МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах
РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ" ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів Контакти
Тлумачний словник |
|
|||||||||
Закон електромагнітної індукції (закон Фарадея)
Після відкриття Ерстеда, в якому було доведено, що навколо провідників із струмом існує магнітне поле, природно було поставити питання про можливість утворення електричного струму у провідниках за допомогою магнітного поля. Це питання розв’язав М. Фарадей, який в 1831 р. показав, що в замкненому провіднику виникає електричний струм при будь-яких змінах магнітного потоку через площу, охоплену цим провідником. Явище виникнення у провіднику електрорушійної сили при зміні магнітного поля, що пронизує площу контуру провідника, називається електромагнітною індукцією. Якщо провідник замкнений, то в ньому виникне електричний струм. Струм, що виникає у провіднику при електромагнітній індукції, називається індукційним. Виникнення індукційного струму завжди пов’язане із зміною магнітного потоку контур провідника. Ці зміни можуть відбуватися з різних причин, зокрема через: - переміщення постійного магніту відносно нерухомого провідника; - переміщення контуру відносно нерухомого магніту; - замикання та розмикання струму в обмотці нерухомого електромагніту, розміщеного поблизу провідника; - відносне переміщення контуру і електромагніту; - зміну індукції магнітного поля електромагніту (виймання осердя при сталому струмі в обмотці або зміну струму реостатом); - зміну комутатором напрямку струму в обмотці електромагніту; - постійний рух контуру в неоднорідному магнітному полі; - обертальний рух контуру в однорідному магнітному полі.
Отже, індукційний струм у замкнему контурі виникає тільки тоді, коли змінюється магнітний потік, який проходить через площу, охоплену контуром. Фарадей встановив, що напрямок індукціного струму в провіднику залежить від характеру зміни (збільшення чи зменшення) магнітного потоку ( чи ) через його контур. Якщо при внесенні постійного магніту в котушку стрілка гальванометра відхиляється в один бік, то при вийманні магніту вона відхиляється в протилежний бік. Загальне правило, за допомогою якого можна визначити напрямок індукційного струму в замкненому провіднику, сформулював Е.Х. Ленц: індукційний струм у замкненому провіднику завжди має такий напрямок, що створенний цим струмом власний магнітний потік протидіє тим змінам зовнішнього магнітного потоку, які збуджують індукіційний струм. Використовуючи закон Ленца для визначення напряму індукційного струму, треба: 1) знайти причину, яка створює індукційний струм; 2) вважати, що індукційний струм протидіє цій причині, знайти напрямок його магнітного поля; 3) визначити напрямок індукційного Струму за напрямком його магнітного поля. Із закону Ленца можна встановити, що енергія індукційного струму у провіднику утворюється за рахунок тієї енергії, яка витрачається на подолання протидії магнітного поля індукційного струму. Завдяки явищу електромагнітної індукції можна перетворити механічну енергію в електричну, а також передавати електричну енергію з одного кола в інше. Індукційний струм І, у замкненому провіднику з опором R виникає під дією , яку можна виразити за законом Ома .
Дослідження індукційного струму в контурах різної форми і розмірів показали, щоЕРС електромагнітної індукції ,вконтурі пропорційна до швидкості зміни магнітного потоку Ф через поверню, обмежену цим контуром (закон Фарадея): . ЕРС електромагнітної індукції в контурі вважають позитивною, якщо магнітний момент відповідного їй індукційного струму утворює гострий кут з лініями магнітної індукції того поля, яке наводить цей струм (рис. 22). Тоді для випадку, зображеного на рисунку ліворуч, , а для зображеного праворуч — . В системі СІ і . Знак “–“ є математичним виразом Правила Ленца. Ця формула, яка об’єднує закони Фарадея і Ленца, є математичним виразом основного закону електромагнітної індукції: електрорушійна сила електромагнітної індукції в замкненому контурі числово дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміні магнітного потоку крізь поверхню, обмежену контуром. Якщо ЕРС індукції виникає при зміні магнітного потоку, який пронизує котушку з N витків, то її величина буде відповідно в N разів більшою, ніж для одного витка, тобто . На основі закону електромагнітної індукції можна означити одиницю магнітного потоку вебер: 1Вб - це такий магнітний потік, при зменшенні якого до нуля протягом 1с в колі, яке він пронизував, виникає ЕРС індукції в 1В.
42. Явище самоіндукції. Індуктивність
Навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле, магнітна індукція якого у точці, що лежить на відстані r від елемента контуру струму I, дорівнює . Виконавши інтегрування по всій довжині контуру l, знайдемо магнітну індукцію результуючого поля: . Якщо цей контур обмежений поверхнею S, то магнітний потік, який створений власним магнітним полем контуру, через поверхню S дорівнює , де L – величина, яка називається індуктивністю контуру. З цієї формули випливає, що індуктивність контуру залежить від геометричної форми контуру, його розмірів та магнітної проникності середовища, в якому він знаходиться. Індуктивність контуру числово дорівнює магнітному потоку, створеному одиничним струмом в контурі. При цьому вважається, що немає ніяких інших магнітних полів, крім магнітного поля, створеного струмом у контурі, що розглядається. Одиниця індуктивності – генрі (Гн): 1Гн – індуктивність такого контуру, магнітний потік якого при струмі 1А дорівнює 1Вб. Обчислимо індуктивність соленоїда: , де N – загальна кількість витків соленоїда, ФВ – магнітний потік крізь площу S, обмежену одним витком: де l – довжина соленоїда. Тому індуктивність соленоїда дорівнює , де – об’єм соленоїда. Під час проходження по контуру непостійного струму магнітний потік змінюється і в контурі наводиться ЕРС індукції. Виникнення ЕРС індукції внаслідок зміни струму в колі називається явищем самоіндукції. ЕРС індукції у цьому випадку називається ЕРС самоіндукції: .
Якщо контур не деформується і магнітна проникність середовища не змінюється, то L=const і . Знак “–“, зумовлений правилом Ленца, показує, що наявність індуктивності в контурі приводить до сповільнення зміни струму в ньому. Тобто індуктивність контуру є мірою його інертності відносно зміни струму. Якщо струм з часом збільшується, то і , тобто струм самоіндукції напрямлений назустріч струму, який зумовлений зовнішнім джерелом і гальмує його зростання. Якщо струм з часом зменшується, то і , тобто індукційний струм має такий напрямок, як і спадний струм в контурі, і сповільнює його зменшення. 43. Явище взаємної індукції
Якщо в контурі 1 тече струм I1, то магнітний потік, що створюється цим струмом, пропорційний до I1. Позначимо ФB21 ту частину потоку, яка пронизує контур 2. Тоді Ф21=М21І1 , де М21 – коефіцієнт пропорційності. Якщо струм І1 змінюється, то в конторі 1 індукція ЕРС , яка за законом Фарадея дорівнює швидкості зміни магнітного потоку ФВ21: . Аналогічно, при протіканні в контурі 2 струму І2 магнітний потік пронизує перший контур. Якщо ФВ12 – частина потоку, що пронизує контур 1, то . Якщо струм І2 змінюється, то в контурі 1 індукується ЕРС : . Контури 1 і 2 називаються зв’язаними. Явище виникнення ЕРС е одному з контурів при зміні сили струму в іншому називається взаємоіндукцією. Коефіцієнти М21 і М12 називаються взаємною індуктивністю контурів. Розрахунки показують, що . Коефіцієнти М21 і М12 залежать від геометричної форми, розмірів, взаємного розміщення контурів і від магнітної проникності середовища, яке оточує контури.
44. Енергія магнітного поля
Провідник, по якому протікає електричний струм, завжди оточений магнітним полем, причому магнітне поле появляється і зникає разом з появою і зникненням струму. Отже, частина енергії струму йде на створення магнітного поля. Енергія магнітного поля дорівнює роботі, яка затрачається струмом на створення цього поля. Обчислимо енергію магнітного поля струму в найпростішому випадку ізотропного середовища, в якого зв'язок індукції з напруженістю поля в ньому лінійний. Для цього розглянемо соленоїд з N витків, який має індуктивність L. Якщо за час dt струм у соленоїді зростає на величину dI, то при цьому змінюється і її власний магнітний потік відповідно на величину dФВ. Якщо в момент часу t сила струму в соленоїді становила I, то при зміні магнітного потоку на величину dФ, джерелом струму виконується додаткова робота dА: . Оскільки соленоїд залишається нерухомим, то ця елементарна робота dА пов’язана зі зміною енергії соленоїда, яка зумовлена наявністю в ньому магнітногополя, на величину dWм: і . Оскільки , то . ; . Це та енергія, яку було затрачено джерелом струму на утворення в соленоїді магнітного поля. За законом збереження енергії ця енергія дорівнює енергії магнітного поля W, яке пов’язане зі струмом I, що проходить по провіднику з індуктивністю L. Дослідження властивостей змінних магнітних полів було доказом того, що енергія магнітного поля локалізована у просторі. Енергію магнітного поля струму можна визначити через характеристики цього поля – значення його напруженості H та індукції В. Для цього розглянемо частковий випадок – однорідне магнітне поле всередині довгого соленоїда, індуктивністьякого . Тоді . Магнітна індукція поля всередині довгого соленоїда . Звідси . Tоді . де враховано, що . Магнітне поле соленоїда однорідне і зосереджене всередині соленоїда, а енергія поля розподілена в ньому з постійною об’ємною густиною wм, яка дорівнює . Одержаний вираз для wм відрізняється від виразу для густини енергії електричного поля лише тим, що електричні величини в ній замінені відповідними магнітними. У випадку неоднорідного магнітного поля його енергію в деякому об’ємі V можна визначити так. Поділимо об’єм V на нескінченно малі елементи dV так, щоб поле в кожному з них можна було вважати однорідним. Тоді енергія елемента об’єму з локальною густиною wм в ньому дорівнює: . Інтегруючи цей вираз по всьому об’єму поля V, отримаємо формулу для обчислення енергії неоднорідного поля: .
Читайте також:
|
||||||||||
|