Elektrik ve manyetik fenomen yakından bağlantılı. Ve eğer akım manyetizma üretiyorsa, o zaman tam tersi bir fenomen de mevcut olmalıdır - mıknatıs hareket ettiğinde bir elektrik akımının ortaya çıkması. 1822'de laboratuvar günlüğüne şu girişi yapan İngiliz bilim adamı Michael Faraday böyle düşündü: "Manyetizmayı elektriğe çevirin."

Bu olaydan önce, akım taşıyan bir iletkenin etrafında bir manyetik alanın oluşumunu keşfeden Danimarkalı fizikçi Hans Christian Oersted tarafından elektromanyetizma fenomeninin keşfi gerçekleşti. Faraday uzun yıllar çeşitli deneyler yaptı, ancak ilk deneyler ona iyi şans getirmedi. Bunun ana nedeni, bilim insanının yalnızca alternatif bir manyetik alanın yaratabileceğini bilmemesiydi. elektrik. Gerçek sonuç sadece 1831'de elde edildi.

Faraday'ın deneyleri

resme tıklayın

29 Ağustos 1931'de gerçekleştirilen bir deneyde, bilim adamı demirin karşı taraflarına tel bobinleri sardı. yüzük. Bir kabloyu bir galvanometreye bağladı. İkinci tel aküye bağlandığı anda, galvanometre iğnesi keskin bir şekilde saptı ve orijinal konumuna geri döndü. Batarya ile kontak açıldığında da aynı resim gözlendi. Bu, devrede bir elektrik akımının ortaya çıktığı anlamına geliyordu. Bunun sonucunda ortaya çıktı kuvvet hatları birinci telin dönüşleri tarafından oluşturulan manyetik alan, ikinci telin dönüşlerini geçti ve içlerinde bir akım oluşturdu.

Faraday deneyimi

Birkaç hafta sonra, kalıcı bir mıknatısla bir deney yapıldı. Faraday, bir bakır tel bobine bir galvanometre bağladı. Sonra keskin bir hareketle silindirik bir manyetik çubuğu içeri itti. O anda, galvanometre iğnesi de keskin bir şekilde sallandı. Çubuk makaradan çıkarıldığında, iğne aynı şekilde ancak ters yönde sallandı. Ve bu, mıknatıs bobinden her itildiğinde veya itildiğinde oldu. Yani, mıknatıs içinde hareket ettiğinde devrede akım belirdi. Böylece Faraday "manyetizmayı elektriğe dönüştürmeyi" başardı.

Faraday laboratuvarda

Bobindeki akım, kalıcı bir mıknatıs yerine, içinde bir akım kaynağına bağlı başka bir bobin hareket ettirilirse de görünür.

Tüm bu durumlarda olmuş değiştirmek manyetik akı kapalı bir devrede bir elektrik akımının ortaya çıkmasına neden olan bobin devresine nüfuz etmek. Bu Navali fenomeni elektromanyetik indüksiyon , ve mevcut endüksiyon akımı ile .

Kapalı bir devrede bir akımın, potansiyel farkını aşağıdakilerin yardımıyla koruyorsa var olduğu bilinmektedir. elektrik hareket gücü(EMF). Bu nedenle, devredeki manyetik akı değiştiğinde, içinde böyle bir EMF ortaya çıkar. denir EMF indüksiyonu .

Faraday yasası

Michael Faraday

Değer elektromanyetik indüksiyon manyetik akının neden değiştiğine bağlı değildir - manyetik alanın kendisinin değişip değişmediği veya devrenin içinde hareket edip etmediği. Devreye giren manyetik akının değişim hızına bağlıdır.

nerede ε - Kontur boyunca hareket eden EMF;

FW - manyetik akı.

Alternatif bir manyetik alandaki bir bobinin EMF'sinin değeri, içindeki dönüş sayısından ve manyetik akının büyüklüğünden etkilenir. Bu durumda Faraday yasası şöyle görünür:

nerede N – dönüş sayısı;

FW – bir dönüş boyunca manyetik akı;

Ψ - akı bağlantısı veya bobinin tüm dönüşleriyle kenetlenen toplam manyetik akı.

Ψ = N F i

F i bir dönüşten geçen akıştır.

Bu mıknatısın hareket hızı yüksekse, zayıf bir mıknatıs bile büyük bir endüksiyon akımı oluşturabilir.

İletkenlere nüfuz eden manyetik akı değiştiğinde iletkenlerde bir endüksiyon akımı oluştuğundan, sabit bir manyetik alanda hareket eden bir iletkende de görünecektir. Bu durumda endüksiyon akımının yönü, iletkenin hareket yönüne bağlıdır ve sağ el kuralı ile belirlenir: Sağ elinizin avucunu manyetik alanın kuvvet çizgilerini içerecek şekilde yerleştirirseniz ve 90 0 bükülmüş başparmak iletkenin hareket yönünü gösterecekse, uzatılmış 4 parmak gösterecektir. indüklenen EMF'nin yönü ve iletkendeki akımın yönü».

Lenz kuralı

Emil Khristianovich Lenz

Endüksiyon akımının yönü, böyle bir akımın meydana geldiği her durumda geçerli olan kural tarafından belirlenir. Bu kural Baltık kökenli bir Rus fizikçi tarafından formüle edilmiştir. Emil Khristianovich Lenz: " Kapalı bir devrede meydana gelen endüktif akım öyle bir yöne sahiptir ki, oluşturduğu manyetik akı, bu akımın neden olduğu manyetik akı değişikliğine karşı koyar.

Bilim adamı tarafından deneylerin sonuçlarına dayanarak böyle bir sonuca varıldığına dikkat edilmelidir. Lenz, bir ucunda sağlam bir alüminyum halkanın sabitlendiği ve diğer ucunda çentikli bir halka bulunan serbestçe dönen bir alüminyum plakadan oluşan bir cihaz yarattı.

Mıknatıs katı bir halkaya yaklaştırılırsa, iter ve "kaçmaya" başlar.

resme tıklayın

Mıknatıs uzaklaştığında, halka onu yakalamaya çalıştı.

resme tıklayın

Kesik bir halka ile böyle bir şey gözlenmedi.

Lenz bunu, ilk durumda, indüksiyon akımının, indüksiyon hatlarının dış manyetik alanın indüksiyon hatlarının tersine yönlendirildiği bir manyetik alan oluşturduğu gerçeğiyle açıkladı. İkinci durumda, endüksiyon akımı tarafından oluşturulan manyetik alanın endüksiyon hatları, kalıcı mıknatıs alanının endüksiyon hatları ile aynı doğrultudadır. Kesik halkada endüksiyon akımı oluşmaz, bu nedenle bir mıknatısla etkileşemez.

Lenz kuralına göre, dış manyetik akıdaki bir artışla, endüksiyon akımı öyle bir yöne sahip olacak ki, oluşturduğu manyetik alan böyle bir artışı önleyecektir. Dış manyetik akı azalırsa, endüksiyon akımının manyetik alanı onu destekleyecek ve azalmasını önleyecektir.

Elektrik akımı jeneratörü

Alternatör

Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon keşfi, bu fenomeni pratikte kullanmayı mümkün kıldı.

makarasını döndürürsen ne olur sabit bir manyetik alanda daha fazla metal tel dönüşü? Bobinin devresine giren manyetik akı sürekli değişecektir. Ve içinde elektromanyetik indüksiyonun bir EMF'si olacak. Bu, böyle bir tasarımın bir elektrik akımı üretebileceği anlamına gelir. Alternatörlerin çalışması bu prensibe dayanmaktadır.

Jeneratör 2 parçadan oluşur - bir rotor ve bir stator. Rotor hareketli bir parçadır. Düşük güçlü jeneratörlerde, çoğu zaman döner kalıcı mıknatıs. Güçlü jeneratörlerde kalıcı mıknatıs yerine elektromıknatıs kullanılır. Dönen rotor, jeneratörün sabit kısmının - statorun oluklarında bulunan sargının dönüşlerinde bir elektrik endüksiyon akımı üreten değişen bir manyetik akı oluşturur. Rotor bir motor tarafından tahrik edilir. Buhar motoru, su türbini vb. Olabilir.

trafo

Bu belki de elektrik mühendisliğinde elektrik akımını ve voltajı dönüştürmek için tasarlanmış en yaygın cihazdır. Transformatörler radyo mühendisliği ve elektronikte kullanılır. Onlar olmadan elektriği uzun mesafelere iletmek imkansızdır.

En basit transformatör, ortak bir metal çekirdekli iki bobinden oluşur. Alternatif akım Bobinlerden birine uygulanan , içinde çekirdek tarafından güçlendirilen alternatif bir manyetik alan oluşturur. İkinci bobinin dönüşlerine nüfuz eden bu alanın manyetik akısı, içinde bir indüksiyon elektrik akımı yaratır. Endüksiyonun EMF'sinin büyüklüğü dönüş sayısına bağlı olduğundan, bobinlerdeki oranlarını değiştirerek akımın büyüklüğünü değiştirmek mümkündür. Bu, örneğin uzun mesafelerde elektriği iletirken çok önemlidir. Sonuçta, nakliye sırasında tellerin ısınması nedeniyle büyük kayıplar meydana gelir. Bir trafo yardımı ile akım düşürülerek bu kayıplar azaltılır. Ama bir yandan da gerilim artıyor. Son aşamada, bir düşürücü transformatör kullanarak voltajı azaltın ve akımı artırın. Tabii ki, bu tür transformatörler çok daha karmaşıktır.

Sadece Faraday'ın bir endüksiyon akımı yaratmaya çalışmadığını söylememek mümkün değil. Benzer deneyler de ünlüler tarafından yapılmıştır. Amerikalı fizikçi Joseph Henry. Ve Faraday ile neredeyse aynı anda başarılı olmayı başardı. Ancak Faraday, Henry'den önce keşfiyle ilgili bir rapor yayınlayarak onun önüne geçti.

>>Fizik derecesi 11 >> Endüksiyon akımının yönü. Lenz kuralı

§10 İNDÜKSİYON AKIM YÖNÜ. LENTZ KURALI

Bir galvanometreye endüksiyon akımının oluştuğu bir bobin takarak, bu akımın yönünün, mıknatısın bobine yaklaşmasına (örneğin kuzey kutbu) veya ondan uzaklaşmasına bağlı olduğunu bulabilir (bkz. Şekil 2.2, b).

ortaya çıkan indüksiyon akımı bir yönde veya başka bir şekilde mıknatısla etkileşime girer (onu çeker veya iter). İçinden akım geçen bir bobin, kuzey ve güney olmak üzere iki kutuplu bir mıknatıs gibidir. İndüksiyon akımının yönü, bobinin hangi ucunun kuzey kutbu olarak hareket ettiğini belirler (manyetik indüksiyon çizgileri bundan çıkar). Enerjinin korunumu yasasına dayanarak, bobinin hangi durumlarda mıknatısı çekeceğini ve hangi durumlarda iteceğini tahmin etmek mümkündür.

Endüksiyon akımının bir mıknatısla etkileşimi. Mıknatıs bobine yaklaştırılırsa, içinde mıknatısın mutlaka itileceği bir yönde bir endüksiyon akımı belirir. Mıknatısı bobine yaklaştırmak için pozitif iş yapılmalıdır. Bobin bir mıknatısa benzer hale gelir, aynı kutupla kendisine yaklaşan mıknatısa çevrilir. Benzer isimli kutuplar birbirini iter.

Mıknatıs çıkarıldığında ise, tersine, bobinde öyle bir akım oluşur ki, mıknatısı çeken bir kuvvet ortaya çıkar.

İki deney arasındaki fark nedir: mıknatısın bobine yaklaşması ve çıkarılması? İlk durumda, bobinin dönüşlerine nüfuz eden manyetik indüksiyon hatlarının sayısı veya aynı olan manyetik akı artar (Şekil 2.5, a) ve ikinci durumda azalır (Şekil 2.5, b). Ayrıca ilk durumda bobinde oluşan endüksiyon akımının oluşturduğu manyetik alanın endüksiyon çizgileri bobin mıknatısı ittiği için bobinin üst ucundan çıkar ve ikinci durumda tam tersine bu amaca girerler. Bu manyetik indüksiyon çizgileri, Şekil 2.5'te siyah olarak gösterilmiştir. A durumunda, akımlı bobin, kuzey kutbu yukarıda ve b durumunda - aşağıda olan bir mıknatısa benzer.

Şekil 2.6'da gösterilen deneyim kullanılarak benzer sonuçlar çıkarılabilir. Etrafında serbestçe dönebilen bir çubuğun uçlarında dikey eksen, iki iletken alüminyum halka sabitlenmiştir. Bir tanesinde kesik var. Mıknatısı kesmeden halkaya getirirseniz, içinde bir endüksiyon akımı belirecek ve bu halka mıknatıstan itecek ve çubuk dönecek şekilde yönlendirilecektir. Mıknatısı halkadan çıkarırsanız, tam tersine mıknatıs tarafından çekilecektir. Mıknatıs, kesim halkası ile etkileşime girmez, çünkü kesim, halkada indüksiyon akımının oluşmasını engeller. Bobin bir mıknatısı iter veya çeker, içindeki endüksiyon akımının yönüne bağlıdır. Bu nedenle, enerjinin korunumu yasası, endüksiyon akımının yönünü belirleyen bir kural formüle etmemize izin verir.

Şimdi asıl meseleye geldik: bobin dönüşleri boyunca manyetik akıda bir artış ile, endüksiyon akımı öyle bir yöne sahiptir ki, oluşturduğu manyetik alan bobin dönüşleri boyunca manyetik akının artmasını engeller. Sonuçta, bu alanın indüksiyon hatları, değişimi bir elektrik akımı üreten alanın indüksiyon hatlarına karşı yönlendirilir. Bobinden geçen manyetik akı zayıflarsa, indüksiyon
akım, bobinin dönüşleri boyunca manyetik akıyı artırarak, indüksiyonlu bir manyetik alan yaratır.

işin özü bu Genel kural her durumda geçerli olan endüktif akımın yönünü belirlemek. Bu kural Rus fizikçi E. X. Lenz tarafından kurulmuştur.

Lenz kuralına göre kapalı bir devrede ortaya çıkan endüktif akım, manyetik alan neden olduğu manyetik akıdaki değişikliğe karşı koyar. Daha kısaca, bu kural şu ​​şekilde formüle edilebilir: endüktif akım, ona neden olan nedene müdahale edecek şekilde yönlendirilir.

Devredeki endüksiyon akımının yönünü bulmak için Lenz kuralını aşağıdaki gibi uygulayın:

1. Dış manyetik alanın manyetik indüksiyon çizgilerinin yönünü belirleyin.
2. Kontur (Ф > 0) ile sınırlanan yüzey boyunca bu alanın manyetik indüksiyon vektörünün akısının (Ф > 0) artıp azalmadığını (Ф) bulun.< 0).
3. İndüksiyon akımının manyetik alanının manyetik indüksiyon hatlarının yönünü ayarlayın. Lenz kuralına göre bu çizgiler, Ф > 0'daki manyetik indüksiyon çizgilerine zıt yönde olmalı ve Ф'de onlarla aynı yöne sahip olmalıdır.< 0.
4. Manyetik indüksiyon çizgilerinin yönünü bilerek, gimlet kuralını kullanarak endüksiyon akımının yönünü bulun.

Endüksiyon akımının yönü, enerjinin korunumu yasası kullanılarak belirlenir. Her durumda endüksiyon akımı, manyetik alanı buna neden olan manyetik akıdaki bir değişikliği önleyecek şekilde yönlendirilir. indüksiyon akımı.