>>Physics and Astronomy >>Physics Grade 11 >> Law electromagnetic induction
Ang electromagnetic induction ay tinatawag na isang phenomenon bilang ang paglitaw ng isang electric current sa isang closed circuit, napapailalim sa isang pagbabago sa magnetic flux na dumadaan sa circuit na ito.
Ang batas ni Faraday ng electromagnetic induction ay nakasulat tulad ng sumusunod:
At sinasabi na:
Paano nakuha ng mga siyentipiko ang gayong pormula at bumalangkas ng batas na ito? Alam na natin na palaging may magnetic field sa paligid ng isang conductor na may kasalukuyang, at ang kuryente ay may magnetic force. Samakatuwid, sa simula ng ika-19 na siglo, ang problema ay lumitaw sa pangangailangan na kumpirmahin ang impluwensya ng magnetic phenomena sa mga elektrikal, na sinubukan ng maraming mga siyentipiko na lutasin, at ang Ingles na siyentipiko na si Michael Faraday ay kabilang sa kanila. Halos 10 taon, simula noong 1822, gumugol siya sa iba't ibang mga eksperimento, ngunit hindi nagtagumpay. At noong Agosto 29, 1831 lamang dumating ang tagumpay.
Pagkatapos ng matinding paghahanap, pagsasaliksik at mga eksperimento, napagpasyahan ni Faraday na ang magnetic field lamang na nagbabago sa paglipas ng panahon ay maaaring lumikha ng electric current.
Ang mga eksperimento ni Faraday ay ang mga sumusunod:
Una, kung kukuha ka ng isang permanenteng magnet at ilipat ito sa loob ng coil kung saan nakakabit ang galvanometer, pagkatapos ay isang electric current ang lumabas sa circuit.
Pangalawa, kung ang magnet na ito ay nakuha mula sa likid, pagkatapos ay napansin namin na ang galvanometer ay nagpapakita rin ng isang kasalukuyang, ngunit ang kasalukuyang ito ay may kabaligtaran na direksyon.
Ngayon subukan nating baguhin nang kaunti ang karanasang ito. Upang gawin ito, susubukan naming ilagay at alisin ang coil sa isang nakapirming magnet. At ano ang nakikita natin? At napansin namin na sa panahon ng paggalaw ng coil na may kaugnayan sa magnet, ang kasalukuyang lilitaw sa circuit muli. At kung huminto ang likid, agad na mawawala ang kasalukuyang.
Ngayon gumawa tayo ng isa pang eksperimento. Upang gawin ito, kukunin at ilalagay namin sa isang magnetic field ang isang flat circuit na walang conductor, at susubukan naming ikonekta ang mga dulo nito sa isang galvanometer. At ano ang nakikita natin? Sa sandaling lumiko ang circuit ng galvanometer, naobserbahan namin ang hitsura ng isang kasalukuyang induction sa loob nito. At kung susubukan mong paikutin ang magnet sa loob nito at sa tabi ng circuit, kung gayon sa kasong ito ay lilitaw din ang isang kasalukuyang.
Sa palagay ko napansin mo na ang kasalukuyang lumilitaw sa likid kapag nagbabago ang magnetic flux na tumatagos sa likid na ito.
At dito lumitaw ang tanong, sa anumang paggalaw ng magnet at coil, maaari bang lumitaw ang isang electric current? Hindi naman pala palagi. Hindi magaganap ang kasalukuyang kapag ang magnet ay umiikot sa isang patayong axis.
At mula dito sinusundan nito na sa anumang pagbabago sa magnetic flux, napapansin namin na ang isang electric current ay lumitaw sa konduktor na ito, na umiral sa buong proseso, habang ang mga pagbabago sa magnetic flux ay naganap. Ito ay tiyak na hindi pangkaraniwang bagay ng electromagnetic induction. At ang kasalukuyang induction ay ang kasalukuyang nakuha ng pamamaraang ito.
Kung susuriin natin ang karanasang ito, makikita natin na ang halaga ng kasalukuyang induction ay ganap na independiyente sa sanhi ng pagbabago sa magnetic flux. Sa kasong ito, ang bilis lamang ang pinakamahalaga, na nakakaapekto sa mga pagbabago sa magnetic flux. Mula sa mga eksperimento ni Faraday, mas mabilis na gumagalaw ang magnet sa coil, mas lumilihis ang galvanometer needle.
Ngayon ay maaari nating ibuod ang araling ito at tapusin na ang batas ng electromagnetic induction ay isa sa mga pangunahing batas ng electrodynamics. Salamat sa pag-aaral ng mga phenomena ng electromagnetic induction, mga siyentipiko iba't-ibang bansa iba't ibang de-koryenteng motor ang nilikha at makapangyarihang mga generator. Ang isang malaking kontribusyon sa pagbuo ng electrical engineering ay ginawa ng mga sikat na siyentipiko tulad ni Lenz, Jacobi, at iba pa.
Tungkol sa mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng mga transformer, chokes, maraming uri ng mga de-koryenteng motor at generator. Ang sabi ng batas:
o sa madaling salita:
Ang nabuong EMF ay proporsyonal sa rate ng pagbabago ng magnetic flux.
