Електрорушійна сила індукції (механізм виникнення) у рухомих і нерухомих контурах
Зв’язок між електрорушійною силою індукції й швидкістю зміни магнітного потоку, закон Фарадея. Максвеллівське трактування закону електромагнітної індукції. Розходження між максвеллівським та фарадеївським розумінням явища електромагнітної індукції.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 16.09.2013 |
| Размер файла | 137,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Електрорушійна сила індукції (механізм виникнення) у рухомих і нерухомих контурах
1. Електрорушійна сила індукції (механізм виникнення) у рухомих контурах. Можна за допомогою логічних міркувань знайти зв'язок між ЕРС індукції й швидкістю зміни магнітного потоку , тобто закон Фарадея
. (1)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1 - Перемичка 1-2 довжини переміщується з сталою швидкістю . Вибираємо напрям нормалі так, щоб цей вектор був спрямований за креслення. Напрям () обходу контуру вибираємо так, щоб він утворював з правогвинтову систему
Виконаємо це.
Звернемо увагу при цьому на механізм виникнення явища електромагнітної індукції. Розглянемо контур, який знаходиться в однорідному та постійному магнітному полі, індукція якого є перпендикулярною до площини контуру (див. рис. 1). Нехай перемичка 1-2 рухається зі швидкістю . З тією самою швидкістю переміщуються разом з перемичкою й носії струму - електрони. У результаті цього на кожний електрон із зарядом діє магнітна сила
,
що спрямована уздовж перемички. Дія цієї сили є еквівалентною дії на електрон стороннього поля з напруженістю
.
Це поле неелектростатичного походження. Його циркуляція по контуру дає значення ЕРС, яка індукується у контурі:
(підінтегральна функція відмінна від нуля лише на ділянці, яка утворена перемичкою 1-2).
Вектори й взаємно перпендикулярні, а вектори й спрямовані у протилежні боки. Тому формула (3) спрощується:
.
Тут ми подали у вигляді , добуток являє собою збільшення магнітного потоку через контур за час .
У результаті отримуємо з (4) закон Фарадея (1).
Таким чином, у випадку, коли провідник рухається у постійному магнітному полі, ЕРС індукції виникає за рахунок дії магнітної складової сили Лоренца.
2. Максвеллівське трактування закону електромагнітної індукції.
Коли провідник рухається у постійному магнітному полі, індукційний струм викликається магнітною складовою сили Лоренца .
Яка ж сила збуджує індукційний струм у нерухомому провіднику, що знаходиться у змінному магнітному полі?
Відповідь була дана Максвеллом.
Відповідно до трактування Максвелла будь-яке змінне магнітне поле збуджує у навколишньому просторі вихрове електричне поле. Останнє і є причиною виникнення індукційного струму в провіднику.
Сила, з якою діє вихрове електричне поле з напруженістю на електричний заряд , має неелектростатичний характер, тобто вона є сторонньою силою. Напруженість поля сторонніх сил в цьому випадку буде дорівнювати напруженості вихрового електричного поля
Тоді ЕРС вихрового поля буде дорівнювати
Підставляємо замість отриманий вираз у закон Фарадея (17.1) і приходимо до максвеллівського формулювання закону електромагнітної індукції: будь-яка зміна магнітного поля у часі збуджує в навколишньому просторі вихрове електричне поле ; циркуляція вектора напруженості цього поля по будь-якому нерухомому замкненому контуру визначається виразом
,
електромагнітний індукція фарадей
де - магнітний потік, що пронизує контур . Ми тут використали для позначення швидкості зміни магнітного потоку знак частинної, а не повної похідної. Цим ми хочемо підкреслити, що контур повинен бути нерухомим.
Між максвеллівським та фарадеївським розумінням явища електромагнітної індукції є істотне розходження. Відповідно до формулювання Фарадея електромагнітна індукція полягає у збудженні електричного струму. Для її спостереження необхідна наявність замкненого провідника. Максвелл, навпроти, бачить сутність електромагнітної індукції насамперед у збудженні вихрового електричного поля, а не струму. Електромагнітна індукція може спостерігатися й тоді, коли в просторі взагалі немає ніяких провідників. Поява індукційного струму в замкненому провіднику при внесенні останнього в змінне магнітне поле є лише одним з проявів вихрового електричного поля, що виникає в результаті зміни поля магнітного. Але вихрове електричне поле може виконувати й інші дії, наприклад поляризувати діелектрик, викликати пробій конденсатора, прискорювати й гальмувати заряджені частинки і т.п. Експерименти повністю підтверджують гіпотезу Максвелла.
