ne kaže le v žicah in navitjih, temveč tudi v vseh masivnih kovinskih predmetih. V njih inducirani tokovi se imenujejo vrtinčni tokovi. Med delovanjem transformatorjev in dušilk povzročajo segrevanje magnetnega vezja in celotne konstrukcije.

Da bi preprečili ta pojav, so jedra izdelana iz tankih kovinske pločevine in izoliramo drug drugega s plastjo laka, ki preprečuje prehod induciranih tokov.

V ogrevalnih konstrukcijah vrtinčni tokovi ne omejujejo, ampak ustvarjajo največ ugodnih razmerah. široko uporablja v industrijska proizvodnja za ustvarjanje visokih temperatur.

Električne merilne naprave

Velik razred indukcijskih naprav še naprej deluje v energetskem sektorju. Električni števci z vrtljivim aluminijastim diskom, podobnimi izvedbami močnostnih relejev, sistemi za dušenje stikala merilni instrumenti delujejo na principu elektromagnetne indukcije.

Plinski magnetni generatorji

Če se namesto zaprtega okvirja v polju magneta premika prevodni plin, tekočina ali plazma, se naboji električne energije pod vplivom magnetnega črte sile bo odstopala v strogo določenih smereh in tvorila električni tok. Njegovo magnetno polje na nameščenih kontaktnih ploščah elektrod inducira elektromotorno silo. Pod njegovim delovanjem se v priključenem tokokrogu z MHD generatorjem ustvari električni tok.

Tako se v MHD generatorjih kaže zakon elektromagnetne indukcije.

Ni tako zapletenih vrtljivih delov, kot je rotor. To poenostavlja zasnovo, omogoča znatno povečanje temperature delovno okolje in hkrati učinkovitost proizvodnje električne energije. Generatorji MHD delujejo kot rezervni ali zasilni viri, ki so sposobni ustvariti znatne pretoke električne energije v kratkih časovnih obdobjih.

Tako je zakon elektromagnetne indukcije, ki ga je nekoč utemeljil Michael Faraday, aktualen še danes.

Pojav elektromagnetne indukcije je pojav, ki je sestavljen iz pojava elektromotorne sile ali napetosti v telesu, ki se nahaja v magnetnem polju, ki se nenehno spreminja. Elektromotorna sila kot posledica elektromagnetne indukcije nastane tudi, če se telo giblje v statičnem in nehomogenem magnetnem polju ali se vrti v magnetnem polju tako, da se njegove črte, ki sekajo zaprto konturo, spremenijo.

Inducirani električni tok

Koncept "indukcije" pomeni nastanek procesa kot posledica vpliva drugega procesa. Na primer, električni tok se lahko inducira, torej se lahko pojavi kot posledica izpostavljanja prevodnika magnetnemu polju na poseben način. Takšen električni tok imenujemo induciran. Pogoji za nastanek električnega toka kot posledica pojava elektromagnetne indukcije so obravnavani v nadaljevanju članka.

Koncept magnetnega polja

Preden začnete preučevati pojav elektromagnetne indukcije, je treba razumeti, kaj je magnetno polje. govoriti preprosto rečeno, magnetno polje je območje prostora, v katerem magnetni material kaže svoje magnetne učinke in lastnosti. To območje prostora je mogoče upodobiti s črtami, imenovanimi črte magnetnega polja. Število teh vrstic predstavlja fizična količina ki se imenuje magnetni tok. Linije magnetnega polja so zaprte, začnejo se na severnem polu magneta in končajo na južnem.

Magnetno polje ima sposobnost delovanja na vse materiale, ki imajo magnetne lastnosti, kot so železni prevodniki električnega toka. Za to polje je značilna magnetna indukcija, ki je označena z B in se meri v teslah (T). Magnetna indukcija 1 T je zelo močno magnetno polje, ki deluje s silo 1 newton na točkovni naboj 1 kulona, ​​ki leti pravokotno na črte magnetnega polja s hitrostjo 1 m / s, to je 1 T = 1 N * s / ( m * Cl).

Kdo je odkril pojav elektromagnetne indukcije?

