Тақырып 14

Электромагниттік индукция

Спецификация бойынша не тексеріледі:

Магнит ағыныЭлектромагниттік индукция құбылысы, Фарадей тәжірибелеріЭлектромагниттік индукция заңы, индукция ЭҚК-іЛенц ережесіҚозғалыстағы өткізгіштегі ЭҚКӨздік индукция, индуктивтілік, магнит өрісінің энергиясыГенератор, индукцияның қолданылуы

Бір минутта мәні

Тұйық контур арқылы өтетін магнит ағыны өзгерсе, контурда ток пайда болады — бұл 1831 жылы М. Фарадей ашқан электрмагниттік индукция. Индукция ЭҚК-і ағынның өзгеру жылдамдығына тең, ал индукциялық ток әрқашан оны тудырған себепке қарсы әрекет етеді (Ленц ережесі). Генераторлар, трансформаторлар, индукциялық плиталар және бүкіл дерлік электр энергетикасы осы құбылысқа негізделген.

Басты формулалар

Φ=BScos⁡α\Phi=BS\cos\alpha
Магнит ағыны, вебер (α — B мен нормаль арасындағы бұрыш)
Ei=−NΔΦΔt\mathcal E_i=-N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}
Электрмагниттік индукция заңы (таңба — Ленц ережесі)
Ei=Bvlsin⁡α\mathcal E_i=Bvl\sin\alpha
Магнит өрісінде қозғалатын өткізгіштегі ЭҚК
Φ=LI,Eөи=−LΔIΔt\Phi=LI,\quad \mathcal E_{\text{өи}}=-L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}
Индуктивтілік және өздік индукция ЭҚК-і, генри (Гн)
W=LI22W=\dfrac{LI^2}{2}
Орауыштың магнит өрісінің энергиясы

Ұғымдар мен терминдер

Электрмагниттік индукция
Тұйық контур арқылы өтетін магнит ағыны өзгергенде онда токтың пайда болуы
Индукциялық ток
Электрмагниттік индукция кезінде пайда болатын ток
Ленц ережесі
Индукциялық ток өзінің магнит өрісімен оны тудырған ағынның өзгерісіне кедергі жасайды
Өздік индукция
Орауыштың өзіндегі ток өзгергенде онда ЭҚК-тің пайда болуы
Индуктивтілік
Орауыштың сипаттамасы: орам санына, өлшемдеріне және өзекшеге тәуелді
Құйынды токтар (Фуко)
Массивті өткізгіштердегі индукциялық токтар; оларды қыздырады

Тақырыпты талдау

Магнит ағыны

Магнит ағыны — контурды тесіп өтетін «сызықтар саны». Контур жазықтығы сызықтарға перпендикуляр болғанда (α = 0) ең үлкен, параллель болғанда нөлге тең.

Ағын индукция, контур ауданы немесе оның бағдары өзгергенде өзгереді.

Фарадей тәжірибелері

Орауышқа магнитті енгізгенде немесе шығарғанда, көршілес орауыштың тізбегін тұйықтағанда және ажыратқанда, ондағы ток күшін өзгерткенде орауышта ток пайда болады.

Ток тек ағын өзгеріп жатқанда жүреді; өзгеріс неғұрлым жылдам болса, ток соғұрлым үлкен. Магнит қозғалмаса — ток жоқ.

Электрмагниттік индукция магнит өрісінің электр өрісін тудыра алатынын дәлелдеді — Максвелл теориясының негізі.

Индукция заңы және Ленц ережесі

Индукция ЭҚК-і магнит ағынының өзгеру жылдамдығы мен орам санының көбейтіндісіне тең.

Ленц ережесі — энергияның сақталу заңының салдары: магнитті сақинаға жақындатқанда сақина тебіледі, алыстатқанда — тартылады.

Алгоритм: 1) сыртқы өріс бағыты; 2) ағын өседі ме, кемиді ме; 3) индукциялық ток өрісі — өзгеріске қарсы; 4) бұрғы ережесі бойынша — ток бағыты.

Қозғалатын өткізгіштегі ЭҚК

Өткізгіш өрісте қозғалғанда еркін электрондарға Лоренц күші әсер етеді де, ұштарында потенциалдар айырымы пайда болады: E=Bvl\mathcal E=Bvl.

Өткізгіштегі индукциялық ток бағытын оң қол ережесімен табады: сызықтар алақанға кіреді, бас бармақ — жылдамдық бойымен, төрт саусақ — ток бойымен.

Өздік индукция

Орауышы бар тізбекті тұйықтағанда ток біртіндеп өседі, ажыратқанда ұшқын пайда болады — бұл өздік индукцияның көрінісі.

Индуктивтілік орам саны артқанда және темір өзекше енгізгенде өседі.

Орауыштың магнит өрісінің энергиясы кинетикалық энергияға ұқсас: L — «инерттілік», I — «жылдамдық».

