Меню

Причина вызывающая появление индуктивных токов индуктивное сопротивление проводника



Причины возникновения индукционного тока

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.

Рис. 6.1

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

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.

  • На одну непроводящую основу были намотаны две катушки: витки первой катушки были расположены между витками второй. Витки одной 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.
  • Первая катушка была подключена к источнику тока, вторая, подключенная к гальванометру, перемещалась относительно нее. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.
  • Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется – вдвигается (выдвигается) – относительно катушки.

Опыты показали, что индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции. Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при их уменьшении.

Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Объяснения возникновения индукционного тока

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна ЭДС. Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1861 году.

Свойства вихревого электрического поля:

  • источник – переменное магнитное поле;
  • обнаруживается по действию на заряд;
  • не является потенциальным;
  • линии поля замкнутые.

Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике.

Магнитный поток

Магнитным потоком через площадь ​ \( S \) ​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции ​ \( B \) ​, площади поверхности ​ \( S \) ​, пронизываемой данным потоком, и косинуса угла ​ \( \alpha \) ​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности):

Обозначение – ​ \( \Phi \) ​, единица измерения в СИ – вебер (Вб).

Магнитный поток в 1 вебер создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции:

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​ \( \alpha \) ​ магнитный поток может быть положительным ( \( \alpha \) \( \alpha \) > 90°). Если \( \alpha \) = 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.

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Читайте также:  Появление полюсов у катушки с током

Знак «–» в формуле позволяет учесть направление индукционного тока. Индукционный ток в замкнутом контуре имеет всегда такое направление, чтобы магнитный поток поля, созданного этим током сквозь поверхность, ограниченную контуром, уменьшал бы те изменения поля, которые вызвали появление индукционного тока.

Если контур состоит из ​ \( N \) ​ витков, то ЭДС индукции:

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением ​ \( R \) ​:

При движении проводника длиной ​ \( l \) ​ со скоростью ​ \( v \) ​ в постоянном однородном магнитном поле с индукцией ​ \( \vec \) ​ ЭДС электромагнитной индукции равна:

где ​ \( \alpha \) ​ – угол между векторами ​ \( \vec \) ​ и \( \vec \) .

Возникновение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю.

Количество теплоты в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

Важно!
Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

  • магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле;
  • вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея.

Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной:

  • в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца;
  • в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Правило Ленца

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Алгоритм решения задач с использованием правила Ленца:

  • определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля;
  • выяснить, как изменяется магнитный поток;
  • определить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток уменьшается, то они сонаправлены с линиями внешнего магнитного поля; если магнитный поток увеличивается, – противоположно направлению линий магнитной индукции внешнего поля;
  • по правилу буравчика, зная направление линий индукции магнитного поля индукционного тока, определить направление индукционного тока.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Самоиндукция

Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в проводнике в результате изменения тока в нем.

При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке.

В соответствии с правилом Ленца ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении и убыванию силы тока при выключении цепи.

Это приводит к тому, что при замыкании цепи, в которой есть источник тока с постоянной ЭДС, сила тока устанавливается через некоторое время.

При отключении источника ток также не прекращается мгновенно. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника.

Явление самоиндукции можно наблюдать, собрав электрическую цепь из катушки с большой индуктивностью, резистора, двух одинаковых ламп накаливания и источника тока. Резистор должен иметь такое же электрическое сопротивление, как и провод катушки.

Опыт показывает, что при замыкании цепи электрическая лампа, включенная последовательно с катушкой, загорается несколько позже, чем лампа, включенная последовательно с резистором. Нарастанию тока в цепи катушки при замыкании препятствует ЭДС самоиндукции, возникающая при возрастании магнитного потока в катушке.

При отключении источника тока вспыхивают обе лампы. В этом случае ток в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции, возникающей при убывании магнитного потока в катушке.

ЭДС самоиндукции ​ \( \varepsilon_ \) ​, возникающая в катушке с индуктивностью ​ \( L \) ​, по закону электромагнитной индукции равна:

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в катушке.

Индуктивность

Электрический ток, проходящий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток ​ \( \Phi \) ​ через контур из этого проводника пропорционален модулю индукции ​ \( \vec \) ​ магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля, в свою очередь, пропорциональна силе тока в проводнике.

