Феноменът на индукцията на електромагнитния ток: същността, която открива

Съдържание:

Феноменът на индукцията на електромагнитния ток: същността, която открива
Феноменът на индукцията на електромагнитния ток: същността, която открива
Anonim

Явлението на електромагнитната индукция е явление, което се състои в поява на електродвижеща сила или напрежение в тяло, разположено в магнитно поле, което постоянно се променя. Електродвижещата сила в резултат на електромагнитната индукция също възниква, ако тялото се движи в статично и неравномерно магнитно поле или се върти в магнитно поле, така че линиите му, пресичащи затворена верига, се променят.

Индуциран електрически ток

Под понятието "индукция" се има предвид възникването на процес в резултат на въздействието на друг процес. Например, електрически ток може да бъде индуциран, тоест може да се появи в резултат на излагане на проводник на магнитно поле по специален начин. Такъв електрически ток се нарича индуциран. Условията за образуване на електрически ток в резултат на явлението електромагнитна индукция са разгледани по-нататък в статията.

Концепцията за магнитно поле

Магнитно поле
Магнитно поле

ПредиЗа да започнете да изучавате феномена на електромагнитната индукция, е необходимо да разберете какво е магнитно поле. С прости думи, магнитното поле е област от пространството, в която магнитният материал проявява своите магнитни ефекти и свойства. Тази област на пространството може да бъде изобразена с помощта на линии, наречени линии на магнитно поле. Броят на тези линии представлява физическа величина, наречена магнитен поток. Линиите на магнитното поле са затворени, започват от северния полюс на магнита и завършват на южния.

Магнитното поле има способността да действа върху всякакви материали с магнитни свойства, като железни проводници на електрически ток. Това поле се характеризира с магнитна индукция, която се означава с B и се измерва в тесла (T). Магнитна индукция от 1 T е много силно магнитно поле, което действа със сила от 1 нютон върху точков заряд от 1 кулон, което лети перпендикулярно на линиите на магнитното поле със скорост 1 m / s, тоест 1 T=1 Ns / (mCl).

Кой открива феномена на електромагнитната индукция?

Майкъл Фарадей
Майкъл Фарадей

Електромагнитната индукция, на чийто принцип са базирани много съвременни устройства, е открита в началото на 30-те години на XIX век. Откриването на феномена на електромагнитната индукция обикновено се приписва на Майкъл Фарадей (дата на откриване - 29 август 1831 г.). Ученият се основава на резултатите от експериментите на датския физик и химик Ханс Ерстед, който открива, че проводник, през който протича електрически ток, създавамагнитно поле около себе си, тоест започва да показва магнитни свойства.

Фарадей от своя страна открива обратното на явлението, открито от Ерстед. Той забеляза, че променящото се магнитно поле, което може да се създаде чрез промяна на параметрите на електрическия ток в проводника, води до появата на потенциална разлика в краищата на всеки токов проводник. Ако тези краища са свързани например чрез електрическа лампа, тогава през такава верига ще тече електрически ток.

В резултат на това Фарадей открива физически процес, в резултат на който в проводник се появява електрически ток поради промяна в магнитното поле, което е феноменът на електромагнитната индукция. В същото време, за образуването на индуциран ток, няма значение какво се движи: магнитното поле или самия проводник. Това може лесно да се покаже чрез провеждане на подходящ експеримент върху феномена на електромагнитната индукция. И така, след като поставихме магнита вътре в металната спирала, започваме да го движим. Ако свържете краищата на спиралата през някакъв индикатор за електрически ток във верига, можете да видите появата на ток. Сега трябва да оставите магнита сам и да преместите спиралата нагоре и надолу спрямо магнита. Индикаторът също ще покаже наличието на ток във веригата.

Експеримент на Фарадей

Експерименти на Майкъл Фарадей
Експерименти на Майкъл Фарадей

Експериментите на Фарадей се състоеше в работа с проводник и постоянен магнит. Майкъл Фарадей за първи път открива, че когато проводник се движи вътре в магнитно поле, в краищата му възниква потенциална разлика. Движещият се проводник започва да пресича линиите на магнитното поле, което симулираефектът от промяната на това поле.

Ученият открива, че положителните и отрицателните знаци на получената потенциална разлика зависят от посоката, в която се движи проводникът. Например, ако проводникът е повдигнат в магнитно поле, тогава получената потенциална разлика ще има +- полярност, но ако този проводник бъде понижен, тогава вече ще получим полярност -+. Тези промени в знака на потенциалите, чиято разлика се нарича електродвижеща сила (ЕДС), водят до появата в затворена верига на променлив ток, тоест ток, който постоянно променя посоката си на противоположна.

Характеристики на електромагнитната индукция, открити от Фарадей

Знаейки кой е открил феномена на електромагнитната индукция и защо има индуциран ток, ще обясним някои от характеристиките на това явление. Така че, колкото по-бързо движите проводника в магнитно поле, толкова по-голяма ще бъде стойността на индуцирания ток във веригата. Друга особеност на явлението е следната: колкото по-голяма е магнитната индукция на полето, тоест колкото по-силно е това поле, толкова по-голяма е потенциалната разлика, която може да създаде при преместване на проводника в полето. Ако проводникът е в покой в магнитно поле, в него не възниква ЕМП, тъй като няма промяна в линиите на магнитна индукция, пресичащи проводника.

Демонстрация на явлението електромагнитна индукция
Демонстрация на явлението електромагнитна индукция

Посока на електрическия ток и правило на лявата ръка

За да определите посоката в проводника на електрическия ток, създаден в резултат на явлението електромагнитна индукция, можетеизползвайте така нареченото правило на лявата ръка. Може да се формулира по следния начин: ако лявата ръка е поставена така, че линиите на магнитна индукция, които започват от северния полюс на магнита, влизат в дланта, а изпъкналият палец е насочен в посоката на движение на проводника в полето на магнита, тогава останалите четири пръста на лявата ръка ще покажат посоката на движение на индуцирания ток в проводника.

Има и друга версия на това правило, тя е следната: ако показалецът на лявата ръка е насочен по линиите на магнитната индукция, а изпъкналият палец е насочен в посоката на проводника, тогава среден пръст, обърнат на 90 градуса към дланта, ще покаже посоката на появилия се ток в проводника.

Феноменът на самоиндукция

Индуктор
Индуктор

Ханс Кристиан Ерстед открива съществуването на магнитно поле около проводник или намотка с ток. Ученият установи също, че характеристиките на това поле са пряко свързани със силата на тока и неговата посока. Ако токът в намотката или проводника е променлив, тогава той ще генерира магнитно поле, което няма да е неподвижно, тоест ще се промени. От своя страна това променливо поле ще доведе до появата на индуциран ток (феноменът на електромагнитната индукция). Движението на индукционния ток винаги ще бъде противоположно на променливия ток, циркулиращ през проводника, тоест ще устои на всяка промяна в посоката на тока в проводника или бобината. Този процес се нарича самоиндукция. Получената електрическа разликапотенциали се нарича ЕМП на самоиндукция.

Забележете, че феноменът на самоиндукция възниква не само когато посоката на тока се промени, но и когато се променя, например, когато се увеличава поради намаляване на съпротивлението във веригата.

За физическото описание на съпротивлението, упражнявано от всяка промяна в тока във веригата поради самоиндукция, беше въведена концепцията за индуктивност, която се измерва в хенри (в чест на американския физик Джоузеф Хенри). Един хенри е такава индуктивност, за която, когато токът се промени с 1 ампер за 1 секунда, в процеса на самоиндукция възниква ЕМП, равна на 1 волт.

Променлив ток

Постоянен и променлив ток
Постоянен и променлив ток

Когато индуктор започне да се върти в магнитно поле, в резултат на явлението електромагнитна индукция, той създава индуциран ток. Този електрически ток е променлив, което означава, че променя посоката си систематично.

Променливият ток е по-често срещан от постоянния ток. Така че много устройства, които работят от централната електрическа мрежа, използват този тип ток. Променливият ток е по-лесен за индуциране и транспортиране от постоянния ток. По правило честотата на домашния променлив ток е 50-60 Hz, тоест за 1 секунда посоката му се променя 50-60 пъти.

Геометричното представяне на променливия ток е синусоидална крива, която описва зависимостта на напрежението от времето. Пълният период на синусоидалната крива за домакинския ток е приблизително 20 милисекунди. Според топлинния ефект променливият ток е подобен на токаDC, чието напрежение е Umax/√2, където Umax е максималното напрежение на AC синусоидалната крива.

Използването на електромагнитна индукция в технологиите

електрически трансформатор
електрически трансформатор

Откриването на феномена на електромагнитната индукция доведе до истински бум в развитието на технологиите. Преди това откритие хората са били в състояние да генерират електричество само в ограничени количества с помощта на електрически батерии.

Понастоящем това физическо явление се използва в електрически трансформатори, в нагреватели, които преобразуват индуциран ток в топлина, и в електрически двигатели и автомобилни генератори.

Препоръчано: