تغییر در شار مغناطیسی شار القای میدان مغناطیسی تغییرات شار مغناطیسی

رابطه بین میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای مدت بسیار طولانی مورد توجه قرار گرفته است. این ارتباط در قرن نوزدهم توسط فارادی فیزیکدان انگلیسی کشف شد و نامی به آن داد. در لحظه ای ظاهر می شود که شار مغناطیسی به سطح یک مدار بسته نفوذ می کند. پس از تغییر در شار مغناطیسی برای مدت معینی، جریان الکتریکی در این مدار ظاهر می شود.

رابطه القای الکترومغناطیسی و شار مغناطیسی

ماهیت شار مغناطیسی با فرمول شناخته شده نشان داده می شود: Ф = BS cos α. در آن، F یک شار مغناطیسی است، S سطح کانتور (منطقه)، B بردار القای مغناطیسی است. زاویه α به دلیل جهت بردار القای مغناطیسی و نرمال به سطح کانتور تشکیل می شود. بنابراین شار مغناطیسی در cos α = 1 به حداکثر آستانه و در cos α = 0 به حداقل آستانه خواهد رسید.

در نوع دوم، بردار B عمود بر حالت عادی خواهد بود. معلوم می شود که خطوط جریان از کانتور عبور نمی کنند، بلکه فقط در امتداد صفحه آن می لغزند. بنابراین، ویژگی ها با خطوط بردار B که سطح کانتور را قطع می کنند، تعیین می شوند. برای محاسبه، وبر به عنوان واحد اندازه گیری استفاده می شود: 1 wb \u003d 1v x 1s (ولت-ثانیه). واحد دیگر اندازه گیری کوچکتر ماکسول (µs) است. این است: 1 wb \u003d 108 μs ، یعنی 1 μs \u003d 10-8 wb.

برای تحقیقات فارادی، از دو مارپیچ سیمی استفاده شد که از یکدیگر جدا شده و روی یک کلاف چوبی قرار گرفتند. یکی از آنها به یک منبع انرژی متصل بود و دیگری به یک گالوانومتر که برای ثبت جریان های کوچک طراحی شده بود. در آن لحظه که مدار مارپیچ اصلی بسته و باز شد، در مدار دیگر فلش دستگاه اندازه گیری منحرف شد.

انجام تحقیق در مورد پدیده استقرا

در سری اول آزمایش ها، مایکل فارادی یک میله فلزی مغناطیسی شده را در یک سیم پیچ متصل به جریان قرار داد و سپس آن را بیرون کشید (شکل 1 و 2).

1 2

هنگامی که یک آهنربا در یک سیم پیچ متصل به یک دستگاه اندازه گیری قرار می گیرد، یک جریان القایی در مدار شروع به جریان می کند. اگر نوار مغناطیسی از سیم پیچ برداشته شود، جریان القایی همچنان ظاهر می شود، اما جهت آن از قبل معکوس شده است. در نتیجه، پارامترهای جریان القایی در جهت میله و بسته به قطبی که با آن در سیم پیچ قرار می گیرد، تغییر می کند. قدرت جریان تحت تأثیر سرعت حرکت آهنربا است.

در سری دوم آزمایش‌ها، پدیده‌ای تأیید می‌شود که در آن یک جریان در حال تغییر در یک سیم پیچ باعث ایجاد جریان القایی در سیم پیچ دیگر می‌شود (شکل 3، 4، 5). این در لحظه های بسته شدن و باز شدن مدار اتفاق می افتد. جهت جریان به بسته شدن یا باز شدن مدار الکتریکی بستگی دارد. علاوه بر این، این اقدامات چیزی نیست جز راه هایی برای تغییر شار مغناطیسی. هنگامی که مدار بسته می شود، افزایش می یابد و زمانی که باز می شود، کاهش می یابد و به طور همزمان به سیم پیچ اول نفوذ می کند.

3 4

5

در نتیجه آزمایشات، مشخص شد که وقوع جریان الکتریکی در داخل یک مدار رسانای بسته تنها زمانی امکان پذیر است که آنها در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار گیرند. در عین حال، جریان می تواند در زمان به هر وسیله ای تغییر کند.

جریان الکتریکی که تحت تأثیر القای الکترومغناطیسی ظاهر می شود، القاء نامیده می شود، اگرچه این جریان به معنای متعارف نخواهد بود. هنگامی که یک مدار بسته در یک میدان مغناطیسی قرار دارد، یک EMF با مقدار دقیق تولید می‌شود، نه جریانی که به مقاومت‌های مختلف بستگی دارد.

این پدیده EMF القایی نامیده می شود که با فرمول Eind = - ∆F / ∆t منعکس می شود. مقدار آن با نرخ تغییر شار مغناطیسی که به سطح یک حلقه بسته نفوذ می کند، که با مقدار منفی گرفته شده است، همزمان است. منهای موجود در این عبارت بازتابی از قانون لنز است.

قانون لنز برای شار مغناطیسی

یک قانون شناخته شده پس از یک سری مطالعات در دهه 30 قرن نوزدهم به دست آمد. به شکل زیر فرموله شده است:

جهت جریان القایی که در یک مدار بسته توسط یک شار مغناطیسی در حال تغییر برانگیخته می شود، بر میدان مغناطیسی ایجاد شده تأثیر می گذارد به گونه ای که به نوبه خود مانعی برای شار مغناطیسی ایجاد می کند که باعث ظهور جریان القایی می شود.

