Магнит өрісінде қозғалатын контурдағы электромагниттік индукция туралы Фарадей заңына сәйкес осы контурдағы магнит ағынының өзгеру жылдамдығына пропорционал ЭҚК пайда болады.

Фарадей тәжірибелері де (67) өрнекпен анықталатын электромагниттік индукцияның ЭҚК-і стационарлық контур өзгермелі магнит өрісіне енген кезде де болатынын анықтады (48-сурет).

Қозғалыстағы тізбектегі ЭҚК Лоренц күші әсерінен туындаса, оның қозғалмайтын контурда (өткізгіште) пайда болу механизмі түсініксіз болады. Әлбетте, контурдағы зарядтарды бөлетін сыртқы күш электростатикалық бастауға ие бола алмайды, өйткені кулондық күштер потенциалдар айырмасының ұлғаюына, оның теңестірілуіне әкелмейді.

48-сурет

ε көзінің ЭҚК жалпы анықтамасына сәйкес, (68)

мұндағы сыртқы күштердің өріс күші.

Басқа жақтан . (69)

(69) өрнектегі ішінара туынды таңба жалпы жағдайда магнит өрісінің индукциясы уақытқа ғана емес, координаталарға да тәуелді екенін көрсетеді.

(69) және (68) формулаларын ескере отырып, электромагниттік индукцияға арналған Фарадей заңы түрлендіріледі. . (70)

Алынған өрнекке (70) сәйкес контурға енетін магнит өрісінің кез келген өзгерісі сыртқы күштердің және өріс кернеулігінің пайда болуына әкеледі. нәтижесінде ЭҚК тізбегінде электромагниттік индукция пайда болады. Бұл жағдайда магнит өрісінің өзгеруі тізбектегі механикалық, химиялық, жылулық және басқа өзгерістермен қатар жүрмейді. Ағылшын физигіДж.Максвелл гипотезаны ұсынды, оған сәйкес контурдағы зарядтарды бөлетін сыртқы күштер электрлік сипатта болады. Сонда (70) қатынасты түрінде де жазуға болады . (71)

(71) формула бойынша өзгермелі магнит өрісінде электр өрісінің кернеулігі векторының циркуляциясы нөлге тең емес, яғни электр өрісі құйынды (49-сурет).

Кез келген кеңістікте құйынды электр өрісі пайда болатынын атап өту маңызды, яғни оның болуы үшін өткізгіш контурдың болуы қажет емес. Бірақ егер бұл өріс өткізгіш ортада пайда болса, онда ол құйынды токтардың немесе Фуко токтарының пайда болуына әкеледі (50-сурет).

Төмен кедергісі бар өткізгіштерде бұл токтар үлкен мәндерге жетуі мүмкін. Осыған байланысты олар жиі металл бөлшектерін қатайту кезінде индукциялық қыздыру, электронды құрылғы арматурасын газсыздандыру және т.б.


49-сурет 50-сурет

Электр машиналарының (электр қозғалтқыштары, электр генераторлары, трансформаторлар) жұмысы кезінде бұл токтар металл магниттік тізбектерінде қажетсіз жылу жоғалуына әкеледі. Шығындарды азайту үшін трансформаторлардың, статорлардың және электр машиналарының роторларының өзектері жұқа, бір-бірінен оқшауланған электр болаттан жасалған пластиналардан алынады. Басқа жағдайларда магниттік ядролар ретінде жоғары төзімді магниттік материалдар – ферриттер қолданылады.

Жұмыстың аяқталуы -

Бұл тақырып келесі бөлімге жатады:

Электростатикалық өріс

Физикалық және Химиялық қасиеттеріатомнан тірі жасушаға дейінгі заттар негізінен электрлік күштерге байланысты электр .. электростатикалық .. мысалы орта e вакуумдық ауа керосинді су ..