Elektromagnetna indukcija, na principu delovanja katere temeljijo številne sodobne naprave, je bila odkrita v zgodnjih 30. letih 19. stoletja. Odkritje indukcije običajno pripisujejo Michaelu Faradayju (datum odkritja - 29. avgust 1831). Znanstvenik je temeljil na rezultatih poskusov danskega fizika in kemika Hansa Oersteda, ki je odkril, da prevodnik, skozi katerega teče električni tok, ustvari okoli sebe magnetno polje, torej začne kazati magnetne lastnosti.

Faraday pa je odkril nasprotje fenomenu, ki ga je odkril Oersted. Opazil je, da spreminjajoče se magnetno polje, ki ga lahko ustvarimo s spreminjanjem parametrov električnega toka v prevodniku, vodi do pojava potencialne razlike na koncih katerega koli tokovnega prevodnika. Če so ti konci povezani, na primer skozi električno svetilko, bo skozi takšno vezje tekel električni tok.

Kot rezultat, je Faraday odkril fizični proces, zaradi česar se v prevodniku zaradi spremembe magnetnega polja pojavi električni tok, kar je pojav elektromagnetne indukcije. Hkrati za nastanek induciranega toka ni pomembno, kaj se premika: magnetno polje ali samo sebe je mogoče zlahka prikazati, če se izvede ustrezen poskus na pojavu elektromagnetne indukcije. Torej, ko smo magnet postavili v kovinsko spiralo, ga začnemo premikati. Če konce spirale prek nekega indikatorja električnega toka povežete v vezje, lahko vidite videz toka. Zdaj bi morali magnet pustiti pri miru in spiralo premikati gor in dol glede na magnet. Indikator bo pokazal tudi obstoj toka v vezju.

Faradayev eksperiment

Faradayjevi poskusi so bili sestavljeni iz dela s prevodnikom in trajnim magnetom. Michael Faraday je prvi odkril, da ko se prevodnik premika znotraj magnetnega polja, na njegovih koncih nastane potencialna razlika. Gibljivi prevodnik začne prečkati črte magnetnega polja, kar simulira učinek spreminjanja tega polja.

Znanstvenik je ugotovil, da je pozitivno in negativni znaki nastala potencialna razlika je odvisna od smeri, v kateri se vodnik premika. Na primer, če je vodnik dvignjen v magnetnem polju, bo imela nastala potencialna razlika polarnost +-, če pa se ta prevodnik zniža, potem bomo že dobili polarnost -+. Te spremembe predznaka potencialov, katerih razlika se imenuje elektromotorna sila (EMF), vodijo do pojava izmeničnega toka v zaprtem krogu, to je toka, ki nenehno spreminja svojo smer v nasprotno.

Značilnosti elektromagnetne indukcije, ki jih je odkril Faraday

Če vemo, kdo je odkril pojav elektromagnetne indukcije in zakaj nastane induciran tok, bomo razložili nekatere značilnosti tega pojava. Torej, hitreje kot premikate prevodnik v magnetnem polju, večja bo vrednost induciranega toka v vezju. Druga značilnost pojava je naslednja: večja kot je magnetna indukcija polja, torej močnejše je to polje, večjo potencialno razliko lahko ustvari pri premikanju prevodnika v polju. Če prevodnik miruje v magnetnem polju, v njem ne nastane EMF, saj se črte magnetne indukcije, ki prečkajo prevodnik, ne spremenijo.

Smer električnega toka in pravilo leve roke

Za določitev smeri v prevodniku električnega toka, ki nastane kot posledica pojava elektromagnetne indukcije, lahko uporabite tako imenovano pravilo leve strani. Lahko se formulira takole: če leva roka postavite tako, da črte magnetne indukcije, ki se začnejo na severnem polu magneta, vstopijo v dlan in štrlijo palec neposredno v smeri gibanja prevodnika v polju magneta, potem bodo preostali štirje prsti leve roke kazali smer gibanja induciranega toka v prevodniku.

Obstaja še ena različica tega pravila, ta je naslednja: če kazalec usmerite levo roko vzdolž črt magnetne indukcije in usmerite štrleči palec v smeri prevodnika, nato pa bo srednji prst, obrnjen za 90 stopinj na dlan, nakazal smer toka, ki se je pojavil v prevodniku.

