Induktionsström. Induktionsström Hur man skapar korttidsinduktionsström

Du vet redan att det alltid finns ett magnetfält runt en elektrisk ström. Elektrisk ström och magnetfält är oskiljaktiga från varandra.

Men om elektricitet, som de säger, "skapar" ett magnetfält, finns det då inte ett motsatt fenomen? Är det möjligt att "skapa" en elektrisk ström med hjälp av ett magnetfält?

En sådan uppgift i början av 1800-talet. Många forskare har försökt lösa det. Den engelske vetenskapsmannen Michael Faraday satte det också före sig själv. "Konvertera magnetism till elektricitet" - så här skrev Faraday detta problem i sin dagbok 1822. Det tog vetenskapsmannen nästan 10 år av hårt arbete att lösa det.

Michael Faraday (1791-1867)
engelsk fysiker. Upptäckte fenomenet elektromagnetisk induktion, extra strömmar under stängning och öppning

För att förstå hur Faraday kunde "förvandla magnetism till elektricitet", låt oss utföra några av Faradays experiment med moderna instrument.

Figur 119, a visar att om en magnet flyttas in i en spole som är stängd till en galvanometer, avböjes galvanometernålen, vilket indikerar utseendet av en induktiv (inducerad) ström i spolkretsen. Den inducerade strömmen i en ledare representerar samma ordnade rörelse av elektroner som strömmen som erhålls från galvanisk cell eller batteri. Namnet "induktion" anger bara orsaken till dess förekomst.

Ris. 119. Förekomsten av induktionsström när en magnet och spole rör sig i förhållande till varandra

När magneten avlägsnas från spolen observeras återigen en avböjning av galvanometernålen, men i motsatt riktning, vilket indikerar förekomsten av en ström i spolen i motsatt riktning.

Så snart magnetens rörelse i förhållande till spolen upphör, stannar strömmen. Följaktligen existerar ström i spolkretsen endast medan magneten rör sig i förhållande till spolen.

Erfarenhet kan ändras. Vi kommer att sätta en spole på en stationär magnet och ta bort den (Fig. 119, b). Och återigen kan du upptäcka att när spolen rör sig i förhållande till magneten, uppstår ström igen i kretsen.

Figur 120 visar spole A ansluten till strömkällans krets. Denna spole sätts in i en annan spole C ansluten till galvanometern. När kretsen för spole A stängs och öppnas, uppstår en inducerad ström i spole C.

Ris. 120. Förekomsten av induktionsström vid stängning och öppning av en elektrisk krets

Du kan orsaka uppkomsten av en induktionsström i spole C genom att ändra strömstyrkan i spole A eller genom att flytta dessa spolar i förhållande till varandra.

Låt oss göra ett experiment till. Låt oss placera en platt kontur av en ledare i ett magnetfält, vars ändar kommer att anslutas till en galvanometer (bild 121, a). När kretsen roteras, noterar galvanometern utseendet på en induktionsström i den. En ström kommer också att visas om en magnet roteras nära kretsen eller inuti den (bild 121, b).

Ris. 121. När en krets roterar i ett magnetiskt fält (magnet i förhållande till kretsen) leder en förändring i magnetiskt flöde till uppkomsten av en inducerad ström

I alla övervägda experiment uppstod den inducerade strömmen när det magnetiska flödet som genomborrade området som täcks av ledaren ändrades.

I de fall som visas i figurerna 119 och 120 ändrades det magnetiska flödet på grund av en förändring i magnetfältsinduktionen. När magneten och spolen rörde sig i förhållande till varandra (se fig. 119), föll spolen in i fältområden med större eller mindre magnetisk induktion (eftersom magnetens fält är ojämnt). När kretsen för spole A (se fig. 120) stängdes och öppnades, förändrades induktionen av magnetfältet som skapades av denna spole på grund av en förändring i strömstyrkan i den.

När en trådslinga roterades i ett magnetfält (se fig. 121, a) eller en magnet i förhållande till slingan (se fig. 121, b"), ändrades det magnetiska flödet på grund av en förändring i orienteringen av denna slinga relativt till linjerna för magnetisk induktion.

Således,

• med någon förändring av det magnetiska flödet som penetrerar det område som begränsas av en sluten ledare, uppstår en elektrisk ström i denna ledare, som existerar under hela processen med att ändra det magnetiska flödet

Detta är fenomenet elektromagnetisk induktion.

Upptäckten av elektromagnetisk induktion är en av de mest anmärkningsvärda vetenskapliga landvinningarna under första hälften av 1800-talet. Det orsakade uppkomsten och den snabba utvecklingen av elektroteknik och radioteknik.