Читайте также:  Расчет потребленной мощности от тока

Следовательно, магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре:

Индуктивность – коэффициент пропорциональности ​ \( L \) ​ между силой тока ​ \( I \) ​ в контуре и магнитным потоком ​ \( \Phi \) ​, создаваемым этим током:

Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Единица индуктивности в СИ – генри (Гн). Индуктивность контура равна 1 генри, если при силе постоянного тока 1 ампер магнитный поток через контур равен 1 вебер:

Можно дать второе определение единицы индуктивности: элемент электрической цепи обладает индуктивностью в 1 Гн, если при равномерном изменении силы тока в цепи на 1 ампер за 1 с в нем возникает ЭДС самоиндукции 1 вольт.

Энергия магнитного поля

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа накаливания, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции.

Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Для создания тока в контуре с индуктивностью необходимо совершить работу на преодоление ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля тока вычисляется по формуле:

Основные формулы раздела «Электромагнитная индукция»

Алгоритм решения задач по теме «Электромагнитная индукция»:

1. Внимательно прочитать условие задачи. Установить причины изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

2. Записать формулу:

  • закона электромагнитной индукции;
  • ЭДС индукции в движущемся проводнике, если в задаче рассматривается поступательно движущийся проводник; если в задаче рассматривается электрическая цепь, содержащая источник тока, и возникающая на одном из участков ЭДС индукции, вызванная движением проводника в магнитном поле, то сначала нужно определить величину и направление ЭДС индукции. После этого задача решается по аналогии с задачами на расчет цепи постоянного тока с несколькими источниками.

3. Записать выражение для изменения магнитного потока и подставить в формулу закона электромагнитной индукции.

4. Записать математически все дополнительные условия (чаще всего это формулы закона Ома для полной цепи, силы Ампера или силы Лоренца, формулы кинематики и динамики).

5. Решить полученную систему уравнений относительно искомой величины.

Источник

Тест с ответами по электротехнике

1. Для изготовления спиралей электрических плиток используют металлы с большим удельным сопротивлением. Какой из приведённых металлов пригоден для этого?

2. Проволоки имеют равные размеры. Какая из них имеет наименьшее сопротивление?

3. Какое вещество используют в качестве изоляторов?
а) эбонит; +

4. Электрическим током в металлах называется:

а) тепловое движение молекул вещества;

б) хаотичное движение электронов;

в) упорядоченное движение электронов; +

г) упорядоченное движение ионов.

5. За направление тока принимают:

а) движение нейтронов;

б) движение электронов;

в) движение положительно заряженных частиц; +

г) движение элементарных частиц.

6. Какая из формул выражает закон Ома для полной цепи?

7. Напряжение на участке цепи можно измерить:

8. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Изменится ли её сопротивление?

а) не изменится;
б) уменьшится в 4 раза; +
в) увеличится в 4 раза;
г) уменьшится в 2 раза.

9. Амперметр в цепи соединяется:

а) параллельно к нагрузке;

б) последовательно к нагрузке; +

в) параллельно и последовательно к нагрузке;

г) ни один из ответов не верный.

10. Единицей измерения мощности электрической цепи является:

11. Сопротивление двух последовательно соединённых проводников равно:

а) сопротивлению одного из них;

б) сумме их сопротивлений; +

в) разности их сопротивлений;

г) произведению их сопротивлений.
12. Как определить направление магнитного поля возбуждённого вокруг проводника с током?

а) 2-ым законом Кирхгофа;

б) правилом левой руки;

в) правилом буравчика; +

г) правилом правой руки.

13. Причина, вызывающая появление индуктивных токов:

а) индуктивное сопротивление проводника;

б) магнитная индукция;

в) электродвижущая сила индукции; +

г) магнитный поток.

14. Если по двум проводникам течёт ток одинакового направления, то они:

б) остаются неподвижными;

15. На проводник с током в магнитном поле действует сила, определяемая по формуле: F=BIL Sin a. Какой буквой в этой формуле обозначена сила тока?

16. Ток, который периодически, через равные промежутки времени изменяется как по величине, так и по направлению, называется:

17. Конденсатор обладает сопротивлением:

18. Явление взаимоиндукции используется:

а) в конденсаторах;

б) в аккумуляторах;

в) в трансформаторах; +

г) при передаче электроэнергии.

19. При подключении лампы к фазе А, лампа не горит. Какая неисправность в цепи?

а) неисправен предохранитель фазы А; +

б) неисправен предохранитель фазы В;

в) неисправен предохранитель фазы С;

г) неисправны все предохранители

20. Единицей измерения электрической ёмкости конденсатора является:

Читайте также:  Как поднять пусковой ток акб

Источник

Тест, олимпиада по электротехнике, общий курс.