Егер сізге осы тақырып бойынша қосымша материал қажет болса немесе сіз іздеген нәрсені таппасаңыз, біздің жұмыстардың базасында іздеуді пайдалануды ұсынамыз:

Алынған материалмен не істейміз:

Егер бұл материал сізге пайдалы болып шықса, оны әлеуметтік желілердегі парақшаңызға сақтауға болады:

Осы бөлімдегі барлық тақырыптар:

Біртекті емес тізбектер
Токтың үздіксіз ағыны сыртқы күштермен қамтамасыз етілетін электр тізбегі n деп аталады

Вакуумдағы магнит өрісі
Тұрақты зарядтардың жанында электростатикалық өріс пайда болады. Зарядтардың қозғалысы (электр тогының ағыны) материяның жаңа формасының - магнит өрісінің пайда болуына әкеледі. Бұл адам

Магниттік индукция векторының циркуляциясы
Электростатикаға ұқсастық бойынша тұйық контур бойымен векторлық циркуляция түсінігі анықталады

Біртекті магнит өрісіндегі ток бар тізбек
Ампер заңын біркелкі магнит өрісіндегі ток бар тікбұрышты контурға қолданамыз. Күш «a» шеттеріне әсер етеді

Біртекті емес магнит өрісіндегі ток бар тізбек
Тогы бар тізбек біркелкі емес магнит өрісінде болса, оның әр түрлі бөліктеріне тең емес күштер әсер етеді.

Радиалды магнит өрісіндегі ток бар тізбек
(37) және (38) формулалардан біртекті магнит өрісінде ток бар тізбекке әсер ететін момент максималды болады, егер

Электр қозғалтқыштары
23-суреттен магнит полюстерінің таңдалған бағытымен және контурдағы токтың бағытымен айналу моменті «бізге» бағытталған, яғни ол тізбекті сағатқа қарсы бұруға бейім болады.

Магниттік өріс жұмысы
Егер магнит өрісі жағынан ток бар өткізгішке әсер ететін амперлік күш оның қозғалысын тудырса, онда шамамен

Заттардың магниттелуі
Әртүрлі заттармагнит өрісінде олар магниттеледі, яғни магниттік моментке ие болып, өздері магнит өрісінің көздеріне айналады. Ортада пайда болған магнит өрісі өрістердің қосындысы болып табылады

Диа-, пара- және ферромагнетиктер және олардың қолданылуы
Атомның магниттік моменті бірнеше құрамдастарды қамтиды, мұнда

Диамагнетиктер
Кейбір атомдарда (Cu, Au, Zn, т.б.) электронды қабықшалар орбиталық және спиндік моменттері өзара компенсацияланатындай құрылымға ие және жалпы атомның магниттік моменті n-ге тең.

Парамагнетиктер
Al, Mn, Os және т.б. сияқты заттардың атомдары компенсацияланбаған толық орбиталық импульске ие, яғни сыртқы өріс болмаған жағдайда олардың өзіндік магниттік моменттері болады. Жылулық

Ферромагнетиктер және олардың қолданылуы
Магниттік өткізгіштігі жүздеген, тіпті миллиондаған бірлікке жететін заттар оқшауланады

Электромагниттік индукция
Электр энергиясын өндірудің заманауи әдісі негізделген физикалық құбылыс 1831 жылы Фарадей ашқан электромагниттік индукция. Қазіргі заманғы энергия барған сайын көбірек

Электромагниттік индукция құбылысы
Электромагниттік индукцияның мәнін және осы құбылысқа әкелетін принциптерді қарастырыңыз. 1-2 өткізгіш магнит өрісінде жылдамдықпен қозғалады делік

Қуат генераторы
Фарадей заңы табиғаттың негізгі заңдарына сілтеме жасайды және энергияның сақталу заңының салдары болып табылады. Ол техникада, атап айтқанда генераторларда кеңінен қолданылады. Негізгі сағат

Өзіндік индукция
Электромагниттік индукция құбылысы контурға енетін магнит ағыны өзгеретін барлық жағдайларда байқалады. Атап айтқанда, магнит ағыны тізбектің өзінде ағып жатқан ток арқылы да жасалады. Сол себепті

Индуктивтілігі бар тізбектердегі өтпелі процестер
Құрамында индуктивтілігі мен кедергісі бар тізбекті қарастырайық (44-сурет). Бастапқы күйде S пернесі бейтарап күйде болды. t уақытында болсын

Өзара индукция. Трансформатор
Өзара индукция құбылысы электромагниттік индукция құбылысының ерекше жағдайы болып табылады. Екі контурды орналастырайық

Максвелл теңдеулері
19 ғасырдың ортасына қарай электр және магнетизм туралы көптеген тәжірибелік дәлелдер жинақталды. Бұған М.Фарадей баға жетпес үлес қосты.