Baserat på fenomenet elektromagnetisk induktion skapades kraftfulla elektriska energigeneratorer, i utvecklingen av vilka forskare och tekniker deltog olika länder. Bland dem var våra landsmän: Emilius Khristianovich Lenz, Boris Semenovich Jacobi, Mikhail Iosifovich Dolivo-Dobrovolsky och andra, som gjorde ett stort bidrag till utvecklingen av elektroteknik.

Frågor

1. Vad var syftet med experimenten som visas i figurerna 119-121? Hur genomfördes de?
2. Under vilka förutsättningar i experimenten (se fig. 119, 120) uppstod en inducerad ström i en spole stängd mot en galvanometer?
3. Vad är fenomenet med elektromagnetisk induktion?
4. Vad är betydelsen av upptäckten av fenomenet elektromagnetisk induktion?

Övning 36

1. Hur skapar man en kortvarig induktionsström i K 2-spolen som visas i figur 118?
2. Trådringen placeras i ett enhetligt magnetfält (bild 122). Pilarna som visas bredvid ringen visar att i fall a och b rör sig ringen rätlinjigt längs magnetfältets induktionslinjer och i fall c, d och e roterar den runt axeln OO." I vilket av dessa fall kan en inducerad ström uppstår i ringen?

Frågor.

1. Vad var syftet med experimenten som visas i figurerna 126-128? Hur genomfördes de?

Experimenten utfördes i syfte att skapa och bestämma förutsättningarna för uppkomsten av en induktionsström. För att göra detta användes i de två första experimenten (fig. 126) en spole kopplad till en galvanometer och en magnet. I det första experimentet flyttades en magnet, i det andra flyttades en spole. I det tredje experimentet (fig. 127) ersattes magneten med en andra spole kopplad till kretsen. I den fjärde och femte (fig. 128) roterades ramen inuti magneten (a) och magneten inuti ramen (b).

2. Under vilka förhållanden uppstod en inducerad ström i alla experiment i en spole stängd mot en galvanometer?

Strömmen uppstod när magnetfältet ändrades.

3. Vad är fenomenet med elektromagnetisk induktion?

När det magnetiska flödet som genomborrar kretsen i en sluten ledare ändras, uppstår en elektrisk ström i denna ledare, som inte stannar medan förändringen sker.

4. Vilken betydelse har upptäckten av fenomenet elektromagnetisk induktion?

Upptäckten av elektromagnetisk induktion gjorde det möjligt att producera elektrisk ström i industriell skala, eftersom elektriska energigeneratorer skapades.

Övningar.

1. Hur skapar man en kortvarig induktionsström i K2-spolen som visas i figur 125?

Med vilken metod som helst som ändrar strömstyrkan i kretsen och följaktligen det magnetiska flödet: 1) reostat; 2) nyckel; 3) ändra positionen för spolen K 2.

2. Trådringen placeras i ett enhetligt magnetfält (bild 129). Pilarna som visas bredvid ringen visar att i fall a och b rör sig ringen rätlinjigt längs magnetfältets induktionslinjer och i fall c, d och e roterar den runt axeln OO." I vilket av dessa fall kan en inducerad ström uppstår i ringen?

Induktionsström uppstår i fall d), eftersom Samtidigt förändras det magnetiska flödet som penetrerar ringen.

INDUKTIONSSTRÖM är en elektrisk ström som uppstår när flödet av magnetisk induktion ändras i en sluten ledande krets. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion. Vill du veta i vilken riktning induktionsströmmen är? Rosinductor är en handelsinformationsportal där du hittar information om aktuella.

Regeln som bestämmer induktionsströmmens riktning är som följer: "Induktionsströmmen riktas så att den med sitt magnetfält motverkar förändringen i det magnetiska flödet som orsakar den." Den högra handen vrids med handflatan mot de magnetiska kraftlinjerna, med tummen riktad mot ledarens rörelse, och de fyra fingrarna indikerar i vilken riktning den inducerade strömmen kommer att flyta. Genom att flytta en ledare flyttar vi tillsammans med ledaren alla elektroner som finns i den, och när elektriska laddningar flyttas i ett magnetfält kommer en kraft att verka på dem enligt vänsterregeln.

Induktionsströmmens riktning, såväl som dess storlek, bestäms av Lenz regel, som säger att induktionsströmmens riktning alltid försvagar effekten av faktorn som exciterade strömmen. När magnetfältsflödet genom kretsen ändras, kommer riktningen för den inducerade strömmen att vara sådan att den kompenserar för dessa förändringar. När ett magnetfält som exciterar en ström i en krets skapas i en annan krets beror induktionsströmmens riktning på förändringarnas karaktär: när den externa strömmen ökar har induktionsströmmen motsatt riktning; när den minskar är den riktad i samma riktning och tenderar att öka flödet.

