Атомная физика | Физические законы механики | Термодинамика | Электричество | Магнетизм | Оптика | Молекулярная физика | Физмат.ру
Математика 1 семестр | Математика 2 семестр | Математика 3 семестр | Математика 4 семестр | Интегралы | 1 курс Жаждущие мужского внимания киски из Мариуполя сделают вас своим хозяином|Жаждущие секса пантеры из Харькова подарят сексуальное забвение

Электростатика, Магнетизм, электрический ток Магнетизм

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Рис. 1.

Рис. 1.

Магнитный поток. В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции В (см. рис. 1).

Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Определить расстояние между атомными плоскостями в кристалле каменной соли, если дифракционный максимум первого порядка наблюдается при падении рентгеновских лучей с длиной волны 0,147 нм под углом 15012' к поверхности кристалла.

Ф = В·S·cos a.                 

Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).

 

Рис. 2.
Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции обнаружено в 1831 г. Фарадеем. Оно выражает взаимосвязь электрических и магнитных явлений.

Рассмотрим некоторые экспериментальные факты:
 постоянный магнит вставляют в катушку, замкнутую на гальванометр, или вынимают из нее. При движении магнита в контуре возникает электрический ток (см. рис. 2).

Аналогичный результат будет иметь место в случае перемещения электромагнита, по которому пропускают постоянный ток, относительно первичной катушки или при изменении тока в неподвижной вторичной катушке.

Рис. 3.

Рис. 3.

bulletрамку, замкнутую на гальванометр, помещают в однородное магнитное поле и вращают. В рамке возникает электрический ток. Если же рамка движется поступательно, не пересекая силовых линий, то ток в ней не возникает (см. рис. 3).
bulletрамка движется  в неоднородном магнитном поле. Число линий индукции, пересекающих рамку, изменяется. В рамке возникает электрический ток (см.  рис. 4).

Рис. 4.

Ток, возникающий в контуре при изменении магнитного потока, называют индукционным током.

Вы знаете, что условием существования электрического тока в замкнутом контуре является наличие электродвижущей силы, поддерживающей разность потенциалов. Следовательно, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает ЭДС, которую называют ЭДС индукции (ei).

Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.

Если контур замкнут, то ЭДС индукции проявляется в возникновении электрического индукционного тока

I = ei/R , где R- сопротивление контура.

Если контур разомкнут, то на концах проводника возникает разность потенциалов, равная ei.

Направление индукционного тока в контуре определяется правилом Ленца:

Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Направление индукционного тока определяется следующим образом:

  1. установить направление внешнего магнитного поля В.
  2. определить увеличивается или уменьшается поток вектора магнитной индукции внешнего поля.
  3. по правилу Ленца указать направление вектора магнитной индукции индукционного тока Вi.
  4. по правилу правого винта определить направление индукционного тока в контуре.

 

Рис. 5.

рис.5

Пример. Виток проводника помещен в неоднородное магнитное поле, созданное движущимся постоянным магнитом (см. рис. 5). Т.к. В нарастает, то вектора Вi и В антипараллельны.

Природа ЭДС индукции заключается в возникновении вихревого электрического поля в любой области пространства, где существует переменное магнитное поле.

Закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом: 

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур:

ei= - dФ/dt.

Если контур содержит N витков, то

ei= - N·(dФ/dt).

ЭДС индукции в движущемся проводнике. Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле, пересекая силовые линии. Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на другом остаются нескомпенсированные положительные заряды. Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС индукции ei. Ее величину можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника:

ei = A/q = F·L/q.

Отсюда следует, что

ei = B·V·L·sin a.

 

Рис. 6.

Рис. 6.

Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции.

Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока (рис. 6). По контуру протекает электрический  ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле:

Ф = L·I.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн).

Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Фс. Изменение величины Фс приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции e.

Из закона электромагнитной индукции следует, что 

e = с/dt. 

Если L = const, то e= - L·dI/dt.

Задача № 4

Вольтметр типа Э515 класса точности 0,5 имеет предел измерения (номинальное напряжение) Uн=75 В, число делений шкалы αн=150. Стрелка прибора отклонилась на α=120 делений при измерении напряжения.

Определить:

постоянную прибора (цену деления шкалы) СU,

чувствительность прибора SU,

наибольшую абсолютную погрешность прибора ΔUнаиб,

значение измеренного напряжения  U,

наибольшую возможную относительную

погрешность при измерении напряжения U γнв.

Расшифровать обозначение типа прибора и привести графическое изображение измерительной системы на его шкале.

Задача № 5

Амперметр типа М336 класса точности 1,0 имеет предел измерения (номинальный ток) Iн=1,5 А, число делений шкалы αн =150. Стрелка прибора отклонилась на α =110 делений.

Определить:

постоянную прибора (цену деления шкалы) СI,

чувствительность прибора SI,

наибольшую абсолютную погрешность прибора ΔIнаиб,

значение измеренного тока I,

наибольшую возможную относительную

погрешность при измерении тока I γнв.

Расшифровать обозначение типа прибора и привести графическое изображение измерительной системы на его шкале.

Задача № 6

Вольтметр типа М366 класса точности 1,0 имеет предел измерения (номинальное напряжение) Uн=300 В, число делений шкалы αн =150. Стрелка прибора отклонилась на α =95 делений при измерении напряжения.

Определить:

постоянную прибора (цену деления шкалы) СU,

чувствительность прибора SU

наибольшую абсолютную погрешность прибора ΔUнаиб,

значение измеренного тока U,

наибольшую возможную относительную

погрешность при измерении тока U γнв.

Расшифровать обозначение типа прибора и привести графическое изображение измерительной системы на его шкале.

При изучении, основ электроники определенную трудность представляет тема 2.7 «Интегральные схемы микроэлектроники». Электронная техника сегодняшнего дня значительно совершенствуется за счет объединения в одном сложном миниатюрном элементе (пластинке или кристалле малых размеров) большого числа различных деталей: диодов, транзисторов, резисторов и т.д. Все они изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединяются в необходимые схемы и заключаются в общий корпус, представляя единое целое. Полученный в результате такого объединения сложный элемент малых размеров называется интегральной микросхемой (ИС).