1. Индуктивность контура

2. Магнитную индукцию

4. ЭДС самоиндукции

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

ЭДС индукции (магнитный поток за ед. времени) (3)Самоиндукция связана с индуктивностью контура L.=====================

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

ЭДС индукции, значит ответ 3

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Если ответ по предмету Физика отсутствует или он оказался неправильным, то попробуй воспользоваться поиском других ответов во всей базе сайта.

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока , пронизывающего контур.

Магнитным потоком Φ через площадь контура называют величину

Φ = ,

где – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором Что определяется скоростью магнитного потока через контури нормалью Что определяется скоростью магнитного потока через контурк плоскости контура (рис. 1.20.1).

Что определяется скоростью магнитного потока через контур
Рисунок 1.20.1.

Определение магнитного потока нетрудно обобщить на случай неоднородного магнитного поля и неплоского контура. Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный , создается магнитным полем с индукцией , пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью :

.

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции , равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Эта формула носит название закона Фарадея .

Опыт показывает, что 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. Это утверждение, сформулированное в 1833 г., называется правилом Ленца .

Рис. 1.20.2 иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур
Рисунок 1.20.2.

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что Что определяется скоростью магнитного потока через контури Что определяется скоростью магнитного потока через контурвсегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам.

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

Рассмотрим в качестве примера возникновение ЭДС индукции в прямоугольном контуре, помещенном в однородное магнитное поле Что определяется скоростью магнитного потока через контурперпендикулярное плоскости контура. Пусть одна из сторон контура длиной скользит со скоростью Что определяется скоростью магнитного потока через контурпо двум другим сторонам (рис. 1.20.3).

Что определяется скоростью магнитного потока через контур
Рисунок 1.20.3.

На свободные заряды на этом участке контура действует сила Лоренца. Одна из составляющих этой силы, связанная с переносной скоростью Что определяется скоростью магнитного потока через контурзарядов, направлена вдоль проводника. Эта составляющая указана на рис. 1.20.3. Она играет роль сторонней силы. Ее модуль равен

Л = υ

Работа силы Л на пути равна

= Л · = υ.

По определению ЭДС

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

В других неподвижных частях контура сторонняя сила равна нулю. Соотношению для Что определяется скоростью магнитного потока через контурможно придать привычный вид. За время Δ площадь контура изменяется на Δ = υΔ. Изменение магнитного потока за это время равно ΔΦ = υΔ. Следовательно,

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Для того, чтобы установить знак в формуле, связывающей Что определяется скоростью магнитного потока через контуринд и Что определяется скоростью магнитного потока через контурнужно выбрать согласованные между собой по правилу правого буравчика направление нормали Что определяется скоростью магнитного потока через контури положительное направление обхода контура Что определяется скоростью магнитного потока через контуркак это сделано на рис. 1.20.1 и 1.20.2. Если это сделать, то легко прийти к формуле Фарадея.

Если сопротивление всей цепи равно , то по ней будет протекать индукционный ток, равный инд = Что определяется скоростью магнитного потока через контуринд/. За время Δ на сопротивлении выделится джоулево тепло

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Возникает вопрос: откуда берется эта энергия, ведь сила Лоренца работы не совершает! Этот парадокс возник потому, что мы учли работу только одной составляющей силы Лоренца. При протекании индукционного тока по проводнику, находящемуся в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, связанная с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Эта составляющая ответственна за появление силы Ампера Что определяется скоростью магнитного потока через контур. Для случая, изображенного на рис. 1.20.3, модуль силы Ампера равен A = . Сила Ампера направлена навстречу движению проводника; поэтому она совершает отрицательную механическую работу. За время Δ эта работа равна

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение . Полная работа силы Лоренца равна нулю . Джоулево тепло в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.

2. 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. Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике. Следовательно, электрическое поле, порожденное изменяющимся магнитным полем, не является потенциальным . Его называют вихревым электрическим полем . Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1861 г.

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.

Автор: Субботин Б.П.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

На картинке показано однородное магнитное поле. Однородное означает одинаковое во всех точках в данном объеме. В поле помещена поверхность с площадью S. Линии поля пересекают поверхность.

Определение магнитного потока:

Магнитным потоком Ф через поверхность S называют количество линий вектора магнитной индукции B, проходящих через поверхность S.

Формула магнитного потока:

здесь α — угол между направлением вектора магнитной индукции B и нормалью к поверхности S.

Из формулы магнитного потока видно, что максимальным магнитный поток будет при cos α = 1, а это случится, когда вектор B параллелен нормали к поверхности S. Минимальным магнитный поток будет при cos α = 0, это будет, когда вектор B перпендикулярен нормали к поверхности S, ведь в этом случае линии вектора B будут скользить по поверхности S, не пересекая её.

А по определению магнитного потока учитываются только те линии вектора магнитной индукции, которые пересекают данную поверхность.

