Elektrostatik alan potansiyeli veya girdap. Girdap elektrik alanı - Bilginin hipermarketi. Bilgisayarın didaktik özellikleri
Faraday'ın bir manyetik alanda hareket eden bir devrede elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, bu devrede manyetik akının değişim hızıyla orantılı bir emk ortaya çıkar.
Faraday'ın deneyleri ayrıca, ifade (67) ile tanımlanan elektromanyetik indüksiyonun EMF'sinin, sabit bir devre değişen bir manyetik alana girdiğinde de meydana geldiğini ortaya koydu (Şekil 48).
Hareketli bir devrede EMF'nin nedeni Lorentz kuvveti ise, sabit bir devrede (iletken) oluşma mekanizması belirsiz hale gelir. Açıkçası, devredeki yükleri ayıran dış kuvvet, elektrostatik kökenli olamaz, çünkü Coulomb kuvvetleri potansiyel farkta bir artışa, eşitlenmesine yol açmaz.
Şekil 48
EMF kaynağının genel tanımına göre ε , (68)
dış kuvvetlerin alan kuvveti nerede.
Diğer tarafta 
. (69)
(69) ifadesindeki kısmi türev sembolü, genel durumda, manyetik alan indüksiyonunun sadece zamana değil, aynı zamanda koordinatlara da bağlı olduğunu gösterir.
(69) ve (68) formülleri dikkate alınarak, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasası forma dönüştürülür. 
. (70)
Elde edilen ifadeye (70) göre, devreye giren manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, dış kuvvetlerin alan kuvvetinin ortaya çıkmasına neden olur u. sonuç olarak, EMF devresinde elektromanyetik indüksiyon oluşumuna. Bu durumda, manyetik alandaki değişime devrede mekanik, kimyasal, termal ve diğer değişiklikler eşlik etmez. İngiliz fizikçi J. Maxwell, devredeki yükleri ayıran dış kuvvetlerin elektriksel nitelikte olduğuna göre bir hipotez önerdi. O halde (70) bağıntısı şu şekilde de yazılabilir: 
. (71)
Formül (71)'e göre, değişen bir manyetik alanda, elektrik alan şiddeti vektörünün sirkülasyonu sıfıra eşit değildir, yani elektrik alanı girdaptır (Şekil 49).
Herhangi bir alanda bir girdap elektrik alanının ortaya çıktığını, yani varlığı için bir iletken devrenin varlığının gerekli olmadığını not etmek önemlidir. Ancak bu alan iletken bir ortamda ortaya çıktıysa, girdap akımlarının veya Foucault akımlarının ortaya çıkmasına neden olur (Şekil 50).
Direnci düşük iletkenlerde bu akımlar büyük değerlere ulaşabilir. Bu bağlamda, genellikle sertleştirme sırasında metal parçaların indüksiyonla ısıtılması, elektronik cihazların gazdan arındırılması vb.
Şekil 49 Şekil 50
Elektrik makinelerinin (elektrik motorları, jeneratörler, transformatörler) çalışması sırasında bu akımlar metal manyetik devrelerde istenmeyen ısı kayıplarına yol açar. Kayıpları azaltmak için, elektrik makinelerinin transformatörlerinin, statörlerinin ve rotorlarının çekirdekleri, birbirinden izole edilmiş ince elektrikli çelik plakalardan alınır. Diğer durumlarda, manyetik devreler olarak yüksek dirençli manyetik malzemeler - ferritler - kullanılır.
İş bitimi -
Bu konu şunlara aittir:
elektrostatik alan
Fiziksel ve Kimyasal özellikler bir atomdan canlı bir hücreye kadar olan maddeler büyük ölçüde elektriksel kuvvetlerle açıklanır. elektrik.. elektrostatik.. örnek ortam e vakum hava gazyağı su..
Bu konuyla ilgili ek materyale ihtiyacınız varsa veya aradığınızı bulamadıysanız, çalışma veritabanımızdaki aramayı kullanmanızı öneririz:
Alınan malzeme ile ne yapacağız:
Bu materyalin sizin için yararlı olduğu ortaya çıktıysa, sosyal ağlarda sayfanıza kaydedebilirsiniz:
| cıvıldamak |
Bu bölümdeki tüm konular:
heterojen zincirler
Sürekli akım akışının dış kuvvetler tarafından sağlandığı bir elektrik devresine n denir.
Vakumda manyetik alan
Sabit yüklerin yakınında bir elektrostatik alan oluşur. Yüklerin hareketi (elektrik akımının akışı), yeni bir madde biçiminin ortaya çıkmasına yol açar - bir manyetik alan. bu bir insan
Manyetik indüksiyon vektörünün dolaşımı
Elektrostatik ile benzerlik yaparak, kapalı bir döngüde vektör sirkülasyonu kavramı tanımlanır.
Düzgün bir manyetik alanda akım olan devre
Ampère yasasını düzgün bir manyetik alanda akım olan dikdörtgen bir devreye uygulayalım. “a” kenarları bir kuvvete maruz kalıyor
Düzgün olmayan bir manyetik alanda akım bulunan devre
Akım taşıyan bir devre düzgün olmayan bir manyetik alandaysa, farklı bölümlerine eşit olmayan kuvvetler etki eder.
Radyal manyetik alanda akım olan devre
(37) ve (38) formüllerinden, düzgün bir manyetik alanda, akım taşıyan devreye etki eden torkun maksimum olduğu takip edilir.
Elektrik motorları
Şekil 23'ten, mıknatıs kutuplarının seçilen yönü ve devredeki akımın yönü ile, torkun “bize” yönlendirildiği, yani devreyi saat yönünün tersine çevirme eğiliminde olduğu takip edilir.
Manyetik alanın çalışması
Manyetik alandan akım taşıyan bir iletkene etki eden amper kuvveti onu hareket ettiriyorsa, o
Maddelerin manyetizasyonu
Çeşitli maddeler bir manyetik alanda manyetize olurlar, yani manyetik bir moment kazanırlar ve kendileri manyetik alan kaynakları haline gelirler. Ortamda oluşan manyetik alan, alanların toplamıdır,
Dia-, para- ve ferromagnetler ve uygulamaları
Bir atomun manyetik momenti birkaç bileşen içerir, burada
Diamagnetler
Bazı atomlar (Cu, Au, Zn vb.) için elektron kabukları yörünge ve spin momentlerinin karşılıklı olarak dengelendiği ve genel olarak atomun manyetik momentinin n'ye eşit olduğu bir yapıya sahiptir.
paramagnetler
Al, Mn, Os vb. gibi maddelerin atomlarının telafi edilmemiş bir toplam yörünge momenti vardır, yani harici bir alanın yokluğunda kendi manyetik momentleri vardır. termal
Ferromıknatıslar ve uygulamaları
Manyetik geçirgenliği yüzlerce hatta milyonlarca birime ulaşan maddeler izole edilir.
elektromanyetik indüksiyon
Modern elektrik üretme yönteminin merkezinde, fiziksel fenomen 1831'de Faraday tarafından keşfedilen elektromanyetik indüksiyon. Modern enerji giderek
Elektromanyetik indüksiyon olgusu
Elektromanyetik indüksiyonun özünü ve bu fenomene yol açan ilkeleri düşünün. İletken 1-2'nin bir manyetik alanda bir hızla hareket ettiğini varsayalım.
Elektrik jeneratörü
Faraday yasası, doğanın temel yasalarına atıfta bulunur ve enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur. Mühendislikte, özellikle jeneratörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. ana saat
kendi kendine indüksiyon
Elektromanyetik indüksiyon olgusu, devreye giren manyetik akı değiştiğinde her durumda gözlenir. Özellikle manyetik akı, devrenin kendisinde akan akım tarafından da oluşturulur. şair
Endüktanslı devrelerde geçici süreçler
Endüktans ve aktif direnç içeren bir devre düşünün (Şekil 44). İlk durumda, S anahtarı nötr konumdaydı. t zamanında olsun
Karşılıklı indüksiyon. trafo
Karşılıklı indüksiyon olgusu, elektromanyetik indüksiyon olgusunun özel bir durumudur. İki at koyalım
Maxwell denklemleri
19. yüzyılın ortalarında, elektrik ve manyetizma üzerine çok sayıda deneysel gerçek birikmişti. Buna paha biçilmez bir katkı, taçlandıran başarısıyla M. Faraday tarafından yapılmıştır.
manyetik alan enerjisi
Manyetik alanın enerjisini hesaplayalım. Bunu yapmak için, endüktanslı bir devrede akım kaynağının çalışmasını hesaplıyoruz. Ohm yasasına göre böyle bir devrede akım kurulduğunda, elimizde iR = ε olur.
önyargı akımı
J. Maxwell'in doğrudan hipotezine göre, değişen bir manyetik alan, alternatif bir elektrik alanı üretir. Maxwell'in ters hipotezi, değişken elektrik
Maxwell denklemleri
1860-65'te. Maxwell birlik teorisini geliştirdi elektromanyetik alan Maxwell denklemleri sistemi tarafından açıklanan
EMF indüksiyonu ya zamanla değişen bir alana yerleştirilmiş sabit bir iletkende ya da zamanla değişmeyen bir manyetik alanda hareket eden bir iletkende meydana gelir. Her iki durumda da EMF'nin değeri yasa (12.2) tarafından belirlenir, ancak EMF'nin kaynağı farklıdır. İlk önce ilk durumu düşünün.
Önümüzde bir transformatör olsun - bir çekirdeğe yerleştirilmiş iki bobin. Şebekeye birincil sargıyı dahil ederek, kapalıysa ikincil sargıdaki akımı (Şekil 246) alacağız. İkincil tellerdeki elektronlar hareket edecektir. Ama hangi güçler onları hareket ettiriyor? Bobine nüfuz eden manyetik alanın kendisi bunu yapamaz, çünkü manyetik alan yalnızca hareketli yükler üzerinde hareket eder (elektrikten farklı olan budur) ve içindeki elektronları olan iletken hareketsizdir.
Manyetik alana ek olarak, yükler de elektrik alanından etkilenir. Ayrıca, sabit ücretler üzerinde de hareket edebilir. Ancak sonuçta, şimdiye kadar tartışılan alan (elektrostatik ve sabit alan) elektrik yükleri tarafından yaratılır ve indüksiyon akımı, alternatif bir manyetik alanın etkisi altında ortaya çıkar. Bu, sabit bir iletkendeki elektronların bir elektrik alanı tarafından harekete geçirildiğini ve bu alanın doğrudan alternatif bir manyetik alan tarafından üretildiğini gösterir. Böylece alanın yeni bir temel özelliği doğrulanır: zamanla değişen manyetik alan bir elektrik alanı oluşturur. Bu sonuca ilk olarak Maxwell tarafından ulaşıldı.
Şimdi elektromanyetik indüksiyon fenomeni yeni bir ışık altında karşımıza çıkıyor. İçindeki ana şey, bir manyetik alan tarafından bir elektrik alanı üretme sürecidir. Bu durumda, örneğin bir bobin gibi bir iletken devrenin varlığı, maddenin özünü değiştirmez. Serbest elektron (veya diğer parçacıklar) kaynağı olan bir iletken, yalnızca ortaya çıkan elektrik alanını algılamanıza izin verir. Alan, iletkendeki elektronları harekete geçirir ve böylece kendini gösterir. Sabit bir iletkendeki elektromanyetik indüksiyon olgusunun özü, bir endüksiyon akımının görünümünde değil, elektrik yüklerini harekete geçiren bir elektrik alanının görünümündedir.
Manyetik alandaki bir değişiklikten kaynaklanan elektrik alan, elektrostatik olandan tamamen farklı bir yapıya sahiptir. Doğrudan elektrik yükleriyle bağlantılı değildir ve gerilim hatları onların üzerinde başlayıp bitemez. Genellikle herhangi bir yerde başlamaz veya bitmezler, ancak manyetik alan indüksiyon hatlarına benzer kapalı çizgilerdir. Bu, sözde girdap elektrik alanıdır (Şekil 247).
