Серия уроков по теме "Электромагнитная индукция"

Магнитный поток
Ф=ВΔS cosα
[Ф]=Тл·м2=Вб
Магнитным потоком
Ф через поверхность
площадью ΔS
называется величина
численно равная
произведению модуля
вектора магнитной
индукции В на
площадь ΔS и косинус
угла между векторами
магнитной индукции и
нормали.
Электромагнитная индукция
Электромагнитная ин–
дукция – явление воз–
никновения вихревого
электрического поля,
вызывающего элек–
трический ток в зам–
кнутом контуре при
изменении потока маг–
нитной индукции через
поверхность, ограни–
ченную этим контуром.
Индукционный ток
В проводящем замкнутом
контуре возникает
электрический ток, если
контур находится в
переменном магнитном поле
или движется в постоянном
во времени поле так, что
число линий магнитной
индукции, пронизывающих
контур, меняется.
Способы индуцирования тока
ΔФ>0
Возникновение индукционного тока в
катушке при вдвигании (выдвигании) в
нее постоянного магнита: а) опыт
Фарадея; б) его объяснение
Способы индуцирования тока
Возникновение индук–
ционного тока в наружной
катушке при включении
(выключении) тока во
внутренней: а) опыт
Фарадея; б) его объяснение
Внешняя катушка
Внутренняя катушка
Способы индуцирования тока
а)
Возникновение
индукционного тока
в катушке при выд–
вигании (вдвигании)
внутренней: а) опыт
Фарадея; б) его объ–
яснение
б)
Внешняя катушка
ΔФ<0
Внутренняя катушка
Направление индукционного тока
Взаимодействие индукционного тока с
магнитом
Закон электромагнитной индукции
ЭДС электромагнитной индукции в
замкнутом контуре численно равна и
противоположно по знаку скорости
изменения магнитного потока через
поверхность,
ограниченную
этим
контуром: Ei = -Ф´= -ΔФ/Δt
.
Закон электромагнитной индукции
ЭДС электромагнитной индукции в
замкнутом контуре численно равна и
противоположно по знаку скорости
изменения магнитного потока через
поверхность,
ограниченную
этим
контуром: Ei = -Ф´= -ΔФ/Δt
.
ЭДС индукции в движущихся
проводниках
ЭДС индукции в проводниках, движущихся в
постоянном магнитном поле, возникает за счет
действия на свободные заряды проводника силы
Лоренца: Ei=Bvl sinα, где α – угол между векторами
магнитной индукции и скорости движения
проводника. Если α = π/2 (см. рис.), то Ei=Bvl.
Использование явления
электромагнитной индукции
1. Электродинамический микрофон
1 – звуковая катушка;
2 – диафрагма, жестко
связана с катушкой;
3 – постоянный магнит
2. Трансформатор
Трансформатор – устройство, применяемое
для повышения или понижения переменного
напряжения. Коэффициент трансформации:
k=N1/N2=U1/U2; U1/U2 = I2/I1.
3. Детектор металла
Магнитное поле В0, создаваемое
током I0 передающей катушки,
индуцирует в металлических
предметах токи, препятствую–
щие (по правилу Ленца) изменению магнитного потока. В свою
очередь, магнитное поле В´ этих
токов индуцирует в катушкеприемнике ток I´, запускающий
сигнал тревоги.
3. Поезд на магнитной подушке
Сверхпроводящие катушки с током, размещенные на дне вагона,
индуцируют ток в
алюминиевых катушках на полотне дороги.
Отталкивание сверхпроводящих катушек и
катушек на полотне
дороги приподнимают вагон над землей. Движение
поезда вызывается взаимодействием сверхпроводящих катушек, расположенных вдоль стенок вагонов, и катушек внутри ограничительных бортиков
полотна дороги.
Генератор переменного тока
В генераторе переменно–
го тока рамка (1) враща–
ется в магнитном поле,
создаваемом постоянным
магнитом (2). Противо–
положные стороны рамки
присоединены к кольцам
(3), с которых с помощью
гибких контактов (4) (ще–
ток) снимается индуци–
рованный заряд.
2
1
4
3
Переменная ЭДС, индуцируемая в произвольном
положении рамки в момент времени t определяется законом
Фарадея: e = -Ф´, где Ф = BScosωt.
Следовательно, e = Emaxsinωt, где Emax = BSω,
ω
= 2πν = 2π/T.
Резистор в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=u/R=Imsinωt
R
Um
u, i
y
Im
0
-Im
-
Um
T/2
T
t
x
0
Im Um
Конденсатор в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=Imsin(ωt+π/2)
XC=1/ωC
С
Um
u, i
y
Im
0
-Im
Um
T/2
T
t
Im
π/2
x
0
Um
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=Imsin(ωt-π/2)
XL=ωL
L
Um
u, i
y
Im
0
T/2
T
t
0
-π/2
-Im
Um
x
Im
Um
Вихревое электрическое поле
и его связь с магнитным полем
ΔB>0
ΔB<0
E
E
В пространстве, в котором изменяется магнитное поле,
обязательно возникает электрическое поле с замкнутыми
(вихревыми) линиями напряженности.
Вектор индукции магнитного поля в каждой точке
пространства перпендикулярен вектору напряженности
созданного им электрического поля.
Вихревое магнитное поле
и его связь с электрическим полем
ΔE>0
ΔE<0
E
E
В пространстве, в котором изменяется электрическое
поле, обязательно возникает магнитное поле с замкнутыми
(вихревыми) линиями индукции.
Вектор напряженности электрического поля в каждой
точке пространства перпендикулярен вектору индукции
созданного им магнитного поля.
Переменная ЭДС, индуцируемая в произвольном
положении рамки в момент времени t определяется законом
Фарадея: e = -Ф´, где Ф = BScosωt.
Следовательно, e = Emaxsinωt, где Emax = BSω,
ω
= 2πν = 2π/T.
Резистор в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=u/R=Imsinωt
R
Um
u, i
y
Im
0
-Im
-
Um
T/2
T
t
x
0
Im Um
Конденсатор в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=Imsin(ωt+π/2)
XC=1/ωC
С
Um
u, i
y
Im
0
-Im
Um
T/2
T
t
Im
π/2
x
0
Um
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
~
u=Umcos ωt
i=Imsin(ωt-π/2)
XL=ωL
L
Um
u, i
y
Im
0
T/2
T
t
0
-π/2
-Im
Um
x
Im
Um
Вихревое электрическое поле
и его связь с магнитным полем
ΔB>0
ΔB<0
E
E
В пространстве, в котором изменяется магнитное поле,
обязательно возникает электрическое поле с замкнутыми
(вихревыми) линиями напряженности.
Вектор индукции магнитного поля в каждой точке
пространства перпендикулярен вектору напряженности
созданного им электрического поля.
Вихревое магнитное поле
и его связь с электрическим полем
ΔE>0
ΔE<0
B
B
В пространстве, в котором изменяется электрическое
поле, обязательно возникает магнитное поле с замкнутыми
(вихревыми) линиями индукции.
Вектор напряженности электрического поля в каждой
точке пространства перпендикулярен вектору индукции
созданного им магнитного поля.