Магниттік өріс энергиясы
Магнит өрісінің энергиясын есептейік. Ол үшін индуктивтілігі бар тізбектегі ток көзінің жұмысын есептейміз. Мұндай тізбектегі ток Ом заңы бойынша орнатылғанда, бізде iR = ε болады.

Айнымалы ток
Дж.Максвеллдің тікелей гипотезасына сәйкес өзгермелі магнит өрісі айнымалы электр өрісін тудырады. Максвеллдің кері гипотезасы айнымалы электр тогын айтады

Максвелл теңдеулері
1860-65 жж. Максвелл сингл теориясын жасады электромагниттік өріс, ол Максвелл теңдеулер жүйесімен сипатталады

Индукцияның ЭҚК не уақыт бойынша өзгеретін өріске орналастырылған қозғалмайтын өткізгіште, не уақыт өте өзгермейтін магнит өрісінде қозғалатын өткізгіште болады. Екі жағдайда да ЭҚК мәні заңмен (12.2) анықталады, бірақ ЭҚК-нің шығу тегі әртүрлі. Алдымен бірінші жағдайды қарастырайық.

Алдымызда трансформатор тұрсын - өзекке салынған екі катушкалар. Желіге бастапқы ораманы қосқаннан кейін, егер ол жабық болса, біз қайталама орамдағы токты аламыз (246-сурет). Екінші сымдардағы электрондар қозғала бастайды. Бірақ оларды қандай күштер қозғалтады? Магнит өрісінің өзі катушкаға еніп, мұны істей алмайды, өйткені магнит өрісі тек қозғалатын зарядтарға әсер етеді (оның электрліктен айырмашылығы осы), ал электрондары бар өткізгіш қозғалыссыз.

Магниттік өрістен басқа зарядтарға электр өрісі де әсер етеді. Сонымен қатар, ол стационарлық зарядтармен де әрекет ете алады. Бірақ осы уақытқа дейін талқыланған өріс (электростатикалық және стационарлық өріс) электр зарядтары арқылы жасалады, ал индукциялық ток айнымалы магнит өрісінің әсерінен пайда болады. Бұл стационарлық өткізгіштегі электрондар электр өрісімен қозғалатынын және бұл өрістің айнымалы магнит өрісі арқылы тікелей туындайтынын көрсетеді. Осылайша, өрістің жаңа іргелі қасиеті бекітілді: уақыт бойынша өзгеріп, магнит өрісі электр өрісін тудырады. Максвелл алғаш рет осындай қорытындыға келді.

Енді электромагниттік индукция құбылысы біздің алдымызда жаңа қырынан көрінеді. Ондағы ең бастысы - магнит өрісі арқылы электр өрісін құру процесі. Бұл жағдайда өткізгіш контурдың болуы, мысалы, катушка, мәселенің мәнін өзгертпейді. Бос электрондар (немесе басқа бөлшектер) бар өткізгіш тек пайда болатын электр өрісін анықтауға мүмкіндік береді. Өріс өткізгіштегі электрондарды қозғалысқа келтіреді және осылайша өзін көрсетеді. Қозғалмайтын өткізгіштегі электромагниттік индукция құбылысының мәні индукциялық токтың пайда болуында емес, электр зарядтарын қозғалысқа келтіретін электр өрісінің пайда болуынан тұрады.

Магнит өрісінің өзгеруінен пайда болатын электр өрісі электростатикалыққа қарағанда мүлдем басқа құрылымға ие. Ол электр зарядтарымен тікелей байланысты емес және оның кернеу сызықтары оларда басталып, аяқтала алмайды. Олар әдетте еш жерде басталмайды немесе аяқталмайды, бірақ магнит өрісінің индукция сызықтарына ұқсас тұйық сызықтар. Бұл құйынды электр өрісі деп аталады (247-сурет).

