- •Раздел 4
- •Магнитные и электромагнитные свойства веществ
- •Магнитостатика Магнитное поле и его характеристики.
- •Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока и витка с током
- •Контрольные вопросы
- •Закон Ампера
- •Сила взаимодействия двух параллельных токов
- •Сила Лоренца
- •Циркуляция вектора для магнитного поля в вакууме
- •Магнитное поле в соленоиде и тороиде
- •Контрольные вопросы
- •Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для вектора .
- •Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле
- •Магнитные свойства вещества. Магнитные моменты электронов и атомов
- •Диамагнетики и парамагнетики
- •Ферромагнетики и их свойства
- •Контрольные вопросы
- •Выберите правильные ответы на поставленные вопросы
- •Электромагнитная индукция Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •В замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает эдс и электрический ток.
- •Вращение рамки в магнитном поле
- •Вихревые токи (токи Фуко)
- •Понятие об электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле
- •Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Магнитная запись информации
- •Запись цифровой информации
- •Контрольные вопросы
- •Индуктивность. Самоиндукция.
- •Т оки при размыкании и замыкании цепи
- •Энергия магнитного поля
- •Контрольные вопросы
- •Выберите правильные ответы на поставленные вопросы
- •Превращение энергии в колебательном контуре
- •Гармонические колебания в контуре
- •Вынужденные электрические колебания. Переменный ток. Генератор переменного тока. Мгновенное, амплитудное и действующее значения э.Д.С., напряжения и силы тока
- •Резистор в цепи переменного тока
- •Катушка с индуктивностью в цепи переменного тока
- •Конденсатор с электроемкостью с в цепи переменного тока
- •Векторная диаграмма напряжений. Закон Ома для цепи переменного тока.
- •Мощность цепи переменного тока. Косинус .
- •Резонанс в электрической цепи. Добротность контура
- •Трансформатор.
- •Единая энергетическая система страны.
- •Электромагнитное поле и его распространение в пространстве в виде электромагнитных волн.
- •Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Плотность потока излучения.
- •Физические основы радиосвязи.
- •Принцип построения радиолокации Радиолокация – обнаружение и определение местоположения тел в пространстве, отражающих электромагнитные волны
Электромагнитная индукция Закон Фарадея. Правило Ленца.
Английский физик М.Фарадей в 1831 году опытным путем открыл явление электромагнитной индукции.
Первый опыт Фарадея (рисунок 24а). Если в соленоид вдвигать и выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания и выдвигания
Рисунок 24. Опыты Фарадея
наблюдается отклонение стрелки гальванометра, то есть возникает индукционный ток. Направления токов при вдвигании и выдвигании магнита противоположны. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки.
Второй опыт Фарадея (рисунок 24б). В соленоид вставлялась катушка, через которую протекал ток. Отклонения стрелки гальванометра наблюдались в моменты включения и выключения тока, в моменты увеличения или уменьшения тока и при перемещении катушек относительно друг друга.
Третий опыт Фарадея (рисунок 25). Соленоиды не двигались относительно друг друга. Во внутренний соленоид подавался переменный ток. Лампочка, включенная в обмотку внешнего соленоида, светилась.
Рисунок 25. Третий опыт Фарадея
На основании опытов Фарадей пришел к выводу, что:
В замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает эдс и электрический ток.
Значение индукционного тока совершенно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения.
ЭДС электромагнитной индукции определяется лишь скоростью изменения магнитного потока, сцепленного с контуром: . Знак (-) показывает, что увеличение потока ( 0) вызывает ЭДС 0 и наоборот, т.е. магнитное поле индукционного тока направлено навстречу потоку.
Закон Фарадея можно сформулировать следующим образом:
ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную эти контуром.
Если магнитный поток пронизывает контур, состоящий из витков, то , где - потокосцепление.
Правило Ленца: индукционный ток в контуре направлен всегда так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.
Возникновение ЭДС индукции при движении контура объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника. При перемещении прямого проводника длиной со скоростью в магнитном поле с индукцией на проводнике наводится ЭДС индукции: , где - угол между векторами и .
Вращение рамки в магнитном поле
Явление электромагнитной индукции применяется в индукционных генераторах для преобразования механической энергии в электрическую энергию. Для получения электрической энергии рамка вращается в однородном магнитном поле ( = const) равномерно с угловой скоростью w = const (рисунок 26). Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S в любой момент времени t равен:
, где: – угол поворота рамки за время t. , где -длина рамки, а r – радиус вращения.
При вращении одновитковой рамки в ней будет возникать ЭДС индукции:
где
-
линейная скорость проводника
П ри ЭДС максимальна. .
- ЭДС изменяется по гармоническому закону. = 2 , где
Рисунок 26. Вращение рамки
- частота. В России частота переменного тока равна 50 Гц.
Процесс превращения механической энергии в электрическую энергию обратим. Если в рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то возникает вращающий момент:
, где - вектор магнитного момента рамки. В результате рамка начнет вращаться и электрическая энергия превратиться в механическую энергию.