هنگامی که شار مغناطیسی افزایش می یابد، یعنی F > 0 می شود و EMF القایی کاهش می یابد و تبدیل به Eind می شود.< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

اگر جریان کاهش یابد، فرآیند معکوس زمانی رخ می دهد که F< 0 и Еинд >0، یعنی در اثر میدان مغناطیسی جریان القایی، شار مغناطیسی عبوری از مدار افزایش می یابد.

معنای فیزیکی قانون لنز انعکاس قانون بقای انرژی است، زمانی که یک کمیت کاهش می یابد، کمیت دیگر افزایش می یابد و برعکس، زمانی که یک کمیت افزایش می یابد، کمیت دیگر کاهش می یابد. عوامل مختلفی نیز بر emf القایی تأثیر می گذارند. هنگامی که یک آهنربای قوی و ضعیف به طور متناوب در سیم پیچ وارد می شود، دستگاه به ترتیب در حالت اول مقدار بالاتر و در حالت دوم مقدار کمتری را نشان می دهد. هنگامی که سرعت آهنربا تغییر می کند همین اتفاق می افتد.

شکل زیر نحوه تعیین جهت جریان القایی را با استفاده از قانون لنز نشان می دهد. رنگ آبی مربوط به خطوط نیروی میدان های مغناطیسی جریان القایی و آهنربای دائمی است. آنها در جهت قطب شمال - جنوب قرار دارند که در هر آهنربایی وجود دارد.

تغییر شار مغناطیسی منجر به ظهور یک جریان الکتریکی القایی می شود که جهت آن باعث مخالفت میدان مغناطیسی آن می شود که از تغییر در شار مغناطیسی جلوگیری می کند. در این راستا، خطوط نیروی میدان مغناطیسی سیم پیچ در جهت مخالف خطوط نیروی آهنربای دائمی هدایت می شوند، زیرا حرکت آن در جهت این سیم پیچ رخ می دهد.

برای تعیین جهت جریان، با نخ سمت راست استفاده می شود. باید به گونه ای پیچ شود که جهت حرکت رو به جلو آن با جهت خطوط القایی سیم پیچ منطبق باشد. در این حالت جهت جریان القایی و چرخش دسته گیمل با هم مطابقت دارند.

برقیو میدانهای مغناطیسیتوسط همان منابع تولید می شوند - بارهای الکتریکی، بنابراین می توانیم فرض کنیم که ارتباط خاصی بین این میدان ها وجود دارد. این فرض تأیید تجربی در سال 1831 در آزمایشات فیزیکدان برجسته انگلیسی M. Faraday یافت. او باز کرد پدیده القای الکترومغناطیسی

پدیده القای الکترومغناطیسیزیربنای عملکرد مولدهای جریان الکتریکی القایی است که تمام الکتریسیته تولید شده در جهان را تشکیل می دهد.

• شار مغناطیسی

مدار بسته قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی یکنواخت

مشخصه کمی فرآیند تغییر میدان مغناطیسی از طریق یک حلقه بسته یک کمیت فیزیکی است به نام شار مغناطیسی. شار مغناطیسی (F) از طریق یک ناحیه حلقه بسته (S) یک کمیت فیزیکی است که برابر با حاصل ضرب مدول بردار القای مغناطیسی (B) توسط ناحیه حلقه (S) و کسینوس زاویه است. بینبردار B و نرمال به سطح: Φ = BS cos α. واحد شار مغناطیسی F - وبر (Wb) است: 1 Wb \u003d 1 T 1 m 2.

عمود بر بیشترین.

اگر بردار القای مغناطیسی موازیناحیه کانتور، سپس شار مغناطیسی برابر با صفر است.

• قانون القای الکترومغناطیسی

به طور تجربی، قانون القای الکترومغناطیسی ایجاد شد: EMF القاء در یک مدار بسته از نظر مقدار مطلق برابر است با نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط مدار: این فرمول نامیده می شود. قانون فارادی .

اولین آزمایش فارادی یک نمایش کلاسیک از قانون اساسی القای الکترومغناطیسی است. در آن، هرچه آهنربا سریعتر در پیچ های سیم پیچ حرکت کند، جریان القایی بیشتری در آن ظاهر می شود و از این رو EMF القایی.

• قانون لنز

وابستگی جهت جریان القایی به ماهیت تغییر میدان مغناطیسی از طریق یک مدار بسته در سال 1833 توسط فیزیکدان روسی E.Kh. Lenz به طور تجربی ثابت شد. مطابق با قانون لنز جریان القایی که در یک مدار بسته ایجاد می شود، با میدان مغناطیسی خود، تغییر شار مغناطیسی را خنثی می کند. تماس گرفت.به طور خلاصه، این قانون را می توان به صورت زیر تنظیم کرد: جریان القایی به گونه ای هدایت می شود که مانع شود دلیلی که باعث آن می شود قانون لنز این واقعیت تجربی را منعکس می کند که آنها همیشه علائم متضاد دارند (علامت منهای فرمول فارادی).

لنز دستگاهی متشکل از دو حلقه آلومینیومی، جامد و برش خورده را طراحی کرد که روی یک میله متقاطع آلومینیومی نصب شده است. آنها می توانستند حول یک محور بچرخند، مانند راکر. هنگامی که یک آهنربا به یک حلقه جامد وارد شد، شروع به "فرار" از آهنربا کرد و بر اساس آن راکر را چرخاند. هنگام بیرون آوردن آهنربا از حلقه، سعی کرد با آهنربا "برخورد". هنگامی که آهنربا در داخل حلقه برش حرکت کرد، هیچ حرکتی رخ نداد. لنز آزمایش را با این واقعیت توضیح داد که میدان مغناطیسی جریان القایی به دنبال جبران تغییر در شار مغناطیسی خارجی است.

قانون لنز معنای فیزیکی عمیقی دارد - بیان می کند قانون بقای انرژی

سوالات.

1. چه چیزی شار مغناطیسی را تعیین می کند که به ناحیه یک مدار مسطح که در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار دارد نفوذ می کند؟

از بردار القای مغناطیسی B، مساحت کانتور S و جهت گیری آن.

2. شار مغناطیسی با افزایش القای مغناطیسی با ضریب n چگونه تغییر می کند، اگر نه مساحت و نه جهت مدار تغییر کند؟

n برابر افزایش می یابد.

3. در چه جهتی مدار نسبت به خطوط القای مغناطیسی، شار مغناطیسی در ناحیه این مدار حداکثر نفوذ می کند؟ برابر با صفر؟

شار مغناطیسی حداکثر است اگر صفحه کانتور بر خطوط القای مغناطیسی عمود باشد و در صورت موازی صفر باشد.

4. آیا شار مغناطیسی با چنین چرخشی از مدار تغییر می کند، هنگامی که خطوط القای مغناطیسی سپس در آن نفوذ می کنند؟ سپس در امتداد هواپیمای خود بلغزید؟

آره. در صورتی که زاویه شیب خطوط مغناطیسی نسبت به صفحه مدار تغییر کند، شار مغناطیسی نیز تغییر می کند.

تمرینات

1. سیم پیچ سیم K، با هسته فولادی، به صورت سری با یک رئوستات R و یک کلید K به یک مدار منبع DC متصل می شود (شکل 125). جریان الکتریکی که از پیچ های سیم پیچ K 1 عبور می کند، میدان مغناطیسی را در فضای اطراف آن ایجاد می کند. در میدان سیم پیچ K 1 همان سیم پیچ K 2 است. چگونه می توانید شار مغناطیسی نفوذی به سیم پیچ K 2 را تغییر دهید؟ تمام گزینه های ممکن را در نظر بگیرید.

شار مغناطیسی نفوذی به سیم پیچ K 2 را می توان تغییر داد: 1) با تغییر قدرت جریان I با رئوستات. 2) بسته شدن-باز کردن کلید. 3) تغییر جهت سیم پیچ K 2.

اگر یک مدار رسانای بسته در میدان مغناطیسی وجود داشته باشد که حاوی منابع جریان نباشد، هنگامی که میدان مغناطیسی تغییر می کند، جریان الکتریکی در مدار ایجاد می شود. این پدیده را القای الکترومغناطیسی می نامند. ظهور یک جریان نشان دهنده وقوع میدان الکتریکی در مدار است که می تواند حرکت بسته بارهای الکتریکی یا به عبارت دیگر وقوع EMF را فراهم کند. میدان الکتریکی که با تغییر میدان مغناطیسی به وجود می آید و هنگام حرکت بارها در مدار بسته، کار آن برابر با صفر نیست، دارای خطوط بسته نیرو است و گرداب نامیده می شود.

برای توصیف کمی از القای الکترومغناطیسی، مفهوم شار مغناطیسی (یا شار بردار القایی مغناطیسی) از طریق یک مدار بسته معرفی شده است. برای یک مدار مسطح واقع در یک میدان مغناطیسی یکنواخت (و فقط چنین موقعیت هایی برای دانش آموزان مدرسه ای در یک امتحان دولتی یکپارچه می تواند مواجه شود)، شار مغناطیسی به صورت تعریف می شود.

القاء میدان کجاست، ناحیه کانتور است، زاویه بین بردار القاء و نرمال (عمود بر صفحه کانتور) است (شکل را ببینید؛ عمود بر صفحه کانتور با یک خط نقطه نشان داده شده است). واحد شار مغناطیسی در سیستم بین‌المللی واحدهای SI، وبر (Wb) است که به عنوان شار مغناطیسی از طریق خطی به مساحت 1 متر مربع از یک میدان مغناطیسی یکنواخت با القای 1 T، عمود بر صفحه تعریف می‌شود. کانتور

مقدار EMF القایی که در مدار هنگام تغییر شار مغناطیسی از طریق این مدار رخ می دهد برابر با نرخ تغییر شار مغناطیسی است.

در اینجا تغییر در شار مغناطیسی در مدار در یک بازه زمانی کوچک است. یکی از ویژگی های مهم قانون القای الکترومغناطیسی (23.2) جهانی بودن آن با توجه به دلایل تغییر شار مغناطیسی است: شار مغناطیسی از طریق مدار می تواند به دلیل تغییر در القای میدان مغناطیسی، تغییر در ناحیه تغییر کند. مدار، یا تغییر در زاویه بین بردار القایی و عادی، که زمانی رخ می دهد که مدار در میدان می چرخد. در تمام این موارد طبق قانون (23.2) EMF القایی و جریان القایی در مدار ظاهر می شود.

علامت منفی در فرمول (23.2) "مسئول" جهت جریان ناشی از القای الکترومغناطیسی است (قانون لنز). با این حال، به زبان قانون (23.2) نمی توان فهمید که این علامت با این یا آن تغییر در شار مغناطیسی از طریق مدار به کدام جهت جریان القایی منجر می شود. اما به خاطر سپردن نتیجه به اندازه کافی آسان است: جریان القایی به گونه ای هدایت می شود که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن "متمایل" به جبران تغییر در میدان مغناطیسی خارجی ایجاد کننده این جریان باشد. به عنوان مثال، با افزایش جریان یک میدان مغناطیسی خارجی در یک مدار، یک جریان القایی در آن ظاهر می شود که میدان مغناطیسی آن مخالف میدان مغناطیسی خارجی است تا میدان خارجی کاهش یابد و در نتیجه حفظ شود. مقدار اصلی میدان مغناطیسی با کاهش شار میدان از طریق مدار، میدان جریان القایی همانند میدان مغناطیسی خارجی هدایت می‌شود.

اگر به دلایلی جریان در مداری با جریان تغییر کند، شار مغناطیسی از مدار میدان مغناطیسی که توسط خود این جریان ایجاد می شود نیز تغییر می کند. سپس طبق قانون (23.2) EMF القایی باید در مدار ظاهر شود. پدیده وقوع EMF القایی در یک مدار الکتریکی خاص در نتیجه تغییر جریان در خود این مدار را خود القایی می گویند. برای یافتن EMF خود القایی در برخی مدارهای الکتریکی، باید شار میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط این مدار را از طریق خود محاسبه کرد. چنین محاسبه ای به دلیل ناهمگن بودن میدان مغناطیسی مشکلی دشوار است. با این حال، یک ویژگی این جریان آشکار است. از آنجایی که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان در مدار با مقدار جریان متناسب است، بنابراین شار مغناطیسی میدان خود از مدار با جریان این مدار متناسب است.

جایی که قدرت جریان در مدار است، ضریب تناسب است که "هندسه" مدار را مشخص می کند، اما به جریان موجود در آن بستگی ندارد و به آن اندوکتانس این مدار می گویند. واحد اندوکتانس در سیستم بین المللی واحدهای SI هنری (H) است. 1 H به عنوان اندوکتانس چنین مداری تعریف می شود، شار القای میدان مغناطیسی خود که از طریق آن 1 وات با شدت جریان 1 A است. با در نظر گرفتن تعریف اندوکتانس (23.3) از قانون القای الکترومغناطیسی (23.2)، ما برای EMF خود القایی به دست می آوریم

با توجه به پدیده خود القایی، جریان در هر مدار الکتریکی دارای "اینرسی" و بنابراین انرژی است. در واقع، برای ایجاد جریان در مدار، لازم است برای غلبه بر EMF خود القایی کار انجام شود. انرژی مدار با جریان و برابر با این کار است. لازم است فرمول انرژی مدار با جریان را به خاطر بسپارید

جایی که اندوکتانس مدار است، جریان در آن است.

پدیده القای الکترومغناطیسی به طور گسترده در فناوری استفاده می شود. بر اساس ایجاد جریان الکتریکی در ژنراتورهای الکتریکی و نیروگاه ها است. به لطف قانون القای الکترومغناطیسی، ارتعاشات مکانیکی در میکروفون ها به ارتعاشات الکتریکی تبدیل می شوند. بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی، به ویژه، یک مدار الکتریکی که مدار نوسانی نامیده می شود (به فصل بعدی مراجعه کنید) و اساس هر تجهیزات ارسال کننده یا گیرنده رادیویی است، کار می کند.

اکنون وظایف را در نظر بگیرید.

از موارد ذکر شده در وظیفه 23.1.1پدیده ها، تنها یک نتیجه از قانون القای الکترومغناطیسی وجود دارد - ظهور یک جریان در حلقه هنگامی که یک آهنربای دائمی از آن عبور می کند (پاسخ 3 ). هر چیز دیگری نتیجه برهمکنش مغناطیسی جریان هاست.

همانطور که در مقدمه این فصل نشان داده شد، پدیده القای الکترومغناطیسی زیربنای عملکرد یک دینام است. وظیفه 23.1.2) یعنی دستگاهی که جریان متناوب، فرکانس داده شده (پاسخ 2 ).

القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک آهنربای دائمی با افزایش فاصله از آن کاهش می یابد. بنابراین، هنگامی که آهنربا به حلقه نزدیک می شود ( وظیفه 23.1.3) شار القایی میدان مغناطیسی آهنربا از طریق حلقه تغییر می کند و یک جریان القایی در حلقه ظاهر می شود. بدیهی است که این اتفاق زمانی رخ می دهد که آهنربا با هر دو قطب شمال و جنوب به حلقه نزدیک شود. اما جهت جریان القایی در این موارد متفاوت خواهد بود. این به این دلیل است که وقتی آهنربا با قطب های مختلف به حلقه نزدیک می شود، میدان در صفحه حلقه در یک مورد مخالف میدان در مورد دیگر خواهد بود. بنابراین برای جبران این تغییرات در میدان خارجی، میدان مغناطیسی جریان القایی باید در این موارد به طور متفاوتی هدایت شود. بنابراین، جهت جریان های القایی در حلقه مخالف خواهد بود (پاسخ این است 4 ).

