Legea inducției electromagnetice (legea lui Faraday)

Legea inducției electromagnetice (legea lui Faraday)

Acasă | Despre noi | feedback-ul

Ca urmare a numeroase experimente, Faraday a stabilit legea de bază cantitativă a inducției electromagnetice. El a demonstrat că ori de câte ori există un circuit de schimbare cuplat cu flux magnetic, curentul de inducție are loc în circuit. Apariția curentului indus indică prezența forței electromotoare într-un circuit numit inducție electromagnetică forță electromotoare. Faraday a constatat că valoarea Ei inducție electromagnetică forță electromotoare proporțională cu viteza de variație a fluxului magnetic:

în cazul în care K - factor de proporționalitate în funcție de alegerea unităților de măsură.

In SI K = Coeficient de unități 1, adică

Această formulă reprezintă legea lui Faraday de inducție. Semnul minus în această formulă corespunde regulii (act) Lenz.

Legea lui Faraday poate fi formulată după cum urmează: o inducție electromagnetică a CEM în circuitul Ei numeric egală și opusă ratei de schimbare a fluxului magnetic printr-o suprafață delimitată de acel contur. Aceasta este o lege universală: EMF Ei este independent de schimbarea fluxului magnetic.

Semnul minus (27.2) arată că debitul a crescut (> 0) cauzează EMF Ei <0, т.е. магнитный поток индукционного тока направлен навстречу потоку, вызвавшему его; уменьшение потока ( <0) вызывает Ei> 0 t. E. Direcția de curgere a inducției magnetice și fluxul de curent cauzat coincid. Semnul minus în formula (27.2) este expresia matematică a statului de Lenz - regula generală pentru identificarea direcția curentului indus (și, prin urmare, semnul și FME induse) derivate în 1833 Regula Lenz: curent de inducție este întotdeauna direcționată astfel încât să se opună rațiunii, chemarea lui . Cu alte cuvinte, curentul indus generează un flux magnetic, prevenind schimbarea fluxului magnetic, tensiunea electromotoare indusă de apelanți.

emf indus este exprimat în volți (V). Într-adevăr, având în vedere că unitatea de flux magnetic este Weber (Wb), obținem:

Dacă un circuit închis, în care inducția EMF indusă constă din N înfășurări Ei vor fi egale cu suma electromotoare indusă în fiecare dintre bobinele. Și dacă fluxul magnetic acoperit de fiecare bobină este același și este F, fluxul total prin bobine de suprafață N este (Nb) - flux magnetic total (linkage flux). În acest caz, tensiunea electromotoare indusă este egal cu:

Formula (27.2) exprimă legea inducției electromagnetice într-un mod general. Aceasta se aplică atât în ​​contururi fixe și un conductor care se deplasează într-un câmp magnetic. derivat în acesta Incoming a fluxului magnetic în raport cu timpul, în general, este format din două părți, dintre care una este cauzată de o modificare a densității de flux magnetic, cu timpul, iar celălalt - motion contur în raport cu câmpul magnetic (sau o deformare). Luați în considerare câteva exemple de aplicare a prezentei legi.

Exemplul 1. Drept Lungimea conductorului l se deplasează paralel cu ea însăși într-un câmp magnetic uniform (Figura 38). Acest conductor poate face parte dintr-o buclă închisă, părțile rămase care sunt staționare. Am găsit EMF care apare în Windows Explorer.

În cazul în care valoarea instantanee a vitezei de sârmă are v. în timpul dt îl descrie Ds zona = l × v × dt, și în acest timp toate intersectează liniile de inducție magnetică care trece prin dS. Prin urmare, schimbarea fluxului magnetic prin circuit, care include un conductor în mișcare este dF = Bn × l × v × dt. Aici Bn - componentă a inducției magnetice perpendicular pe dS. Substituind acest lucru în (27.2), obținem magnitudinea EMF:

Direcția curentului indus și semnul EMF determinat prin regula lui Lenz: curentul indus în circuitul are întotdeauna o direcție astfel încât câmpul magnetic produs de acestea împiedică modificarea fluxului magnetic care determină curentul indus. În unele cazuri, determinarea direcției (inducție EMF polaritate) de inducție curent, conform altor reguli de formulare Lenz: inducând curent într-un conductor în mișcare este direcționat astfel încât forța Ampere rezultată este opusă vectorului de viteză (încetinește mișcarea).

Să considerăm un exemplu numeric. conductor vertical (antena vehicul) de lungime l = 2m se deplasează de la est la vest, cu o viteză în câmpul magnetic al Pământului, v = 72 kmh = 20 m / s. Calculăm tensiunea între capetele conductorului. Din moment ce un conductor este deschis, curentul în ea nu va fi la capetele și de tensiune va fi egală cu inducerea emf. Considerând că componenta orizontală a câmpului de inducție magnetic terestru (adică, componenta perpendiculară pe direcția de deplasare) pentru latitudinile medii egale cu 2 x 10 -5 T, utilizând formula (27.4) descoperim

U = Bn × l × v = 2 x 10 -5 x 20 x 2 = 0,8 x 10 -3,

și anume aproximativ 1 mV. Câmpul magnetic al Pământului este direcționat de la sud la nord. Prin urmare, constatăm că EMF este direcționată de sus în jos. Acest lucru înseamnă că, capătul de jos al firului va avea un potențial mai mare (încărcat pozitiv), iar partea superioară - inferioară (încărcat negativ).

Exemplul 2. Într-un câmp magnetic este în buclă închisă sârmă permeat flux F. Să presupunem că acest flux este redusă la zero și se calculează valoarea totală a trecut prin circuitul de încărcare. Valoarea instantanee a tensiunii în procesul de dispariție a fluxului magnetic este exprimat prin formula (27.2). În consecință, în conformitate cu legea lui Ohm, valoarea instantanee a curentului are puterea

unde R - rezistența totală a circuitului.

Cantitatea de încărcare a trecut este egal cu

Această relație exprimă legea inducției electromagnetice într-o formă Faraday a constatat că din experimentele lor a concluzionat că suma trecută prin circuitul de încărcare, este proporțională cu numărul total de linii de flux traversat de un conductor (adică o modificare în flux magnetic F1 -F2) și invers proporțională cu R. circuitul de rezistență raportul (27.6) permite definirea unui flux magnetic de unități SI: Weber - flux magnetic la care scăderea la zero într-un circuit concatenate cu el 1 ohm impedanta trece de încărcare 1 Cl.

Conform legii lui Faraday de inducție electromagnetică forță electromotoare apariția posibilă în cazul buclei fixe, situat într-un câmp magnetic alternativ. Cu toate acestea, forța Lorentz privind taxele fixe nu este valabilă, astfel încât în ​​acest caz, s-ar putea să nu fie cauza electromotoare induse. Maxwell pentru a explica electromotoare induse în conductoarele fixe presupus că fiecare câmp magnetic variabil în spațiul din jurul excită câmp electric turbionar, care este cauza curentului indus în conductorul. Circulația vectorului intensității câmpului conform cu oricare staționare buclă conductoare L este o inducție forță electromotoare electromagnetică:

Linii de intensitate a câmpului electric solenoidali sunt curbe închise, astfel încât se deplasează de încărcare într-un câmp electric solenoidali într-un circuit închis are loc de muncă nenul. Acest lucru este în contrast cu solenoidali câmp electric a liniilor electrostatice de tensiune, care începe și se termină cu privire la tarifele.