Электромагнитная индукция
Возникновение электрического тока в проводнике, движущемся в магнитном поле, называют явлением индукцией в движущихся проводниках. В случае движения проводника в магнитном поле, его свободные электроны приходят в движение относительно проводника под воздействием силы Лоренца. Явление электромагнитной индукции обнаружил Фарадей в 1831 г. в проводящем контуре. Он заметил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, которую ограничивает контур, появляется электрический ток. Это также явление электромагнитной индукции, возникающий ток в контуре, называют индукционным.
Итак, явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике при изменении потока магнитной индукции, охватываемого контуром. При этом контур может быть неподвижным.
ЭДС индукции
Существование явления электромагнитной индукции говорит о том, что при изменении магнитного потока в контуре появляется электродвижущая сила индукции (ЭДС, $<<\mathcal E>>_i$). Величина $<<\mathcal E>>_i$ не зависит от способа изменения магнитного потока $(Ф)$, и связана со скоростью его изменения ($\frac
Знак потока $Ф$ и знак $<<\mathcal E>>_i$ связывают с выбором направления нормали к плоскости контура. $<<\mathcal E>>_i$ считают положительной если ее направление образует с направлением нормали к контуру правый винт. Для рис 1. и заданном направлении нормали «от нас», перпендикулярно плоскости рисунка ($\overrightarrow
Основной единицей измерения индукционной ЭДС служит вольт $(В)$. Если скорость изменения магнитного потока равна $1\frac<Вб><с>$ в контуре индуцируется ЭДС, равная $1 В$.
В гауссовой системе формула (1) принимает вид:
где $с$ — скорость света в вакууме. Основной единицей измерения магнитного потока в СГСЭ является максвелл $(Мкс)$, тогда $<<\mathcal E>>_i$ измеряется в СГСЭ — единицах потенциала. Для того, чтобы перевести ЭДС из системы гаусса в вольты необходимо умножить имеющееся значение на $300$. Следовательно, формулой связи системы СИ и СГСЭ можно записать выражение:
Среднее значение ЭДС индукции может быть определено как:
Поток сцепления
Если контур, в котором индуцируется ЭДС, состоит из $N$ витков (соленоид), витки соединены последовательно, $<<\mathcal E>>_i$ равна сумме ЭДС, которые индуцируются каждым витком в отдельности. Следовательно, используя формулу (1), можно записать:
Величину $\Psi$, равную:
называют потоком сцепления, или полным магнитным потоком. В том случае, если поток, который пронизывает каждый из витков, одинаковый, то можно записать, что:
В сложном контуре $<<\mathcal E>>_i$ вычисляют как:
Уравнение (8) называют основным законом электромагнитной индукции (уравнением Фарадея — Максвелла).
Частные случаи применения закона электромагнитной индукции
- Если проводник длины $l\ $движется в однородном магнитном поле (с индукцией $В$) с постоянной скоростью $v$, то на его концах возникает разность потенциалов $U$:
где $\alpha $ — угол между направлением скорости и вектором магнитной индукции.
- ЭДС индукции возникает в рамке, которая содержит $N$ витков, имеет площадь $S$ и вращается с постоянной угловой скоростью $\omega$ в однородном магнитном поле с индукцией $В$ и она равна:
где $\omega t$ — мгновенное значение угла между вектором магнитной индукции ($\overrightarrow$) и вектором нормали к плоскости рамки ($\overrightarrow
Задание: Найдите мгновенное значение ЭДС индукции рамки, которое соответствует углу поворота рамки $\alpha ,$ площадь рамки, равна $S$, она содержит $N$ витков. Рамка вращается в постоянном магнитном поле с индукцией $B$. Частота вращения рамки равна $n$.
Решение:
За основу решения задачи примем уравнение Фарадея — Максвелла:
где потокосцепление можно определить как:
где $N$ — количество витков, которые пронизывает магнитный поток $Ф$. Соответственно (1.1) примет вид:
Если рамку вращать, то магнитный поток изменяется в соответствии с законом:
где $\omega $ — угловая частота вращения. Подставим выражение (1.4) в (1.3), получим:
\[<<\mathcal E>>_i=NBS\omega sin\omega t\left(1.5\right).\]
Связь угловой частоты и часты вращения, определим как:
\[\omega =2\pi n\ \left(1.6\right),\] \[\omega t=\alpha \left(1.7\right).\]
Подставим выражения (1.6), (1.7) в формулу (1.5) получим:
Ответ: $<<\mathcal E>>_i=2\pi nNBSsin\alpha .$
Задание: Определите среднее ЭДС индукции ($\left\langle <<\mathcal E>>_i\right\rangle )$, если магнитный поток, который пронизывает контур, изменяется от $Ф_1=40Вб$ до $Ф_2=0Вб$ в течении промежутка времени равного $2 с$.
Решение:
За основу решения примем формулу, определяющую среднюю ЭДС индукции:
Ответ: $\left\langle <<\mathcal E>>_i\right\rangle =20 В$.
Магнитный поток через контур изменяется от 6 до 14 Вб за 20 с. Определите абсолютную
Магнитный поток через контур изменяется от 6 до 14 Вб за 20 с. Определите абсолютную величину ЭДС, возникающую в контуре.
Задача №8.4.5 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
\(\Phi_1=6\) В, \(\Phi_2=14\) Вб, \(\Delta t=20\) с, \(\rm E_i-?\)
Решение задачи:
Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, ЭДС индукции, возникающая в контуре при изменении магнитного потока, пересекающего этот контур, равна по модулю скорости изменения магнитного потока. Поэтому:
Следует отметить, что для определения мгновенного значения ЭДС индукции по этой формуле интервал времени \(\Delta t\) должен стремиться к нулю, в противном случае Вы получите среднее значение ЭДС индукции. Будем считать, что в нашем случае магнитный поток изменялся равномерно, поэтому интервал времени \(\Delta t\) может быть каким угодно – среднее и мгновенное значения ЭДС индукции в таком случае будут одинаковы.
Понятно, что изменение магнитного потока \(\Delta \Phi\) равно разности потоков \(\Phi_2\) и \(\Phi_1\):
С учётом этого выражения, формула (1) примет вид:
Произведем расчёт численного ответа:
Ответ: 0,4 В.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Как найти среднюю эдс индукции
Катушка диаметром D = 10 см, состоящая из N = 500 витков проволоки, находится в магнитном поле. Найти среднюю ЭДС индукции, возникающую в этой катушке, если индукция магнитного поля В увеличивается в течение времени τ = 0,1 с от нуля до 2 Тл.
Дано:
Решение:
ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного
Изменение магнитного потока
Площадь сечения катушки
Таким образом, искомая ЭДС индукции будет равна
Ответ: 
Среднее значение эдс индукции по абсолютной величине меньше абсолютной величины эдс источника тока
В материале разберемся в понятии ЭДС индукции в ситуациях ее возникновения. Также рассмотрим индуктивность в качестве ключевого параметра возникновения магнитного потока при появлении электрического поля в проводнике.
Электромагнитная индукция представляет собой генерирование электрического тока магнитными полями, которые изменяются во времени. Благодаря открытиям Фарадея и Ленца закономерности были сформулированы в законы, что ввело симметрию в понимание электромагнитных потоков. Теория Максвелла собрала воедино знания об электрическом токе и магнитных потоках. Благодаря открытия Герца человечество узнало о телекоммуникациях.
Магнитный поток
Известно, что пропускание тока через проводник сопровождается формированием электромагнитного поля. На этом принципе основана работа динамиков, запорных устройств, приводов реле, других приспособлений. Изменением параметров источника питания получают необходимые силовые усилия для перемещения (удержания) совмещенных деталей, обладающих ферромагнитными свойствами.
Однако действительно и обратное утверждение. Если между полюсами постоянного магнита перемещать рамку из проводящего материала по соответствующему замкнутому контуру, начнется перемещение заряженных частиц. Подключив соответствующие приборы, можно регистрировать изменение тока (напряжения). В ходе элементарного эксперимента можно выяснить увеличение эффекта в следующих ситуациях:
- перпендикулярное расположение проводника/силовых линий;
- ускорение перемещений.
На картинке выше показано, как определять направление тока в проводнике с помощью простого правила.
ЭДС в быту и единицы измерения
Другие примеры встречаются в практической жизни любого рядового человека. Под эту категорию попадают такие привычные вещи, как малогабаритные батарейки, а также другие миниатюрные элементы питания. В этом случае рабочая ЭДС формируется за счет химических процессов, протекающих внутри источников постоянного напряжения. Когда оно возникает на клеммах (полюсах) батареи вследствие внутренних изменений – элемент полностью готов к работе. Со временем величина ЭДС несколько снижается, а внутреннее сопротивление заметно возрастает.