|
Sa unang eksperimentong pagpapakita ng electromagnetic induction (Agosto 1831), binalot ni Faraday ang dalawang wire sa magkabilang gilid ng isang iron torus (ang disenyo ay katulad ng isang modernong transpormer). Batay sa kanyang pagtatasa sa isang bagong natuklasang pag-aari ng isang electromagnet, inaasahan niya na kapag ang isang kasalukuyang ay nakabukas sa isang wire ng isang espesyal na uri, ang isang alon ay dadaan sa torus at magdulot ng ilang elektrikal na impluwensya sa kabaligtaran nito. Ikinonekta niya ang isang wire sa galvanometer at tiningnan ito habang ang isa pang wire ay konektado sa baterya. Sa katunayan, nakakita siya ng maikling surge ng current (na tinawag niyang "wave of electricity") nang ikonekta niya ang wire sa baterya, at isa pang katulad na surge nang idiskonekta niya ito. Sa loob ng dalawang buwan, natagpuan ni Faraday ang ilang iba pang mga pagpapakita ng electromagnetic induction. Halimbawa, nakakita siya ng mga pag-agos ng agos nang mabilis niyang ipinasok ang magnet sa coil at hinila ito pabalik, nakabuo siya ng direktang agos sa isang copper disk na umiikot malapit sa magnet na may sliding electrical wire ("Faraday disk"). Faraday disk Ipinaliwanag ni Faraday ang electromagnetic induction gamit ang konsepto ng tinatawag na mga linya ng puwersa. Gayunpaman, karamihan sa mga siyentipiko noong panahong iyon ay tinanggihan ang kanyang mga teoretikal na ideya, pangunahin dahil hindi sila nabalangkas sa matematika. Ang eksepsiyon ay si Maxwell, na gumamit ng mga ideya ni Faraday bilang batayan para sa kanyang quantitative electromagnetic theory. Sa mga gawa ni Maxwell, ang aspeto ng pagbabago sa oras ng electromagnetic induction ay ipinahayag sa anyo differential equation. Tinawag ni Oliver Heaviside ang batas na ito ng Faraday, bagama't medyo naiiba ito sa anyo mula sa orihinal na bersyon ng batas ng Faraday at hindi isinasaalang-alang ang induction ng EMF sa panahon ng paggalaw. Ang bersyon ng Heaviside ay isang anyo ng pangkat ng mga equation na kinikilala ngayon, na kilala bilang mga equation ni Maxwell. Ang batas ni Faraday bilang dalawang magkaibang phenomenaNapansin ng ilang physicist na ang batas ni Faraday sa isang equation ay naglalarawan ng dalawang magkaibang phenomena: motor emf nabuo sa pamamagitan ng pagkilos ng isang magnetic force sa isang gumagalaw na wire, at transpormer EMF, na nabuo sa pamamagitan ng pagkilos ng isang electric force dahil sa isang pagbabago magnetic field. Binigyang-pansin ni James Clerk Maxwell ang katotohanang ito sa kanyang trabaho Tungkol sa mga pisikal na linya ng puwersa noong 1861. Sa ikalawang kalahati ng bahagi II ng gawaing ito, nagbibigay si Maxwell ng hiwalay na pisikal na paliwanag para sa bawat isa sa dalawang phenomena na ito. Ang sanggunian sa dalawang aspetong ito ng electromagnetic induction ay matatagpuan sa ilang modernong mga aklat-aralin. Tulad ng isinulat ni Richard Feynman:
Ang pagpapakita ng maliwanag na dichotomy na ito ay isa sa mga pangunahing paraan na humantong kay Einstein na bumuo ng espesyal na relativity:
Pag-flux sa ibabaw at EMF sa circuit
Ipinapalagay ng kahulugan ng integral sa ibabaw na ang ibabaw Σ ay nahahati sa maliliit na elemento. Ang bawat elemento ay nauugnay sa isang vector dA, ang halaga nito ay katumbas ng lugar ng elemento, at ang direksyon ay kasama ng normal sa elemento sa labas.
larangan ng vector F(r, t) ay tinukoy sa buong espasyo, at ang ibabaw Σ ay nalilimitahan ng kurba ∂Σ na gumagalaw sa bilis v. Ang field ay isinama sa ibabaw na ito. Ang batas ni Faraday ng electromagnetic induction ay gumagamit ng konsepto ng magnetic flux Φ B sa pamamagitan ng isang saradong ibabaw Σ, na tinukoy sa pamamagitan ng isang integral sa ibabaw: saan dA- lugar ng elemento sa ibabaw Σ( t), B ay ang magnetic field, at B· dA- produktong scalar B at dA. Ipinapalagay na ang ibabaw ay may "bibig" na binalangkas ng isang saradong kurba, na may denotasyong ∂Σ( t). Ang batas ng induction ng Faraday ay nagsasaad na kapag ang daloy ay nagbabago, kung gayon kapag ang isang unit positive test charge ay gumagalaw sa isang closed curve ∂Σ, ang trabaho ay tapos na, ang halaga nito ay tinutukoy ng formula: saan ang magnitude ng electromotive force (EMF) sa volts, at Φ B- magnetic flux sa webers. Ang direksyon ng electromotive force ay tinutukoy ng batas ni Lenz. Samakatuwid, ang EMF kung saan v = ang bilis ng konduktor o magnet, a l= haba ng patayong loop. Sa kasong ito, ang bilis ay nauugnay sa angular na bilis ng pag-ikot v = rω, saan r= radius ng silindro. tandaan mo yan parehong trabaho isinagawa ayon sa sinuman isang landas na umiikot sa loop at nag-uugnay sa itaas at ibabang rim. Batas ni FaradayAng isang intuitively na kaakit-akit ngunit maling diskarte sa paggamit ng flow rule ay nagpapahayag ng daloy sa circuit bilang Φ B = B wℓ, saan w- ang lapad ng gumagalaw na loop. Ang expression na ito ay independiyente sa oras, kaya ito ay hindi wastong nagpapahiwatig na walang EMF na nabuo. Ang error sa pahayag na ito ay hindi nito isinasaalang-alang ang buong landas