برای وقوع EMF القایی در حلقه، لازم است که شار مغناطیسی از طریق حلقه تغییر کند. و از آنجایی که القای مغناطیسی میدان آهنربا به فاصله آن بستگی دارد، پس در مورد مورد نظر وظیفه 23.1.4در این صورت، جریان از طریق حلقه تغییر می کند، یک جریان القایی در حلقه ظاهر می شود (پاسخ این است 1 ).

هنگام چرخش قاب 1 ( وظیفه 23.1.5) زاویه بین خطوط القای مغناطیسی (و بنابراین، بردار القاء) و صفحه قاب در هر زمان برابر با صفر است. در نتیجه، شار مغناطیسی از طریق قاب 1 تغییر نمی کند (به فرمول (23.1) مراجعه کنید)، و جریان القایی در آن رخ نمی دهد. در قاب 2 یک جریان القایی رخ می دهد: در موقعیت نشان داده شده در شکل، شار مغناطیسی از طریق آن صفر است، هنگامی که قاب یک ربع دور می چرخد، برابر است با، جایی که القاء است، مساحت است. از قاب. پس از یک چهارم چرخش دیگر، جریان دوباره صفر خواهد شد و به همین ترتیب. بنابراین، شار القای مغناطیسی از طریق قاب 2 در طول چرخش آن تغییر می کند، بنابراین، یک جریان القایی در آن ایجاد می شود (پاسخ این است 2 ).

که در وظیفه 23.1.6جریان القایی فقط در مورد 2 رخ می دهد (پاسخ 2 ). در واقع، در حالت 1، قاب در حین حرکت در همان فاصله از هادی باقی می ماند و در نتیجه، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط این هادی در صفحه قاب تغییر نمی کند. هنگامی که قاب از هادی دور می شود، القای مغناطیسی میدان رسانا در ناحیه قاب تغییر می کند، شار مغناطیسی از طریق قاب تغییر می کند و جریان القایی ایجاد می شود.

قانون القای الکترومغناطیسی بیان می کند که جریان القایی در حلقه در چنین لحظاتی از زمان که شار مغناطیسی از طریق این حلقه تغییر می کند، جریان می یابد. بنابراین، در حالی که آهنربا در نزدیکی حلقه در حال استراحت است ( وظیفه 23.1.7) جریان القایی در حلقه جریان نخواهد داشت. بنابراین پاسخ صحیح برای این مشکل است 2 .

طبق قانون القای الکترومغناطیسی (23.2)، EMF القایی در قاب با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق آن تعیین می شود. و از آنجا که به شرط وظایف 23.1.8القای میدان مغناطیسی در ناحیه قاب به طور یکنواخت تغییر می کند، سرعت تغییر آن ثابت است، بزرگی emf القایی در طول آزمایش تغییر نمی کند (پاسخ این است 3 ).

که در وظیفه 23.1.9 Emf القایی که در حالت دوم در قاب رخ می دهد چهار برابر بیشتر از emf القایی است که در حالت اول رخ می دهد (پاسخ این است 4 ). این به دلیل افزایش چهار برابری در ناحیه قاب و بر این اساس، شار مغناطیسی از طریق آن در مورد دوم است.

که در وظیفه 23.1.10در حالت دوم، سرعت تغییر شار مغناطیسی دو برابر می شود (القای میدان به همان مقدار، اما در نیمی از زمان تغییر می کند). بنابراین، EMF القای الکترومغناطیسی که در حالت دوم در قاب رخ می دهد دو برابر مورد اول است (پاسخ این است 1 ).

هنگامی که جریان در یک هادی بسته دو برابر شود ( وظیفه 23.2.1) مقدار القای میدان مغناطیسی در هر نقطه از فضا دو بار افزایش می یابد، بدون تغییر جهت. بنابراین، شار مغناطیسی از طریق هر منطقه کوچک و بر این اساس، کل هادی دقیقاً دو بار تغییر می کند (پاسخ این است 1 ). اما نسبت شار مغناطیسی عبوری از هادی به جریان موجود در این هادی که همان اندوکتانس هادی است. ، در حالی که تغییر نمی کند ( وظیفه 23.2.2- پاسخ 3 ).

با استفاده از فرمول (23.3) در می یابیم وظیفه 32.2.3 gn (پاسخ 4 ).

رابطه بین واحدهای اندازه گیری شار مغناطیسی، القای مغناطیسی و اندوکتانس ( وظیفه 23.2.4) از تعریف اندوکتانس (23.3) چنین است: یک واحد شار مغناطیسی (Wb) برابر است با حاصلضرب یک واحد جریان (A) در هر واحد اندوکتانس (H) - پاسخ 3 .

طبق فرمول (23.5) با افزایش دو برابری اندوکتانس سیم پیچ و کاهش دو برابری جریان در آن ( وظیفه 23.2.5) انرژی میدان مغناطیسی سیم پیچ 2 برابر کاهش می یابد (پاسخ 2 ).

هنگامی که قاب در یک میدان مغناطیسی یکنواخت می چرخد، شار مغناطیسی از طریق قاب به دلیل تغییر در زاویه بین عمود بر صفحه قاب و بردار میدان مغناطیسی تغییر می کند. و از آنجایی که در مورد اول و دوم در وظیفه 23.2.6این زاویه طبق همان قانون تغییر می کند (بر اساس شرایط، فرکانس چرخش قاب ها یکسان است)، سپس EMF القایی مطابق همان قانون تغییر می کند و بنابراین، نسبت مقادیر دامنه EMF القایی در چارچوب برابر با یک است (پاسخ 2 ).

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک هادی با جریان در ناحیه قاب ( وظیفه 23.2.7)، ارسال شده "از ما" (به حل مشکلات در فصل 22 مراجعه کنید). مقدار القای میدان سیم در ناحیه قاب با دور شدن از سیم کاهش می یابد. بنابراین، جریان القایی در قاب باید یک میدان مغناطیسی ایجاد کند که در داخل قاب "دور از ما" هدایت شود. اکنون با استفاده از قانون گیملت برای یافتن جهت القای مغناطیسی، نتیجه می گیریم که جریان القایی در حلقه در جهت عقربه های ساعت هدایت می شود (پاسخ این است 1 ).

با افزایش جریان در سیم، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن افزایش می یابد و جریان القایی در قاب ظاهر می شود. وظیفه 23.2.8). در نتیجه، برهمکنش جریان القایی در حلقه و جریان در هادی وجود خواهد داشت. برای یافتن جهت این فعل و انفعال (جاذب یا دافعه) می توانید جهت جریان القایی و سپس با استفاده از فرمول آمپر نیروی برهمکنش بین قاب و سیم را پیدا کنید. اما با استفاده از قانون Lenz می توانید این کار را متفاوت انجام دهید. همه پدیده های استقرایی باید دارای جهتی باشند که علتی را که باعث آنها می شود جبران کند. و از آنجایی که دلیل آن افزایش جریان در حلقه است، نیروی برهمکنش بین جریان القایی و سیم باید باعث کاهش شار مغناطیسی میدان سیم از طریق حلقه شود. و از آنجایی که القای مغناطیسی میدان سیم با افزایش فاصله تا آن کاهش می یابد، این نیرو قاب را از سیم دفع می کند (پاسخ 2 ). اگر جریان در سیم کاهش یابد، قاب به سمت سیم جذب می شود.

وظیفه 23.2.9همچنین به جهت پدیده های القایی و قانون لنز مربوط می شود. هنگامی که آهنربا به حلقه رسانا نزدیک می شود، جریان القایی در آن ظاهر می شود و جهت آن به گونه ای خواهد بود که علت ایجاد آن را جبران کند. و چون این دلیل نزدیک شدن آهنربا است، حلقه از آن دفع می شود (پاسخ 2 ). اگر آهنربا از حلقه دور شود، به همان دلایل جذب حلقه به آهنربا وجود دارد.

وظیفه 23.2.10تنها مشکل محاسباتی در این فصل است. برای یافتن EMF القایی، باید تغییر شار مغناطیسی را در مدار پیدا کنید . اینجوری میشه انجام داد اجازه دهید در یک نقطه از زمان جامپر در موقعیت نشان داده شده در شکل باشد و یک فاصله زمانی کوچک بگذرد. در طول این فاصله زمانی، جامپر با مقدار حرکت می کند. این باعث افزایش ناحیه کانتور می شود با مقدار . بنابراین، تغییر در شار مغناطیسی از طریق مدار برابر خواهد بود، و بزرگی emf القایی (پاسخ 4 ).

در درس، ما در مورد یک مفهوم جدید برای خود - شار مغناطیسی - یاد خواهیم گرفت و نحوه مشخصه آن را در نظر خواهیم گرفت.

به یاد بیاورید که وقتی پارامترهای میدان مغناطیسی نزدیک یک هادی بسته تغییر می کند، جریانی در آن ایجاد می شود. این جریان را جریان القایی می نامند و پدیده، پدیده القای الکترومغناطیسی است.

با این حال، این سوال باقی می ماند که برای به دست آوردن این اثر به چه پارامترهای خاصی از میدان مغناطیسی نیاز داریم. بیایید با یک آزمایش شروع کنیم:

برای انجام آن، ما نیاز داریم: یک سیم پیچ با تعداد زیادی چرخش و یک آمپر متر متصل به آن. در طول آزمایش، به رفتار سوزن آمپرمتر توجه کنید (شکل 1).

برنج. 1. آزمایشات فارادی

همانطور که می بینیم، هنگام پایین آوردن و خارج کردن آهنربا میله از سیم پیچ، جریان القایی در آن ایجاد می شود.

اجازه دهید تجزیه و تحلیل کنیم که کدام تغییر پارامتر منجر به اثر مشاهده شده شده است. با نزدیک شدن و دور شدن آهنربا از سیم پیچ، قدرت میدان مغناطیسی در آن تغییر می کند.

بنابراین، مقداری که بر تشکیل جریان القایی در سیم پیچ تأثیر می گذارد، قدرت میدان مغناطیسی است.

به یاد بیاورید که با کمیتی به عنوان القای مغناطیسی توصیف می شود. این یک بردار است و با T نشان داده و اندازه گیری می شود.

یک حلقه سیم بسته که عمود بر میدان مغناطیسی قرار می گیرد از چند طرف فشرده می شود تا شکل خود را تغییر دهد (شکل 2).

