Ryšys tarp elektrinių ir magnetinių laukų buvo pastebėtas labai seniai. Šį ryšį XIX amžiuje atrado anglų fizikas Faradėjus ir suteikė jam pavadinimą. Jis atsiranda tuo metu, kai magnetinis srautas prasiskverbia į uždaros grandinės paviršių. Tam tikrą laiką pasikeitus magnetiniam srautui, šioje grandinėje atsiranda elektros srovė.
Elektromagnetinės indukcijos ir magnetinio srauto ryšys
Magnetinio srauto esmė parodoma gerai žinoma formule: Ф = BS cos α. Jame F – magnetinis srautas, S – kontūro paviršius (plotas), B – magnetinės indukcijos vektorius. Kampas α susidaro dėl magnetinės indukcijos vektoriaus krypties ir kontūro paviršiaus normalės. Iš to išplaukia, kad magnetinis srautas pasieks didžiausią slenkstį, kai cos α = 1, o mažiausią slenkstį, kai cos α = 0.
Antrajame variante vektorius B bus statmenas normaliajai. Pasirodo, srauto linijos nekerta kontūro, o tik slysta išilgai jo plokštumos. Todėl charakteristikas lems vektoriaus B linijos, kertančios kontūro paviršių. Skaičiavimui Weberis naudojamas kaip matavimo vienetas: 1 wb \u003d 1v x 1s (voltas-sekundė). Kitas, mažesnis matavimo vienetas yra maxwell (µs). Tai yra: 1 wb \u003d 108 μs, tai yra, 1 μs \u003d 10-8 wb.
Faradėjaus tyrimams buvo naudojamos dvi vielos spiralės, izoliuotos viena nuo kitos ir uždėtos ant medinės ritės. Vienas iš jų buvo prijungtas prie energijos šaltinio, o kitas - prie galvanometro, skirto mažoms srovėms fiksuoti. Tuo momentu, kai pradinės spiralės grandinė užsidarė ir atsidarė, kitoje grandinėje matavimo prietaiso rodyklė nukrypo.
Indukcijos reiškinio tyrimų atlikimas
Pirmoje eksperimentų serijoje Michaelas Faradėjus į magnetizuotą metalinį strypą įkišo į ritę, prijungtą prie srovės, ir tada ją ištraukė (1, 2 pav.).
1 
2 
Magnetą įdėjus į ritę, prijungtą prie matavimo prietaiso, grandinėje pradeda tekėti indukcinė srovė. Jei magnetinė juosta pašalinama iš ritės, indukcijos srovė vis tiek atsiranda, tačiau jos kryptis jau yra atvirkštinė. Vadinasi, indukcinės srovės parametrai bus keičiami strypo kryptimi ir priklausomai nuo poliaus, su kuriuo ji dedama į ritę. Srovės stiprumui įtakos turi magneto judėjimo greitis.
Antroje eksperimentų serijoje patvirtinamas reiškinys, kai kintanti srovė vienoje ritėje sukelia indukcijos srovę kitoje ritėje (3, 4, 5 pav.). Tai atsitinka grandinės uždarymo ir atidarymo momentais. Srovės kryptis priklausys nuo to, ar elektros grandinė užsidaro, ar atsidaro. Be to, šie veiksmai yra ne kas kita, kaip magnetinio srauto keitimo būdai. Kai grandinė bus uždaryta, ji padidės, o atidarius - mažės, kartu prasiskverbdama į pirmąją ritę.
3 
4 
5 
Atlikus eksperimentus buvo nustatyta, kad elektros srovės atsiradimas uždaroje laidžioje grandinėje įmanomas tik tada, kai jie yra patalpinti į kintamąjį magnetinį lauką. Tuo pačiu metu srautas gali keistis bet kokiomis priemonėmis.
Elektros srovė, kuri atsiranda veikiant elektromagnetinei indukcijai, vadinama indukcija, nors tai ir nebus srovė įprastine prasme. Kai uždara grandinė yra magnetiniame lauke, EML sukuriama tiksli vertė, o ne srovė, priklausomai nuo skirtingų varžų.
Šis reiškinys vadinamas indukcijos EML, kurį atspindi formulė: Eind = - ∆F / ∆t. Jo vertė sutampa su magnetinio srauto, prasiskverbiančio į uždaros kilpos paviršių, kitimo greičiu, paimtu su neigiama verte. Šioje išraiškoje esantis minusas yra Lenzo taisyklės atspindys.
Lenco magnetinio srauto taisyklė
Gerai žinoma taisyklė buvo išvesta po daugelio XIX amžiaus 30-ųjų tyrimų. Jis suformuluotas taip:
Indukcinės srovės kryptis, sužadinta uždaroje grandinėje kintančiu magnetiniu srautu, veikia jo sukuriamą magnetinį lauką taip, kad jis savo ruožtu sukuria kliūtį magnetiniam srautui, dėl kurio atsiranda indukcinė srovė.
Kai magnetinis srautas didėja, tai yra, jis tampa Ф > 0, o indukcinis EMF sumažėja ir tampa Eind< 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.
Jei srautas mažėja, tada vyksta atvirkštinis procesas, kai F< 0 и Еинд >0, tai yra, veikiant indukcijos srovės magnetiniam laukui, padidėja magnetinis srautas, einantis per grandinę.
Fizinė Lenco taisyklės prasmė – atspindėti energijos tvermės dėsnį, kai vienam kiekiui mažėjant, kitas didėja, o, priešingai, vienam kiekiui padidėjus, kitas mažės. Įvairūs veiksniai taip pat turi įtakos indukcijos emf. Kai į ritę pakaitomis įkišamas stiprus ir silpnas magnetas, pirmuoju atveju prietaisas atitinkamai rodys didesnę vertę, o antruoju – mažesnę. Tas pats atsitinka, kai keičiasi magneto greitis.
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kaip indukcijos srovės kryptis nustatoma naudojant Lenco taisyklę. Mėlyna spalva atitinka indukcinės srovės ir nuolatinio magneto magnetinių laukų jėgos linijas. Jie yra šiaurės-pietų polių kryptimi, kurie yra kiekviename magnete.
Kintantis magnetinis srautas sukelia indukcinės elektros srovės atsiradimą, kurios kryptis sukelia priešpriešą iš jos magnetinio lauko, o tai neleidžia keisti magnetinio srauto. Šiuo atžvilgiu ritės magnetinio lauko jėgos linijos yra nukreiptos priešinga nuolatinio magneto jėgos linijoms kryptimi, nes jos judėjimas vyksta šios ritės kryptimi.
Norint nustatyti srovės kryptį, jis naudojamas su dešiniuoju sriegiu. Jis turi būti įsuktas taip, kad jo judėjimo į priekį kryptis sutaptų su ritės indukcijos linijų kryptimi. Tokiu atveju indukcinės srovės ir rankenos sukimosi kryptys sutaps.
Elektros Ir magnetiniai laukai yra generuojami tų pačių šaltinių – elektros krūvių, todėl galime manyti, kad tarp šių laukų yra tam tikras ryšys. Ši prielaida buvo eksperimentiškai patvirtinta 1831 m., atlikus išskirtinio anglų fiziko M. Faradėjaus eksperimentus. Jis atidarė elektromagnetinės indukcijos reiškinys.
Elektromagnetinės indukcijos reiškinys yra indukcinių elektros srovės generatorių, kurie sudaro visą pasaulyje pagamintą elektros energiją, veikimo pagrindas.
- magnetinis srautas
Magnetinio lauko keitimo uždaroje grandinėje proceso kiekybinė charakteristika yra fizikinis dydis, vadinamas magnetinis srautas. Magnetinis srautas (F) per uždaro kontūro plotą (S) yra fizinis dydis, lygus magnetinės indukcijos vektoriaus modulio (B) sandaugai su kilpos plotu (S) ir kampo kosinusu. tarpvektorius B ir normalus paviršiui: Φ = BS cos α. Magnetinio srauto vienetas yra F - Weberis (Wb): 1 Wb \u003d 1 T 1 m 2.
statmenai maksimalus.
Jei magnetinės indukcijos vektorius lygiagrečiai kontūro plotą, tada magnetinį srautą lygus nuliui.
- Elektromagnetinės indukcijos dėsnis
Empiriškai buvo nustatytas elektromagnetinės indukcijos dėsnis: Indukcijos EML uždaroje grandinėje absoliučia verte yra lygus magnetinio srauto per grandinės ribojamą paviršių kitimo greičiui: Ši formulė vadinama Faradėjaus dėsnis .
Pirmasis Faradėjaus eksperimentas yra klasikinis pagrindinio elektromagnetinės indukcijos dėsnio demonstravimas. Jame, kuo greičiau magnetas juda per ritės posūkius, tuo daugiau jame atsiranda indukcijos srovė, taigi ir indukcinis EMF.
- Lenzo taisyklė
Indukcijos srovės krypties priklausomybę nuo magnetinio lauko kaitos per uždarą grandinę pobūdžio 1833 m. eksperimentiškai nustatė rusų fizikas E.Kh.Lenzas. Pagal Lenzo taisyklė , atsirandanti uždaroje grandinėje, indukcijos srovė su savo magnetiniu lauku neutralizuoja magnetinio srauto pokytį, kurį ji paskambino. Trumpiau tariant, ši taisyklė gali būti suformuluota taip: indukuota srovė nukreipta taip, kad būtų išvengta priežastis, kuri ją sukelia. Lenzo taisyklė atspindi eksperimentinį faktą, kad jie visada turi priešingus ženklus (minuso ženklą Faradėjaus formulė).
Lencas sukūrė įrenginį, kurį sudaro du aliuminio žiedai, tvirti ir supjaustyti, sumontuoti ant aliuminio skersinio. Jie galėjo suktis aplink ašį, kaip rokeris. Kai magnetas buvo įvestas į vientisą žiedą, jis pradėjo „bėgti“ nuo magneto, atitinkamai pasukdamas rokerį. Išimdamas magnetą iš žiedo, jis bandė „pasivyti“ magnetą. Kai magnetas pajudėjo nupjauto žiedo viduje, jokio judėjimo neįvyko. Lencas eksperimentą paaiškino tuo, kad indukcijos srovės magnetinis laukas siekė kompensuoti išorinio magnetinio srauto pokytį.
Lenco taisyklė turi gilią fizinę prasmę – išreiškia energijos tvermės dėsnis.
Klausimai.
1. Kas lemia magnetinį srautą, prasiskverbiantį į plokščios grandinės, esančios vienodame magnetiniame lauke, plotą?
Iš magnetinės indukcijos vektoriaus B kontūro S plotas ir jo orientacija.
2. Kaip kinta magnetinis srautas, magnetinei indukcijai padidėjus n koeficientu, jei nesikeičia nei grandinės plotas, nei orientacija?
Padidėja n kartų.
3. Kokioje grandinės orientacijoje magnetinės indukcijos linijų atžvilgiu yra didžiausias magnetinis srautas, prasiskverbiantis į šios grandinės plotą? lygus nuliui?
Magnetinis srautas yra didžiausias, jei kontūro plokštuma yra statmena magnetinės indukcijos linijoms ir lygi nuliui, kai lygiagreti.
4. Ar kinta magnetinis srautas su tokiu grandinės sukimu, kai magnetinės indukcijos linijos tada prasiskverbia į ją. tada slysti išilgai jos plokštumos?
Taip. Tuo atveju, kai keičiasi magnetinių linijų pasvirimo kampas grandinės plokštumos atžvilgiu, keičiasi ir magnetinis srautas.
Pratimai.
1. Vielos ritė K su plienine šerdimi yra prijungta prie nuolatinės srovės šaltinio grandinės nuosekliai su reostatu R ir raktu K (125 pav.). Elektros srovė, tekanti per ritės K 1 vijas, aplink ją sukuria magnetinį lauką. Ritės K 1 lauke yra ta pati ritė K 2. Kaip pakeisti magnetinį srautą, prasiskverbiantį į ritę K 2? Apsvarstykite visus galimus variantus.
Į ritę K 2 prasiskverbiantį magnetinį srautą galima keisti: 1) keičiant srovės stiprumą I reostatu; 2) rakto uždarymas-atidarymas; 3) keičiant ritės K 2 orientaciją.
Jei magnetiniame lauke yra uždara laidžioji grandinė, kurioje nėra srovės šaltinių, tai pasikeitus magnetiniam laukui grandinėje atsiranda elektros srovė. Šis reiškinys vadinamas elektromagnetine indukcija. Srovės atsiradimas rodo, kad grandinėje atsiranda elektrinis laukas, kuris gali užtikrinti uždarą elektros krūvių judėjimą arba, kitaip tariant, EML atsiradimą. Elektrinis laukas, atsirandantis kintant magnetiniam laukui ir kurio darbas nėra lygus nuliui judant krūviams uždaroje grandinėje, turi uždaras jėgos linijas ir vadinamas sūkuriu.
Kiekybiniam elektromagnetinės indukcijos aprašymui pristatoma magnetinio srauto (arba magnetinės indukcijos vektoriaus srauto) per uždarą grandinę sąvoka. Plokščios grandinės, esančios vienodame magnetiniame lauke (ir tik su tokiomis situacijomis gali susidurti moksleiviai laikant vieningą valstybinį egzaminą), magnetinis srautas apibrėžiamas kaip
kur yra lauko indukcija, yra kontūro plotas, yra kampas tarp indukcijos vektoriaus ir normaliosios (statmenos) kontūro plokštumai (žr. pav., statmena kontūro plokštumai pažymėta punktyrine linija). Magnetinio srauto vienetas tarptautinėje SI vienetų sistemoje yra Weberis (Wb), kuris apibrėžiamas kaip magnetinis srautas per 1 m 2 ploto vienodo magnetinio lauko, kurio indukcija yra 1 T, kontūrą, statmeną plokštumai. kontūras.
Indukcijos EML vertė, kuri atsiranda grandinėje, kai keičiasi magnetinis srautas per šią grandinę, yra lygi magnetinio srauto kitimo greičiui
|
Čia yra magnetinio srauto per grandinę pokytis per nedidelį laiko intervalą. Svarbi elektromagnetinės indukcijos dėsnio (23.2) savybė yra jo universalumas, atsižvelgiant į magnetinio srauto keitimo priežastis: magnetinis srautas grandinėje gali keistis pasikeitus magnetinio lauko indukcijos, pasikeitus magnetinio lauko indukcijos plotui. grandinė arba kampo tarp indukcijos vektoriaus ir normalaus pokytis, kuris atsiranda, kai grandinė sukasi lauke. Visais šiais atvejais pagal įstatymą (23.2) grandinėje atsiras indukcinis EMF ir indukcinė srovė.