1. Для изготовления спиралей электрических плиток используют металлы с большим удельным сопротивлением. Какой из приведённых металлов пригоден для этого?

2. Проволоки имеют равные размеры. Какая из них имеет наименьшее сопротивление?

3. Какое вещество используют в качестве изоляторов?
а) эбонит; +

4. Электрическим током в металлах называется:

а) тепловое движение молекул вещества;

б) хаотичное движение электронов;

в) упорядоченное движение электронов; +

г) упорядоченное движение ионов.

5. За направление тока принимают:

а) движение нейтронов;

б) движение электронов;

в) движение положительно заряженных частиц; +

г) движение элементарных частиц.

6. Какая из формул выражает закон Ома для полной цепи?

7. Напряжение на участке цепи можно измерить:

8. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Изменится ли её сопротивление?

а) не изменится;
б) уменьшится в 4 раза; +
в) увеличится в 4 раза;
г) уменьшится в 2 раза.

9. Амперметр в цепи соединяется:

а) параллельно к нагрузке;

б) последовательно к нагрузке; +

в) параллельно и последовательно к нагрузке;

г) ни один из ответов не верный.

10. Единицей измерения мощности электрической цепи является:

11. Сопротивление двух последовательно соединённых проводников равно:

а) сопротивлению одного из них;

б) сумме их сопротивлений; +

в) разности их сопротивлений;

г) произведению их сопротивлений.
12. Как определить направление магнитного поля возбуждённого вокруг проводника с током?

а) 2-ым законом Кирхгофа;

б) правилом левой руки;

в) правилом буравчика; +

г) правилом правой руки.

13. Причина, вызывающая появление индуктивных токов:

а) индуктивное сопротивление проводника;

б) магнитная индукция;

в) электродвижущая сила индукции; +

г) магнитный поток.

14. Если по двум проводникам течёт ток одинакового направления, то они:

б) остаются неподвижными;

15. На проводник с током в магнитном поле действует сила, определяемая по формуле: F=BIL Sin a. Какой буквой в этой формуле обозначена сила тока?

16. Ток, который периодически, через равные промежутки времени изменяется как по величине, так и по направлению, называется:

17. Конденсатор обладает сопротивлением:

18. Явление взаимоиндукции используется:

а) в конденсаторах;

б) в аккумуляторах;

в) в трансформаторах; +

г) при передаче электроэнергии.

19. При подключении лампы к фазе А, лампа не горит. Какая неисправность в цепи?

а) неисправен предохранитель фазы А; +

б) неисправен предохранитель фазы В;

в) неисправен предохранитель фазы С;

г) неисправны все предохранители

20. Единицей измерения электрической ёмкости конденсатора является:

4. Определить, какой из трех приведенных на рисунке графиков является графиком постоянного тока.

5. Как изменится сопротивление проводника, если его длину и диаметр увеличить в два раза?

· Уменьшится в два раза.

· Увеличится в два раза.

6. Как изменится проводимость проводника при увеличении площади S его поперечного сечения?

7. Как зависит сопротивление катушки, изготовленной из медного провода, от приложенного к ней напряжения?

· Почти не зависит.

8. Как нагреваются провода из одного и того же материала одинаковой длины, но разного диаметра при одном и том же токе?

· Провода нагреваются одинаково.

· Сильнее нагревается провод с меньшим диаметром.

· Сильнее нагревается провод с большим диаметром.

9. Каким будет падение напряжения на проводах из одного материала с одинаковым диаметром, но разной длины?

· Большее падение напряжения будет на более коротком проводе.

· Падение напряжения не зависит от длины провода.

· Большее падение напряжения будет на более длинном проводе.

10.Как нагреваются провода одинаковых диаметра и длины из разных материалов при одном и том же токе?

· Сильнее нагревается медный провод.

· Сильнее нагревается стальной провод.

· Сильнее нагревается алюминиевый провод.

· Провода нагреваются одинаково.

13.Какое соединение резисторов R1….R4 представлено на рисунке?

15. Какое соединение резисторов

  • Все материалы
  • Статьи
  • Научные работы
  • Видеоуроки
  • Презентации
  • Конспекты
  • Тесты
  • Рабочие программы
  • Другие методич. материалы

Номер материала: ДБ-512278

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник