Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре под действием переменного магнитного поля. Опыты Эрстеда и Ампера доказывали существование магнитного поля вокруг проводника с током. Встал вопрос: Можно ли получить электрический ток за счет магнитного поля?

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Сын лондонского кузнеца переплетчик Майкл Фарадей родился в Лондоне 22 сентября 1791 г. Гениальный самоучка не имел возможности даже закончить начальную школу и проложил путь в науку сам. Уже в 1821 г., когда Фарадей получил электромагнитное вращение, он поставил своей целью "превратить магнетизм в электричество". Десять лет поисков и напряженного труда увенчались открытием 29 августа 1871 г. электромагнитной индукции. Один из основателей количественной электрохимии. Один из пионеров исследования каталитических реакций. Установил количественные законы электролиза.

Опыты Фарадея 1. Опыт с постоянным магнитом 1. Опыт с постоянным магнитом. Если в соленоид, который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); при этом отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита имеют противоположные направления. отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. при смене в опыте полюсов магнита направление отклонения стрелки также изменится для получения индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно магнита перемещать соленоид. Сила тока зависит от количества витков

Опыты Фарадея 2. Опыт с электромагнитом Концы одной из катушек, которая вставлена одна в другую, присоединяются к гальванометру, а через другую катушку пропускается ток. Наблюдается отклонение стрелки гальванометра: в моменты включения или выключения тока в моменты уменьшения или увеличения тока при перемещении катушек друг относительно друга. Направления отклонений стрелки гальванометра имеют противоположные направления при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек.

Случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В ходе работы он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда Колладон вводил магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Выводы: Меняющееся во времени магнитное поле первой катушки порождает (или, как говорят, индуцирует) электрический ток во второй катушке. индукционным током Этот ток называется индукционным током Индукционный ток в проводящем контуре возникает во всех тех случаях, когда меняется «количество линий» магнитного поля, пронизывающих контур. Величина силы тока в данном контуре зависит от скорости изменения количества линий.

Магнитный поток (Ф) Понятие магнитного потока является характеристикой количества линий магнитного поля, пронизывающих контур. S B Контур площади S, находящийся в магнитном поле с индукцией B. 1. магнитное поле перпендикулярно плоскости контура Φ = BS 2. вектор B образует угол α с нормалью к плоскости контура Φ = BS cos α n

Возникновение индукционного тока в замкнутом контуре в переменном магнитном поле показывает наличие в проводнике электрического поля(индуцированного или индукционного). Для получения количественных соотношений рассмотрим движение проводника в однородном магнитном поле. Электромагнитная индукция

Индукционное электрическое поле возникает только в системе отсчета связанной с землей.

Электромагнитное поле

Закон электромагнитной индукции Пусть проводник длиной l движется вдоль рельсов в однородном магнитном поле B с постоянной скоростью υ. сторонние силы При изменении магнитного потока, проходящего через контур, на свободные заряды в контуре действуют некоторые силы сторонние силы, вызывающие движение зарядов. Во внешнем контуре ток течет под действием кулоновского поля, зарядов, разделенных силой Лоренца.

Вихревое электрическое поле

- закон электромагнитной индукции ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения во времени магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.

Закон электромагнитной индукции Фарадея При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в этом контуре возникает ЭДС индукции, равная модулю скорости изменения магнитного потока.

Правило Ленца Два магнитных потока собственный и внешний связаны между собой строго определённым образом. Индукционный ток всегда имеет такое направление, что собственный магнитный поток препятствует изменению внешнего магнитного потока. Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Алгоритм решения задач на правило ЛЕНЦА 1. Определить направление вектора В внешнего магнитного поля 2.Определить, как изменяется магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром 3. Определить направление вектора Вi поля индукционного тока: а) если внешний магнитный поток увеличивается, то векторы противоположно направлены б) если магнитный поток. уменьшается, то векторы сонаправлены 4. Пользуясь правилом буравчика, определить направление индукционного тока в контуре. V

V 1. Определим направление вектора В внешнего поля (входит в южный полюс) 2. Магнит удаляется от кольца 3. Значит вектор магнитного поля индукционного тока сонаправлен с вектором В 4. По правилу буравчика определим направление индукционного тока ( т.е. магнитный поток уменьшается) B Bi I Задача: Определить направление индукционного тока в кольце

+ _ R B A Задача: Пользуясь правилом Ленца, определите направление индукционного тока в кольце С в следующих случаях: 1. При замыкании ключа в цепи кольца А против часовой стрелки 2. При размыкании ключа в цепи кольца А ( выполнить дома) 3. При замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают вправо по часовой стрелке 4. При замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают влево B Bi IiIi K С ( выполнить дома)

1.Рамка, имеющая форму равностороннего треугольника, помещена в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,1 Тл. Плоскость рамки составляет с направлением вектора магнитной индукции угол α = 30°. Определить длину стороны рамки, если при равномерном уменьшении магнитного поля до нуля за время t = 0,01 с в рамке индуцируется ЭДС E i = 2 × 10 3 В. 2. По пря­мо­му про­вод­ни­ку течет уве­ли­чи­ва­ю­щий­ся во вре­ме­ни ток. Определить направление индукционных токов в за­мкну­тых кон­ту­рах А и Б. a = 3 × 10 2 м

Медное кольцо радиусом r = 5 см помещают в однородное магнитное поле с индукцией В = 8 м Тл,перпендикулярно линиям индукции. Какой заряд пройдет по кольцу, если его повернуть на 180° вокруг оси, совпадающей с его диаметром? Сопротивление единицы длины кольца ρ = 2 м Ом/м. q = 0,2 Кл

В за­зо­ре между по­лю­са­ми элек­тро­маг­ни­та вра­ща­ет­ся с уг­ло­вой ско­ро­стью ω = 50 с –1 про­ во­лоч­ная рамка в форме по­лу­окруж­но­сти ра­ди­у­сом r = 4 см, со­дер­жа­щая N = 10 вит­ков про­во­да. Ось вра­ще­ния рамки про­хо­дит вдоль оси О рамки и на­хо­дит­ся вб­ли­зи края об­ла­ сти с по­сто­ян­ным од­но­род­ным маг­нит­ным полем с ин­дук­ци­ей В = 0,5 Тл (см. ри­су­нок), линии ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ляр­ны плос­ко­сти рамки. Концы об­мот­ки рамки за­мкну­ты через сколь­зя­щие кон­так­ты на ре­зи­стор с со­про­тив­ле­ни­ем R = 10 Ом. Пре­не­бре­гая со­про­тив­ле­ ни­ем рамки, най­ди­те теп­ло­вую мощ­ность, вы­де­ля­ю­щу­ю­ся в ре­зи­сто­ре.