Измеряется магнитный поток в веберах (вольт-секундах): 1 вб = 1 в * с. Кроме того, для измерения магнитного потока применяют максвелл: 1 вб = 10 8 мкс. Соответственно 1 мкс = 10 -8 вб.

Магнитный поток является скалярной величиной.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией. Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии. В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля. Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока. Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока. Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? — выделяется ( при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

4.1. Закон электромагнитной индукции. Самоиндукция. Индуктивность

· Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея):

Что определяется скоростью магнитного потока через контур, (39)

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– эдс индукции;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– полный магнитный поток (потокосцепление).

· Магнитный поток, создаваемый током в контуре,

Что определяется скоростью магнитного потока через контур, (40)

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– индуктивность контура;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– сила тока.

· Закон Фарадея применительно к самоиндукции

Что определяется скоростью магнитного потока через контур. (41)

· Эдс индукции, возникающая при вращении рамки с током в магнитном поле,

Что определяется скоростью магнитного потока через контур, (42)

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– индукция магнитного поля;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– площадь рамки;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– угловая скорость вращения.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур, (43)

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– магнитная постоянная;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– магнитная проницаемость вещества;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– число витков соленоида;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– площадь сечения витка;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– длина соленоида.

· Сила тока при размыкании цепи

Что определяется скоростью магнитного потока через контур, (44)

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– установившаяся в цепи сила тока;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– индуктивность контура,Что определяется скоростью магнитного потока через контур– сопротивление контура;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– время размыкания.

· Сила тока при замыкании цепи

Что определяется скоростью магнитного потока через контур. (45)

Что определяется скоростью магнитного потока через контур. (46)

Примеры решения задач

Магнитное поле изменяется по закону Что определяется скоростью магнитного потока через контур, гдеЧто определяется скоростью магнитного потока через контур= 15 мТл,Что определяется скоростью магнитного потока через контур. В магнитное поле помещен круговой проводящий виток радиусом Что определяется скоростью магнитного потока через контур= 20 см под угломЧто определяется скоростью магнитного потока через контурк направлению поля (в начальный момент времени). Найти эдс индукции, возникающую в витке в момент времениЧто определяется скоростью магнитного потока через контур= 5 с.

По закону электромагнитной индукции возникающая в витке эдс индукции Что определяется скоростью магнитного потока через контур, гдеЧто определяется скоростью магнитного потока через контур– магнитный поток, сцепленный в витке.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур,

где Что определяется скоростью магнитного потока через контур– площадь витка,Что определяется скоростью магнитного потока через контур;Что определяется скоростью магнитного потока через контур– угол между направлением вектора магнитной индукцииЧто определяется скоростью магнитного потока через контури нормалью к контуру:Что определяется скоростью магнитного потока через контур.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур.

Подставим числовые значения: Что определяется скоростью магнитного потока через контур= 15 мТл,Что определяется скоростью магнитного потока через контур,Что определяется скоростью магнитного потока через контур= 20 см = = 0,2 м,Что определяется скоростью магнитного потока через контур.

Вычисления дают Что определяется скоростью магнитного потока через контур.

В однородном магнитном поле с индукцией Что определяется скоростью магнитного потока через контур= 0,2 Тл расположена прямоугольная рамка, подвижная сторона которой длинойЧто определяется скоростью магнитного потока через контур= 0,2 м перемещается со скоростьюЧто определяется скоростью магнитного потока через контур= 25 м/с перпендикулярно линиям индукции поля (рис. 42). Определить эдс индукции, возникающую в контуре.

При движении проводника АВ в магнитном поле площадь рамки увеличивается, следовательно, возрастает магнитный поток сквозь рамку и возникает эдс индукции.

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

По закону Фарадея Что определяется скоростью магнитного потока через контур, гдеЧто определяется скоростью магнитного потока через контур, тогдаЧто определяется скоростью магнитного потока через контур, ноЧто определяется скоростью магнитного потока через контур, поэтомуЧто определяется скоростью магнитного потока через контур.

Так, Что определяется скоростью магнитного потока через контур.

Знак «–» показывает, что эдс индукции и индукционный ток направлены против часовой стрелки.

Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.

Что определяется скоростью магнитного потока через контурПри изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции. Что определяется скоростью магнитного потока через контурЭто явление называется самоиндукцией.Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

Проявление явления самоиндукции

Замыкание цепи Что определяется скоростью магнитного потока через контурПри замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи ( вихревое поле тормозит электроны). В результатеЛ1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи Что определяется скоростью магнитного потока через контурПри размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток ( стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. В результате Л при выключении ярко вспыхивает. Вывод в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

От чего зависит ЭДС самоиндукции? Эл.ток создает собственное магнитное поле . Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф

B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике (B

I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф

I). ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника (размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник. Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. Что определяется скоростью магнитного потока через контурИндуктивность — физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду. Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

Что определяется скоростью магнитного потока через контургде Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

Индуктивность катушки зависит от: числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды ( возможен сердечник).

Что определяется скоростью магнитного потока через контур

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.