Упражнение 2

1. Определите направление индукционного тока в сплошном кольце, к которому подносят магнит (см. рис. 2.6).

Упражнение 2Упражнение 2
2. Сила тока в проводнике ОО’ (см. рис. 2.20) убывает. Определите направление индукционного тока в неподвижном контуре ABCD и направления сил, действующих на каждую из сторон контура.

Упражнение 2Упражнение 2

Упражнение 2Упражнение 2
3. Металлическое кольцо может свободно двигаться по сердечнику катушки, включенной в цепь постоянного тока (рис. 2.21). Что будет происходить в моменты замыкания и размыкания цепи?

Упражнение 2

Упражнение 2
4. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3- 1(Г2 Ом за 2 с изменился на 1,2* 10~2 Вб. Определите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно. 

Упражнение 2Упражнение 2
5. Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Определите разность потенциалов между концами его крыльев, если модуль вертикальной составляющей магнитной индукции земного магнитного поля 5 • КГ Тл, а размах крыльев 12 м.

Упражнение 2Упражнение 2


6. Сила тока в катушке изменяется от 1 А до 4 А за время, равное 3 с. При этом возникает ЭДС самоиндукции, равная 0,1 В. Определите индуктивность катушки и изменение энергии магнитного поля, создаваемого током.

Упражнение 2Упражнение 2
7. В катушке индуктивностью 0,15 Гн и очень малым сопротивлением г сила тока равна 4 А. Параллельно катушке присоединили резистор сопротивлением R^> г. Какое количество те-плоты выделится в катушке и в резисторе после быстрого отключения источника тока?

Упражнение 2Упражнение 2

Определите направление индукционного тока.. — Физика

 

Задания:

1.   Определите направление индукционного тока в сплошном кольце, к которому подносят магнит (см. рис. 2.6).

2. Сила тока в проводнике ОО’ (см. рис. 2.20) убывает. Определите направление индукционного тока в неподвижном контуре ABCD и направления сил, действующих на каждую из сторон контура.

3. Металлическое кольцо может свободно двигаться по сердечнику катушки, включенной в цепь постоянного тока (рис. 2.21). Что будет происходить в моменты замыкания и размыкания цепи?

4.   Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 * 10-2 Ом за 2 с изменился на 1,2 * 10-2 Вб. Определите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

5. Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Определите разность потенциалов между концами его крыльев, если модуль вертикальной составляющей магнитной индукции земного магнитного поля 5 * 10-5 Тл, а размах крыльев 12 м.

6. Сила тока в катушке изменяется от 1 А до 4 А за время, равное 3 с. При этом возникает ЭДС самоиндукции, равная 0,1 В. Определите индуктивность катушки и изменение энергии магнитного поля, создаваемого током.

7. В катушке индуктивностью 0,15 Гн и очень малым сопротивлением r сила тока равна 4 А. Параллельно катушке присоединили резистор сопротивлением R>>r. Какое количество теплоты выделится в катушке и в резисторе после быстрого отключения источника тока?


Решения и ответы:

ГДЗ по физике 11 класс Мякишев

Назад к оглавлению

Упражнение 2. Задание 2.

Сила тока в проводнике ОО убывает. Определите направление индукционного тока в неподвижном контуре ABCD и направления сил, действующих на каждую из сторон контура.

Решение. Направление индукции магнитного поля, созданного проводником, определяем правилом буравчика. Согласно правилу Ленца, если магнитное поле убывает, то поле индукционного тока препятствует этому, таким образом, магнитное поле контура направлено в ту же сторону, что и поле, созданное током. По правилу левой руки находим направления сил. Обратим внимание на то, что сила, действующая на сторону АВ, больше силы, действующей на сторону ДС. Если рамку отпустить, то она будет двигаться к проводнику. Движение рамки также мешает изменению магнитного потока.

Ответ 2.

Применяя правило буравчика, находим, что вектор магнитной индукции

направлен от нас перпендикулярно плоскости рисунка. Когда мы уменьшаем ток, мы тем самым, уменьшаем

Следовательно, поток через контур тоже уменьшается. Вектор индукции

поля индукционного тока по правилу Ленца направлен так же как и В. По правилу буравчика находим, что ток в контуре идет по часовой стрелке. Применив правило левой руки, можно выяснить, что силы действующие на проводники тока, во-первых, растягивают рамку, стремясь увеличить ее площадь, а, во-вторых, их результирующая направлена к прямолинейному проводнику.

Металлическое кольцо может свободно двигаться по сердечнику катушки, включенной в цепь постоянного тока (рис. 2.21). Что будет происходить в моменты замыкания и размыкания цепи?

Задача 3(5). Решение.
При замыкании цепи сила тока в катушке благодаря явлению самоиндукци увеличивается постепенно, плавно увеличивается и магнитный поток через сердечник катушки и через поверхность, ограниченную кольцом. В кольце возникает индукционный ток, после которого по закону электромагнитной индукции направлено против магнитного поля сердечника. По катушке и кольцу идут токи в разных направлениях, отталкиваются. Кольцо будет отклоняться вправо.

При размыкании цепи, кольцо отклоняется влево, так как по кольцу пойдет ток в том же направлении, что и по катушке. По правилу Ленца, магнитный поток, создаваемый током в кольце, изменяется так, чтобы компенсировать уменьшение магнитного потока через сердечник катушки и поверхность, ограниченную кольцом. Так как токи в катушке и кольце идут в одном направлении, то кольцо притягивается катушкой.

Ответ 2.

Случай замыкания и размыкания цепи эквивалентен поднесению и удалению к кольцу магнита. В первом случае при замыкании цепи возникнет ток (в катушке), направленный против часовой стрелки. Вектор магнитной индукции данного поля тока направлен влево (правило буравчика).

По правилу Ленца, индукционный ток противодействует своим полем данному изменению. Следовательно, вектор магнитной индукции

индукционного тока направлен вправо. Поэтому кольцо и катушка подобны двум магнитам, расположенным одинаковыми полюсами друг к другу. Они отталкиваются.

При размыкании, магнитное поле, направленное вправо, исчезает, и индукционный ток препятствует этому. Векторы магнитной индукции его поля также направлены вправо. Следовательно, кольцо притягивается к катушке.

Назад к оглавлению

Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО

Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?

Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇

Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»

Telegram Viber Vkontakte

или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru

Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО

Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?

Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇

Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»

Telegram Viber Vkontakte

или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru

Направление индукционного тока. Правило Ленца — урок. Физика, 9 класс.

Направление индукционного тока в контуре зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток через этот контур.

Убедимся в этом на опыте с помощью прибора, изображённого на рисунке.

