>> Öppning elektromagnetisk induktion

Kapitel 2. ELEKTROMAGNETISK INDUKTION

Hittills har vi beaktat elektriska och magnetiska fält som inte förändras med tiden. Man fann att det elektrostatiska fältet skapas av orörliga laddade partiklar, och magnetfältet skapas av rörliga sådana, d.v.s. elektrisk ström. Låt oss nu bekanta oss med elektriska och magnetiska fält, som förändras över tiden.

Mest viktigt faktum, som har upptäckts, är det närmaste förhållandet mellan elektriska och magnetiska fält. Det visade sig att ett tidsvarierande magnetfält genererar elektriskt fält, och det föränderliga elektriska fältet är magnetiskt. Utan denna koppling mellan fälten skulle mångfalden av manifestationer av elektromagnetiska krafter inte vara så omfattande som det faktiskt observeras. Det skulle inte finnas några radiovågor eller ljus.

§ 8 UPPTÄCKT AV ELEKTROMAGNETISK INDUKTION

År 1821 skrev M. Faraday i sin dagbok: "Vänd magnetism till elektricitet." Efter 10 år löstes detta problem av honom.

Det är ingen slump att den första avgörande steg i upptäckten av nya egenskaper hos elektromagnetiska interaktioner gjordes av M. Faraday, grundaren av idéerna om det elektromagnetiska fältet, som var säker på den enhetliga naturen hos elektriska och magnetiska fenomen. Tack vare detta gjorde han en upptäckt som blev grunden för utformningen av generatorer för alla kraftverk i världen, som omvandlar mekanisk energi till elektrisk strömenergi. (Källor som fungerar på andra principer: galvaniska celler, batterier, etc., tillhandahåller en obetydlig del av den genererade elektriska energin.)

Elektrisk ström, hävdade M. Faraday, kan magnetisera en bit järn. Kan en magnet i sin tur orsaka en elektrisk ström? Länge sedan denna anslutning kunde inte hittas. Det var svårt att tänka på det viktigaste, nämligen: en magnet i rörelse, eller ett magnetfält som förändras med tiden, kan excitera elektricitet i en spole.

Vilken typ av olyckor som skulle kunna förhindra upptäckten visar följande faktum. Nästan samtidigt med Faraday försökte den schweiziska fysikern Colladon få en elektrisk ström i en spole med hjälp av en magnet. Under sitt arbete använde han en galvanometer, vars ljusmagnetiska nål placerades inuti enhetens spole. För att magneten inte ska ha en direkt effekt på pilen, togs ändarna av spolen, där Colladon introducerade magneten, i hopp om att få en ström i den, ut i angränsande rum och det är anslutna till en galvanometer. Efter att ha satt in magneten i spolen gick Colladon in i nästa rum och blev besviken över att se att galvanometern inte visade någon ström. Om han bara kunde titta på galvanometern hela tiden, och be någon att arbeta på magneten, skulle en anmärkningsvärd upptäckt göras. Men detta hände inte. En magnet i vila i förhållande till en spole orsakar ingen ström i den.

Lektionens innehåll lektionssammanfattning stödram lektionspresentation accelerativa metoder interaktiva tekniker Öva uppgifter och övningar självgranskning workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från studenter Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder grafik, tabeller, scheman humor, anekdoter, skämt, serieliknelser, talesätt, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar chips för nyfikna cheat sheets läroböcker grundläggande och ytterligare ordlista med termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i lärobokens element av innovation i lektionen och ersätta föråldrad kunskap med nya Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan i ett år riktlinjer diskussionsprogram Integrerade lektioner

Lektionens ämne:

Upptäckten av elektromagnetisk induktion. magnetiskt flöde.

Mål: introducera eleverna till fenomenet elektromagnetisk induktion.

Under lektionerna

I. Organisatoriskt ögonblick

II. Kunskapsuppdatering.

1. Frontalundersökning.

• Vad är Ampères hypotes?
• Vad är magnetisk permeabilitet?
• Vilka ämnen kallas para- och diamagneter?
• Vad är ferriter?
• Var används ferriter?
• Hur vet du att det finns ett magnetfält runt jorden?
• Var finns jordens nord- och sydmagnetiska poler?
• Vilka processer äger rum i jordens magnetosfär?
• Vad är anledningen till att det finns ett magnetfält nära jorden?