3 У загальному випадку, коли провідник рухається і магнітне поле змінюється, індукційний струм збуджується як електричною силою , так і магнітною силою . Поєднуючи обидві сили, можна сказати, що у всіх випадках індукційний струм викликається повною силою Лоренца
Яка частина індукційного струму викликається електричною, а яка магнітною складовою сили Лоренца - це залежить від вибору системи відліку. Дійсно, чисто електричне поле (без магнітного) створюється системою нерухомих зарядів. Однак якщо заряди нерухомі відносно деякої інерціальної системи відліку, то відносно інших інерціальних систем ці заряди рухаються і, отже, створюють не тільки електричне, але й магнітне поле. Нерухомий провідник з постійним струмом створює постійне магнітне поле. Однак відносно інших інерціальних систем цей провідник рухається. Тому створюване ним магнітне поле в будь-якій точці буде змінюватися і, отже, породжувати вихрове електричне поле. Таким чином, поле, яке відносно деякої системи відліку є чисто електричним або чисто магнітним, відносно інших систем відліку являє собою сукупність електричного і магнітного полів, які утворюють єдине електромагнітне поле.
Визначимо індуктивність довгого соленоїда.
Розглянемо соленоїд такої довжини, щоб його можна було вважати нескінченним.
Рисунок 2
При проходженні через нього струму усередині соленоїда збуджується однорідне поле з індукцією (див. відповідні формули для магнітного поля нескінченного соленоїда). Потік через кожний з витків дорівнює , а повний магнітний потік, який зчеплений із соленоїдом:
, (7)
де - довжина соленоїда; - площа поперечного перерізу; - число витків на одиницю довжини (добуток дає повне число витків соленоїда).
Порівняння формул і 7 дає для індуктивності дуже довгого соленоїда вираз
,
де - об'єм соленоїда.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Закони електромагнітної індукції. Демонстрування явища електромагнітної індукції та самоіндукції. Роль магнітних полів у явищах , що виникають на Сонці та у космосі. Електромагнітні коливання. 3.2 Умови виникнення коливань. Формула гармонічних коливань.
учебное пособие [49,2 K], добавлен 21.02.2009Поняття електростатиці, електричного поля, електричного струму та кола, ємністі, магнетизму та електромагнітній індукції. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Кола змінного струму. Послідовне та паралельне з’єднання R-, C-, L- компонентів.
анализ книги [74,2 K], добавлен 24.06.2008Електрорушійна сила потужних генераторів електростанцій. Явище електромагнітної індукції як основа функціонування трансформатора. Первинна обмотка трансформатора, змінна напруга, проходження струму і створення в осерді циркулюючого магнітного потоку.
реферат [35,6 K], добавлен 19.11.2010Біографія англійського фізика Фарадея та його основна наукова заслуга - створення польової концепції у вченні про електрику і магнетизм. Початок роботи в Королівському інституті та перші самостійні дослідження. Виведення закону електромагнітної індукції.
реферат [28,5 K], добавлен 24.06.2011Вибір електромагнітних навантажень, визначення головних розмірів, геометричних співвідношень і обмоткових даних. Розрахунок розподілу індукції в технологічному зазорі та струму неробочого руху. Визначення та обґрунтування втрат короткого замикання.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 24.07.2022Побудова та принцип дії машинного генератора. Явище електромагнітної індукції, правило "правої руки". Будова індуктору, якорю та колектору генератора. Фізичні явища і процеси в елементах конструкції пристрою. Енергетична діаграма та розрахункова схема.
лекция [111,1 K], добавлен 25.02.2011Сутність і основні характерні властивості магнітного поля рухомого заряду. Тлумачення та дія сили Лоуренца в магнітному полі, характер руху заряджених частинок. Сутність і умови появи ефекту Холла. Явище електромагнітної індукції та його характеристики.
реферат [253,1 K], добавлен 06.04.2009Явище і закон електромагнетизму. Напруженість магнітного поля - відношення магнітної індукції до проникності середовища. Магнітне коло та його конструктивна схема. Закон повного струму. Крива намагнічування, петля гістерезису. Розрахунок електромагнітів.
лекция [32,1 K], добавлен 25.02.2011Основні фізичні поняття. Явище електромагнітної індукції. Математичний вираз миттєвого синусоїдного струму. Коло змінного синусоїдного струму з резистором, з ідеальною котушкою та конденсатором. Реальна котушка в колі змінного синусоїдного струму.
лекция [569,4 K], добавлен 25.02.2011Рух електрона в однорідному, неоднорідному аксіально-симетричному магнітному полі. Визначення індукції магнітного поля на основі закону Біо-Савара-Лапласа. Траєкторія електрона у полі соленоїда при зміні струму котушки, величини прискорюючого напруження.
курсовая работа [922,3 K], добавлен 10.05.2013Точка роси. Насичена пара. Абсолютна вологість. Відносна вологість. Волосяний гігрометр, психрометричний гігрометр, гігрометр. Спостереження броунівського руху. Вимірювання індукції магнітного поля постійного струму. Визначення заряду електрона.
лабораторная работа [88,3 K], добавлен 03.06.2007Визначення розмірів пазів статора. Розрахунок магнітної індукції і напруженості на всіх ділянках магнітного кола. Активний і реактивний опір обмоток статора і ротора. Визначення величини складових втрат в асинхронному двигуні, його робочі характеристики.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 06.09.2012Дослідження кривих гістерезису. Залежність магнітної індукції від напруженості магнітного поля. Сучасна теорія феромагнетиків. Процеси намагнічування феромагнетика. Методика дослідження кривих, петлі гістерезису феромагнетика за допомогою осцилографа.
реферат [690,1 K], добавлен 21.06.2010Вивчення конструкції трансформатора та його паспорту. Дослідження методики виконання маркування виводів фазних обмоток. Визначення індукції у стрижні трансформатора, обмоток вищої і нижчої напруги. Розрахунок напруги та числа витків додаткової обмотки.
лабораторная работа [127,5 K], добавлен 28.08.2015Закон повного струму. Рівняння Максвелла для циркуляції вектора напруженості магнітного поля. Використання закону для розрахунку магнітного поля. Магнітний потік та теорема Гаусса. Робота переміщення провідника із струмом і контуру у магнітному полі.
учебное пособие [204,9 K], добавлен 06.04.2009Детство и юность Майкла Фарадея. Начало работы в Королевском институте. Первые самостоятельные исследования М. Фарадея. Закон электромагнитной индукции, электролиз. Болезнь Фарадея, последние экспериментальные работы. Значение открытий М. Фарадея.
реферат [20,8 K], добавлен 07.06.2012Виникнення полярного сяйва, різноманітність форм та кольору. Пояснення явища веселки з точки зору фізики, хід променів у краплині. Види міражів, механізм їх появи, припущення і гіпотези щодо виникнення. "Брокенський привид": специфіка оптичного ефекту.
реферат [4,1 M], добавлен 25.03.2013Закон сохранения импульса, закон сохранения энергии. Основные понятия движения жидкостей и газов, закон Бернулли. Сила тяжести, сила трения, сила упругости. Законы Исаака Ньютона. Закон всемирного тяготения. Основные свойства равномерного движения.
презентация [1,4 M], добавлен 22.01.2012Краткий очерк жизни, личностного и творческого становления великого английского физика Майкла Фарадея. Исследования Фарадея в области электромагнетизма и открытие им явления электромагнитной индукции, формулировка закона. Эксперименты с электричеством.
реферат [151,9 K], добавлен 23.04.2009Жизнь и деятельность выдающегося ученого Майкла Фарадея. Первый закон, установленный Фарадеем, в сфере электрохимических явлений. Основные законы, открытые ученым, их значение для радиотехники и связи. Экспериментальные исследования по электричеству.
реферат [193,0 K], добавлен 23.05.2012
