Să considerăm acum al doilea caz de apariție a unui curent inductiv.

Când un conductor se mișcă, sarcinile sale libere se mișcă odată cu el. Prin urmare, pe taxe din partea camp magnetic forța Lorentz acționează. Ea este cea care provoacă mișcarea sarcinilor în interiorul conductorului. Prin urmare, FEM de inducție este de origine magnetică.

În multe centrale electrice din întreaga lume, forța Lorentz este cea care provoacă mișcarea electronilor în conductorii în mișcare.

Să calculăm EMF de inducție care apare într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic uniform (Fig. 2.10). Fie partea conturului MN eu alunecă cu viteză constantă de-a lungul laturilor NC și MD, rămânând paralel cu latura CD tot timpul. Vector de inducție magnetică câmp omogen este perpendicular pe conductor și formează un unghi α cu direcția vitezei sale.

Forța cu care acționează câmpul magnetic asupra unei particule încărcate în mișcare este egală în valoare absolută cu

F l = | q |υ B sin α. (2,5)

Această forță este direcționată de-a lungul conductorului MN. Lucrarea forței Lorentz 1 pe calea I este pozitivă și este:

A = F l l = | q | υ Bl sin α.

1 Nu este munca deplina forțele Lorentz. Pe lângă forța Lorentz (vezi formula (2.5)), există o componentă a forței Lorentz îndreptată împotriva vitezei și a conductorului. Această componentă încetinește mișcarea conductorului și efectuează o muncă negativă. Ca rezultat, munca totală a forței Lorentz se dovedește a fi egală cu zero.

Forța electromotoare de inducție în conductorul MN este, prin definiție, raportul dintre lucrul pentru a muta sarcina q la această sarcină:

Această formulă este valabilă pentru orice conductor de lungime l care se deplasează cu o viteză într-un câmp magnetic uniform.

În alți conductori ai circuitului, EMF este zero, deoarece acești conductori sunt staționari. Prin urmare, EMF în întregul circuit MNCD este egal și rămâne neschimbat dacă viteza de mișcare este constantă. În acest caz, curentul electric va crește, deoarece atunci când conductorul MN este deplasat la dreapta, rezistența totală a circuitului scade.

FEM de inducție poate fi calculată și folosind legea inductie electromagnetica(vezi formula (2.4)). Într-adevăr, fluxul magnetic prin circuitul MNCD este egal cu:

Ф \u003d BS cos (90 ° - α) \u003d BS sin α,

unde unghiul (90° - α) este unghiul dintre vector și normala la suprafața conturului (Fig. 2.11, vedere laterală), iar S este aria delimitată de conturul MNCD. Dacă presupunem că la momentul inițial (t \u003d 0) conductorul MN se află la o distanță NC de conductorul CD (a se vedea Fig. 2.10), atunci când conductorul se mișcă, aria S se modifică în timp, după cum urmează:

S \u003d l (NC - υ t).

În timpul Δt, zona conturului se modifică cu ΔS = -lυ Δt. Semnul „-” indică faptul că este în scădere. Modificarea fluxului magnetic în acest timp este egală cu:

Dacă întregul circuit MNCD se mișcă într-un câmp magnetic uniform, menținându-și orientarea față de vector, atunci EMF de inducție în circuit va fi zero, deoarece fluxul Ф prin suprafața delimitată de circuit nu se modifică. Se poate explica așa. Când circuitul se mișcă în conductorii MN și CD, apar forțe (vezi formula (2.5)), care acționează asupra electronilor în direcțiile de la N la M și de la C la D. Lucrul total al acestor forțe atunci când ocolesc circuitul în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic este egal cu zero.

FEM de inducție apare și atunci când cadrul este rotit într-un câmp magnetic, adică atunci când unghiul os se modifică în timp (vezi § 31).

EMF de inducție în conductorii care se mișcă într-un câmp magnetic constant apare din cauza acțiunii forței Lorentz asupra sarcinilor conductorului.

Întrebări pentru paragraf

1. Ce este forța Lorentz și cum este direcționată?

2. Ce determină EMF de inducție care apare într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic variabil în timp?

EMF de inducție în conductorii în mișcare

Folosind definiția câmpului magnetic (5l16) și reducând forța magnetică care acționează asupra unui conductor cu curent la forțele experimentate de sarcinile care se mișcă în el, am obținut o expresie pentru forța Lorentz (16l17). Conform definiției pe care am dat-o în prelegerea 15, această forță este externă (pentru că este non-Coulomb) și ar trebui să apară nu numai atunci când sarcinile se deplasează în interiorul conductorului (adică atunci când există un curent în el), ci și atunci când conductorul el însuși se mișcă într-un câmp magnetic (deoarece încărcăturile din acesta se mișcă și ele). În consecință, pe diferite secțiuni ale unui astfel de dirijor, în general, terț forte electromotoare care poate provoca electricitate. Aceste forțe se numesc inductive; Pentru a le calcula, luați în considerare următoarea schemă simplă.

Fie un segment drept al unui conductor cilindric l deplasându-se într-un câmp magnetic uniform B si lasa viteza lui v perpendicular B și axa conductorului (Fig. 1). Pe sarcini pozitive q evident, forța Lorentz va acționa în interior, a cărei amploare

F l= qvB, (1)

iar direcția este prezentată în figură. Pe sarcini negative putere F l va actiona in sens invers. Apar pe site l EMF prin definiție

e 12 = A 12 = F l l = vBl (2)

și este direcționat pentru încărcături ale ambelor semne de-a lungul celui prezentat în Fig. unu F l.

Dacă ne imaginăm că segmentul l conductorul face parte dintr-un circuit cvasi-liniar închis, al cărui contur este prezentat în fig. 1 printr-o linie punctată, rezultatul obținut poate fi dat după forma următoare. Pentru că ,

vBl = = = = , (3)

unde D S = l D X este o creștere a zonei conturului și DФ = D( BS) – vector de curgere B prin el în timp D t. Deoarece secțiunile rămase ale lui Г sunt nemișcate, forțele externe nu apar în ele și, prin urmare, EMF totală e, care acționează de-a lungul întregului circuit, este, de asemenea, determinată de expresia (2). Din fig. 1 arată că este cu direcția B șurubul stâng sistem. Astfel, se poate scrie asta

în plus, semnul minus corespunde regulii stabilite de noi în prelegerea anterioară, care leagă direcția pozitivă de ocolire a conturului și normala pozitivă la acesta prin intermediul dreaptaşurub.

Se poate arăta că relația (4) este valabilă în cel mai general caz de mișcare arbitrară (inclusiv deformare) a conturului în staționar camp magnetic. Exprimă așa-numita lege a inducției curenților în conductorii în mișcare: EMF de inducție care apare în circuit este egală cu rata de modificare a fluxului magnetic prin circuit și se ridică la aceasta (adică, cu o schimbare) nu corect- (acest lucru ar însemna semnul plus în (4)), dar sistem șurub stâng.

Orez. 2.

Observație 1.În legea inducției (4) vorbim despre fluxul vectorial B printr-un contur închis Γ, deși ne referim, desigur, la curgerea acestuia printr-o suprafață bazată pe acest contur (la urma urmei, prin suprafață este determinată curgerea oricărui vector). Este ușor de observat că arbitrariul în alegerea acestei suprafețe nu va afecta valoarea lui Ф. Într-adevăr, prin întinderea a două suprafețe arbitrare peste conturul Г S 1 și S 2, obținem o suprafață închisă S S, flux vectorial B prin care, conform ecuaţiei (9l17), este egal cu zero. Aceasta înseamnă că curge prin S 1 și S 2 sunt egale şi opuse, iar după înţelesul (9l17) normalii la S 1 și S 2 în același timp ar trebui să fie îndreptat spre exterior, adică unul dintre ele formează un sistem de șuruburi pe dreapta cu direcția de ocolire Г, iar celălalt - un sistem cu șuruburi pe partea stângă. Inversând direcția acestuia din urmă (și odată cu ea semnul Ф corespunzător), obținem independența curgerii din (4) față de alegerea suprafeței. S.

Observația 2. La derivarea formulei (2), s-a presupus că un segment al unui conductor care se mișcă într-un câmp magnetic nu formează un circuit închis, adică nu circulă curent în el, deși legea (4) obținută ca urmare a generalizării sale se referă în special la un circuit conductor închis. Să vedem la ce efecte va duce apariția curentului în conductorul luat în considerare (Fig. 2). Apariția vitezei u mișcarea ordonată a purtătorilor, îndreptată de-a lungul axei conductorului, va determina o rotație cu un anumit unghi a vitezei absolute v abs sarcinile raportate la direcția de mișcare a conductorului (de ex. v ). În acest caz, forța Lorentz F l rămânând mereu perpendicular v abs, se va roti de asemenea printr-un unghi a în raport cu axa conductorului. Cu toate acestea, valoarea componentei sale longitudinale, care creează EMF e 12,

F || = F l cos a = qv abs B cos a = qBv

vor fi totusi determinate de formula (1), astfel incat expresiile (2) - (4) vor ramane valabile. Componenta transversală, egală ca mărime

F ^ = F l sin a = qv abs B sin a = qBu,

în mod evident reprezintă o forţă dirijată către mișcarea conductorului. Pentru a depăși această forță (însumată peste toate sarcinile în mișcare în interiorul volumului unui conductor dat), este cheltuită munca externă necesară pentru a-l deplasa într-un câmp magnetic.