2. Analys av experiment.

Experiment 1

Den magnetiska nålen på stativet fördes till den nedre och sedan till den övre änden av stativet. Varför vänder pilen till den nedre änden av stativet från vardera sidan med sydpolen och till den övre änden - norra änden?(Alla järnföremål är i jordens magnetfält. Under påverkan av detta fält magnetiseras de, och den nedre delen av objektet upptäcker den nordliga magnetiska polen, och toppen - söder.)

Experiment 2

I en stor korkpropp gör du ett litet spår för en bit tråd. Doppa korken i vattnet och lägg tråden ovanpå och placera den parallellt. I detta fall roteras tråden tillsammans med korken och installeras längs meridianen. Varför?(Tråden har magnetiserats och är placerad i jordens fält som en magnetisk nål.)

III. Att lära sig nytt material

Det finns magnetiska krafter mellan rörliga elektriska laddningar. Magnetiska interaktioner beskrivs utifrån konceptet om ett magnetfält som finns runt rörliga elektriska laddningar. Elektriska och magnetiska fält genereras av samma källor - elektriska laddningar. Man kan anta att det finns ett samband mellan dem.

År 1831 bekräftade M. Faraday detta experimentellt. Han upptäckte fenomenet elektromagnetisk induktion (slides 1.2).

Experiment 1

Vi ansluter galvanometern till spolen, och vi kommer att lägga fram från den permanentmagnet. Vi observerar avvikelsen för galvanometernålen, en ström (induktion) har dykt upp (bild 3).

Strömmen i ledaren uppstår när ledaren befinner sig i ett växelmagnetfälts verkningsfält (slide 4-7).

Faraday föreställde sig ett alternerande magnetfält som en förändring av antalet kraftlinjer som penetrerar ytan som begränsas av en given kontur. Detta antal beror på induktionen PÅ magnetfält, från konturområdet S och dess orientering i det givna fältet.

F \u003d BS cos a - magnetiskt flöde.

F [Wb] Weber (bild 8)

Induktionsströmmen kan ha olika riktningar, vilket beror på om det magnetiska flödet som penetrerar kretsen minskar eller ökar. Regeln för att bestämma riktningen för den inducerade strömmen formulerades 1833. E. X. Lenz.

Experiment 2

Vi skjuter in en permanentmagnet i en lätt aluminiumring. Ringen stöts bort från den, och när den förlängs dras den till magneten.

Resultatet beror inte på magnetens polaritet. Repulsion och attraktion förklaras av utseendet av en induktionsström i den.

När magneten trycks in ökar det magnetiska flödet genom ringen: ringens repulsion visar i detta fall att induktionsström i den har en sådan riktning i vilken induktionsvektorn för dess magnetiska fält är motsatt i riktning mot induktionsvektorn för det externa magnetfältet.

Lenz regel:

Induktionsströmmen har alltid en sådan riktning att dess magnetfält förhindrar förändringar i magnetflödet, orsakar utseende induktionsström(bild 9).

IV. Genomföra laborationer

Laboratoriearbete på ämnet "Experimentell verifiering av Lenz-regeln"

Enheter och material:milliammeter, spole-spole, bågformad magnet.

Arbetsprocess

1. Förbered ett bord.

En ny period i utvecklingen av fysikalisk vetenskap börjar med Faradays geniala upptäckt elektromagnetisk induktion. Det var i denna upptäckt som vetenskapens förmåga att berika teknologin med nya idéer tydligt manifesterades. Redan Faraday själv förutsåg förekomsten av elektromagnetiska vågor på grundval av sin upptäckt. Den 12 mars 1832 förseglade han ett kuvert med inskriptionen "Nya vyer, nu att förvaras i ett förseglat kuvert i Royal Societys arkiv". Detta kuvert öppnades 1938. Det visade sig att Faraday ganska tydligt förstod att induktionsaktioner fortplantar sig med en ändlig hastighet på ett vågsätt. "Jag anser att det är möjligt att tillämpa teorin om oscillationer på utbredningen av elektrisk induktion", skrev Faraday. Samtidigt påpekade han att ”utbredningen av en magnetisk effekt tar tid, det vill säga när en magnet verkar på en annan avlägsen magnet eller en bit järn sprider sig den påverkande orsaken (som jag kommer att tillåta mig att kalla magnetism) från magnetiska kroppar gradvis och kräver en viss tid för dess utbredning som uppenbarligen kommer att visa sig vara mycket liten. Jag tror också att elektrisk induktion fortplantar sig på exakt samma sätt. Jag tror att utbredningen av magnetiska krafter från den magnetiska polen liknar den svängningen av en grov vattenyta, eller ljudvibrationer luftpartiklar.

Faraday förstod vikten av sin idé och, eftersom han inte kunde testa den experimentellt, beslöt han med hjälp av detta kuvert "att säkra upptäckten för sig själv och därmed ha rätten att, i händelse av experimentell bekräftelse, deklarera detta datum datumet för hans upptäckt." Så den 12 mars 1832 kom mänskligheten för första gången till idén om existens elektromagnetiska vågor. Från detta datum börjar upptäcktens historia radio.

Men Faradays upptäckt hade betydelse inte bara i teknikens historia. Det hade en enorm inverkan på utvecklingen av den vetenskapliga världsbilden. Från denna upptäckt kommer fysiken in nytt objekt - fysiskt fält. Faradays upptäckt hör alltså till de grundläggande vetenskapliga upptäckter som lämnar ett märkbart spår i hela den mänskliga kulturens historia.

Londons smedens son bokbindare föddes i London den 22 september 1791. Den lysande självlärde hade inte ens möjlighet att avsluta grundskola och banade väg för vetenskapen själv. Medan han studerade bokbinderi läste han böcker, särskilt om kemi, det gjorde han kemiska experiment. lyssnande offentliga föreläsningar den berömda kemisten Davy, blev han slutligen övertygad om att hans kall var vetenskap, och vände sig till honom med en begäran om att bli anställd vid Royal Institute. Från 1813, då Faraday antogs till institutet som laboratorieassistent, och fram till sin död (25 augusti 1867), levde han inom vetenskapen. Redan 1821, när Faraday fick elektromagnetisk rotation, satte han som mål "att förvandla magnetism till elektricitet". Tio år av sökande och hårt arbete kulminerade i upptäckten den 29 augusti 1871 av elektromagnetisk induktion.

"Tvåhundra och tre fot av koppartråd i ett stycke lindades på en stor trätrumma; ytterligare två hundra och tre fot av samma tråd isolerades i en spiral mellan varven på den första lindningen, varvid den metalliska kontakten avlägsnades med hjälp av av en sladd. Den ena av dessa spiraler var kopplad till en galvanometer, och den andra med ett välladdat batteri av hundra par fyra tum kvadrattum plattor, med dubbla kopparplåtar. När kontakten togs var det en tillfällig men mycket liten effekt på galvanometern, och en liknande svag effekt ägde rum när kontakten med batteriet öppnades. Så här beskrev Faraday sin första erfarenhet av att inducera strömmar. Han kallade denna typ av induktion för voltaisk-elektrisk induktion. Han fortsätter med att beskriva sin huvudsakliga erfarenhet av järnringen, prototypen för det moderna transformator.

"En ring svetsades av en rund stång av mjukt järn; metallens tjocklek var sju åttondels tum och ringens ytterdiameter var sex tum. På en del av denna ring var tre spiraler lindade, som var och en innehöll cirka tjugofyra fot koppartråd, en tjugondels tum tjock. Spolarna var isolerade från järnet och från varandra... upptar cirka nio tum längs ringens längd De kunde användas var för sig och i kombination, detta grupp betecknas A. På andra delen af ​​ringen lindades på samma sätt omkring sextio fot koppartråd i två stycken, som bildade en spiral B, med samma riktning som spiralerna A, men skild från dem i vardera änden för ungefär en halv tum av bart järn.

Spiral B ansluten koppartrådar med en galvanometer placerad på tre fots avstånd från järnet. Separata spolar kopplades ände mot ände för att bilda en gemensam spiral, vars ändar var kopplade till ett batteri av tio par plattor på fyra kvadrattum. Galvanometern reagerade omedelbart, och mycket starkare än vad som observerades, såsom beskrivits ovan, med hjälp av tio gånger kraftigare spiral, men utan järn; men trots att kontakten upprätthölls upphörde åtgärden. När kontakten med batteriet öppnades avvek pilen igen kraftigt, men i motsatt riktning mot den som inducerades i det första fallet.

Faraday undersökte ytterligare effekten av järn genom direkt erfarenhet, genom att introducera en järnstav inuti en ihålig spole, i detta fall "den inducerade strömmen hade en mycket stark effekt på galvanometern." ”En liknande åtgärd erhölls då med hjälp av ordinarie magneter". Faraday kallade denna åtgärd magnetoelektrisk induktion, förutsatt att naturen hos voltaisk och magnetoelektrisk induktion är densamma.

Alla de beskrivna experimenten utgör innehållet i de första och andra avsnitten av det klassiska verket av Faraday " Experimentella studier om elektricitet", påbörjad den 24 november 1831. I det tredje avsnittet av denna serie "Om materiens nya elektriska tillstånd" försöker Faraday för första gången beskriva de nya egenskaperna hos kroppar som manifesteras i elektromagnetisk induktion. Han kallar denna egenskap han upptäckte "elektroniskt tillstånd". Detta är den första grodden av idéfältet, som bildades senare av Faraday och för första gången exakt formulerat av Maxwell. Den fjärde delen av den första serien ägnas åt att förklara fenomenet Arago. Faraday klassificerar korrekt detta fenomen som ett induktionsfenomen och försöker med hjälp av detta fenomen "få en ny källa till elektricitet". När en kopparskiva rör sig mellan polerna på en magnet fick han ström i en galvanometer med hjälp av glidkontakter.Detta var den första Dynamo maskin. Faraday sammanfattar resultaten av sina experiment med följande ord: "Det visade sig alltså att det är möjligt att skapa en konstant ström av elektricitet med hjälp av en vanlig magnet." Från sina experiment på induktion i rörliga ledare härledde Faraday förhållandet mellan polen på en magnet, den rörliga ledaren och riktningen för den inducerade strömmen, d.v.s. "lagen som styr produktionen av elektricitet genom magnetoelektrisk induktion." Som ett resultat av sin forskning slog Faraday fast att "förmågan att inducera strömmar manifesterar sig i en cirkel runt den magnetiska resultant- eller kraftaxeln på exakt samma sätt som magnetism som ligger runt en cirkel uppstår runt en elektrisk ström och detekteras av den" *.

* (M. Faraday, Experimentell forskning om elektricitet, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, s. 57.)

Med andra ord uppstår ett virvelelektriskt fält runt ett växelmagnetiskt flöde, precis som ett virvelmagnetfält uppstår runt en elektrisk ström. Detta grundläggande faktum generaliserades av Maxwell i form av hans två elektromagnetiska fältekvationer.

Studiet av fenomenen elektromagnetisk induktion, i synnerhet den induktiva verkan av jordens magnetfält, ägnas också åt den andra serien av "Undersökningar", som påbörjades den 12 januari 1832. Den tredje serien, som började den 10 januari 1833, Faraday ägnar åt att bevisa identiteten olika sorter elektricitet: elektrostatisk, galvanisk, animalisk, magnetoelektrisk (det vill säga erhållen genom elektromagnetisk induktion). Faraday kom fram till att elen fick olika sätt, kvalitativt samma, skillnaden i åtgärder är endast kvantitativ. Detta var det sista slaget för konceptet med olika "vätskor" av harts och glaselektricitet, galvanism, animalisk elektricitet. Elektriciteten visade sig vara en enda, men polär enhet.

Mycket viktig är den femte serien av Faradays undersökningar, som påbörjades den 18 juni 1833. Här börjar Faraday sina studier av elektrolys, vilket ledde honom till upprättandet av de berömda lagar som bär hans namn. Dessa studier fortsatte i den sjunde serien, som började den 9 januari 1834. I den sista serien föreslår Faraday en ny terminologi: han föreslår att man ska kalla de poler som matar ström till elektrolyten elektroder, ring den positiva elektroden anod, och det negativa katod, partiklar av avsatt material som går till anoden han kallar anjoner, och partiklarna som går till katoden - katjoner. Vidare äger han villkoren elektrolyt för nedbrytbara ämnen, joner och elektrokemiska motsvarigheter. Alla dessa termer står fast inom vetenskapen. Faraday drar den korrekta slutsatsen av de lagar han fann att man kan tala om några absolut kvantitet elektricitet förknippad med atomerna i vanlig materia. "Även om vi inte vet något om vad en atom är", skriver Faraday, "föreställer vi oss ofrivilligt någon liten partikel som dyker upp i vårt sinne när vi tänker på det; men i samma eller ännu större okunnighet som vi är i förhållande till elektricitet, är vi inte ens kunna säga om det är en speciell fråga eller frågor, eller helt enkelt rörelsen av vanlig materia, eller någon annan typ av kraft eller agent, men ändå finns det ett stort antal fakta som får oss att tro att materiens atomer på något sätt är utrustade med eller förbundna med elektriska krafter, och till dem har de sina mest anmärkningsvärda egenskaper att tacka, inklusive deras kemiska affinitet för varandra.

* (M. Faraday, Experimentell forskning om elektricitet, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, s. 335.)

Således uttryckte Faraday tydligt idén om "elektrifiering" av materia, atomstruktur elektricitet, och elektricitetens atom, eller, som Faraday uttrycker det, "den absoluta mängden elektricitet", visar sig vara "såsom fastställts i sin talan, som någon av dessa mängder som, förblir kopplade till materiens partiklar, informerar dem om deras kemisk affinitet. Elementärt elektrisk laddning, som visat ytterligare utveckling fysik, kan verkligen bestämmas utifrån Faradays lagar.

Den nionde serien av Faradays "Undersökningar" var av stor betydelse. Denna serie, som började den 18 december 1834, handlade om fenomenen självinduktion, extra strömmar av stängning och öppning. Faraday påpekar i sin beskrivning av dessa fenomen att även om de har egenskaper tröghet, fenomenet självinduktion skiljer sig dock från mekanisk tröghet genom att de är beroende av formulär dirigent. Faraday noterar att "extra ström är identisk med ... inducerad ström" * . Som ett resultat hade Faraday en uppfattning om den mycket breda innebörden av induktionsprocessen. I den elfte serien av hans undersökningar, som påbörjades den 30 november 1837, säger han: "Induktion spelar den mest allmänna rollen i alla elektriska fenomen, som uppenbarligen deltar i var och en av dem, och bär i verkligheten dragen av den första och väsentliga början "**. I synnerhet, enligt Faraday, är varje laddningsprocess en induktionsprocess, partiskhet motsatta laddningar: "ämnen kan inte laddas absolut, utan endast relativt, enligt en lag identisk med induktion. Varje laddning stöds av induktion. Alla fenomen Spänning inkluderar början av induktioner" ***. Innebörden av dessa uttalanden av Faraday är att varje elektriskt fält ("spänningsfenomen" - i Faradays terminologi) nödvändigtvis åtföljs av en induktionsprocess i mediet ("förskjutning" - i Maxwells senare terminologi). Denna process bestäms av mediets egenskaper, dess "induktans" i Faradays terminologi, eller "permittivitet" i modern terminologi. Faradays erfarenhet av en sfärisk kondensator bestämde permittiviteten för ett antal ämnen med avseende på luft. Dessa experiment stärkte Faraday i idén om mediets väsentliga roll i elektromagnetiska processer.

* (M. Faraday, Experimentell forskning om elektricitet, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, s. 445.)

** (M. Faraday, Experimentell forskning om elektricitet, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, s. 478.)

*** (M. Faraday, Experimentell forskning om elektricitet, vol. I, Ed. AN SSSR, 1947, s. 487.)

Lagen om elektromagnetisk induktion utvecklades avsevärt av den ryska fysikern vid St. Petersburg Academy Emil Khristianovich Lenz(1804-1865). Den 29 november 1833 rapporterade Lenz till Vetenskapsakademien sin forskning "Om bestämning av riktningen för galvaniska strömmar exciterade av elektrodynamisk induktion." Lenz visade att Faradays magnetoelektriska induktion är nära besläktad med Ampères elektromagnetiska krafter. "Propositionen genom vilken det magnetoelektriska fenomenet reduceras till det elektromagnetiska är som följer: om en metallledare rör sig i närheten av en galvanisk ström eller en magnet, så exciteras en galvanisk ström i den i en sådan riktning att om denna ledare var stationär, så skulle strömmen kunna få den att röra sig i motsatt riktning; det antas att ledaren i vila endast kan röra sig i rörelseriktningen eller i motsatt riktning" * .

* (E. X. Lenz, Utvalda verk, red. AN SSSR, 1950, s. 148-149.)

Denna princip av Lenz avslöjar energin i induktionsprocesser och spelade en viktig roll i Helmholtz arbete med att fastställa lagen om energibevarande. Lenz själv härledde från sitt styre den välkända principen om reversibilitet inom elektroteknik elektromagnetiska maskiner: om du roterar spolen mellan magnetens poler genererar den en ström; tvärtom, om en ström skickas till den kommer den att rotera. En elmotor kan förvandlas till en generator och vice versa. När han studerar magnetoelektriska maskiners verkan upptäcker Lenz 1847 ankarreaktionen.

Åren 1842-1843. Lenz producerade en klassisk studie "On the laws of heat generation by galvanic current" (rapporterad 2 december 1842, publicerad 1843), som han påbörjade långt före Joules liknande experiment (Joules meddelande dök upp i oktober 1841) och fortsatte av honom trots publikationen Joule, "eftersom den senares experiment kan möta några berättigade invändningar, vilket redan har visats av vår kollega, herr akademiker Hess" * . Lenz mäter strömmens storlek med hjälp av en tangentkompass, en anordning som uppfanns av Helsingforsprofessorn Johann Nerwander (1805-1848), och utforskar i den första delen av sitt meddelande denna anordning. I den andra delen av "The release of heat in wires", rapporterad den 11 augusti 1843, kommer han fram till sin berömda lag:

"
1. Uppvärmningen av tråden med galvanisk ström är proportionell mot trådens motstånd.
2. Uppvärmningen av tråden med en galvanisk ström är proportionell mot kvadraten på strömmen som används för uppvärmning "**.

* (E. X. Lenz, Utvalda verk, red. AN SSSR, 1950, s. 361.)

** (E. X. Lenz, Utvalda verk, red. AN SSSR, 1950, s. 441.)

Joule-Lenz-lagen spelade en viktig roll i upprättandet av lagen om bevarande av energi. Hela utvecklingen av vetenskapen om elektriska och magnetiska fenomen ledde till idén om enheten av naturens krafter, till idén om bevarandet av dessa "krafter".

Nästan samtidigt med Faraday observerade en amerikansk fysiker elektromagnetisk induktion. Joseph Henry(1797-1878). Henry tillverkade en stor elektromagnet (1828) som, dreven av en galvanisk cell med lågt motstånd, stödde en belastning på 2 000 pund. Faraday nämner denna elektromagnet och indikerar att med dess hjälp är det möjligt att få en stark gnista när den öppnas.

Henry observerade för första gången (1832) fenomenet självinduktion, och hans prioritet markeras av namnet på enheten för självinduktion "henry".

1842 etablerade Henry oscillerande karaktär tömning av en Leiden-burk. Den tunna glasnålen med vilken han undersökte detta fenomen magnetiserades med olika polariteter, medan urladdningens riktning förblev oförändrad. "Utsläppet, oavsett dess natur," avslutar Henry, "representeras inte (med Franklins teori. - P. K.) som en enda överföring av en viktlös vätska från en platta till en annan; det upptäckta fenomenet får oss att erkänna existensen av huvudurladdningen åt ena hållet, och sedan flera märkliga bakåt- och framåtrörelser, var och en svagare än den förra, fortsätter tills balansen uppnås.

Induktionsfenomen blir det ledande temat inom fysisk forskning. 1845 en tysk fysiker Franz Neumann(1798-1895) gav ett matematiskt uttryck induktionslagen, sammanfattar Faradays och Lenz forskning.

