Difuzare
Un câmp magnetic alternativ, excitat de un curent în schimbare, se creează în spațiul înconjurător câmp electric, care la rândul său excită un câmp magnetic etc. Generandu-se reciproc reciproc, aceste campuri formeaza un singur camp electromagnetic alternant - o unda electromagnetica. Apărând în locul în care există un fir care transportă curent, câmpul electromagnetic se propagă prin spațiu cu viteza luminii -300.000 km/s.
Magnetoterapia
În spectrul de frecvență locuri diferite ocupă unde radio, lumină, raze X și altele radiatii electromagnetice. Ele sunt de obicei caracterizate de câmpuri electrice și magnetice cuplate continuu.
Sincrofazotroni
Momentan sub câmp magneticînţelege formă specială materie formată din particule încărcate. În fizica modernă, fasciculele de particule încărcate sunt folosite pentru a pătrunde adânc în atomi pentru a le studia. Forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unei particule încărcate în mișcare se numește forță Lorentz.
Debitmetre - contoare
Metoda se bazează pe aplicarea legii lui Faraday pentru un conductor într-un câmp magnetic: într-un flux de lichid electric conductor care se mișcă într-un câmp magnetic, este indus un EMF, proporțional cu viteza de curgere, convertit de partea electronică într-un circuit electric. semnal analog/digital.
generator de curent continuu
În modul generator, armătura mașinii se rotește sub influența unui cuplu extern. Între polii statorului există o constantă flux magnetic ancoră străpungătoare. Conductorii înfășurării armăturii se mișcă într-un câmp magnetic și, prin urmare, în ei este indus un EMF, a cărui direcție poate fi determinată de regula " mâna dreaptă„În acest caz, pe o perie apare un potențial pozitiv față de a doua. Dacă o sarcină este conectată la bornele generatorului, atunci curentul va curge prin ea.
Transformatoare
Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în transmisie energie electrica pe distanțe mari, distribuția sa între receptoare, precum și în diverse dispozitive de redresare, amplificare, semnalizare și alte dispozitive.
Conversia energiei într-un transformator se realizează printr-un câmp magnetic alternativ. Un transformator este un miez format din plăci subțiri de oțel izolate una de cealaltă, pe care sunt plasate două și uneori mai multe înfășurări (bobine) de sârmă izolată. Bobinaj la care este conectată o sursă de energie electrică AC, se numește înfășurare primară, înfășurările rămase sunt numite secundare.
Dacă înfășurarea secundară a unui transformator are de trei ori mai multe spire înfășurate decât înfășurarea primară, atunci câmpul magnetic creat în miez de înfășurarea primară, care traversează spirele înfășurării secundare, va crea de trei ori tensiunea în el.
Folosind un transformator cu un raport de spire inversă, puteți obține la fel de ușor o tensiune redusă.
Subiect: Utilizare inducție electromagnetică
Obiectivele lecției:
Educațional:
- Continuați lucrările de dezvoltare a conceptului de câmp electromagnetic ca tip de materie și dovezi ale existenței sale reale.
- Îmbunătățirea abilităților în rezolvarea problemelor calitative și de calcul.
Dezvoltare: Continuați să lucrați cu studenții la...
- formarea ideilor despre fizicul modern imaginea lumii,
- capacitatea de a releva relaţia dintre materialul studiat şi fenomene ale vieții,
- extinderea orizontului elevilor
Educațional:Învață să vezi manifestările tiparelor studiate în viața din jurul tău
Demonstrații
1. Transformator
2. Fragmente din CD-ul „Fizica clasele 7-11. Biblioteca de ajutoare vizuale"
1) „Generarea de energie electrică”
2) „Scrierea și citirea informațiilor pe bandă magnetică”
3. Prezentări
1) „Inducție electromagnetică - teste” (părțile I și II)
2) „Transformator”
Progresul lecției
1. Actualizare:
Înainte de a lua în considerare material nou, vă rugăm să răspundeți la următoarele întrebări:
2. Rezolvarea problemelor pe cartonașe, vezi prezentarea (Anexa 1) (răspunsuri: 1 B, 2 B, 3 B, 4 A, 5 B) – 5 min
3. Material nou.Utilizarea inducției electromagnetice
1) În trecut an universitar când am studiat subiectul „Media informațională” în informatică, am vorbit despre discuri, dischete etc. Se pare că înregistrarea și citirea informațiilor folosind bandă magnetică se bazează pe utilizarea fenomenului de inducție electromagnetică.
Înregistrarea și reproducerea informațiilor folosind bandă magnetică (Fragmente din CD-ul „Clasele de fizică 7-11. Biblioteca de mijloace vizuale”, „Înregistrarea și citirea informațiilor pe bandă magnetică” - 3 min) (Anexa 2)
2) Să luăm în considerare structura și funcționarea fundamentală a unui astfel de dispozitiv ca un TRANSFORMATOR. (vezi prezentarea Anexa 3)
Funcționarea unui transformator se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică.
TRANSFORMATOR - un dispozitiv care convertește curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al altei tensiuni la o frecvență constantă.
3) În cel mai simplu caz, transformatorul constă dintr-un miez închis de oțel, pe care sunt așezate două bobine cu înfășurări de sârmă. Cel al înfășurărilor care este conectat la sursă Tensiune AC, se numește primar, iar cel la care este conectată „sarcina”, adică dispozitivele care consumă energie electrică, se numește secundar.
a) transformator de creștere
b) transformator coborâtor
Când transferați energie către distanta lunga– utilizarea transformatoarelor descendente și de creștere.
4) Funcționarea transformatorului (reducerea experimentului).
Aprinderea luminii în bobina secundară ( explicația acestei experiențe);
- principiul de functionare aparat de sudura (De ce spirele din bobina secundară a unui transformator descendente sunt mai groase?);
- principiul de funcționare al cuptorului ( Puterea în ambele bobine este aceeași, dar cum rămâne cu curentul?)
5) Aplicație practică inducție electromagnetică
Exemple de utilizare tehnică a inducției electromagnetice: transformator, generator de curent electric - principala sursă de energie electrică.
Datorită descoperirii inducției electromagnetice, a devenit posibilă generarea de energie electrică ieftină. Baza funcționării centralelor moderne (inclusiv a celor nucleare) este generator de inducție.
Generator de curent alternativ (fragment de disc Fragmente din CD-ul „Clasele de fizică 7-11. Biblioteca de ajutoare vizuale”, „Generare de energie electrică” - 2 min) (Anexa 4)
Generatorul de inducție este format din două părți: un rotor în mișcare și un stator staționar. Cel mai adesea, statorul este un magnet (permanent sau electric) care creează un câmp magnetic inițial (se numește inductor). Rotorul este format din una sau mai multe înfășurări în care se creează un curent indus sub influența unui câmp magnetic în schimbare. (Un alt nume pentru un astfel de rotor este o ancoră).
- detectare obiecte metalice– detectoare speciale;
- tren cu levitație magnetică(vezi pagina 129 a manualului de V. A. Kasyanov „Fizica - 11”)
Curenți Foucault (curenți turbionari;)
– închis curenți induși, care apar în corpuri conductoare masive.
Ele apar fie ca urmare a unei modificări a câmpului magnetic în care se află un corp conducător, fie ca urmare a unei astfel de mișcări a corpului atunci când fluxul magnetic care pătrunde în acest corp (sau orice parte a acestuia) se modifică.
Ca orice alți curenți, curenții turbionari au un efect termic asupra conductorului: corpurile în care apar astfel de curenți se încălzesc.
Exemplu: instalarea cuptoarelor electrice pentru topirea metalelor si a cuptoarelor cu microunde.
4. Concluzii, aprecieri.
1) Inducția electromagnetică, dați exemple de aplicare practică a inducției electromagnetice.
2) Undele electromagnetice sunt cel mai comun tip de materie, iar inducția electromagnetică este caz special manifestări ale undelor electromagnetice.
