ЭДС индукции в движущихся проводниках – формула в магнитном поле и определение кратко (11 класс)
4.5
Средняя оценка: 4.5
Всего получено оценок: 112.
4.5
Средняя оценка: 4.5
Всего получено оценок: 112.
ЭДС индукции возникает в контуре при изменении магнитного потока через него. Более редким случаем магнитной индукции является движение уединенного проводника в магнитном поле. Кратко рассмотрим ЭДС индукции в движущихся проводниках.
Механизм индукции в движущемся проводнике
Из курса физики в 11 классе известно, что электрический ток — это движение носителей заряда. Если магнитный поток через контур изменяется, то в контуре возникает вихревое электрическое поле, благодаря которому и движутся носители и возникает электрический ток. Однако это не единственный способ создать в проводнике движение зарядов.
Вторым способом создания в проводнике движущихся зарядов является использование силы Лоренца. Если эта сила начнет действовать на носители заряда в проводнике, то в нем возникнет ЭДС и электрический ток.
Заметим, что ЭДС, возникающая в этом случае в проводнике, имеет иную причину, по сравнению с изменением магнитного потока через контур. Если при изменении потока причиной возникновения ЭДС является вихревое электрическое поле, то в движущемся проводнике причиной ЭДС является сила Лоренца.
ЭДС индукции в движущемся проводнике
Вычислим ЭДС индукции в проводнике длиной $l$, который движется с постоянной скоростью $v$ так, что вектор магнитной индукции $\overrightarrow B$ однородного поля перпендикулярен проводнику и направлен под углом $\alpha$ к скорости движения проводника.
По формуле силы Лоренца ее величина равна:
$$F=|q|Bvsin\alpha$$
Компонента этой силы, направленная вдоль проводника, совершает положительную работу, которая на пути $l$ равна:
$$А=Fl=|q|Bvlsin\alpha$$
Заметим, что вторая компонента силы Лоренца совершает равную по модулю отрицательную работу.
Поэтому суммарная работа силы Лоренца равна нулю.
ЭДС по определению равна отношению работы, совершенной полем по переносу зарядом, к величине этого заряда. Следовательно:
$$\mathscr{E} = {A\over q}=Bvlsin\alpha$$
Рис. 2. Движение проводника в магнитном поле.Движение контура в магнитном поле
Формулу ЭДС индукции в движущихся проводниках можно применить к прямоугольному контуру, разбив его на четыре элементарных проводника (по числу сторон). В этом случае ЭДС, возникающие в противоположных сторонах контура, будут направлены в противоположные стороны. В результате суммарная ЭДС в контуре будет равна нулю. Следовательно, при движении контура в однородном магнитном поле ток в нем возникнуть не может.
Этот же вывод можно сделать и из закона электромагнитной индукции. Если контур движется в однородном магнитном поле, то магнитный поток, пронизывающий его, не изменяется, следовательно, ЭДС индукции, возникающая в нём, равна нулю.
Единственная возможность создать ЭДС в контуре, движущемся в однородном магнитном поле, это совершить его поворот таким образом, чтобы ЭДС возникала за счет изменения компоненты $sin\alpha$.
Действительно, такой поворот будет изменять магнитный поток через контур, а значит, в нём будет возникать ЭДС индукции.
Что мы узнали?
В уединенном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, возникает ЭДС индукции. Эта ЭДС обусловлена возникновением силы Лоренца, действующей на заряды внутри проводника. В рамке, движущейся без вращения в однородном магнитном поле, ЭДС на противоположных сторонах имеет разные направления, поэтому ток по рамке в этих условиях не течет.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Кронг Кронг
10/10
Оценка доклада
4.5
Средняя оценка: 4.5
Всего получено оценок: 112.
А какая ваша оценка?
ЭДС индукции в движущихся проводниках
Онлайн калькуляторы
На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.
Справочник
Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!
Заказать решение
Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!
Главная Справочник Физика ЭДС индукции в движущихся проводниках
ЭДС – это аббревиатура трех слов: электродвижущая сила. ЭДС индукции () появляется в проводящем теле, которое находится в переменном магнитном поле. Если проводящим телом является, например, замкнутый контур, то в нем течет электрический ток, который называют током индукции.
Закон Фарадея для электромагнитной индукции
Основным законом, который используют при расчетах, связанных с электромагнитной индукцией является закон Фарадея. Он говорит о том, что электродвижущая сила электромагнитной индукции в контуре равна по величине и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока () сквозь поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур:
Закон Фарадея (1) записан для системы СИ.
Магнитный поток, который охватывает проводящий контур, может изменяться в связи с разными причинами. Это может быть и изменяющееся во времени магнитное поле и деформация самого контура, и перемещение контура в поле. Полная производная от магнитного потока по времени учитывает действие всех причин.
ЭДС индукции в движущемся проводнике
Допустим, что проводящий контур перемещается в постоянном магнитном поле. ЭДС индукции возникает во всех частях контура, которые пересекают силовые линии магнитного поля. При этом, результирующая ЭДС, появляющаяся в контуре будет равна алгебраической сумме ЭДС каждого участка. Возникновение ЭДС в рассматриваемом случае объясняют тем, что на любой свободный заряд, который движется вместе с проводником в магнитном поле, будет действовать сила Лоренца.
Рассмотри случай, когда в однородном магнитном поле находится прямоугольная проводящая рамка (рис.1). Одна сторона рамки может двигаться. Длина этой стороны равна l. Это и будет наш движущийся проводник. Определим, как можно вычислить ЭДС индукции, в нашем проводнике, если он перемещается со скоростью v. Величина индукции магнитного поля равна B. Плоскость рамки перпендикулярна вектору магнитной индукции. Выполняется условие .
ЭДС индукции в рассматриваемом нами контуре будет равна ЭДС, которая возникает только в подвижной его части. В стационарных частях контура в постоянном магнитном поле индукции нет.
Для нахождения ЭДС индукции в рамке воспользуемся основным законом (1). Но для начала определимся с магнитным потоком. По определению поток магнитной индукции равен:
где , так как по условию плоскость рамки перпендикулярна направлению вектора индукции поля, следовательно, нормаль к рамке и вектор индукции параллельны.
Площадь, которую ограничивает рамка, выразим следующим образом:
где – расстояние, на которое перемещается движущийся проводник. Подставим выражение (2), с учетом (3) в закон Фарадея, получим:
где v – скорость движения подвижной стороны рамки по оси X.
Если угол между направлением вектора магнитной индукции () и вектором скорости движения проводника () составляет угол , то модуль ЭДС в проводнике можно вычислить при помощи формулы:
Примеры решения задач
| Понравился сайт? Расскажи друзьям! | |||
электромагнетизм – Что вызывает ЭДС индукции?
Задавать вопрос
спросил
Изменено 1 год, 2 месяца назад
Просмотрено 5к раз
$\begingroup$
Я читал много разных объяснений, но ни одно из них не удовлетворяет.
Есть два случая:
- Я перемещаю железный стержень в магнитном поле, например, между двумя стержневыми магнитами.
К этому случаю я прочитал, что когда я двигаю стержень, электроны на нем также движутся, а движущиеся заряды создают магнитное поле, которое взаимодействует с внешним полем В. Я думаю, что это невозможно, потому что эти электроны движутся не локально, а относительно. Это не может создать чистое магнитное поле вокруг стержня, просто выравнивая спин электронов. Может быть, это поле В взаимодействует с внешним?
- Железный сердечник трафаретной передачи энергии.
В этом случае электроны во вторичной обмотке вообще не двигаются. Соответствует внешнему полю B, но только из-за его спинового магнитного момента. Просто вращение выравнивается, а e- вообще не двигается. Что вызывает разделение зарядов?
- электромагнетизм
- электромагнитно-индукционный
$\endgroup$
$\begingroup$
Что вызывает ЭМП?
Для неподвижного проводника ЭДС создается исключительно электрическими полями.
Для движущегося проводника в неизменном магнитном поле ЭДС возникает из-за того, что магнитное поле оказывает силу на движущиеся заряды.
Для движущегося проводника в изменяющемся магнитном поле ЭДС вызывается как электрическими и магнитных сил.
Для ваших примеров вам нужно посмотреть, движутся ли объекты и изменяются ли поля. И все, что вызывает эти вещи, в конечном счете ответственно.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Если магнитный поток изменяется непостоянно, возникает индукционный ток, что означает возникновение ЭДС индукции
Если магнитный поток изменяется равномерно, то ток не будет возникать, а значит, не будет и ЭДС индукции.
Энгр Аламзеб Мехсуд
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
электромагнетизм – Почему изменение магнитного потока вызывает ЭДС?