Den elektromotoriska induktionskraften uttrycktes av Neumann som tidsderivatan av någon funktion som inducerar strömmen och den ömsesidiga konfigurationen av de interagerande strömmarna. Neumann kallade denna funktion elektrodynamisk potential. Han hittade också ett uttryck för den ömsesidiga induktionskoefficienten. I sin essä "On the Conservation of Force" 1847 härleder Helmholtz Neumann-uttrycket för lagen om elektromagnetisk induktion från energiöverväganden. I samma uppsats hävdar Helmholtz att urladdningen av en kondensator är "inte ... en enkel rörelse av elektricitet i en riktning, utan ... dess flöde i den ena eller andra riktningen mellan två plattor i form av svängningar som blir mindre och mindre och mindre, tills slutligen all levande kraft förstörs av summan av motstånden.

År 1853 William Thomson(1824-1907) gav matematisk teori oscillerande urladdning av kondensatorn och fastställde oscillationsperiodens beroende av parametrarna oscillerande krets(Thomsons formel).

År 1858 P. Blaserna(1836-1918) tog en experimentell resonanskurva av elektriska svängningar och studerade verkan av en urladdningsinducerande krets innehållande en kondensatorbank och slutande ledare till en sidokrets, med en variabel längd på den inducerade ledaren. Samma år 1858 Wilhelm Feddersen(1832-1918) observerade gnisturladdningen från en Leydenburk i en roterande spegel, och 1862 fotograferade han bilden av en gnistanladdning i en roterande spegel. Således fastställdes den oscillerande karaktären av urladdningen med fullständig tydlighet. Samtidigt verifierades Thomson-formeln experimentellt. Alltså, steg för steg, läran om elektriska fluktuationer, utgör den vetenskapliga grunden för elektroteknik av växelströmmar och radioteknik.

Historien om upptäckten av elektromagnetisk induktion. Upptäckten av Hans Christian Oersted och André Marie Ampère visade att elektricitet har en magnetisk kraft. Inverkan av magnetiska fenomen på elektriska fenomen upptäcktes av Michael Faraday. Hans Christian Oersted André Marie Ampère

Michael Faraday () "Vänd magnetism till elektricitet", skrev han i sin dagbok 1822. Engelsk fysiker, grundare av teorin om det elektromagnetiska fältet, utländsk hedersmedlem i St. Petersburgs vetenskapsakademi (1830).

Beskrivning av Michael Faradays experiment träblock sår två koppartrådar. En av ledningarna var kopplad till en galvanometer, den andra till ett starkt batteri. När kretsen stängdes observerades en plötslig men extremt svag verkan på galvanometern, och samma verkan märktes när strömmen stoppades. Med kontinuerlig passage av ström genom en av spiralerna var det inte möjligt att upptäcka avvikelser från galvanometernålen

Beskrivning av Michael Faradays experiment Ett annat experiment bestod i att registrera strömstötar i ändarna av en spole, inuti vilken en permanentmagnet satts in. Faraday kallade sådana utbrott "vågor av elektricitet"

Induktionens EMF Induktionens EMF, som orsakar strömskurar ("vågor av elektricitet"), beror inte på storleken på det magnetiska flödet, utan på graden av dess förändring.

1. Bestäm riktningen för induktionslinjerna för det yttre fältet B (de lämnar N och går in i S). 2. Bestäm om det magnetiska flödet genom kretsen ökar eller minskar (om magneten trycks in i ringen, då Ф> 0, om den dras ut, sedan Ф 0, om den dras ut, sedan Ф 0, om den dras ut, sedan Ф 0, om den dras ut, då Ф 0 , om utdragen, sedan Ф
3. Bestäm riktningen för induktionslinjerna för magnetfältet B som skapas av induktionsströmmen (om F>0 är linjerna B och B riktade i motsatta riktningar; om F 0 är linjerna B och B riktade i motsatta riktningar, om F 0 är linjerna B och B riktade i motsatta riktningar, om Ф 0 är linjerna B och B riktade i motsatta riktningar, om Ф 0 är linjerna B och B riktade i motsatta riktningar; om Ф

Frågor Formulera lagen för elektromagnetisk induktion. Vem är grundaren av denna lag? Vad är inducerad ström och hur bestämmer man dess riktning? Vad bestämmer storleken på induktionens EMF? Funktionsprincipen för vilka elektriska enheter är baserad på lagen om elektromagnetisk induktion?