 

lenc.png

 

Узкая алюминиевая пластинка с двумя алюминиевыми кольцами на концах (одно — сплошное, другое — с разрезом) находится на стойке и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.

Попытаемся внести полосовой магнит северным полюсом в сплошное кольцо. Оно уходит от магнита, как будто отталкивается от него, поворачивая при этом всю пластинку. Тот же результат получим, если вносить магнит южным полюсом. Если же вносить магнит любым полюсом в кольцо с разрезом, кольцо и вся пластинка останутся на месте.

 

Объясним наблюдаемые явления.

При приближении к сплошному кольцу любого полюса магнита проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток. В кольце с разрезом ток циркулировать не может.

Ток в сплошном кольце создаёт магнитное поле, поэтому кольцо приобретает свойства магнита. Кольцо отталкивается от магнита. Значит, кольцо и магнит обращены друг к другу одноименными полюсами, а векторы магнитной индукции их полей направлены в противоположные стороны.

 

im5.gif

 

Магнитное поле индукционного тока противодействует увеличению внешнего магнитного потока через кольцо.

При увеличении внешнего магнитного потока в кольце возникает индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле противодействует увеличению внешнего магнитного потока.

Зная направление вектора индукции магнитного поля кольца, можно по правилу правой руки определить направление индукционного тока в кольце.

Проведём обратный опыт. Удерживая кольцо рукой, внесём в него магнит. Отпустив кольцо, начнём удалять магнит. В этом случае кольцо будет следовать за магнитом, притягиваясь к нему.

Объяснение: кольцо и магнит обращены друг к другу разноименными полюсами. Векторы магнитной индукции их полей направлены в одну сторону.

 

Lenzs-rule-demonstrating-device3.gif

 

Магнитное поле тока будет противодействовать уменьшению внешнего магнитного потока через кольцо.

При уменьшении внешнего магнитного потока в кольце возникает индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле противодействует уменьшению внешнего магнитного потока.

Эти правила можно объединить в одно.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Это правило впервые сформулировал российский ученый Эмилий Христианович Ленц в \(1834\) году (правило Ленца).

Направление наведенного тока — Скачать PDF

Наведенные напряжения и закон Фарадея индуктивности

Induced voltages and Inductance Faraday s Law Наведенные напряжения и индуктивность Закон Фарадея Концепция # 1, 4, 5, 8, 13 Задача # 1, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 13, 15, 24, 23, 25, 31, 32a, 34, 37, 41, 43, 51, 61 В прошлой главе мы видели, что ток производит магнитное

Дополнительная информация

Индуктивность.Motors. Генераторы

Inductance. Motors. Generators Индуктивные двигатели Генераторы Самоиндуктивность Самоиндукция возникает, когда изменяющийся поток через цепь возникает из самой цепи. По мере увеличения тока магнитный поток через петлю из-за

Дополнительная информация

Закон индукции Фарадея

Faraday s Law of Induction Глава 10 Закон индукции Фарадея 10.1 Закон индукции Фарадея … 10-10.1.1 Магнитный поток … 10-3 10.1. Закон Ленца … 10-5 10. ЭДС движения … 10-7 10.3 Индуцированное электрическое поле … 10-10 10.4 Генераторы … 10-1

Дополнительная информация

104 Практический экзамен 2–3 / 21/02

104 Practice Exam 2-3/21/02 104 Практический экзамен 2-3 / 21/02 1. Два электрона находятся в области пространства, где магнитное поле равно нулю. Электрон А покоится; и электрон B движется на запад с постоянной скоростью. Ненулевой

Дополнительная информация

Вывод решения для Capa # 11

Solution Derivations for Capa #11 Выводы решения для Capa # 11 Внимание: символ E используется попеременно для обозначения энергии и ЭДС.1) ДАННЫЕ: V b = 5,0 В, = 155 Ом, L = 8,400 10 2 Н. На схеме выше показано напряжение на

Дополнительная информация

Eisflisfræði 2, vor 2007 г.

Eðlisfræði 2, vor 2007 [Просмотр задания] [Печать] Eðlisfræði 2, vor 2007 30. Назначение индуктивности должно быть произведено в 2:00 ночи в среду, 14 марта 2007 г. Кредит за проблемы, представленные с опозданием, уменьшится до 0% после того, как крайний срок достигнет

Дополнительная информация

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 05 АВГУСТА 2014

ELECTRODYNAMICS 05 AUGUST 2014 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 05 АВГУСТА 2014 В этом уроке мы: Описание урока Обсудим моторный эффект Обсудим, как работают генераторы и моторы.Резюме Моторный эффект Чтобы реализовать моторный эффект,

Дополнительная информация

Контрольные вопросы PHYS 2426 Экзамен 2

Review Questions PHYS 2426 Exam 2 Контрольные вопросы PHYS 2426 Экзамен 2 1. Если 4,7 x 10 16 электронов проходят через определенную точку в проводе каждую секунду, каков ток в проводе? A) 4,7 мА B) 7,5 A C) 2,9 A D) 7,5 мА E) 0,29 A Ответ: D 2.

Дополнительная информация

ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОГО ТОКА

DIRECT CURRENT GENERATORS ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОГО ТОКА Редакция 12:50 14 ноября 2005 г. ВВЕДЕНИЕ Генератор — это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую, используя принцип магнитной индукции.Этот принцип

Дополнительная информация

Physics 25 Exam 3 3 ноября 2009 г.

Physics 25 Exam 3 November 3, 2009 1. По длинному прямому проводу проходит ток I. Если магнитное поле на расстоянии d от провода имеет величину B, то какой будет величина магнитного поля на расстоянии d / 3 от провода, равная

. Дополнительная информация

Двигатели и генераторы

Motors and Generators Двигатели и генераторы Электромеханические устройства: преобразуют электрическую энергию в механическое движение / работу и наоборот. Работают на связи между токонесущими проводниками и магнитными полями. Дополнительная информация

Глава 30.

Chapter 30 Inductance Глава 30 Индуктивность — Взаимная индуктивность — Самоиндуктивность и индукторы — Энергия магнитного поля — Цепь R — Цепь -C — Цепь последовательного соединения -R-C.Взаимная индуктивность — изменяющийся ток в

Дополнительная информация

Индуктивность и магнитная энергия

Inductance and Magnetic Energy Глава 11 Индуктивность и магнитная энергия 11.1 Взаимная индуктивность … 11-3 Пример 11.1 Взаимная индуктивность двух концентрических копланарных контуров … 11-5 11. Самоиндуктивность … 11-5 Пример 11. Самоиндуктивность

Дополнительная информация

Глава 12 Управляемые схемы RLC

Chapter 12 Driven RLC Circuits hapter Driven ircuits.Источники … -. Схема с источником и одним элементом схемы … -3 .. Чисто резистивная нагрузка … -3 .. Чисто индуктивная нагрузка … -6..3 Чисто емкостная нагрузка … -8.3 Последовательная нагрузка ..

Дополнительная информация

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ

ANALYTICAL METHODS FOR ENGINEERS РАЗДЕЛ 1: Код единицы: QCF Уровень: 4 Кредитная ценность: 15 АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ A / 601/1401 РЕЗУЛЬТАТ — ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ Учебное пособие 1 СИНУЗОИДНАЯ ФУНКЦИЯ Уметь анализировать и моделировать инженерные ситуации

Дополнительная информация

Общая физика (PHY 2140)

General Physics (PHY 2140) Общая физика (PHY 2140) Лекция 12 Электричество и магнетизм Магнетизм Магнитные поля и сила Применение магнитных сил http: // www.Physics.wayne.edu/~apetrov/phy2140/ Глава 19 1 Отдел

Дополнительная информация

Концептуальные: 1, 3, 5, 6, 8, 16, 18, 19. Задачи: 4, 6, 8, 11, 16, 20, 23, 27, 34, 41, 45, 56, 60, 65. Концептуальные вопросы

Conceptual: 1, 3, 5, 6, 8, 16, 18, 19. Problems: 4, 6, 8, 11, 16, 20, 23, 27, 34, 41, 45, 56, 60, 65. Conceptual Questions Концептуальные: 1, 3, 5, 6, 8, 16, 18, 19 Задачи: 4, 6, 8, 11, 16, 20, 23, 27, 34, 41, 45, 56, 60, 65 Концептуальные вопросы 1. Магнитное поле нельзя описать как магнитную силу на единицу заряда

Дополнительная информация

Глава 22 Магнетизм

Chapter 22 Magnetism 22.6 Электрический ток, магнитные поля и закон Ампера Глава 22 Магнетизм 22.1 Магнитное поле 22.2 Магнитная сила на движущихся зарядах 22.3 Движение заряженных частиц в магнитном поле

Дополнительная информация

Задача 1 (25 баллов)

Problem 1 (25 points) МАССАЧУСЕТСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИЙ Департамент физики 8.02 Весна 2012 г. Экзамен Три решения Задача 1 (25 баллов) Вопрос 1 (5 баллов) Рассмотрим два круговых кольца радиуса R, каждое перпендикулярное

Дополнительная информация

Цепи переменного тока

Alternating-Current Circuits Глава 1 Чередующиеся дыхательные пути 1.1 Источники … 1-1. Простые цепи A … 1-3 1..1 Чисто резистивная нагрузка … 1-3 1 .. Чисто индуктивная нагрузка … 1-5 1..3 Чисто емкостная нагрузка … 1-7 1.3 Последовательность Схема …

Дополнительная информация

Основы моторики. Двигатель постоянного тока

Motor Fundamentals. DC Motor Основы работы двигателя Прежде чем мы сможем исследовать функцию привода, мы должны понять основные принципы работы двигателя. Он используется для преобразования электрической энергии, подаваемой контроллером, в механическую

. Дополнительная информация

Двигатели постоянного тока

Direct Current Motors Двигатели постоянного тока ДВИГАТЕЛИ постоянного тока Машина постоянного тока может работать как генератор и как двигатель.Глава 5. Электрические машины Вилди, 6 e Лектор: Р. Альба-Флорес Государственный колледж Альфреда Весна 2008 г. Когда машина постоянного тока

Дополнительная информация

Магнитные поля и их эффекты

Magnetic Fields and Their Effects Имя Дата Время завершения ч м Партнерский курс / раздел / Оценка Магнитные поля и их эффекты Этот эксперимент призван дать вам практический опыт работы с эффектами, а в некоторых случаях и

Дополнительная информация

Индукторы.Теория переменного тока. Модуль 3

Inductors. AC Theory. Module 3 Модуль 3 Теория переменного тока Что вы узнаете в Модуле 3. Раздел 3.1 Электромагнитная индукция. Магнитные поля вокруг проводников. Соленоид. Раздел 3.2 Индуктивность и обратная э.д.с. Единица индуктивности. Факторы

Дополнительная информация

Глава 33. Магнитное поле.

Chapter 33. The Magnetic Field Глава 33. Магнитное поле Цифровая информация хранится на жестком диске в виде микроскопических участков магнетизма.Что такое магнетизм? Как создаются магнитные поля? Каковы их свойства? Эти

Дополнительная информация

Eisflisfræði 2, vor 2007 г.

Eðlisfræði 2, vor 2007 [Просмотр задания] [Pri Eðlisfræði 2, vor 2007 28. Назначение источников магнитного поля должно быть произведено в 2:00 ночи в среду, 7 марта 2007 г. Кредит за проблемы, представленные с опозданием, уменьшится до 0% после крайнего срока

Дополнительная информация .

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Индуктивность

Индуктивность — это свойство электрической цепи, с помощью которого изменяющееся магнитное поле создает электродвижущую силу или напряжение в этой цепи или в соседней цепи. Индуктивность также определяется как свойство электрической цепи, противодействующей любому изменению тока. В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в цепи индуцирует ток в соседней цепи.Примерно в то же время это открытие независимо сделал американский ученый Джозеф Генри. Генерация электродвижущей силы и тока изменяющимся магнитным полем называется электромагнитной индукцией. Работа электрогенераторов основана на принципе индуктивности.

Силовые линии магнитного поля

Чтобы лучше понять индуктивность, полезно иметь представление о силовых линиях магнитного поля. Все магниты окружены магнитным полем, также называемым магнитным потоком.Магнитное поле можно представить как состоящее из силовых линий или силовых линий. Силы магнитного притяжения и отталкивания движутся по силовым линиям. Шаблон силовых линий магнитного поля можно наблюдать в нашем интерактивном руководстве по Java Magnetic Field Lines.

Интерактивное учебное пособие по Java
Открытия Фарадея

Фарадей открыл электромагнитную индукцию в эксперименте с использованием двух катушек проволоки, намотанных вокруг противоположных сторон кольца из мягкого железа, аналогично экспериментальной установке на Рисунке 1 ниже.

Первая катушка справа прикреплена к батарее. Вторая катушка содержит компас, который действует как гальванометр для определения тока. Когда переключатель замкнут, через первую катушку проходит ток, и железное кольцо намагничивается. Когда переключатель в первый раз замыкается, компас во второй катушке на мгновение отклоняется и сразу же возвращается в исходное положение. Отклонение компаса указывает на то, что возникла электродвижущая сила, заставившая на мгновение протекать ток во второй катушке.Фарадей также заметил, что при размыкании переключателя компас снова на мгновение отклоняется, но в противоположном направлении.

