قانون تنبلی به تعیین کمک می کند. قانون لنز قانون القای الکترومغناطیسی آهنربا از سیم پیچ دور می شود

پدیده القای الکترومغناطیسی این است که در نتیجه تغییر در زمان شار مغناطیسی که در مدار رسانای بسته نفوذ می کند، جریان الکتریکی در مدار ایجاد می شود. این پدیده توسط فیزیکدان بریتانیایی ماکس فارادی در سال 1831 کشف شد.

اجازه دهید نمادی را که برای نوشتن فرمول نیاز داریم معرفی کنیم. برای نشان دادن شار مغناطیسی از حرف Ф، ناحیه کانتور - S، بزرگی بردار القای مغناطیسی - B استفاده می کنیم، α زاویه بین بردار B → و n نرمال → به صفحه کانتور است.

شار مغناطیسی که از ناحیه یک حلقه رسانای بسته می گذرد را می توان با فرمول زیر بدست آورد:

Φ = B S cos α،

بیایید فرمول را توضیح دهیم.

تصویر 1. 20 . 1 . شار مغناطیسی از طریق یک حلقه بسته. جهت نرمال n ← و جهت مثبت انتخاب شده l ← دور زدن کانتور با قانون گیملت سمت راست مرتبط هستند.

واحد شار مغناطیسی در SI برابر 1 وبر (V b) در نظر گرفته می شود. شار مغناطیسی برابر با 1 ولت b را می توان در یک مدار مسطح با مساحت 1 متر مربع تحت تأثیر میدان مغناطیسی با القای 1 TL ایجاد کرد که در جهت عادی در مدار نفوذ می کند.

1 V b = 1 T L m 2

قانون فارادی

تغییر در شار مغناطیسی منجر به ظهور یک emf δ و n القایی در مدار رسانا می‌شود. این اولین بار به صورت تجربی توسط ماکس فارادی ایجاد شد. او مشاهدات خود را در قالب فرمول emf القایی، که اکنون قانون فارادی نامیده می‌شود، نوشت:

تعریف 1

قانون فارادی:

δ و n d = - ∆ Φ ∆ t

قانون لنز

تعریف 2

با توجه به نتایج تجربی، جریان القایی که در یک حلقه بسته در نتیجه تغییر شار مغناطیسی ایجاد می شود، همیشه به روش خاصی هدایت می شود. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی از تغییر در شار مغناطیسی که باعث این جریان القایی شده است جلوگیری می کند. لنز این قانون را در سال 1833 تدوین کرد.

اجازه دهید قانون لنز را با نقاشی نشان دهیم که یک مدار رسانای بسته ثابت قرار گرفته در یک میدان مغناطیسی یکنواخت را نشان می دهد. مدول القایی با گذشت زمان افزایش می یابد.

مثال 1

به لطف قانون لنز می توان این واقعیت را توجیه کرد که در فرمول القای الکترومغناطیسی δ و n d و ∆ Φ ∆ t از نظر علامت مخالف هستند.

اگر به معنای فیزیکی قانون لنز فکر می کنید، پس این یک مورد خاص از قانون بقای انرژی است.

دو دلیل وجود دارد که چرا ممکن است تغییر در شار مغناطیسی در مدار بسته رخ دهد:

1. تغییر در شار مغناطیسی به دلیل حرکت کل مدار یا قطعات جداگانه آن در یک میدان مغناطیسی که در طول زمان تغییر نمی کند.
2. تغییر میدان مغناطیسی با مدار ثابت

بیایید به بررسی جزئیات بیشتر این موارد بپردازیم.

حرکت یک مدار یا قطعات آن در یک میدان مغناطیسی ثابت

هنگامی که هادی ها و حامل های بار آزاد در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند، یک emf القایی رخ می دهد. وقوع δ و n d را می توان با عمل نیروی لورنتس بر بارهای آزاد در هادی های متحرک توضیح داد. نیروی لورنتس در اینجا یک نیروی خارجی است.

مثال 2

در شکل ما نمونه ای از القاء را در زمانی که یک کانتور مستطیل شکل در یک میدان مغناطیسی یکنواخت B → عمود بر صفحه کانتور قرار می گیرد، به تصویر می کشیم. یک طرف کانتور در امتداد دو طرف دیگر با سرعت معینی حرکت می کند.

تصویر 1. 20 . 3. وقوع emf القایی در یک هادی متحرک. جزء نیروی لورنتس که بر روی یک الکترون آزاد اثر می کند منعکس می شود

بارهای آزاد قسمت متحرک مدار تحت تأثیر نیروی لورنتس قرار می گیرد. مؤلفه اصلی نیروی لورنتس در این مورد در امتداد هادی هدایت می شود و با سرعت انتقال بارها υ → همراه است. مدول این نیروی خارجی برابر است با:

F L = e υ → B.