В результате если вы измеряете напряжение на не подключенной ни к чему пальчиковой батарейке вы видите нормальные для неё 1.5В (или около того), но когда к батарейке подключается нагрузка, допустим, вы установили её в какой-то прибор — он не работает. Почему? Потому что если предположить, что у вольтметра внутреннее сопротивление во много раз выше, чем внутреннее сопротивлении батарейки — то вы измеряли её ЭДС. Когда батарейка начала отдавать ток в нагрузке на её выводах стало не 1.5В, а, допустим, 1.2В — прибору недостаточно ни напряжения, ни тока для нормальной работы.
Расчет ЭДС.
Как раз вот эти 0.3 В и упали на внутреннем сопротивлении гальванического элемента. Если батарейка совсем старая и её электроды разрушены, то на клеммах батареи может не быть вообще никакой электродвижущей силы или напряжения — т.е. ноль. Совсем небольшая по величине электродвижущая сила наводится и в рамках антенны приемника, которая усиливается затем специальными каскадами, и мы получаем наш телевизионный, радио и даже Wi-Fi сигнал.
Материал по теме: Выбираем цифро-аналоговый преобразователь.
Что такое ЭДС индукции
Вектор магнитной индукции: формула
Отмеченное выше перемещение зарядов создает разницу потенциалов, если контур разомкнут. Представленная формула показывает, как именно будет зависеть ЭДС от основных параметров:
- векторного выражения магнитного потока (B);
- длины (l) и скорости перемещения (v) контрольного проводника;
- угла (α) между векторами движения/ индукции.
Аналогичный результат можно получить, если система составлена из стационарной проводящей цепи, на которую воздействует перемещающееся магнитное поле. Замкнув контур, создают подходящие условия для перемещения зарядов. Если использовать много проводников (катушку) или двигаться быстрее, увеличится сила тока. Представленные принципы с успехом применяют для преобразования механических сил в электроэнергию.
Конструкция ГЭС
Законы Фарадея и Ленца
Линии магнитной индукции
Если рассматривается электромагнитная индукция, формулы этих ученых помогают уточнить взаимное влияние значимых параметров системы. Определение Фарадея позволяет уточнить зависимость ЭДС (E – среднее значение) от изменений магнитного потока (ΔF) и времени (Δt):
Промежуточные выводы:
- ток увеличивается, если за единицу времени проводник пересекает большее количество силовых магнитных линий;
- «-» в формуле помогает учитывать взаимные связи между полярностью Е, скоростью перемещения рамки, направленностью вектора индукции.
Ленц обосновал зависимость ЭДС от любых изменений магнитного потока. При замыкании контура катушки создаются условия для движения зарядов. В таком варианте конструкция преобразуется в типичный соленоид. Рядом с ним образуется соответствующее электромагнитное поле.
Этот ученый обосновал важную особенность индукционной ЭДС. Сформированное катушкой поле препятствует изменению стороннего потока.
ТЕМА: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒
Цель: экспериментально вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Оборудование: источник электрической энергии, амперметр, вольтметр, реостат (6 – 8 Ом), ключ, соединительные провода.
Краткие теоретические сведения
Величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного заряда внутри источника тока, называется электродвижущей силой источника тока ε,
где I – сила тока, U – напряжение.
выражается в вольтах (В).
Электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника тока можно определить экспериментально.
Порядок выполнения работы
1.Определить цену деления шкалы измерительных приборов.
2.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 1
3.После проверки цепи преподавателем замкнуть ключ и, пользуясь реостатом, установить силу тока, соответствующую нескольким делениям шкалы амперметра снять показания вольтметра и амперметра.
4.Опыт повторить 2 раза, изменяя силу тока цепи при помощи реостата.
5.Полученные данные записать в таблицу 1.
Рисунок 4.10 – Экспериментальная схема
| № | Напряжение на внешней части цепи U, В | Сила тока в цепи I,А | Внутреннее сопротивление r, Ом | Среднее значение внутреннего сопротивления rср, Ом | ЭДС e, В | Среднее ЭДС ecр, В |
Таблица 1 – Экспериментальные данные
Обработка результатов измерения
1. Результаты измерений подставить в уравнение 1 и, решая системы уравнений:
определить внутреннее сопротивление источника по формулам:
2.Далее по формулам (2) определить электродвижущую силу источника, поочередно подставляя три значения r.
3.Записать данные в таблицу 1.
4.Посчитать абсолютную и относительную погрешности методом среднего арифметического (Приложение А).
Контрольные вопросы
1. Какова физическая суть электрического сопротивления?
2. Какова роль источника тока в электрической цепи?
3. Каков физический смысл ЭДС? Дать определение вольту.
4. От чего зависит напряжение на зажимах источника тока?
5. Пользуясь результатами произведенных измерений, определить сопротивление внешней цепи.
Отчет по лабораторной работе №__________
студента группы__________________
ФИО_______________________________________________________________
ТЕМА: ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ ОТ НАПРЯЖЕНИЯ
Цель: освоить метод измерения мощности, потребляемой электроприбором, основанный на измерении силы тока и напряжения; исследовать зависимость мощности, потребляемой лампочкой от напряжения на её зажимах; исследовать зависимость сопротивления проводника от температуры.
Оборудование: электрическая лампа, источник постоянного напряжения и переменного, реостат ползунковый, амперметр; вольтметр, ключ, соединительные провода, миллиметровая бумага.
Краткие теоретические сведения
Величина, равная отношению работы тока А ко времени t, за которое она совершается, называется мощностью P:
Порядок выполнения работы
Эксперимент №1
1.Составить электрическую цепь по схеме, изображенной на рисунке 1, для нулевого опыта соблюдая полярность приборов
Рисунок 1 – Схема подключения
2.Определить цену деления шкалы измерительных приборов
3.После проверки схемы преподавателем, снять показания напряжения U и силы тока I.
4.Данные приборов записать в таблицу 1.
Таблица 1 – Экспериментальные данные №1
| Напряжение на зажимах лампы U, B | Cила тока в лампе I, А | Мощность, потребляемая лампой Р, Вт | Сопротивление нити накала лампы при комнатной температуре Rt, Ом | Сопротивление нити накала лампы для нулевого опыта R0, Ом |
Эксперимент №2.
1.Собрать схему по рис.2, где лампочка через реостат подключается к переменному току.
Рисунок 4.12 – Схема подключения
2.После проверки схемы преподавателем, снять показания амперметра и вольтметра, изменяя положение ползунка на реостате 10 – 11 раз.
3.Данные приборов записать в таблицу 2.
Таблица 2 – Экспериментальные данные №2
| № | Напряжения на зажимах лампы Umax, B | Cила тока в лампе Imax, А | Мощность, потребляемая лампой Р, Вт | Сопротивление нити накала лампы R, Ом | Температура накала Т, оК |
| … |
Обработка результатов измерения
Эксперимент №1
1.Рассчитать значение сопротивления нити накала при комнатной температуре:
2.Найти сопротивление R0
, для нулевого опыта:
где ΔТ0К – изменение абсолютной температуры (в данном случае равна комнатной температуре по шкале Цельсия); α [K-1] – коэффициент температурного сопротивления для вольфрама (Приложение Б).
3.Полученные данные занести в таблицу 1.
Эксперимент №2
1.Для каждого опыта определить мощность Р, потребляемую лампой по формуле:
2.Рассчитать сопротивление нити накала лампы:
3.Найти температуру нити накала лампы для каждого опыта по формуле:
4.Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.
5.На миллиметровой бумаге построите графики: а) зависимость мощности Р, потребляемой лампой, от напряжения U, на ее зажимах; б) зависимость сопротивления R от температуры Т.
6.Сделайте вывод по результатам двум экспериментов.
Контрольные вопросы
1. Каков физический смысл напряжения на участке электрической цепи?
2. Как определить мощность тока с помощью амперметра и вольтметра?
3. Для каких целей используют ваттметр. Как он включается в цепи?
4. Как изменится сопротивление металлического проводника с увеличением температуры?
5. Чем спираль 100 Вт лампы накаливания отличается от спирали лампы 25 – ваттной?
Движение провода в магнитном поле
Как показано в первой формуле (Е = В * l * v * sinα), амплитуда электродвижущей силы в значительной мере зависит от параметров проводника. Точнее – влияние оказывает количество силовых линий на единицу длины рабочей области цепи. Аналогичный вывод можно сделать с учетом изменения скорости перемещения. Следует не забывать о взаимном расположении отмеченных векторных величин (sinα).
Важно! Перемещение проводника вдоль силовых линий не провоцирует индуцирование электродвижущей силы.
Вращающаяся катушка
Обеспечить оптимальное расположение функциональных компонентов при одновременном перемещении сложно, если применять представленный в примере прямой провод. Однако согнув рамку, можно получить простейший генератор электроэнергии. Максимальный эффект обеспечивает увеличение количества проводников на единицу рабочего объема. Соответствующая отмеченным параметрам конструкция – катушка, типичный элемент современного генератора переменного тока.
Для оценки магнитного потока (F) можно применить формулу:
где S – площадь рассматриваемой рабочей поверхности.
Формулы для расчета и особенности конструкции типичного генератора
Пояснение. При равномерном вращении ротора происходит соответствующее циклическое синусоидальное изменение магнитного потока. Аналогичным образом меняется амплитуда выходного сигнала. Из рисунка понятно, что определенное значение имеет величина зазора между основными функциональными компонентами конструкции.
Труды в области электролиза
При использовании законов Фарадея описываются закономерности, которые существуют при электролизе. Этот процесс заключается в превращении веществ с разнообразными характеристиками. Это происходит при движении электричества сквозь электролит.
Эти закономерности были доказаны М. Фарадеем в 1834 году. Первое утверждение гласит, что масса вещества, которое образуется на электроде, меняется соответственно заряду, перемещенному сквозь электролит.
Второе утверждение гласит, что эквиваленты компонентов с разными характеристиками пропорциональны химическим эквивалентам этих компонентов.
Оба представленных утверждения совмещаются в объединенный закон Фарадея. Из него следует, что число Фарадея будет равняться электричеству, способному выделить на электролите 1 моль вещества. Ее рассчитывают на единицу валентности. Именно по объединенной формуле в далеком 1874 году был вычислен заряд электрона.
Законы электролиза, установленные Фарадеем, тестировались при различном значении тока, температуры, давления, а также при одновременном выделении двух и более веществ. Электролиз также проводился в разных расплавах и растворителях. Концентрация электролита также отличалась в разных опытах. При этом иногда наблюдались небольшие отклонения от закона Фарадея. Они объясняются электронной проводимостью электролитов, которая определяется наравне с ионной проводимостью.
Открытия, сделанные английским физиком М. Фарадеем, позволили описать множество явлений. Его законы являются основой современной электродинамики. По этому принципу функционирует различное современное оборудование.
ЭДС самоиндукции
Если через катушку пропускать переменный ток, рядом будет формироваться электромагнитное поле с аналогичными (равномерно изменяющимися) силовыми характеристиками. Оно создает переменный синусоидальный магнитный поток, который, в свою очередь, провоцирует перемещение зарядов и образование электродвижущей силы. Данный процесс называют самоиндукцией.
С учетом рассмотренных базовых принципов несложно определить, что F = L * l. Значение L (в генри) определяет индуктивные характеристики катушки. Этот параметр зависит от количества витков на единицу длины (l) и площади поперечного сечения проводника.
Простое объяснение электродвижущей силы
Предположим, что в нашей деревне имеется водонапорная башня. Она полностью наполнена водой. Будем думать, что это обычная батарейка. Башня — это батарейка!
Вся вода будет оказывать сильное давление на дно нашей башенки. Но сильным оно будет только тогда, когда это строение полностью наполнено H2O.
В итоге чем меньше воды, тем слабее будет давление и напор струи будет меньше. Открыв кран, заметим, что каждую минуту дальность струи будет сокращаться.
В результате этого:
- Напряжение – это сила с которой вода давит на дно. То есть давление.
- Нулевое напряжение — это дно башни.
С батареей все аналогично.
Первым делом подключаем источник с энергией в цепь. И соответственно замыкаем ее. Например, вставляем батарею в фонарик и включаем его. Изначально заметим, что устройство горит ярко. Через некоторое время его яркость заметно понизится. То есть электродвижущая сила уменьшилась (вытекла если сравнивать с водой в башне).
Если брать в пример водонапорную башню, то ЭДС это насос качающие воду в башню постоянно. И она там никогда не заканчивается.
Взаимоиндукция
Если собрать модуль из двух катушек, в определенных условиях можно наблюдать явление взаимной индукции. Элементарное измерение покажет, что по мере увеличения расстояния между элементами уменьшается магнитный поток. Обратное явление наблюдается по мере уменьшения зазора.
Чтобы находить подходящие компоненты при создании электрических схем, необходимо изучить тематические вычисления:
- можно взять для примера катушки с разным количеством витков (n1 и n2);
- взаимоиндукция (M2) при прохождении по первому контуру токаI1 будет вычислена следующим образом:
- после преобразования этого выражения определяют значение магнитного потока:
- для расчета эдс электромагнитной индукции формула подойдет из описания базовых принципов:
E2 = — n2 * ΔF/ Δt = M 2 * ΔI1/ Δt
При необходимости можно найти по аналогичному алгоритму соотношение для первой катушки:
E1 = — n1 * ΔF/ Δt = M 1 * ΔI2/ Δt.
Следует обратить внимание, что в этом случае значение имеет сила (I2) во втором рабочем контуре.
Совместное влияние (взаимоиндукцию – М) рассчитывают по формуле:
Специальным коэффициентом (K) учитывают действительную силу связи между катушками.
Физика
При изменении потока, сцепленного с замкнутым проводящим контуром, через площадь, ограниченную данным контуром, в нем появляется вихревое электрическое поле и течет индукционный ток — явление электромагнитной самоиндукции.
Модуль средней ЭДС самоиндукции за определенный промежуток времени рассчитывают по формуле
〈 | ℰ i s | 〉 = | Δ Ф s | Δ t ,
где ΔФ s — изменение магнитного потока, сцепленного с контуром, за время Δ t .
Если сила тока в контуре изменяется с течением времени I = I ( t ), то
- изменение потока, сцепленного с контуром, определяется формулой
где L — индуктивность контура; Δ I — изменение силы тока в контуре за время Δ t ;
- модуль средней ЭДС самоиндукции за определенный промежуток времени рассчитывается по формуле
〈 | ℰ i s | 〉 = L | Δ I | Δ t ,
где Δ I /Δ t — скорость изменения силы тока в контуре.
Если индуктивность контура изменяется с течением времени L = L ( t ), то
- изменение потока, сцепленного с контуром, определяется формулой
где Δ L — изменение индуктивности контура за время Δ t ; I — сила тока в контуре;
- модуль средней ЭДС самоиндукции за определенный промежуток времени рассчитывается по формуле
〈 | ℰ i s | 〉 = I | Δ L | Δ t .
Пример 16. В замкнутом проводящем контуре с индуктивностью 20 мГн течет ток силой 1,4 А. Найти среднее значение ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре, при равномерном уменьшении в нем силы тока на 20 % за 80 мс.
Решение . Появление ЭДС самоиндукции в контуре вызвано изменением потока, сцепленного с контуром, при изменении в нем силы тока.
Поток, сцепленный с контуром, определяется формулами:
- при силе тока I 1
где L — индуктивность контура, L = 20 мГн; I 1 — первоначальная сила тока в контуре, I 1 = 1,4 А;
- при силе тока I 2
где I 2 — конечная сила тока в контуре.
Изменение потока, сцепленного с контуром, определяется разностью:
Δ Ф s = Ф s 2 − Ф s 1 = L I 2 − L I 1 = L ( I 2 − I 1 ) ,
где I 2 = 0,8 I 1 .
Среднее значение ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре, при изменении в нем силы тока:
〈 ℰ s i 〉 = | Δ Ф s Δ t | = | L ( I 2 − I 1 ) Δ t | = | − 0,2 L I 1 Δ t | = 0,2 L I 1 Δ t ,
где ∆ t — интервал времени, за который происходит уменьшение силы тока, ∆ t = 80 мс.
Расчет дает значение:
〈 ℰ s i 〉 = 0,2 ⋅ 20 ⋅ 10 − 3 ⋅ 1,4 80 ⋅ 10 − 3 = 70 ⋅ 10 − 3 с = 70 мВ.
При изменении силы тока в контуре в нем возникает ЭДС самоиндукции, среднее значение которой равно 70 мВ.
Где используются разные виды ЭДС
Перемещение проводника в магнитном поле применяют для генерации электроэнергии. Вращение ротора обеспечивают за счет разницы уровней жидкости (ГЭС), энергией ветра, приливами, топливными двигателями.
Принцип действия трансформатора
Различное количество витков (взаимоиндукцию) применяют для изменения нужным образом напряжения во вторичной обмотке трансформатора. В таких конструкциях взаимную связь увеличивают с помощью ферромагнитного сердечника. Магнитную индукцию применяют для возникновения мощной отталкивающей силы при создании ультрасовременных транспортных магистралей. Созданная левитация позволяет исключить силу трения, значительно увеличить скорость передвижения поезда.