Minuso ženklas formulėje (23.2) yra „atsakingas“ už srovės, atsirandančios dėl elektromagnetinės indukcijos, kryptį (Lenco taisyklė). Tačiau dėsnio kalba (23.2) nėra taip paprasta suprasti, į kurią indukcijos srovės kryptį šis ženklas nuves, pasikeitus tam ar kitam magnetiniam srautui per grandinę. Tačiau atsiminti rezultatą pakankamai lengva: indukcijos srovė bus nukreipta taip, kad jos sukurtas magnetinis laukas „linkęs“ kompensuoti šią srovę sukėlusį išorinio magnetinio lauko pokytį. Pavyzdžiui, padidėjus išorinio magnetinio lauko srautui per grandinę, joje atsiras indukcinė srovė, kurios magnetinis laukas bus nukreiptas priešingai išoriniam magnetiniam laukui, kad sumažintų išorinį lauką ir taip išlaikytų. pradinė magnetinio lauko vertė. Sumažėjus lauko srautui per grandinę, indukcijos srovės laukas bus nukreiptas taip pat, kaip ir išorinis magnetinis laukas.
Jei dėl kokių nors priežasčių srovė keičiasi grandinėje su srove, tada keičiasi ir magnetinis srautas per magnetinio lauko grandinę, kurią sukuria pati ši srovė. Tada, pagal įstatymą (23.2), grandinėje turėtų atsirasti indukcinis EMF. Reiškinys, kai tam tikroje elektros grandinėje atsiranda indukcijos EML dėl srovės pasikeitimo pačioje grandinėje, vadinamas saviindukcija. Norint rasti saviindukcijos EML kurioje nors elektros grandinėje, reikia apskaičiuoti magnetinio lauko srautą, kurį ši grandinė sukuria per save. Toks skaičiavimas yra sudėtinga problema dėl magnetinio lauko nehomogeniškumo. Tačiau viena šio srauto savybė yra akivaizdi. Kadangi srovės grandinėje sukuriamas magnetinis laukas yra proporcingas srovės dydžiui, tai savojo lauko magnetinis srautas per grandinę yra proporcingas srovei šioje grandinėje
|
kur yra srovės stipris grandinėje, yra proporcingumo koeficientas, kuris apibūdina grandinės "geometriją", bet nepriklauso nuo joje esančios srovės ir vadinamas šios grandinės induktyvumu. Induktyvumo vienetas tarptautinėje SI vienetų sistemoje yra Henris (H). 1 H apibrėžiamas kaip tokios grandinės induktyvumas, jo paties magnetinio lauko indukcijos srautas, per kurį yra 1 Wb, esant 1 A srovės stipriui. Atsižvelgiant į induktyvumo apibrėžimą (23.3) pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį (23.2), gauname saviindukcijos EML
|
Dėl savaiminės indukcijos reiškinio srovė bet kurioje elektros grandinėje turi tam tikrą „inerciją“, taigi ir energiją. Iš tiesų, norint sukurti srovę grandinėje, būtina atlikti darbą, kad būtų įveiktas savaiminės indukcijos EML. Grandinės energija su srove ir yra lygi šiam darbui. Būtina prisiminti grandinės energijos formulę su srove
|
kur yra grandinės induktyvumas, yra srovė joje.
Elektromagnetinės indukcijos reiškinys plačiai naudojamas technikoje. Jis pagrįstas elektros srovės generavimu elektros generatoriuose ir elektrinėse. Dėl elektromagnetinės indukcijos dėsnio mechaniniai virpesiai mikrofonuose paverčiami elektriniais virpesiais. Remiantis elektromagnetinės indukcijos dėsniu, visų pirma, veikia elektros grandinė, kuri vadinama virpesių grandine (žr. kitą skyrių), kuri yra bet kurios radijo perdavimo ar radijo priėmimo įrangos pagrindas.
Dabar apsvarstykite užduotis.
Iš išvardytų 23.1.1 užduotis reiškinių, yra tik viena elektromagnetinės indukcijos dėsnio pasekmė – srovės atsiradimas žiede, kai per jį praleidžiamas nuolatinis magnetas (atsakymas 3 ). Visa kita yra magnetinės srovių sąveikos rezultatas.
Kaip nurodyta šio skyriaus įžangoje, kintamosios srovės generatoriaus veikimo pagrindas yra elektromagnetinės indukcijos reiškinys ( 23.1.2 užduotis), t.y. prietaisas, sukuriantis kintamąją srovę tam tikru dažniu (atsakymas 2 ).
Nuolatinio magneto sukuriamo magnetinio lauko indukcija mažėja didėjant atstumui nuo jo. Todėl, kai magnetas artėja prie žiedo ( 23.1.3 užduotis) keičiasi magneto magnetinio lauko indukcijos srautas per žiedą, žiede atsiranda indukcijos srovė. Akivaizdu, kad tai atsitiks, kai magnetas priartės prie žiedo tiek su šiauriniu, tiek su pietų poliais. Tačiau indukcijos srovės kryptis šiais atvejais bus skirtinga. Taip yra dėl to, kad magnetui artėjant prie žiedo su skirtingais poliais, žiedo plokštumoje esantis laukas vienu atveju bus nukreiptas priešingam laukui kitu. Todėl, norint kompensuoti šiuos išorinio lauko pokyčius, indukcinės srovės magnetinis laukas šiais atvejais turi būti nukreiptas skirtingai. Todėl indukcijos srovių kryptys žiede bus priešingos (atsakymas yra 4 ).
Kad žiede atsirastų indukcinis EML, būtina, kad magnetinis srautas per žiedą pasikeistų. O kadangi magnetinio lauko magnetinė indukcija priklauso nuo atstumo iki jo, tai nagrinėjamu atveju 23.1.4 užduotis Tuo atveju srautas per žiedą pasikeis, žiede atsiras indukcijos srovė (atsakymas yra 1
).
Sukant 1 rėmelį ( 23.1.5 užduotis) kampas tarp magnetinės indukcijos linijų (taigi ir indukcijos vektoriaus) ir kadro plokštumos bet kuriuo metu yra lygus nuliui. Vadinasi, magnetinis srautas per rėmą 1 nekinta (žr. formulę (23.1)), o jame nevyksta indukcijos srovė. 2 kadre atsiras indukcijos srovė: paveikslėlyje parodytoje padėtyje magnetinis srautas per jį lygus nuliui, rėmui pasisukus ketvirtadalį apsisukimo, jis bus lygus , kur indukcija, plotas iš rėmo. Dar po ketvirtadalio apsisukimo srautas vėl bus lygus nuliui ir pan. Todėl jo sukimosi metu keičiasi magnetinės indukcijos srautas per 2 rėmą, todėl jame atsiranda indukcijos srovė (atsakymas yra 2 ).
IN 23.1.6 užduotis indukcijos srovė atsiranda tik 2 atveju (atsakymas 2
). Iš tiesų 1 atveju rėmas judėjimo metu išlieka tokiu pat atstumu nuo laidininko, todėl šio laidininko sukurtas magnetinis laukas rėmo plokštumoje nekinta. Kai rėmas tolsta nuo laidininko, keičiasi laidininko lauko magnetinė indukcija rėmo srityje, keičiasi magnetinis srautas per rėmą ir atsiranda indukcijos srovė.
Elektromagnetinės indukcijos dėsnis teigia, kad indukcinė srovė žiede tekės tokiais laiko momentais, kai pasikeis magnetinis srautas per šį žiedą. Todėl, kol magnetas stovi šalia žiedo ( 23.1.7 užduotis) indukcinė srovė žiede netekės. Taigi teisingas atsakymas į šią problemą yra 2 .
Pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį (23.2), indukcinį EML kadre lemia magnetinio srauto per jį kitimo greitis. Ir kadangi pagal sąlygą užduotys 23.1.8 magnetinio lauko indukcija kadro srityje kinta tolygiai, jos kitimo greitis pastovus, eksperimento metu indukcijos emf dydis nekinta (atsakymas yra 3 ).
IN 23.1.9 užduotis Indukcinis emf, kuris atsiranda kadre antruoju atveju, yra keturis kartus didesnis nei indukcinis emf, kuris atsiranda pirmuoju (atsakymas yra 4 ). Taip yra dėl keturis kartus padidėjusio rėmo ploto ir atitinkamai magnetinio srauto per jį antruoju atveju.
IN 23.1.10 užduotis antruoju atveju magnetinio srauto kitimo greitis padvigubėja (lauko indukcija kinta tiek pat, bet per pusę laiko). Todėl antruoju atveju kadre atsirandantis elektromagnetinės indukcijos EML yra dvigubai didesnis nei pirmuoju (atsakymas yra 1 ).
Kai srovė uždarame laidininke padvigubėja ( 23.2.1 užduotis), magnetinio lauko indukcijos vertė kiekviename erdvės taške padidės du kartus, nekeičiant krypties. Todėl magnetinis srautas per bet kurį mažą plotą ir atitinkamai visas laidininkas pasikeis tiksliai du kartus (atsakymas yra 1
). Bet magnetinio srauto per laidininką ir šio laidininko srovės santykis, kuris yra laidininko induktyvumas 
, nors nesikeičia ( 23.2.2 užduotis– atsakyk 3
).
Naudodami (23.3) formulę randame in 32.2.3 užduotis gn (atsakymas 4 ).
Ryšys tarp magnetinio srauto, magnetinės indukcijos ir induktyvumo matavimo vienetų ( 23.2.4 užduotis) išplaukia iš induktyvumo apibrėžimo (23.3): magnetinio srauto vienetas (Wb) lygus srovės vieneto (A) sandaugai induktyvumo vienetui (H) – atsakymas 3 .
Pagal (23.5) formulę, dvigubai padidėjus ritės induktyvumui ir dvigubai sumažėjus srovei joje ( 23.2.5 užduotis) ritės magnetinio lauko energija sumažės 2 kartus (atsakymas 2 ).
