Hvis ændringer magnetfelt ikke sker, så vil der ikke være nogen elektrisk strøm. Også selvom der eksisterer et magnetfelt. Vi kan sige, at den inducerede elektriske strøm er direkte proportional, for det første med antallet af omdrejninger og for det andet med hastigheden af det magnetiske felt, med hvilket dette magnetiske felt ændres i forhold til spolens vindinger.
Ris. 3. Hvad afhænger induktionsstrømmens størrelse af?
For at karakterisere det magnetiske felt bruges en størrelse kaldet magnetisk flux. Det karakteriserer magnetfeltet som helhed; det vil vi tale om i næste lektion. For nu, lad os bare bemærke, at det er ændringen magnetisk flux, dvs. antallet af magnetfeltlinjer, der trænger ind i et strømførende kredsløb (for eksempel en spole), fører til fremkomsten af en induktionsstrøm i dette kredsløb.
Fysik. 9. klasse
Emne: Elektromagnetisk felt
Lektion 44 Magnetisk flux
Eryutkin E.S., fysiklærer højeste kategori GOU realskole nr. 1360
Introduktion. Faradays eksperimenter
Fortsætter vores undersøgelse af emnet "Elektromagnetisk induktion", lad os se nærmere på et sådant koncept som magnetisk flux.
Du ved allerede, hvordan du opdager fænomenet elektromagnetisk induktion- hvis en lukket leder krydses magnetiske linjer, opstår der en elektrisk strøm i denne leder. Denne strøm kaldes induktion.
Lad os nu diskutere, hvordan denne elektriske strøm dannes, og hvad der er vigtigt for, at denne strøm opstår.
Først og fremmest, lad os vende os til Faradays eksperiment og se igen på dets vigtige funktioner.
Så vi har et amperemeter, en spole med et stort antal drejninger, som er kortsluttet til dette amperemeter.
Vi tager en magnet, og ligesom i forrige lektion sænker vi denne magnet inde i spolen. Pilen afviger, det vil sige, at der er en elektrisk strøm i dette kredsløb.
Ris. 1. Erfaring med at detektere induktionsstrøm.
Men når magneten er inde i spolen, er der ingen elektrisk strøm i kredsløbet. Men så snart du forsøger at fjerne denne magnet fra spolen, opstår der en elektrisk strøm i kredsløbet igen, men retningen af denne strøm ændres til det modsatte.
Bemærk også, at værdien af den elektriske strøm, der løber i kredsløbet, også afhænger af magnetens egenskaber. Hvis du tager en anden magnet og laver det samme eksperiment, ændres værdien af strømmen betydeligt, i I dette tilfælde strømmen bliver mindre.
Efter at have udført eksperimenter kan vi konkludere, at den elektriske strøm, der opstår i en lukket leder (i en spole), er forbundet med et magnetfelt permanent magnet.
Med andre ord afhænger den elektriske strøm af en eller anden karakteristik af magnetfeltet. Og vi har allerede introduceret sådan en egenskab - magnetisk induktion.
Lad os huske på, at magnetisk induktion er angivet med bogstavet, det er - vektor mængde. Og magnetisk induktion måles i Tesla.
⇒ - Tesla - til ære for den europæiske og amerikanske videnskabsmand Nikola Tesla.
Magnetisk induktion karakteriserer effekten af et magnetfelt på en strømførende leder placeret i dette felt.
Men, når vi taler om elektrisk strøm, må vi forstå, at elektrisk strøm, og det ved du fra 8. klasse, opstår under påvirkning elektrisk felt.
Derfor kan det konkluderes, at den elektriske induceret strøm opstår på grund af det elektriske felt, som igen dannes som følge af magnetfeltets påvirkning. Og dette forhold er netop opnået igennem magnetisk flux.
Hvis der er et lukket ledende kredsløb i et magnetfelt, der ikke indeholder strømkilder, så når magnetfeltet ændres, opstår der en elektrisk strøm i kredsløbet. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion. Udseendet af en strøm indikerer fremkomsten af et elektrisk felt i kredsløbet, som kan give lukket bevægelse elektriske ladninger eller med andre ord om forekomsten af EMF. Det elektriske felt, der opstår, når magnetfeltet ændrer sig, og hvis arbejde ved flytning af ladninger langs et lukket kredsløb ikke er nul, har lukkede kraftlinjer og kaldes et hvirvelfelt.
Til kvantitativ beskrivelse Elektromagnetisk induktion introducerer begrebet magnetisk flux (eller flux af den magnetiske induktionsvektor) gennem en lukket sløjfe. For et fladt kredsløb placeret i et ensartet magnetfelt (og kun sådanne situationer kan skolebørn støde på i en enkelt statslig eksamen), er magnetisk flux defineret som
hvor er feltinduktionen, er konturarealet, er vinklen mellem induktionsvektoren og normalen (vinkelret) på konturplanet (se figuren; vinkelret på konturplanet er vist med en stiplet linje). Enhed for magnetisk flux ind internationalt system SI-måleenheden er Weber (Wb), som er defineret som den magnetiske flux gennem en kontur af et areal på 1 m 2 af et ensartet magnetfelt med en induktion på 1 T, vinkelret på planet kontur.
