تساعد قاعدة الكسل على تحديد. حكم لينز. قانون الحث الكهرومغناطيسي. يتحرك المغناطيس بعيدًا عن الملف

ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي هي أنه نتيجة تغير زمن التدفق المغناطيسي الذي يخترق دائرة موصلة مغلقة، ينشأ تيار كهربائي في الدائرة. اكتشف هذه الظاهرة عالم الفيزياء البريطاني ماكس فاراداي عام 1831.

دعونا نقدم الترميز الذي نحتاجه لكتابة الصيغة. للإشارة إلى التدفق المغناطيسي نستخدم الحرف Ф، منطقة الكفاف - S، حجم متجه الحث المغناطيسي - B، α هي الزاوية بين المتجه B → والعادي n → لمستوى الكفاف.

يمكن إعطاء التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر منطقة حلقة موصلة مغلقة بالصيغة التالية:

Φ = B S cos α،

دعونا نوضح الصيغة.

الصورة 1 . 20 . 1 . التدفق المغناطيسي خلال حلقة مغلقة. يرتبط الاتجاه الطبيعي n → والاتجاه الإيجابي المحدد l → تجاوز الكفاف بقاعدة الثقب اليمنى.

تعتبر وحدة التدفق المغناطيسي في SI هي 1 ويبر (V b). يمكن إنشاء تدفق مغناطيسي يساوي 1 V b في دائرة مسطحة بمساحة 1 م 2 تحت تأثير مجال مغناطيسي بتحريض 1 T l يخترق الدائرة في الاتجاه الطبيعي.

1 فولت ب = 1 تي لتر م 2

قانون فاراداي

يؤدي التغير في التدفق المغناطيسي إلى ظهور القوى الدافعة الكهربية المستحثة δ وn في الدائرة الموصلة، وهي تساوي السرعة التي يتغير بها التدفق المغناطيسي عبر السطح المحدد بالدائرة، مأخوذة بعلامة الطرح. تم إنشاء هذا تجريبيًا لأول مرة بواسطة ماكس فاراداي. وكتب ملاحظته في شكل صيغة القوة الدافعة الكهربية المستحثة، والتي تسمى الآن قانون فاراداي:

التعريف 1

قانون فاراداي:

δ و ن د = - ∆ Φ ∆ ر

حكم لينز

التعريف 2

وفقا للنتائج التجريبية، فإن تيار الحث الذي يحدث في حلقة مغلقة نتيجة للتغير في التدفق المغناطيسي يتم توجيهه دائما بطريقة معينة. يمنع المجال المغناطيسي الناتج عن التيار التحريضي التغير في التدفق المغناطيسي الذي تسبب في هذا التيار التحريضي. صاغ لينز هذه القاعدة في عام 1833.

دعونا نوضح قاعدة لينز من خلال رسم يصور دائرة موصلة مغلقة ثابتة موضوعة في مجال مغناطيسي منتظم. يزداد معامل الحث مع مرور الوقت.

مثال 1

بفضل قاعدة لينز، يمكننا تبرير حقيقة أنه في صيغة الحث الكهرومغناطيسي δ و n d و ∆ Φ ∆ t متقابلان في الإشارة.

إذا فكرت في المعنى المادي لقاعدة لينز، فهذه حالة خاصة من قانون الحفاظ على الطاقة.

هناك سببان لحدوث تغيير في التدفق المغناطيسي الذي يخترق دائرة مغلقة:

1. التغير في التدفق المغناطيسي بسبب حركة الدائرة بأكملها أو أجزائها الفردية في مجال مغناطيسي لا يتغير مع مرور الوقت؛
2. التغير في المجال المغناطيسي مع دائرة ثابتة.

دعنا ننتقل إلى النظر في هذه الحالات بمزيد من التفصيل.

تحريك الدائرة أو أجزائها في مجال مغناطيسي ثابت

عندما تتحرك الموصلات وحاملات الشحنة الحرة في مجال مغناطيسي، يحدث قوة دافعة مستحثة. يمكن تفسير حدوث δ و n d من خلال تأثير قوة لورنتز على الشحنات الحرة في الموصلات المتحركة. قوة لورنتز هنا هي قوة خارجية.

مثال 2

في الشكل، قمنا بتصوير مثال على الحث عندما يتم وضع كفاف مستطيل في مجال مغناطيسي موحد B → موجه بشكل عمودي على مستوى الكفاف. يتحرك أحد جوانب الكفاف على طول الجانبين الآخرين بسرعة معينة.

الصورة 1 . 20 . 3. حدوث القوة الدافعة الكهربية المستحثة في موصل متحرك. ينعكس مكون قوة لورنتز المؤثرة على الإلكترون الحر

تتأثر الشحنات الحرة للجزء المتحرك من الدائرة بقوة لورنتز. يتم توجيه المكون الرئيسي لقوة لورنتز في هذه الحالة على طول الموصل ويرتبط بسرعة نقل الشحنات υ →. معامل هذه القوة الخارجية يساوي:

F L = ه υ → ب.

الشغل المبذول بواسطة القوة F L على المسار l يساوي:

أ = ف ل · ل = υ ب ل .

وفقا لتعريف EMF:

δ و n d = A e = υ B l .

قيمة القوة الخارجية المؤثرة على الأجزاء الثابتة من الكفاف هي صفر. بالنسبة للعلاقة بين δ و n d، يمكنك كتابة نسخة أخرى من الصيغة. تتغير منطقة الكفاف بمرور الوقت بمقدار Δ S = l υ Δ t. وفقًا لذلك، سيتغير التدفق المغناطيسي أيضًا بمرور الوقت: Δ Φ = B l υ Δ t.

لذلك،

δ و ن د = ∆ Φ ∆ ر.

يمكن تعيين العلامات الموجودة في الصيغة التي تتعلق بـ δ و ind و ∆ Φ ∆ t اعتمادًا على الاتجاه الطبيعي والكفافي الذي تم اختياره. في حالة اختيار الاتجاهات العادية n → والاتجاه الإيجابي لعبور الكفاف l → المتسقين مع بعضهما البعض وفقًا لقاعدة المثقاب الأيمن، يمكن للمرء الوصول إلى صيغة فاراداي.

بشرط أن تكون مقاومة الدائرة بأكملها ر، ثم يتدفق من خلاله تيار تحريضي يساوي I و n d = δ و n d R. خلال الوقت Δt عند المقاومة رسيتم إطلاق حرارة جول:

∆ Q = R I و n d 2 ∆ t = υ 2 B 2 l 2 R ∆ t

ليس هناك مفارقة هنا. نحن ببساطة لم نأخذ في الاعتبار تأثير قوة أخرى على النظام. التفسير هو أنه عندما يتدفق تيار تحريضي عبر موصل يقع في مجال مغناطيسي، فإن مكونًا آخر من قوة لورنتز يؤثر على الشحنات الحرة، والتي ترتبط بالسرعة النسبية لحركة الشحنات على طول الموصل. بفضل هذا المكون، تظهر قوة أمبير F A →.

على سبيل المثال المذكور أعلاه، فإن معامل قوة أمبير يساوي F A = ​​​​I B l. اتجاه قوة أمبير يؤدي إلى عمل ميكانيكي سلبي A me x. يمكن حساب هذا العمل الميكانيكي خلال فترة زمنية معينة باستخدام الصيغة:

أ لي x = - F υ ∆ t = - I B l υ ∆ t = - υ 2 B 2 ل 2 R ∆ t

موصل يتحرك في مجال مغناطيسي يتعرض للكبح المغناطيسي. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الشغل الإجمالي الذي تبذله قوة لورنتز يساوي صفرًا. يمكن إطلاق حرارة الجول إما بسبب انخفاض الطاقة الحركية للموصل المتحرك، أو بسبب الطاقة التي تحافظ على سرعة حركة الموصل في الفضاء.

التغير في المجال المغناطيسي مع دائرة ثابتة

التعريف 3

دوامة المجال الكهربائيهو مجال كهربائي ناتج عن تغير المجال المغناطيسي.

على النقيض من المجال الكهربائي المحتمل، فإن عمل المجال الكهربائي الدوامي عند تحريك شحنة موجبة واحدة على طول دائرة موصلة مغلقة يساوي δ و n d في موصل ثابت.

في الموصل الثابت، لا يمكن تحريك الإلكترونات إلا بواسطة مجال كهربائي. ولا يمكن تفسير حدوث δ و n d بفعل قوة لورنتز.

أول من قدم مفهوم المجال الكهربائي الدوامي كان الفيزيائي الإنجليزي جون ماكسويل. حدث هذا في عام 1861.

في الواقع، فإن ظاهرة التحريض في الموصلات المتحركة والثابتة تسير بنفس الطريقة. لذا في هذه الحالة يمكننا أيضًا استخدام صيغة فاراداي. تتعلق الاختلافات بالسبب المادي لحدوث التيار المستحث: في الموصلات المتحركة δ و n d يتم تحديدها بواسطة قوة لورنتز، في الموصلات الثابتة - من خلال التأثير على الشحنات الحرة للمجال الكهربائي الدوامة الذي ينشأ عندما يتغير المجال المغناطيسي.

الصورة 1 . 20 . 4 . نموذج الحث الكهرومغناطيسي

الصورة 1 . 20 . 5 . نموذج فاراداي التجريبي

الصورة 1 . 20 . 6. نموذج المولد

إذا لاحظت وجود خطأ في النص، فيرجى تحديده والضغط على Ctrl+Enter

تحدد قاعدة لينز اتجاه التيار المستحث الناتج عن الحث الكهرومغناطيسي

الرسوم المتحركة

وصف

"إذا تحرك موصل معدني بالقرب من تيار كلفاني أو بالقرب من مغناطيس، فإن تيار كلفاني يثار فيه في اتجاه يؤدي إلى حركة السلك الساكن في الاتجاه المعاكس مباشرة لاتجاه الحركة المفروضة على المعدن. من الخارج، على افتراض أن السلك الساكن لا يمكن أن يتحرك إلا في اتجاه هذه الحركة الأخيرة أو العكس تمامًا. أستاذ جامعة سانت بطرسبرغ إي إتش لينز، 1833.

تعتمد قاعدة لينز على تعميم التجارب الحث الكهرومغناطيسي.

في شكل مكثف، يمكن صياغة قاعدة لينز على النحو التالي:

التيار المستحث الناشئ في موصل مغلق له اتجاه يمنع التغير في تدفق الحث المغناطيسي الذي يسببه.

أي أن التيار المستحث يخلق، من خلال المنطقة المحددة بالكفاف، تدفقًا خاصًا به من الحث المغناطيسي، للتعويض عن التغير في تدفق الحث المغناطيسي الذي يسببه:

dФ = (B, d S) Yu dФ = B Х dS Х cos a,

حيث a هي الزاوية بين متجه الحث المغناطيسي للمجال الخارجي والمستوى الطبيعي للملف اللولبي.

دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة.

1. خذ الملف اللولبي (الملف) C، مغلقًا عبر الجلفانومتر G (الشكل 1).

ظهور تيار تحريضي في الملف اللولبي عندما يقترب منه مغناطيس دائم

أرز. 1

وسنقرب المغناطيس الدائم من أحد طرفيه مع القطب الشمالي مثلا. سينشأ تيار كهربائي في الملف اللولبي، والذي سيتم اكتشافه عن طريق انحراف إبرة الجلفانومتر. يتم توجيه التيار التعريفي عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إلى الملف اللولبي من الجانب المغناطيسي.

مع اقتراب المغناطيس من الملف اللولبي، يزداد تدفق ناقل الحث المغناطيسي الذي يخترق لفات الملف اللولبي، مع زيادة الحث المغناطيسي لمجال المغناطيس. يتم توجيه المجال المغناطيسي للتيار المستحث في الملف اللولبي إلى الخارج من الملف اللولبي (قاعدة المثقاب)، أي أنه يعوض الزيادة في مجال المغناطيس. يتوافق مع قاعدة لينز.

2. خذ الملف اللولبي C، مغلقًا عبر الجلفانومتر G. سنقوم بإزالة المغناطيس الدائم من أحد طرفيه (الشكل 2).

ظهور تيار تحريضي في الملف اللولبي عندما يتحرك المغناطيس الدائم بعيدًا عنه

أرز. 2.

عندما يتحرك المغناطيس بعيدًا عن الملف اللولبي، يتناقص تدفق ناقل الحث المغناطيسي الذي يخترق لفات الملف اللولبي، نظرًا لانخفاض الحث المغناطيسي لمجال المغناطيس. يتم توجيه المجال المغناطيسي للتيار المستحث في الملف اللولبي داخل الملف اللولبي (قاعدة المثقاب)، أي أنه يعوض النقص في مجال المغناطيس. يتوافق مع قاعدة لينز.

من الواضح أن نتيجة التجارب لن تتغير إذا كان المغناطيس ثابتًا وتحرك الملف اللولبي.

وبتحليل نتائج هاتين التجربتين، يمكن استخلاص استنتاج آخر: عندما يقترب القطب الشمالي للمغناطيس من الملف اللولبي، يقوم تيار الحث بإنشاء مجال مغناطيسي، يتم توجيه تحريضه نحو تحريض المجال المغناطيسي للمغناطيس وبالتالي فإن المغناطيس والملف اللولبي يتنافران، أي أنه تنشأ بينهما قوة معاكسة لحركة المغناطيس، مما يتسبب في حدوث تيار تحريضي. عند إزالة المغناطيس، ينجذب المغناطيس والملف اللولبي، أي أنه تنشأ مرة أخرى قوة بينهما تعاكس حركة المغناطيس.

قاعدة لينز هي نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة. وفي الواقع، فإن التيارات التحريضية، مثل أي تيارات كهربائية أخرى، تقوم ببعض الشغل. وهذا يعني أنه عندما يتحرك موصل مغلق (الملف اللولبي) في مجال مغناطيسي، يجب بذل عمل إضافي بواسطة قوى خارجية. وهذا هو الشغل الذي يحدث بسبب القوى التي تعيق حركة المغناطيس.

ويلاحظ أيضًا تغيير في التدفق خلال دورات الملف اللولبي C عند النظر في الحركة النسبية للمغناطيس من القطب الجنوبي إلى الملف اللولبي C، واستبدال المغناطيس بملف لولبي أو الدوران بالتيار، وإغلاق وفتح الملف اللولبي. دائرة مثل هذا الملف اللولبي (أو المنعطف) ، بالإضافة إلى الدورات المتبادلة للملف اللولبي C والعنصر الذي يخلق المجال المغناطيسي .

خصائص التوقيت

وقت البدء (سجل إلى -10 إلى 2)؛

مدى الحياة (سجل ح من 15 إلى 15)؛

الكلمات الدالة

• الحث المغناطيسي
• الحث الكهرومغناطيسي
• الفيض المغناطيسي
• تدفق ناقلات الحث المغناطيسي
• حلقة مغلقة
• موصل مغلق
• مغناطيس
• مجال مغناطيسي
• كهرباء
• الحالية التي يسببها
• الملف اللولبي
• دور
• حكم لينز
• قانون لينز
• لفه

أقسام العلوم الطبيعية:

درس حول موضوع "قاعدة لينز". ظاهرة الحث الذاتي. طاقة المجال المغناطيسي".