برنج. 2. تصویرسازی برای تجربه

در این حالت، در طول فرآیند تغییر شکل، یک جریان القایی در حلقه ظاهر می شود. این بار چه چیزی را تغییر دادیم؟

اکنون مساحت حلقه تغییر کرده است. البته، به جای حلقه، می توانید با هر هادی بسته آزمایش کنید.

مدار یک هادی بسته است (شکل 3).

برنج. 3. کانتور

برنج. 4. ژنراتور

عناصر اصلی آن عبارتند از (شکل 4):

• سیم پیچی که می تواند حول محور خود بچرخد.
• یک آهنربای دائمی در اطراف سیم پیچ

هنگامی که سیم پیچ در یک میدان مغناطیسی می چرخد، می توانید ببینید که لامپ روشن می شود (یعنی یک جریان القایی در مدار ظاهر می شود).

از این تجربه، می‌توان نتیجه گرفت که پدیده القای الکترومغناطیسی زمانی خود را نشان می‌دهد که یک سیم پیچ یا یک قاب رسانا در یک میدان مغناطیسی بچرخد (شکل 5)، یعنی زمانی که زاویه بین خطوط مغناطیسی و صفحه رسانا وجود دارد. تغییر می کند.

برنج. 5. تصویرسازی برای تجربه

هر سه پارامتر، تغییراتی که در آن‌ها بر مقدار جریان القایی تأثیر می‌گذارند، با یک کمیت فیزیکی به نام شار مغناطیسی متحد می‌شوند.

که در -ماژول القای مغناطیسی میدان

اس- منطقه کانتور

موقعیت صفحه کانتور را نسبت به خط مغناطیسی مشخص می کند.

شار مغناطیسی با وبر (Wb) اندازه گیری می شود و با حرف نشان داده می شود اف.

بنابراین، شار مغناطیسی متناسب با مدول القای مغناطیسی میدان، مساحت مدار است و به محل صفحه مدار نسبت به خط مغناطیسی بستگی دارد.

وظیفه تجزیه و تحلیل پارامترهای شار مغناطیسی

به منظور یادگیری نحوه نتیجه گیری در مورد تغییر شار مغناطیسی در عناصر مدارهای الکتریکی مختلف، که می تواند منجر به وجود جریان های القایی ناخواسته شود، مشکل را در نظر بگیرید.

یک سیم پیچ با یک هسته فولادی به صورت سری با یک رئوستات و یک کلید به مدار DC متصل می شود (شکل 6).

برنج. 6. تصویر برای مسئله

جریان الکتریکی که از شاخه های سیم پیچ عبور می کند، میدان مغناطیسی را در فضای اطراف آن ایجاد می کند (شکل 7). در زمینه سیم پیچ همان سیم پیچ است.

برنج. 7. تصویر برای مسئله

چگونه می توان شار مغناطیسی نفوذی به سیم پیچ را تغییر داد؟ تمام گزینه های ممکن را در نظر بگیرید.

بیایید به یاد بیاوریم که تغییر کدام پارامترها منجر به تغییر در شار مغناطیسی می شود.

بیایید با تغییر القای میدان مغناطیسی سیم پیچ شروع کنیم.این را می توان با تغییر قدرت جریانی که میدان مغناطیسی آن را ایجاد می کند به دست آورد. شما می توانید جریان را در مدار نشان داده شده به 2 روش تغییر دهید:

1. حرکت لغزنده رئوستات

2. کلید روشن/خاموش

شایان ذکر است که تغییر در مقدار فعلی از حداکثر به صفر بزرگترین خواهد بود که منجر به بزرگترین تغییر در شار مغناطیسی در سیم پیچ خواهد شد.

پارامتر بعدی که تغییر آن بر مقدار شار مغناطیسی تأثیر می گذارد، مساحت مدار است. در مورد ما سیم پیچ است اما ما نمی توانیم سطح مقطع سیم پیچ را تغییر دهیم. بنابراین، گزینه خارج است.

آخرین گزینه برای تغییر شار مغناطیسی چرخاندن سیم پیچ نسبت به خطوط مغناطیسی سیم پیچ است. برای دستیابی به حداکثر نتیجه تغییر، لازم است سیم پیچ را 90 بچرخانید (شکل 8).

برنج. 8. تصویر برای مسئله

چه چیزی توسط شار مغناطیسی توصیف می شود؟

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، بستگی دارد:

• از شدت میدان مغناطیسی
• از ناحیه کانتوری که این خطوط مغناطیسی از آن عبور می کنند
• از زاویه محل بین خطوط و خطوط مغناطیسی

بدین ترتیب، شار مغناطیسیتعداد خطوط مغناطیسی را که در یک کانتور محدود نفوذ می کنند مشخص می کند.

این به راحتی قابل بررسی است.

1. بیایید تعداد خطوطی را که از یک خط عبور می کنند، اما در میدان های مغناطیسی با قدرت متفاوت، مقایسه کنیم (شکل 9).

در یک میدان قوی تر، طرح کلی خطوط بیشتری را قطع می کند.

برنج. 9. تصویر برای مسئله

2. اگر تعداد خطوطی را که در یک میدان مغناطیسی یکنواخت به خطوط مناطق مختلف نفوذ می کنند، مقایسه کنیم، مشخصا تعداد آنها از طریق یک کانتور بزرگتر بیشتر است (شکل 10).

برنج. 10. تصویر برای مسئله

3. اگر چرخش کانتور را در میدان مغناطیسی با زاویه نسبت به خطوط مغناطیسی و موقعیت آن در امتداد خطوط مقایسه کنیم، در حالت اول تعداد آنها از طریق صفحه کانتور حداکثر خواهد بود. و در مرحله دوم، خطوط مغناطیسی در امتداد کانتور می لغزند و به هیچ وجه در آن نفوذ نمی کنند (شکل 11).

در این مثال‌ها، تعداد بیشتری از خطوط از مدار با شار مغناطیسی بیشتری مطابقت دارد.

در نتیجه، توجه می کنیم که از آنجایی که مقدار جریان القایی به تغییر القای مغناطیسی، مساحت مدار و جهت گیری آن در فضا بستگی دارد، مرسوم است که بگوییم بستگی به تغییرات در شار مغناطیسی

علاوه بر این، آزمایشات فارادی نشان داد که سرعت تغییر شار مغناطیسی مهم است. هر چه سریعتر این مقادیر را تغییر دهید، مقدار جریان القایی بیشتر خواهد شد.

بنابراین، می توان استدلال کرد که پدیده القای الکترومغناطیسی با سرعت تغییر شار مغناطیسی مشخص می شود.

وظیفه تعیین شرایط برای وقوع جریان القایی

برای درک رابطه بین شار مغناطیسی از مدار و پدیده القای الکترومغناطیسی در آن، مسئله را در نظر بگیرید:

یک سیم پیچ کوچک در یک میدان مغناطیسی یکنواخت به جلو حرکت می کند. آیا جریان القایی در سیم پیچ وجود دارد؟ پاسخ را توجیه کنید.

برنج. 12. تصویر برای مسئله

ممکن است به نظر برسد که در اثر حرکت سیم پیچ ممکن است تغییراتی ایجاد شود که پیامد آن وقوع یک جریان القایی در پیچ های آن خواهد بود (شکل 12).

به یاد بیاورید که یک پیش نیاز برای وقوع یک جریان القایی تغییر در شار مغناطیسی از طریق پیچ های سیم پیچ است. این نیاز به تغییر در القای مغناطیسی از طریق مدار سیم پیچ دارد. آنچه رعایت نمی شود، زیرا طبق شرط میدان یکنواخت است.

علاوه بر این، امکان تغییر سطح مقطع سیم پیچ نیز وجود دارد که همچنین مشاهده نمی شود.

آخرین گزینه ممکن تغییر زاویه چرخش هواپیمای سیم پیچ به خطوط میدان مغناطیسی است که بدیهی است که این نیز رخ نمی دهد، زیرا حرکت انتقالی است، به این معنی که هیچ چرخشی سیم پیچ مشاهده نمی شود.

بنابراین نتیجه می گیریم که شار مغناطیسی تغییر نمی کند، به ترتیب در پیچ های سیم پیچ نیز جریان القایی ایجاد نمی شود.

مقایسه شار مغناطیسی با جریان آب

نام کمیت فیزیکی جدید شار مغناطیسی مورد مطالعه ما تصادفی نیست. واقعیت این است که شار مغناطیسی از طریق مدار را می توان با جریان آب از طریق حلقه، که در یک لوله قرار می گیرد، مقایسه کرد (شکل 13). (1)

هرچه سرعت آب بیشتر باشد در واحد زمان بیشتر از حلقه عبور می کند. (2)

هرچه مساحت حلقه بزرگتر باشد، در زمان مشاهده شده، آب بیشتری از آن عبور می کند. (3)

اگر حلقه در حالت عرضی نسبت به جریان آب بچرخد، حداکثر مقدار آب از صفحه حلقه عبور می کند. (4)

اگر شروع به چرخاندن آن در یک زاویه حاد نسبت به جریان کنید، آب کمتر و کمتری جریان می یابد. (5)

برنج. 13. مقایسه شار مغناطیسی با جریان آب

و هنگام چرخش در امتداد خروجی، آب به هیچ وجه از حلقه عبور نمی کند، بلکه در امتداد آن می لغزد. (6)

ما خواص مشابهی را برای شار مغناطیسی در نظر گرفته ایم.

در درس توضیح دادیم که برای مشاهده پدیده القای الکترومغناطیسی باید کدام پارامترهای میدان مغناطیسی و مدار را تغییر داد. ما این را در مفهوم "شار مغناطیسی" ترکیب کرده ایم.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: نظریه. وظایف تست ها: Proc. کمک هزینه برای موسسات ارائه عمومی. محیط ها، آموزش
2. Yavorsky B.M., Pinsky A.A., Fundamentals of Physics, v.2., - M. Fizmatlit., 2003.
3. کتاب درسی فیزیک ابتدایی. اد. G.S. Landsberg, T. 3. - M., 1974.

1. Festival.1september.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Сlass-fizika.narod.ru ().

مشق شب

1. چه چیزی شار مغناطیسی را تعیین می کند که به ناحیه یک مدار مسطح که در یک میدان مغناطیسی یکنواخت قرار دارد نفوذ می کند؟
2. شار مغناطیسی با افزایش القای مغناطیسی n برابر چگونه تغییر می کند، اگر نه مساحت و نه جهت مدار تغییر کند؟
3. آیا شار مغناطیسی با چنین چرخشی از مدار تغییر می کند، زمانی که خطوط القای مغناطیسی سپس به آن نفوذ می کنند؟ سپس در امتداد هواپیمای خود بلغزید؟