Størrelsen af den inducerede emk, der opstår i et kredsløb, når den magnetiske flux gennem dette kredsløb ændres, er lig med ændringshastigheden af den magnetiske flux
|
Her er ændringen i magnetisk flux gennem kredsløbet over et kort tidsinterval. Vigtig ejendom loven om elektromagnetisk induktion (23.2) er dens universalitet i forhold til årsagerne til ændringer i magnetisk flux: den magnetiske flux gennem kredsløbet kan ændre sig på grund af en ændring i magnetfeltinduktionen, en ændring i kredsløbets område eller en ændring i vinklen mellem induktionsvektoren og normalen, som opstår, når kredsløbet roterer i feltet . I alle disse tilfælde vil der ifølge loven (23.2) fremkomme en induceret emk og en induceret strøm i kredsløbet.
Minustegnet i formlen (23.2) er "ansvarlig" for retningen af strømmen som følge af elektromagnetisk induktion (Lenz's regel). Det er dog ikke så let at forstå på lovens sprog (23.2), til hvilken retning af induktionsstrømmen dette tegn vil føre med en særlig ændring i den magnetiske flux gennem kredsløbet. Men det er ret nemt at huske resultatet: den inducerede strøm vil blive rettet på en sådan måde, at det magnetiske felt, det skaber, "har tendens til" at kompensere for ændringen i det eksterne magnetfelt, der genererede denne strøm. For eksempel, når fluxen af et eksternt magnetfelt gennem et kredsløb stiger, vil der opstå en induceret strøm i det, hvis magnetfelt vil blive rettet modsat det eksterne magnetfelt for at reducere det eksterne felt og dermed bevare det oprindelige værdien af magnetfeltet. Når feltfluxen gennem kredsløbet aftager, vil det inducerede strømfelt blive rettet på samme måde som det eksterne magnetfelt.
Hvis strømmen i et kredsløb med strøm ændres af en eller anden grund, så ændres den magnetiske flux gennem kredsløbet af det magnetiske felt, der skabes af denne strøm selv, også. Derefter skal der ifølge loven (23.2) fremkomme en induceret emk i kredsløbet. Fænomenet med forekomsten af induceret emk i nogle elektriske kredsløb som et resultat af en ændring i strømmen i selve dette kredsløb kaldes selvinduktion. At finde Selvfremkaldt emf i nogle elektriske kredsløb er det nødvendigt at beregne fluxen af det magnetiske felt, der skabes af dette kredsløb gennem sig selv. Denne beregning er komplekst problem på grund af magnetfeltets inhomogenitet. En egenskab ved denne strøm er dog indlysende. Da det magnetiske felt skabt af strømmen i kredsløbet er proportionalt med strømmens størrelse, er den magnetiske flux af dets eget felt gennem kredsløbet proportional med strømmen i dette kredsløb
|
hvor er strømstyrken i kredsløbet, er proportionalitetskoefficienten, som karakteriserer kredsløbets "geometri", men ikke afhænger af strømmen i den og kaldes induktansen af dette kredsløb. SI-enheden for induktans er Henry (H). 1 H er defineret som induktansen af et sådant kredsløb, hvorigennem induktionsfluxen af dets eget magnetfelt er lig med 1 Wb med en strømstyrke på 1 A. Under hensyntagen til definitionen af induktans (23.3) fra loven om elektromagnetisk induktion (23.2), opnår vi for selvinduktions-EMK
|
På grund af fænomenet selvinduktion har strømmen i ethvert elektrisk kredsløb en vis "inerti" og derfor energi. For at skabe en strøm i kredsløbet er det faktisk nødvendigt at udføre arbejde for at overvinde selvinduktions-EMK. Strømkredsens energi er lig med dette arbejde. Det er nødvendigt at huske formlen for energien i et strømkredsløb
|
hvor er kredsløbets induktans, er strømstyrken i det.
Fænomenet elektromagnetisk induktion er meget udbredt i teknologi. Oprettelsen af elektrisk strøm i elektriske generatorer og kraftværker er baseret på det. Takket være loven om elektromagnetisk induktion sker der en transformation mekaniske vibrationer i elektriske mikrofoner. Baseret på loven om elektromagnetisk induktion virker det bl.a. elektriske kredsløb, som kaldes oscillerende kredsløb(se næste kapitel), og som er grundlaget for ethvert radiosende- eller modtageudstyr.
Lad os nu overveje opgaverne.
Af dem, der er anført i problem 23.1.1 fænomener, er der kun én konsekvens af loven om elektromagnetisk induktion - udseendet af en strøm i ringen, når en permanent magnet føres igennem den (svar 3 ). Alt andet er resultatet af den magnetiske vekselvirkning af strømme.
Som det fremgår af indledningen til dette kapitel, ligger fænomenet elektromagnetisk induktion til grund for driften af generatoren vekselstrøm (problem 23.1.2), dvs. enhed, der skaber vekselstrøm ved en given frekvens (svar 2 ).