Kuvvet çizgilerinin yönü, endüksiyon akımının yönü ile çakışmaktadır. Girdap elektrik alanının yanından yüke etki eden kuvvet hala eşittir: Ancak durağan elektrik alanının aksine, girdap alanının kapalı bir yol üzerindeki işi sıfıra eşit değildir. Gerçekten de, bir yük kapalı bir gerilim hattı boyunca hareket ettiğinde
elektrik alanı (Şekil 247), kuvvet ve yer değiştirme yönde çakıştığı için yolun tüm bölümlerindeki iş aynı işarete sahip olacaktır. Girdap elektrik alanının kapalı bir yol üzerinde tek bir pozitif yükün hareketi üzerindeki işi, sabit bir iletkendeki endüksiyonun EMF'sidir.
Betatron. Güçlü bir elektromıknatısın manyetik alanındaki hızlı bir değişiklikle, elektronları ışık hızına yakın hızlara hızlandırmak için kullanılabilen elektrik alanının güçlü girdapları ortaya çıkar. Elektron hızlandırıcının cihazı - betatron bu prensibe dayanmaktadır. Betatrondaki elektronlar, elektromıknatısın M boşluğuna yerleştirilen halka şeklindeki vakum odası K içindeki girdap elektrik alanı tarafından hızlandırılır (Şekil 248).
Alternatif bir manyetik alan üretir indüklenen elektrik alanı. Manyetik alan sabit ise, indüklenmiş elektrik alanı olmayacaktır. Buradan, indüklenen elektrik alan yüklerle ilgili değildir, bir elektrostatik alan durumunda olduğu gibi; kuvvet çizgileri suçlamalarla başlamaz ve bitmez, ancak kendi kendilerine kapalıdır., bir manyetik alanın kuvvet çizgileri gibi. Demek oluyor indüklenen elektrik alanı, manyetik gibi girdaptır.
Değişken bir manyetik alana sabit bir iletken yerleştirilirse, içinde e indüklenir. d.s. Elektronlar, alternatif bir manyetik alan tarafından indüklenen bir elektrik alanı tarafından yönlendirilmiş bir hareketle sürülür; indüklenen bir elektrik akımı oluşur. Bu durumda iletken, indüklenen elektrik alanının yalnızca bir göstergesidir. Alan, iletkendeki serbest elektronları harekete geçirir ve böylece kendini gösterir. Şimdi, bir iletken olmadan bile bu alanın var olduğu ve bir enerji rezervine sahip olduğu söylenebilir.
Elektromanyetik indüksiyon olgusunun özü, indüklenen bir akımın görünümünde değil, bir girdap elektrik alanının görünümünde çok fazla yatmaktadır.
Elektrodinamiğin bu temel konumu, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasının bir genellemesi olarak Maxwell tarafından kurulmuştur.
Elektrostatik alanın aksine, indüklenen elektrik alan potansiyel değildir, çünkü kapalı bir devre boyunca tek bir pozitif yükü hareket ettirirken indüklenen elektrik alanında yapılan iş e'ye eşittir. d.s. indüksiyon, sıfır değil.
Girdap elektrik alanının yoğunluk vektörünün yönü, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasına ve Lenz kuralına göre belirlenir. Girdabın kuvvet çizgilerinin yönü el. alan indüksiyon akımının yönü ile çakışmaktadır.
Girdap elektrik alanı bir iletken olmadığında bile var olduğundan, yüklü parçacıkları ışık hızıyla orantılı hızlara hızlandırmak için kullanılabilir. Elektron hızlandırıcıların - betatronların eyleminin temeli bu ilkenin kullanımıdır.
İndüksiyon elektrik alanı, elektrostatik alanın aksine tamamen farklı özelliklere sahiptir.