ng kasalukuyang sa pamamagitan ng isang closed loop. Upang maayos na magamit ang panuntunan ng daloy, dapat nating isaalang-alang ang buong kasalukuyang landas, na kinabibilangan ng landas sa pamamagitan ng mga rim sa itaas at ibabang mga disc. Maaari tayong pumili ng di-makatwirang saradong landas sa pamamagitan ng mga rim at umiikot na loop, at gamit ang batas ng daloy, hanapin ang EMF sa landas na ito. Ang anumang landas na may kasamang segment na katabi ng isang umiikot na loop ay isinasaalang-alang ang kaugnay na paggalaw ng mga bahagi ng chain. Bilang halimbawa, isaalang-alang natin ang isang landas na dumadaan sa itaas na bahagi ng kadena sa direksyon ng pag-ikot ng itaas na disk, at sa ibabang bahagi ng kadena - sa kabaligtaran na direksyon na may paggalang sa mas mababang disk (ipinapakita ng mga arrow sa Larawan 4). Sa kasong ito, kung ang umiikot na loop ay lumihis ng isang anggulo θ mula sa collector loop, maaari itong ituring bilang bahagi ng isang silindro na may lugar. A = rℓθ. Ang lugar na ito ay patayo sa field B, at ang kontribusyon nito sa daloy ay: kung saan negatibo ang sign, dahil ayon sa panuntunan kanang kamay patlang B , na nabuo ng isang kasalukuyang nagdadala ng loop, sa tapat ng direksyon sa inilapat na field B". Dahil ito lamang ang bahagi ng daloy na nakasalalay sa oras, ayon sa batas ng daloy, ang EMF ay: alinsunod sa pormula ng batas ni Lorentz. Ngayon isaalang-alang natin ang isa pang landas, kung saan pipiliin natin ang daanan kasama ang mga gilid ng mga disk sa pamamagitan ng magkasalungat na mga segment. Sa kasong ito, ang nauugnay na thread ay bumaba habang tumataas ang θ, ngunit ayon sa panuntunan sa kanang kamay, ang kasalukuyang loop nagdadagdag inilapat na larangan B, kaya ang EMF para sa landas na ito ay magiging eksaktong kaparehong halaga tulad ng para sa unang landas. Ang anumang pinaghalong landas ng pagbabalik ay nagreresulta sa parehong resulta para sa halaga ng EMF, kaya hindi mahalaga kung aling landas ang pipiliin. Direktang pagtatasa ng pagbabago ng daloy
kanin. 5. Pinasimpleng bersyon ng fig. 4. Ang loop ay dumudulas nang mabilis v sa isang nakatigil na unipormeng field B. Ang paggamit ng saradong landas upang kalkulahin ang EMF, tulad ng ginawa sa itaas, ay nakasalalay sa detalyadong geometry ng landas. Sa kaibahan, ang paggamit ng batas ni Lorentz ay hindi napapailalim sa naturang mga paghihigpit. Ang sumusunod na talakayan ay inilaan upang mas maunawaan ang pagkakapareho ng mga landas at maiwasan ang pagkuha sa mga detalye ng napiling landas kapag ginagamit ang batas ng daloy. kanin. Ang 5 ay isang ideyalisasyon ng figure 4, ipinapakita nito ang projection ng isang silindro sa isang eroplano. Ang parehong pagsusuri sa kahabaan ng naka-link na landas ay wasto, ngunit ang ilang mga pagpapasimple ay ginawa. Ang mga detalye ng time-independent ng circuit ay hindi makakaimpluwensya sa rate ng pagbabago ng daloy. Halimbawa, kapag pare-pareho ang bilis loop slip, ang daloy ng kasalukuyang sa pamamagitan ng loop ay hindi nakasalalay sa oras. Sa halip na isaalang-alang ang mga detalye ng napiling closed loop kapag kinakalkula ang EMF, maaari kang tumuon sa field area B natangay ng gumagalaw na loop. Ang panukala ay bumababa sa paghahanap ng bilis kung saan ang daloy ay tumatawid sa kadena. Ang paniwala na ito ay nagbibigay ng direktang pagtatantya ng rate ng pagbabago ng daloy, kaya iniiwasan ang pag-iisip tungkol sa higit pang mga detalyeng umaasa sa oras ng iba't ibang mga landas sa kahabaan ng circuit. Tulad ng paglalapat ng batas ni Lorentz, nagiging malinaw na ang alinmang dalawang landas na nauugnay sa isang sliding loop, ngunit magkaiba sa paraan ng pagtawid nila sa loop, ay lumikha ng daloy na may parehong rate ng pagbabago. Sa fig. 5 swept area sa bawat yunit ng oras ay katumbas ng dA / dt = vℓ, anuman ang mga detalye ng napiling saradong landas, upang ayon sa batas ng induction ng Faraday, ang EMF ay: Ang independiyenteng EMF path na ito ay nagpapakita na kung ang sliding loop ay pinalitan ng isang solid conducting plate, o kahit ilang kumplikadong curved surface, ang pagsusuri ay pareho: hanapin ang flux sa swept area ng mga gumagalaw na bahagi ng circuit. Katulad nito, kung ang sliding loop sa generator drum sa fig. 4 ay pinalitan ng isang solidong conductive cylinder, ang pagkalkula ng swept area ay ginagawa sa parehong paraan tulad ng sa kaso ng isang simpleng loop. Iyon ay, ang EMF na kinakalkula ayon sa batas ng Faraday ay magiging eksaktong kapareho ng sa kaso ng isang silindro na may solidong conductive wall, o, kung gusto mo, isang silindro na may mga dingding na gawa sa gadgad na keso. Tandaan, gayunpaman, na ang kasalukuyang dumadaloy bilang resulta ng EMF na ito ay hindi magiging eksaktong pareho, dahil ang kasalukuyang ay nakasalalay din sa paglaban ng circuit. Faraday - Maxwell equationAng isang alternating magnetic field ay lumilikha ng isang electric field na inilarawan ng Faraday-Maxwell equation: Ang equation na ito ay naroroon sa makabagong sistema Ang mga equation ni Maxwell, madalas na tinutukoy bilang batas ni Faraday. Gayunpaman, dahil naglalaman lamang ito ng mga partial derivatives na may kinalaman sa oras, ang paggamit nito ay limitado sa mga sitwasyon kung saan ang singil ay nakapahinga sa isang time-varying magnetic field. Hindi nito isinasaalang-alang ang electromagnetic induction sa mga kaso kung saan ang isang sisingilin na particle ay gumagalaw sa isang magnetic field. Sa ibang anyo, ang batas ni Faraday ay maaaring isulat sa mga tuntunin ng integral na anyo Kelvin-Stokes theorems: Nangangailangan ang integration ng time-independent surface Σ (itinuturing sa kontekstong ito bilang bahagi ng interpretasyon ng mga partial derivatives). Gaya ng ipinapakita sa fig. 6: Σ - isang ibabaw na may hangganan ng isang saradong tabas ∂Σ , at kung paano Σ , at ∂Σ ay naayos, hindi nakasalalay sa oras, E- electric field, d ℓ - infinitesimal na contour na elemento ∂Σ , B- magnetic field, d A ay isang infinitesimal na elemento ng surface vector Σ .d elemento ℓ at d A may mga hindi natukoy na palatandaan. Upang itakda ang mga tamang palatandaan, ginagamit ang panuntunan sa kanang kamay, tulad ng inilarawan sa artikulo sa Kelvin-Stokes theorem. Para sa isang patag na ibabaw Σ, ang positibong direksyon ng elemento ng landas dℓ Ang curve ∂Σ ay tinutukoy ng panuntunan ng kanang kamay, ayon sa kung saan ang apat na daliri ng kanang kamay ay tumuturo sa direksyong ito kapag hinlalaki tumuturo sa direksyon ng normal n sa ibabaw Σ. Integral tapos na ∂Σ tinawag integral ng landas o curvilinear integral. Ang integral sa ibabaw sa kanang bahagi ng Faraday-Maxwell equation ay isang tahasang pagpapahayag para sa magnetic flux Φ B sa mga tuntunin ng Σ . Tandaan na integral ang nonzero path para sa E iba sa ugali electric field nilikha ng mga singil. Nabuo ang singil E-field ay maaaring ipahayag bilang ang gradient ng isang scalar field, na isang solusyon sa Poisson's equation at may zero path integral. Ang integral equation ay wasto para sa anuman paraan ∂Σ sa kalawakan at anumang ibabaw Σ , kung saan ang landas na ito ang hangganan.
kanin. 7. I-sweep area ang vector element dℓ baluktot ∂Σ habang dt habang mabilis ang takbo v. at isinasaalang-alang (Gauss series), (Vector product) at (Kelvin - Stokes theorem), nalaman namin na ang kabuuang derivative ng magnetic flux ay maaaring ipahayag Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng termino sa magkabilang panig ng Faraday-Maxwell equation at pagpapakilala sa itaas na equation, makukuha natin ang: na siyang batas ni Faraday. Kaya, ang batas ng Faraday at ang mga equation ng Faraday-Maxwell ay pisikal na katumbas. kanin. Ipinapakita ng 7 ang interpretasyon ng kontribusyon ng magnetic force sa EMF sa kaliwang bahagi ng equation. Lugar na na-sweep ayon sa segment dℓ baluktot ∂Σ habang dt habang mabilis ang takbo v, ay katumbas ng: upang ang pagbabago sa magnetic flux ΔΦ B sa pamamagitan ng bahagi ng ibabaw bounded ng ∂Σ habang dt, katumbas ng: at kung idaragdag natin ang mga ΔΦ B na ito sa paligid ng loop para sa lahat ng mga segment dℓ , nakukuha natin ang kabuuang kontribusyon ng magnetic force sa batas ni Faraday. Ibig sabihin, ang termino ay nauugnay sa motor EMF. Halimbawa 3: ang pananaw ng isang gumagalaw na tagamasidPagbabalik sa halimbawa sa Fig. 3, sa isang gumagalaw na frame ng sanggunian, ang isang malapit na koneksyon ay ipinahayag sa pagitan E- at B mga patlang, gayundin sa pagitan motor at sapilitan EMF. Isipin ang isang tagamasid na gumagalaw kasama ng loop. Kinakalkula ng tagamasid ang EMF sa loop gamit ang parehong batas ni Lorentz at batas ng electromagnetic induction ni Faraday. Dahil ang tagamasid na ito ay gumagalaw kasama ang loop, hindi niya nakikita ang anumang paggalaw ng loop, ibig sabihin, ang zero magnitude v×B. Gayunpaman, mula noong patlang B nagbabago sa isang punto x, ang isang gumagalaw na tagamasid ay nakakakita ng isang magnetic field na nag-iiba-iba ng oras, katulad ng: saan k ay ang unit vector sa direksyon z. batas ni LorenzSinasabi ng equation ng Faraday-Maxwell na ang isang gumagalaw na tagamasid ay nakakakita ng isang electric field E y sa direksyon ng axis y, tinutukoy ng formula: Solusyon para sa E y hanggang sa isang pare-pareho na walang idinagdag sa loop integral: Gamit ang batas ng Lorentz, kung saan mayroon lamang isang bahagi ng electric field, maaaring kalkulahin ng tagamasid ang EMF kasama ang loop sa oras. t ayon sa formula: at nakikita natin na ang eksaktong parehong resulta ay matatagpuan para sa isang nakatigil na tagamasid na nakikita na ang sentro ng masa x Lumipat si C x C+ v t. Gayunpaman, nakuha ng gumagalaw na tagamasid ang resulta sa ilalim ng impresyon na iyon lamang electric component, habang inakala ng nakatigil na tagamasid na ito ay kumilos lamang magnetic sangkap. Ang batas ng induction ni FaradayUpang mailapat ang batas ng induction ni Faraday, isaalang-alang ang isang tagamasid na gumagalaw kasama ng isang punto x C. Nakikita niya ang pagbabago sa magnetic flux, ngunit ang loop ay tila hindi gumagalaw: ang gitna ng loop x Ang C ay naayos dahil ang tagamasid ay gumagalaw kasama ng loop. Pagkatapos ang daloy: kung saan ang minus sign ay nangyayari dahil ang normal sa ibabaw ay may direksyon na kabaligtaran sa inilapat na patlang B. Mula sa batas ng induction ni Faraday, ang EMF ay: at nakikita natin ang parehong resulta. Ginagamit ang derivative ng oras sa pagsasama dahil ang mga limitasyon sa pagsasama ay independyente sa oras. Muli, upang i-convert ang time derivative sa derivative na may kinalaman sa x ginagamit ang mga paraan ng pagkita ng kaibahan ng isang kumplikadong function. Ang isang nakatigil na tagamasid ay nakikita ang EMF bilang motor , habang iniisip ng gumagalaw na tagamasid sapilitan EMF. Electric generator