الغرض من الدرس : تعلم كيفية تحديد اتجاه التيار التعريفي؛ باستخدام مثال قاعدة لينز، قم بصياغة فكرة عن الطبيعة الأساسية لوكالة الفضاء الأوروبية؛ شرح جوهر ظاهرة الاستقراء الذاتي؛ اشتقاق صيغة لحساب طاقة المجال المغناطيسي، واكتشف المعنى الفيزيائي لهذه الصيغة.

خطة الدرس:

التحقق من الواجبات المنزلية.

تقديم مواد جديدة.

الدمج.

العمل في المنزل.

التحقق من الواجبات المنزلية.

خطة تقديم مواد جديدة:

1. اتجاه التيار التعريفي.
2. قاعدة لينز وZSE.
3. ظاهرة الاستقراء الذاتي.
4. EMF للحث الذاتي.
5. الحث.
6. تطبيق ومحاسبة الاستقراء الذاتي في التكنولوجيا.
7. طاقة المجال المغناطيسي الحالي.

اتجاه التيار التعريفي.

أسئلة للطلاب لتحديث المعرفة السابقة:

اذكر سلسلتين من تجارب فاراداي لدراسة ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي (حدوث تيار تحريضي في ملف عند تحريك مغناطيس أو ملف به تيار للداخل والخارج؛ حدوث تيار تحريضي في ملف واحد عندما يتغير التيار وفي مكان آخر عن طريق إغلاق أو فتح الدائرة أو استخدام المتغير).

هل يعتمد اتجاه انحراف إبرة الجلفانومتر على اتجاه حركة المغناطيس بالنسبة للملف؟ (يعتمد على: عندما يقترب المغناطيس من الملف، ينحرف السهم في اتجاه واحد، عند إزالة المغناطيس، في الاتجاه الآخر).

كيف (استنادا إلى قراءات الجلفانومتر) يختلف التيار المستحث الذي ينشأ في الملف عندما يقترب المغناطيس عن التيار الذي ينشأ عندما يتحرك المغناطيس بعيدا (بنفس سرعة المغناطيس)؟ (التيار يختلف في الاتجاه).

وبالتالي، عندما يتحرك المغناطيس بالنسبة للملف، يمكن أن يكون اتجاه انحراف إبرة الجلفانومتر (وبالتالي اتجاه التيار) مختلفًا (الشريحة 5).

باستخدام تجربة لينز، دعونا نقوم بصياغة القاعدة لإيجاد اتجاه تيار الحث (فيديو "عرض توضيحي لظاهرة الحث الكهرومغناطيسي"). شرح تجربة لينز (الشريحة 6): إذا قمت بتقريب مغناطيس من حلقة موصلة، فسوف يبدأ في صده عن المغناطيس. لا يمكن تفسير هذا التنافر إلا من خلال حقيقة أن تيارًا مستحثًا ينشأ في الحلقة بسبب زيادة التدفق المغناطيسي عبر الحلقة، وتتفاعل الحلقة مع التيار مع المغناطيس.

قاعدة لينز وقانون الحفاظ على الطاقة (الشريحة 7).

إذا زاد التدفق المغناطيسي عبر الدائرة، فإن اتجاه التيار المستحث في الدائرة يكون بحيث يتم توجيه ناقل الحث المغناطيسي للمجال الناتج عن هذا التيار عكس اتجاه ناقل الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الخارجي.

إذا انخفض التدفق المغناطيسي عبر الدائرة، فإن اتجاه التيار المستحث يكون بحيث يكون متجه الحث المغناطيسي للمجال الناتج عن هذا التيار متماثل الاتجاه مع متجه الحث المغناطيسي للمجال الخارجي.

صياغة قاعدة لينز (الشريحة 8): التيار المستحث له اتجاه بحيث يميل التدفق المغناطيسي الناتج عنه دائمًا إلى التعويض عن التغير في التدفق المغناطيسي الذي تسبب في هذا التيار.

قاعدة لينز هي نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة.

لنفكر في مثال على ظهور قاعدة لينز في الحياة (الشريحة 9) - مغناطيس يطفو فوق وعاء فائق التوصيل. يمكنك شرح ما يحدث بإيجاز على النحو التالي: سقوط المغناطيس؛ ينشأ مجال مغناطيسي متناوب. ينشأ مجال كهربائي دوامي. تنشأ تيارات حلقية غير مخمدة في الموصل الفائق؛ وفقًا لقاعدة لينز، يكون اتجاه هذه التيارات بحيث يتم صد المغناطيس عن الموصل الفائق؛ "يطفو" المغناطيس فوق الوعاء.

ظاهرة الحث الذاتي.