کار انجام شده توسط نیروی F L در مسیر l برابر است با:

A = F L · l = e υ B l.

طبق تعریف EMF:

δ و n d = A e = υ B l .

مقدار نیروی خارجی برای قطعات ثابت مدار صفر است. برای رابطه بین δ و n d می توانید نسخه دیگری از فرمول بنویسید. مساحت کانتور در طول زمان توسط Δ S = l υ Δ t تغییر می کند. بر این اساس، شار مغناطیسی نیز در طول زمان تغییر خواهد کرد: Δ Φ = B l υ Δ t.

از این رو،

δ و n d = ∆ Φ ∆ t.

علائم موجود در فرمول که به δ و ind و ∆ Φ ∆ t مربوط می شود را می توان بسته به اینکه کدام جهت عادی و کانتور انتخاب شده است تنظیم کرد. در مورد انتخاب جهت های نرمال n ← و جهت مثبت عبور از کانتور l ← مطابق با قانون گیملت درست، می توان به فرمول فارادی رسید.

به شرطی که مقاومت کل مدار باشد آر، سپس یک جریان القایی از آن عبور می کند که برابر با I و n d = δ و n d R است. در طول زمان Δt در مقاومت آرگرمای ژول آزاد می شود:

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

هیچ تناقضی در اینجا وجود ندارد. ما به سادگی تأثیر نیروی دیگری بر سیستم را در نظر نگرفتیم. توضیح این است که وقتی یک جریان القایی از طریق یک هادی واقع در یک میدان مغناطیسی جریان می یابد، جزء دیگری از نیروی لورنتس بر بارهای آزاد اثر می گذارد که با سرعت نسبی حرکت بارها در طول هادی مرتبط است. به لطف این جزء، نیروی آمپر F A → ظاهر می شود.

برای مثال در نظر گرفته شده در بالا، مدول نیروی آمپر برابر با F A = ​​I B l است. جهت نیروی آمپر به گونه ای است که کار مکانیکی منفی A me x را انجام می دهد. این کار مکانیکی در یک دوره زمانی معین را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

A me x = - F υ ∆ t = - I B l υ ∆ t = - υ 2 B 2 l 2 R ∆ t

رسانایی که در میدان مغناطیسی حرکت می کند، ترمز مغناطیسی را تجربه می کند. این منجر به این واقعیت می شود که کل کار انجام شده توسط نیروی لورنتس صفر است. گرمای ژول می تواند به دلیل کاهش انرژی جنبشی هادی متحرک یا به دلیل انرژی که سرعت حرکت هادی را در فضا حفظ می کند آزاد شود.

تغییر میدان مغناطیسی با مدار ثابت

تعریف 3

میدان الکتریکی گردابمیدان الکتریکی است که در اثر تغییر میدان مغناطیسی ایجاد می شود.

بر خلاف میدان الکتریکی پتانسیل، کار میدان الکتریکی گردابی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در امتداد یک مدار رسانای بسته برابر با δ و n d در یک هادی ثابت است.

در یک رسانای ثابت، الکترون ها فقط توسط یک میدان الکتریکی حرکت می کنند. و وقوع δ و n d را نمی توان با عمل نیروی لورنتس توضیح داد.

اولین کسی که مفهوم میدان الکتریکی گرداب را معرفی کرد، فیزیکدان انگلیسی جان ماکسول بود. این در سال 1861 اتفاق افتاد.

در واقع پدیده القاء در هادی های متحرک و ساکن به همین ترتیب پیش می رود. بنابراین در این مورد می توانیم از فرمول فارادی نیز استفاده کنیم. تفاوت ها به علت فیزیکی وقوع جریان القایی مربوط می شود: در هادی های متحرک δ و n d توسط نیروی لورنتس تعیین می شود ، در هادی های ثابت - با تأثیر بر بارهای آزاد میدان الکتریکی گرداب که هنگام تغییر میدان مغناطیسی ایجاد می شود.

تصویر 1. 20 . 4 . مدل القای الکترومغناطیسی

تصویر 1. 20 . 5 . مدل آزمایش فارادی

تصویر 1. 20 . 6. مدل دینام

اگر خطایی در متن مشاهده کردید، لطفاً آن را برجسته کرده و Ctrl+Enter را فشار دهید

قانون لنز جهت جریان القایی حاصل از القای الکترومغناطیسی را تعیین می کند

انیمیشن

شرح

اگر یک هادی فلزی نزدیک یک جریان گالوانیکی یا نزدیک یک آهنربا حرکت کند، جریان گالوانیکی در آن در جهتی برانگیخته می‌شود که باعث حرکت سیم در حالت سکون در جهتی که مستقیماً مخالف جهت حرکت تحمیل‌شده بر روی سیم است، می‌شود. سیم از بیرون، با این فرض که سیم در حالت سکون می تواند فقط در جهت آخرین حرکت یا درست برعکس حرکت کند." پروفسور دانشگاه سن پترزبورگ E.H.

قاعده لنز مبتنی بر تعمیم آزمایش‌ها است القای الکترومغناطیسی.

به صورت فشرده، قانون لنز را می توان به صورت زیر فرموله کرد:

جریان القایی ایجاد شده در یک هادی بسته دارای جهتی است که از تغییر در شار القای مغناطیسی که باعث آن می شود جلوگیری می کند..

یعنی جریان القایی از طریق ناحیه محدود شده توسط کانتور، شار القای مغناطیسی خود را ایجاد می کند و تغییر در شار القای مغناطیسی را که باعث آن می شود جبران می کند:

dФ = (B، d S) Yu dФ = B H dS ​​H cos a،

که در آن a زاویه بین بردار القای مغناطیسی میدان خارجی و نرمال به صفحه پیچ های برقی است.

بیایید به چند نمونه نگاه کنیم.

1. یک شیر برقی (سیم پیچ) C را بردارید که از طریق یک گالوانومتر G بسته شده است (شکل 1).

ظهور یک جریان القایی در یک شیر برقی هنگامی که یک آهنربای دائمی به آن نزدیک می شود

برنج. 1

ما یک آهنربای دائمی را به یکی از انتهای آن نزدیک می کنیم، مثلاً با قطب شمال. جریان الکتریکی در شیر برقی ایجاد می شود که با انحراف سوزن گالوانومتر تشخیص داده می شود. هنگام نگاه کردن به شیر برقی از سمت آهنربا، جریان القایی در خلاف جهت عقربه های ساعت هدایت می شود.

با نزدیک شدن آهنربا به شیر برقی، شار بردار القای مغناطیسی که در پیچ های شیر برقی نفوذ می کند، افزایش می یابد، زیرا القای مغناطیسی میدان آهنربا افزایش می یابد. میدان مغناطیسی جریان القایی در شیر برقی به سمت بیرون از شیر برقی هدایت می شود (قانون گیملت)، یعنی افزایش میدان آهنربا را جبران می کند. با قانون لنز مطابقت دارد.

2. یک شیر برقی C را بگیرید که از طریق گالوانومتر G بسته شده است. ما یک آهنربای دائمی را از یکی از انتهای آن جدا خواهیم کرد (شکل 2).

ظهور یک جریان القایی در یک شیر برقی هنگامی که یک آهنربای دائمی از آن دور می شود

برنج. 2.

با دور شدن آهنربا از شیر برقی، شار بردار القای مغناطیسی که در پیچ های شیر برقی نفوذ می کند، کاهش می یابد، زیرا القای مغناطیسی میدان آهنربا کاهش می یابد. میدان مغناطیسی جریان القایی در شیر برقی به داخل شیر برقی هدایت می شود (قانون گیملت) یعنی کاهش میدان آهنربا را جبران می کند. مطابق با قانون لنز است.

بدیهی است که اگر آهنربا ثابت باشد و شیر برقی حرکت کند، نتیجه آزمایش ها تغییر نخواهد کرد.

با تجزیه و تحلیل نتایج این دو آزمایش، می توان یک نتیجه دیگر گرفت: وقتی قطب شمال آهنربا به شیر برقی نزدیک می شود، جریان القایی یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که القای آن به سمت القای میدان مغناطیسی آهنربا هدایت می شود. و بنابراین، آهنربا و سلونوئید دفع می شود، یعنی نیروی متقابلی بین آنها ایجاد می شود که حرکت آهنربا باعث وقوع جریان القایی می شود. هنگامی که آهنربا برداشته می شود، آهنربا و شیر برقی جذب می شوند، یعنی دوباره نیرویی بین آنها ایجاد می شود که حرکت آهنربا را خنثی می کند.

قانون لنز نتیجه قانون بقای انرژی است. در واقع، جریان های القایی، مانند هر جریان الکتریکی دیگر، برخی کارها را انجام می دهند. این بدان معنی است که وقتی یک هادی بسته (سلونوئید) در میدان مغناطیسی حرکت می کند، کار اضافی باید توسط نیروهای خارجی انجام شود. این کاری است که به دلیل نیروهایی که مانع حرکت آهنربا می شوند، رخ می دهد.

هنگامی که حرکت نسبی آهنربا با قطب جنوب به شیر برقی C، جایگزینی آهنربا با شیر برقی یا چرخش با جریان، بسته شدن و باز شدن شیر برقی در نظر گرفته شود، تغییر در شار از طریق پیچ های شیر برقی C نیز مشاهده می شود. مدار چنین سلونوئید (یا چرخش)، و همچنین چرخش متقابل شیر برقی C و عنصر ایجاد کننده میدان مغناطیسی.

ویژگی های زمان بندی

زمان شروع (ورود به -10 تا 2)؛

طول عمر (log tc از 15 تا 15)؛

کلید واژه ها

• القای مغناطیسی
• القای الکترومغناطیسی
• شار مغناطیسی
• شار برداری القایی مغناطیسی
• حلقه بسته
• هادی بسته
• آهن ربا
• یک میدان مغناطیسی
• برق
• جریان القایی
• شیر برقی
• دور زدن
• قانون لنز
• قانون لنز
• سیم پیچ

بخش های علوم طبیعی:

درس با موضوع "قانون لنز. پدیده خود القایی. انرژی میدان مغناطیسی".

هدف از درس : یاد بگیرید که جهت جریان القایی را تعیین کنید. با استفاده از مثال قانون لنز، ایده ای از ماهیت بنیادی ESA را فرموله کنید. ماهیت پدیده خودالقایی را توضیح دهید. فرمولی برای محاسبه انرژی میدان مغناطیسی استخراج کنید، معنای فیزیکی این فرمول را دریابید.

طرح درس:

بررسی تکالیف

ارائه مطالب جدید

تحکیم.

مشق شب.

بررسی تکالیف.

برنامه ریزی برای ارائه مطالب جدید:

1. جهت جریان القایی.
2. قانون لنز و ZSE.
3. پدیده خود القایی.
4. EMF خود القایی.
5. اندوکتانس.
6. کاربرد و حسابداری خود القایی در فناوری.
7. انرژی میدان مغناطیسی جریان.

جهت جریان القایی

سوالات دانش آموزان برای به روز رسانی دانش قبلی:

دو سری آزمایش برای مطالعه پدیده القای الکترومغناطیسی توسط فارادی نام ببرید ( وقوع یک جریان القایی در سیم پیچ زمانی که یک آهنربا یا سیم پیچ با جریان به داخل و خارج می شود؛ وقوع یک جریان القایی در یک سیم پیچ هنگام تغییر جریان. در دیگری با بستن یا باز کردن مدار یا استفاده از رئوستات).

آیا جهت انحراف سوزن گالوانومتر به جهت حرکت آهنربا نسبت به سیم پیچ بستگی دارد؟ (بستگی دارد: هنگامی که آهنربا به سیم پیچ نزدیک می شود، فلش در یک جهت منحرف می شود، زمانی که آهنربا برداشته می شود، در جهت دیگر).

(با قضاوت بر اساس قرائت های گالوانومتر) جریان القایی که هنگام نزدیک شدن آهنربا در سیم پیچ ایجاد می شود، با جریانی که هنگام دور شدن آهنربا (با همان سرعت آهنربا) ایجاد می شود، تفاوت دارد؟ (جریان در جهت متفاوت است).

بنابراین، هنگامی که آهنربا نسبت به سیم پیچ حرکت می کند، جهت انحراف سوزن گالوانومتر (و بنابراین، جهت جریان) می تواند متفاوت باشد (اسلاید 5).

با استفاده از آزمایش لنز، اجازه دهید قانون پیدا کردن جهت جریان القایی را فرموله کنیم (فیلم "نمایش پدیده القای الکترومغناطیسی"). توضیح آزمایش لنز (اسلاید 6): اگر آهنربا را به یک حلقه رسانا نزدیک کنید، از آهنربا دفع می شود. این دافعه را فقط می توان با این واقعیت توضیح داد که یک جریان القایی در حلقه ایجاد می شود که به دلیل افزایش شار مغناطیسی از طریق حلقه ایجاد می شود و حلقه با جریان با آهنربا تعامل دارد.

قانون لنز و قانون بقای انرژی (اسلاید 7).

اگر شار مغناطیسی در مدار افزایش یابد، جهت جریان القایی در مدار به گونه ای است که بردار القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط این جریان بر خلاف بردار القای مغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی جهت می یابد.

اگر شار مغناطیسی در مدار کاهش یابد، جهت جریان القایی به گونه ای است که بردار القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط این جریان با بردار القای مغناطیسی میدان خارجی هم جهت است.

فرمول بندی قانون لنز (اسلاید 8): جریان القایی دارای جهتی است که شار مغناطیسی ایجاد شده توسط آن همیشه تمایل به جبران تغییر در شار مغناطیسی ایجاد شده در این جریان دارد.

قانون لنز نتیجه قانون بقای انرژی است.

بیایید نمونه ای از تجلی قانون لنز در زندگی را در نظر بگیریم (اسلاید 9) - آهنربایی شناور بالای یک کاسه ابررسانا. شما می توانید به طور خلاصه توضیح دهید که چه اتفاقی در حال وقوع است: آهنربا سقوط می کند. یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد می شود. یک میدان الکتریکی گردابی بوجود می آید. جریان های حلقوی بدون میرا در ابررسانا بوجود می آیند. طبق قانون لنز، جهت این جریان ها به گونه ای است که آهنربا از ابررسانا دفع می شود. آهنربا در بالای کاسه شناور است.

پدیده خود القایی.

قبل از در نظر گرفتن پدیده خود القایی، اجازه دهید به یاد بیاوریم که ماهیت پدیده القای الکترومغناطیسی چیست - وقوع یک جریان القایی در یک مدار بسته زمانی که شار مغناطیسی عبوری از این مدار تغییر می کند. بیایید یکی از انواع آزمایشات فارادی را در نظر بگیریم (اسلاید 10): اگر قدرت جریان در مداری حاوی مدار بسته (سیم پیچ) تغییر کند، آنگاه یک جریان القایی نیز در خود مدار ایجاد می شود. این جریان نیز از قانون لنز تبعیت خواهد کرد.

بیایید آزمایشی را در مورد بستن مدار حاوی سیم پیچ در نظر بگیریم (اسلاید 11). هنگامی که مدار با سیم پیچ بسته می شود، مقدار جریان مشخصی تنها پس از مدتی ایجاد می شود.

تعریف خود القایی (اسلاید 12): القای خود - ظهور یک میدان الکتریکی گردابی در یک مدار رسانا هنگامی که قدرت جریان در آن تغییر می کند. یک مورد خاص از القای الکترومغناطیسی.
به دلیل خود القایی، یک مدار بسته دارای "اینرسی" است: قدرت جریان در مدار حاوی سیم پیچ را نمی توان فورا تغییر داد.

EMF خود القایی (اسلاید 13). فرمول قانون القای الکترومغناطیسی چیست؟

(ℰ من= -). اگر میدان مغناطیسی توسط یک جریان ایجاد شود، می توان استدلال کرد که Ф ~ В ~من، یعنی F~ منیا Ф= LI، جایی که L- اندوکتانس مدار (یا ضریب خود القایی). سپس قانون القای الکترومغناطیسی در مورد خود القایی به شکل زیر خواهد بود:ℰ si= - = - یا ℰ si = - L(فرمول محاسبه emf خود القایی).

اندوکتانس (اسلاید 14).

اگر از فرمول محاسبه emf خود القایی ضریب تناسب را بیان کنیمL، ما گرفتیم: L= ℰ si/ سپس مقادیر مقادیری را که می توانیم مستقیماً تنظیم کنیم با واحد برابر می کنیم - نرخ تغییر قدرت جریان 1 آمپر در ثانیه است. ما فرمولی را به دست می آوریم که معنای فیزیکی ضریب خود القایی (القایی) را منعکس می کند: اندوکتانس مدار از نظر عددی برابر با EMF خود القایی است که زمانی رخ می دهد که جریان 1 A در 1 ثانیه تغییر کند.

واحدهای اندوکتانس SI: = 1 = 1 H (هنری).

کاربرد و حسابداری خودالقایی در فناوری (سلید 15).

با توجه به پدیده خود القایی، هنگامی که مدارهای حاوی سیم پیچ با هسته های فولادی (الکترومغناطیس، موتور، ترانسفورماتور) باز می شوند، یک emf خود القایی قابل توجهی ایجاد می شود و ممکن است جرقه یا حتی تخلیه قوس ایجاد شود. به عنوان تکلیف، پیشنهاد می کنم (در صورت تمایل) یک ارائه با موضوع "چگونه هنگام باز کردن مدار خود القای ناخواسته را از بین ببریم؟"

انرژی میدان مغناطیسی (اسلاید 16):

بیایید آزمایشی را که وجود پدیده خودالقایی را تأیید می کند به یاد بیاوریم: هنگامی که مدار بسته می شود، لامپ بلافاصله چشمک نمی زند، اما وقتی مدار با سیم پیچ باز می شود، لامپ به جای خاموش شدن، چشمک می زند. برای مدت کوتاهی بدیهی است که فلاش زدن یک لامپ به انرژی نیاز دارد. و این انرژی به صورت انرژی میدان مغناطیسی در سیم پیچ ذخیره می شود. برای به دست آوردن انرژی میدان مغناطیسی، از قیاسی بین برقراری جریان الکتریکی در مداری به قدر I و روند افزایش سرعت بدن V استفاده می کنیم.

1. برقراری جریان I در مدار به تدریج اتفاق می افتد.

1. بدن به تدریج به سرعت V می رسد.

2. برای رسیدن به قدرت فعلی I، باید کار کرد.

2. برای رسیدن به سرعت V باید کار کرد.

3. هرچه L بزرگتر باشد رشد من کندتر است.

3. هر چه m بزرگتر باشد، V کندتر رشد می کند.

4. W m =

4. E به =

تلفیق (سلید 17) - سوالات 1 - 8 در صفحه 113 کتاب درسی.

تکالیف (اسلاید 18) - § 15

در سال 1834، آکادمیک روسی E. H. Lenz، که به دلیل مطالعات متعدد خود در زمینه پدیده های الکترومغناطیسی شناخته می شود، یک قانون جهانی برای تعیین جهت نیروی الکتروموتور القایی (EMF) در یک هادی ارائه داد. این قانون که به قاعده لنز معروف است به صورت زیر بیان می شود:

جهت EMF القایی همیشه به گونه ای است که جریان ناشی از آن و دارای جهتی است که تمایل دارند با علت ایجاد کننده این EMF القایی تداخل داشته باشند.

اعتبار فرمول بندی قانون لنز با آزمایش های زیر تأیید می شود:

شکل 1. مقاومت یک هادی با جریان القایی در برابر حرکت آن

1. اگر همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است قرار گیرد، آنگاه هادی هنگام حرکت به سمت پایین از این میدان مغناطیسی عبور می کند. سپس یک emf در هادی القا می شود که جهت آن را می توان توسط. در مورد ما، جهت EMF القایی، و بنابراین جریان، "به سمت ما" خواهد بود. اکنون ببینیم که هادی ما با جریان در میدان مغناطیسی چگونه رفتار خواهد کرد. از مقالات قبلی می دانیم که هادی حامل جریان از میدان مغناطیسی به بیرون رانده می شود. جهت پرتاب توسط قانون سمت چپ تعیین می شود. در مورد ما، نیروی شناوری به سمت بالا هدایت می شود. بنابراین، جریان القایی، در تعامل با میدان مغناطیسی، در حرکت هادی اختلال ایجاد می کند، یعنی با علتی که باعث آن شده است مقابله می کند.

2. برای آزمایش، مدار نشان داده شده در شکل 2 را مونتاژ می کنیم. با پایین آوردن آن در سیم پیچ (با قطب شمال پایین)، متوجه انحراف سوزن گالوانومتر خواهیم شد. تجربه نشان می دهد که جهت جریان القایی در سیم پیچ مطابق با فلش های شکل 2 خواهد بود. آ. بگذارید مطابق با انحراف فلش به سمت چپ از میانگین موقعیت صفر باشد. در نتیجه به نظر می رسد سیم پیچ تبدیل شده است و جهت مشخص شده جریان، قطب شمال آن را در بالا و قطب جنوب در پایین ایجاد می کند. از آنجایی که مانند قطب های آهنربا و سلونوئید یکدیگر را دفع می کنند، جریان القایی در سیم پیچ با حرکت آهنربای دائمی تداخل پیدا می کند، یعنی علت ایجاد آن را خنثی می کند.

شکل 2. مقاومت شیر ​​برقی در برابر حرکت آهنربا:
آ- پایین، ب- بالا

اگر آهنربای دائمی را از سیم پیچ جدا کنیم، سوزن گالوانومتر به سمت راست منحرف می شود (شکل 2، ب). همانطور که تجربه نشان می دهد این انحراف سوزن گالوانومتر مطابق با جهت جریان القایی است که با فلش های شکل 2 نشان داده شده است. بو برخلاف جهت جریان در شکل 2، آ.

با تعیین قطب های سیم پیچ با استفاده از "قاعده گیملت"، متوجه می شویم که قطب جنوب اکنون در بالای سیم پیچ و قطب شمال در پایین خواهد بود. قطب های مخالف آهنربا و شیر برقی که جذب می شوند، حرکت آهنربا را کند می کنند. این بدان معنی است که جریان القایی مجدداً با علت ایجاد کننده آن مقابله می کند.

شکل 3. وقوع جریان القایی II: آ- در لحظه بسته شدن مدار من, ب- در لحظه باز شدن مدار

3. تکمیل مدار من(شکل 3، آ) جریان را از هادی عبور دهیم AB. جهت جریان در شکل با فلش نشان داده شده است. میدان مغناطیسی یک هادی AB، ایجاد شده توسط جریان در حال ظهور، گسترش در تمام جهات، از هادی عبور خواهد کرد VG، و در زنجیره IIیک emf القایی رخ می دهد. از آنجایی که مدار II به گالوانومتر بسته است، جریانی در آن ظاهر می شود. گالوانومتر در این مورد مانند آزمایش قبلی روشن می شود.

سوزن گالوانومتر که به سمت چپ منحرف می شود، نشان می دهد که جریان از طریق دستگاه از بالا به پایین جریان دارد. با مقایسه جهت جریان ها در هادی های AB و VG می بینیم که جریان آنها در جهات مختلف هدایت می شود.

همانطور که قبلاً می دانیم، هادی هایی که در آنها جریان ها در جهات مختلف، یکی از دیگری هدایت می شوند. بنابراین هادی VGبا جریان القایی تمایل دارد از هادی دور شود AB(همان هادی ABاز جانب VG، تأثیر میدان هادی را از بین ببرید ABو در نتیجه با علتی که باعث جریان القایی شده است تداخل پیدا کند.

جریان القایی در مدار IIزمان کوتاهی خواهد برد. به محض هادی ABایجاد خواهد شد، تقاطع هادی متوقف خواهد شد VGمیدان مغناطیسی هادی AB، جریان در مدار IIناپدید خواهد شد.

وقتی مدار باز می شود منجریان ناپدید شدن باعث کاهش میدان مغناطیسی می شود که خطوط القایی آن از هادی عبور می کنند. VG، در آن جریان القایی در همان جهت در هادی ایجاد می کند AB(شکل 3، ب).

می دانیم که هادی هایی که در آنها جریان در یک جهت جریان دارد یکی به سمت دیگر هستند. بنابراین هادی VGتمایل دارد به هادی برسد ABتا میدان مغناطیسی رو به کاهش خود را حفظ کند.

4. برای مثال بعدی، بیایید سیم پیچی را در نظر بگیریم که دارای یک هسته گرد ساخته شده از سیم فولادی خرد شده است، که یک حلقه آلومینیومی سبک به صورت آزاد روی آن قرار گرفته است (شکل 4). در لحظه بسته شدن مدار، یک میدان مغناطیسی شروع به عبور از سیم پیچ سیم پیچ می کند و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که خطوط القایی آن با عبور از حلقه آلومینیومی، جریانی را در آن القا می کند. در لحظه ای که سیم پیچ روشن می شود، یک جریان القایی در حلقه آلومینیومی ظاهر می شود که خلاف جریان در پیچ های سیم پیچ است. هادی هایی که جهت جریان القایی متفاوتی دارند یکدیگر را دفع می کنند. بنابراین، هنگامی که سیم پیچ روشن می شود، حلقه آلومینیومی به بالا می پرد.

اکنون می دانیم که با هر تغییر در زمان شار مغناطیسی که در مدار نفوذ می کند، یک emf القایی در آن ظاهر می شود که با برابری تعیین می شود:

عبارت در این فرمول نشان دهنده نرخ متوسط ​​تغییر شار مغناطیسی در طول زمان است. هر چه دوره زمانی Δ کمتر باشد تی، هر چه EMF فوق با مقدار واقعی آن در یک زمان معین تفاوت کمتری داشته باشد. علامت منفی جلوی عبارت، جهت emf القایی را نشان می دهد، یعنی قانون لنز را در نظر می گیرد.

با افزایش شار مغناطیسی، بیان مثبت و emf منفی خواهد بود. این قانون لنز است: EMF و جریانی که ایجاد می کند با علت ایجاد کننده آن مقابله می کند.

اگر شار مغناطیسی در طول زمان به طور یکنواخت تغییر کند، بیان ثابت خواهد بود. سپس مقدار مطلق EMF در هادی برابر خواهد بود با:

بعد شار مغناطیسی خواهد بود:

[F] = [ ه × تی] = V × ثانیه یا وبر.

اگر نه یک هادی، بلکه یک سیم پیچ متشکل از wمی چرخد، سپس بزرگی EMF القایی خواهد بود:

حاصل ضرب تعداد چرخش سیم پیچ و شار مغناطیسی متصل به آنها را پیوند شار سیم پیچ می نامند و با حرف ψ نشان می دهند. بنابراین، قانون را می توان به شکل دیگری نوشت:

>> جهت جریان القایی. قانون لنز

با اتصال سیم پیچی که جریان القایی در آن ایجاد می شود به یک گالوانومتر، می توانید متوجه شوید که جهت این جریان بستگی به این دارد که آیا آهنربا به سیم پیچ نزدیک می شود (مثلاً با قطب شمال) یا از آن دور می شود (شکل 1 را ببینید). 2.2، ب).

در حال ظهور جریان القاییاز یک جهت یا دیگری به نحوی با آهنربا در تعامل است (آن را جذب یا دفع می کند). یک سیم پیچ با جریان عبوری از آن مانند آهنربایی با دو قطب - شمال و جنوب است. جهت جریان القایی تعیین می کند که کدام انتهای سیم پیچ به عنوان قطب شمال عمل می کند (خطوط القایی مغناطیسی از آن خارج می شوند). بر اساس قانون بقای انرژی می توان پیش بینی کرد که سیم پیچ در چه مواردی آهنربا را جذب می کند و در چه مواردی آن را دفع می کند.

برهمکنش جریان القایی با آهنربا.اگر آهنربا به سیم پیچ نزدیک شود، جریان القایی در آن به گونه ای ظاهر می شود که آهنربا لزوما دفع می شود. برای نزدیک تر کردن آهنربا و سیم پیچ باید کار مثبت انجام شود. سیم پیچ مانند یک آهنربا می شود و قطب آن به همین نام رو به آهنربایی است که به آن نزدیک می شود. قطب های همنام یکدیگر را دفع می کنند.

هنگامی که آهنربا برداشته می شود، برعکس، جریانی در سیم پیچ در جهتی ظاهر می شود که نیروی جذب آهنربا ظاهر می شود.

تفاوت بین این دو آزمایش چیست: نزدیک کردن آهنربا به سیم پیچ و دور کردن آن؟ در حالت اول، تعداد خطوط القای مغناطیسی که در پیچ های سیم پیچ نفوذ می کنند یا همان شار مغناطیسی افزایش می یابد (شکل 2.5، a) و در حالت دوم کاهش می یابد (شکل 2.5). ، ب). علاوه بر این، در حالت اول، خطوط القایی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی که در سیم پیچ ایجاد می شود، از انتهای بالایی سیم پیچ خارج می شود، زیرا سیم پیچ آهنربا را دفع می کند، و در حالت دوم، برعکس. ، وارد این پایان می شوند. این خطوط القای مغناطیسی به رنگ سیاه در شکل 2.5 نشان داده شده است. در حالت a سیم پیچ با جریان مشابه آهنربایی است که قطب شمال آن در بالا و در حالت b در پایین قرار دارد.

نتایج مشابهی را می توان با استفاده از آزمایش نشان داده شده در شکل 2.6 گرفت. در انتهای میله که می تواند آزادانه حول یک محور عمودی بچرخد، دو حلقه آلومینیومی رسانا ثابت شده است. یکی از آنها بریدگی دارد. اگر آهنربا را بدون برش به حلقه بیاورید، جریان القایی در آن ایجاد می شود و به گونه ای هدایت می شود که این حلقه از آهنربا دور می شود و میله می چرخد. اگر آهنربا را از حلقه بردارید، برعکس، به آهنربا جذب می شود. آهنربا با حلقه برش تعامل نمی کند، زیرا برش از وقوع جریان القایی در حلقه جلوگیری می کند. اینکه یک آهنربا یک سیم پیچ را دفع یا جذب کند بستگی به جهت جریان القایی در آن دارد. بنابراین، قانون بقای انرژی به ما اجازه می دهد تا قاعده ای را تدوین کنیم که جهت جریان القایی را تعیین می کند.

حال به اصل مطلب می رسیم: با افزایش شار مغناطیسی از طریق پیچ های سیم پیچ، جریان القایی دارای جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده از افزایش شار مغناطیسی از طریق پیچ های سیم پیچ جلوگیری می کند. از این گذشته ، خطوط القایی این میدان در برابر خطوط القایی میدان هدایت می شوند ، تغییری که در آن جریان الکتریکی ایجاد می شود. اگر شار مغناطیسی از طریق سیم پیچ ضعیف شود، القاء می شود
جریان یک میدان مغناطیسی با القاء ایجاد می کند و شار مغناطیسی را از طریق پیچ های سیم پیچ افزایش می دهد.

این ماهیت قاعده کلی برای تعیین جهت جریان القایی است که در همه موارد قابل اجرا است. این قانون توسط فیزیکدان روسی E. H. Lenz ایجاد شد.

طبق قانون لنز جریان القایی که در یک مدار بسته با میدان مغناطیسی خود ایجاد می شود، با تغییر در شار مغناطیسی که باعث آن می شود مقابله می کند. به طور خلاصه، این قانون را می توان به صورت زیر فرموله کرد: جریان القایی به گونه ای هدایت می شود که با علت ایجاد کننده آن تداخل داشته باشد.

برای اعمال قانون لنز برای یافتن جهت جریان القایی در مدار، باید این کار را انجام داد:

1. جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی را تعیین کنید.
2. دریابید که آیا شار بردار القای مغناطیسی این میدان از طریق سطح محدود شده توسط کانتور افزایش می یابد (Ф > 0) یا کاهش می یابد (Ф).< 0).
3. جهت خطوط القای مغناطیسی میدان مغناطیسی جریان القایی را تنظیم کنید. طبق قانون لنز، این خطوط باید بر خلاف خطوط القای مغناطیسی در Ф > 0 جهت داده شوند و جهت آنها در Ф باشد.< 0.
4. با دانستن جهت خطوط القای مغناطیسی، جهت جریان القایی را با استفاده از قانون گیملت بیابید.

جهت جریان القایی با استفاده از قانون بقای انرژی تعیین می شود. در تمام موارد، جریان القایی به گونه‌ای هدایت می‌شود که میدان مغناطیسی آن مانع از تغییر شار مغناطیسی می‌شود. جریان القایی.

1. جهت جریان القایی چگونه تعیین می شود؟
2. آیا میدان الکتریکی در حلقه ای با بریدگی ظاهر می شود اگر آهن ربا به آن بیاورید؟

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین کارها و تمرین ها کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، کوئست ها سوالات بحث تکلیف سوالات بلاغی از دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و اضافی فرهنگ لغات اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کاملبرنامه تقویم برای سال دروس تلفیقی