Қолданылуы

Айнымалы ток генераторы: рамка магнит өрісінде айналады, ағын периодты өзгереді — айнымалы ЭҚК пайда болады. Электр станцияларында роторды турбина айналдырады (СЭС, ЖЭС, АЭС, жел қондырғылары).

Трансформатор, индукциялық плиталар мен пештер, металл іздегіштер, электрмагниттік тежегіштер, телефондарды сымсыз зарядтау, банк карталарын оқу.

Құйынды токтар өзекшелерді пайдасыз қыздырады, сондықтан оларды оқшауланған пластиналардан құрастырады.

Шешімі бар есеп мысалдары

Есеп 1Ауданы 50 см² рамка 0,2 Тл өрісте тұр, нормаль сызықтармен 60° бұрыш жасайды. Ағынды табыңыз.
  1. S=5⋅10−3S=5\cdot10^{-3} м².
  2. Φ=BScos⁡60∘=0,2⋅5⋅10−3⋅0,5=5⋅10−4\Phi=BS\cos60^\circ=0{,}2\cdot5\cdot10^{-3}\cdot0{,}5=5\cdot10^{-4} Вб.
Жауабы 0,5 мВб
Есеп 2100 орамнан тұратын орауыш арқылы өтетін магнит ағыны 0,02 с ішінде 4 мВб-ге өзгерді. Индукция ЭҚК-ін табыңыз.
  1. ∣E∣=NΔΦΔt=100⋅0,0040,02=20|\mathcal E|=N\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}=100\cdot\dfrac{0{,}004}{0{,}02}=20 В.
Жауабы 20 В
Есеп 3Ұзындығы 0,5 м өткізгіш 0,4 Тл өріс сызықтарына перпендикуляр 5 м/с жылдамдықпен қозғалады. ЭҚК-ті табыңыз.
  1. E=Bvl=0,4⋅5⋅0,5=1\mathcal E=Bvl=0{,}4\cdot5\cdot0{,}5=1 В.
Жауабы 1 В
Есеп 4Индуктивтілігі 0,2 Гн орауыштағы ток 0,1 с ішінде 0-ден 3 А-ге дейін бірқалыпты өсті. Өздік индукция ЭҚК-ін және өріс энергиясын табыңыз.
  1. ∣E∣=LΔIΔt=0,2⋅30=6|\mathcal E|=L\dfrac{\Delta I}{\Delta t}=0{,}2\cdot30=6 В.
  2. W=LI22=0,2⋅92=0,9W=\dfrac{LI^2}{2}=\dfrac{0{,}2\cdot9}{2}=0{,}9 Дж.
Жауабы 6 В; 0,9 Дж

ҰБТ-дағы жиі қателіктер

  • Ток ағын бар болғанда емес, тек ол өзгергенде пайда болады.
  • Контур жазықтығы сызықтарға перпендикуляр болғанда (нормальмен бұрыш 0°) ағын ең үлкен.
  • Индукциялық ток өрістің өзіне емес, ағынның өзгерісіне кедергі жасайды.
  • Оң қолмен — индукциялық ток, сол қолмен — Ампер күші.
  • ЭҚК ағынның шамасына емес, оның өзгеру жылдамдығына тәуелді.

Есте сақта

Φ = BS cos α, ℰ = NΔΦ/Δt, ℰ = Bvl, ℰ = LΔI/Δt, W = LI²/2. Ленц: ток өзгеріске кедергі жасайды.

Өзіңді тексер

1. Электрмагниттік индукцияны кім ашты?
  1. Эрстед
  2. Ампер
  3. Фарадей
  4. Ленц
Жауабын көрсету

Фарадей Майкл Фарадей, 1831.

2. Магнит орауыш ішінде тыныштықта тұр. Орауыштағы ток:
  1. Ең үлкен
  2. Нөлге тең
  3. Айнымалы
  4. Тұрақты
Жауабын көрсету

Нөлге тең Ағын өзгермейді.

3. Магнит ағынының бірлігі:
  1. Тесла
  2. Вебер
  3. Генри
  4. Фарад
Жауабын көрсету

Вебер 1 Вб = 1 Тл·м².

4. Темір өзекше енгізгенде орауыштың индуктивтілігі:
  1. Кемиді
  2. Артады
  3. Өзгермейді
  4. Нөлге тең болады
Жауабын көрсету

Артады Темірдің μ-і ≫ 1.

5. Генератор қандай құбылысқа негізделген?
  1. Электролиз
  2. Электрмагниттік индукция
  3. Термоэлектрондық эмиссия
  4. Фотоэффект
Жауабын көрсету

Электрмагниттік индукция Өрістегі айналатын рамка.

Байланысты тақырыптар

13. Магнит өрісі16. Электромагниттік тербелістер. Айнымалы ток18. Электромагниттік толқындар

Деңгейіңді біл: ҰБТ-ға тегін диагностика