قبل النظر في ظاهرة الحث الذاتي، دعونا نتذكر ما هو جوهر ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي - حدوث تيار مستحث في دائرة مغلقة عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر هذه الدائرة. لنفكر في أحد الخيارات المختلفة لتجارب فاراداي (الشريحة 10): إذا تغيرت شدة التيار في دائرة تحتوي على دائرة مغلقة (ملف)، فسينشأ تيار مستحث أيضًا في الدائرة نفسها. سوف يطيع هذا التيار أيضًا قاعدة لينز.

لنفكر في تجربة إغلاق دائرة تحتوي على ملف (الشريحة 11). عندما تكون الدائرة مع الملف مغلقة، يتم تحديد قيمة تيار معينة فقط بعد مرور بعض الوقت.

تعريف الحث الذاتي (الشريحة 12): الحث الذاتي – ظهور مجال كهربائي دوامي في دائرة موصلة عندما تتغير قوة التيار فيه؛ حالة خاصة من الحث الكهرومغناطيسي.
بسبب الحث الذاتي، فإن الدائرة المغلقة لديها "قصور ذاتي": لا يمكن تغيير قوة التيار في الدائرة التي تحتوي على الملف على الفور.

EMF الحث الذاتي (الشريحة 13). ما هي صيغة قانون الحث الكهرومغناطيسي؟

(ℰ أنا= -). إذا تم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة تيار، فيمكن القول أن Ф ~ В ~أنا، أي. ف~ أناأو ح= لي، أين ل- محاثة الدائرة (أو معامل الحث الذاتي). عندها سيأخذ قانون الحث الكهرومغناطيسي في حالة الحث الذاتي الشكل التالي:ℰ سي= - = - أو ℰ سي = - ل(صيغة لحساب الحث الذاتي emf).

الحث (الشريحة 14).

إذا كنا من صيغة حساب الحث الذاتي emf نعبر عن معامل التناسبل، نحن نحصل: ل= ℰ سي/ . ثم نساوي بوحدة قيم الكميات التي يمكننا ضبطها مباشرة - معدل تغير شدة التيار هو 1 أمبير في الثانية. نحصل على صيغة تعكس المعنى المادي لمعامل الحث الذاتي (الحث): محاثة الدائرة تساوي عدديًا المجال الكهرومغناطيسي للحث الذاتي الذي يحدث عندما يتغير التيار بمقدار 1 أ في 1 ثانية.

وحدات الحث SI: = 1 = 1 H (هنري).

تطبيق ومحاسبة الاستقراء الذاتي في التكنولوجيا (الشريحة 15).

بسبب ظاهرة الحث الذاتي، عندما يتم فتح دوائر تحتوي على ملفات ذات قلب فولاذي (مغناطيس كهربائي، محركات، محولات)، يتم إنشاء قوة دافعة كهربية كبيرة ذات تحريض ذاتي وقد يحدث شرارة أو حتى تفريغ قوسي. كواجب منزلي، أقترح (إذا رغبت في ذلك) إعداد عرض تقديمي حول موضوع "كيفية القضاء على الحث الذاتي غير المرغوب فيه عند فتح الدائرة؟"

طاقة المجال المغناطيسي (الشريحة 16):

لنتذكر التجربة التي تؤكد وجود ظاهرة الحث الذاتي: عند إغلاق الدائرة الكهربية، لم يومض المصباح الكهربائي على الفور، ولكن عند فتح الدائرة الكهربية مع الملف، يومض المصباح الكهربائي بدلاً من أن ينطفئ لمدة قصيرة. من الواضح أن وميض المصباح الكهربائي يتطلب طاقة. ويتم تخزين هذه الطاقة في الملف على شكل طاقة مجال مغناطيسي. لاشتقاق طاقة المجال المغناطيسي، نستخدم تشبيهًا بين إنشاء تيار كهربائي في دائرة مقدارها I وعملية اكتساب الجسم للسرعة V.

1. يحدث إنشاء التيار I في الدائرة تدريجياً.

1. يصل الجسم إلى السرعة V تدريجياً.

2. لتحقيق القوة الحالية، يجب القيام بالعمل.

2. لتحقيق السرعة V، يجب القيام بالعمل.

3. كلما كان L أكبر، كان نموي أبطأ.

3. كلما زاد حجم m، كلما كان نمو V أبطأ.

4. ث م =

4. ه إلى =

الدمج (الشريحة 17) - الأسئلة 1 - 8 في الصفحة 113 من الكتاب المدرسي.

الواجب المنزلي (الشريحة 18) - § 15

في عام 1834، قدم الأكاديمي الروسي إي إتش لينز، المعروف بدراساته العديدة في مجال الظواهر الكهرومغناطيسية، قاعدة عالمية لتحديد اتجاه القوة الدافعة الكهربائية المستحثة (EMF) في الموصل. ويمكن صياغة هذه القاعدة، المعروفة بقاعدة لينز، على النحو التالي:

يكون اتجاه المجال الكهرومغناطيسي المستحث دائمًا بحيث يكون التيار الناتج عنه وله اتجاه يميل إلى التداخل مع السبب الذي يولد هذا المجال الكهرومغناطيسي المستحث.

تم التأكد من صحة صياغة قاعدة لينز من خلال التجارب التالية:

الشكل 1. مقاومة موصل به تيار مستحث لحركته

1. إذا تم وضعه كما هو موضح في الشكل 1، فعند التحرك للأسفل سوف يعبر الموصل هذا المجال المغناطيسي. ثم يتم إحداث قوة دافعة كهربية في الموصل، والتي يمكن تحديد اتجاهها. في حالتنا، فإن اتجاه المجال الكهرومغناطيسي المستحث، وبالتالي التيار، سيكون "نحونا". دعونا نرى الآن كيف سيتصرف موصلنا مع التيار في المجال المغناطيسي. عرفنا من المقالات السابقة أن الموصل الذي يحمل تيارًا سيتم دفعه خارج المجال المغناطيسي. يتم تحديد اتجاه الطرد بواسطة قاعدة اليد اليسرى. في حالتنا، يتم توجيه قوة الطفو إلى الأعلى. وبالتالي، فإن التيار المستحث، الذي يتفاعل مع المجال المغناطيسي، يتداخل مع حركة الموصل، أي أنه يتصدى للسبب الذي تسبب فيه.

2. للتجربة، سوف نقوم بتجميع الدائرة الموضحة في الشكل 2. وبإنزالها في الملف (مع القطب الشمالي للأسفل)، سنلاحظ انحراف إبرة الجلفانومتر. تظهر التجربة أن اتجاه التيار المتولد في الملف سيكون كما هو موضح بالأسهم في الشكل 2، أ. دعها تتوافق مع انحراف السهم إلى اليسار من موضع الصفر المتوسط. ونتيجة لذلك، يبدو أن الملف قد تحول إلى اتجاه محدد للتيار، مما يخلق قطبه الشمالي في الأعلى، والقطب الجنوبي في الأسفل. نظرًا لأن أقطاب المغناطيس والملف اللولبي سوف تتنافر، فإن التيار المستحث في الملف سوف يتداخل مع حركة المغناطيس الدائم، أي أنه سوف يتصدى للسبب الذي تسبب فيه.

الشكل 2. مقاومة الملف اللولبي لحركة المغناطيس:
أ- تحت، ب- أعلى

إذا قمنا بإزالة المغناطيس الدائم من الملف، فسوف تنحرف إبرة الجلفانومتر إلى اليمين (الشكل 2، ب). وهذا الانحراف لإبرة الجلفانومتر، كما أظهرت التجربة، يتوافق مع اتجاه التيار المستحث، الموضح بواسطة الأسهم في الشكل 2، ب، وعكس اتجاه التيار في الشكل 2، أ.

وبتحديد أقطاب الملف باستخدام "قاعدة الثقب"، نجد أن القطب الجنوبي سيكون الآن في أعلى الملف، والقطب الشمالي في الأسفل. سيؤدي جذب الأقطاب المتقابلة للمغناطيس والملف اللولبي إلى إبطاء حركة المغناطيس. وهذا يعني أن التيار المستحث سوف يتصدى مرة أخرى للسبب الذي تسبب فيه.

الشكل 3. حدوث التيار المستحث ثانيا: أ- في لحظة إغلاق الدائرة أنا, ب- لحظة فتح الدائرة

3. استكمال الدائرة أنا(الشكل 3، أ) ، دعنا نمرر التيار عبر الموصل أ.ب. يظهر اتجاه التيار في الشكل بواسطة الأسهم. المجال المغناطيسي للموصل أ.ب، الناتج عن التيار الناشئ، المنتشر في كل الاتجاهات، سوف يعبر الموصل VG، وفي السلسلة ثانيايحدث emf المستحث. بما أن الدائرة II مغلقة أمام الجلفانومتر، فسيظهر تيار فيها. يتم تشغيل الجلفانومتر في هذه الحالة بنفس الطريقة كما في التجربة السابقة.

ستظهر إبرة الجلفانومتر المنحرفة إلى اليسار أن التيار يتدفق عبر الجهاز من الأعلى إلى الأسفل. بمقارنة اتجاه التيارات في الموصلات AB وVG، نرى أن تياراتها موجهة في اتجاهات مختلفة.

كما نعلم بالفعل، الموصلات التي يتم فيها توجيه التيارات في اتجاهات مختلفة، الواحدة عن الأخرى. ولذلك الموصل VGمع التيار المستحث سوف يميل إلى الابتعاد عن الموصل أ.ب(نفس الموصل أ.بمن VG) ، القضاء على تأثير مجال الموصل أ.بوبالتالي تتداخل مع السبب الذي تسبب في التيار المستحث.

التيار المستحث في الدائرة ثانياسوف يستغرق وقتا قصيرا. بمجرد موصل أ.بسيتم إنشاء تقاطع الموصل VGالمجال المغناطيسي للموصل أ.ب، التيار في الدائرة ثانياسوف تختفي.

عندما تفتح الدائرة أناسيؤدي اختفاء التيار إلى انخفاض في المجال المغناطيسي الذي تعبر خطوطه التحريضية الموصل VG، سيخلق فيه تيارًا مستحثًا في نفس الاتجاه كما هو الحال في الموصل أ.ب(الشكل 3، ب).

نحن نعلم أن الموصلات التي يتدفق فيها التيار في اتجاه واحد تتجه نحو الاتجاه الآخر. ولذلك الموصل VGسوف تميل إلى الوصول إلى الموصل أ.بللحفاظ على مجالها المغناطيسي المتناقص.

4. في المثال التالي، لنأخذ ملفًا يحتوي على قلب دائري مصنوع من أسلاك الفولاذ المقطعة، والتي تم وضع حلقة ألومنيوم خفيفة عليها بشكل غير محكم (الشكل 4). في لحظة إغلاق الدائرة، يبدأ المجال المغناطيسي بالمرور عبر لف الملف، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا، حيث تولد خطوط الحث، التي تعبر حلقة الألومنيوم، تيارًا فيه. في لحظة تشغيل الملف، يظهر تيار مستحث في حلقة الألومنيوم، موجه بشكل معاكس للتيار المار في لفات الملف. الموصلات التي لها اتجاهات مختلفة للتيار التحريضي تتنافر. ولذلك، عند تشغيل الملف، تقفز حلقة الألومنيوم لأعلى.

نحن نعلم الآن أنه مع أي تغيير في زمن التدفق المغناطيسي الذي يخترق الدائرة، يظهر فيها قوة دافعة مستحثة، تحددها المساواة:

يمثل التعبير في هذه الصيغة متوسط ​​معدل تغير التدفق المغناطيسي مع مرور الوقت. كلما قصرت الفترة الزمنية Δ ركلما قل اختلاف EMF أعلاه عن قيمته الفعلية في وقت معين. تشير علامة الطرح الموجودة أمام التعبير إلى اتجاه القوة الدافعة الكهربية المستحثة، أي أنها تأخذ في الاعتبار قاعدة لينز.

مع زيادة التدفق المغناطيسي، سيكون التعبير موجبًا وسيكون القوة الدافعة الكهربية سالبة. هذه هي قاعدة لينز: إن المجال الكهرومغناطيسي والتيار الذي ينشئه يتعارضان مع السبب الذي تسبب فيه.

إذا تغير التدفق المغناطيسي بانتظام مع مرور الوقت، فسيكون التعبير ثابتًا. عندها ستكون القيمة المطلقة للمجال الكهرومغناطيسي في الموصل مساوية لـ:

سيكون بعد التدفق المغناطيسي:

[و] = [ ه × ر] = V × sec أو weber.

إذا لم يكن لدينا موصل واحد، بل ملف يتكون من ثالمنعطفات، فإن حجم المجال الكهرومغناطيسي المستحث سيكون:

يُطلق على ناتج عدد لفات الملف والتدفق المغناطيسي المرتبط بها ارتباط التدفق للملف ويُشار إليه بالحرف ψ. ولذلك يمكن كتابة القانون بصيغة أخرى:

>> اتجاه التيار التعريفي. حكم لينز

من خلال توصيل الملف الذي يحدث فيه التيار المستحث بالجلفانومتر، يمكنك أن تجد أن اتجاه هذا التيار يعتمد على ما إذا كان المغناطيس يقترب من الملف (على سبيل المثال، مع القطب الشمالي) أو يبتعد عنه (انظر الشكل 1). 2.2، ب).

المستجدة الحالية التي يسببهامن اتجاه أو آخر يتفاعل بطريقة أو بأخرى مع المغناطيس (يجذبه أو يصده). الملف الذي يمر عبره تيار يشبه المغناطيس ذو قطبين - الشمال والجنوب. يحدد اتجاه التيار التحريضي أي طرف من الملف يعمل كقطب شمالي (تخرج منه خطوط الحث المغناطيسي). بناءً على قانون حفظ الطاقة، من الممكن التنبؤ بالحالات التي سيجذب فيها الملف المغناطيس وفي الحالات التي سيصده فيها.

تفاعل التيار التحريضي مع المغناطيس.إذا تم تقريب المغناطيس من الملف، فسيظهر فيه تيار مستحث في اتجاه يؤدي إلى صد المغناطيس بالضرورة. لتقريب المغناطيس والملف من بعضهما البعض، يجب القيام بعمل إيجابي. يصبح الملف مثل المغناطيس، حيث يواجه قطبه الذي يحمل نفس الاسم المغناطيس الذي يقترب منه. الأعمدة التي تحمل نفس الاسم تتنافر.

عند إزالة المغناطيس، على العكس من ذلك، يظهر تيار في الملف في اتجاه تظهر فيه قوة جذب للمغناطيس.

ما الفرق بين التجربتين: تقريب المغناطيس من الملف وتحريكه بعيدًا؟ في الحالة الأولى، يزداد عدد خطوط الحث المغناطيسي التي تخترق لفات الملف، أو التدفق المغناطيسي، (الشكل 2.5، أ)، وفي الحالة الثانية يتناقص (الشكل 2.5) ، ب). علاوة على ذلك، في الحالة الأولى، فإن خطوط الحث للمجال المغناطيسي الناتجة عن التيار التحريضي الذي ينشأ في الملف تخرج من الطرف العلوي للملف، حيث أن الملف يصد المغناطيس، وفي الحالة الثانية، على العكس من ذلك ، يدخلون في هذه النهاية. تظهر خطوط الحث المغناطيسي هذه باللون الأسود في الشكل 2.5. في الحالة أ، يكون الملف ذو التيار مشابهًا للمغناطيس، حيث يقع القطب الشمالي في الأعلى، وفي الحالة ب، في الأسفل.

ويمكن استخلاص استنتاجات مماثلة باستخدام التجربة الموضحة في الشكل 2.6. في طرفي القضيب، الذي يمكن أن يدور بحرية حول محور عمودي، يتم تثبيت حلقتين موصلتين من الألومنيوم. واحد منهم لديه قطع. إذا قمت بإحضار مغناطيس إلى الحلقة بدون قطع، فسوف ينشأ فيه تيار تحريضي وسيتم توجيهه بحيث تندفع هذه الحلقة بعيدًا عن المغناطيس ويدور القضيب. إذا قمت بإزالة المغناطيس من الحلقة، على العكس من ذلك، فسوف ينجذب إلى المغناطيس. لا يتفاعل المغناطيس مع الحلقة المقطوعة، لأن القطع يمنع حدوث تيار تحريضي في الحلقة. ما إذا كان المغناطيس يتنافر أو يجذب الملف يعتمد على اتجاه التيار التحريضي فيه. ولذلك فإن قانون الحفاظ على الطاقة يسمح لنا بصياغة قاعدة تحدد اتجاه التيار التحريضي.

نأتي الآن إلى الشيء الرئيسي: مع زيادة التدفق المغناطيسي عبر لفات الملف، يكون للتيار المستحث اتجاه بحيث يمنع المجال المغناطيسي الذي يخلقه زيادة التدفق المغناطيسي خلال لفات الملف. بعد كل شيء، يتم توجيه خطوط الحث لهذا المجال ضد خطوط الحث للمجال، والتغيير الذي يولد تيارا كهربائيا. إذا ضعف التدفق المغناطيسي عبر الملف، فإن الحث
يخلق التيار مجالًا مغناطيسيًا بالتحريض، مما يزيد من التدفق المغناطيسي خلال لفات الملف.

وهذا هو جوهر القاعدة العامة لتحديد اتجاه التيار التحريضي، والتي تنطبق في جميع الحالات. تم تأسيس هذه القاعدة من قبل الفيزيائي الروسي إي إتش لينز.

وفقا لقاعدة لينز التيار المستحث الناشئ في دائرة مغلقة بمجالها المغناطيسي يقاوم التغير في التدفق المغناطيسي الذي يسببه. وبإيجاز أكثر، يمكن صياغة هذه القاعدة على النحو التالي: يتم توجيه التيار المستحث بحيث يتداخل مع السبب الذي يسببه.

لتطبيق قاعدة لينز لإيجاد اتجاه التيار التحريضي في الدائرة، من الضروري القيام بما يلي:

1. تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي الخارجي.
2. اكتشف ما إذا كان تدفق ناقل الحث المغناطيسي لهذا المجال عبر السطح الذي يحده الكفاف يزيد (Ф > 0) أو يتناقص (Ф)< 0).
3. ضبط اتجاه خطوط الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي للتيار المستحث. ووفقا لقاعدة لينز، يجب أن تكون هذه الخطوط موجهة عكس خطوط الحث المغناطيسي عند Ф > 0 وأن يكون لها نفس الاتجاه عند Ф.< 0.
4. بمعرفة اتجاه خطوط الحث المغناطيسي، أوجد اتجاه التيار التحريضي باستخدام قاعدة الثقب.

يتم تحديد اتجاه التيار التعريفي باستخدام قانون الحفاظ على الطاقة. وفي جميع الأحوال يتم توجيه التيار المستحث بحيث يمنع مجاله المغناطيسي التغير في التدفق المغناطيسي المسبب للمعطى الحالية التي يسببها.

1. كيف يتم تحديد اتجاه التيار التعريفي؟
2. هل سيظهر مجال كهربائي في حلقة مقطوعة إذا أحضرت مغناطيسًا إليها؟

محتوى الدرس ملاحظات الدرسدعم إطار عرض الدرس وأساليب تسريع التقنيات التفاعلية يمارس المهام والتمارين ورش عمل الاختبار الذاتي، والتدريبات، والحالات، والمهام، والواجبات المنزلية، وأسئلة المناقشة، والأسئلة البلاغية من الطلاب الرسوم التوضيحية الصوت ومقاطع الفيديو والوسائط المتعددةصور فوتوغرافية، صور، رسومات، جداول، رسوم بيانية، فكاهة، نوادر، نكت، كاريكاتير، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، اقتباسات الإضافات الملخصاتالمقالات والحيل لأسرّة الأطفال الفضوليين والكتب المدرسية الأساسية والإضافية للمصطلحات الأخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء من الكتاب المدرسي، وعناصر الابتكار في الدرس، واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثاليةالخطة التقويمية للسنة، التوصيات المنهجية، برنامج المناقشة دروس متكاملة