Fenomen samoindukcije

Hans Christian Oersted je odkril obstoj magnetnega polja okoli prevodnika ali tuljave, ki teče tok. Znanstvenik je tudi ugotovil, da so značilnosti tega polja neposredno povezane z močjo toka in njegovo smerjo. Če je tok v tuljavi ali prevodniku spremenljiv, bo ustvaril magnetno polje, ki ne bo mirujoče, torej se bo spremenilo. Po drugi strani bo to izmenično polje povzročilo pojav induciranega toka (pojav elektromagnetne indukcije). Gibanje indukcijskega toka bo vedno v nasprotju z izmeničnim tokom, ki kroži skozi prevodnik, to pomeni, da se bo upiral vsaki spremembi smeri toka v prevodniku ali tuljavi. Ta proces se imenuje samoindukcija. Nastala razlika električni potenciali imenujemo samoindukcijska emf.

Upoštevajte, da se pojav samoindukcije ne pojavi le, ko se smer toka spremeni, temveč tudi s kakršno koli spremembo v njej, na primer s povečanjem zaradi zmanjšanja upora v vezju.

Za fizični opis Upor, ki ga povzroči kakršna koli sprememba toka v tokokrogu zaradi samoindukcije, je uvedel koncept induktivnosti, ki se meri v Henryju (v čast ameriškega fizika Josepha Henryja). En henry je taka induktivnost, za katero, ko se tok spremeni za 1 amper v 1 sekundi, v procesu samoindukcije nastane EMF, enak 1 voltu.

Izmenični tok

Ko se induktor začne vrteti v magnetnem polju, zaradi pojava elektromagnetne indukcije ustvari inducirani tok. Ta električni tok je spremenljiv, torej sistematično spreminja svojo smer.

Izmenični tok je pogostejši od enosmernega. Torej, veliko naprav, ki delujejo iz centrale električno omrežje, uporabite to vrsto toka. Izmenični tok je lažje inducirati in prenašati kot enosmerni tok. Praviloma je frekvenca gospodinjskega izmeničnega toka 50-60 Hz, to je v 1 sekundi se njegova smer spremeni 50-60-krat.

Geometrijski prikaz izmeničnega toka je sinusna krivulja, ki opisuje odvisnost napetosti od časa. Polno obdobje sinusna krivulja za gospodinjski tok je približno enaka 20 milisekund. Glede na toplotni učinek je izmenični tok podoben enosmernemu toku, katerega napetost je U max /√2, kjer je U max - največja napetost na sinusni krivulji AC.

Uporaba elektromagnetne indukcije v tehnologiji

Odkritje pojava elektromagnetne indukcije je povzročilo pravi razcvet v razvoju tehnologije. Pred tem odkritjem so ljudje lahko proizvajali električno energijo le v omejenih količinah z električnimi baterijami.

Trenutno se ta fizični pojav uporablja v električni transformatorji, v grelnikih, ki pretvarjajo inducirani tok v toploto, pa tudi v elektromotorji in avtomobilski generatorji.

Zadeva: Uporaba elektromagnetne indukcije

Cilji lekcije:

Izobraževalni:

1. Nadaljevati delo na oblikovanju koncepta elektromagnetnega polja kot oblike snovi in ​​dokaz njegovega resničnega obstoja.
2. Izboljšati spretnosti pri reševanju kvalitativnih in računskih problemov.

Razvoj:Še naprej delajte s študenti na...

1. oblikovanje predstav o sodobni fizični slika sveta,
2. sposobnost razkrivanja razmerja med preučevanim gradivom in pojavov življenja,
3. širjenje obzorij študentov

Izobraževalni: Naučite se videti manifestacije preučenih vzorcev v okoliškem življenju

Demonstracije

1. Transformator
2. Fragmenti CD-ROM-a »Fizika 7-11. Knjižnica vizualni pripomočki»

1) "Proizvodnja energije"
2) "Snemanje in branje informacij na magnetni trak"

3. Predstavitve

1) "Elektromagnetna indukcija - preskusi" (I. in II. del)
2) "Transformator"

Med poukom

1. Posodobitev:

Preden razmislite nov material prosim odgovorite na naslednja vprašanja:

2. Reševanje problemov na karticah glej predstavitev (Priloga 1) (odgovori: 1 B, 2 B, 3 C, 4 A, 5 C) - 5 min

3. Nov material.

Uporaba elektromagnetne indukcije

1) V preteklosti študijsko leto pri preučevanju teme »Nosilci informacij« v računalništvu smo govorili o diskih, disketah itd. Izkazalo se je, da snemanje in branje informacij z magnetnim trakom temelji na uporabi pojava elektromagnetne indukcije.
Snemanje in predvajanje informacij z magnetnim trakom (Fragmenti CD-ROM-a "Fizika 7-11. razredi. Knjižnica vizualnih pripomočkov", "Snemanje in branje informacij na magnetni trak" - 3 min) (Priloga 2)

2) Razmislite o napravi in ​​temeljnem delovanju takšne naprave kot TRANSFORMATOR. (Glej predstavitveni dodatek 3)
Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije.

TRANSFORMATOR - naprava, ki pretvarja izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti s konstantno frekvenco.

3) V najpreprostejšem primeru je transformator sestavljen iz zaprtega jeklenega jedra, na katerega sta nameščeni dve tuljavi z žičnimi navitji. Tisti navitij, ki je priključen na vir izmenične napetosti, se imenuje primarni, tisti, na katerega je priključena "obremenitev", torej naprave, ki porabijo električno energijo, pa sekundarni.

a) pospeševalni transformator

b) nižji transformator

Pri prenosu energije na dolge razdalje - uporaba stopenjskih in stopenjskih transformatorjev.

4) Delo transformatorja (eksperiment).

Osvetlitev žarnice v sekundarni tuljavi ( razlaga te izkušnje);
- princip delovanja varilnik (Zakaj so zavoji v sekundarni tuljavi nižjega transformatorja debelejši?);
- načelo delovanja peči ( Moč v obeh tuljavah je enaka, a tok?)

5) Praktična uporaba elektromagnetne indukcije

Primeri tehnično uporabo elektromagnetna indukcija: transformator, generator električnega toka - glavni vir električne energije.
Zahvaljujoč odkritju elektromagnetne indukcije je postalo mogoče proizvajati poceni električno energijo. Osnova delovanja sodobnih elektrarn (tudi jedrskih) je indukcijski generator.
Generator izmeničnega toka (odlomek diska Odlomki CD-ROM-a "Fizika 7-11 razredi. Knjižnica vizualnih pripomočkov", "Proizvodnja električne energije" - 2 min) (Priloga 4)

Indukcijski generator je sestavljen iz dveh delov: premičnega rotorja in fiksnega statorja. Najpogosteje je stator magnet (trajni ali električni), ki ustvarja začetno magnetno polje (imenovano induktor). Rotor je sestavljen iz enega ali več navitij, v katerih nastane indukcijski tok pod vplivom spreminjajočega se magnetnega polja. (Drugo ime za tak rotor je sidro).

- odkrivanje kovinskih predmetov - posebni detektorji;
- trenirajte na magnetnih blazinah(glej stran 129 učbenika V. A. Kasyanov "Fizika - 11")
Foucaultovi tokovi (vrtinčni tokovi;)
– zaprto indukcijski tokovi ki nastanejo v masivnih prevodnih telesih.

Pojavijo se bodisi zaradi spremembe magnetnega polja, v katerem se nahaja prevodno telo, bodisi kot posledica takšnega gibanja telesa, ko se spremeni magnetni tok, ki prodira v to telo (ali kateri koli njegov del).
Kot vsi drugi tokovi imajo vrtinčni tokovi toplotni učinek na prevodnik: telesa, v katerih nastanejo takšni tokovi, se segrejejo.

Primer: montaža električnih peči za taljenje kovin in mikrovalovnih pečic.

4. Sklepi, ocene.

1) Elektromagnetna indukcija, navedite primere praktične uporabe elektromagnetne indukcije.
2) Elektromagnetni valovi- najpogostejša vrsta snovi in ​​elektromagnetna indukcija - poseben primer manifestacije elektromagnetnih valov.

5. Reševanje problemov na karticah, glejte predstavitev(Priloga 5) (odgovori - 1B, 2A, 3A, 4B).

6. hišna naloga: P.35,36 (Učbenik fizike, uredil V.A.Kasyanov 11. razred)