Girdap elektrik alanı ile elektrostatik alan arasındaki fark
1) Elektrik yükleriyle bağlantılı değildir;
2) Bu alanın kuvvet çizgileri her zaman kapalıdır;
3) Girdap alanının kuvvetlerinin yüklerin kapalı bir yörünge üzerindeki hareketi üzerindeki işi sıfıra eşit değildir.
|
elektrostatik alan |
indüksiyon elektrik alanı |
| 1. hareketsiz elektr tarafından yaratılmıştır. masraflar | 1. manyetik alandaki değişikliklerden kaynaklanır |
| 2. alan çizgileri açık - potansiyel alan | 2. kuvvet çizgileri kapalı - girdap alanı |
| 3. Alanın kaynakları elektriktir. masraflar | 3. alan kaynakları belirtilemez |
| 4. Test yükünü kapalı bir yol boyunca hareket ettirirken alan kuvvetlerinin işi = 0. | 4. alan kuvvetlerinin kapalı bir yol boyunca test yükünün hareketi üzerindeki çalışması \u003d indüksiyon EMF |
Bir manyetik alanda bulunan kapalı bir iletken sabit ise, o zaman sadece hareketli yükler üzerinde hareket ettiğinden, endüksiyon EMF'sinin oluşumunu Lorentz kuvvetinin etkisiyle açıklamak imkansızdır.
Yüklerin hareketinin bir elektrik alanının etkisi altında da meydana gelebileceği bilinmektedir.Bu nedenle, sabit bir iletkendeki elektronların bir elektrik alanı tarafından harekete geçirildiği ve bu alanın doğrudan alternatif bir manyetik tarafından oluşturulduğu varsayılabilir. alan. J. Maxwell bu sonuca varan ilk kişi oldu.
Alternatif bir manyetik alan tarafından oluşturulan elektrik alana denir. indüklenen elektrik alanı. İletken bir devre olsun veya olmasın, uzayda alternatif bir manyetik alanın olduğu herhangi bir noktada oluşturulur. Devre yalnızca ortaya çıkan elektrik alanını algılamanıza izin verir. Böylece, J. Maxwell, M. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon fenomeni hakkındaki fikirlerini genelleştirdi ve bunun tam olarak manyetik alandaki bir değişikliğin neden olduğu indüklenmiş bir elektrik alanının ortaya çıkmasında olduğunu gösterdi. fiziksel anlam elektromanyetik indüksiyon fenomeni.
Endüklenen elektrik alanı, bilinen elektrostatik ve sabit elektrik alanlarından farklıdır.
1. Bazı yük dağılımından değil, alternatif bir manyetik alandan kaynaklanır.
2. Pozitif yüklerle başlayıp negatif yüklerle biten elektrostatik ve durağan elektrik alan çizgilerinin aksine, indüklenen alan gücü çizgileri - kapalı çizgiler. Bu nedenle, bu alan girdap alanı.
Çalışmalar, manyetik alan indüksiyon çizgilerinin ve girdap elektrik alan güç çizgilerinin karşılıklı olarak dik düzlemlerde bulunduğunu göstermiştir. Girdap elektrik alanı, kural tarafından onu indükleyen alternatif manyetik alanla ilgilidir. sol vida:
sol vidanın ucu ileri yönde hareket ederse ΔΒ , ardından vida başını döndürmek, indüklenen elektrik alanının yoğunluk çizgilerinin yönünü gösterecektir (Şekil 1).
3. İndüklenmiş elektrik alanı potansiyel değil. Endüksiyon akımının geçtiği iletkenin herhangi iki noktası arasındaki potansiyel fark 0'dır. Yük kapalı bir yol boyunca hareket ederken bu alanın yaptığı iş sıfıra eşit değildir. İndüksiyon emk, düşünülen kapalı devre boyunca bir birim yükü hareket ettirirken indüklenen elektrik alanının işidir, yani. potansiyel değil, indüksiyonun EMF'si, indüklenen alanın enerji özelliğidir.
Edebiyat
Aksenovich L. A. Fizik lise: Teori. Görevler. Testler: Proc. genel sağlayan kurumlar için ödenek. çevreler, eğitim / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 350-351.
Potansiyel Coulomb elektrik alanına ek olarak, içinde kapalı gerilim çizgilerinin bulunduğu bir girdap alanı vardır. bilmek Genel Özellikler elektrik alanı, girdabın doğasını anlamak daha kolaydır. Değişen bir manyetik alan tarafından üretilir.
Durağan durumda bir iletkenin endüksiyon akımına ne sebep olur? Elektrik alan indüksiyonu nedir? Bu soruların cevabının yanı sıra girdap ile elektrostatik ve durağan arasındaki fark, Foucault akımları, ferritler ve daha fazlasını aşağıdaki makaleden öğreneceksiniz.
Manyetik akı nasıl değişir?
Manyetik olandan sonra ortaya çıkan girdap elektrik alanı, elektrostatik olandan tamamen farklı bir türdür. Suçlamalarla doğrudan bir bağlantısı yoktur ve hatlarındaki gerilimler başlamaz ve bitmez. Bunlar bir manyetik alan gibi kapalı çizgilerdir. Bu nedenle girdap elektrik alanı olarak adlandırılır.
manyetik indüksiyon
Manyetik indüksiyon, yoğunluk arttıkça daha hızlı değişecektir. Lenz kuralı diyor ki: artan manyetik indüksiyonla, elektrik alan vektörünün yönü, başka bir vektörün yönü ile bir sol vida oluşturur. Yani, sol vida gerilim çizgileri doğrultusunda döndüğünde, öteleme hareketi manyetik indüksiyon vektörününkiyle aynı olacaktır.
Manyetik indüksiyon azalırsa, yoğunluk vektörünün yönü, başka bir vektörün yönü ile bir sağ vida oluşturacaktır.
Gerilim kuvveti çizgileri, endüksiyon akımı ile aynı yöne sahiptir. Girdap elektrik alanı, yüke öncekiyle aynı kuvvetle etki eder. Bununla birlikte, bu durumda, sabit bir elektrik alanında olduğu gibi, yükü hareket ettirme işi sıfırdan farklıdır. Kuvvet ve yer değiştirme aynı yöne sahip olduğundan, kapalı gerilim hattı boyunca tüm yol boyunca yapılan iş aynı olacaktır. Burada pozitif birim yükün işi, iletkendeki elektromotor endüksiyon kuvvetine eşit olacaktır.
Masif iletkenlerde endüksiyon akımları
Masif iletkenlerde endüksiyon akımları maksimum değerleri alır. Bunun nedeni dirençlerinin az olmasıdır.
Bu tür akımlara Foucault akımları denir (bunları inceleyen bir Fransız fizikçidir). İletkenlerin sıcaklığını değiştirmek için kullanılabilirler. Endüksiyon fırınlarında, örneğin ev tipi mikrodalga fırınlarda bulunan bu ilkedir. Metalleri eritmek için de kullanılır. Elektromanyetik indüksiyon, havaalanı terminallerinde, tiyatrolarda ve diğer yerlerde bulunan metal dedektörlerde de kullanılır. halka açık yerlerde büyük bir insan topluluğu ile.
Ancak Foucault akımları, ısı üretmek için enerji kayıplarına yol açar. Bu nedenle transformatörlerin, elektrik motorlarının, jeneratörlerin ve diğer demir cihazların çekirdekleri katı maddeden değil, birbirinden izole edilmiş farklı plakalardan yapılmıştır. Plakalar, bir girdap elektrik alanına sahip olan yoğunluk vektörüne kesinlikle dik olmalıdır. Plakalar daha sonra maksimum akım direncine sahip olacak ve minimum miktarda ısı üretilecektir.
ferritler
Radyo ekipmanı, sayının saniyede milyonlarca titreşime ulaştığı en yüksek frekanslarda çalışır. Foucault akımları her plakada görüneceğinden çekirdek bobinler burada etkili olmayacaktır.
Ferrit adı verilen mıknatıs yalıtkanları vardır. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi sırasında girdap akımları görünmeyecektir. Bu nedenle, ısı için enerji kayıpları minimuma indirilir. Yüksek frekanslı transformatörler, transistör antenler vb. için kullanılan çekirdekleri yapmak için kullanılırlar. Preslenmiş ve termal olarak işlenmiş orijinal maddelerin bir karışımından elde edilirler.
Bir ferromıknatıstaki manyetik alan hızla değişirse, bu indüklenen akımların ortaya çıkmasına neden olur. Manyetik alanları, çekirdekteki manyetik akıda bir değişikliği önleyecektir. Bu nedenle, akı değişmeyecek ve çekirdek yeniden manyetize olacaktır. Ferritlerdeki girdap akımları o kadar küçüktür ki, mıknatıslanmayı hızla tersine çevirebilirler.
