Transcript Лекции по магнетизму 4
Slide 1
Лекции по электромагнетизму
Часть III
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
ИНДУКЦИЯ
© Кузнецова Ю.А. кафедра физики, КарГТУ, 2008
Slide 2
СОДЕРЖАНИЕ
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
Предисловие.
Опыты Фарадея.
Явление электромагнитной индукции в движущихся проводниках.
Правило Ленца.
Закон Фарадея.
Вращение рамки в магнитном поле.
Индуктивность контура. Индуктивность соленоида.
Самоиндукция.
Взаимная индукция. Трансформаторы.
Токи при замыкании и размыкании цепи. Токи размыкания. Токи
размыкания.
Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного
поля.
Slide 3
ПРЕДИСЛОВИЕ
"Превратить магнетизм в электричество". Именно
эти слова записал Майкл Фарадей в своем
дневнике в 1822 году. После открытия Эрстедом в
1820 году магнитного поля, было установлено, что
магнитное поле и электрический ток всегда
существуют одновременно. Фарадей, зная о тесной
связи между током и магнитном полем, был уверен,
что с помощью магнитного поля можно создать в
замкнутом проводнике электрический ток. Он
провёл многочисленные опыты и доказал это,
открыв в 1831году явление электромагнитной
индукции…
Slide 4
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
Если в соленоид, соединенный с
гальванометром вдвигать
постоянный магнит, то при
движении магнита стрелка
гальванометра отклоняется. Если
же магнит останавливается, то
стрелка гальванометра
возвращается в нулевое
положение.
Slide 5
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
То же самое получается при
выдвижении магнита из
соленоида или при
надевании соленоида на
неподвижный магнит.
►
Такие опыты показывают,
что индукционный ток
возникает в соленоиде
только при относительном
перемещении соленоида и
магнита.
Slide 6
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
Вставим катушку в соленоид и
закрепим их неподвижно. При
этом тока в соленоиде нет. Но
в моменты замыкания или
размыкания цепи катушки в
соленоиде появляется
индукционный ток. То же
самое получается в моменты
усиления или ослабления тока
в катушке с помощью
изменения сопротивления на
резисторе.
Нетрудно заметить, что общим для всех
описанных опытов является изменение
магнитного поля в соленоиде, которое и создает в
нем индукционный ток.
Slide 7
►
Вы являетесь первым человеком, у которого
возникла идея о том, что тела действуют друг на
друга на расстоянии посредством обращения
окружающей среды в состояние возмущения;
идея, в которую действительно следует
поверить…Мне кажется, что Вы ясно видите, как
силовые линии огибают препятствия, гонят
всплески напряжения в проводниках,
сворачивают вдоль определённых направлений
в кристаллах.
►
Из письма Дж. Максвелла М. Фарадею
Slide 8
Явление электромагнитной индукции в
движущихся проводниках
Slide 9
Правило Ленца
При всяком изменении магнитного потока
сквозь замкнутый проводящий контур, в
последнем возникает индукционный ток такого
направления, что его магнитное поле
противодействует изменению внешнего
магнитного потока.
Slide 10
Закон Фарадея
ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом
проводящем контуре численно равна и
противоположна по знаку скорости изменения
магнитного потока сквозь поверхность,
ограниченную этим контуром.
Slide 11
Вращение рамки в магнитном поле
►
Если через рамку, помещенной в магнитное поле,
пропускать электрический ток, то на нее будет
действовать вращающий момент, и рамка начнет
вращаться. На этом принципе основана работа
электродвигателей, предназначенных для
превращения электрической энергии в механическую.
Slide 12
Индуктивность контура
Магнитный поток через контур прямо
пропорционален силе тока в контуре:
Ф = LI.
Коэффициент пропорциональности
L между силой
тока I в контуре и магнитным потоком Ф,
создаваемым этим током, называется
индуктивностью. Индуктивность зависит от
размеров и формы проводника и от магнитных
свойств среды, в которой находится проводник.
За единицу индуктивности в СИ принимается генри (Гн):1 Гн = 1 Вб/1 А
.
.
Slide 13
Индуктивность соленоида
►
Полный магнитный поток, сцепленный со всеми
витками соленоида, называемый потокосцеплением
равен:
Slide 14
Самоиндукция
Явление возникновения ЭДС индукции в
электрической цепи в результате
изменения силы тока в этой цепи
называется самоиндукцией.
Slide 15
Взаимная индукция
►
Явление возникновения
ЭДС в одном из контуров
при изменении силы тока
в другом называется
взаимной индукцией.
►
L12 = L12 – взаимная
индуктивность контуров
Slide 16
Трансформаторы
При повышении с помощью трансформатора
напряжения в k раз, во столько же раз уменьшается
сила тока в цепи. При этом потери на джоулево тепло
уменьшаются в k2 раз.
Slide 17
Токи при замыкании и размыкании
цепи
► При
всяком изменении силы тока в
проводящем контуре возникает ЭДС
самоиндукции, и, следовательно, и
индукционные токи, называемые
экстратоками самоиндукции.
Slide 18
Токи размыкания
Slide 19
Время релаксации
Время релаксации t есть время, в
течение которого сила тока уменьшается
в е раз:
Slide 20
► При
резком увеличении сопротивления
цепи (R >> R0), обладающей
индуктивностью, ЭДС самоиндукции
может во много раз превышать ЭДС
источника тока, включённого в цепь.
Такой контур НЕЛЬЗЯ резко размыкать,
так как это может привести к пробою
изоляции и выводу из строя.
Slide 21
Токи размыкания
Slide 22
Энергия магнитного поля
Магнитное поле является носителем энергии.
Естественно предположить, что энергия
магнитного поля равна работе, которая
затрачивается током на создание этого поля:
Slide 23
Объемная плотность энергии
магнитного поля
►
Данное выражение справедливо и для однородного,
и для неоднородного полей, а также для сред для
которых зависимость В от Н линейная, т.е. относится
только к пара- и диамагнетикам.
Slide 24
Подошла к концу и третья лекция, посвящённая
явлению электромагнитной индукции.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Лекции по электромагнетизму
Часть III
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ
ИНДУКЦИЯ
© Кузнецова Ю.А. кафедра физики, КарГТУ, 2008
Slide 2
СОДЕРЖАНИЕ
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
►
Предисловие.
Опыты Фарадея.
Явление электромагнитной индукции в движущихся проводниках.
Правило Ленца.
Закон Фарадея.
Вращение рамки в магнитном поле.
Индуктивность контура. Индуктивность соленоида.
Самоиндукция.
Взаимная индукция. Трансформаторы.
Токи при замыкании и размыкании цепи. Токи размыкания. Токи
размыкания.
Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного
поля.
Slide 3
ПРЕДИСЛОВИЕ
"Превратить магнетизм в электричество". Именно
эти слова записал Майкл Фарадей в своем
дневнике в 1822 году. После открытия Эрстедом в
1820 году магнитного поля, было установлено, что
магнитное поле и электрический ток всегда
существуют одновременно. Фарадей, зная о тесной
связи между током и магнитном полем, был уверен,
что с помощью магнитного поля можно создать в
замкнутом проводнике электрический ток. Он
провёл многочисленные опыты и доказал это,
открыв в 1831году явление электромагнитной
индукции…
Slide 4
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
Если в соленоид, соединенный с
гальванометром вдвигать
постоянный магнит, то при
движении магнита стрелка
гальванометра отклоняется. Если
же магнит останавливается, то
стрелка гальванометра
возвращается в нулевое
положение.
Slide 5
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
То же самое получается при
выдвижении магнита из
соленоида или при
надевании соленоида на
неподвижный магнит.
►
Такие опыты показывают,
что индукционный ток
возникает в соленоиде
только при относительном
перемещении соленоида и
магнита.
Slide 6
ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ
►
Вставим катушку в соленоид и
закрепим их неподвижно. При
этом тока в соленоиде нет. Но
в моменты замыкания или
размыкания цепи катушки в
соленоиде появляется
индукционный ток. То же
самое получается в моменты
усиления или ослабления тока
в катушке с помощью
изменения сопротивления на
резисторе.
Нетрудно заметить, что общим для всех
описанных опытов является изменение
магнитного поля в соленоиде, которое и создает в
нем индукционный ток.
Slide 7
►
Вы являетесь первым человеком, у которого
возникла идея о том, что тела действуют друг на
друга на расстоянии посредством обращения
окружающей среды в состояние возмущения;
идея, в которую действительно следует
поверить…Мне кажется, что Вы ясно видите, как
силовые линии огибают препятствия, гонят
всплески напряжения в проводниках,
сворачивают вдоль определённых направлений
в кристаллах.
►
Из письма Дж. Максвелла М. Фарадею
Slide 8
Явление электромагнитной индукции в
движущихся проводниках
Slide 9
Правило Ленца
При всяком изменении магнитного потока
сквозь замкнутый проводящий контур, в
последнем возникает индукционный ток такого
направления, что его магнитное поле
противодействует изменению внешнего
магнитного потока.
Slide 10
Закон Фарадея
ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом
проводящем контуре численно равна и
противоположна по знаку скорости изменения
магнитного потока сквозь поверхность,
ограниченную этим контуром.
Slide 11
Вращение рамки в магнитном поле
►
Если через рамку, помещенной в магнитное поле,
пропускать электрический ток, то на нее будет
действовать вращающий момент, и рамка начнет
вращаться. На этом принципе основана работа
электродвигателей, предназначенных для
превращения электрической энергии в механическую.
Slide 12
Индуктивность контура
Магнитный поток через контур прямо
пропорционален силе тока в контуре:
Ф = LI.
Коэффициент пропорциональности
L между силой
тока I в контуре и магнитным потоком Ф,
создаваемым этим током, называется
индуктивностью. Индуктивность зависит от
размеров и формы проводника и от магнитных
свойств среды, в которой находится проводник.
За единицу индуктивности в СИ принимается генри (Гн):1 Гн = 1 Вб/1 А
.
.
Slide 13
Индуктивность соленоида
►
Полный магнитный поток, сцепленный со всеми
витками соленоида, называемый потокосцеплением
равен:
Slide 14
Самоиндукция
Явление возникновения ЭДС индукции в
электрической цепи в результате
изменения силы тока в этой цепи
называется самоиндукцией.
Slide 15
Взаимная индукция
►
Явление возникновения
ЭДС в одном из контуров
при изменении силы тока
в другом называется
взаимной индукцией.
►
L12 = L12 – взаимная
индуктивность контуров
Slide 16
Трансформаторы
При повышении с помощью трансформатора
напряжения в k раз, во столько же раз уменьшается
сила тока в цепи. При этом потери на джоулево тепло
уменьшаются в k2 раз.
Slide 17
Токи при замыкании и размыкании
цепи
► При
всяком изменении силы тока в
проводящем контуре возникает ЭДС
самоиндукции, и, следовательно, и
индукционные токи, называемые
экстратоками самоиндукции.
Slide 18
Токи размыкания
Slide 19
Время релаксации
Время релаксации t есть время, в
течение которого сила тока уменьшается
в е раз:
Slide 20
► При
резком увеличении сопротивления
цепи (R >> R0), обладающей
индуктивностью, ЭДС самоиндукции
может во много раз превышать ЭДС
источника тока, включённого в цепь.
Такой контур НЕЛЬЗЯ резко размыкать,
так как это может привести к пробою
изоляции и выводу из строя.
Slide 21
Токи размыкания
Slide 22
Энергия магнитного поля
Магнитное поле является носителем энергии.
Естественно предположить, что энергия
магнитного поля равна работе, которая
затрачивается током на создание этого поля:
Slide 23
Объемная плотность энергии
магнитного поля
►
Данное выражение справедливо и для однородного,
и для неоднородного полей, а также для сред для
которых зависимость В от Н линейная, т.е. относится
только к пара- и диамагнетикам.
Slide 24
Подошла к концу и третья лекция, посвящённая
явлению электромагнитной индукции.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!