kanin. 8. Electric generator batay sa Faraday disk. Ang disk ay umiikot na may angular na bilis ω, habang ang konduktor na matatagpuan sa kahabaan ng radius ay gumagalaw sa isang static na magnetic field. B. Lorentz magnetic force v×B lumilikha ng isang kasalukuyang kasama ang konduktor patungo sa rim, pagkatapos ay ang circuit ay nakumpleto sa pamamagitan ng mas mababang brush at ang axis ng suporta sa disc. Kaya, dahil sa mekanikal na paggalaw nabuo ang kasalukuyang. Ang kababalaghan ng paglitaw ng isang EMF na nabuo ayon sa batas ng Faraday ng induction dahil sa kamag-anak na paggalaw ng circuit at ang magnetic field ay sumasailalim sa pagpapatakbo ng mga electric generator. Kung ang permanenteng magnet ay gumagalaw na may kaugnayan sa konduktor, o kabaliktaran, ang konduktor ay gumagalaw na may kaugnayan sa magnet, pagkatapos ay isang electromotive na puwersa ang lumitaw. Kung ang konduktor ay konektado sa isang de-koryenteng pag-load, pagkatapos ay ang isang kasalukuyang ay dadaloy sa pamamagitan nito, at samakatuwid, ang mekanikal na enerhiya ng paggalaw ay mako-convert sa elektrikal na enerhiya. Halimbawa, generator ng disk binuo sa parehong prinsipyo tulad ng ipinapakita sa Fig. 4. Ang isa pang pagpapatupad ng ideyang ito ay ang Faraday disk, na ipinapakita sa isang pinasimpleng anyo sa fig. 8. Mangyaring tandaan na ang pagsusuri ng fig. 5 at isang direktang aplikasyon ng batas ng puwersa ng Lorentz ay nagpapakita na solid gumagana ang conductive disk sa parehong paraan. Sa halimbawa ng Faraday disk, ang disk ay umiikot sa isang pare-parehong magnetic field na patayo sa disk, na nagreresulta sa isang kasalukuyang sa radial arm dahil sa puwersa ng Lorentz. Ito ay kagiliw-giliw na maunawaan kung paano lumalabas na upang makontrol ang kasalukuyang ito, kinakailangan ang gawaing mekanikal. Kapag ang nabuong kasalukuyang dumadaloy sa conductive rim, ayon sa batas ng Ampère, ang kasalukuyang ito ay lumilikha ng magnetic field (sa Fig. 8 ito ay nilagdaan na "induced B" - Induced B). Ang rim ay nagiging isang electromagnet, na lumalaban sa pag-ikot ng disk (isang halimbawa ng panuntunan ni Lenz). Sa malayong bahagi ng figure, ang reverse current ay dumadaloy mula sa umiikot na braso sa dulong bahagi ng rim hanggang sa ilalim na brush. Ang B field na nilikha ng reverse current na ito ay kabaligtaran sa inilapat na field, na nagiging sanhi pagbabawas dumaloy sa malayong bahagi ng kadena, bilang kabaligtaran sa pagtaas daloy na dulot ng pag-ikot. Sa malapit na bahagi ng figure, ang reverse current ay dumadaloy mula sa umiikot na braso sa malapit na gilid ng rim hanggang sa ilalim na brush. Induced field B nadadagdagan daloy sa bahaging ito ng kadena, bilang kabaligtaran sa bumaba daloy na dulot ng pag-ikot. Kaya, ang magkabilang panig ng circuit ay bumubuo ng isang emf na sumasalungat sa pag-ikot. Ang enerhiya na kinakailangan upang panatilihing gumagalaw ang disk laban sa reaktibong puwersa na ito ay eksaktong katumbas ng elektrikal na enerhiya na nabuo (kasama ang enerhiya upang mabayaran ang mga pagkalugi dahil sa friction, dahil sa pagbuo ng init ng Joule, atbp.). Ang pag-uugali na ito ay karaniwan sa lahat ng mga generator para sa pag-convert ng mekanikal na enerhiya sa elektrikal na enerhiya. Bagama't inilalarawan ng batas ng Faraday ang pagpapatakbo ng anumang de-koryenteng generator, maaaring mag-iba ang detalyadong mekanismo sa bawat kaso. Kapag ang isang magnet ay umiikot sa paligid ng isang nakapirming konduktor, ang nagbabagong magnetic field ay lumilikha ng isang electric field, tulad ng inilarawan sa Maxwell-Faraday equation, at ang electric field na ito ay nagtutulak ng mga singil sa pamamagitan ng konduktor. Ang kasong ito ay tinatawag sapilitan EMF. Sa kabilang banda, kapag ang magnet ay nakatigil at ang konduktor ay umiikot, ang gumagalaw na mga singil ay apektado ng isang magnetic force (tulad ng inilarawan ng batas ni Lorentz), at ang magnetic force na ito ay nagtutulak sa mga singil sa pamamagitan ng konduktor. Ang kasong ito ay tinatawag motor EMF. de-kuryenteng motorAng electric generator ay maaaring gumana sa " magkasalungat na daan at maging makina. Isaalang-alang, halimbawa, ang Faraday disk. Ipagpalagay na ang isang direktang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng conductive radial arm mula sa ilang boltahe. Pagkatapos, ayon sa batas ng puwersa ng Lorentz, ang gumagalaw na singil na ito ay apektado ng puwersa sa isang magnetic field B, na magpapaikot sa disk sa direksyon na tinutukoy ng panuntunan sa kaliwang kamay. Sa kawalan ng dissipative loss effect tulad ng friction o Joule heat, ang disk ay iikot sa ganoong bilis na d Φ B / dt ay katumbas ng boltahe na nagdudulot ng kasalukuyang. de-koryenteng transpormerAng emf na hinulaang ng batas ni Faraday ang dahilan din ng trabaho mga de-koryenteng transformer. Kapag nagbago ang electric current sa wire loop, lumilikha ang nagbabagong current ng alternating magnetic field. Ang pangalawang wire sa magnetic field na magagamit nito ay makakaranas ng mga pagbabagong ito sa magnetic field bilang mga pagbabago sa magnetic flux na nauugnay dito. dΦ B / dt. Ang electromotive force na nabuo sa pangalawang loop ay tinatawag sapilitan emf o EMF transpormer. Kung ang dalawang dulo ng loop na ito ay konektado sa pamamagitan ng isang de-koryenteng pagkarga, kung gayon ang kasalukuyang ay dadaloy dito. Mga electromagnetic flowmeterAng batas ng Faraday ay ginagamit upang sukatin ang daloy ng mga de-koryenteng kondaktibong likido at slurries. Ang mga naturang device ay tinatawag na magnetic flowmeters. Sapilitan boltahe ℇ nabuo sa isang magnetic field B sa pamamagitan ng isang conductive fluid na gumagalaw nang mabilis v, ay tinutukoy ng formula: kung saan ang ℓ ay ang distansya sa pagitan ng mga electrodes sa magnetic flowmeter. Sa anumang bagay na metal na gumagalaw na may kaugnayan sa isang static na magnetic field, magaganap ang mga inductive current, tulad ng sa anumang nakatigil na bagay na metal na may kaugnayan sa isang gumagalaw na magnetic field. Ang mga daloy ng enerhiya na ito ay kadalasang hindi kanais-nais, dahil sa kanila ang isang electric current ay dumadaloy sa metal layer, na nagpapainit sa metal.
Nagaganap ang mga eddy current kapag ang isang solidong masa ng metal ay umiikot sa isang magnetic field, habang ang panlabas na bahagi ng metal ay tumatawid nang higit pa. mga linya ng puwersa kaysa sa panloob, samakatuwid, ang induced electromotive force ay hindi pantay at may posibilidad na lumikha ng mga alon sa pagitan ng mga puntong may pinakamataas at pinakamababang potensyal. Ang mga agos ng eddy ay kumonsumo ng malaking halaga ng enerhiya, at kadalasang nagreresulta sa nakakapinsalang pagtaas ng temperatura.
Ang halimbawang ito ay nagpapakita ng kabuuang limang laminate o plates upang ipakita ang eddy current splitting. Sa pagsasagawa, ang bilang ng mga plato o pagbutas ay mula 40 hanggang 66 bawat pulgada, na nagreresulta sa pagbawas sa pagkalugi bawat eddy agos hanggang sa halos isang porsyento. Kahit na ang mga plato ay maaaring ihiwalay sa isa't isa sa pamamagitan ng pagkakabukod, dahil ang mga nagresultang boltahe ay napakababa, ang natural na kalawang o oxide coating ng mga plato ay sapat upang maiwasan ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga plato.
Sa paglalarawang ito, ang solidong tansong bar ng inductor sa umiikot na armature ay dumadaan lamang sa ilalim ng dulo ng N poste ng magnet. Pansinin ang hindi pantay na pamamahagi ng mga linya ng field sa buong baras. Ang magnetic field ay lubos na puro at samakatuwid ay mas malakas sa kaliwang gilid ng tansong pamalo (a, b), habang mas mahina sa kanang gilid (c,d). Dahil ang dalawang dulo ng baras ay lilipat sa parehong bilis, ang pagkakaibang ito sa lakas ng field sa buong baras ay lilikha ng mga kasalukuyang eddies sa loob ng copper rod. |
Ang kababalaghan ng electromagnetic induction ay natuklasan ni Michael Faraday noong 1831. Siya ay nag-eksperimentong itinatag na kapag ang magnetic field ay nagbabago sa loob ng isang closed circuit, isang electric current ang lumabas dito, na tinatawag na kasalukuyang induction. Ang mga eksperimento ni Faraday ay maaaring kopyahin tulad ng sumusunod: kapag ang isang magnet ay ipinakilala o tinanggal sa isang coil na sarado sa isang galvanometer, isang induction current ay lilitaw sa coil (Fig. 24). Kung ang dalawang coil ay magkatabi (halimbawa, sa isang karaniwang core o isang coil sa loob ng isa pa) at isang coil ay konektado sa isang kasalukuyang source sa pamamagitan ng isang key, pagkatapos ay kapag ang key ay sarado o binuksan sa circuit ng unang coil , lalabas ang isang induction current sa pangalawang coil (Larawan 25). Ang paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ibinigay ni Maxwell. Ang anumang alternating magnetic field ay palaging bumubuo ng isang alternating electric field.
Upang quantitatively characterize ang proseso ng pagbabago ng magnetic field sa pamamagitan ng closed circuit, isang pisikal na dami na tinatawag na magnetic flux ay ipinakilala. magnetic flux sa pamamagitan ng isang closed loop na may isang lugar na S ay tinatawag na isang pisikal na dami na katumbas ng produkto ng modulus ng magnetic induction vector V sa contour area S at sa pamamagitan ng cosine ng anggulo a sa pagitan ng direksyon ng magnetic induction vector at ng normal sa contour area. F = BS kasiα (Larawan 26).
Empirically, ang pangunahing batas ng electromagnetic induction ay itinatag: EMF induction sa isang closed loop ay katumbas ng magnitude sa rate ng pagbabago ng magnetic flux sa pamamagitan ng loop. ξ = ΔФ/t..
Isinasaalang-alang ang isang likid na naglalaman ng P lumiliko, kung gayon ang formula ng pangunahing batas ng electromagnetic induction ay magiging ganito: ξ \u003d n ΔФ / t.
Ang yunit ng pagsukat ng magnetic flux ay F - weber (Wb): 1V6 \u003d 1Β s.
Ang kahulugan ng dimensyon ay sumusunod mula sa pangunahing batas ΔФ =ξ t: 1 Weber ay ang halaga ng tulad ng isang magnetic flux, na kung saan, bumababa sa zero sa isang segundo, induces isang induction EMF ng 1 V sa pamamagitan ng isang closed circuit.
Ang isang klasikong pagpapakita ng pangunahing batas ng electromagnetic induction ay ang unang eksperimento ni Faraday: mas mabilis mong ilipat ang isang magnet sa mga pagliko ng isang coil, mas maraming induction current ang lalabas dito, at samakatuwid ay ang induction EMF.
Ang pag-asa ng direksyon ng kasalukuyang induction sa likas na katangian ng pagbabago sa magnetic field sa pamamagitan ng isang closed circuit noong 1833 ay eksperimento na itinatag ng Russian scientist na si Lenz. Siya ang bumalangkas ng panuntunang nagtataglay ng kanyang pangalan. Ang induction current ay may direksyon kung saan ang magnetic field nito ay may posibilidad na magbayad para sa pagbabago sa panlabas na magnetic flux sa pamamagitan ng circuit. Nagdisenyo si Lenz ng isang device na binubuo ng dalawang aluminum ring, solid at cut, na naka-mount sa isang aluminum crossbar at may kakayahang umikot sa paligid ng isang axis, tulad ng isang rocker. (Larawan 27). Kapag ang isang magnet ay ipinakilala sa isang solidong singsing, nagsimula itong "tumakbo palayo" mula sa magnet, na pinaikot ang rocker nang naaayon. Nang alisin ang magnet sa singsing, sinubukan ng singsing na "makahabol" sa magnet. Kapag gumalaw ang magnet sa loob ng cut ring, walang epekto ang naganap. Ipinaliwanag ni Lenz ang eksperimento sa pamamagitan ng katotohanan na ang magnetic field ng induction current ay naghangad na mabayaran ang pagbabago sa panlabas na magnetic flux.
Ang kuryente ay may kakayahang makabuo ng magnetic field. Noong 1831, ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto ng electromagnetic induction. Nakuha niya ang kuryente sa isang saradong sistema ng mga konduktor, na lumilitaw kapag nagbabago ang magnetic flux. Ang pormula ng batas ni Faraday ay nagbigay ng lakas sa pagbuo ng electrodynamics.
Matapos ang patunay ng batas ng electromagnetic induction ng Ingles na siyentipiko na si M. Faraday, ang mga siyentipikong Ruso na sina E. Lenz at B. Jacobi ay nagtrabaho sa pagtuklas. Salamat sa kanilang trabaho, ngayon ang binuo na prinsipyo ay ang batayan para sa paggana ng maraming mga aparato at mekanismo.
Ang mga pangunahing yunit kung saan inilalapat ang batas ng electromagnetic induction ng Faraday ay ang motor, transpormer at maraming iba pang mga aparato.
Ang electromagnetic induction ay tinatawag na induction sa isang closed conducting system ng electric current. Ang ganitong kababalaghan ay nagiging posible sa panahon ng pisikal na paggalaw sa pamamagitan ng sistema ng konduktor ng magnetic field. Ang mekanikal na pagkilos ay nangangailangan ng hitsura ng kuryente. Ito ay tinatawag na induction. Bago ang pagtuklas ng batas ni Faraday, hindi alam ng sangkatauhan ang tungkol sa iba pang mga paraan upang lumikha ng kuryente, maliban sa electroplating.
Kung ang isang magnetic field ay dumaan sa konduktor, isang induction emf ang magaganap dito. Tinatawag din itong electromotive force. Sa tulong ng pagtuklas na ito, posible na mabilang ang tagapagpahiwatig.
Sa pagsasagawa ng kanyang pananaliksik, natuklasan ng Ingles na siyentipiko na ang induction current ay nakuha sa isa sa dalawang paraan. Sa unang eksperimento, lumilitaw ito kapag gumagalaw ang frame sa isang magnetic field na nilikha ng isang nakapirming coil. Ipinapalagay ng pangalawang paraan ang isang nakapirming posisyon ng frame. Sa eksperimentong ito, tanging ang field ng coil ang nagbabago kapag gumagalaw ito o nagbabago ang kasalukuyang nasa loob nito.
Ang mga eksperimento ni Faraday ay humantong sa mananaliksik sa konklusyon na kapag ang isang induction current ay nabuo, ito ay pinupukaw ng pagtaas o pagbaba sa magnetic flux sa system. Gayundin, ginawang posible ng mga eksperimento ni Faraday na igiit na ang halaga ng kuryenteng nakuha na empirically ay hindi nakadepende sa pamamaraan kung saan binago ang flux ng magnetic induction. Ang tagapagpahiwatig ay apektado lamang ng rate ng naturang pagbabago.
Upang maitaguyod ang dami ng halaga ng kababalaghan ng electromagnetic induction ay nagpapahintulot sa batas ni Faraday. Sinasabi nito na ang EMF, na tinutukoy sa system, ay nagbabago ng halaga nito sa proporsyon sa bilis ng daloy sa konduktor. Ang formula ay magiging ganito:
Ang negatibong palatandaan ay nagpapahiwatig na pinipigilan ng EMF ang paglitaw ng mga pagbabago sa loob ng circuit. Upang malutas ang ilang mga problema, ang isang negatibong palatandaan ay hindi inilalagay sa formula. Sa kasong ito, ang resulta ay nakasulat bilang isang modulus.