Фарадей знал, что катушка с проводом, по которой протекает электрический ток, создает магнитное поле. Поэтому он предположил, что изменяющееся магнитное поле индуцирует ток во второй катушке. Замыкание и размыкание переключателя вызывают изменение магнитного поля: расширение и сжатие соответственно. Вы можете провести эксперимент Фарадея в нашем интерактивном руководстве по Java Faraday’s Experiment.

Интерактивное учебное пособие по Java

Фарадей продемонстрировал, что его гипотеза верна, перемещая простой стержневой магнит назад и вперед внутри катушки. Он заметил, что ток индуцировался в катушке только во время движения магнита. Он также заметил, что в катушке индуцировался ток, когда катушка перемещалась рядом с неподвижным постоянным магнитом.Он обнаружил, что именно относительное движение между проводником и магнитным полем производит ток. Для генерации тока либо проводник может перемещаться через поле, либо поле может проходить мимо проводника. Чтобы возникла электромагнитная индукция, должно произойти изменение магнитного потока. Проведите этот эксперимент в нашем 2-м экспериментальном интерактивном учебном пособии по Java Faraday.

Интерактивное учебное пособие по Java
Закон электромагнитной индукции Фарадея

Связь между изменением магнитного потока и индуцированной электродвижущей силой известна как закон электромагнитной индукции Фарадея:

Величина электромагнитной силы, индуцированной в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через цепь.

Математически закон Фарадея записывается как:

E = — (DF / Dt)

, где E — индуцированная электродвижущая сила в вольтах, DF — изменение магнитной силы в сетках, а Dt — количество времени в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

Из приведенной выше формулы мы видим, что величина индуцированного напряжения определяется двумя факторами:

  1. Величина магнитного потока
    Чем больше количество силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник, тем больше индуцированное напряжение.
  2. Скорость, с которой силовые линии магнитного поля пересекают проводник
    Чем быстрее силовые линии пересекают проводник или проводник пересекает силовые линии, тем больше индуцированное напряжение. Вы можете наблюдать это, изменяя скорость, с которой вы перемещаете магнит, в нашем 2-м экспериментальном интерактивном руководстве по Java Фарадея.
Закон Ленца

Знак минус в законе Фарадея указывает на направление или полярность индуцированного напряжения.В 1833 году русский физик Генрих Ленц открыл взаимосвязи между силами, напряжениями и токами электромагнитной индукции. Закон Ленца гласит:

Индуцированная электродвижущая сила генерирует ток, который индуцирует противодействующее магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, генерирующему ток.

Например, когда внешнее магнитное поле приближается к кольцевому проводнику, ток, который создается в кольце, будет индуцировать собственное магнитное поле, противоположное приближающемуся внешнему магнитному полю.С другой стороны, когда внешнее магнитное поле удаляется от кольца, индуцированное магнитное поле в кольце меняет направление на противоположное и препятствует изменению направления внешнего магнитного поля. Вы можете увидеть в действии закон Ленца в нашем интерактивном учебном пособии по Java Lenz’s Law.

Интерактивное учебное пособие по Java
Самоиндуктивность

Мы знаем, что ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле вокруг проводника.Когда ток увеличивается, уменьшается или меняет направление, магнитное поле изменяется. Магнитное поле расширяется, сжимается или меняет направление в ответ на изменения тока. Изменяющееся магнитное поле индуцирует дополнительную электродвижущую силу или напряжение в проводнике. Индукция этого дополнительного напряжения называется самоиндукцией, потому что она индуцируется внутри самого проводника. Направление самоиндуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его породил.Это соответствует закону Ленца, который можно выразить следующим образом:

Индуцированная электродвижущая сила (напряжение) в любой цепи всегда имеет направление, противоположное току, который его породил.

Эффект самоиндукции в цепи заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в цепи. Например, когда напряжение подается на цепь, ток начинает течь во всех частях цепи. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле.Когда поле расширяется, в цепи генерируется противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение вызывает протекание тока в направлении, противоположном направлению основного тока. Индуктивность на этом этапе препятствует нарастанию тока. Когда индуцированное магнитное поле становится устойчивым, оно перестает индуцировать обратное напряжение.

Когда ток в цепи отключается, индуцированное магнитное поле начинает разрушаться. Когда поле схлопывается, оно генерирует напряжение в направлении, которое на мгновение продлевает основной ток.Когда индуцированное магнитное поле полностью схлопывается, индуцированное напряжение и ток прекращаются. Опять же, самоиндукция препятствует изменению тока. Он препятствует нарастанию тока и задерживает его пробой. Вы можете увидеть влияние самоиндукции на ток в нашем интерактивном руководстве по Java Self-Inductance.

Интерактивное учебное пособие по Java
Взаимная индуктивность

В эксперименте Фарадея с двумя катушками на кольце из проводящего железа он обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в одной катушке индуцирует электродвижущую силу или напряжение во второй катушке.Это явление называется взаимной индуктивностью. Взаимная индуктивность возникает, когда изменяющееся магнитное поле в одной цепи индуцирует напряжение в соседней цепи.

В соответствии с законом Ленца направление индуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его генерировал. Снова глядя на эксперимент Фарадея ниже, мы обнаруживаем, что когда напряжение подается на катушку справа, в железном кольце индуцируется магнитное поле. По мере расширения поля во второй катушке слева создается напряжение.Это вторичное напряжение вызывает ток во второй катушке. Этот вторичный ток проходит в направлении, противоположном току в первой катушке. Когда индуцированное магнитное поле в кольце становится постоянным, ток перестает течь во второй катушке.

Когда ток в первой катушке отключается, индуцированное магнитное поле в кольце начинает разрушаться. Когда поле схлопывается, оно снова генерирует напряжение во второй катушке.Результирующий ток во второй катушке имеет направление, противоположное ранее наведенному току. Когда магнитное поле в кольце полностью разрушается, индуцированное напряжение и ток во вторичной катушке прекращаются. Вы можете провести этот эксперимент в нашем интерактивном учебном пособии по Java Faraday’s Experiment.

Интерактивное учебное пособие по Java
Катушки индуктивности

Дроссели — это электрические устройства, предназначенные для обеспечения индуктивности в цепи.Индуктор — это просто катушка с проволокой. Самоиндукция возникает в цепи, даже если проводники абсолютно прямые. Однако самоиндукция в прямом проводе очень мала. Индуктивность намного более значительна, когда проводники скручены, потому что магнитное поле каждого витка катушки пересекает соседние витки катушки. Для увеличения индуктивности индуктор может иметь железный сердечник. Помещение железа внутрь катушки значительно увеличивает силу ее магнитных полей.