Induktionen af det magnetiske felt skabt af en permanent magnet aftager med stigende afstand til den. Derfor, når magneten nærmer sig ringen ( problem 23.1.3) fluxen af magnetens magnetfelt gennem ringen ændres, og der opstår en induceret strøm i ringen. Det vil naturligvis ske, når magneten nærmer sig ringen med både nord- og sydpolen. Men retningen af induktionsstrømmen vil i disse tilfælde være anderledes. Dette skyldes, at når en magnet nærmer sig ringen med forskellige poler, vil feltet i ringens plan i det ene tilfælde være rettet modsat feltet i det andet. Derfor for at kompensere for disse ændringer ydre felt magnetfeltet af induktionsstrømmen bør rettes anderledes i disse tilfælde. Derfor vil retningerne af induktionsstrømmene i ringen være modsatte (svar 4 ).
For at induceret emk kan forekomme i ringen, er det nødvendigt, at den magnetiske flux gennem ringen ændres. Og da den magnetiske induktion af en magnets felt afhænger af afstanden til den, så i betragtning problem 23.1.4 I dette tilfælde vil flowet gennem ringen ændre sig, og der vil opstå en induceret strøm i ringen (svar 1
).
Når rammen drejes 1 ( problem 23.1.5) vinklen mellem linjerne for magnetisk induktion (og derfor induktionsvektoren) og rammens plan til enhver tid lig med nul. Følgelig ændres den magnetiske flux gennem ramme 1 ikke (se formel (23.1)), og den inducerede strøm opstår ikke i den. I ramme 2 vil der opstå en induktionsstrøm: i positionen vist på figuren er den magnetiske flux gennem den nul, når rammen drejer en kvart omgang vil den være lig med , hvor er induktionen og er arealet af rammen. Efter endnu en kvart omgang vil flowet igen være nul mv. Derfor ændres fluxen af magnetisk induktion gennem ramme 2 under dens rotation, derfor opstår der en induceret strøm i den (svar 2 ).
I problem 23.1.6 induceret strøm forekommer kun i tilfælde 2 (svar 2
). Faktisk, i tilfælde 1, forbliver rammen, når den bevæger sig, i samme afstand fra lederen, og derfor ændres det magnetiske felt, der skabes af denne leder i rammens plan, ikke. Når rammen bevæger sig væk fra lederen, ændres den magnetiske induktion af lederens felt i rammens område, den magnetiske flux gennem rammen ændres, og en induceret strøm fremkommer
Loven om elektromagnetisk induktion siger, at en induceret strøm vil flyde i en ring på tidspunkter, hvor den magnetiske flux gennem ringen ændres. Derfor, mens magneten er i hvile nær ringen ( problem 23.1.7) ingen induceret strøm vil flyde i ringen. Derfor er det rigtige svar i denne opgave 2 .
Ifølge loven om elektromagnetisk induktion (23.2) er den inducerede emk i rammen bestemt af ændringshastigheden af den magnetiske flux gennem den. Og siden efter betingelse problemer 23.1.8 magnetfeltinduktionen i rammeområdet ændres ensartet, hastigheden af dens ændring er konstant, værdien af den inducerede emk ændres ikke under eksperimentet (svar 3 ).
I problem 23.1.9 Den inducerede emk, der opstår i rammen i det andet tilfælde, er fire gange større end den inducerede emk, der opstår i det første (svar 4 ). Dette skyldes en firedobling af rammearealet og følgelig den magnetiske flux gennem det i det andet tilfælde.
I opgave 23.1.10 i det andet tilfælde fordobles ændringshastigheden af den magnetiske flux (feltinduktionen ændres med samme mængde, men på halvdelen af tiden). Derfor er emk af elektromagnetisk induktion, der opstår i rammen i det andet tilfælde, dobbelt så stor som i det første (svar 1 ).
Når strømmen i en lukket leder fordobles ( problem 23.2.1), vil størrelsen af magnetfeltinduktionen fordobles ved hvert punkt i rummet uden at ændre retning. Derfor vil den magnetiske flux gennem ethvert lille område og følgelig hele lederen ændre sig nøjagtigt to gange (svar 1
). Men forholdet mellem den magnetiske flux gennem en leder og strømmen i denne leder, som repræsenterer lederens induktans 
, det vil ikke ændre sig ( problem 23.2.2- svar 3
).
Ved hjælp af formel (23.3) finder vi i problem 32.2.3 Gn (svar 4 ).
Forholdet mellem enhederne for magnetisk flux, magnetisk induktion og induktans ( problem 23.2.4) følger af definitionen af induktans (23.3): en enhed for magnetisk flux (Wb) er lig med produktet af en strømenhed (A) med en induktansenhed (H) - svar 3 .
Ifølge formel (23.5), med en dobbelt stigning i spolens induktans og et dobbelt fald i strømmen i den ( problem 23.2.5) energien af spolens magnetiske felt vil falde med 2 gange (svar 2 ).
Når rammen roterer i et ensartet magnetfelt, ændres den magnetiske flux gennem rammen på grund af en ændring i vinklen mellem vinkelret på rammens plan og magnetfeltinduktionsvektoren. Og da i både første og andet tilfælde i problem 23.2.6 denne vinkel ændres i henhold til samme lov (i henhold til betingelsen er rotationsfrekvensen af rammerne den samme), derefter ændres den inducerede emf i henhold til samme lov, og derfor forholdet mellem amplitudeværdierne af den inducerede emk inden for rammen er lig med én (svar 2 ).