Elektromagnetisk induktion- detta är ett fenomen som består i förekomsten av en elektrisk ström i en sluten ledare som ett resultat av en förändring i magnetfältet där den är belägen. Detta fenomen upptäcktes av den engelske fysikern M. Faraday 1831. Dess väsen kan förklaras med flera enkla experiment.

Beskrivs i Faradays experiment mottagande princip växelström används i generering av induktionsgeneratorer elektrisk energi i värme- eller vattenkraftverk. Motståndet mot rotation av generatorrotorn, som uppstår när induktionsströmmen interagerar med magnetfältet, övervinns på grund av driften av ång- eller hydraulturbinen som roterar rotorn. Sådana generatorer omvandla mekanisk energi till elektrisk energi .

Virvelströmmar, eller Foucaultströmmar

Om en massiv ledare placeras i ett växelmagnetiskt fält, så uppstår i denna ledare, på grund av fenomenet elektromagnetisk induktion, virvelinduktionsströmmar, som kallas Foucaultströmmar.

Virvelströmmar uppstår också när en massiv ledare rör sig i ett konstant, men inhomogent magnetfält i rymden. Foucault-strömmar har en sådan riktning att kraften som verkar på dem i ett magnetfält bromsar ledarens rörelse. En pendel i form av en solid metallplatta gjord av icke-magnetiskt material, som pendlar mellan polerna på en elektromagnet, stannar abrupt när magnetfältet slås på.

I många fall visar sig uppvärmningen som orsakas av Foucault-strömmar vara skadlig och måste åtgärdas. Kärnorna i transformatorer, rotorerna i elektriska motorer är gjorda av separata järnplattor separerade av lager av en isolator som förhindrar utvecklingen av stora induktionsströmmar, och själva plattorna är gjorda av legeringar med hög resistivitet.

Elektromagnetiskt fält

Det elektriska fältet som skapas av stationära laddningar är statiskt och verkar på laddningarna. D.C orsakar uppkomsten av ett tidskonstant magnetfält som verkar på rörliga laddningar och strömmar. Elektriska och magnetiskt fält existerar i detta fall oberoende av varandra.

Fenomen elektromagnetisk induktion visar växelverkan mellan dessa fält, observerad i ämnen där det finns gratis laddningar, d.v.s. i ledare. Ett växelmagnetiskt fält skapar ett växlande elektriskt fält, som, som verkar på fria laddningar, skapar en elektrisk ström. Denna ström, som är alternerande, genererar i sin tur ett växelmagnetiskt fält, som skapar ett elektriskt fält i samma ledare, etc.

Kombinationen av alternerande elektriska och alternerande magnetiska fält som genererar varandra kallas elektromagnetiskt fält . Det kan också existera i ett medium där det inte finns några fria laddningar, och fortplantar sig i rymden i formen elektromagnetisk våg.

klassisk elektrodynamik- en av högsta prestationer mänskliga sinnet. Hon hade en enorm inverkan på den efterföljande utvecklingen mänsklig civilisation, som förutsäger förekomsten av elektromagnetiska vågor. Detta ledde senare till skapandet av radio, tv, telekommunikationssystem, satellitnavigering, såväl som datorer, industriella och inhemska robotar och andra attribut i det moderna livet.

hörnsten Maxwells teorier var påståendet att endast ett växlande elektriskt fält kan fungera som en källa till ett magnetfält, precis som en källa elektriskt fält, som skapar en induktiv ström i ledaren, är ett växelmagnetiskt fält. Närvaron av en ledare i detta fall är inte nödvändig - ett elektriskt fält uppstår också i tomt utrymme. Linjerna i ett växlande elektriskt fält, på samma sätt som linjerna i ett magnetfält, är stängda. De elektriska och magnetiska fälten för en elektromagnetisk våg är lika.

Elektromagnetisk induktion i diagram och tabeller