5. Rezolvarea problemelor folosind carduri, vezi prezentare(Anexa 5) (răspunsuri - 1B, 2A, 3A, 4B).
6. Sarcina casei: P.35,36 (Manual de fizică editat de V.A. Kasyanov, clasa a 11-a)
Aplicarea practică a inducției electromagnetice
Fenomenul de inducție electromagnetică este utilizat în primul rând pentru a transforma energia mecanică în energie electrică. În acest scop sunt folosite alternatoare(generatoare cu inducție).
| păcat |
| - |
| O |
| ÎN |
| CU |
| T |
| F |
| Orez. 4.6 |
Înfășurarea de excitație printr-un aparat de contact cu perie magnetizează rotorul și în acest caz se formează un electromagnet cu poli nord și sud.
Pe statorul generatorului există trei înfășurări de curent alternativ, care sunt deplasate una față de alta cu 120 0 și sunt conectate între ele conform unui circuit de conectare specific.
Când rotorul excitat se rotește cu ajutorul unei turbine cu abur sau hidraulice, polii săi trec pe sub înfășurările statorului, iar în ele se induce o forță electromotoare care variază după o lege armonică. În continuare, generatorul este conectat la nodurile de consum de energie electrică conform unei anumite scheme de rețea electrică.
Dacă transferați energie electrică de la generatoarele de stație către consumatori prin intermediul liniilor electrice direct (la tensiunea generatorului, care este relativ scăzută), atunci vor apărea pierderi mari de energie și tensiune în rețea (atenție la raporturi 
, 
). Prin urmare, pentru a transporta electricitatea economic, este necesar să se reducă puterea curentului. Cu toate acestea, deoarece puterea transmisă rămâne neschimbată, tensiunea trebuie
crește cu aceeași valoare cu cât scade curentul.
Consumatorul de energie electrică, la rândul său, trebuie să reducă tensiunea la nivelul necesar. Sunt numite dispozitive electrice la care tensiunea crește sau scade de un anumit număr de ori transformatoare. Funcționarea unui transformator se bazează și pe legea inducției electromagnetice.
| păcat |
| păcat |
| t |
| N |
| t |
| - |
| = |
| . |
| păcat |
| păcat |
| t |
| N |
| t |
| - |
| = |
Apoi 
Transformatoarele puternice au rezistențe foarte scăzute ale bobinei,
prin urmare, tensiunile la bornele înfășurărilor primare și secundare sunt aproximativ egale cu EMF:
Unde k – raportul de transformare. La k<1 (
) transformatorul este crescând, la k>1 (
) transformatorul este în jos.
Când este conectat la înfășurarea secundară a unui transformator de sarcină, curentul va curge în el. Cu o creștere a consumului de energie electrică, conform legii
conservarea energiei ar trebui să crească energia furnizată de generatoarele stației, adică
Aceasta înseamnă că prin creșterea tensiunii folosind un transformator
V k de ori, este posibil să se reducă puterea curentului în circuit de același număr de ori (în același timp, pierderile Joule scad cu k de 2 ori).
Tema 17. Bazele teoriei lui Maxwell pt câmp electromagnetic. Unde electromagnetice
În anii 60. al XIX-lea Omul de știință englez J. Maxwell (1831-1879) a generalizat legile stabilite experimental ale câmpurilor electrice și magnetice și a creat un sistem complet unificat. teoria câmpului electromagnetic. Vă permite să decideți principala problemă a electrodinamicii: aflați caracteristicile câmpului electromagnetic al unui sistem dat de sarcini electrice și curenți.
Maxwell a emis ipoteza că orice câmp magnetic alternativ excită un câmp electric vortex în spațiul înconjurător, a cărui circulație este cauza emf de inducție electromagnetică în circuit:
(5.1)
Ecuația (5.1) se numește A doua ecuație a lui Maxwell. Sensul acestei ecuații este că un câmp magnetic în schimbare generează un câmp electric vortex, iar acesta din urmă provoacă, la rândul său, un câmp magnetic în schimbare în dielectricul sau vidul din jur. Deoarece câmpul magnetic este creat de un curent electric, atunci, conform lui Maxwell, câmpul electric vortex ar trebui considerat ca un anumit curent,
care apare atât în dielectric cât și în vid. Maxwell a numit acest curent curent de deplasare.
Curent de deplasare, după cum rezultă din teoria lui Maxwell
și experimentele lui Eichenwald, creează același câmp magnetic ca și curentul de conducere.
În teoria sa, Maxwell a introdus conceptul curent aparent, egal cu suma
curenti de conducere si de deplasare. Prin urmare, densitatea totală de curent
Potrivit lui Maxwell, curentul total dintr-un circuit este întotdeauna închis, adică la capetele conductorilor se întrerupe doar curentul de conducere, iar în dielectricul (vid) dintre capetele conductorului există un curent de deplasare care închide curent de conducere.
După ce a introdus conceptul de curent total, Maxwell a generalizat teorema privind circulația unui vector (sau):
(5.6)
Ecuația (5.6) se numește Prima ecuație a lui Maxwell în formă integrală. Reprezintă o lege generalizată a curentului total și exprimă poziția de bază a teoriei electromagnetice: curenții de deplasare creează aceleași câmpuri magnetice ca și curenții de conducere.
Teoria macroscopică unificată a câmpului electromagnetic creată de Maxwell a făcut posibilă dintr-un punct de vedere unificat nu numai explicarea fenomenelor electrice și magnetice, ci și prezicerea altora noi, a căror existență a fost ulterior confirmată în practică (de exemplu, descoperirea a undelor electromagnetice).
Rezumând prevederile discutate mai sus, prezentăm ecuațiile care stau la baza teoriei electromagnetice a lui Maxwell.
1. Teorema privind circulația vectorului intensității câmpului magnetic:
Această ecuație arată că câmpurile magnetice pot fi create fie prin sarcini în mișcare (curenți electrici), fie prin câmpuri electrice alternative.
2. Câmpul electric poate fi atât potențial () cât și vortex (), deci puterea totală a câmpului 
. Deoarece circulația vectorului este zero, atunci circulația vectorului de intensitate totală câmp electric
Această ecuație arată că sursele câmpului electric pot fi nu numai sarcini electrice, dar și câmpuri magnetice care variază în timp.
3. 
,
4. 
unde este densitatea volumului de sarcină în interiorul suprafeței închise; – conductivitatea specifică a substanței.
Pentru câmpuri staționare ( E= const , B= const) Ecuațiile lui Maxwell iau forma
adică sursele câmpului magnetic în acest caz sunt numai
curenții de conducere, iar sursele câmpului electric sunt doar sarcini electrice. În acest caz particular, câmpurile electrice și magnetice sunt independente unul de celălalt, ceea ce face posibilă studierea separată permanent câmpuri electrice și magnetice.
Folosind cele cunoscute din analiza vectoriala Teoremele Stokes și Gauss, se poate imagina sistem complet Ecuațiile lui Maxwell în formă diferențială(caracterizarea câmpului în fiecare punct din spațiu):
(5.7)
Este evident că ecuațiile lui Maxwell nu simetric raportat la câmpurile electrice și magnetice. Acest lucru se datorează faptului că în natură
Există sarcini electrice, dar nu există sarcini magnetice.
Ecuațiile lui Maxwell sunt cele mai generale ecuații pentru electricitate
și câmpuri magnetice în medii repaus. Ei joacă același rol în doctrina electromagnetismului ca și legile lui Newton în mecanică.
Undă electromagnetică numit câmp electromagnetic alternant care se propagă în spațiu cu o viteză finită.
Existența undelor electromagnetice decurge din ecuațiile lui Maxwell, formulate în 1865 pe baza unei generalizări a legilor empirice ale fenomenelor electrice și magnetice. O undă electromagnetică se formează datorită conexiunii reciproce a câmpurilor electrice și magnetice alternative - o modificare a unui câmp duce la o modificare a celuilalt, adică cu cât inducția câmpului magnetic se schimbă mai repede în timp, cu atât intensitatea câmpului electric este mai mare, si invers. Astfel, pentru formarea undelor electromagnetice intense, este necesară excitarea oscilațiilor electromagnetice de o frecvență suficient de mare. Viteza fazei unde electromagnetice se determină
proprietăți electrice și magnetice ale mediului:
În vid ( 
) viteza de propagare a undelor electromagnetice coincide cu viteza luminii; în materie 
, De aceea Viteza de propagare a undelor electromagnetice în materie este întotdeauna mai mică decât în vid.
Undele electromagnetice sunt unde transversale
–
oscilațiile vectorilor și apar în planuri reciproc perpendiculare, iar vectorii și formează un sistem de dreapta. Din ecuațiile lui Maxwell rezultă, de asemenea, că într-o undă electromagnetică vectorii și oscilează întotdeauna în aceleași faze, iar valorile instantanee EŞi Nîn orice moment sunt legate prin relaţie
Ecuațiile unei unde electromagnetice plane în formă vectorială:
(6.66)
| y |
| z |
| x |
| Orez. 6.21 |
Pentru a caracteriza transferul de energie de către orice undă în fizică, o mărime vectorială numită densitatea fluxului energetic. Este numeric egal cu cantitatea de energie transferată pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția în care
valul se extinde. Direcția vectorului coincide cu direcția transferului de energie. Valoarea densității fluxului de energie poate fi obținută prin înmulțirea densității de energie cu viteza undei
Densitatea de energie a câmpului electromagnetic este compusă din densitatea de energie a câmpului electric și densitatea de energie a câmpului magnetic:
(6.67)
Înmulțind densitatea de energie a unei unde electromagnetice cu viteza sa de fază, obținem densitatea fluxului de energie
(6.68)
Vectorii și sunt reciproc perpendiculari și formează un sistem de dreapta cu direcția de propagare a undei. Prin urmare direcția
vector 
coincide cu direcția de transfer de energie, iar modulul acestui vector este determinat de relația (6.68). Prin urmare, vectorul densității fluxului de energie al unei unde electromagnetice poate fi reprezentat ca produs vectorial
(6.69)
Vectorul este numit Vector Umov-Poynting.
Oscilații și unde
Tema 18. Oscilații armonice libere
Se numesc mișcări care au grade diferite de repetare fluctuatii.
Dacă valorile mărimi fizice, schimbându-se în timpul mișcării, se repetă la intervale egale de timp, apoi se numește o astfel de mișcare periodic (mișcarea planetelor în jurul Soarelui, mișcarea pistonului în cilindrul unui motor cu ardere internă etc.). Un sistem oscilator, indiferent de natura sa fizică, se numește oscilator. Un exemplu de oscilator este o greutate oscilantă suspendată de un arc sau o sfoară.
În plină desfășurarenumiți un ciclu complet de mișcare oscilativă, după care se repetă în aceeași ordine.
Conform metodei de excitare, vibrațiile sunt împărțite în:
· gratuit(proprie), care apare într-un sistem prezentat în apropierea poziției de echilibru după un impact inițial;
· forţat, care apar sub influență externă periodică;
· parametrica, care apar atunci când orice parametru al sistemului oscilator se modifică;
· autooscilații, care apar în sisteme care reglează în mod independent fluxul de influențe externe.
Orice mișcare oscilativă este caracterizată amplitudine A - abaterea maximă a punctului oscilant de la poziția de echilibru.
Se numesc oscilații ale unui punct care apar cu amplitudine constantă neamortizat, şi oscilaţii cu amplitudine în scădere treptat – decolorare.
Se numește timpul în care are loc o oscilație completă perioadă(T).
Frecvenţă Oscilațiile periodice sunt numărul de oscilații complete efectuate pe unitatea de timp. Unitatea de măsură a frecvenței vibrațiilor - hertz(Hz). Hertz este frecvența oscilațiilor a căror perioadă este egală cu 1 s: 1 Hz = 1 s –1.
Ciclicsau frecventa circulara oscilațiile periodice reprezintă numărul de oscilații complete efectuate în timp 2p cu: 
.
=rad/s.
Astăzi vom vorbi despre fenomenul inducției electromagnetice. Să dezvăluim de ce a fost descoperit acest fenomen și ce beneficii a adus.
Mătase
Oamenii s-au străduit întotdeauna să trăiască mai bine. Unii ar putea crede că acesta este un motiv pentru a acuza omenirea de lăcomie. Dar adesea despre care vorbim despre dobândirea facilităților casnice de bază.
ÎN Europa medievală a știut să facă țesături din lână, bumbac și in. Și chiar și în acel moment, oamenii sufereau de un exces de purici și păduchi. În același timp, civilizația chineză a învățat deja cum să țese mătasea cu măiestrie. Hainele făcute din el îi țineau departe de pielea umană. Picioarele insectelor au alunecat peste materialul neted, iar păduchii au căzut. Prin urmare, europenii doreau cu orice preț să se îmbrace în mătase. Iar negustorii au crezut că aceasta este o altă ocazie de a se îmbogăți. Prin urmare, a fost construit Marele Drum al Mătăsii.
Acesta a fost singurul mod de a livra țesătura dorită Europei suferinde. Și atât de mulți oameni au fost implicați în proces, încât orașele au apărut ca urmare, imperiile s-au luptat pentru dreptul de a percepe taxe, iar unele părți ale drumului sunt încă cele mai mod convenabil ajunge la locul potrivit.
Busolă și stea
Munții și deșerturile stăteau în calea caravanelor cu mătase. S-a întâmplat ca caracterul zonei să rămână același timp de săptămâni și luni. Dunele de stepă au făcut loc unor dealuri asemănătoare, o trecătorie a urmat alta. Și oamenii au trebuit cumva să navigheze pentru a-și livra marfa lor valoroasă.
Vedetele au fost primele care au venit în ajutor. Știind ce zi este astăzi și la ce constelații să se aștepte, un călător cu experiență putea întotdeauna să stabilească unde este sudul, unde este estul și unde să meargă. Dar întotdeauna nu au fost destui oameni cu cunoștințe suficiente. Și nu știau cum să numere cu precizie timpul pe atunci. Apus, răsărit - acestea sunt toate reperele. Și o zăpadă sau o furtună de nisip, vremea înnorată a exclus chiar și posibilitatea de a vedea steaua polară.
Atunci oamenii (probabil chinezii antici, dar oamenii de știință încă se ceartă despre asta) și-au dat seama că un mineral este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu punctele cardinale. Această proprietate a fost folosită pentru a crea prima busolă. Descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică era departe, dar un început fusese făcut.
De la busolă la magnet
Numele „magnet” în sine se întoarce la toponim. Primele busole au fost probabil făcute din minereu extras în dealurile Magnesiei. Această regiune este situată în Asia Mică. Iar magneții arătau ca niște pietre negre.
Primele busole erau foarte primitive. Apa a fost turnată într-un vas sau alt recipient, iar deasupra a fost plasat un disc subțire de material plutitor. Și o săgeată magnetizată a fost plasată în centrul discului. Un capăt îndreptat întotdeauna spre nord, celălalt spre sud.
Este greu de imaginat că caravana a economisit apă pentru busolă în timp ce oamenii mureau de sete. Dar a rămâne pe drumul cel bun și a permite oamenilor, animalelor și bunurilor să ajungă în siguranță a fost mai important decât mai multe vieți individuale.
Busolele au făcut multe călătorii și au întâlnit diverse fenomene naturale. Nu este surprinzător faptul că fenomenul inducției electromagnetice a fost descoperit în Europa, deși minereul magnetic a fost extras inițial în Asia. În acest mod complicat, dorința europenilor de a dormi mai confortabil a dus la o descoperire majoră în fizică.
Magnetic sau electric?
La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință și-au dat seama cum să producă curent continuu. Prima baterie primitivă a fost creată. A fost suficient să trimiți un flux de electroni prin conductori metalici. Datorită primei surse de energie electrică, s-au făcut o serie de descoperiri.
În 1820, omul de știință danez Hans Christian Oersted a aflat că acul magnetic deviază în apropierea unui conductor conectat la rețea. Polul pozitiv al busolei este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu direcția curentului. Omul de știință a efectuat experimente în toate geometriile posibile: conductorul era deasupra sau sub săgeată, erau situate paralele sau perpendiculare. Rezultatul a fost întotdeauna același: curentul pornit a pus magnetul în mișcare. Așa a fost anticipată descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică.
Dar ideea oamenilor de știință trebuie confirmată prin experiment. Imediat după experimentul lui Oersted, fizicianul englez Michael Faraday a pus întrebarea: „Câmpurile magnetice și electrice se influențează pur și simplu reciproc sau sunt mai strâns legate?” Omul de știință a fost primul care a testat ipoteza că, dacă un câmp electric determină devierea unui obiect magnetizat, atunci magnetul ar trebui să genereze un curent.
Designul experimental este simplu. Acum orice școlar o poate repeta. Un fir subțire de metal a fost înfășurat în formă de arc. Capetele sale erau conectate la un dispozitiv care înregistra curentul. Când un magnet s-a deplasat lângă bobină, săgeata dispozitivului arăta tensiunea câmpului electric. Astfel, a fost derivată legea lui Faraday a inducției electromagnetice.
Continuarea experimentelor
Dar asta nu este tot ce a făcut omul de știință. Deoarece câmpurile magnetice și electrice sunt strâns legate, a fost necesar să aflăm cât de mult.
Pentru a face acest lucru, Faraday a furnizat curent unei înfășurări și a împins-o în interiorul unei alte înfășurări similare cu o rază mai mare decât prima. Din nou electricitatea a fost indusă. Astfel, omul de știință a dovedit: o sarcină în mișcare generează atât câmpuri electrice, cât și magnetice simultan.
Merită să subliniem că vorbim despre mișcarea unui magnet sau a unui câmp magnetic în interiorul unei bucle închise a unui arc. Adică fluxul trebuie să se schimbe tot timpul. Dacă acest lucru nu se întâmplă, nu se generează curent.
Formula
Legea lui Faraday pentru inducția electromagnetică este exprimată prin formula
Să descifrăm simbolurile.
ε reprezintă emf sau forță electromotoare. Această cantitate este scalară (adică nu vectorială) și arată munca pe care o aplică anumite forțe sau legi ale naturii pentru a crea un curent. Trebuie remarcat faptul că munca trebuie în mod necesar să fie efectuată de fenomene neelectrice.
Φ este fluxul magnetic printr-o buclă închisă. Această valoare este produsul altor două: mărimea vectorului de inducție magnetică B și aria buclei închise. Dacă câmpul magnetic nu acționează strict perpendicular pe contur, atunci la produs se adaugă cosinusul unghiului dintre vectorul B și normala la suprafață.
Consecințele descoperirii
Această lege a fost urmată de altele. Oamenii de știință ulterioare au stabilit dependența intensității curentului electric de puterea și rezistența materialului conductor. Au fost studiate noi proprietăți și au fost create aliaje incredibile. În cele din urmă, omenirea a descifrat structura atomului, a adâncit în misterul nașterii și morții stelelor și a dezvăluit genomul ființelor vii.
Și toate aceste realizări au cerut cantitate uriașă resurse și, mai ales, electricitate. Orice producție sau mare cercetare au fost efectuate acolo unde erau disponibile trei componente: personal calificat, materialul propriu-zis cu care se lucrează și energie electrică ieftină.
Și acest lucru a fost posibil acolo unde forțele naturii puteau imprima un cuplu mare rotorului: râuri cu o diferență mare de altitudine, văi cu vânturi puternice, defecte cu exces de energie geomagnetică.
Mă întreb ce mod modern obţinerea energiei electrice nu este fundamental diferită de experimentele lui Faraday. Rotorul magnetic se rotește foarte repede în interiorul unei bobine mari de sârmă. Câmpul magnetic din înfășurare se modifică și este generat tot timpul curent electric.
Desigur, selectat și cel mai bun material pentru magnet și conductori, iar tehnologia întregului proces este complet diferită. Dar ideea este un lucru: se folosește principiul descoperit în cel mai simplu sistem.
După descoperirile lui Oersted și Ampere, a devenit clar că electricitatea are forță magnetică. Acum a fost necesar să se confirme influența fenomenelor magnetice asupra celor electrice. Faraday a rezolvat cu brio această problemă.
În 1821, M. Faraday a scris în jurnalul său: „Transformați magnetismul în electricitate”. După 10 ani, a rezolvat această problemă.
Deci, Michael Faraday (1791-1867) - fizician și chimist englez.
Unul dintre fondatorii electrochimiei cantitative. Pentru prima dată (1823) a obținut clor în stare lichidă, apoi hidrogen sulfurat, dioxid de carbon, amoniac și dioxid de azot. A descoperit benzenul (1825), i-a studiat fizic și unele proprietăți chimice. Introducerea conceptului de constantă dielectrică. Numele lui Faraday a intrat în sistemul unităților electrice ca unitate de capacitate electrică.
Multe dintre aceste lucrări ar putea ele însele să imortalizeze numele autorului lor. Dar cel mai important dintre lucrări științifice Cercetările lui Faraday sunt în domeniul electromagnetismului și inducției electrice. Strict vorbind, o ramură importantă a fizicii care tratează fenomenele de electromagnetism și electricitate inductivă și care este în prezent de o importanță atât de enormă pentru tehnologie, a fost creată de Faraday din nimic.
Când Faraday s-a dedicat în cele din urmă cercetării în domeniul energiei electrice, s-a constatat că atunci când în condiţii obişnuite Prezența unui corp electrificat este suficientă pentru ca influența sa să excite electricitatea în orice alt corp.
Totodată, se știa că un fir prin care trece curentul și care reprezintă și un corp electrificat nu are niciun efect asupra altor fire amplasate în apropiere. Ce a cauzat această excepție? Aceasta este întrebarea care l-a interesat pe Faraday și a cărei soluție l-a condus cele mai importante descopeririîn domeniul energiei electrice de inducție.
Faraday a înfășurat două fire izolate paralele între ele pe același sucisor de lemn. El a conectat capetele unui fir la o baterie de zece celule, iar capetele celuilalt la un galvanometru sensibil. Când un curent era trecut prin primul fir, Faraday și-a îndreptat toată atenția către galvanometru, așteptându-se să observe prin vibrațiile acestuia apariția unui curent în al doilea fir. Cu toate acestea, nu s-a întâmplat nimic de acest fel: galvanometrul a rămas calm. Faraday a decis să mărească puterea curentului și a introdus 120 de elemente galvanice în circuit. Rezultatul a fost același. Faraday a repetat acest experiment de zeci de ori și tot cu același succes. Oricine altcineva în locul lui ar fi părăsit experimentele convins că curentul care trece printr-un fir nu are efect asupra firului vecin. Dar Faraday a încercat întotdeauna să extragă din experimentele și observațiile sale tot ce puteau da acestea și, prin urmare, neprimind un efect direct asupra firului conectat la galvanometru, a început să caute efecte secundare.
câmp de curent electric de inducție electromagnetică
El a observat imediat că galvanometrul, rămânând complet calm pe toată durata trecerii curentului, a început să oscileze atunci când circuitul în sine a fost închis, iar când a fost deschis, s-a dovedit că în momentul în care curentul a fost trecut în primul fir și de asemenea, atunci când această transmisie s-a oprit, al doilea fir este de asemenea excitat de un curent, care în primul caz are sens opus primului curent și la fel cu acesta în al doilea caz și durează doar o clipă Acești curenți instantanei secundari, provocați prin influența celor primare, au fost numite inductive de Faraday, iar acest nume a rămas cu ei până în zilele noastre.
Fiind instantanee, dispărând instantaneu după apariția lor, curenții inductivi nu ar avea nicio semnificație practică dacă Faraday nu ar fi găsit o cale, cu ajutorul unui dispozitiv ingenios (un comutator), să întrerupă constant și să conducă din nou curentul primar care vine din baterie de-a lungul primul fir, datorită căruia al doilea fir este excitat continuu de curenți inductivi din ce în ce mai noi, devenind astfel constant. Astfel, a fost găsită o nouă sursă de energie electrică, pe lângă cele cunoscute anterior (frecare și procese chimice), este inducție și aspect nou Această energie este electricitate inductivă.
INDUCȚIE ELECTROMAGNETICĂ(Inductio latină - ghidare) - fenomenul generării unui câmp electric vortex de către un câmp magnetic alternativ. Dacă introduceți un conductor închis într-un câmp magnetic alternativ, în el va apărea un curent electric. Apariția acestui curent se numește inducție de curent, iar curentul în sine se numește inducție.