Et magnetfelt, genereret af dirigent med strøm i rammeområdet ( problem 23.2.7), rettet "fra os" (se løsninger på problemer i kapitel 22). Størrelsen af feltinduktionen af tråden i rammens område vil falde, når den bevæger sig væk fra tråden. Derfor bør den inducerede strøm i rammen skabe et magnetfelt rettet inde i rammen "væk fra os". Ved at bruge gimlet-reglen til at finde retningen af magnetisk induktion, konkluderer vi, at den inducerede strøm i rammen vil blive rettet med uret (svar 1 ).
Når strømmen i ledningen stiger, vil det magnetiske felt, den skaber, stige, og en induceret strøm vil fremkomme i rammen ( problem 23.2.8). Som følge heraf vil der være en vekselvirkning mellem induktionsstrømmen i rammen og strømmen i lederen. For at finde retningen af denne vekselvirkning (tiltrækning eller frastødning), kan du finde retningen af induktionsstrømmen og derefter, ved hjælp af Ampere-formlen, vekselvirkningskraften mellem rammen og ledningen. Men du kan gøre det anderledes ved at bruge Lenz's regel. Alle induktive fænomener skal have en sådan retning, at de kompenserer for årsagen, der forårsager dem. Og da årsagen er en stigning i strømmen i rammen, bør vekselvirkningskraften mellem induktionsstrømmen og ledningen have tendens til at reducere den magnetiske flux af ledningens felt gennem rammen. Og da den magnetiske induktion af ledningens felt aftager med stigende afstand til den, vil denne kraft skubbe rammen væk fra ledningen (svar 2 ). Hvis strømmen i ledningen faldt, ville rammen blive tiltrukket af ledningen.
Opgave 23.2.9 også relateret til retningen af induktionsfænomener og Lenz's regel. Når en magnet nærmer sig en ledende ring, vil der opstå en induceret strøm i den, og dens retning vil være sådan, at den kompenserer for årsagen, der forårsager den. Og da denne grund er magnetens tilgang, vil ringen blive afvist fra den (svar 2 ). Hvis magneten flyttes væk fra ringen, vil der af samme årsager opstå en tiltrækning af ringen til magneten.
Opgave 23.2.10 er det eneste beregningsproblem i dette kapitel. For at finde den inducerede emk skal du finde ændringen i magnetisk flux gennem kredsløbet 
. Det kan gøres sådan. Lad på et tidspunkt springeren være i positionen vist på figuren, og lad et lille tidsinterval passere. I løbet af dette tidsinterval vil springeren bevæge sig med et beløb. Dette vil føre til en forøgelse af konturområdet 
med beløbet 
. Derfor vil ændringen i magnetisk flux gennem kredsløbet være lig med , og størrelsen af den inducerede emk 
(svar 4
).
Fysiklærer, gymnasiet nr. 58, Sevastopol, Safronenko N.I.
Lektionens emne: Faradays eksperimenter. Elektromagnetisk induktion.
Laboratoriearbejde "Undersøgelse af fænomenet elektromagnetisk induktion"
Lektionens mål : Kend/forstå: definition af fænomenet elektromagnetisk induktion. Kunne beskrive og forklare elektromagnetisk induktion,kunne foretage observationer naturfænomener, brug simple måleinstrumenter at studere fysiske fænomener.
- udvikle: udvikle logisk tænkning, kognitiv interesse, observation.
- pædagogisk: At skabe tillid til muligheden for at kende naturen,nødvendighedklog brug af videnskabelige resultater til videre udvikling menneskelige samfund, respekt for skaberne af videnskab og teknologi.
Udstyr: Elektromagnetisk induktion: en spole med et galvanometer, en magnet, en spole med en kerne, en strømkilde, en rheostat, en spole med en kerne, gennem hvilken vekselstrøm flyder, et fast stof og en ring med en spalte, en spole med et lys pære. Film om M. Faraday.
Lektionstype: kombineret lektion
Lektionsmetode: delvis søgende, forklarende og illustrativt
§21(s.90-93), besvare spørgsmål mundtligt s.90, prøve 11 s.108
Laboratoriearbejde
Undersøgelse af fænomenet elektromagnetisk induktion
Målet med arbejdet: at finde ud af
1) under hvilke forhold optræder en induceret strøm i et lukket kredsløb (spole);
2) hvad bestemmer retningen af induktionsstrømmen;
3) hvad afhænger styrken af induktionsstrømmen af?
Udstyr : milliammeter, spole, magnet
Under timerne.
Forbind enderne af spolen til terminalerne på milliammeteret.
1. Find ud af hvad En elektrisk strøm (induktion) i en spole opstår, når magnetfeltet inde i spolen ændres. Ændringer i magnetfeltet inde i spolen kan forårsages ved at flytte en magnet ind eller ud af spolen.
A) Indsæt magneten med sydpolen i spolen og fjern den.
B) Indsæt magneten med nordpolen i spolen og fjern den.
Når magneten bevæger sig, vises der så en strøm (induktion) i spolen? (Når magnetfeltet ændres, opstår der så en induceret strøm inde i spolen?)
2. Find ud af hvad retningen af induktionsstrømmen afhænger af magnetens bevægelsesretning i forhold til spolen (magneten tilføjes eller fjernes) og på hvilken pol magneten indsættes eller fjernes.
A) Indsæt magneten med sydpolen i spolen og fjern den. Observer, hvad der sker med milliammeternålen i begge tilfælde.
B) Indsæt magneten med nordpolen i spolen og fjern den. Observer, hvad der sker med milliammeternålen i begge tilfælde. Tegn afbøjningsretningen for milliammeternålen:
Magnetstænger
At rulle
Fra rullen
Nordpolen
3. Find ud af hvad styrken af induktionsstrømmen afhænger af magnetens hastighed (hastigheden af ændring af magnetfeltet i spolen).
Indsæt langsomt magneten i spolen. Overhold milliammeteraflæsningen.
Indsæt hurtigt magneten i spolen. Overhold milliammeteraflæsningen.
Konklusion.
Under timerne
Vejen til viden? Hun er let at forstå. Du kan blot svare: ”Du laver fejl og laver fejl igen, men mindre, mindre hver gang. Jeg håber, at dagens lektion bliver én mindre om denne videns vej. Vores lektion er viet til fænomenet elektromagnetisk induktion, som blev opdaget af den engelske fysiker Michael Faraday den 29. august 1831. Sjældent tilfælde, når datoen for en ny vidunderlig opdagelse er kendt så nøjagtigt!
Fænomenet elektromagnetisk induktion er fænomenet med forekomsten af elektrisk strøm i en lukket leder (spole), når det eksterne magnetfelt inde i spolen ændres. Strømmen kaldes induktion. Induktion - vejledning, modtagelse.
Formålet med lektionen: studere fænomenet elektromagnetisk induktion, dvs. under hvilke forhold optræder en induktionsstrøm i et lukket kredsløb (spole); find ud af, hvad der bestemmer retningen og størrelsen af induktionsstrømmen.
Samtidig med at du studerer materialet, vil du udføre laboratoriearbejde.
I begyndelsen af det 19. århundrede (1820), efter den danske videnskabsmand Ørsteds eksperimenter, blev det klart, at elektrisk strøm skaber et magnetfelt omkring sig selv. Lad os huske denne oplevelse igen. (En elev fortæller Ørsteds eksperiment ). Herefter opstod spørgsmålet om det var muligt at opnå strøm ved hjælp af et magnetfelt, dvs. fremstille omvendte handlinger. I første halvdel af det 19. århundrede vendte videnskabsmænd sig til netop sådanne eksperimenter: de begyndte at lede efter muligheden for at skabe en elektrisk strøm på grund af et magnetfelt. M. Faraday skrev i sin dagbog: "Konverter magnetisme til elektricitet." Og jeg gik mod mit mål i næsten ti år. Han klarede opgaven glimrende. Som en påmindelse om, hvad han altid skulle tænke på, bar han en magnet i lommen. Med denne lektion vil vi hylde den store videnskabsmand.
Lad os huske Michael Faraday. Hvem er han? (En elev fortæller om M. Faraday ).
Søn af en smed, avisbud, bogbinder, autodidakt, der selvstændigt studerede fysik og kemi fra bøger, laboratorieassistent fremragende kemiker Det gjorde Devi og til sidst videnskabsmanden godt arbejde, viste opfindsomhed, vedholdenhed og udholdenhed, indtil han modtog en elektrisk strøm ved hjælp af et magnetfelt.
Lad os tage en tur til disse fjerne tider og gengive Faradays eksperimenter. Faraday betragtes som den største eksperimentalist i fysikkens historie.
N S
1) 2)
SN
Magneten blev sat ind i spolen. Når magneten bevægede sig i spolen, blev der registreret en strøm (induktion). Den første ordning var ret enkel. For det første brugte M. Faraday en spole med et stort antal vindinger i sine eksperimenter. Spolen var forbundet til en milliammeteranordning. Det må siges, at i de fjerne tider var der ikke nok gode værktøjer til måling af elektrisk strøm. Derfor brugte vi usædvanlige teknisk løsning: de tog en magnetisk nål, anbragte en leder ved siden af den, gennem hvilken strøm gik, og ved magnetnålens afvigelse bedømte de strømstrømmen. Vi vil bedømme strømmen baseret på aflæsningerne af milliammeteret.
Eleverne gengiver oplevelsen, udfør trin 1 i laboratoriearbejde. Vi bemærkede, at milliammeternålen afviger fra sin nulværdi, dvs. viser, at der opstår en strøm i kredsløbet, når magneten bevæger sig. Så snart magneten stopper, vender pilen tilbage til nulpositionen, dvs. der er ingen elektrisk strøm i kredsløbet. Strøm vises, når magnetfeltet inde i spolen ændres.
Vi kom til det, vi talte om i begyndelsen af lektionen: Vi modtog en elektrisk strøm ved hjælp af et skiftende magnetfelt. Dette er M. Faradays første fortjeneste.
Den anden fordel ved M. Faraday er, at han fastslog, hvad retningen af induktionsstrømmen afhænger af. Det vil vi også slå fast.Eleverne udfører trin 2 i laboratoriearbejde. Lad os gå til punkt 3 i laboratoriearbejdet. Lad os finde ud af, at styrken af induktionsstrømmen afhænger af magnetens bevægelseshastighed (hastigheden af ændring af magnetfeltet i spolen).
Hvilke konklusioner gjorde M. Faraday?
Elektrisk strøm opstår i et lukket kredsløb, når magnetfeltet ændres (hvis magnetfeltet eksisterer, men ikke ændres, så er der ingen strøm).
Retningen af induktionsstrømmen afhænger af magnetens bevægelsesretning og dens poler.
Styrken af induktionsstrømmen er proportional med ændringshastigheden af magnetfeltet.
M. Faradays andet eksperiment:
Jeg tog to spoler på en fælles kerne. Jeg tilsluttede den ene til et milliammeter, og den anden ved hjælp af en nøgle til en strømkilde. Så snart kredsløbet var lukket, viste milliammeteret den inducerede strøm. Da den åbnede, viste den også strøm. Mens kredsløbet er lukket, dvs. der løber strøm i kredsløbet, milliammeteret viste ingen strøm. Det magnetiske felt eksisterer, men ændrer sig ikke.
Lad os overveje moderne version eksperimenter af M. Faraday. Vi indsætter og fjerner en elektromagnet og en kerne i en spole forbundet til et galvanometer, tænder og slukker for strømmen og bruger en rheostat til at ændre strømstyrken. En spole med en pære er placeret på kernen af spolen, gennem hvilken vekselstrøm løber.
Fandt ud af betingelser forekomst af induktionsstrøm i et lukket kredsløb (spole). Og hvad erårsag dens forekomst? Lad os huske betingelserne for eksistensen af elektrisk strøm. Disse er: ladede partikler og elektrisk felt. Faktum er, at et skiftende magnetfelt genererer et elektrisk felt (hvirvel) i rummet, som virker på frie elektroner i spolen og sætter dem i retningsbestemt bevægelse og dermed skaber en induktionsstrøm.
Magnetfeltet ændres, antallet af magnetfeltlinjer gennem et lukket kredsløb ændres. Hvis du roterer rammen i et magnetfelt, vil en induceret strøm fremkomme i den.Vis generatormodel.
Opdagelsen af fænomenet elektromagnetisk induktion havde stor værdi til udvikling af teknologi, til skabelse af generatorer ved hjælp af hvilke Elektrisk energi, som er på energi industrivirksomheder(kraftværker).En film om M. Faraday "Fra elektricitet til el-generatorer" vises fra 12.02 minutter.
Transformatorer opererer på fænomenet elektromagnetisk induktion, ved hjælp af hvilken de transmitterer elektricitet uden tab.En strømledning er udstillet.
Fænomenet elektromagnetisk induktion bruges i driften af en fejldetektor, ved hjælp af hvilken stålbjælker og skinner undersøges (inhomogeniteter i strålen forvrænger magnetfeltet, og der opstår en induktionsstrøm i fejldetektorspolen).
Jeg vil gerne huske Helmholtz' ord: "Så længe folk nyder fordelene ved elektricitet, vil de huske navnet Faraday."
"Lad dem være hellige, som i kreativ iver, udforskede hele verden, opdagede love i den."
Jeg tror, at der på vores vidensvej er endnu færre fejl.
Hvad nyt lærte du? (Den strøm kan fås ved hjælp af et skiftende magnetfelt. Vi fandt ud af, hvad retningen og størrelsen af induktionsstrømmen afhænger af).
Hvad har du lært? (Modtag induceret strøm ved hjælp af et skiftende magnetfelt).
Spørgsmål:
En magnet skubbes ind i metalringen i løbet af de første to sekunder, i løbet af de næste to sekunder er den ubevægelig inde i ringen, og i løbet af de næste to sekunder fjernes den. Med hvilke tidsintervaller løber strømmen i spolen? (Fra 1-2s; 5-6s).
En ring med eller uden slids sættes på magneten. Hvor opstår induceret strøm? (I en lukket ring)
På kernen af spolen, som er forbundet med en vekselstrømkilde, er der en ring. Strømmen tændes og ringen hopper. Hvorfor?
Board design:
"Forvandl magnetisme til elektricitet"
M. Faraday
Portræt af M. Faraday
Tegninger af M. Faradays eksperimenter.
Elektromagnetisk induktion er fænomenet med forekomsten af elektrisk strøm i en lukket leder (spole), når det eksterne magnetfelt inde i spolen ændres.
Denne strøm kaldes induktionsstrøm.
INDUKTIONSSTRØM er en elektrisk strøm, der opstår, når fluxen af magnetisk induktion ændres i et lukket ledende kredsløb. Dette fænomen kaldes elektromagnetisk induktion. Vil du vide, i hvilken retning induktionsstrømmen er? Rosinductor er en handel informationsportal, hvor du finder information om nuværende.
Reglen, der bestemmer retningen af induktionsstrømmen lyder på følgende måde: "Den inducerede strøm er rettet for med sit magnetfelt at modvirke ændringen i magnetisk flux, der forårsager den." Højre hånd håndfladen vendt mod magnetisk elledninger, hvori tommelfinger rettet i lederens bevægelsesretning, og fire fingre angiver, i hvilken retning den inducerede strøm vil løbe. Ved at flytte en leder flytter vi sammen med lederen alle elektronerne, der er indeholdt i den, og når elektriske ladninger flyttes i et magnetfelt, vil en kraft virke på dem i henhold til venstrehåndsreglen.