Kai rėmas sukasi vienodame magnetiniame lauke, magnetinis srautas per rėmą keičiasi dėl kampo tarp statmenos rėmo plokštumai ir magnetinio lauko vektoriaus pasikeitimo. Ir kadangi pirmuoju ir antruoju atveju į 23.2.6 užduotisšis kampas keičiasi pagal tą patį dėsnį (pagal sąlygą, kadrų sukimosi dažnis yra toks pat), tada pagal tą patį dėsnį keičiasi indukcijos EMF, taigi ir amplitudės verčių santykis. Indukcijos EMF sistemoje yra lygus vienetui (atsakymas 2 ).
Magnetinis laukas, kurį sukuria laidininkas, kurio srovė yra rėmo srityje ( 23.2.7 užduotis), išsiųstas „iš mūsų“ (užduočių sprendimą žr. 22 skyriuje). Laido lauko indukcijos reikšmė rėmo srityje sumažės, kai ji tolsta nuo laido. Todėl indukcijos srovė kadre turi sukurti magnetinį lauką, nukreiptą į rėmo vidų „nuo mūsų“. Dabar, naudodami gimlet taisyklę, norėdami rasti magnetinės indukcijos kryptį, darome išvadą, kad indukcijos srovė kilpoje bus nukreipta pagal laikrodžio rodyklę (atsakymas yra 1 ).
Padidėjus srovei laide, jo sukurtas magnetinis laukas padidės ir kadre atsiras indukcijos srovė ( 23.2.8 užduotis). Dėl to įvyks indukcijos srovės kilpoje ir srovės laidininko sąveika. Norėdami sužinoti šios sąveikos (traukos ar atstūmimo) kryptį, galite rasti indukcijos srovės kryptį, o tada, naudodami Ampero formulę, rėmo ir laido sąveikos jėgą. Bet jūs galite tai padaryti kitaip, naudodami Lenco taisyklę. Visi indukciniai reiškiniai turi turėti tokią kryptį, kuri kompensuotų juos sukeliančią priežastį. Ir kadangi priežastis yra srovės padidėjimas kilpoje, indukcinės srovės ir laido sąveikos jėga turėtų sumažinti laidų lauko magnetinį srautą per kilpą. Ir kadangi laido lauko magnetinė indukcija mažėja didėjant atstumui iki jo, ši jėga atstums rėmą nuo laido (atsakymas 2 ). Jei srovė laide sumažėtų, rėmas būtų pritrauktas prie laido.
23.2.9 užduotis taip pat susiję su indukcijos reiškinių kryptimi ir Lenco taisykle. Magnetui priartėjus prie laidžiojo žiedo, jame atsiras indukcinė srovė, kurios kryptis bus tokia, kad kompensuotų jį sukeliančią priežastį. Ir kadangi tai yra magneto artėjimas, žiedas nuo jo atstums (atsakymas 2 ). Jei magnetas būtų atitrauktas nuo žiedo, dėl tų pačių priežasčių žiedas pritrauktų magnetą.
23.2.10 užduotis yra vienintelė skaičiavimo problema šiame skyriuje. Norėdami rasti indukcijos EML, turite rasti magnetinio srauto pokyčius grandinėje 
. Tai galima padaryti taip. Tegul tam tikru momentu trumpiklis buvo paveikslėlyje parodytoje padėtyje ir praeina nedidelis laiko intervalas. Per šį laiko intervalą trumpiklis judės reikšme . Tai padidins kontūro plotą 
pagal sumą 
. Todėl magnetinio srauto pokytis per grandinę bus lygus, o indukcijos emf dydis 
(atsakymas 4
).
Pamokoje sužinosime apie naują mums sampratą – magnetinį srautą – ir apsvarstysime, kaip jis apibūdinamas.
Prisiminkite, kad pasikeitus magnetinio lauko parametrams šalia uždaro laidininko, jame atsiranda srovė. Ši srovė vadinama indukcijos srove, o reiškinys yra elektromagnetinės indukcijos reiškinys.
Tačiau lieka klausimas, kokių specifinių magnetinio lauko parametrų mums reikia, kad šis efektas būtų pasiektas. Pradėkime nuo eksperimento:
Norėdami tai atlikti, mums reikia: ritės su daugybe apsisukimų ir prie jos prijungto ampermetro. Eksperimento metu atkreipkite dėmesį į ampermetro adatos elgseną (1 pav.).
Ryžiai. 1. Faradėjaus eksperimentai
Kaip matome, nuleidžiant ir nuimant strypo magnetą nuo ritės, jame susidaro indukcinė srovė.
Išanalizuokime, kuris parametro pasikeitimas lėmė pastebėtą efektą. Magnetui artėjant ir tolstant nuo ritės, magnetinio lauko stiprumas jame kinta.
Taigi vertė, kuri turi įtakos indukcijos srovės susidarymui ritėje, yra magnetinio lauko stiprumas.
