Два способа изменения магнитного потока через контур
Как мы уже знаем, индукционный ток возникает в проводящем замкнутом контуре вследствие изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур (§ 5).
Магнитный поток через контур можно изменять двумя способами:
1. Контур (или его часть) перемещать в постоянном магнитном поле.
2. Изменять во времени пронизывающее неподвижный контур магнитное поле.
1. Какие из схематических рисунков (рис. 6.1) иллюстрируют первый способ изменения магнитного потока, а какие — второй? Катушка на рисунке б замкнута.
Можно, конечно, изменять поток магнитной индукции через контур, сочетая оба описанных способа.
Из курса физики 10-го класса вам известно: чтобы в замкнутой цепи существовал электрический ток (в том числе индукционный), необходимо, чтобы на свободные заряды действовали силы неэлектростатического происхождения, которые называют сторонними силами.
Мы сейчас увидим, что природа сторонних сил, вызывающих появление индукционного тока в замкнутом контуре, зависит от того, каким из двух указанных выше способов изменяется магнитный поток через этот контур.
Возникновение индукционного тока при движении проводника
Рассмотрим сначала причину возникновения индукционного тока в случае, когда контур или его части движутся в постоянном магнитном поле.
Пусть, например, металлический стержень скользит по горизонтальным металлическим рельсам, находящимся в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции которого направлен вертикально вниз (рис. 6.2).
Источник
Явление самоиндукции
О чем эта статья:
11 класс, ЕГЭ/ОГЭ
Магнитный поток
Прежде чем говорить об электромагнитной индукции и самоиндукции, нам нужно определить сущность магнитного потока.
Представьте, что вы взяли в руки обруч и вышли на улицу в ливень. Потоки воды будут проходить через обруч.
Если держать обруч горизонтально, то через него пройдет много воды. А если начать его поворачивать — уже меньше, потому что он расположен не под прямым углом к вертикали.
Теперь давайте поставим обруч вертикально — ни одной капли не пройдет сквозь него (если ветер не подует, конечно).
Магнитный поток очень похож на поток воды, проходящей через обруч, только считаем мы величину прошедшего через площадь магнитного поля, а не дождя.
Магнитным потоком через площадь S контура называют скалярную физическую величину, равную произведению:
модуля вектора магнитной индукции B,
площади поверхности S, которую пронизывает поток,
и косинуса угла α между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности).
Магнитный поток
Ф — магнитный поток [Вб]
B — магнитная индукция [Тл]
S — площадь пронизываемой поверхности [м 2 ]
n — вектор нормали (перпендикуляр к поверхности) [-]
Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.
В зависимости от угла α магнитный поток может быть положительным (α 90°). Если α = 90°, то магнитный поток равен 0.
Изменить магнитный поток можно, меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).
В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.
Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.
Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.
Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.
При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.
Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.
Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.
Вот что показали эти опыты:
Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
Направление тока различается при увеличении числа линий и при их уменьшении.
Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. При этом как само поле может изменяться, так и контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.
Почему возникает индукционный ток?
Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).
Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.
Самоиндукция
Представим себе любую электрическую цепь, параметры которой можно менять. Если мы изменим силу тока в этой цепи — например, подкрутим реостат или подключим другой источник тока — произойдет изменение магнитного поля. В результате этого изменения в цепи возникнет дополнительный индукционный ток за счет электромагнитной индукции, о которой мы говорили выше. Такое явление называется самоиндукцией, а возникающий при этом ток — током самоиндукции.
Формула магнитного потока для самоиндукции
Ф = LI
Ф — собственный магнитный поток [Вб]
L — индуктивность контура [Гн]
I — сила тока в контуре [А]
Самоиндукция — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.
Самоиндукция чем-то напоминает инерцию: как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет самоиндукции.
Представим цепь, состоящую из двух одинаковых ламп, параллельно подключенных к источнику тока. Если мы последовательно со второй лампой включим в эту цепь катушку, то при замыкании цепи произойдет следующее:
первая лампа загорится практически сразу,
вторая лампа загорится с заметным запаздыванием.
При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки так часто перегорают при отключении света.
ЭДС самоиндукции
ξis — ЭДС самоиндукции [В]
ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]
ΔI/Δt — скорость изменения силы тока в контуре [А/с]
L — индуктивность [Гн]
Знак минуса в формуле закона электромагнитной индукции указывает на то, что ЭДС индукции препятствует изменению магнитного потока, который вызывает ЭДС. При решении расчетных задач знак минуса не учитывается.
Индуктивность
Индуктивность — это способность накапливать магнитное поле. Она характеризует способность проводника сопротивляться электрическому току. Проще всего это делать с помощью катушки, потому что катушка состоит из витков, которые представляют собой контуры. Вспомните про магнитный поток и обруч под дождем — в контуре создается магнитный поток. Где поток, там и электромагнитная индукция.
Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.
Можно ли увеличивать индуктивность катушки?
Конечно! Можно увеличить число витков, например. Или поместить в центр катушки железный сердечник.
Как работает катушка
Вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле. Если поместить проводник в переменное поле — в нем возникнет ток.
Магнитные поля каждого витка катушки складываются. Поэтому вокруг катушки, по которой протекает ток, возникает сильное магнитное поле. При изменении силы тока в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг нее.
Задачка раз
На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 15 до 20 с. Ответ выразите в мкВ.
Решение
За время от 15 до 20 с сила тока изменилась от 20 до 0 мА. Модуль ЭДС самоиндукции равен:
Ответ: модуль ЭДС самоиндукции с 15 до 20 секунд равен 4 мкВ.
Задачка два
По проволочной катушке протекает постоянный электрический ток силой 2 А. При этом поток вектора магнитной индукции через контур, ограниченный витками катушки, равен 4 мВб. Электрический ток какой силы должен протекать по катушке для того, чтобы поток вектора магнитной индукции через указанный контур был равен 6 мВб?
Решение
При протекании тока через катушку индуктивности возникает магнитный поток, численно равный Ф = LI.
Отсюда индуктивность катушки равна:
Тогда для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб ток будет равен:
Ответ: для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб необходим ток в 3 А.
Источник
Каким образом можно изменить магнитный поток через контур?
Какие есть способы изменения магнитного потока через контур?
Слышал, что есть 3 метода — какие?
Чтобы понять как можно изменить магнитный поток через колебательный контур, нужно вспомнить какая между ними связь.
Для этого просмотрите два этих схематических рисунка:
Как видите, есть уже как минимум 2 фактора, благодаря которым можно повлиять на магнитный поток через контур.
В сумме есть 3 способа как изменить эту физическую величину:
поменять ориентацию контура (рис. 1);
поменять интенсивность магнитного поля;
изменить площадь колебательного контура.
Наука определяет количество теплоты как энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Это крайне важная физическая константа, достаточно часто используемая при решении проблем реальной жизни.
Возможность накопления телами и веществами тепловой энергии активно используется в науке и технике. Самым наглядным примером может служить устройство автомобильного радиатора: обладающая большой теплоемкостью жидкость поглощает выделяемую двигателем тепловую энергию, предотвращая его от перегрева.
Возможность рассчитать количество теплоты, поглощаемое теми или иными средами, позволяет экономно использовать энергоносители в промышленности.
Это элементарная школьная задача. Данный ответ следует рассматривать в качестве учебного пособия по определению средней скорости Vcp. Для ее вычисления необходимо весь путь S разделить на общее время t, затраченное на преодоление дистанции.
Тогда время, затраченное на перемещение 1/4 части пути со скоростью 60 км/ч, составляет
а на перемещение 1/4 части пути со скоростью 80 км/ч –
Общее время преодоления пути
Vcp = S/(300*S/(4*4800)) =4*4800/300 = 64 (км/ч).
Обычно в большинстве общеобразовательных школах физика начинается в седьмом классе и по одиннадцатый класс. Но бывает, что физика начинается и с пятого класса. К примеру, по крайней мере существуют учебники физики 5-6 классы.
Здесь надо различать скорость движения собственно заряженных частиц, и скорость электрического тока. Сами частицы движутся довольно медленно, при переменном токе они движутся даже в разные стороны, т. е. в итоге, упрощенно, вообще никуда не передвигаются. Но вот сила, заставляющая эти частицы двигаться, распространяется по проводам именно со скоростью света (тоже упрощенно) — 300 тыс. км/с.
Представить себе это можно на простом примере: допустим, вы дуете в трубу, и из нее начинает выходить воздух. Своим дыханием вы увеличиваете давление в трубе, и частицы воздуха начинают двигаться почти одновременно по всей трубе. Но вот сами частицы из того участка трубы, в который вы начали дуть, дойдут до конца трубы далеко не сразу. Так же и с электричеством, только в трубе — разность давлений, а для провода — разность потенциалов. И скорости сильно отличаются, конечно.
Сопротивление тоже можно себе представить на том же примере — пусть труба будет не гладкая, а с пористым материалом внутри, например. Тогда усилий для продувки через нее воздуха нужно будет намного больше.
У черной дыры нет обратной стороны. Черная дыра это сфера в центре которой находится сингулярность — бесконечно плотная материя сжатая в одну точку. Сингулярность окружена пустым пространством, а оболочка черной дыры(сферы)- горизонт событий(бесконечная кривизна пространства-времени), линия невозврата. Грубо говоря объект уходя за горизонт событий уже никак не сможет от туда выбраться. Даже свет не может вернуться из за горизонта событий, потому то и дыра — черная! При попадании в черную дыру и пройдя горизонт событий тело улетает в центр, к сингулярности, где оно будет уничтожено и сплюснуто в эту же сингулярность за счет огромной гравитации. Вот, я схему нарисовал, как устроена черная дыра =)
1. Какие из схематических рисунков (рис. 6.1) иллюстрируют первый способ изменения магнитного потока, а какие — второй? Катушка на рисунке б замкнута.