Inversând ordinea raționamentului dată în prelegerea anterioară, atunci când derivăm relația (15l17), obținem pentru această forță totală F ^ S este o expresie binecunoscută (5l16), de unde putere mecanică

P¢ blană = – F^S v = – IBlv.

Puterea forțelor externe determinată de componenta longitudinală F || , în secțiunea 1–2 conductoare în conformitate cu (2)

P pagina= e 12 eu = vBlI

și se dovedește a fi egală cu P¢ blană. În acest fel,

P¢ blană + P pagina = 0,

adică, munca totală a forțelor câmpului magnetic (după cum sa menționat mai devreme) este zero. Pentru a menține conductorul în mișcare forta externa balansare F^ S , ar trebui evident să dezvolte putere

P blană = – P¢ blană = P pagina ,

care se va „transfera” în lucrul (pe unitate de timp) a forţelor exterioare de inducţie care acţionează în interiorul acesteia.

Fenomene similare apar și atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, la capetele căruia se aplică o diferență de potențial. Dacă conductorul este staționar, atunci curentul din secțiunea 1 - 2 (Fig. 3) curge numai datorită forte electrice. Dacă este „eliberat”, atunci sub influența forței magnetice va apărea o viteză v și viteza absolută a transportatorilor v abs abate de la axa conductorului. Imediat puterea se va întoarce F l Lorentz și componenta sa axială vor apărea F || regizat către actual. Aceasta va presupune apariția unui EMF e 21 terț pentru a compensa acțiunea căruia (adică, menținerea unui curent constant), sursa trebuie să dezvolte o putere suplimentară e 21 eu. Repetând raționamentul de mai sus, este ușor să arăți că această putere este „eliberată” sub forma unui conductor perfect (pe unitate de timp) munca mecanica. Astfel, și în acest caz, munca totală a forței Lorentz, desigur, se dovedește a fi egală cu zero (deoarece F l ^ v abs). Partea negativă a acesteia, cauzată F || , este compensată de munca sursei de curent, în timp ce cea pozitivă reprezintă munca utilă a conductorului.

Orez. 3.

„Fizica „Fenomenul inducției electromagnetice” – Placa se va opri practic. Legătura de flux. Energia câmpului magnetic. Energia unui câmp magnetic omogen. Fenomenul de auto-inducție joacă un rol important în inginerie electrică. FEM de auto-inducție va menține curentul în circuit. Expresiile pentru circulație sunt întotdeauna valabile. conductoare de încălzire. Surplus datorat valorii mari a ratei de schimbare a curentului.

„Inducție electromagnetică” – Michael Faraday. Material. Mărimea curentului. Curent de inducție. Nota. Poveste. Inducție electromagnetică și dispozitiv. Generator curent alternativ. Sincwine. Referință istorică. Nivel. Experimentele lui Faraday. Fișă de test cu sarcini. Fenomen. Inducția unipolară. Punct. Ac magnetic. Conductor. Clip video.

„Studiul inducției electromagnetice” - Portretul lui Michael Faraday. Puterea curentului de inducție. Întrebări. Întrebări și sarcini. Afirmație. Inductie electromagnetica. Fenomenul EMI. Câmp electromagnetic. Energia câmpului magnetic al curentului. Direcția liniilor de tensiune. regula lui Lenz. flux magnetic. Fluxul magnetic prin suprafață. EMF de inducție în conductorii în mișcare.

„Auto-inducție și inductanță” - Fenomenul de apariție a EMF. Auto-inducere. Manifestarea fenomenului de autoinducere. Conductor. Fluxul magnetic prin circuit. Energia câmpului magnetic. inductanța bobinei. flux magnetic. Valoare. Unități. Inductanţă. Energia câmpului magnetic al curentului. EMF de auto-inducere. Concluzie în inginerie electrică.

„Inducția câmpului” - Fluxul vectorului de inducție. Flux de inducție magnetică. Circuitul este realizat din dielectric. EMF de inducție. Curentul este distribuit aproape uniform pe volumul firelor. Dimensiunea EMF de inducție. Fapt. Circulația vectorială. Curenți de înaltă frecvență. Toki Fuko. Conductorul este staționar. Valoarea E.D.S. inducţie. densitatea curentă.

„Inducția electromagnetică a lui Faraday” - Fizkultminutka. Principiul de funcționare al generatorului. Timpul de mișcare a magnetului. Aspect generator. O experienta. Fenomenul EMI. Organizați cunoștințele. Descoperit de Faraday. Fenomenul inducției electromagnetice. rezolvarea problemelor de structură liniară. curent de inducție. Întrebări.

Există 18 prezentări în total în subiect