Оның күш сызықтарының бағыты индукциялық токтың бағытымен сәйкес келеді. Зарядқа құйынды электр өрісі жағынан әсер ететін күш әлі де тең: Бірақ стационарлық электр өрісінен айырмашылығы, құйынды өрістің тұйық жолдағы жұмысы нөлге тең емес. Шынында да, заряд кернеудің тұйық сызығы бойымен қозғалғанда

жолдың барлық учаскелеріндегі электр өрісі (247-сурет) жұмысы бірдей таңбаға ие болады, өйткені күш пен орын ауыстыру бағыты бойынша сәйкес келеді. Жалғыз оң зарядты тұйық жолға жылжыту үшін құйынды электр өрісінің жұмысы қозғалмайтын өткізгіштегі индукцияның ЭҚК-і болып табылады.

Бетатрон. Күшті электромагниттің магнит өрісінің жылдам өзгеруімен электр өрісінің қуатты құйындары пайда болады, олар электрондарды жарық жылдамдығына жақын жылдамдыққа дейін жеделдету үшін пайдаланылуы мүмкін. Электрондық үдеткіш – бетатронның құрылғысы осы принципке негізделген. Бетатрондағы электрондар М электромагнитінің саңылауына орналастырылған сақиналы вакуумдық камера К ішіндегі құйынды электр өрісінің әсерінен үдетіледі (248-сурет).

Айнымалы магнит өрісі пайда болады индукцияланған электр өрісі... Егер магнит өрісі тұрақты болса, онда индукцияланған электр өрісі пайда болмайды. Демек, индукцияланған электр өрісі зарядтармен байланысты емесэлектростатикалық өріс жағдайында сияқты; оның күш сызықтары зарядтармен басталмайды немесе аяқталмайды, бірақ өздігінен тұйықталған, магнит өрісінің күш сызықтары сияқты. Бұл дегеніміз индукцияланған электр өрісімагнит сияқты құйын болып табылады.

Егер айнымалы магнит өрісіне қозғалмайтын өткізгіш қойылса, онда онда e индукцияланады. және т.б. Электрондар айнымалы магнит өрісімен индукцияланған электр өрісі арқылы бағытталған қозғалысқа орнатылады; индукцияланған электр тогы пайда болады. Бұл жағдайда өткізгіш тек индукцияланған электр өрісінің көрсеткіші болып табылады. Өріс өткізгіштегі бос электрондарды қозғалысқа келтіреді және осылайша өзін көрсетеді. Енді бұл өріс энергия қоры бар өткізгішсіз де бар деп айтуға болады.

Электромагниттік индукция құбылысының мәні индукциялық токтың пайда болуында емес, құйынды электр өрісінің пайда болуында.

Электродинамиканың бұл іргелі позициясын Максвелл Фарадейдің электромагниттік индукция заңының жалпылауы ретінде белгіледі.

Электростатикалық өрістен айырмашылығы индукцияланған электр өрісі потенциалды емес, өйткені бір оң заряд тұйық контур бойымен қозғалғанда индукцияланған электр өрісінде орындалатын жұмыс е-ге тең. және т.б. индукция, нөл емес.

Құйынды электр өрісінің қарқындылық векторының бағыты электромагниттік индукцияның Фарадей заңына және Ленц ережесіне сәйкес белгіленеді. Құйынды электрлік күш сызықтарының бағыты. өріс индукциялық токтың бағытымен сәйкес келеді.

Құйынды электр өрісі өткізгіш болмаған кезде болатындықтан, оны зарядталған бөлшектерді жарық жылдамдығымен салыстырылатын жылдамдыққа дейін жеделдету үшін пайдалануға болады. Электрондық үдеткіштердің – бетатрондардың әрекеті дәл осы принципті қолдануға негізделген.

Индукциялық электр өрісінің электростатикалық өріске қарағанда мүлде басқа қасиеттері бар.

Құйынды электр өрісі мен электростатикалық арасындағы айырмашылық

1) Ол электр зарядтарымен байланысты емес;
2) Бұл өрістің күш сызықтары әрқашан тұйық болады;
3) Тұйық траектория бойынша зарядтардың қозғалысына құйынды өріс күштерінің жұмысы нөлге тең емес.

