Fenomenul de inducție electromagnetică a fost descoperit de M. Faraday în 1831. Fenomenul poate fi observat în următoarele experimente. Să luăm o bobină cu un număr mare de spire (solenoid), să o închidem cu un galvanometru și vom împinge un magnet permanent de-a lungul axei de la unul dintre capete. În acest caz, în solenoid va apărea un curent electric, care va fi detectat prin deviația acului galvanometrului. Acest curent se va opri atunci când magnetul nu se mai mișcă. Dacă scoateți magnetul din solenoid, atunci solenoidul va avea din nou curent, dar în sens opus. Același fenomen va avea loc dacă magnetul este lăsat staționar și solenoidul este mișcat. În loc de magnet, puteți lua un al doilea solenoid (Fig. 51), prin care curge un curent constant formula „src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I2.gif" border="0" align ="absmiddle" alt=".

Fenomenul de inducție electromagnetică este următorul: în orice circuit conductor închis, atunci când fluxul de inducție magnetică se modifică prin zona delimitată de acest circuit, apare un curent electric. Acest curent se numește inductiv.

Apariția unui curent de inducție într-un circuit închis se datorează apariției în acest circuit sub influența unui flux variabil în timp al unei anumite forțe electromotoare a unui EMF. Mărimea acestui EMF a fost asociată mai întâi cu rata de schimbare a fluxul de inducție magnetică de Faraday

def-e"> legea lui Faraday

Semnul minus în lege înseamnă că fem-ul de inducție are întotdeauna o astfel de direcție încât interferează cu cauza care o provoacă. Această regulă a fost stabilită de profesorul din Sankt Petersburg E.Kh. Lenz.

Dacă luăm în considerare fluxul magnetic, formula este" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/108-2.gif" border="0" align="absmiddle" alt= „(Fig. 52, b) sau îndreptat opus acestuia, dacă crește marcajul „\u003e B. Fluxul de inducție magnetică prin zona S, delimitată de cadru, este egal cu

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/109-1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="unghiul dintre normala cadrului și vectorul B se modifică

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/109-3.gif" border="0" align="absmiddle" alt="Conform legii lui Faraday (12.1), cu un flux schimbător prin cadru, în acesta ia naștere un curent de inducție, care se va schimba în timp cu o frecvență egală cu formula vitezei de rotație a cadrului „src="http://hi-edu. ru/e-books/xbook785 /files/109-4.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

După cum puteți vedea, EMF de inducție se modifică conform legii armonice cu formula de frecvență alt="Obținerea unui EMF în timpul rotației unei bobine într-un câmp magnetic stă la baza funcționării unui alternator.

Mecanismul de origine curent de inducție într-un conductor în mișcare poate fi explicată folosind forța Lorentz F = qvB.

Sub acțiunea forței Lorentz, sarcinile sunt separate: cele pozitive se acumulează la un capăt al conductorului, cele negative la celălalt ( fig. 53). Aceste sarcini creează un câmp electrostatic de Coulomb în interiorul conductorului. Dacă conductorul este deschis, atunci mișcarea sarcinilor sub influența forței Lorentz va avea loc până când forța electrică echilibrează forța Lorentz. Acțiunea forței Lorentz este similară cu acțiunea unui câmp electric, acest câmp este câmp exterior.

Apariția inducției EMF este posibilă și într-un circuit fix situat într-un câmp magnetic alternativ. Care este natura forțelor străine (de origine neelectrostatică) în acest caz?

Maxwell a emis ipoteza că orice câmp magnetic alternativ excită un câmp electric în spațiul înconjurător, care este cauza curentului de inducție în circuit. Acest câmp se caracterizează prin intensitate (indicele indică cauza acestui câmp - câmpul magnetic).

Circulația acestui câmp electric marcat „> L nu este egală cu zero:

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

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

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/111-5.gif" border="0" align="absmiddle" alt="este derivata parțială a inducției B în raport cu timpul.

Pentru un câmp electrostatic marca "> Q ) circulația de-a lungul oricărui contur închis este egală cu zero:

def-e">potenţial.

Câmpul electric este definit ca un vortex, pentru care circulația de-a lungul unei bucle închise L nu este egală cu zero:

marcați „> I (t), apoi creează un câmp magnetic cu inducție B (t) și, prin urmare, formula de curgere” src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/112. gif" border="0" align="absmiddle" alt="

Fenomenul de inducție electromagnetică cauzat de o modificare a curentului în circuitul însuși se numește autoinducție. Cauza sa principală este modificarea curentului în buclă, care este mai ușor de măsurat decât modificarea fluxului magnetic.

În orice punct al suprafeței întinse peste circuit, inducția dB este proporțională cu curentul din circuit. Dacă este integrat pe întreaga suprafață, atunci marcajul fluxului magnetic total "> I

marca ">L - inductanța buclei, factorul de proporționalitate, în funcție de configurația buclei.

Inductanța arată ce fel de flux magnetic pătrunde în suprafața acoperită de circuit, cu o putere de curent de 1 A. Unitatea sa este Wb / A, care se numește Henry (Hn).

Dacă conturul are o formă complexă, de exemplu, conține mai multe ture, atunci în loc să definească „> flux linking, formula” src = „http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/112- 4.gif" chenar ="0" align="absmiddle" alt="

expresia este valabilă pentru L = const.

Din aceasta rezultă o altă definiție a lui L (mai importantă în practică): inductanța arată ce EMF de auto-inducție are loc în circuit dacă rata de modificare a puterii curentului în acesta este de 1 A / s.

Pentru un solenoid, fluxul magnetic printr-o tură este marcat „> N spire ale solenoidului (legătura de flux),

mark">V =Sl - volumul solenoidului.

Comparând această expresie cu (12.4) , obținem

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

Fluxul magnetic prin suprafața acoperită de conturul 2 poate fi creat de curent

Indicați formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/113.gif" border="0" align="absmiddle" alt="

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I1.gif" border="0" align="absmiddle" alt="se modifică, apoi în circuitul 2 este indus EMF de inducție reciprocă

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/I2.gif" border="0" align="absmiddle" alt="există o fem de inducție reciprocă

formula" src="http://hi-edu.ru/e-books/xbook785/files/113-3.gif" border="0" align="absmiddle" alt=" - inductanța reciprocă a circuitelor, ele depind de forma geometrică, dimensiunea, dispunerea reciprocă a contururilor și permeabilitatea magnetică a mediului.

Calculați inductanța reciprocă a două bobine înfășurate pe un comun miez toroidal(Fig. 55). Curenții Foucault, sau curenți turbionari.

O placă de metal greu care oscilează între polii unui electromagnet se oprește dacă este pornit curentul continuu care alimentează electromagnetul. Toată energia sa este transformată în căldură eliberată de curenții Foucault. Nu există curenți într-o placă fixă.

Curenții turbionari pot fi slăbiți semnificativ dacă se fac tăieturi în placă care îi măresc rezistența. În transformatoarele cu miez solid, motoarele electrice care funcționează pe curent alternativ, curenții Foucault ar elibera o cantitate semnificativă de căldură. Prin urmare, miezurile sunt realizate stivuite, alcătuindu-le din plăci subțiri separate printr-un strat dielectric.

Fenomenul de apariție a curenților de inducție a lui Foucault stă la baza funcționării cuptoarelor cu inducție, care permit încălzirea metalelor până la punctul de topire.

Curenții Foucault se supun regulii lui Lenz: câmpul lor magnetic este dirijat în așa fel încât să contracareze modificarea fluxului magnetic care induce curenții turbionari. Acest fapt este folosit pentru a calma părțile mobile ale diferitelor dispozitive (amortizare).

Curenții turbionari apar și în firele prin care circulă un curent electric alternativ. Direcția curenților turbionari este astfel încât aceștia contracarează modificarea curentului primar în conductor. Astfel, curentul alternativ este distribuit neuniform pe secțiunea transversală a firului; este, așa cum ar fi, forțat să iasă pe suprafața conductorului. La suprafața firului, densitatea de curent este maximă, iar adânc în conductor scade și atinge cea mai mică valoare pe axa sa. Acest fenomen se numește efect de piele (piele - piele). Curentul este concentrat în „pielea” conductorului. Prin urmare, la frecvențe înalte, nu este nevoie de conductori de secțiune mare: totuși, curentul va curge numai în stratul de suprafață.

În 1831, Michael Faraday a descoperit că într-un circuit conductor închis, atunci când un câmp magnetic se modifică, ia naștere un curent electric, numit inducţie.

Un curent de inducție într-o bobină de sârmă metalică apare atunci când un magnet este împins în interiorul bobinei și când magnetul este scos din bobină, precum și atunci când puterea curentului se modifică în a doua bobină, al cărei câmp magnetic pătrunde în prima bobină. .

Fenomenul de apariție a unui curent electric într-un circuit conductor închis cu modificări ale câmpului magnetic care pătrunde în circuit se numește inducție electromagnetică. Apariția unui curent electric într-un circuit închis cu modificări ale câmpului magnetic care pătrunde în circuit indică acțiunea forțelor externe de natură neelectrică în circuit sau apariția inducția EMF.

Direcția curentului de inducție în circuit depinde dacă fluxul magnetic care pătrunde în circuit crește sau scade, precum și de direcția vectorului de inducție a câmpului magnetic în raport cu circuitul. Regula generală pentru determinarea direcției curentului de inducție în circuit a fost stabilită în 1833 de E.Kh. Lenz.

Regula lui Lenz poate fi vizualizată folosind un inel ușor de aluminiu (Fig. 11.1). Experiența arată că atunci când este introdus un magnet permanent, inelul este respins de acesta, iar atunci când este îndepărtat, este atras de magnet. Rezultatul experimentelor nu depinde de polaritatea magnetului.

Repulsia și atracția unui inel solid se explică prin apariția unui curent de inducție în inel cu modificări ale fluxului magnetic prin inel și acțiunea unui câmp magnetic asupra curentului de inducție. Când magnetul este împins în inel, curentul de inducție în el are o astfel de direcție încât câmpul magnetic creat de acest curent se opune câmpului magnetic extern, iar când magnetul este împins în afară, curentul de inducție din el are o astfel de direcție încât vectorul de inducție al câmpului său magnetic coincide în direcție cu vectorul de inducție al câmpului exterior .

Regula lui Lenz: curentul de inducție care apare într-un circuit închis contracarează cu câmpul său magnetic modificarea fluxului magnetic prin care este cauzat.

Legea inducției electromagnetice: FEM de inducție într-o buclă închisă este egală cu modulul vitezei de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă:

Luând în considerare regula Lenz, legea inducției electromagnetice se scrie după cum urmează:

Dacă în circuitele conectate în serie apar modificări identice ale fluxului magnetic, atunci EMF de inducție din acestea este egală cu suma EMF de inducție din fiecare dintre circuite. Prin urmare, la schimbarea fluxului magnetic în bobină, constând din n spire identice ale firului, FEM de inducție totală în n de ori mai multă inducție EMF într-un singur circuit:

Apariția unui curent electric într-un circuit închis indică faptul că atunci când fluxul magnetic care pătrunde în circuit se modifică, forțele acționează asupra sarcinilor electrice libere din circuit. Firul circuitului este nemișcat, sarcinile electrice libere din el pot fi considerate nemișcate. Doar un câmp electric poate acționa asupra sarcinilor electrice staționare. Prin urmare, cu orice modificare a câmpului magnetic din spațiul înconjurător, apare un câmp electric. Acest câmp electric pune în mișcare sarcini electrice libere în circuit, creând un curent electric de inducție. Câmpul electric care apare atunci când câmpul magnetic se modifică se numește câmp electric vortex.

Lucrarea forțelor câmpului electric vortex asupra mișcării sarcinilor electrice este munca forțelor externe, sursa EMF de inducție.

Un câmp electric vortex diferă de unul electrostatic prin faptul că nu este asociat cu sarcini electrice, liniile sale de tensiune sunt linii închise. Lucrarea forțelor câmpului electric vortex în timpul mișcării unei sarcini electrice de-a lungul unei linii închise poate fi diferită de zero.

Cum apare o forță electromotoare într-un conductor care se află într-un câmp magnetic alternativ? Ce este un câmp electric vortex, natura și cauzele sale? Care sunt principalele proprietăți ale acestui domeniu? Toate aceste întrebări și multe altele vor primi răspuns în lecția de astăzi.

Subiect: inducția electromagnetică

Lecţie:Câmp electric vortex

Amintiți-vă că regula lui Lenz vă permite să determinați direcția curentului de inducție într-un circuit situat într-un câmp magnetic extern cu un flux variabil. Pe baza acestei reguli, a fost posibil să se formuleze legea inducției electromagnetice.

Legea inducției electromagnetice

Când fluxul magnetic care pătrunde în zona circuitului se modifică, în acest circuit ia naștere o forță electromotoare, numeric egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic, luată cu semnul minus.

Cum apare această forță electromotoare? Se pare că EMF din conductor, care se află într-un câmp magnetic alternativ, este asociat cu apariția unui nou obiect - câmp electric turbionar.

Luați în considerare experiența. Există o bobină de sârmă de cupru în care este introdus un miez de fier pentru a crește câmpul magnetic al bobinei. Bobina este conectată prin conductori la o sursă de curent alternativ. Există și o bobină de sârmă așezată pe o bază de lemn. La această bobină este conectat un bec electric. Materialul firului este acoperit cu izolație. Baza bobinei este realizată din lemn, adică dintr-un material care nu conduce electricitatea. Cadrul bobinei este tot din lemn. Astfel, este exclusă orice posibilitate de contact a becului cu circuitul conectat la sursa de curent. Când sursa este închisă, becul se aprinde, prin urmare, un curent electric curge în bobină - ceea ce înseamnă că forțele externe din această bobină funcționează. Este necesar să aflăm de unde provin forțele terțe.

Câmpul magnetic care pătrunde în planul bobinei nu poate provoca apariția unui câmp electric, deoarece câmpul magnetic acționează numai asupra sarcinilor în mișcare. Conform teoriei electronice a conductivității metalelor, în interiorul lor există electroni care se pot mișca liber în interiorul rețelei cristaline. Totuși, această mișcare în absența unui câmp electric extern este aleatorie. O astfel de aleatorie duce la faptul că efectul total al câmpului magnetic asupra unui conductor care poartă curent este zero. În acest fel, câmpul electromagnetic diferă de câmpul electrostatic, care acționează și asupra sarcinilor staționare. Deci, câmpul electric acționează asupra sarcinilor în mișcare și staționare. Cu toate acestea, tipul de câmp electric care a fost studiat mai devreme este creat doar de sarcini electrice. Curentul de inducție, la rândul său, este creat de un câmp magnetic alternativ.

Să presupunem că electronii dintr-un conductor sunt aduși în mișcare ordonată de un nou tip de câmp electric. Și acest câmp electric este generat nu de sarcini electrice, ci de un câmp magnetic alternativ. Faraday și Maxwell au venit cu o idee similară. Principalul lucru în această idee este că un câmp magnetic variabil în timp generează unul electric. Un conductor cu electroni liberi prezenți în el face posibilă detectarea acestui câmp. Acest câmp electric pune în mișcare electronii din conductor. Fenomenul de inducție electromagnetică constă nu atât în ​​apariția unui curent inductiv, cât în ​​apariția unui nou tip de câmp electric, care pune în mișcare sarcini electrice într-un conductor (Fig. 1).

Câmpul vortex este diferit de cel static. Nu este generat de încărcături imobile, prin urmare, liniile de intensitate ale acestui câmp nu pot începe și se termină pe o încărcare. Conform cercetărilor, liniile intensității câmpului vortex sunt linii închise, similare liniilor de inducție a câmpului magnetic. Prin urmare, acest câmp electric este un vortex - la fel ca și câmpul magnetic.

A doua proprietate se referă la munca forțelor acestui nou câmp. Studiind câmpul electrostatic, am aflat că munca forțelor câmpului electrostatic într-o buclă închisă este zero. Deoarece atunci când sarcina se mișcă într-o direcție, deplasarea și forța care acționează sunt co-direcționate și lucrul este pozitiv, atunci când sarcina se mișcă în direcția opusă, mișcarea și forța care acționează sunt direcționate opus, iar munca este negativă, munca totală va fi egală cu zero. În cazul unui câmp de vortex, munca efectuată într-o buclă închisă va fi diferită de zero. Deci, atunci când o sarcină se mișcă de-a lungul unei linii închise a unui câmp electric care are un caracter de vortex, lucrul în diferite secțiuni va menține un semn constant, deoarece forța și deplasarea în diferite secțiuni ale traiectoriei vor menține aceeași direcție față de fiecare. alte. Lucrarea forțelor câmpului electric vortex pentru a muta sarcina de-a lungul unei bucle închise este diferită de zero, prin urmare, câmpul electric vortex poate genera un curent electric într-o buclă închisă, care coincide cu rezultatele experimentale. Apoi se poate argumenta că forța care acționează asupra sarcinilor din câmpul vortex este egală cu produsul sarcinii transferate și puterea acestui câmp.

Această forță este o forță exterioară care funcționează. Lucrul acestei forțe, raportat la valoarea sarcinii transferate, este EMF de inducție. Direcția vectorului de intensitate al câmpului electric turbionar în fiecare punct al liniilor de intensitate este determinată de regula Lenz și coincide cu direcția curentului de inducție.

Într-un circuit fix, situat într-un câmp magnetic alternativ, ia naștere un curent electric de inducție. Câmpul magnetic în sine nu poate fi o sursă de forțe străine, deoarece poate acționa numai asupra sarcinilor electrice în mișcare ordonată. Nu poate exista un câmp electrostatic, deoarece este generat de sarcini fixe. După ce am presupus că un câmp magnetic variabil în timp generează un câmp electric, am aflat că acest câmp variabil este de natură vortex, adică liniile sale sunt închise. Lucrarea câmpului electric vortex într-o buclă închisă este diferită de zero. Forța care acționează asupra sarcinii transferate din partea câmpului electric vortex este egală cu valoarea acestei sarcini transferate, înmulțită cu puterea câmpului electric vortex. Această forță este acea forță terță parte care duce la apariția unui EMF în circuit. Forța electromotoare a inducției, adică raportul dintre munca forțelor externe și valoarea sarcinii transferate, este egală cu rata de modificare a fluxului magnetic luată cu semnul minus. Direcția vectorului de intensitate al câmpului electric vortex în fiecare punct al liniilor de intensitate este determinată de regula Lenz.

1. Kasyanov V.A., Fizica clasa a XI-a: Manual. pentru învăţământul general instituţiilor. - Ed. a IV-a, stereotip. - M.: Butarda, 2004. - 416 p.: ill., 8 p. col. incl.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizica 11. - M .: Mnemosyne.
3. Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Fizica 11. - M.: Mnemosyne.
   

1. Manual electronic de fizică ().
2. Fizica cool ().
3. Xvatit.com().

1. Cum să explic faptul că o lovitură de fulger poate topi siguranțele, dezactiva aparatele electrice sensibile și dispozitivele semiconductoare?
2. * Când inelul a fost deschis în bobină, a apărut un EMF de autoinducție de 300 V. Care este intensitatea câmpului electric vortex în spirele bobinei dacă numărul lor este 800, iar raza spirelor este 4 cm?

Câmpul electric care apare atunci când câmpul magnetic se modifică are o structură complet diferită de cea electrostatică. Nu este conectat direct cu sarcinile electrice, iar liniile sale de tensiune nu pot începe și nu se termină pe ele. În general, nu încep sau se termină nicăieri, ci sunt linii închise, similare liniilor de inducție a câmpului magnetic. Acesta este așa-numitul câmp electric vortex. Poate apărea întrebarea: de ce, de fapt, acest câmp este numit electric? La urma urmei, are o origine diferită și o configurație diferită de câmpul electric static. Răspunsul este simplu: câmpul vortex acționează asupra sarcinii q la fel ca și cea electrostatică și am considerat și o considerăm în continuare principala proprietate a câmpului. Forța care acționează asupra încărcăturii este nemișcată F= qE, Unde E- intensitatea câmpului vortex.

Dacă fluxul magnetic este creat de un câmp magnetic uniform concentrat într-un tub cilindric lung și îngust, cu o rază de r 0 (Fig. 5.8), atunci din considerente de simetrie este evident că liniile intensității câmpului electric se află în planuri perpendiculare pe liniile B și sunt cercuri. În conformitate cu regula Lenz, cu creșterea magnetică

liniile de inducție de tensiune E formează un șurub stâng cu direcția inducției magnetice B.

Spre deosebire de un câmp electric static sau staționar, munca unui câmp de vortex pe o cale închisă nu este egală cu zero. Într-adevăr, atunci când o sarcină se mișcă de-a lungul unei linii închise de intensitate a câmpului electric, lucrul pe toate secțiunile căii are același semn, deoarece forța și deplasarea coincid în direcție. Un câmp electric vortex, ca un câmp magnetic, nu este potențial.

Lucrul câmpului electric vortex în deplasarea unei singure sarcini pozitive de-a lungul unui conductor fix închis este numeric egal cu EMF de inducție în acest conductor.

Dacă un curent alternativ trece prin bobină, atunci fluxul magnetic care pătrunde în bobină se modifică. Prin urmare, un EMF de inducție are loc în același conductor prin care curge curentul alternativ. Acest fenomen se numește auto-inducție.

Cu auto-inducție, circuitul conducător joacă un rol dublu: un curent curge prin el, provocând inducție, iar în el apare un EMF de inducție. Un câmp magnetic în schimbare induce un EMF chiar în conductorul prin care trece curentul, creând acest câmp.

În momentul creșterii curentului, intensitatea câmpului electric turbionar, în conformitate cu regula Lenz, este direcționată împotriva curentului. Prin urmare, în acest moment, câmpul vortex împiedică creșterea curentului. Dimpotrivă, în momentul în care curentul scade, câmpul vortex îl susține.

Acest lucru duce la faptul că, atunci când un circuit care conține o sursă de EMF constantă este închis, o anumită valoare a intensității curentului nu este setată imediat, ci treptat în timp (Fig. 5.13). Pe de altă parte, atunci când sursa este oprită, curentul din circuitele închise nu se oprește instantaneu. EMF rezultat al auto-inducției poate depăși EMF al sursei, deoarece modificarea curentului și a câmpului său magnetic are loc foarte rapid atunci când sursa este oprită.

Fenomenul de autoinducere poate fi observat în experimente simple. Figura 5.14 prezintă o conexiune paralelă a două lămpi identice. Unul dintre ele este conectat la sursă printr-un rezistor R, iar celălalt în serie cu bobina L cu miez de fier. Când cheia este închisă, prima lampă clipește aproape imediat, iar a doua - cu o întârziere vizibilă. EMF auto-indusă în circuitul acestei lămpi este mare, iar curentul nu atinge imediat valoarea maximă. Apariția unui EMF de autoinducție la deschidere poate fi observată într-un experiment cu un circuit prezentat schematic în Figura 5.15. Când cheia este deschisă în bobină L Apare EMF de autoinducție, care menține curentul inițial. Ca urmare, în momentul deschiderii, un curent trece prin galvanometru (săgeată întreruptă), îndreptat împotriva curentului inițial înainte de deschidere (săgeată continuă). Mai mult, puterea curentului atunci când circuitul este deschis depășește puterea curentului care trece prin galvanometru când cheia este închisă. Aceasta înseamnă că EMF de auto-inducție ξ. mai mult emf este baterii de celule.

Fenomenul de autoinducție este similar cu fenomenul de inerție din mecanică. Deci, inerția duce la faptul că sub acțiunea forței corpul nu dobândește instantaneu o anumită viteză, ci treptat. Corpul nu poate fi încetinit instantaneu, indiferent cât de mare ar fi forța de frânare. În același mod, datorită autoinducției, atunci când circuitul este închis, puterea curentului nu capătă imediat o anumită valoare, ci crește treptat. Oprind sursa, nu oprim imediat curentul. Auto-inducția îl menține de ceva timp, în ciuda prezenței rezistenței circuitului.

Mai departe, pentru a crește viteza corpului, conform legilor mecanicii, trebuie să se lucreze. La frânare, corpul însuși face o activitate pozitivă. În același mod, pentru a crea un curent, trebuie să lucrați împotriva câmpului electric vortex, iar când curentul dispare, acest câmp însuși face o activitate pozitivă.

Aceasta nu este doar o analogie superficială. Are un sens interior profund. La urma urmei, curentul este o colecție de particule încărcate în mișcare. Odată cu creșterea vitezei electronilor, câmpul magnetic creat de aceștia se modifică și generează un câmp electric vortex care acționează asupra electronilor înșiși, împiedicând creșterea instantanee a vitezei acestora sub acțiunea unei forțe externe. La frânare, dimpotrivă, câmpul vortex tinde să mențină constantă viteza electronilor (regula lui Lenz). Astfel, inerția electronilor și, prin urmare, masa lor, este cel puțin parțial de origine electromagnetică. Masa nu poate fi complet electromagnetică, deoarece există particule neutre din punct de vedere electric care au masă (neutroni etc.)

Inductanţă.

Modulul B al inducției magnetice creată de curent în orice circuit închis este proporțional cu puterea curentului. Deoarece fluxul magnetic F este proporțional cu B, atunci F ~ B ~ I.

Prin urmare, se poate argumenta că

Unde L- coeficient de proporţionalitate între curentul din circuitul conductiv şi fluxul magnetic creat de acesta, pătrunzând în acest circuit. valoarea L numită inductanța circuitului sau coeficientul său de autoinducție.

Folosind legea inducției și expresiei electromagnetice (5.7.1), obținem egalitatea:

(5.7.2)

Din formula (5.7.2) rezultă că inductanţă- aceasta este o mărime fizică egală numeric cu EMF de auto-inducție care apare în circuit atunci când puterea curentului se modifică cu 1 A pe 1 s.

Inductanța, ca și capacitatea electrică, depinde de factori geometrici: dimensiunea conductorului și forma acestuia, dar nu depinde direct de puterea curentului din conductor. Cu exceptia

geometria conductorului, inductanța depinde de proprietățile magnetice ale mediului în care se află conductorul.

Unitatea SI a inductanței se numește Henry (H). Inductanța conductorului este 1 Gn, dacă în ea, când puterea curentului se schimbă cu 1 A in spate 1s Apare EMF de auto-inducere 1 V:

Un alt caz special de inducție electromagnetică este inducția reciprocă. Inducția reciprocă se numește apariția unui curent inductiv într-un circuit închis(bobina) la modificarea puterii curentului în circuitul adiacent(bobina). Circuitele sunt fixate unul față de celălalt, ca, de exemplu, bobinele unui transformator.

Cantitativ, inducția reciprocă este caracterizată de coeficientul de inducție reciprocă sau inductanța reciprocă.

Figura 5.16 prezintă două circuite. La modificarea puterii curentului I 1 în circuit 1 în contur 2 există un curent inductiv I 2 .

Fluxul inducției magnetice Ф 1.2, creat de curentul din circuitul primar și care pătrunde în suprafața limitată de al doilea circuit, este proporțional cu puterea curentului I 1:

Coeficientul de proporționalitate L 1, 2 se numește inductanță reciprocă. Este similar cu inductanța L.

FEM de inducție în al doilea circuit, conform legii inducției electromagnetice, este egală cu:

Coeficientul L 1,2 este determinat de geometria ambelor circuite, de distanța dintre ele, de aranjarea lor reciprocă și de proprietățile magnetice ale mediului. Se exprimă inductanța reciprocă L 1,2, precum și inductanța L, la Henry.

Dacă puterea curentului se modifică în al doilea circuit, atunci apare EMF de inducție în primul circuit

Când puterea curentului se modifică în conductor, în acesta din urmă apare un câmp electric vortex. Acest câmp încetinește electronii pe măsură ce curentul crește și îi accelerează pe măsură ce curentul scade.

Energia câmpului magnetic al curentului.

Când un circuit care conține o sursă de EMF constantă este închis, energia sursei de curent este cheltuită inițial pentru a crea un curent, adică pentru a pune în mișcare electronii conductorului și pentru a forma un câmp magnetic asociat cu curentul și, de asemenea, parțial. la creșterea energiei interne a conductorului, adică la încălzirea acestuia. După ce se stabilește o valoare constantă a puterii curentului, energia sursei este cheltuită exclusiv pentru eliberarea de căldură. Energia actuală nu se schimbă.

Pentru a crea un curent, este necesar să cheltuiți energie, adică este necesar să lucrați. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când circuitul este închis, când curentul începe să crească, în conductor apare un câmp electric vortex, care acționează împotriva câmpului electric care se creează în conductor datorită sursei de curent. Pentru ca curentul să devină egal cu I, sursa de curent trebuie să lucreze împotriva forțelor câmpului vortex. Acest lucru duce la creșterea energiei curentului. Câmpul vortex face o activitate negativă.

Când circuitul este deschis, curentul dispare și câmpul vortex face o activitate pozitivă. Energia stocată de curent este eliberată. Acest lucru este detectat de o scânteie puternică care apare atunci când este deschis un circuit cu o inductanță mare.

O expresie pentru energia curentului I care circulă printr-un circuit cu inductanță L poate fi scrisă pe baza analogiei dintre inerție și autoinducție.

Dacă auto-inducția este similară cu inerția, atunci inductanța în procesul de creare a unui curent ar trebui să joace același rol ca și masa la creșterea vitezei unui corp în mecanică. Rolul vitezei unui corp în electrodinamică este jucat de puterea curentului I ca mărime care caracterizează mișcarea sarcinilor electrice. Dacă da, atunci energia curentului W m poate fi considerată o mărime similară cu energia cinetică a corpului - în mecanică și scrieți sub formă.

Flux magnetic Ф= BS cos . O modificare a fluxului magnetic prin circuit poate apărea: 1) în cazul unui circuit conducător staționar plasat într-un câmp variabil în timp; 2) în cazul unui conductor care se deplasează într-un câmp magnetic, care nu se poate modifica în timp. Valoarea EMF de inducție în ambele cazuri este determinată de legea inducției electromagnetice, dar originea acestui EMF este diferită.

Luați în considerare mai întâi primul caz de apariție a unui curent de inducție. Să plasăm o bobină circulară de sârmă cu raza r într-un câmp magnetic uniform variabil în timp (Fig. 2.8).

Lăsați inducerea câmpului magnetic să crească, apoi fluxul magnetic prin suprafața delimitată de bobină va crește și el în timp. Conform legii inducției electromagnetice, în bobină va apărea un curent inductiv. Când se schimbă inducția câmpului magnetic conform unei legi liniare, curentul de inducție va fi constant.

Ce forțe fac să se miște sarcinile din bobină? Câmpul magnetic în sine, care pătrunde în bobină, nu poate face acest lucru, deoarece câmpul magnetic acționează exclusiv asupra sarcinilor în mișcare (acesta este ceea ce diferă de cel electric), iar conductorul cu electronii în el este nemișcat.

Pe lângă câmpul magnetic, sarcinile, atât în ​​mișcare, cât și staționare, sunt și ele afectate de un câmp electric. Dar, până la urmă, acele câmpuri despre care s-a discutat până acum (electrostatice sau staționare) sunt create de sarcini electrice, iar curentul de inducție apare ca urmare a acțiunii unui câmp magnetic în schimbare. Prin urmare, se poate presupune că electronii dintr-un conductor fix sunt puși în mișcare de un câmp electric, iar acest câmp este generat direct de un câmp magnetic în schimbare. Aceasta afirmă o nouă proprietate fundamentală a domeniului: schimbându-se în timp, câmpul magnetic generează un câmp electric. J. Maxwell a fost primul care a ajuns la această concluzie.

Acum, fenomenul inducției electromagnetice apare în fața noastră într-o lumină nouă. Principalul lucru în ea este procesul de generare a unui câmp electric printr-un câmp magnetic. În același timp, prezența unui circuit conductiv, cum ar fi o bobină, nu schimbă esența procesului. Un conductor cu o sursă de electroni liberi (sau alte particule) joacă rolul unui instrument: vă permite doar să detectați câmpul electric emergent.

Câmpul pune în mișcare electronii și conductorul și astfel se dezvăluie. Esența fenomenului de inducție electromagnetică într-un conductor fix este nu atât în ​​apariția unui curent de inducție, cât în ​​apariția unui câmp electric care pune în mișcare sarcinile electrice.

Câmpul electric care apare atunci când câmpul magnetic se modifică are o cu totul altă natură decât cea electrostatică.

Nu este conectat direct cu sarcinile electrice, iar liniile sale de tensiune nu pot începe și nu se termină pe ele. În general, nu încep și se termină nicăieri, ci sunt linii închise, similare liniilor de inducție a câmpului magnetic. Acest așa-zis câmp electric vortex(Fig. 2.9).

Cu cât inducția magnetică se schimbă mai repede, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mare. Conform regulii lui Lenz, odată cu creșterea inducției magnetice, direcția vectorului intensității câmpului electric formează un șurub stâng cu direcția vectorului. Aceasta înseamnă că atunci când șurubul din stânga se rotește în direcția liniilor de intensitate a câmpului electric, mișcarea de translație a șurubului coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică. Dimpotrivă, atunci când inducția magnetică scade, direcția vectorului de intensitate formează un șurub drept cu direcția vectorului .

Direcția liniilor de tensiune de câmp coincide cu direcția curentului de inducție. Forța care acționează din partea câmpului electric vortex asupra sarcinii q (forța externă) este încă egală cu = q. Dar, spre deosebire de cazul unui câmp electric staționar, munca câmpului vortex în deplasarea sarcinii q pe o cale închisă nu este egală cu zero. Într-adevăr, atunci când o sarcină se mișcă de-a lungul unei linii închise de intensitate a câmpului electric, lucrul pe toate secțiunile căii are același semn, deoarece forța și deplasarea coincid în direcție. Lucrul câmpului electric vortex atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă de-a lungul unui conductor fix închis este egal numeric cu EMF de inducție în acest conductor.

Curenți de inducție în conductori masivi. Curenții inductivi ating o valoare numerică deosebit de mare în conductorii masivi, datorită faptului că rezistența lor este mică.

Astfel de curenți, numiți curenți Foucault după fizicianul francez care i-a studiat, pot fi folosiți pentru încălzirea conductoarelor. Dispozitivul cuptoarelor cu inducție, de exemplu, cuptoarele cu microunde utilizate în viața de zi cu zi, se bazează pe acest principiu. Acest principiu este folosit și pentru topirea metalelor. În plus, fenomenul inducției electromagnetice este utilizat în detectoarele de metale instalate la intrările în clădiri ale terminalelor de aer, teatre etc.

Cu toate acestea, în multe dispozitive, apariția curenților Foucault duce la pierderi de energie inutile și chiar nedorite pentru generarea de căldură. Prin urmare, miezurile de fier ale transformatoarelor, motoarelor electrice, generatoarelor etc. nu sunt solide, ci constau din plăci separate izolate unele de altele. Suprafețele plăcilor trebuie să fie perpendiculare pe direcția vectorului intensității câmpului electric vortex. În acest caz, rezistența la curentul electric a plăcilor va fi maximă, iar degajarea de căldură va fi minimă.

Aplicarea feritelor. Echipamentele electronice funcționează în zona frecvențelor foarte înalte (milioane de vibrații pe secundă). Aici, utilizarea miezurilor bobinei din plăci individuale nu mai dă efectul dorit, deoarece în fiecare placă apar curenți Foucault mari.

Când remagnetizarea are loc în ferite, curenții turbionari nu apar. Ca urmare, pierderile de energie pentru eliberarea de căldură în ele sunt minimizate. Prin urmare, nucleele transformatoarelor de înaltă frecvență, antenele magnetice ale tranzistoarelor etc. sunt realizate din ferită.Miezurile de ferită sunt realizate dintr-un amestec de pulberi de materii prime. Amestecul este presat și supus unui tratament termic semnificativ.

Odată cu o schimbare rapidă a câmpului magnetic într-un feromagnet obișnuit, apar curenți de inducție, al căror câmp magnetic, în conformitate cu regula Lenz, previne schimbarea fluxului magnetic în miezul bobinei. Din această cauză, fluxul de inducție magnetică practic nu se modifică și miezul nu se remagnetizează. La ferite, curenții turbionari sunt foarte mici, astfel încât pot fi remagnetizați rapid.

Alături de câmpul electric potențial Coulomb, există un câmp electric vortex. Liniile de intensitate ale acestui câmp sunt închise. Câmpul vortex este generat de un câmp magnetic în schimbare.