Induktionsstrømmens retning, såvel som dens størrelse, er bestemt af Lenz’ regel, som siger, at retningen af induktionsstrømmen altid svækker effekten af den faktor, der exciterede strømmen. Når magnetfeltfluxen gennem kredsløbet ændres, vil retningen af den inducerede strøm være sådan, at den kompenserer for disse ændringer. Når et magnetfelt, der stimulerer en strøm i et kredsløb, skabes i et andet kredsløb, afhænger induktionsstrømmens retning af ændringernes art: når den eksterne strøm stiger, har induktionsstrømmen den modsatte retning; når den falder, er den rettet i samme retning og har tendens til at øge flowet.
En induktionsstrømspole har to poler (nord og syd), som bestemmes afhængigt af strømmens retning: induktionsledningerne kommer ud af Nordpolen. En magnets tilnærmelse til en spole får en strøm til at opstå i en retning, der frastøder magneten. Når magneten fjernes, har strømmen i spolen en retning, der favoriserer magnetens tiltrækning.
Induktionsstrøm opstår i et lukket kredsløb placeret i et vekslende magnetfelt. Kredsløbet kan enten være stationært (placeret i en skiftende flux af magnetisk induktion) eller i bevægelse (kredsløbets bevægelse forårsager en ændring i den magnetiske flux). Forekomsten af en induktionsstrøm forårsager et elektrisk hvirvelfelt, som exciteres under påvirkning af et magnetfelt.
Du kan lære at skabe en kortvarig induktionsstrøm fra skoleforløb fysik.
Der er flere måder at gøre dette på:
- - bevægelse af en permanent magnet eller elektromagnet i forhold til spolen,
- - bevægelse af kernen i forhold til elektromagneten indsat i spolen,
- - lukning og åbning af kredsløbet,
- - regulering af strøm i kredsløbet.
Den grundlæggende lov om elektrodynamik (Faradays lov) siger, at styrken af den inducerede strøm for ethvert kredsløb er lig med ændringshastigheden af den magnetiske flux, der passerer gennem kredsløbet, taget med et minustegn. Styrken af induktionsstrømmen kaldes Elektromotorisk kraft.
Som vi allerede har fundet ud af, kan elektrisk strøm generere magnetiske felter. Spørgsmålet opstår: kan et magnetfelt forårsage udseendet af en elektrisk strøm? Dette problem blev løst engelsk fysiker Michael Faraday, der opdagede fænomenet elektromagnetisk induktion i 1831. En leder viklet ind i en spole er forbundet med et galvanometer (fig. 3.19). Hvis du skubber en permanent magnet ind i spolen, vil galvanometeret vise tilstedeværelsen af strøm i hele tidsrummet, mens magneten bevæger sig i forhold til spolen. Når en magnet trækkes fra en spole, indikerer galvanometeret tilstedeværelsen af strøm. modsatte retning. Ændringer i strømmens retning opstår, når magnetens glidende eller tilbagetrækkelige pol ændres.
Lignende resultater blev observeret ved udskiftning af en permanent magnet med en elektromagnet (spole med strøm). Hvis begge spoler er fastgjort ubevægelige, men strømværdien i en af dem ændres, så observeres i det øjeblik en induceret strøm i den anden spole.
FÆNOMENET ELEKTROMAGNETISK INDUKTION består i forekomsten af en elektromotorisk kraft (emf) af induktion i et ledende kredsløb, hvorigennem fluxen af den magnetiske induktionsvektor ændres. Hvis kredsløbet er lukket, vises en induceret strøm i det.
Opdagelse af fænomenet elektromagnetisk induktion:
1) viste forholdet mellem elektrisk og magnetisk felt;
2) foreslået metode til at producere elektrisk strøm ved hjælp af et magnetfelt.
Grundlæggende egenskaber ved induktionsstrøm:
1. Induktionsstrøm opstår altid, når der er en ændring i den magnetiske induktionsflux forbundet med kredsløbet.
2. Styrken af induktionsstrømmen afhænger ikke af metoden til at ændre fluxen af magnetisk induktion, men bestemmes kun af hastigheden af dens ændring.
Faradays eksperimenter fastslog, at størrelsen af den elektromotoriske induktionskraft er proportional med ændringshastigheden af den magnetiske flux, der trænger ind i lederkredsløbet (Faradays lov om elektromagnetisk induktion)
Eller , (3,46)
hvor (dF) er ændringen i flow over tid (dt). MAGNETISK FLUX eller FLUKS AF MAGNETISK INDUKTION er en mængde, der bestemmes ud fra følgende forhold: ( magnetisk flux gennem en overflade med areal S): Ф=ВScosα, (3.45), vinkel a – vinklen mellem normalen til den pågældende overflade og retningen af magnetfeltinduktionsvektoren
enhed for magnetisk flux i SI-systemet hedder det weber– [Wb=Tl×m2].
"–" tegnet i formlen betyder, at emf. induktion forårsager en induceret strøm, hvis magnetfelt modvirker enhver ændring i den magnetiske flux, dvs. ved >0 e.m.f. induktion e OG<0 и наоборот.
e.m.f. induktion måles i volt
For at finde retningen af induktionsstrømmen er der Lenz's regel (reglen blev etableret i 1833): induktionsstrømmen har en sådan retning, at det magnetiske felt, den skaber, har en tendens til at kompensere for ændringen i den magnetiske flux, der forårsagede denne induktionsstrøm .
Hvis du f.eks. flytter en magnets nordpol ind i en spole, dvs. øger den magnetiske flux gennem dens vindinger, opstår der en induceret strøm i spolen i en sådan retning, at en nordpol vises for enden af spolen nærmest ved magneten (fig. 3.20). Så magnetfeltet i den inducerede strøm har en tendens til at neutralisere ændringen i magnetisk flux, der forårsagede det.
Ikke alene genererer et magnetisk vekselfelt en induceret strøm i en lukket leder, men også når en lukket leder af længden l bevæger sig i et konstant magnetfelt (B) med en hastighed v, opstår der en emf i lederen:
a (B Ùv) (3,47)
Som du allerede ved, Elektromotorisk kraft i en kæde er resultatet af virkningen af eksterne kræfter. Når konduktøren bevæger sig i et magnetfelt rollen af eksterne kræfter udfører Lorentz kraft(som virker fra magnetfeltet på en elektrisk ladning i bevægelse). Under påvirkning af denne kraft adskilles ladninger, og der opstår en potentialforskel ved enderne af lederen. E.m.f. Induktion i en leder er arbejdet med at flytte enhedsladninger langs lederen.
Retning af induktionsstrøm kan bestemmes efter højrehåndsreglen:Vektor B kommer ind i håndfladen, den bortførte tommelfinger falder sammen med retningen af lederens hastighed, og 4 fingre vil angive retningen af induktionsstrømmen.
Et vekslende magnetfelt forårsager således fremkomsten af et induceret elektrisk felt. Det ikke potentielt(i modsætning til elektrostatisk), fordi Job ved at flytte en enkelt positiv ladning lig med e.m.f. induktion, ikke nul.
Sådanne felter kaldes hvirvel. Vortex kraftlinjer elektrisk felt - er lukket om sig selv, i modsætning til linjerne for elektrostatisk feltstyrke.
E.m.f. induktion forekommer ikke kun i naboledere, men også i selve lederen, når magnetfeltet af strømmen, der strømmer gennem lederen, ændres. Fremkomst af e.m.f. i enhver leder, når strømstyrken i den selv ændrer sig (derfor den magnetiske flux i lederen) kaldes selvinduktion, og strømmen induceret i denne leder er - selvinduktionsstrøm.
Strømmen i et lukket kredsløb skaber et magnetfelt i det omgivende rum, hvis intensitet er proportional med strømstyrken I. Derfor er den magnetiske flux Ф, der trænger ind i kredsløbet, proportional med strømstyrken i kredsløbet
Ф=L×I, (3,48).
L er proportionalitetskoefficienten, som kaldes selvinduktans koefficienten, eller simpelthen induktans. Induktans afhænger af størrelsen og formen af kredsløbet, såvel som af den magnetiske permeabilitet af miljøet omkring kredsløbet.
I denne forstand er induktansen af kredsløbet analog den elektriske kapacitans af en isoleret leder, som også kun afhænger af lederens form, dens dimensioner og mediets dielektriske konstant.
Induktansenheden er Henry (H): 1Gn - induktansen af et sådant kredsløb, hvis selvinduktionsmagnetiske flux ved en strøm på 1A er lig med 1Wb (1Gn=1Wb/A=1V s/A).
Hvis L=const, så emf. selvinduktion kan repræsenteres i følgende form:
, eller 
, (3.49)
hvor DI (dI) er ændringen i strøm i et kredsløb, der indeholder en induktor (eller kredsløb) L over tid Dt (dt). "–" tegnet i dette udtryk betyder, at emf. selvinduktion forhindrer en ændring i strøm (dvs. hvis strømmen i et lukket kredsløb falder, så fører emk af selvinduktion til udseendet af en strøm i samme retning og omvendt).
En af manifestationerne af elektromagnetisk induktion er forekomsten af lukkede induktionsstrømme i kontinuerlige ledende medier: metallegemer, elektrolytopløsninger, biologiske organer osv. Sådanne strømme kaldes hvirvelstrømme eller Foucault-strømme. Disse strømme opstår, når et ledende legeme bevæger sig i et magnetfelt, og/eller når induktionen af det felt, hvori legemerne er placeret, ændres over tid. Styrken af Foucault-strømme afhænger af kroppens elektriske modstand såvel som af magnetfeltets ændringshastighed.
Foucaults strømninger adlyder også Lenz' styre : Deres magnetfelt er rettet mod at modvirke ændringen i magnetisk flux, der inducerer hvirvelstrømme.
Derfor decelereres massive ledere i et magnetfelt. I elektriske maskiner, for at minimere indflydelsen af Foucault-strømme, er transformatorkerner og magnetiske kredsløb af elektriske maskiner samlet af tynde plader isoleret fra hinanden med en speciel lak eller skala.
Hvirvelstrømme får lederne til at blive meget varme. Joule-varme genereret af Foucault-strømme, Brugt i induktionsmetallurgiske ovne til smeltning af metaller i henhold til Joule-Lenz-loven.