электростатикалық өріс

индукциялық электр өрісі
(құйынды электр өрісі)

1. қозғалыссыз электр арқылы жасалған. алымдар 1.Магнит өрісінің өзгеруіне байланысты
2.өріс сызықтары ашық – потенциалды өріс 2. күш сызықтары тұйық - құйынды өріс
3. Өріс көздері электр болып табылады. алымдар 3.өріс көздерін көрсету мүмкін емес
4. сынақ зарядын тұйық жол бойымен жылжыту үшін өріс күштерінің жұмысы = 0. 4.Өрістің жұмысы сынақ зарядын тұйық жол бойымен жылжытуға мәжбүр етеді = индукция ЭҚК

Егер магнит өрісіндегі тұйық өткізгіш қозғалыссыз болса, онда индукция ЭҚК-нің пайда болуын Лоренц күшінің әрекетімен түсіндіру мүмкін емес, өйткені ол тек қозғалатын зарядтарға әсер етеді.

Зарядтардың қозғалысы электр өрісінің әсерінен де болуы мүмкін екені белгілі.Сондықтан қозғалмайтын өткізгіштегі электрондар электр өрісінің әсерінен қозғалысқа келтіріледі және бұл өріс айнымалы магнит арқылы тікелей туындайды деп болжауға болады. өріс. Бұл тұжырымға алғаш рет Дж.Максвелл келді.

Айнымалы магнит өрісінің әсерінен пайда болатын электр өрісі деп аталады индукцияланған электр өрісі... Ол айнымалы магнит өрісі бар кеңістіктің кез келген нүктесінде, онда өткізгіш контурдың бар-жоғына қарамастан жасалады. Контур тек пайда болатын электр өрісін анықтауға мүмкіндік береді. Осылайша, Дж.Максвелл М.Фарадейдің электромагниттік индукция құбылысы туралы идеяларын қорытып, дәл осы магнит өрісінің өзгеруінен туындаған индукциялық электр өрісінің пайда болуында болатынын көрсетті. физикалық мағынасыэлектромагниттік индукция құбылысы.

Индукцияланған электр өрісі белгілі электростатикалық және стационарлық электр өрістерінен ерекшеленеді.

1. Ол зарядтардың қандай да бір таралуынан емес, айнымалы магнит өрісінен туындайды.

2. Оң зарядтардан басталып, теріс зарядтармен аяқталатын электростатикалық және стационарлық электр өрістерінің қарқындылық сызықтарынан айырмашылығы, индукцияланған өрістің қарқындылық сызықтары – тұйық сызықтар... Сондықтан бұл өріс құйынды өріс.

Зерттеулер магнит өрісінің индукция сызықтары мен құйынды электр өрісінің қарқындылық сызықтары өзара перпендикуляр жазықтықта орналасқанын көрсетті. Құйынды электр өрісі оны ереже бойынша басқаратын айнымалы магнит өрісімен байланысты сол жақ бұранда:

егер сол жақ бұранданың ұшы бағытта аудармалы қозғалса ΔΒ , онда бұранда басының айналуы индукцияланған электр өрісінің қарқындылық сызықтарының бағытын көрсетеді (1-сурет).

3. Индукцияланған электр өрісі потенциал емес... Индукциялық ток өтетін өткізгіштің кез келген екі нүктесі арасындағы потенциалдар айырымы 0-ге тең.Заряд тұйық жол бойымен қозғалғанда бұл өрістің жұмысы нөлге тең емес. Индукцияның ЭҚК - индукцияланған электр өрісінің қарастырылған тұйық контур бойымен бірлік зарядтың қозғалысы бойынша жұмысы, яғни. потенциал емес, индукцияның ЭҚК индукцияланған өрістің энергетикалық сипаттамасы болып табылады.

Әдебиет

Аксенович Л.А. Физика орта мектеп: Теория. Тапсырмалар. Тест тапсырмалары: Оқулық. обс. алуды қамтамасыз ететін мекемелерге жәрдемақы. орталар, білім беру / Л.А.Аксенович, Н.Н.Ракина, К.С.Фарино; Ред. К.С.Фарино. - Минск: Adukatsya i vyhavanne, 2004. - S. 350-351.

Потенциалды кулондық электрліктен басқа, кернеудің тұйық сызықтары болатын құйынды өріс бар. Білу жалпы қасиеттеріэлектр өрісі, құйынның табиғатын түсіну оңайырақ. Ол өзгермелі магнит өрісінің әсерінен пайда болады.

Қозғалмайтын өткізгіштің индукциялық тогы неге байланысты? Электр өрісінің индукциясы дегеніміз не? Бұл сұрақтарға жауап, сондай-ақ құйынды және электростатикалық және стационарлық, Фуко токтары, ферриттер және басқалар арасындағы айырмашылықты келесі мақаладан білесіз.

Магнит ағыны қалай өзгереді

Магниттік өрістен кейін пайда болған құйынды электр өрісі электростатикалық өрістен мүлдем басқа түрге ие. Оның зарядтармен тікелей байланысы жоқ, оның сызықтарындағы шиеленіс басталып та аяқталмайды. Бұл магнит өрісі сияқты тұйық сызықтар. Сондықтан оны құйынды электр өрісі деп атайды.

Магниттік индукция

Кернеу неғұрлым көп болса, магнит индукциясы соғұрлым тез өзгереді. Ленц ережесі былай дейді: магниттік индукцияның жоғарылауымен электр өрісінің кернеулігі векторының бағыты басқа вектордың бағытымен сол жақ бұранданы жасайды. Яғни, сол жақ бұранда керілу сызықтарымен бағытта айналғанда, оның трансляциялық қозғалысы магниттік индукция векторының қозғалысымен бірдей болады.

Егер магнит индукциясы төмендесе, онда кернеу векторының бағыты басқа вектордың бағытымен оң бұранданы жасайды.

Күш күш сызықтары индукциялық токпен бірдей бағытта болады. Құйынды электр өрісі зарядқа бұрынғыдай күшпен әсер етеді. Бірақ бұл жағдайда оның зарядты жылжыту жұмысы стационарлық электр өрісіндегі сияқты нөлден ерекшеленеді. Күш пен қозғалыстың бағыты бірдей болғандықтан, тұйық кернеу сызығының бойындағы бүкіл жол бойындағы жұмыс бірдей болады. Мұндағы оң бірлік зарядтың жұмысы өткізгіштегі индукцияның электр қозғаушы күшіне тең болады.

Массивті өткізгіштердегі индукциялық токтар

Массивтік өткізгіштерде индукциялық токтар максималды болады. Бұл олардың қарсылығы аз болғандықтан.

Мұндай ағымдар Фуко ағымдары деп аталады (бұл оларды зерттеген француз физигі). Оларды өткізгіштердің температурасын өзгерту үшін пайдалануға болады. Дәл осы принцип индукциялық пештерге, мысалы, тұрмыстық микротолқынды пештерге енгізілген. Ол металдарды балқыту үшін де қолданылады. Электромагниттік индукция сонымен қатар әуежай терминалдарында, театрларда және т.б. орналасқан металл іздегіштерде қолданылады қоғамдық орындардакөп адамдармен.

Бірақ Фуко ағымдары жылу өндіру үшін энергияның жоғалуына әкеледі. Сондықтан трансформаторлардың, электр қозғалтқыштарының, генераторлардың және басқа құрылғылардың өзектерін темірден тұтас емес, бір-бірінен оқшауланған әртүрлі плиталардан жасайды. Пластиналар құйынды электр өрісі бар қарқындылық векторына қатысты қатаң түрде перпендикуляр күйде болуы керек. Содан кейін пластиналар токқа максималды қарсылыққа ие болады және жылудың ең аз мөлшері бөлінеді.

Ферриттер

Радиоаппаратура ең жоғары жиілікте жұмыс істейді, олардың саны секундына миллиондаған тербелістерге жетеді. Мұнда негізгі катушкалар тиімді болмайды, өйткені әрбір пластинада Фуко токтары пайда болады.

Ферриттер деп аталатын магнитті оқшаулағыштар бар. Олардағы құйынды токтар магниттелуді өзгерту кезінде пайда болмайды. Сондықтан жылу үшін энергия шығыны барынша азайтылады. Олар жоғары жиілікті трансформаторлар, транзисторлық антенналар және т.б. үшін пайдаланылатын ядроларды жасау үшін қолданылады. Олар престелген және термиялық өңделген бастапқы заттардың қоспасынан алынады.

Егер ферромагнетиктегі магнит өрісі тез өзгерсе, бұл индукциялық токтардың пайда болуына әкеледі. Олардың магнит өрісі ядродағы магнит ағынының өзгеруіне жол бермейді. Сондықтан ағын өзгермейді, ал ядро ​​қайта магниттеледі. Ферриттердегі құйынды токтардың аздығы сонша, олар тез қайта магниттеледі.


Жабық