Im Jahr 1831 entdeckte Michael Faraday, dass in einer geschlossenen Leiterschleife bei Änderung des Magnetfeldes ein elektrischer Strom entsteht, genannt Induktion.

Ein induzierter Strom in einer Spule aus Metalldraht entsteht beim Einschieben eines Magneten in die Spule und beim Herausziehen eines Magneten aus der Spule sowie bei einer Änderung der Stromstärke in der zweiten Spule, deren Magnetfeld die erste durchdringt Spule.

Das Phänomen des Auftretens von elektrischem Strom in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich das den Stromkreis durchdringende Magnetfeld ändert, wird elektromagnetische Induktion genannt. Das Auftreten eines elektrischen Stroms in einem geschlossenen Stromkreis mit Änderungen des den Stromkreis durchdringenden Magnetfelds weist auf die Einwirkung äußerer Kräfte nichtelektrischer Natur im Stromkreis oder auf das Auftreten von solchen hin induzierte EMK.

Die Richtung des Induktionsstroms im Stromkreis hängt davon ab, ob der durch den Stromkreis fließende Magnetfluss zunimmt oder abnimmt, sowie von der Richtung des Magnetfeldinduktionsvektors relativ zum Stromkreis. Die allgemeine Regel zur Bestimmung der Richtung des Induktionsstroms in einem Stromkreis wurde 1833 von E. H. Lenz aufgestellt.

Anhand eines leichten Aluminiumrings lässt sich die Lenzsche Regel anschaulich demonstrieren (Abb. 11.1). Die Erfahrung zeigt, dass der Ring beim Einführen eines Permanentmagneten von ihm abgestoßen wird und beim Entfernen vom Magneten angezogen wird. Das Ergebnis der Experimente hängt nicht von der Polarität des Magneten ab.

Die Abstoßung und Anziehung eines massiven Rings wird durch das Auftreten eines Induktionsstroms im Ring erklärt, wenn sich der magnetische Fluss durch den Ring ändert, und durch die Wirkung eines Magnetfelds auf den Induktionsstrom. Wenn ein Magnet in den Ring geschoben wird, hat der Induktionsstrom darin eine solche Richtung, dass das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld dem äußeren Magnetfeld entgegenwirkt, und wenn der Magnet herausgezogen wird, hat der Induktionsstrom darin eine solche Richtung Der Induktionsvektor seines Magnetfeldes stimmt in seiner Richtung mit dem Induktionsvektor des äußeren Feldes überein.

Lenzsche Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende Induktionsstrom wirkt mit seinem Magnetfeld der ihn verursachenden Änderung des magnetischen Flusses entgegen.

Gesetz der elektromagnetischen Induktion: Die induzierte EMK in einer geschlossenen Schleife ist gleich dem Modul der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von der Schleife begrenzte Oberfläche:

Unter Berücksichtigung der Lenzschen Regel lautet das Gesetz der elektromagnetischen Induktion wie folgt:

Wenn in in Reihe geschalteten Stromkreisen identische Änderungen des magnetischen Flusses auftreten, ist die induzierte EMK in ihnen gleich der Summe der induzierten EMK in jedem der Stromkreise. Wenn sich daher der magnetische Fluss in einer Spule ändert, bestehend aus N identische Drahtwindungen, die gesamte induzierte EMK in N mal die induzierte EMK in einem einzelnen Stromkreis:

Das Auftreten eines elektrischen Stroms in einem geschlossenen Stromkreis weist darauf hin, dass bei einer Änderung des magnetischen Flusses, der den Stromkreis durchdringt, Kräfte auf die freien elektrischen Ladungen im Stromkreis wirken. Der Stromkreisdraht ist bewegungslos; die darin enthaltenen freien elektrischen Ladungen können als bewegungslos betrachtet werden. Stationäre elektrische Ladungen können nur durch ein elektrisches Feld beeinflusst werden. Folglich entsteht bei jeder Änderung des Magnetfelds im umgebenden Raum ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld setzt freie elektrische Ladungen im Stromkreis in Bewegung und erzeugt so einen induktiven elektrischen Strom. Das elektrische Feld, das entsteht, wenn sich das Magnetfeld ändert, nennt man Elektrisches Wirbelfeld.

Die Arbeit der Kräfte des elektrischen Wirbelfelds zur Bewegung elektrischer Ladungen ist die Arbeit äußerer Kräfte, der Quelle der induzierten EMK.

Das elektrische Wirbelfeld unterscheidet sich vom elektrostatischen dadurch, dass es nicht mit elektrischen Ladungen verbunden ist; seine Spannungslinien sind geschlossene Linien. Die von den Kräften eines elektrischen Wirbelfelds geleistete Arbeit, wenn sich eine elektrische Ladung entlang einer geschlossenen Linie bewegt, kann von Null verschieden sein.

Magnetischer Fluss Ф= BS cos. Eine Änderung des magnetischen Flusses durch den Stromkreis kann auftreten: 1) im Fall eines stationären leitenden Stromkreises, der sich in einem zeitlich veränderlichen Feld befindet; 2) im Fall eines Leiters, der sich in einem Magnetfeld bewegt, das sich im Laufe der Zeit nicht ändern darf. Der Wert der induzierten EMK wird in beiden Fällen durch das Gesetz der elektromagnetischen Induktion bestimmt, der Ursprung dieser EMK ist jedoch unterschiedlich.

Betrachten wir zunächst den ersten Fall des Auftretens eines Induktionsstroms. Platzieren wir eine kreisförmige Drahtspule mit dem Radius r in einem zeitlich veränderlichen gleichmäßigen Magnetfeld (Abb. 2.8).

Wenn die Magnetfeldinduktion zunimmt, nimmt der magnetische Fluss durch die von der Spule begrenzte Oberfläche mit der Zeit zu. Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion entsteht in der Spule ein induzierter Strom. Wenn sich die Magnetfeldinduktion nach einem linearen Gesetz ändert, bleibt der Induktionsstrom konstant.

Welche Kräfte bewegen die Ladungen in der Spule? Das Magnetfeld selbst, das die Spule durchdringt, kann dies nicht tun, da das Magnetfeld ausschließlich auf bewegte Ladungen wirkt (darin unterscheidet es sich vom elektrischen) und der Leiter mit den darin enthaltenen Elektronen bewegungslos ist.

Zusätzlich zum Magnetfeld werden bewegliche und stationäre Ladungen auch von einem elektrischen Feld beeinflusst. Die bisher besprochenen Felder (elektrostatisch oder stationär) werden jedoch durch elektrische Ladungen erzeugt, und der induzierte Strom entsteht durch die Wirkung eines sich ändernden Magnetfelds. Daher können wir davon ausgehen, dass Elektronen in einem stationären Leiter durch ein elektrisches Feld angetrieben werden und dieses Feld direkt durch ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt wird. Dies begründet eine neue grundlegende Eigenschaft des Feldes: Wenn sich das Magnetfeld mit der Zeit ändert, erzeugt es ein elektrisches Feld. Zu dieser Schlussfolgerung kam erstmals J. Maxwell.

Nun erscheint uns das Phänomen der elektromagnetischen Induktion in einem neuen Licht. Die Hauptsache dabei ist der Prozess der Erzeugung eines elektrischen Feldes durch ein Magnetfeld. In diesem Fall ändert das Vorhandensein eines leitenden Stromkreises, beispielsweise einer Spule, nichts am Wesen des Prozesses. Ein Leiter mit einem Vorrat an freien Elektronen (oder anderen Teilchen) übernimmt die Rolle eines Geräts: Er ermöglicht lediglich die Erfassung des entstehenden elektrischen Feldes.

Das Feld setzt Elektronen im Leiter in Bewegung und offenbart sich dadurch. Das Wesen des Phänomens der elektromagnetischen Induktion in einem stationären Leiter ist nicht so sehr das Auftreten eines Induktionsstroms, sondern vielmehr das Auftreten eines elektrischen Feldes, das elektrische Ladungen in Bewegung setzt.

Das elektrische Feld, das bei einer Änderung des Magnetfeldes entsteht, ist völlig anderer Natur als das elektrostatische.

Es ist nicht direkt mit elektrischen Ladungen verbunden und seine Spannungslinien können nicht auf ihnen beginnen und enden. Sie beginnen oder enden nirgendwo, sondern sind geschlossene Linien, ähnlich den Induktionslinien magnetischer Felder. Das ist das sogenannte Elektrisches Wirbelfeld(Abb. 2.9).

Je schneller sich die magnetische Induktion ändert, desto größer ist die elektrische Feldstärke. Gemäß der Lenzschen Regel bildet die Richtung des elektrischen Feldintensitätsvektors mit zunehmender magnetischer Induktion eine Linksschraube mit der Richtung des Vektors. Das heißt, wenn sich eine Schraube mit Linksgewinde in Richtung der elektrischen Feldstärkelinien dreht, fällt die translatorische Bewegung der Schraube mit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors zusammen. Im Gegensatz dazu bildet die Richtung des Intensitätsvektors mit der Richtung des Vektors eine Rechtsschraube, wenn die magnetische Induktion abnimmt.

Die Richtung der Spannungslinien stimmt mit der Richtung des Induktionsstroms überein. Die vom elektrischen Wirbelfeld auf die Ladung q wirkende Kraft (äußere Kraft) ist immer noch gleich = q. Aber im Gegensatz zum Fall eines stationären elektrischen Feldes ist die Arbeit des Wirbelfeldes bei der Bewegung der Ladung q entlang einer geschlossenen Bahn nicht Null. Wenn sich eine Ladung entlang einer geschlossenen Linie der elektrischen Feldstärke bewegt, hat die Arbeit auf allen Abschnitten des Weges tatsächlich das gleiche Vorzeichen, da Kraft und Bewegung in der Richtung übereinstimmen. Die Arbeit eines elektrischen Wirbelfeldes beim Bewegen einer einzelnen positiven Ladung entlang eines geschlossenen stationären Leiters ist numerisch gleich der induzierten EMK in diesem Leiter.

Induktionsströme in massiven Leitern. In massiven Leitern erreichen Induktionsströme einen besonders großen Zahlenwert, da deren Widerstand gering ist.

Solche Ströme, nach dem französischen Physiker, der sie untersucht hat, Foucault-Ströme genannt, können zur Erwärmung von Leitern genutzt werden. Auf diesem Prinzip basiert die Konstruktion von Induktionsöfen, wie z. B. Mikrowellenöfen im Alltag. Dieses Prinzip wird auch beim Schmelzen von Metallen angewendet. Darüber hinaus wird das Phänomen der elektromagnetischen Induktion in Metalldetektoren genutzt, die an den Eingängen von Flughafenterminalgebäuden, Theatern usw. installiert sind.

Allerdings führt das Auftreten von Foucault-Strömen bei vielen Geräten zu nutzlosen und sogar unerwünschten Energieverlusten durch Wärmeentwicklung. Daher sind die Eisenkerne von Transformatoren, Elektromotoren, Generatoren usw. nicht massiv, sondern bestehen aus einzelnen, voneinander isolierten Platten. Die Oberflächen der Platten müssen senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldintensitätsvektors des Wirbels sein. Der Widerstand der Platten gegen elektrischen Strom ist maximal und die Wärmeentwicklung minimal.

Anwendung von Ferriten. Elektronische Geräte arbeiten im Bereich sehr hoher Frequenzen (Millionen Schwingungen pro Sekunde). Hier bringt die Verwendung von Spulenkernen aus separaten Platten nicht mehr den gewünschten Effekt, da in jeder Platte große Foucault-Ströme entstehen.

Bei der Ummagnetisierung entstehen in Ferriten keine Wirbelströme. Dadurch werden Energieverluste durch die Wärmeentwicklung in ihnen minimiert. Daher bestehen Kerne von Hochfrequenztransformatoren, magnetische Antennen von Transistoren usw. aus Ferriten. Ferritkerne werden aus einer Mischung von Pulvern von Ausgangsstoffen hergestellt. Die Mischung wird gepresst und einer erheblichen Wärmebehandlung unterzogen.

Bei einer schnellen Änderung des Magnetfelds in einem gewöhnlichen Ferromagneten entstehen Induktionsströme, deren Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel eine Änderung des magnetischen Flusses im Spulenkern verhindert. Dadurch ändert sich der magnetische Induktionsfluss praktisch nicht und der Kern wird nicht ummagnetisiert. In Ferriten sind die Wirbelströme sehr gering, sodass sie schnell ummagnetisiert werden können.

Neben dem potentiellen elektrischen Coulomb-Feld gibt es ein elektrisches Wirbelfeld. Die Intensitätslinien dieses Feldes sind geschlossen. Das Wirbelfeld wird durch ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt.

Wie entsteht elektromotorische Kraft in einem Leiter, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet? Was ist ein elektrisches Wirbelfeld, seine Natur und die Ursachen seines Auftretens? Was sind die Haupteigenschaften dieses Feldes? Die heutige Lektion wird all diese und viele andere Fragen beantworten.

Thema: Elektromagnetische Induktion

Lektion:Elektrisches Wirbelfeld

Erinnern wir uns daran, dass die Lenzsche Regel es uns ermöglicht, die Richtung des induzierten Stroms in einem Stromkreis zu bestimmen, der sich in einem externen Magnetfeld mit wechselndem Fluss befindet. Basierend auf dieser Regel konnte das Gesetz der elektromagnetischen Induktion formuliert werden.

Gesetz der elektromagnetischen Induktion

Wenn sich der magnetische Fluss, der den Bereich des Stromkreises durchdringt, ändert, entsteht in diesem Stromkreis eine elektromotorische Kraft, die numerisch der Änderungsrate des magnetischen Flusses mit einem Minuszeichen entspricht.

Wie entsteht diese elektromotorische Kraft? Es stellt sich heraus, dass die EMF in einem Leiter, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet, mit der Entstehung eines neuen Objekts verbunden ist – Elektrisches Wirbelfeld.

Betrachten wir die Erfahrung. Es gibt eine Spule aus Kupferdraht, in die ein Eisenkern eingelegt ist, um das Magnetfeld der Spule zu verstärken. Die Spule ist über Leiter mit einer Wechselstromquelle verbunden. Es gibt auch eine Drahtspule, die auf einem Holzsockel platziert ist. An diese Spule ist eine Glühbirne angeschlossen. Das Drahtmaterial ist mit einer Isolierung ummantelt. Die Basis der Spule besteht aus Holz, also einem Material, das keinen elektrischen Strom leitet. Der Spulenrahmen besteht ebenfalls aus Holz. Somit ist jegliche Möglichkeit eines Kontakts der Glühbirne mit dem an die Stromquelle angeschlossenen Stromkreis ausgeschlossen. Wenn die Quelle geschlossen ist, leuchtet die Glühbirne auf, daher fließt in der Spule ein elektrischer Strom, was bedeutet, dass in dieser Spule äußere Kräfte wirken. Es gilt herauszufinden, woher die äußeren Kräfte kommen.

Ein Magnetfeld, das die Ebene einer Spule durchdringt, kann kein elektrisches Feld hervorrufen, da das Magnetfeld nur auf bewegte Ladungen wirkt. Nach der elektronischen Leitfähigkeitstheorie von Metallen befinden sich in ihrem Inneren Elektronen, die sich im Kristallgitter frei bewegen können. Allerdings ist diese Bewegung in Abwesenheit eines externen elektrischen Feldes zufällig. Eine solche Störung führt dazu, dass die Gesamtwirkung des Magnetfelds auf einen stromdurchflossenen Leiter Null ist. Dies unterscheidet das elektromagnetische Feld vom elektrostatischen Feld, das auch auf stationäre Ladungen wirkt. Somit wirkt das elektrische Feld auf bewegte und stationäre Ladungen. Die zuvor untersuchte Art von elektrischem Feld wird jedoch nur durch elektrische Ladungen erzeugt. Der induzierte Strom wiederum wird durch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt.

Nehmen wir an, dass die Elektronen in einem Leiter unter dem Einfluss eines neuartigen elektrischen Feldes in geordnete Bewegung versetzt werden. Und dieses elektrische Feld wird nicht durch elektrische Ladungen erzeugt, sondern durch ein magnetisches Wechselfeld. Faraday und Maxwell kamen zu einer ähnlichen Idee. Der Kernpunkt dieser Idee ist, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ein elektrisches erzeugt. Ein Leiter mit freien Elektronen darin ermöglicht den Nachweis dieses Feldes. Dieses elektrische Feld versetzt die Elektronen im Leiter in Bewegung. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion besteht nicht so sehr im Auftreten eines Induktionsstroms, sondern im Auftreten eines neuartigen elektrischen Feldes, das elektrische Ladungen in einem Leiter in Bewegung setzt (Abb. 1).

Das Wirbelfeld unterscheidet sich vom statischen. Es wird nicht durch stationäre Ladungen erzeugt, daher können die Intensitätslinien dieses Feldes nicht auf der Ladung beginnen und enden. Forschungsergebnissen zufolge handelt es sich bei den Wirbelfeldstärkelinien um geschlossene Linien, die den Magnetfeldinduktionslinien ähneln. Folglich ist dieses elektrische Feld ein Wirbel – dasselbe wie ein magnetisches Feld.

Die zweite Eigenschaft betrifft die Arbeit der Kräfte dieses neuen Feldes. Durch die Untersuchung des elektrostatischen Feldes haben wir herausgefunden, dass die von den Kräften des elektrostatischen Feldes entlang eines geschlossenen Kreises geleistete Arbeit Null ist. Denn wenn sich eine Ladung in eine Richtung bewegt, sind die Verschiebung und die wirksame Kraft gleichgerichtet und die Arbeit ist positiv. Wenn sich die Ladung in die entgegengesetzte Richtung bewegt, sind die Verschiebung und die wirksame Kraft entgegengesetzt gerichtet und die Arbeit ist negativ. die Gesamtarbeit wird Null sein. Im Falle eines Wirbelfeldes ist die Arbeit entlang eines geschlossenen Kreislaufs von Null verschieden. Wenn sich also eine Ladung entlang einer geschlossenen Linie eines elektrischen Feldes mit Wirbelcharakter bewegt, behält die Arbeit in verschiedenen Abschnitten ein konstantes Vorzeichen bei, da die Kraft und die Verschiebung in verschiedenen Abschnitten der Flugbahn relativ zueinander die gleiche Richtung beibehalten andere. Die Arbeit der Kräfte des elektrischen Wirbelfeldes, um eine Ladung entlang einer geschlossenen Schleife zu bewegen, ist ungleich Null, daher kann das elektrische Wirbelfeld einen elektrischen Strom in einer geschlossenen Schleife erzeugen, was mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmt. Dann können wir sagen, dass die vom Wirbelfeld auf die Ladungen wirkende Kraft gleich dem Produkt aus der übertragenen Ladung und der Stärke dieses Feldes ist.

Diese Kraft ist die äußere Kraft, die die Arbeit verrichtet. Die von dieser Kraft geleistete Arbeit, bezogen auf die übertragene Ladungsmenge, ist die induzierte EMK. Die Richtung des elektrischen Wirbelfeldintensitätsvektors an jedem Punkt der Intensitätslinien wird durch die Lenz-Regel bestimmt und stimmt mit der Richtung des Induktionsstroms überein.

In einem stationären Stromkreis, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet, entsteht ein induzierter elektrischer Strom. Das Magnetfeld selbst kann keine Quelle äußerer Kräfte sein, da es nur auf geordnet bewegte elektrische Ladungen einwirken kann. Es kann kein elektrostatisches Feld geben, da es durch stationäre Ladungen erzeugt wird. Nach der Annahme, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt, haben wir gelernt, dass dieses Wechselfeld Wirbelcharakter hat, d. h. seine Linien sind geschlossen. Die Arbeit des elektrischen Wirbelfelds entlang eines geschlossenen Kreislaufs ist von Null verschieden. Die vom elektrischen Wirbelfeld auf die übertragene Ladung wirkende Kraft ist gleich dem Wert dieser übertragenen Ladung multipliziert mit der Intensität des elektrischen Wirbelfelds. Diese Kraft ist die äußere Kraft, die zum Auftreten von EMF im Stromkreis führt. Die elektromotorische Kraft der Induktion, d. h. das Verhältnis der Arbeit äußerer Kräfte zur Menge der übertragenen Ladung, ist gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses mit Minuszeichen. Die Richtung des elektrischen Wirbelfeldintensitätsvektors an jedem Punkt der Intensitätslinien wird durch die Lenz-Regel bestimmt.

1. Kasyanov V.A., Physik 11. Klasse: Lehrbuch. für die Allgemeinbildung Institutionen. - 4. Aufl., Stereotyp. - M.: Bustard, 2004. - 416 S.: Abb., 8 B. Farbe An
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physik 11. - M.: Mnemosyne.
3. Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Physik 11. - M.: Mnemosyne.
   

1. Lehrbuch der elektronischen Physik ().
2. Coole Physik ().
3. Xvatit.com ().

1. Wie lässt sich die Tatsache erklären, dass ein Blitzeinschlag Sicherungen zum Schmelzen bringen und empfindliche Elektrogeräte und Halbleiterbauelemente beschädigen kann?
2. * Beim Öffnen des Rings entstand in der Spule eine Selbstinduktions-EMK von 300 V. Wie groß ist die Intensität des elektrischen Wirbelfelds in den Spulenwindungen, wenn ihre Anzahl 800 beträgt und der Windungsradius 4 cm beträgt?

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion wurde 1831 von M. Faraday entdeckt. Das Phänomen kann in den folgenden Experimenten beobachtet werden. Nehmen wir eine Spule mit vielen Windungen (Solenoid), schließen wir sie mit einem Galvanometer und bewegen wir einen Permanentmagneten von einem seiner Enden entlang der Achse. In diesem Fall entsteht in der Magnetspule ein elektrischer Strom, der durch die Auslenkung der Galvanometernadel erfasst wird. Dieser Strom stoppt, wenn sich der Magnet nicht mehr bewegt. Wenn Sie den Magneten von der Magnetspule entfernen, entsteht in der Magnetspule wieder ein Strom, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Das gleiche Phänomen tritt auf, wenn der Magnet stationär bleibt und der Magnet bewegt wird. Anstelle eines Magneten können Sie auch einen zweiten Magneten nehmen (Abb. 51), durch den ein Gleichstrom fließt: Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I2.gif " border="0" align ="absmiddle" alt=".

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion ist wie folgt: In jedem geschlossenen Stromkreis entsteht ein elektrischer Strom, wenn sich der Fluss der magnetischen Induktion durch den durch diesen Stromkreis begrenzten Bereich ändert. Dieser Strom wird Induktionsstrom genannt.

Das Auftreten eines induzierten Stroms in einem geschlossenen Stromkreis ist auf das Auftreten einer bestimmten elektromotorischen Kraft, der elektromotorischen Kraft, in diesem Stromkreis unter dem Einfluss eines zeitlich veränderlichen Flusses zurückzuführen. Die Größe dieser EMF wurde zunächst mit der Änderungsrate in Verbindung gebracht des magnetischen Induktionsflusses durch Faraday

Definition">Faradaysches Gesetz

Das Minuszeichen im Gesetz bedeutet dass die induzierte EMK immer eine solche Richtung hat, dass sie die Ursache, die sie verursacht, stört. Diese Regel wurde vom St. Petersburger Professor E.Kh. aufgestellt. Lenz.

Wenn wir die Magnetflussformel betrachten" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/108-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="(! SPRACHE:(Abb. 52, b) oder entgegengesetzt dazu gerichtet, wenn die Markierung „> B“ zunimmt. Der magnetische Induktionsfluss durch die durch den Rahmen begrenzte Fläche S ist gleich

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/109-1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="Der Winkel zwischen der Normalen zum Rahmen und dem Vektor B ändert sich

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/109-3.gif" border="0" align="absmiddle" alt="Nach dem Faradayschen Gesetz (12.1) entsteht bei einem sich ändernden Fluss durch den Rahmen darin ein induzierter Strom, der sich im Laufe der Zeit mit einer Frequenz ändert, die der Rotationsgeschwindigkeit des Rahmens entspricht. Formel" src="http://hi -edu.ru/e-books/xbook785 /files/109-4.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Wie Sie sehen können, ändert sich die induzierte EMK gemäß einem harmonischen Gesetz mit der Frequenzformel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/109-5.gif" border="0" align="absmiddle" alt="Das Erhalten einer EMF, wenn sich eine Spule in einem Magnetfeld dreht, ist die Grundlage für den Betrieb eines Wechselstromgenerators.

Mechanismus des Auftretens induzierter Strom in einem bewegten Leiter kann mit der Lorentzkraft F = qvB erklärt werden.

Unter dem Einfluss der Lorentzkraft werden Ladungen getrennt: Positive Ladungen sammeln sich an einem Ende des Leiters, negative am anderen (Abb. 53). Diese Ladungen erzeugen im Inneren des Leiters ein elektrostatisches Coulomb-Feld. Wenn der Leiter offen ist, erfolgt die Ladungsbewegung unter dem Einfluss der Lorentz-Kraft, bis die elektrische Kraft die Lorentz-Kraft ausgleicht. Die Wirkung der Lorentzkraft ähnelt der Wirkung eines elektrischen Feldes; dieses Feld ist Feld Dritter.

Das Auftreten einer induzierten EMK ist auch in einem stationären Stromkreis möglich, der sich in einem magnetischen Wechselfeld befindet. Welcher Art sind in diesem Fall äußere Kräfte (nicht elektrostatischer Ursprung)?

Maxwell stellte die Hypothese auf, dass jedes magnetische Wechselfeld ein elektrisches Feld im umgebenden Raum anregt, was die Ursache für das Auftreten von induziertem Strom im Stromkreis ist. Dieses Feld ist durch seine Intensität gekennzeichnet (der Index gibt den Grund für das Auftreten dieses Feldes an – das Magnetfeld).

Die Zirkulation dieses mit „>L“ gekennzeichneten elektrischen Feldes ist ungleich Null:

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/111-1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/111-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/111-5.gif" border="0" align="absmiddle" alt="- partielle Ableitung der Induktion B nach der Zeit.

Für elektrostatisches Feld mark">Q) Zirkulation entlang jeder geschlossenen Kontur ist Null:

define-e">Potenzial.

Das elektrische Feld ist als Wirbel definiert, für den die Zirkulation entlang eines geschlossenen Kreislaufs L ungleich Null ist:

mark">I(t), dann erzeugt es ein Magnetfeld mit Induktion B(t) und daher die Flussformel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/112. gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion, das durch eine Stromänderung im Stromkreis selbst verursacht wird, wird Selbstinduktion genannt. Die Ursache liegt in einer Stromänderung im Stromkreis, die leichter zu messen ist als eine Änderung des Magnetflusses.

An jedem Punkt der über den Stromkreis ausgedehnten Oberfläche ist die Induktion dB proportional zum Strom im Stromkreis. Ist er über die gesamte Fläche integriert, wird der gesamte magnetische Fluss mit „>I“ gekennzeichnet

Markierung „>L – Schaltungsinduktivität, Proportionalitätskoeffizient, abhängig von der Schaltungskonfiguration.

Die Induktivität gibt an, wie viel magnetischer Fluss die vom Stromkreis bedeckte Oberfläche durchdringt, wenn der Strom darin 1 A beträgt. Ihre Einheit ist Wb/A, die Henry (H) genannt wird.

Wenn die Schaltung eine komplexe Form hat und beispielsweise mehrere Windungen enthält, verwenden Sie anstelle der Definition von „Flussverknüpfung“ die Formel „src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/112-4". .gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Der Ausdruck gilt für L = const.

Dies impliziert eine andere Definition von L (in der Praxis wichtiger): Die Induktivität zeigt, welche selbstinduktive EMK im Stromkreis auftritt, wenn die Stromänderungsrate darin 1 A/s beträgt.

Bei einem Magneten ist der magnetische Fluss durch eine Windung mit „>N Windungen des Magneten (Flussverknüpfung)“ gekennzeichnet.

mark">V =Sl - Magnetventilvolumen.

Wenn wir diesen Ausdruck mit (12.4) vergleichen, erhalten wir

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/mu.gif" border="0" align="absmiddle" alt=".

Ein magnetischer Fluss durch die von Stromkreis 2 bedeckte Oberfläche kann durch aktuelle Abbildung erzeugt werden

Bezeichnen wir die Formel mit „src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/113.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="ändert sich, dann wird es im Kreis 2 induziert gegenseitige Induktion EMK

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="Es tritt EMF der gegenseitigen Induktion auf

Formel" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/113-3.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" - Gegeninduktivitäten der Stromkreise, sie hängen von der geometrischen Form, Größe, relativen Lage der Konturen und der magnetischen Permeabilität des Mediums ab.

Berechnen wir die Gegeninduktivität zweier gemeinsam gewickelter Spulen Ringkern(Abb. 55). Foucault-Strömungen, oder Wirbelströme.

Eine schwere Metallplatte, die zwischen den Polen eines Elektromagneten schwingt, stoppt, wenn der Gleichstrom, der den Elektromagneten speist, eingeschaltet wird. Seine gesamte Energie wird in Wärme umgewandelt, die durch Foucault-Ströme erzeugt wird. In einer stationären Platte gibt es keine Ströme.

Wirbelströme können erheblich abgeschwächt werden, wenn in die Platte Schnitte eingebracht werden, um ihren Widerstand zu erhöhen. In den massiven Kernen von Transformatoren und Elektromotoren, die mit Wechselstrom betrieben werden, würden Foucault-Ströme eine erhebliche Wärmemenge erzeugen. Daher bestehen die Kerne aus Verbundwerkstoffen, die aus dünnen Platten bestehen, die durch eine dielektrische Schicht getrennt sind.

Das Phänomen des Auftretens von Foucaultschen Induktionsströmen liegt dem Betrieb von Induktionsöfen zugrunde, die das Erhitzen von Metallen bis zum Schmelzpunkt ermöglichen.

Foucault-Ströme gehorchen der Lenzschen Regel: Ihr Magnetfeld ist so ausgerichtet, dass es der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die Wirbelströme induziert. Diese Tatsache wird genutzt, um die beweglichen Teile verschiedener Geräte zu beruhigen (Dämpfung).

Wirbelströme treten auch in Drähten auf, durch die elektrischer Wechselstrom fließt. Die Richtung der Wirbelströme ist so, dass sie der Änderung des Primärstroms im Leiter entgegenwirken. Dadurch verteilt sich der Wechselstrom ungleichmäßig über den Drahtquerschnitt, er wird sozusagen auf die Oberfläche des Leiters gedrückt. An der Oberfläche des Drahtes ist die Stromdichte maximal, tief im Inneren des Leiters nimmt sie ab und erreicht ihren niedrigsten Wert auf seiner Achse. Dieses Phänomen wird als Skin-Effekt (Skin) bezeichnet. Der Strom konzentriert sich in der „Haut“ des Leiters. Daher sind bei hohen Frequenzen keine Leiter mit großem Querschnitt erforderlich: Der Strom fließt ohnehin nur in der Oberflächenschicht.