Prisiminkite, kad jį apibūdina toks dydis kaip magnetinė indukcija. Tai vektorius ir žymimas bei matuojamas T.
Uždaras vielos žiedas, pastatytas statmenai magnetiniam laukui, iš kelių pusių suspaudžiamas taip, kad pasikeičia forma (2 pav.).
Ryžiai. 2. Patirties iliustracija
Tokiu atveju deformacijos proceso metu žiede atsiranda indukcinė srovė. Ką šį kartą pakeitėme?
Dabar žiedo plotas pakeistas. Žinoma, vietoj žiedo galite eksperimentuoti su bet kokiu uždaru laidininku.
Grandinė yra uždaras laidininkas (3 pav.).
Ryžiai. 3. Kontūras
Ryžiai. 4. Generatorius
Pagrindiniai jo elementai (4 pav.):
- ritė, kuri gali suktis aplink savo ašį;
- nuolatinis magnetas aplink ritę.
Kai ritė sukasi magnetiniame lauke, matosi, kad užsidega lemputė (t.y. grandinėje atsiranda indukcinė srovė).
Iš šios patirties galime daryti išvadą, kad elektromagnetinės indukcijos reiškinys pasireiškia ir tada, kai magnetiniame lauke sukasi ritė arba laidus rėmas (5 pav.), t.y., kai kampas tarp magnetinių linijų ir laidininko plokštumos. pokyčius.
Ryžiai. 5. Patirties iliustracija
Visus tris parametrus, kurių pokyčiai turi įtakos indukcijos srovės dydžiui, vienija fizinis dydis, vadinamas magnetiniu srautu.
IN – lauko magnetinės indukcijos modulis
S- kontūro sritis
Apibūdina kontūro plokštumos vietą magnetinės linijos atžvilgiu.
Magnetinis srautas matuojamas Weber (Wb) ir žymimas raide F.
Taigi magnetinis srautas yra proporcingas lauko magnetinės indukcijos moduliui, grandinės plotui ir priklauso nuo grandinės plokštumos vietos magnetinės linijos atžvilgiu.
Magnetinio srauto parametrų analizės užduotis
Norėdami sužinoti, kaip padaryti išvadas apie įvairių elektros grandinių elementų magnetinio srauto pokyčius, dėl kurių gali atsirasti nepageidaujamų indukcijos srovių, apsvarstykite problemą.
Prie nuolatinės srovės grandinės nuosekliai su reostatu ir raktu jungiama vielos ritė su plienine šerdimi (6 pav.).
Ryžiai. 6. Problemos iliustracija
Ritės šakomis tekanti elektros srovė sukuria aplink ją esančioje erdvėje magnetinį lauką (7 pav.). Ritės lauke yra ta pati ritė.
Ryžiai. 7. Problemos iliustracija
Kaip galite pakeisti magnetinį srautą, prasiskverbiantį į ritę? Apsvarstykite visus galimus variantus.
Prisiminkime, kurių parametrų pasikeitimas lemia magnetinio srauto pasikeitimą.
Pradėkime nuo ritės magnetinio lauko indukcijos keitimo.Tai galima pasiekti keičiant srovės, kuri sukuria jos magnetinį lauką, stiprumą. Galite pakeisti srovę rodomoje grandinėje dviem būdais:
1. Reostato slankiklio perkėlimas
2. Mygtukas įjungtas/išjungtas
Verta paminėti, kad srovės vertės pokytis bus didžiausias nuo didžiausios iki nulio, o tai lems didžiausią magnetinio srauto pasikeitimą ritėje.
Kitas parametras, kurio pasikeitimas turės įtakos magnetinio srauto vertei, yra grandinės plotas. Mūsų atveju ritės Bet mes negalime pakeisti ritės skerspjūvio ploto. Todėl variantas išėjo.
Paskutinis magnetinio srauto keitimo variantas yra sukti ritę ritės magnetinių linijų atžvilgiu. Norint pasiekti maksimalų pakeitimo rezultatą, reikia pasukti ritę 90 kampų (8 pav.).
Ryžiai. 8. Problemos iliustracija
Ką apibūdina magnetinis srautas?
Kaip jau minėjome, tai priklauso nuo:
- Nuo magnetinio lauko stiprumo
- Iš kontūro srities, per kurią eina šios magnetinės linijos
- Iš vietos kampo tarp kontūro ir magnetinių linijų
Taigi, magnetinis srautas apibūdina ribotą kontūrą prasiskverbiančių magnetinių linijų skaičių.
Tai lengva patikrinti.
1. Palyginkime linijų, kertančių tą patį kontūrą, bet skirtingo stiprumo magnetiniuose laukuose, skaičių (9 pav.).
Stipresniame lauke kontūras perpjauna daugiau linijų.
Ryžiai. 9. Problemos iliustracija
2. Jei lyginame linijų, kurios tame pačiame vienodame magnetiniame lauke prasiskverbia į skirtingo ploto kontūrus, skaičių, tai per didesnį kontūrą jų akivaizdžiai daugiau (10 pav.).
Ryžiai. 10. Problemos iliustracija
3. Jei lyginsime kontūro sukimąsi magnetiniame lauke kampu į magnetines linijas ir jo vietą išilgai linijų, tai pirmuoju atveju jų skaičius per kontūro plokštumą bus maksimalus. O antrajame magnetinės linijos slys išilgai kontūro ir jo visai neprasiskverbs (11 pav.).
Šiuose pavyzdžiuose didesnis linijų skaičius per grandinę atitiko didesnį magnetinį srautą.
Dėl to pastebime, kad kadangi indukcijos srovės dydis priklauso nuo magnetinės indukcijos pokyčio, grandinės ploto ir nuo jos orientacijos erdvėje, įprasta sakyti, kad ji priklauso nuo magnetinės indukcijos pokyčių. magnetinis srautas.
Be to, Faradėjaus eksperimentai parodė, kad svarbus yra magnetinio srauto kitimo greitis. Kuo greičiau pakeisite šias reikšmes, tuo didesnė bus indukcijos srovės vertė.
Taigi galima teigti, kad elektromagnetinės indukcijos reiškiniui būdingas magnetinio srauto kitimo greitis.
Indukcinės srovės atsiradimo sąlygų nustatymo uždavinys
Norėdami suprasti ryšį tarp magnetinio srauto per grandinę ir elektromagnetinės indukcijos reiškinio joje, apsvarstykite problemą:
Maža ritė perkeliama į priekį vienodame magnetiniame lauke. Ar ritėje yra indukuota srovė? Pagrįskite atsakymą.
Ryžiai. 12. Problemos iliustracija
Gali atrodyti, kad dėl ritės judėjimo gali atsirasti pakitimų, kurių pasekmė bus indukcinės srovės atsiradimas jos posūkiuose (12 pav.).
Prisiminkite, kad būtina indukcijos srovės atsiradimo sąlyga yra magnetinio srauto pasikeitimas per ritės posūkius. Tam reikia pakeisti magnetinę indukciją per ritės grandinę. Ko nepastebima, nes pagal sąlygas laukas yra vienodas.
Be to, galima pakeisti ritės skerspjūvio plotą, kurio taip pat nesilaikoma.
Paskutinis galimas variantas yra pakeisti ritės plokštumos sukimosi kampą į magnetinio lauko linijas, o tai, žinoma, taip pat neįvyksta, nes judėjimas yra transliacinis, o tai reiškia, kad ritės sukimosi nepastebima.
Todėl darome išvadą, kad magnetinis srautas nesikeis, atitinkamai, ritės posūkiuose taip pat nesusidarys indukcijos srovė.
Magnetinio srauto ir vandens srauto palyginimas
Mūsų tyrinėto naujo fizinio magnetinio srauto dydžio pavadinimas nėra atsitiktinis. Faktas yra tas, kad magnetinį srautą per grandinę galima palyginti su vandens srautu per žiedą, kuris dedamas į vamzdį (13 pav.). (1)
Kuo didesnis vandens greitis, tuo daugiau jis praeina per žiedą per laiko vienetą. (2)
Kuo didesnis žiedo plotas, tuo daugiau vandens per jį nutekės per stebimą laiką. (3)
Jei žiedas sukamas, kai jis yra skersai vandens tekėjimui, didžiausias vandens kiekis tekės per žiedo plokštumą. (4)
Jei pradėsite sukti smailiu kampu į srautą, tada vandens tekės vis mažiau. (5)
Ryžiai. 13. Magnetinio srauto palyginimas su vandens srautu
O sukant palei ištekėjimą vanduo visai neprasis pro žiedą, o slys juo. (6)
Mes apsvarstėme panašias magnetinio srauto savybes.
Pamokoje aiškinomės, kokius magnetinio lauko ir grandinės parametrus reikia keisti, norint stebėti elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Mes tai sujungėme į „magnetinio srauto“ sąvoką.
Bibliografija
- Aksenovičius L. A. Fizika vidurinėje mokykloje: teorija. Užduotys. Testai: Proc. pašalpa įstaigoms, teikiančioms bendrąsias. aplinka, švietimas.
- Yavorsky B.M., Pinsky A.A., Fizikos pagrindai, v.2., - M. Fizmatlit., 2003 m.
- Pradinis fizikos vadovėlis. Red. G.S. Landsbergis, T. 3. - M., 1974 m.
- Festival.1 September.ru ().
- Nvtc.ee ().
- Сlass-fizika.narod.ru ().
Namų darbai
- Kas lemia magnetinį srautą, prasiskverbiantį į plokščios grandinės, esančios vienodame magnetiniame lauke, plotą?
- Kaip kinta magnetinis srautas, magnetinei indukcijai padidėjus n kartų, jei nesikeičia nei grandinės plotas, nei orientacija?
- Ar magnetinis srautas kinta tokiu grandinės sukimu, kai tada į ją prasiskverbia magnetinės indukcijos linijos. tada slysti išilgai jos plokštumos?