En induktionsströmspole har två poler (nord och syd), som bestäms beroende på strömriktningen: induktionsledningarna går ut från nordpolen. När en magnet närmar sig en spole får en ström att dyka upp i en riktning som stöter bort magneten. När magneten tas bort har strömmen i spolen en riktning som gynnar magnetens attraktion.

Induktionsström uppstår i en sluten krets belägen i ett växelmagnetiskt fält. Kretsen kan vara antingen stationär (placerad i ett växlande flöde av magnetisk induktion) eller rörlig (kretsens rörelse orsakar en förändring i det magnetiska flödet). Förekomsten av en induktionsström orsakar ett elektriskt virvelfält, som exciteras under påverkan av ett magnetfält.

Du kan lära dig hur man skapar en korttidsinducerad ström från en skolfysikkurs.

Det finns flera sätt att göra detta:

• - rörelse av en permanentmagnet eller elektromagnet i förhållande till spolen,
• - rörelse av kärnan i förhållande till elektromagneten som är insatt i spolen,
• - stänga och öppna kretsen,
• - reglering av ström i kretsen.

Elektrodynamikens grundläggande lag (Faradays lag) säger att styrkan hos den inducerade strömmen för alla kretsar är lika med förändringshastigheten för det magnetiska flödet som passerar genom kretsen, taget med ett minustecken. Styrkan hos induktionsströmmen kallas elektromotorisk kraft.

I N 1 S 1. är magnetfältet tydligt avbildat; stängda linjer; 2. stängda linjer; 3. Den riktning mot vilken magnetnålens nordpol pekar tas som fältlinjernas riktning, d.v.s. kraftlinjerna är riktade från permanentmagnetens nordpol (N) till sydpolen (S). Magnetiska fältlinjer: FIG.1

VEKTOR AV MAGNETISK INDUKTION. MAGNETISKA LINJER. B är den magnetiska induktionsvektorn, alltid riktad längs tangenten till de magnetiska induktionslinjerna; B – är styrkan för magnetfältet; Modulen för den magnetiska induktionsvektorn för ett enhetligt magnetfält är lika med förhållandet mellan modulen för den kraft med vilken magnetfältet verkar på en ledare med ström placerad vinkelrätt mot linjerna för magnetisk induktion, till strömstyrkan och längden av konduktören

Ett enhetligt magnetfält är ett fält, vid varje punkt av vilket Ett enhetligt magnetfält är ett fält, vid varje punkt där det finns 1. magnetiska linjer, fördelade med samma densitet, eller parallella med varandra; 2. magnetiska vektorer i induktion har samma storlek och riktning. homogen. Annars är fältet ojämnt. Uniformt och olikformigt magnetfält. Fig.2 Fig. 3 fig. 4 fig. 5 B

Magnetfält för likström, regeln för "gimlet" eller höger hand - låter dig bestämma riktningen för de magnetiska fältlinjerna som genereras av ledaren med ström: om du tar ledaren med ström i din högra hand så att tummen indikerar strömmens riktning, sedan de återstående fingrarna på handen som täcker ledaren , indikerar riktningen för magnetfältslinjerna; FIG.6

Frame drain är en ledare böjd i form av en rektangel eller cirkel genom vilken likström flyter; - den skapar ett magnetfält som liknar magnetfältet hos en permanent magnetremsa och är en enkel elektromagnet; - om fingrarna på höger hand pressas i den riktning som motsvarar riktningen för strömmen i ramen, kommer tummen att indikera riktningen från sydpolen till norr; Genom att tillämpa högerregeln kan du bestämma nord- och sydpolerna för ramens magnetfält med ström: FIG.7

Solenoid är en lindad ledare genom vilken elektrisk ström flyter; Solenoid är en lindad ledare genom vilken elektrisk ström flyter; magnetfältet hos solenoiden liknar magnetfältet hos en remsmagnet; Strukturellt är solenoiden en cirkulär ram med ström kopplad i serie; Du kan bestämma nord- och sydpolen för magnetfältet i solenoiden genom att tillämpa högerregeln på strömslingan. FIG.8

Amperekraft är kraften som verkar på en strömförande ledare placerad i ett magnetfält; är lika med produkten av storleken på den magnetiska induktionsvektorn B med strömstyrkan I, längden på ledarsektionen l och sinus för vinkeln α mellan den magnetiska induktionen och ledarsektionen. riktning för Ampere-kraftregeln för vänster hand - om vänster handflata är placerad så att de magnetiska induktionslinjerna kommer in i den och de fyra förlängda fingrarna placeras i strömriktningen i ledaren, då den böjda tummen kommer att visa riktningen för amperekraften som verkar på strömmen; FIG. 9

LORENTZ FORCE är en kraft som verkar på en laddad partikel i rörelse från ett externt magnetfält; är lika med produkten av laddningen q av den magnetiska induktionen B, rörelsehastigheten för partikeln υ och med sinus för vinkeln α mellan riktningen för laddningshastigheten och magnetfältsinduktionen LORENTZ-KRAFTENS RIKTNING: om vänster hand är placerad så att vektor B kommer in i den, och fyra utsträckta fingrar riktas längs vektorn υ, då kommer den böjda tummen att visa riktningen för kraften som verkar på den positiva laddningen. om den högra handflatan är placerad så att vektor B kommer in i den, och fyra utsträckta fingrar riktas längs vektorn υ, kommer den böjda tummen att visa riktningen för kraften som verkar på den negativa laddningen. FIG.15

MAGNETISKT FLÖDE (FLÖDE AV MAGNETISK INDUKTION): KARAKTERISERAR FÖRDELINGEN AV MAGNETISKT FÄLT ÖVER EN YTA BEGRÄNSAD AV EN STÄNGD SLÖGNING; VÄRDE LIKA MED PRODUKTEN AV DEN MAGNETISKA INDUKTIONSVEKTORN OCH KRETSOMRÅDET OCH KOSINUSEN FÖR VINKELN MELLAN DEN MAGNETISKA INDUKTIONSVEKTORN OCH DET NORMALA TILL YTA; MAGNETISKT FLÖDE (FLÖDE AV MAGNETISK INDUKTION): KARAKTERISERAR FÖRDELINGEN AV MAGNETISKT FÄLT ÖVER EN YTA BEGRÄNSAD AV EN STÄNGD SLÖGNING; VÄRDE LIKA MED PRODUKTEN AV DEN MAGNETISKA INDUKTIONSVEKTORN OCH KRETSOMRÅDET OCH KOSINUSEN FÖR VINKELN MELLAN DEN MAGNETISKA INDUKTIONSVEKTORN OCH DET NORMALA TILL YTA;

ELEKTROMAGNETISK INDUKTION ELEKTROMAGNETISK INDUKTION FENOMENET ELEKTROMAGNETISK INDUKTION UPPTÄCKTES EXPERIMENTELLT AV MICHAEL FARADAY 1831. FENOMENET ELEKTROMAGNETISK INDUKTION ÄR FENOMENET ATT EN ELEKTROMOTIV KRAFT TILLSTÅR I EN LEDARE I ETT ALTERNANDE MAGNETISKT FÄLT ELLER RÖRER SIG I ETT KONSTANT MAGNETISKT FÄLT.

DET INDUCERADE (VORTEX) FÄLTET skapas inte elektriska laddningar och genom en förändring i magnetfältet; Kraftlinjerna för det inducerade fältet är slutna, och själva fältet har en virvelkaraktär; INDUKTIONSSTRÖM – uppstår i en sluten ledare under påverkan av ett inducerat (virvel)fält. INDUKTIONSSTRÖMEN I SPOLEN C, ELLER I EN STÄNGD SLINGA, VISAS NÄR DET MAGNETISKA FLÖDET ÄNDRINGAR, SOM PERPERTERAR DET OMRÅDE SOM BEGRÄNSAS AV LEDAREN: 1. NÄR MAGNETEN RÖR sig; 2. NÄR AKTUELL STYRKA ÄNDRINGAR I SPOLE A; 3. NÄR SPELARNA A OCH C RÖR sig i förhållande till varandra; 4. NÄR EN STÄNGD SLINGA ROTERAR I ETT MAGNETISKT FÄLT; 5. NÄR MAGNETEN ROTERAR NÄRA KRETSEN ELLER INNE I DEN. INDUKTIONSSTRÖMEN I SPOLEN C, ELLER I EN STÄNGD SLINGA, VISAS NÄR DET MAGNETISKA FLÖDET ÄNDRINGAR, SOM PERPERTERAR DET OMRÅDE SOM BEGRÄNSAS AV LEDAREN: 1. NÄR MAGNETEN RÖR sig; 2. NÄR AKTUELL STYRKA ÄNDRINGAR I SPOLE A; 3. NÄR SPELARNA A OCH C RÖR sig i förhållande till varandra; 4. NÄR EN STÄNGD SLINGA ROTERAR I ETT MAGNETISKT FÄLT; 5. NÄR MAGNETEN ROTERAR NÄRA KRETSEN ELLER INNE I DEN. SLUTSATS: