N 1 S 1.наочно зображують магнітне поле; замкнуті лінії; 2. замкнені лінії; 3. за напрямок силових ліній прийнято напрямок, яке вказує північний полюс магнітної стрілки, тобто. силові лінії спрямовані від північного полюса (N) постійного магніту до південного полюса (S). Силові лінії магнітного поля: РІС.1
ВЕКТОР МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ МАГНІТНІ ЛІНІЇ. В – вектор магнітної індукції, завжди спрямований уздовж дотичної до ліній магнітної індукції; У – є силовий характеристикою магнітного поля; Модуль вектора магнітної індукції однорідного магнітного поля дорівнює відношенню модуля сили, з якої магнітне поле діє на розташований перпендикулярно лініям магнітної індукції провідник із струмом, до сили струму та довжини провідника
Однорідне магнітне поле, у кожній точці якого Однорідне магнітне поле – поле, у кожній точці якого 1. магнітні лінії, розподілені з однаковою густотою, або паралельні одна одній; 2. Векторні магнітні індукції мають однаковий модуль і напрямок. єоднорідним. Інакше поле є неоднорідним. Однорідне та неоднорідне магнітне поле. рис.2 рис. 3 рис.4 рис.5
Магнітне поле прямого струмуправило «буравчика» або правої руки - дозволяє визначити напрямок силових ліній магнітного поля, породженого провідником зі струмом: якщо провідник зі струмом взяти в праву руку так, що великий палець руки вкаже напрямок струму, то інші пальці руки, що охоплюють провідник, вкажуть напрямок силових ліній магнітного поля; РІС.6
Р а м к а с т о к о м - провідник, зігнутий у вигляді прямокутника або кола, по якому тече постійний струм; - вона створює магнітне поле, аналогічне магнітному полю постійного смугового магніту і є найпростішим електромагнітом; - якщо пальці правої руки стиснуті у напрямку, що відповідає напрямку струму в рамці, то великий палець вкаже напрямок від південного полюса до північного; застосувавши правило - правої руки, можна визначити північний та південний полюси магнітного поля рамки зі струмом: РИС.7
С л о н о і д – згорнутий у спіраль провідник, яким тече електричний струм; С л о н о і д – згорнутий у спіраль провідник, яким тече електричний струм; магнітне поле соленоїда подібно до магнітного поля смугового магніту; конструктивно соленоїд є круговими рамками зі струмом, з'єднані послідовно; Визначити північний і південний полюси магнітного поля соленоїда можна, застосувавши правило правої руки для рамки зі струмом. РІС.8
СИЛА АМПЕРА - сила, що діє на провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле; дорівнює добутку модуля вектора магнітної індукції на силу струму I, довжину ділянки l провідника і на синус кута α між магнітною індукцією і ділянкою провідника. напрям сили Ампера правило лівої руки - якщо долоню лівої руки розташувати так, щоб до неї входили лінії магнітної індукції, а чотири витягнуті пальці розташувати у напрямку струму в провіднику, то відігнутий великий палець покаже напрям сили Ампера, що діє струм; РІС.9
СИЛА ЛОРЕНЦЯ сила, що діє на заряджену частинку, що рухається, з боку зовнішнього магнітного поля; дорівнює добутку заряду q на магнітну індукції В, швидкість руху частинки υ і на синус кута α між напрямком швидкості заряду та індукцією магнітного поля НАПРЯМОК СИЛИ ЛОРЕНЦЯ: якщо долоня лівої руки розташувати так, щоб у неї входив вектор В, а чотири витягнуті вектор υ, то відігнутий великий палець покаже напрямок сили, що діє на позитивний заряд. якщо долоню правої руки розташувати так, щоб у неї входив вектор, а чотири витягнутих пальця направити вздовж вектора υ, то відігнутий великий палець покаже напрям сили, що діє на негативний заряд. РІС.15
МАГНІТНИЙ ПОТІК (ПОТІК МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ): ХАРАКТЕРИЗУЄ РОЗПОДІЛ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПО ПОВЕРХНІ, ОБМЕЖЕНОЮ ЗАМКНУТИМ КОНТУРОМ; ВЕЛИЧИНА РІВНА ВИРОБНИКУ МОДУЛЯ ВЕКТОРА МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ НА ПЛОЩУ КОНТУРА І КОСИНУС КУТУ МІЖ ВЕКТОРОМ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ І НОРМАЛІЮ ДО ПОВЕРХНІ; МАГНІТНИЙ ПОТІК (ПОТІК МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ): ХАРАКТЕРИЗУЄ РОЗПОДІЛ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПО ПОВЕРХНІ, ОБМЕЖЕНОЮ ЗАМКНУТИМ КОНТУРОМ; ВЕЛИЧИНА РІВНА ВИРОБНИКУ МОДУЛЯ ВЕКТОРА МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ НА ПЛОЩУ КОНТУРА І КОСИНУС КУТУ МІЖ ВЕКТОРОМ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ І НОРМАЛІЮ ДО ПОВЕРХНІ;
ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ ЯВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ БУЛО ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ВИНАХОДЖЕНО МАЙКЛОМ ФАРАДЕЄМ У 1831 РОКУ. ЯВЛЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ – ЯВИЩЕ ВИНИКНЕННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНОЇ СИЛИ У ПРОВІДНИКУ, ЩО ЗНАХОДЯТЬСЯ У ЗМІННОМУ МАГНІТНОМУ ПОЛІ АБО РУХОВОМУ ПО.
ІНДУЦІРОВАНЕ (ВИХРЕВЕ) ПОЛЕ створюється не електричними зарядами, а зміною магнітного поля; Силові лінії індукованого поля замкнуті, саме поле має вихровий характер; ІНДУКЦІЙНИЙ СТРУМ - виникає в замкнутому провіднику під дією індукованого (вихрового) поля. ІНДУКЦІЙНИЙ СТРУМ У КАТУШЦІ С, АБО У ЗАМКНУТОМУ КОНТУРІ З'ЯВЛЯЄТЬСЯ ПРИ ЗМІНІ МАГНІТНОГО ПОТОКУ ПРОНИЗНОГО ПЛОЩУ ОБМЕЖЕНУ ПРОВІДНИКОМ: 1.ПРИ ДВИЖЕННЯ; 2.ПРИ ЗМІНІ СИЛИ СТРУМУ У КАТУШЦІ А; 3.ПРИ РУХУ КАТУШОК А І З ЩОДО ДРУГ ДРУГА; 4.ПРИ ОБЕРТАННІ ЗАМКНУТОГО КОНТУРУ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ; 5.ПРИ ОБЕРТАННІ МАГНІТУ ПОРУЧ З КОНТУРОМ АБО ВСЕРЕДИНІ НЬОГО. ІНДУКЦІЙНИЙ СТРУМ У КАТУШЦІ С, АБО У ЗАМКНУТОМУ КОНТУРІ З'ЯВЛЯЄТЬСЯ ПРИ ЗМІНІ МАГНІТНОГО ПОТОКУ ПРОНИЗНОГО ПЛОЩУ ОБМЕЖЕНУ ПРОВІДНИКОМ: 1.ПРИ ДВИЖЕННЯ; 2.ПРИ ЗМІНІ СИЛИ СТРУМУ У КАТУШЦІ А; 3.ПРИ РУХУ КАТУШОК А І З ЩОДО ДРУГ ДРУГА; 4.ПРИ ОБЕРТАННІ ЗАМКНУТОГО КОНТУРУ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ; 5.ПРИ ОБЕРТАННІ МАГНІТУ ПОРУЧ З КОНТУРОМ АБО ВСЕРЕДИНІ НЬОГО. ВИ В О Д:
Запитання.
1. З якою метою ставилися досліди, зображені на рисунках 126-128? Як вони проводились?
Досліди ставилися з метою створення та визначення умов виникнення індукційного струму. Для цього в перших двох дослідах (рис.126) використовувалася котушка, підключена до гальванометра та магніт. У першому досвіді рухали магніт, у другому – котушку. У третьому досвіді (мал. 127) магніт замінили на другу котушку, включену до ланцюга. У четвертому та п'ятому (рис. 128) рамку обертали всередині магніту (а) та магніт всередині рамки (б).
2. За якої умови у всіх дослідах у котушці, замкненій на гальванометр, виникав індукційний струм?
Струм виникав у разі зміни магнітного поля.
3. У чому полягає явище електромагнітної індукції?
При зміні магнітного потоку, що пронизує контур замкнутого провідника, у цьому провіднику виникає електричний струм, який поки що припиняється зміна.
4. У чому важливість відкриття явища електромагнітної індукції?
Відкриття електромагнітної індукції дозволило у промислових масштабах виробляти електричний струм, оскільки було створено генератори електричної енергії.
Вправи.
1. Як створити короткочасний індукційний струм у котушці К2, зображеній на малюнку 125?
Будь-яким способом, що змінює силу струму в ланцюзі та відповідно магнітний потік: 1) реостатом; 2) ключем; 3) зміною положення котушки К 2 .
2. Дротове кільце поміщене в однорідне магнітне поле (рис. 129). Стрілки, зображені поруч з кільцем, показують, що у випадках а і б кільце рухається прямолінійно вздовж ліній індукції магнітного поля, а у випадках в, г і д - обертається навколо осі ГО. У яких з цих випадків в кільці може виникнути індукційний струм ?
Індукційний струм виникає у разі р), т.к. при цьому змінюється магнітний потік, що пронизує кільце.
ІНДУКЦІЙНИЙ СТРУМ — це електричний струм, що виникає при зміні потоку магнітної індукції в замкнутому контурі. Це носить назву електромагнітної індукції. Бажаєте дізнатися який напрямок індукційного струму? Росиндуктор - це торговий інформаційний портал, де ви знайдете інформацію про струм.
Визначальний напрямок індукційного струму правило звучить так: «Індукціонний струм спрямований так, щоб своїм магнітним полем протидіяти зміні магнітного потоку, яким він викликаний». Права рука розгорнута долонею назустріч магнітним силовим лініям, при цьому великий палець спрямований у бік руху провідника, а чотири пальці показують, в якому напрямку тектиме індукційний струм. Переміщуючи провідник, ми переміщуємо разом із провідником усі електрони, укладені в ньому, а при переміщенні в магнітному полі електричних зарядівна них діятиме сила за правилом лівої руки.
Напрямок індукційного струму, як і його величина, визначається правилом Ленца, в якому говориться, що напрямок індукційного струму завжди послаблює дію фактора, що збудив струм. При зміні потоку магнітного поля через контур напрямок індукційного струму буде таким, щоб компенсувати ці зміни. Коли магнітне поле збудливе струм у контурі створюється в іншому контурі, напрямок індукційного струму залежить від характеру змін: зі збільшенням зовнішнього струму індукційний струм має протилежний напрямок, при зменшенні — спрямований у той самий бік і прагнути посилити потік.
Котушка з індукційним струмом має два полюси (північний та південний), які визначаються залежно від напрямку струму: індукційні лінії виходять із північного полюса. Наближення магніту до котушки викликає появу струму з напрямком, що відштовхує магніт. При видаленні магніту струм у котушці має напрямок, що сприяє притягненню магніту.
Індукційний струм виникає у замкнутому контурі, що знаходиться в змінному магнітному полі. Контур може бути як нерухомим (поміщеним у змінний потік магнітної індукції), так і рухомим (рух контуру викликає зміну магнітного потоку). Виникнення індукційного струму зумовлює вихрове електричне поле, яке збуджується під впливом магнітного поля.
Про те, як створити короткочасний індукційний струм, можна дізнатися зі шкільного курсу фізики.
Для цього є кілька способів:
- - переміщення постійного магніту або електромагніту щодо котушки,
- - переміщення сердечника щодо вставленого в котушку електромагніту,
- - замикання та розмикання ланцюга,
- - Регулювання струму в ланцюзі.
Основний закон електродинаміки (закон Фарадея) говорить, що сила індукційного струму будь-якого контуру дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що проходить через контур, взятої зі знаком мінус. Сила індукційного струму називається електрорушійної сили.
Ви вже знаєте, що навколо електричного струму завжди є магнітне поле. Електричний струм та магнітне поле невіддільні один від одного.
Але якщо електричний струм, як то кажуть, «створює» магнітне поле, то чи не існує зворотного явища? Чи не можна за допомогою магнітного поля «створити» електричний струм?
Таке завдання на початку ХІХ ст. намагалися вирішити багато вчених. Поставив її перед собою і англійський вчений Майкл Фарадей. «Перетворити магнетизм на електрику» - так записав у своєму щоденнику це завдання Фарадей в 1822 р. Майже 10 років наполегливої роботи знадобилося вченому для її вирішення.
Майкл Фарадей (1791-1867)
Англійська фізика. Відкрив явище електромагнітної індукції, екстраструми при замиканні та розмиканні
Щоб зрозуміти, як Фарадею вдалося «перетворити магнетизм на електрику», виконаємо деякі досліди Фарадея, використовуючи сучасні прилади.
На рисунку 119 а показано, що якщо в котушку, замкнуту на гальванометр, всувається магніт, то стрілка гальванометра при цьому відхиляється, вказуючи на появу індукційного (наведеного) струму в ланцюзі котушки. Індукційний струм у провіднику є таким же упорядкованим рухом електронів, як і струм, отриманий від гальванічного елемента або акумулятора. Назва «індукційний» вказує лише причину його виникнення.
Рис. 119. Виникнення індукційного струму під час руху магніту та котушки щодо один одного
При вилученні магніту з котушки знову спостерігається відхилення стрілки гальванометра, але у протилежний бік, що вказує на виникнення у котушці струму протилежного напрямку.
Як тільки рух магніту щодо котушки припиняється, припиняється струм. Отже, струм ланцюга котушки існує тільки під час руху магніту щодо котушки.
Досвід можна змінити. На нерухомий магніт одягатимемо котушку і зніматимемо її (рис. 119, б). І знову можна виявити, що під час руху котушки щодо магніту в ланцюзі знову утворюється струм.
На малюнку 120 зображено котушка А, включена до ланцюга джерела струму. Ця котушка вставлена в іншу котушку, підключену до гальванометра. При замиканні та розмиканні ланцюга котушки А в котушці З виникає індукційний струм.
Рис. 120. Виникнення індукційного струму при замиканні та розмиканні електричного ланцюга
Можна викликати появу індукційного струму в котушці С шляхом зміни сили струму в котушці А або рухом цих котушок відносно один одного.
Зробимо ще один досвід. Помістимо у магнітне поле плоский контур із провідника, кінці якого з'єднаємо з гальванометром (рис. 121, а). При повороті контуру гальванометр відзначає появу індукційного струму. Струм з'являтиметься і в тому випадку, якщо поруч із контуром або всередині нього обертати магніт (рис. 121, б).
Рис. 121. При обертанні контуру в магнітному полі (магніту щодо контуру) зміна магнітного потоку призводить до виникнення індукційного струму
У всіх розглянутих дослідах індукційний струм виникав при зміні магнітного потоку, що пронизує охоплену провідником площу.
У випадках, зображених на рисунках 119 та 120, магнітний потік змінювався рахунок зміни індукції магнітного поля. Дійсно, при русі магніту та котушки відносно один одного (див. рис. 119) котушка потрапляла в області поля з більшою або меншою магнітною індукцією (оскільки поле магніту неоднорідне). При замиканні та розмиканні ланцюга котушки А (див. рис. 120) індукція створюваного цією котушкою магнітного поля змінювалася рахунок зміни сили струму у ній.
При обертанні дротяного контуру в магнітному полі (див. рис. 121, а) або магніту щодо контуру (див. рис. 121 б) магнітний потік змінювався за рахунок зміни орієнтації цього контуру по відношенню до ліній магнітної індукції.
Таким чином,
- при будь-якій зміні магнітного потоку, що пронизує площу, обмежену замкнутим провідником, у цьому провіднику виникає електричний струм, що існує протягом усього процесу зміни магнітного потоку
У цьому полягає явище електромагнітної індукції.
Відкриття електромагнітної індукції належить до найпрекрасніших наукових досягнень першої половини ХІХ ст. Воно викликало появу та бурхливий розвиток електротехніки та радіотехніки.
З явища електромагнітної індукції було створено потужні генератори електричної енергії, у створенні яких брали участь вчені та техніки різних країн. Серед них були і наші співвітчизники: Емілій Християнович Ленц, Борис Семенович Якобі, Михайло Йосипович Доливо-Добровольський та інші, які зробили великий внесок у розвиток електротехніки.
Запитання
- З якою метою ставилися досліди, зображені на рисунках 119-121? Як вони проводились?
- За якої умови в дослідах (рис. 119, 120) у котушці, замкненій на гальванометр, виникав індукційний струм?
- У чому полягає явище електромагнітної індукції?
- У чому важливість відкриття явища електромагнітної індукції?
Вправа 36
- Як створити короткочасний індукційний струм у котушці К2, зображеній на малюнку 118?
- Дротове кільце поміщене в однорідне магнітне поле (рис. 122). Стрілки, зображені поруч з кільцем, показують, що у випадках а і б кільце рухається прямолінійно вздовж ліній індукції магнітного поля, а у випадках в, г і д - обертається навколо осі ГО. У яких з цих випадків в кільці може виникнути індукційний струм ?
