Elektrostatinio lauko potencialas arba sūkurys. Sūkurinis elektrinis laukas – žinių hipermarketas. Didaktinės kompiuterio savybės
Pagal Faradėjaus dėsnį dėl elektromagnetinės indukcijos grandinėje, kuri juda magnetiniame lauke, EML atsiranda proporcingas magnetinio srauto kitimo greičiui šioje grandinėje.
Faradėjaus eksperimentai taip pat nustatė, kad elektromagnetinės indukcijos EML, apibrėžtas išraiška (67), taip pat atsiranda, kai fiksuota grandinė prasiskverbia į kintantį magnetinį lauką (48 pav.).
Jei judančioje grandinėje EML priežastis yra Lorenco jėga, tada jos atsiradimo fiksuotoje grandinėje (laidininke) mechanizmas tampa neaiškus. Akivaizdu, kad išorinė jėga, skirianti krūvius grandinėje, negali būti elektrostatinės kilmės, nes Kulono jėgos nesukelia potencialų skirtumo padidėjimo, jo išlyginimo.
48 pav
Pagal bendrą EML šaltinio apibrėžimą ε , (68)
kur yra išorinių jėgų lauko stipris.
Iš kitos pusės 
. (69)
Dalinės išvestinės simbolis išraiškoje (69) rodo, kad bendruoju atveju magnetinio lauko indukcija priklauso ne tik nuo laiko, bet ir nuo koordinačių.
Atsižvelgiant į (69) ir (68) formules, Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis transformuojamas į formą 
. (70)
Pagal gautą išraišką (70) bet koks magnetinio lauko, prasiskverbiančio į grandinę, pokytis lemia išorinių jėgų u lauko stiprumo atsiradimą. dėl to elektromagnetinės indukcijos atsiradimas EML grandinėje. Šiuo atveju magnetinio lauko pasikeitimas nėra lydimas mechaninių, cheminių, terminių ir kitų grandinės pokyčių. anglų fizikas J. Maxwellas pasiūlė hipotezę, pagal kurią išorinės jėgos, skiriančios krūvius grandinėje, yra elektrinio pobūdžio. Tada santykis (70) taip pat gali būti parašytas kaip 
. (71)
Pagal (71) formulę kintančiame magnetiniame lauke elektrinio lauko stiprumo vektoriaus cirkuliacija nėra lygi nuliui, tai yra, elektrinis laukas yra sūkurys (49 pav.).
Svarbu pažymėti, kad sūkurinis elektrinis laukas atsiranda bet kurioje erdvėje, tai yra, jo egzistavimui laidžios grandinės buvimas nėra būtinas. Bet jei šis laukas atsirado laidžioje terpėje, tai sukelia sūkurinių srovių arba Foucault srovių atsiradimą (50 pav.).
Mažos varžos laiduose šios srovės gali pasiekti dideles vertes. Šiuo atžvilgiu jie dažnai naudojami metalinių dalių indukciniam šildymui kietėjimo metu, elektroninių prietaisų jungiamųjų detalių degazavimui ir kt.
49 pav. 50 pav
Veikiant elektros mašinoms (elektriniams varikliams, generatoriams, transformatoriams), šios srovės sukelia nepageidaujamus šilumos nuostolius metalinėse magnetinėse grandinėse. Siekiant sumažinti nuostolius, transformatorių, statorių ir elektros mašinų rotorių šerdys yra įdarbinamos iš plonų elektrotechninio plieno plokščių, izoliuotų viena nuo kitos. Kitais atvejais kaip magnetinės grandinės naudojamos didelės varžos magnetinės medžiagos – feritai.
Darbo pabaiga -
Ši tema priklauso:
elektrostatinis laukas
Fizinės ir Cheminės savybės medžiagos iš atomo į gyvą ląstelę daugiausia paaiškinamos elektrinėmis jėgomis. elektrinis.. elektrostatinis.. pavyzdys vidutinis e vakuuminis oro žibalinis vanduo.
Jei jums reikia papildomos medžiagos šia tema arba neradote to, ko ieškojote, rekomenduojame pasinaudoti paieška mūsų darbų duomenų bazėje:
Ką darysime su gauta medžiaga:
Jei ši medžiaga jums pasirodė naudinga, galite ją išsaugoti savo puslapyje socialiniuose tinkluose:
| tviteryje |
Visos temos šiame skyriuje:
Heterogeninės grandinės
Elektros grandinė, kurioje nenutrūkstamą srovės tekėjimą užtikrina išorinės jėgos, vadinama n
Magnetinis laukas vakuume
Šalia stacionarių krūvių susidaro elektrostatinis laukas. Krūvių judėjimas (elektros srovės srautas) lemia išvaizdą nauja forma materija – magnetinis laukas. Tai žmogus
Magnetinės indukcijos vektoriaus cirkuliacija
Analogiškai su elektrostatika apibrėžiama vektoriaus cirkuliacijos uždarame kontūre sąvoka
Grandinė su srove vienodame magnetiniame lauke
Taikykime Ampero dėsnį stačiakampei grandinei, kurios srovė yra vienodame magnetiniame lauke. Kraštai "a" yra veikiami jėgos
Grandinė su srove netolygiame magnetiniame lauke
Jei srovę nešanti grandinė yra netolygiame magnetiniame lauke, tai skirtingose jos dalyse veikia nevienodos jėgos
Grandinė su srove radialiniame magnetiniame lauke
Iš (37) ir (38) formulių matyti, kad vienodame magnetiniame lauke sukimo momentas, veikiantis srovės tekėjimo grandinę, yra didžiausias, jei
Elektros varikliai
Iš 23 paveikslo matyti, kad pasirinkus magnetų polių orientaciją ir srovės kryptį grandinėje, sukimo momentas yra nukreiptas „į mus“, tai yra, jis linkęs sukti grandinę prieš laikrodžio rodyklę.
Magnetinio lauko darbas
Jei amperinė jėga, veikianti srovę nešantį laidininką iš magnetinio lauko, priverčia jį judėti, tada o
Medžiagų įmagnetinimas
Įvairios medžiagos magnetiniame lauke jie įmagnetinami, tai yra įgauna magnetinį momentą ir patys tampa magnetinių laukų šaltiniais. Gautas magnetinis laukas terpėje yra laukų suma,
Dia-, para- ir feromagnetai ir jų taikymas
Atomo magnetinis momentas apima keletą komponentų, kur
Diamagnetai
Kai kurių atomų (Cu, Au, Zn ir kt.) elektronų apvalkalai turi tokią struktūrą, kad orbitos ir sukimosi momentai yra tarpusavyje kompensuojami, o apskritai atomo magnetinis momentas yra n.
Paramagnetai
Tokių medžiagų kaip Al, Mn, Os ir kt. atomai turi nekompensuotą bendrą orbitinį momentą, tai yra, nesant išorinio lauko, jie turi savo magnetinius momentus. Šiluminis
Feromagnetai ir jų pritaikymas
Medžiagos, kurių magnetinis pralaidumas siekia šimtus ir net milijonus vienetų, yra izoliuotos
Elektromagnetinė indukcija
Šiuolaikinio elektros gamybos metodo esmė yra fizinis reiškinys elektromagnetinė indukcija, kurią 1831 m. atrado Faradėjus. Šiuolaikinė energija vis labiau
Elektromagnetinės indukcijos reiškinys
Apsvarstykite elektromagnetinės indukcijos esmę ir principus, kurie lemia šį reiškinį. Tarkime, kad laidininkas 1-2 juda magnetiniame lauke dideliu greičiu
Elektros generatorius
Faradėjaus dėsnis nurodo pagrindinius gamtos dėsnius ir yra energijos tvermės dėsnio pasekmė. Jis plačiai naudojamas inžinerijoje, ypač generatoriuose. Pagrindinė valanda
savęs indukcija
Elektromagnetinės indukcijos reiškinys stebimas visais atvejais, kai keičiasi į grandinę prasiskverbiantis magnetinis srautas. Visų pirma, magnetinį srautą taip pat sukuria srovė, tekanti pačioje grandinėje. Poeto
Pereinamieji procesai grandinėse su induktyvumu
Apsvarstykite grandinę, kurioje yra induktyvumas ir aktyvioji varža (44 pav.). Pradinėje būsenoje raktas S buvo neutralioje padėtyje. Leiskite laiku t
Abipusė indukcija. Transformatorius
Abipusės indukcijos reiškinys yra ypatingas elektromagnetinės indukcijos reiškinio atvejis. Pasodinkime du arklius
Maksvelo lygtys
Į devynioliktos vidurys amžiuje buvo sukaupta daug eksperimentinių faktų apie elektrą ir magnetizmą. Prie to neįkainojamą indėlį įnešė M. Faradėjus, kurio sėkmę vainikavo
Magnetinio lauko energija
Apskaičiuokime magnetinio lauko energiją. Norėdami tai padaryti, apskaičiuojame srovės šaltinio darbą grandinėje su induktyvumu. Kai tokioje grandinėje pagal Ohmo dėsnį nustatoma srovė, gauname iR = ε
Poslinkio srovė
Remiantis tiesiogine J. Maxwell hipoteze, kintantis magnetinis laukas sukuria kintamąjį elektrinį lauką. Maksvelo atvirkštinė hipotezė teigia, kad kintamasis elektrinis
Maksvelo lygtys
1860-65 metais. Maksvelas sukūrė vienybės teoriją elektromagnetinis laukas, kuri apibūdinama Maksvelo lygčių sistema
EML indukcija įvyksta arba stacionariame laidininke, esančiame laike kintančiame lauke, arba laidininke, judančiame magnetiniame lauke, kuris laikui bėgant gali nesikeisti. EML vertę abiem atvejais nustato įstatymas (12.2), tačiau EML kilmė skiriasi. Pirmiausia apsvarstykite pirmąjį atvejį.
Tegul prieš mus yra transformatorius – dvi ritės, uždėtos ant šerdies. Įtraukę pirminę apviją į tinklą, gausime srovę antrinėje apvijoje (246 pav.), jei ji uždaryta. Antriniuose laiduose esantys elektronai judės. Bet kokios jėgos priverčia juos judėti? Pats magnetinis laukas, prasiskverbiantis į ritę, to negali padaryti, nes magnetinis laukas veikia tik judančius krūvius (tuo jis skiriasi nuo elektrinio), o laidininkas su jame esančiais elektronais yra nejudantis.
Be magnetinio lauko, krūviams įtakos turi ir elektrinis laukas. Be to, jis taip pat gali veikti su stacionariais įkrovimais. Bet juk laukas, apie kurį buvo kalbama iki šiol (elektrostatinis ir stacionarus laukas), sukuriamas elektros krūvių, o indukcinė srovė atsiranda veikiant kintamam magnetiniam laukui. Tai rodo, kad elektronus fiksuotame laidininke pajudina elektrinis laukas, o šis laukas yra tiesiogiai generuojamas kintamo magnetinio lauko. Taigi patvirtinama nauja pagrindinė lauko savybė: keičiantis laikui, magnetinis laukas sukuria elektrinį lauką. Tokią išvadą pirmasis padarė Maxwellas.
Dabar elektromagnetinės indukcijos reiškinys pasirodo prieš mus naujoje šviesoje. Pagrindinis dalykas jame yra elektrinio lauko generavimo magnetiniu lauku procesas. Šiuo atveju laidžios grandinės, pavyzdžiui, ritės, buvimas nekeičia reikalo esmės. Laidininkas, turintis laisvųjų elektronų (ar kitų dalelių), leidžia aptikti tik atsirandantį elektrinį lauką. Laukas pajudina elektronus laidininke ir taip atsiskleidžia. Elektromagnetinės indukcijos reiškinio fiksuotame laidininke esmė yra ne tiek indukcijos srovės atsiradimas, kiek elektrinio lauko, kuris paleidžia elektros krūvius, atsiradimas.
Elektrinis laukas, atsirandantis dėl magnetinio lauko pasikeitimo, turi visiškai kitokią struktūrą nei elektrostatinis. Jis nėra tiesiogiai susijęs su elektros krūviais, jo įtempimo linijos negali prasidėti ir baigtis ant jų. Paprastai jos niekur neprasideda ir nesibaigia, o yra uždaros linijos, panašios į magnetinio lauko indukcijos linijas. Tai vadinamasis sūkurinis elektrinis laukas (247 pav.).
Jo jėgų linijų kryptis sutampa su indukcijos srovės kryptimi. Jėga, veikianti iš sūkurinio elektrinio lauko pusės į krūvį, vis tiek yra lygi: Bet skirtingai nuo stacionaraus elektrinio lauko, sūkurio lauko darbas uždarame kelyje nėra lygus nuliui. Iš tiesų, kai krūvis juda išilgai uždaros įtampos linijos
elektrinis laukas (247 pav.), darbas visose tako atkarpose turės tą patį ženklą, nes jėga ir poslinkis sutampa kryptimi. Sūkurinio elektrinio lauko darbas, judinant vieną teigiamą krūvį uždarame kelyje, yra indukcinis EMF stacionariame laidininke.
Betatronas. Sparčiai kintant stipraus elektromagneto magnetiniam laukui, atsiranda galingi elektrinio lauko sūkuriai, kuriais galima pagreitinti elektronus iki greičio, artimo šviesos greičiui. Šiuo principu pagrįstas elektronų greitintuvo įtaisas – betatronas. Betatrono elektronus pagreitina sūkurinis elektrinis laukas, esantis žiedinės vakuuminės kameros K viduje, patalpintos į elektromagneto M tarpą (248 pav.).
Susidaro kintamasis magnetinis laukas indukuotas elektrinis laukas. Jei magnetinis laukas pastovus, tai indukuoto elektrinio lauko nebus. Vadinasi, indukuotas elektrinis laukas nesusijęs su krūviais, kaip ir elektrostatinio lauko atveju; jos jėgos linijos neprasideda ir nesibaigia dėl kaltinimų, o yra uždaros pačios, kaip ir magnetinio lauko jėgos linijos. Tai reiškia kad indukuotas elektrinis laukas, kaip magnetas yra sūkurys.
Jei stacionarus laidininkas yra patalpintas į kintamąjį magnetinį lauką, tai jame indukuojama e. d.s. Elektronus nukreiptu judesiu varo elektrinis laukas, sukeltas kintamo magnetinio lauko; atsiranda indukuota elektros srovė. Šiuo atveju laidininkas yra tik indukuoto elektrinio lauko indikatorius. Laukas pajudina laisvuosius elektronus laidininke ir taip atsiskleidžia. Dabar galima teigti, kad šis laukas egzistuoja ir be laidininko, turintis energijos rezervą.
Elektromagnetinės indukcijos reiškinio esmė slypi ne tiek indukuotos srovės, kiek sūkurinio elektrinio lauko atsiradime.
Šią pagrindinę elektrodinamikos poziciją Maxwell nustatė kaip Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnio apibendrinimą.
Skirtingai nuo elektrostatinio lauko, indukuotasis elektrinis laukas yra nepotencialus, nes darbas indukuotame elektriniame lauke judant vieną teigiamą krūvį uždara grandine yra e. d.s. indukcija, o ne nulis.
Sūkurinio elektrinio lauko intensyvumo vektoriaus kryptis nustatoma pagal Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnį ir Lenco taisyklę. Sūkurio jėgos linijų kryptis el. laukas sutampa su indukcijos srovės kryptimi.
Kadangi sūkurinis elektrinis laukas egzistuoja ir nesant laidininko, jį galima panaudoti įkrautoms dalelėms pagreitinti iki greičio, palyginamo su šviesos greičiu. Būtent šiuo principu grindžiamas elektronų greitintuvų – betatronų – veikimas.
Indukcinis elektrinis laukas turi visiškai skirtingas savybes, priešingai nei elektrostatinis laukas.
Skirtumas tarp sūkurinio elektrinio lauko ir elektrostatinio
1) nėra prijungtas prie elektros krūvių;
2) Šio lauko jėgos linijos visada yra uždaros;
3) Sūkurio lauko jėgų darbas krūviams judant uždara trajektorija nėra lygus nuliui.
|
elektrostatinis laukas |
indukcinis elektrinis laukas |
| 1. sukūrė nejudantis el. mokesčiai | 1. sukeltas magnetinio lauko pakitimų |
| 2. lauko linijos atviros – potencialus laukas | 2. jėgos linijos uždaros – sūkurinis laukas |
| 3. Lauko šaltiniai yra elektr. mokesčiai | 3. lauko šaltiniai negali būti nurodyti |
| 4. lauko jėgų darbas judant bandomąjį krūvį uždaru keliu = 0. | 4. lauko jėgų darbas bandomojo krūvio judėjimui uždaru keliu \u003d indukcinis EMF |
Jei uždaras laidininkas, esantis magnetiniame lauke, yra nejudantis, neįmanoma paaiškinti indukcinio EML atsiradimo Lorenco jėgos poveikiu, nes jis veikia tik judančius krūvius.
Yra žinoma, kad krūviai gali judėti ir veikiant elektriniam laukui, todėl galima daryti prielaidą, kad nejudančiame laidininke elektronai yra pajudinami elektrinio lauko, o šį lauką tiesiogiai sukuria kintamasis magnetinis lauke. J. Maxwellas pirmasis padarė tokią išvadą.
Kintamo magnetinio lauko sukurtas elektrinis laukas vadinamas indukuotas elektrinis laukas. Jis sukuriamas bet kuriame erdvės taške, kuriame yra kintamasis magnetinis laukas, nepriklausomai nuo to, ar ten yra laidžioji grandinė, ar ne. Grandinė leidžia aptikti tik atsirandantį elektrinį lauką. Taigi J. Maxwellas apibendrino M. Faradėjaus idėjas apie elektromagnetinės indukcijos reiškinį, parodydamas, kad būtent atsirandant indukuotam elektriniam laukui, kurį sukelia magnetinio lauko kitimas fizinę reikšmę elektromagnetinės indukcijos reiškiniai.
Indukuotas elektrinis laukas skiriasi nuo žinomų elektrostatinių ir stacionarių elektrinių laukų.
1. Ją sukelia ne koks nors krūvių pasiskirstymas, o kintantis magnetinis laukas.
2. Skirtingai nuo elektrostatinių ir stacionarių elektrinių laukų linijų, kurios prasideda teigiamais krūviais ir baigiasi neigiamais, indukuoto lauko stiprumo linijos – uždaros linijos. Todėl ši sritis yra sūkurio laukas.
Tyrimai parodė, kad magnetinio lauko indukcijos linijos ir sūkurio elektrinio lauko stiprumo linijos yra viena kitai statmenose plokštumose. Sūkurinis elektrinis laukas yra susijęs su kintamu magnetiniu lauku, kuris jį sukelia pagal taisyklę kairysis varžtas:
jei kairiojo varžto galiukas juda į priekį ta kryptimi ΔΒ , tada sukant varžto galvutę bus parodyta indukuoto elektrinio lauko intensyvumo linijų kryptis (1 pav.).
3. Indukuotas elektrinis laukas nėra potencialus. Potencialų skirtumas tarp bet kurių dviejų laidininko taškų, pro kuriuos teka indukcijos srovė, yra lygus 0. Šio lauko atliktas darbas, kai krūvis juda uždaru keliu, nėra lygus nuliui. Indukcinis emf – tai indukuoto elektrinio lauko darbas, judant vienetiniam krūviui išilgai nagrinėjamos uždaros grandinės, t.y. ne potencialas, o indukcijos EML yra indukuoto lauko charakteristika.
Literatūra
Aksenovičius L. A. Fizika in vidurinė mokykla: teorija. Užduotys. Testai: Proc. pašalpa įstaigoms, teikiančioms bendrąsias. aplinkos, ugdymas / L. A. Aksenovičius, N. N. Rakina, K. S. Farino; Red. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 350-351.
Be potencialaus Kulono elektrinio lauko, yra sūkurinis laukas, kuriame yra uždaros įtampos linijos. Žinant bendrosios savybės elektrinis laukas, lengviau suprasti sūkurio prigimtį. Jį sukuria kintantis magnetinis laukas.
Kas sukelia indukcijos srovę nejudančioje būsenoje? Kas yra elektrinio lauko indukcija? Atsakymus į šiuos klausimus, taip pat skirtumą tarp sūkurinių ir elektrostatinių bei stacionarių, Foucault srovių, feritus ir dar daugiau, sužinosite iš šio straipsnio.
Kaip keičiasi magnetinis srautas?
Sūkurinis elektrinis laukas, atsiradęs po magnetinio, yra visiškai kitokio pobūdžio nei elektrostatinis. Jis neturi tiesioginio ryšio su kaltinimais, o įtampa jos linijose neprasideda ir nesibaigia. Tai uždaros linijos, kaip magnetinis laukas. Todėl jis vadinamas sūkuriu elektriniu lauku.
Magnetinė indukcija
Magnetinė indukcija keisis greičiau, tuo didesnis intensyvumas. Lenco taisyklė sako: didėjant magnetinei indukcijai, elektrinio lauko vektoriaus kryptis sukuria kairįjį varžtą su kito vektoriaus kryptimi. Tai yra, kai kairysis varžtas sukasi įtempimo linijų kryptimi, jo transliacinis judėjimas taps toks pat, kaip ir magnetinės indukcijos vektoriaus.
Jei magnetinė indukcija mažėja, intensyvumo vektoriaus kryptis sukurs dešinįjį varžtą su kito vektoriaus kryptimi.
Įtempimo jėgos linijos turi tokią pačią kryptį kaip ir indukcijos srovė. Sūkurinis elektrinis laukas veikia krūvį ta pačia jėga kaip ir anksčiau. Tačiau šiuo atveju jo darbas judinant krūvį skiriasi nuo nulio, kaip ir stacionariame elektriniame lauke. Kadangi jėgos ir poslinkio kryptis yra ta pati, darbas per visą kelią išilgai uždaros įtempimo linijos bus toks pat. Teigiamo vienetinio krūvio darbas čia bus lygus indukcijos elektrovaros jėgai laidininke.
Indukcinės srovės masyviuose laiduose
Masyviuose laidininkuose indukcijos srovės gauna didžiausias vertes. Taip yra todėl, kad jie turi mažą pasipriešinimą.
Tokios srovės vadinamos Foucault srovėmis (tai jas tyrinėjęs prancūzų fizikas). Jais galima keisti laidininkų temperatūrą. Būtent šis principas taikomas indukcinėse krosnyse, pavyzdžiui, buitinėse mikrobangų krosnelėse. Jis taip pat naudojamas metalams lydyti. Elektromagnetinė indukcija taip pat naudojama metalo detektoriuose, esančiuose oro uostų terminaluose, teatruose ir kt viešose vietose su dideliu žmonių susibūrimu.
Tačiau Foucault srovės sukelia energijos nuostolius gaminant šilumą. Todėl transformatorių, elektros variklių, generatorių ir kitų įrenginių šerdys gaminamos iš geležies ne vientisos, o iš skirtingų plokščių, kurios yra izoliuotos viena nuo kitos. Plokštelės turi būti griežtai statmenos intensyvumo vektoriui, kuris turi sūkurinį elektrinį lauką. Tada plokštės turės didžiausią srovės varžą ir bus generuojamas minimalus šilumos kiekis.
Feritai
Radijo įranga veikia aukščiausiais dažniais, kurių skaičius siekia milijonus virpesių per sekundę. Šerdies ritės čia nebus veiksmingos, nes kiekvienoje plokštėje atsiras Foucault srovės.
Yra magnetiniai izoliatoriai, vadinami feritais. Sūkurinės srovės juose neatsiras keičiant įmagnetinimą. Todėl šilumos nuostoliai sumažinami iki minimumo. Iš jų gaminamos šerdys, naudojamos aukšto dažnio transformatoriams, tranzistorinėms antenoms ir pan. Jie gaunami iš originalių medžiagų mišinio, kuris presuojamas ir termiškai apdorojamas.
Jei feromagneto magnetinis laukas greitai keičiasi, tai sukelia indukuotų srovių atsiradimą. Jų magnetinis laukas neleis keisti magnetinio srauto šerdyje. Todėl srautas nepasikeis, o šerdis bus iš naujo įmagnetinta. Sūkurinės srovės ferituose yra tokios mažos, kad gali greitai pakeisti įmagnetinimą.