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки влияют три фактора:

  1. Количество витков в катушке
    Чем больше количество витков в катушке, тем больше индуктивность.Это верно, потому что чем больше витков в катушке, тем больше взаимодействий магнитного поля.
  2. Площадь сечения катушки
    Чем больше площадь поперечного сечения катушки, тем больше индуктивность. Этот фактор тесно связан с количеством витков в катушке. Он включает рассмотрение расстояния между витками. Поскольку магнитное поле становится слабее по мере его движения, близкорасположенные витки обеспечивают взаимодействия там, где поля наиболее сильны.
  3. Проницаемость керна
    Проницаемость относится к способности материала проводить магнитные силовые линии. Железо имеет гораздо большую проницаемость, чем воздух. Следовательно, катушка с железным сердечником имеет большую индуктивность, чем катушка с сердечником, содержащим только воздух.
Расчет наведенного напряжения в катушке

Закон Фарадея можно использовать для определения полной наведенной электродвижущей силы или напряжения в катушке.Предполагая, что витки катушки плотно намотаны, полное наведенное напряжение катушки можно рассчитать по следующей формуле:

E = — N (DF / Dt)

, где E — индуцированная электродвижущая сила в вольтах, N — количество витков в катушке, DF — изменение магнитной силы в веберах, а Dt — время в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

Измерение индуктивности

Символ индуктивности — заглавная буква L в честь Генриха Ленца. Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри, сокращенно ч . Одна генри индуктивности существует, когда один вольт электродвижущей силы индуцируется при изменении тока со скоростью один ампер в секунду. Математически это записывается как:

L = E / (DI / Dt)

, где L — индуктивность в генри, E — индуцированная электродвижущая сила в вольтах, DI — изменение тока в амперах, а Dt — время в секундах, в течение которого происходит изменение тока. .

Катушки индуктивности в последовательной цепи

Последовательная цепь — это цепь, в которой ток имеет только один путь. В последовательной цепи весь ток проходит через каждый из компонентов в цепи. Схема на рисунке 2 имеет три последовательно включенных индуктора.

Если катушки индуктивности экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, общая индуктивность цепи является накопительной. Полная индуктивность такой цепи — это сумма всех индукторов в цепи.Поэтому используйте следующую формулу для расчета общей индуктивности последовательной цепи:

L T = L 1 + L 2 + L 3 . . .

, где L T — общая индуктивность в цепи, а от L 1 до L 3 . . . — это номинальные значения индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

Используя эту формулу, общую индуктивность последовательной цепи на Рисунке 2 можно рассчитать следующим образом:

L T = 50 + 40 + 20

L T = 110 м h

Катушки индуктивности в параллельных цепях

Параллельная цепь — это цепь, в которой компоненты расположены так, что путь для тока разделен.Схема на рисунке 3 имеет три параллельно включенных индуктора.

Параллельное подключение катушек индуктивности всегда снижает общую индуктивность цепи. Если индукторы экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, полную индуктивность цепи можно рассчитать по следующей формуле:

L T = 1 ÷ (1 / L 1 + 1 / L 2 + 1 / L 3 ….)

, где L T — полная индуктивность в цепи, а L 1 через L 3 .. . — это номинальные значения индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

Используя эту формулу, общую индуктивность указанной выше параллельной цепи можно рассчитать следующим образом:

L T = 1 ÷ (1/5 + 1/15 + 1/30)

L T = 1 ÷ (0,2 + 0,066 + 0,033)

L T = 1 ÷ 0,299

L T = 3.344 мч

Индуктивное реактивное сопротивление

Эффект самоиндукции в катушке заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в катушке. Например, когда на катушку подается напряжение, в катушке начинает течь ток. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле. Когда поле расширяется, в катушке генерируется противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение противостоит основному току. Это противодействие протеканию тока называется индуктивным реактивным сопротивлением и измеряется в омах.

Величина индуктивного сопротивления в цепи зависит от частоты и величины переменного тока, а также от величины индуктивности. Индуктивное реактивное сопротивление цепи можно рассчитать по следующей формуле:

X L = 2pfL

, где X L — индуктивное реактивное сопротивление в омах, 2p — постоянная, полученная расчетным путем, которая обычно округляется до 6,28, f — частота приложенного переменного тока в герцах, а L — это постоянная. индуктивность цепи в генри.

Трансформаторы

Работа трансформаторов основана на принципе взаимной индуктивности. Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения напряжений и токов переменного тока (AC) в цепях. Трансформатор обычно состоит из двух катушек провода, электрически изолированных друг от друга, намотанных на один сердечник. Одна катушка называется первичной катушкой; другой называется вторичной обмоткой. Первичная катушка — это входная катушка трансформатора, а вторичная катушка — это выходная катушка.Когда переменное напряжение подается на первичную катушку, оно вызывает изменяющееся магнитное поле в сердечнике. Взаимная индукция вызывает наведение напряжения во вторичной катушке.

Количество обмоток первичной и вторичной обмоток трансформатора определяет, как изменяется напряжение в цепи. Когда количество витков первичной катушки больше, чем количество вторичной катушки, индуцированное напряжение во вторичной катушке меньше, чем приложенное напряжение первичной катушки.Когда количество витков первичной катушки меньше, чем количество вторичной катушки, индуцированное напряжение во вторичной катушке больше, чем приложенное напряжение первой катушки. Если выходное напряжение трансформатора больше входного напряжения, он называется повышающим трансформатором. Если выходное напряжение трансформатора меньше входного напряжения, он называется понижающим трансформатором. Узнайте о влиянии переменного входного напряжения и количества обмоток трансформатора в нашем интерактивном учебном пособии по Java Transformer.

Интерактивное учебное пособие по Java

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение. Однако увеличение напряжения сопровождается уменьшением тока. Обратное верно для понижающего трансформатора. Понижающий трансформатор снижает напряжение, но увеличивает ток. Это свойство трансформаторов делает их очень полезными и выгодными для передачи электроэнергии на большие расстояния.Повышающие трансформаторы используются на электростанциях для выработки очень высоких напряжений. Уменьшается выходной ток, что значительно снижает потери мощности из-за сопротивления в линиях передачи. Когда мощность достигает потребителей, используются понижающие трансформаторы для снижения напряжения и увеличения тока до уровня, необходимого для потребительских приложений.

Применение индуктивности

Свойства индукторов делают их очень полезными в различных приложениях.Например, индукторы противодействуют любым изменениям тока. Следовательно, индукторы можно использовать для защиты цепей от скачков тока. Катушки индуктивности также используются для стабилизации постоянного тока и для контроля или устранения переменного тока. Катушки индуктивности, используемые для устранения переменного тока выше определенной частоты, называются дросселями.

Генераторы

Одним из наиболее распространенных способов использования электромагнитной индуктивности является генерация электрического тока. Чтобы узнать, как работает генератор, посетите наш учебник по генераторам и двигателям .

Радиоприемники Катушки индуктивности

могут использоваться в цепях с конденсаторами для генерации и изоляции высокочастотных токов. Например, катушки индуктивности используются с конденсаторами в схемах настройки радиоприемников. На рисунке 4 переменный конденсатор подключен к схеме антенна-трансформатор. Передаваемые радиоволны заставляют индуцированный ток течь в антенне через первичную катушку индуктивности на землю.

Вторичный ток в обратном направлении индуцируется во вторичной катушке индуктивности.Этот ток течет к конденсатору. Скачок тока в конденсаторе вызывает противодействующую электродвижущую силу. Эту противодействующую электродвижущую силу называют емкостным реактивным сопротивлением. Индуцированный поток тока через катушку также вызывает противодействующую электродвижущую силу. Это называется индуктивным реактивным сопротивлением. Таким образом, в цепи есть как емкостное, так и индуктивное реактивное сопротивление.

На более высоких частотах индуктивное реактивное сопротивление больше, а емкостное реактивное сопротивление меньше. На более низких частотах все наоборот.Переменный конденсатор используется для выравнивания индуктивного и емкостного сопротивлений. Состояние, при котором реактивные сопротивления уравновешены, называется резонансом. Конкретная частота, которая изолирована выровненными реактивными сопротивлениями, называется резонансной частотой.

Радиосхема настраивается путем регулировки емкости переменного конденсатора для выравнивания индуктивного и емкостного реактивного сопротивления цепи для желаемой резонансной частоты или, другими словами, для настройки на желаемую радиостанцию.Наш интерактивный учебник по Java для радиоприемника демонстрирует, как катушки индуктивности и переменный конденсатор используются для настройки на радиочастоты.

Интерактивное учебное пособие по Java
Металлоискатели

Работа металлоискателя основана на принципе электромагнитной индукции.Металлоискатели содержат одну или несколько катушек индуктивности. Когда металл проходит через магнитное поле, создаваемое катушкой или катушками, поле индуцирует в металле электрические токи. Эти токи называются вихревыми токами. Эти вихревые токи, в свою очередь, создают собственное магнитное поле, которое генерирует ток в детекторе, который передает сигнал, указывающий на присутствие металла. Наблюдайте за магнитными полями и вихревыми токами, генерируемыми металлоискателем, в нашем учебном пособии по металлоискателю для Java.

Интерактивное учебное пособие по Java

НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1995-2019, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены.Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается нашим
Команда разработчиков графики и веб-программирования
в сотрудничестве с оптической микроскопией на
Национальная лаборатория сильного магнитного поля.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18
Счетчик доступа с 29 марта 1999 г .: 252737
.

Что такое закон индукции Фарадея?

Закон индукции Фарадея описывает, как электрический ток создает магнитное поле и, наоборот, как изменяющееся магнитное поле генерирует электрический ток в проводнике. Английский физик Майкл Фарадей получил признание за открытие магнитной индукции в 1830 году; однако, по данным Техасского университета, американский физик Джозеф Генри независимо сделал то же самое открытие примерно в то же время.

Значение открытия Фарадея невозможно переоценить.Магнитная индукция позволяет создавать электродвигатели, генераторы и трансформаторы, которые составляют основу современных технологий. Понимая и используя индукцию, мы получаем электрическую сеть и многие вещи, которые мы к ней подключаем.

Позже закон Фарадея был включен в более полные уравнения Максвелла, по словам Майкла Дубсона, профессора физики в Университете Колорадо в Боулдере. Уравнения Максвелла были разработаны шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, чтобы объяснить взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, по сути объединив их в единую электромагнитную силу и описав электромагнитные волны, из которых состоят радиоволны, видимый свет и рентгеновские лучи.

Электричество

Электрический заряд — фундаментальное свойство материи, согласно Рочестерскому технологическому институту. Хотя трудно описать, что это на самом деле, мы хорошо знакомы с тем, как он ведет себя и взаимодействует с другими зарядами и полями. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, электрическое поле от локализованного точечного заряда относительно просто. Он описывает ее как излучающуюся одинаково во всех направлениях, как свет от голой лампочки, и уменьшающуюся в силе как обратный квадрат расстояния (1/ r 2 ) в соответствии с законом Кулона.Когда вы отодвигаетесь вдвое дальше, напряженность поля уменьшается до одной четвертой, а когда вы удаляетесь в три раза дальше, она уменьшается до одной девятой.

Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому перенос заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому по своим зонам проводимости, которые являются высшими электронными орбитами.Достаточная электродвижущая сила (ЭДС) или напряжение вызывает дисбаланс заряда, который может заставить электроны перемещаться по проводнику из области с более отрицательным зарядом в область с более положительным зарядом. Это движение мы называем электрическим током.

Магнетизм

Чтобы понять закон индукции Фарадея, важно иметь базовые представления о магнитных полях. По сравнению с электрическим полем магнитное поле более сложное. По данным Государственного университета Сан-Хосе, хотя положительные и отрицательные электрические заряды могут существовать отдельно, магнитные полюса всегда приходят парами — северный и южный.Как правило, магниты всех размеров — от субатомных частиц до магнитов промышленных размеров до планет и звезд — являются диполями, то есть у каждого из них есть два полюса. Мы называем эти полюса северным и южным по направлению, в котором указывают стрелки компаса. Интересно, что поскольку противоположные полюса притягиваются и, как полюса, отталкиваются, северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, поскольку он притягивает северные полюса стрелок компаса.

Магнитное поле часто изображают в виде линий магнитного потока.В случае стержневого магнита силовые линии выходят из северного полюса и изгибаются, чтобы снова войти в южный полюс. В этой модели количество силовых линий, проходящих через данную поверхность в пространстве, представляет собой плотность потока или напряженность поля. Однако следует отметить, что это только модель. Магнитное поле гладкое и непрерывное и фактически не состоит из дискретных линий.