спросил
Изменено 4 года, 8 месяцев назад
Просмотрено 27 тысяч раз
$\begingroup$
Почему изменение магнитного потока во времени через катушку индуцирует в ней ЭДС? Объясните пожалуйста, что происходит с зарядами в катушке при изменении магнитного потока?
Кроме того, почему постоянный магнитный поток не индуцирует ЭДС?
- электромагнетизм
- электричество
- электромагнитная индукция
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Если вы перемещаете провод через магнитное поле так, что провод, движение и магнитное поле взаимно ортогональны, то на заряды действует магнитная сила (из-за движения), которая имеет составляющую в направлении провода (потому что мы правильно расставили направления).
Энергия исходит от агента, двигающего провод, но есть и реальная сила.
Когда электрические и магнитные силы считались отдельными, это был просто экспериментально наблюдаемый факт, что если изменить магнитное поле во времени, то будет сила, перемещающая заряды по проводу. Но если вы посмотрите на эту магнитную силу выше, но рассмотрите ситуацию в рамке с движущейся проволокой, в этой рамке нет магнитной силы, но все же есть сила.
Вы можете считать это настоящей причиной того, что изменяющиеся магнитные поля индуцируют электрические поля.
$\endgroup$
$\begingroup$
Мой ответ не связан с силами, действующими на электрон, и изменением электрического поля. Я даю этот ответ, чтобы просто почувствовать, что происходит.
Изменения — это закон природы, но никто не любит внезапных изменений. Его можно назвать аналогом первого закона Ньютона, касающегося инерции. Аналогичным образом предположим, что петля находится в магнитном поле с величиной B тесла.
В может быть равно нулю. Мы также используем кресты и точки на плоскости, чтобы показать плотность магнитного потока. Предположим, что всего 5 крестов, представляющих B тесла, проходят через петлю. Теперь, если мы
Увеличение магнитного поля, скажем, в зависимости от времени Петля научилась жить с 5 крестиками (x), а теперь, скажем, 6 (x). Он должен найти способ вернуться в положение 5 (x) и для этого индуцировать ток в таком направлении, при котором внутри контура появляются точки (•), наблюдая снаружи экрана компьютера, ток должен быть против часовой стрелки (по правилу винта).
Магнитное поле уменьшается Во втором сценарии предположим, что количество крестов уменьшается до 3. Тогда петля индуцирует ток по часовой стрелке, чтобы ввести несколько крестов и вернуться в положение 5x.
Область изменения контура Да, это также может изменить поток и, в свою очередь, индуцировать ток.
Поток определяется какМагнитный поток = $(Магнитное поле)(Площадь)\cos\theta$, где $\theta$ — угол между площадью и вектором поля.
Поток определяется какЭДС индукции является производной магнитного потока. Таким образом, если изменяется площадь – изменяется поток, и, следовательно, ЭДС имеет ненулевое значение. Опять же, это может быть легко понято моей теорией, приведенной выше, так как количество точек и крестиков снова меняется, что приводит к текущим
- ни магнитное поле не меняется, ни площадь Или магнитный поток остается постоянным. Теперь очевидно, что если вы находитесь в том же положении, что и раньше, без каких-либо изменений, то зачем вам делать что-то еще? Я надеюсь, вы понимаете, что я пытаюсь сказать
Надеюсь, это поможет вам и основанным на причинах о силах и электрических полях уже объясняются в ответах других.
.
$\endgroup$
3
$\begingroup$
Это экспериментальный факт, что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле индуцирует магнитное поле.
Это было математически описано во всеобъемлющих уравнениях Максвелла.
Проводимость возникает при движении заряда в проводнике. Разница между изоляторами и проводниками заключается в том, что в изоляторах электроны вокруг атомов и составляющих их молекул связаны и не могут быть оторваны от потенциала, связывающего их с ядрами их атомов. / молекул. В проводниках некоторые электроны связаны коллективным потенциалом материала в полосах, где они могут перемещаться на большие расстояния по отношению к атомным расстояниям, будучи общими со многими атомами/молекулами.
Когда к проводнику приложено электрическое поле, электроны притягиваются к полюсам и движутся в направлении электрического поля, и возникает ток. В проводнике с замкнутой цепью изменяющееся магнитное поле будет создавать электрическое поле, на которое электроны будут реагировать, двигаясь в направлении, указанном полем.
Меняющееся магнитное поле индуцирует электрическое поле. Стабильный ничего не делает.