Силовые линии магнитного поля от стержневого магнита. (Изображение предоставлено snapgalleria Shutterstock)

Магнитное поле Земли создает огромный магнитный поток, но он рассредоточен по огромному пространству.Следовательно, через данную область проходит только небольшое количество потока, что приводит к относительно слабому полю. Для сравнения, магнитный поток от магнита-холодильника крошечный по сравнению с магнитным потоком Земли, но его сила поля во много раз сильнее на близком расстоянии, где его силовые линии гораздо более плотно упакованы. Однако по мере удаления поле быстро становится намного слабее.

Индукция

Если пропустить через провод электрический ток, вокруг него возникнет магнитное поле.Направление этого магнитного поля можно определить по правилу правой руки. По данным физического факультета Университета штата Буффало в Нью-Йорке, если вы вытянете большой палец и согнете пальцы правой руки, ваш большой палец будет указывать в положительном направлении тока, а пальцы согнуты в северном направлении магнитного поля. .

Правило левой и правой руки для магнитного поля, создаваемого током в прямом проводе. (Изображение предоставлено Фуадом А. Саадом Shutterstock)

Если вы согнете провод в петлю, силовые линии магнитного поля согнутся вместе с ним, образуя тороид или форму пончика.В этом случае ваш большой палец указывает на северное направление магнитного поля, выходящего из центра петли, а ваши пальцы будут указывать в положительном направлении тока в петле.

В круговой петле с током: (а) правило правой руки определяет направление магнитного поля внутри и снаружи петли. (б) Более подробное отображение поля, подобное полю стержневого магнита. (Изображение предоставлено OpenStax)

Если мы пропустим ток через проволочную петлю в магнитном поле, взаимодействие этих магнитных полей вызовет скручивающую силу или крутящий момент в петле, заставляя ее вращаться, согласно данным Рочестерского института. Технология.Однако он будет вращаться только до тех пор, пока магнитные поля не выровняются. Если мы хотим, чтобы петля продолжала вращаться, мы должны изменить направление тока, что изменит направление магнитного поля петли. Затем петля повернется на 180 градусов, пока ее поле не выровняется в другом направлении. Это основа электродвигателя.

И наоборот, если мы вращаем проволочную петлю в магнитном поле, поле вызовет электрический ток в проводе. Направление тока меняется каждые пол-оборота, создавая переменный ток.Это основа электрогенератора. Здесь следует отметить, что это не движение провода, а скорее размыкание и замыкание петли по отношению к направлению поля, которое индуцирует ток. Когда петля обращена лицом к полю, через петлю проходит максимальное количество магнитного потока. Однако, когда петля повернута ребром к полю, силовые линии не проходят через петлю. Именно это изменение количества потока, проходящего через контур, вызывает ток.

Другой эксперимент, который мы можем провести, — сформировать из провода петлю и подключить концы к чувствительному измерителю тока или гальванометру.Если затем протолкнуть стержневой магнит через петлю, стрелка гальванометра переместится, указывая на индуцированный ток. Однако, как только мы останавливаем движение магнита, ток возвращается к нулю. Поле от магнита будет индуцировать ток только тогда, когда он увеличивается или уменьшается. Если мы вытащим магнит обратно, он снова вызовет ток в проводе, но на этот раз он будет в противоположном направлении.

Магнит в проволочной петле, подключенной к гальванометру. (Изображение предоставлено: Фуад А.Saad Shutterstock)

Если бы мы включили в цепь лампочку, она рассеивала бы электрическую энергию в виде света и тепла, и мы бы чувствовали сопротивление движению магнита, когда мы перемещали его внутрь и из контура. . Чтобы переместить магнит, мы должны выполнять работу, эквивалентную энергии, используемой лампочкой.

В еще одном эксперименте мы могли бы построить две проволочные петли, соединить концы одной с батареей с помощью переключателя, а концы другой петли подключить к гальванометру.Если мы поместим две петли близко друг к другу, лицом к лицу, и включим питание первой петли, гальванометр, подключенный ко второй петле, покажет индуцированный ток, а затем быстро вернется к нулю.

Здесь происходит то, что ток в первом контуре создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток во втором контуре, но только на мгновение, когда магнитное поле изменяется. Когда вы выключите переключатель, счетчик на мгновение отклонится в противоположном направлении.Это еще один признак того, что ток индуцирует изменение интенсивности магнитного поля, а не его сила или движение.

Это объясняется тем, что магнитное поле заставляет электроны в проводнике двигаться. Это движение называется электрическим током. В конце концов, однако, электроны достигают точки, в которой они находятся в равновесии с полем, и в этой точке они перестают двигаться. Затем, когда поле снимается или выключается, электроны возвращаются в свое исходное положение, создавая ток в противоположном направлении.

В отличие от гравитационного или электрического поля, магнитное дипольное поле представляет собой более сложную трехмерную структуру, сила и направление которой изменяется в зависимости от места измерения, поэтому для ее полного описания требуется расчет. Однако мы можем описать упрощенный случай однородного магнитного поля — например, очень маленькую часть очень большого поля — как Φ B = BA , где Φ B — абсолютное значение магнитного потока. , B, — напряженность поля, а A, — определенная область, через которую проходит поле.Наоборот, в этом случае напряженность магнитного поля — это поток на единицу площади, или B = Φ B / A .

Закон Фарадея

Теперь, когда у нас есть базовое понимание магнитного поля, мы готовы определить закон индукции Фарадея. В нем говорится, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Другими словами, чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет напряжение в цепи.Направление изменения магнитного поля определяет направление тока.

Увеличить напряжение можно за счет увеличения количества витков в цепи. Индуцированное напряжение в катушке с двумя петлями будет вдвое больше, чем с одной петлей, а с тремя петлями — втрое. Вот почему настоящие двигатели и генераторы обычно имеют большое количество катушек.

Теоретически двигатели и генераторы одинаковы. Если вы включите двигатель, он будет вырабатывать электричество, а подача напряжения на генератор заставит его вращаться.Однако большинство реальных двигателей и генераторов оптимизированы только для одной функции.

Трансформаторы

Еще одним важным приложением закона индукции Фарадея является трансформатор, изобретенный Николой Тесла. В этом устройстве переменный ток, который меняет направление много раз в секунду, проходит через катушку, намотанную вокруг магнитного сердечника. Это создает изменяющееся магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует ток во второй катушке, намотанной вокруг другой части того же магнитного сердечника.

Схема трансформатора (Изображение предоставлено: photoiconix Shutterstock)

Отношение числа витков в катушках определяет соотношение напряжения между входным и выходным током. Например, если мы возьмем трансформатор со 100 витками на входе и 50 витками на выходе, и введем переменный ток при 220 вольт, выход будет 110 вольт. Согласно Hyperphysics, трансформатор не может увеличивать мощность, которая является произведением напряжения и тока, поэтому, если напряжение повышается, ток пропорционально уменьшается, и наоборот.В нашем примере вход 220 вольт при 10 ампер или 2200 ватт даст на выходе 110 вольт при 20 ампер, опять же 2200 ватт. На практике трансформаторы никогда не бывают идеально эффективными, но, по данным Техасского университета, потери мощности хорошо спроектированного трансформатора обычно составляют всего несколько процентов.

Трансформаторы делают возможной электрическую сеть, от которой мы зависим для нашего промышленного и технологического общества. Линии электропередачи по пересеченной местности работают под напряжением в сотни тысяч вольт, чтобы передавать больше энергии в пределах токоведущей силы проводов.Это напряжение многократно понижается с помощью трансформаторов на распределительных подстанциях, пока оно не достигнет вашего дома, где оно, наконец, понижается до 220 и 110 вольт, которые могут запустить вашу электрическую плиту и компьютер.

Дополнительные ресурсы

.

Примечания по направлению наведенной ЭДС и тока | Класс 12> Физика> Электромагнитная индукция

Направление наведенной ЭДС и, следовательно, тока может быть определено одним из следующих двух методов:
1. Закон Ленца, который уже обсуждался

2. Правило Флеминга для правой руки

Вытяните указательный палец , средний палец и большой палец правой руки взаимно перпендикулярны друг другу. Если силовой палец указывает в направлении магнитного поля, большой палец указывает направление движения проводника, а средний палец указывает направление индуцированного тока.

Показывает, что ЭДС зависит от числа витков N и скорости изменения магнитного потока \ (\ phi \). Поскольку магнитный поток, \ (\ phi = BA \: \ cos \: \ theta \).

Таким образом, магнитный поток можно изменить с помощью

  1. Изменяя напряженность магнитного поля (B).
  2. Изменение ориентации \ ((\ theta) \) катушки относительно магнитного поля.
  3. Изменение площади токопроводящей цепи.
Индуцированная ЭДС в прямом проводнике, движущемся в однородном магнитном поле: Движущая ЭДС.
motional emf ЭДС движения

Рассмотрим прямой проводник PQ длины l, движущийся под прямым углом к ​​однородному магнитному полю B со скоростью v. Предположим, что проводник проходит небольшое расстояние x за время t. тогда площадь, охватываемая проводником, определяется как

\ begin {align *} \ text {Area swept} & = l \ times x \\ \ поэтому \ text {Отсечение магнитного потока,} \: \ phi & = B \ times \ text {Площадь развертки} \\ & = b \ times l \ times x \\ & = Blx \\\ end {align *}

Из закона электромагнитного индуктора Фарадея величина индуцированного e.mf в проводнике определяется как

\ begin {align *} \\ e & = N \ frac {d \ phi} {dt} = N \ frac {d} {dt} (Bl \: x) \\ & = N \: Bl \ frac {dx} {dt} \\ \, следовательно, e & = Bl \: v \: \: \: \ left [\ следовательно, N = 1, \: \ text {и} \: \ frac {dx} {dt} = v \ right] \\ \ end {align *}

Особый случай:

Если проводник движется под углом \ (\ theta \), на который он перемещается по полю, \ (v \: \ sin \: \ theta \).

$$ \ поэтому \; \; \; \ epsilon = Bv \: l \ sin \ theta $$

Направление индуцированного e.м.ф. можно определить по правилу правой руки Флеминга.

Индуцированная Э. М. в катушке, вращающейся в магнитном поле
Induced E.m.f. in a coil rotating in a magnetic field Индуцированная Э. м.ф. в катушке, вращающейся в магнитном поле

Рассмотрим прямоугольную катушку, вращающуюся с постоянной угловой скоростью \ (\ omega \) в однородном магнитном поле вокруг оси, перпендикулярной полю.

Пусть

\ begin {align *} N & = \ text {количество витков катушки} \\ A & = \ text {площадь каждого витка} \\ B & = \ text {напряженность магнитного поля.} \\ \ end {align *}

Предположим, что изначально, т.е. при t = 0, плоскость катушки перпендикулярна направлению магнитного поля. Пусть катушка вращается против часовой стрелки на угол \ (\ theta = \ omega t \) за время t. В этот момент перпендикуляр к плоскости катушки составляет угол \ (\ theta \) с направлением поля. Следовательно, в этот момент магнитный поток \ (\ phi \) через каждый виток катушки равен

\ begin {align *} \ phi & = AB \: \ cos \: \ theta \\ & = AB \ cos \: \ omega t \\\ end {align *}

variation emf with wt вариация ЭДС с wt

Используя законы электромагнитной индукции Фарадея, индуцированная e.mf в катушке определяется как

\ begin {align *} E & = -N \ frac {d \ phi} {dt} \\ & = -N \ frac {d} {dt} (AB \ cos \: \ omega t), \\ \ text {где N — количество витков катушки.} \\ & = -N \: AB \ frac {d} {dt} (\ cos \: \ omega t) \\ & = -N \: AB (-sin \: \ omega t) \: \ omega \\ \ epsilon & = N \: AB \ omega \: \ sin \: \ omega t \ dots (i) \\ \ end { align *} Величина наведенной ЭДС будет максимум (\ (\ epsilon _0 \))

\ begin {align *} \\ \ text {when} \: \ sin \: \ omega t = 1 \\ \ text {т.е.} \: \ epsilon_0 & = N \: AB \ omega \\ \ text {Итак, уравнение} \: (i) \: \ text {становится} \\ \ поэтому \ epsilon & = \ epsilon _0 \: \ sin \: \ omega t \ dots (ii) \ end {align *}

Таким образом, катушка, вращающаяся с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создает синусоидальную переменную ЭДС. Если к катушке подключен резистор с сопротивлением R, результирующий ток будет синусоидальным и будет определяться как

\ begin {align *} I & = \ frac {\ epsilon} {R} = \ frac {\ epsilon _0 \ sin \: \ omega t} {R} \\ \ поэтому I & = I_0 \ sin \: \ omega t \\ \ text {where} \: \ frac {\ epsilon _0} {R} = I_0 \: \ text {максимальное значение} \\ \ end {align *}

Такая вращающаяся катушка в однородном магнитном поле является основным принципом работы a.c. генератор.

Ссылка

Ману Кумар Хатри, Манодж Кумар Тапа и др. Принципы физики . Катманду: публикация Ayam PVT LTD, 2010.

S.K. Гаутам, Дж. М. Прадхан. Учебник по физике . Катманду: публикация Сурьи, 2003.

. .