Ang system ay maaaring magsama ng ilang mga pagliko. Ang kanilang numero ay ipinahiwatig ng Latin na titik N. Ang lahat ng mga elemento ng circuit ay tinusok ng isang solong magnetic flux. Ang induction emf ay kakalkulahin tulad ng sumusunod:
Ang isang malinaw na halimbawa ng muling paglikha ng kuryente sa isang konduktor ay isang coil kung saan gumagalaw ang isang permanenteng magnet.
Ang direksyon ng kasalukuyang induction ay ginagawang posible upang tukuyin ang panuntunan ng Lenz. Ang maikling salita ay medyo simple. Ang kasalukuyang lumilitaw kapag ang mga tagapagpahiwatig ng patlang ng circuit ng konduktor ay nagbabago, dahil sa magnetic field nito, ay pumipigil sa gayong pagbabago.
Kung ang isang magnet ay unti-unting ipinakilala sa coil, ang antas ng magnetic flux dito ay tumataas. Ayon sa panuntunan ni Lenz, ang magnetic field ay magkakaroon ng direksyon na kabaligtaran sa pagtaas ng field ng magnet. Upang maunawaan ang direksyon na ito, kailangan mong tingnan ang magnet mula sa hilagang bahagi. Mula dito ang gimlet ay screwed patungo north pole. Ang kasalukuyang ay lilipat sa direksyon ng orasan.
Kung ang magnet ay tinanggal mula sa system, ang magnetic flux sa loob nito ay bababa. Upang itakda ang direksyon ng kasalukuyang, ang gimlet ay na-unscrew. Ang pag-ikot ay ipapadala sa reverse side paggalaw sa isang clockwise dial.
Nakuha ang mga formulation ni Lenz pinakamahalaga para sa isang sistema na may saradong loop at walang pagtutol. Ito ay karaniwang tinutukoy bilang ang perpektong tabas. Ayon sa panuntunan ni Lenz, imposibleng madagdagan o bawasan ang magnetic flux dito.
Ang henerasyon ng induction sa isang perpektong sistema, na nangyayari kapag bumagsak o tumaas ang kuryente sa isang konduktor, ay tinatawag na self-induction.
Ang batas ng Faraday para sa self-induction ay ipinahayag sa pamamagitan ng pagkakapantay-pantay, kapag walang ibang pagbabagong naganap noong nagbago ang kuryente:
kung saan ang e ay ang EMF, ang L ay ang inductance ng isang closed coil, ΔI/Δt ay ang rate kung saan nangyayari ang mga kasalukuyang pagbabago.
Ang ratio na nagpapakita ng proporsyonalidad sa pagitan ng mga kategorya tulad ng lakas ng kasalukuyang sa isang conducting system at ang magnetic flux ay tinatawag na inductance. Ang tagapagpahiwatig ay naiimpluwensyahan ng mga pisikal na sukat ng coil at ang mga magnetic na katangian ng medium. Ang kaugnayan ay inilalarawan ng formula:
Ang kuryente na gumagalaw sa circuit ay naghihikayat sa hitsura ng isang magnetic field. Tumagos ito sa sarili nitong sasakyan at kumukuha ng agos nito sa circuit. Bukod dito, ang sarili nitong daloy ay proporsyonal sa kuryente na bumubuo nito:
Ang halaga ng inductance ay nabuo din mula sa batas ng Faraday.
Ipinapaliwanag ng puwersa ng Lorentz ang paglitaw ng EMF kapag gumagalaw ang system sa isang field na may pare-parehong halaga. Ang inductive EMF ay may kakayahang mangyari kahit na may nakatigil na conducting system sa isang alternating magnetic field. Ang puwersa ng Lorentz sa gayong halimbawa ay hindi maipaliwanag ang hitsura ng induction EMF.
Iminungkahi ni Maxwell na gumamit ng isang espesyal na equation para sa pagsasagawa ng mga sistema ng isang nakapirming uri. Ipinapaliwanag nito ang paglitaw ng EMF sa mga naturang sistema. Ang pangunahing prinsipyo ng batas ng Faraday-Maxwell ay ang katotohanan na ang isang alternating field ay bumubuo ng isang electric field sa espasyo sa paligid nito. Ito ay gumaganap bilang isang kadahilanan na pumukaw sa hitsura ng isang induction current sa isang hindi natitinag na sistema. Ang paglipat ng isang vector (E) kasama ang mga nakatigil na circuits (L) ay isang EMF:
Sa pagkakaroon ng alternating current, ang mga batas ni Faraday ay ipinakilala sa mga equation ni Maxwell. Bukod dito, maaari silang kinakatawan sa parehong anyo ng kaugalian at sa anyo ng mga integral.
Kapag ginagamit ang mga batas ng Faraday, inilalarawan ang mga regularidad na umiiral sa panahon ng electrolysis. Ang prosesong ito ay binubuo sa pagbabagong-anyo ng mga sangkap na may iba't ibang katangian. Nangyayari ito kapag gumagalaw ang kuryente sa isang electrolyte.
Ang mga pattern na ito ay napatunayan ni M. Faraday noong 1834. Ang unang pahayag ay nagsasabi na ang masa ng sangkap na nabuo sa elektrod ay nagbabago ayon sa singil na inilipat sa pamamagitan ng electrolyte.
Ang pangalawang pahayag ay nagsasabi na ang mga katumbas ng mga sangkap na may iba't ibang mga katangian ay proporsyonal sa mga kemikal na katumbas ng mga sangkap na ito.
Ang parehong ipinakita na mga pahayag ay pinagsama sa pinagsamang batas ng Faraday. Ito ay sumusunod mula dito na ang numero ng Faraday ay magiging katumbas ng kuryente na may kakayahang maglabas ng 1 mole ng isang sangkap sa isang electrolyte. Ito ay kinakalkula sa bawat yunit ng valence. Ito ay sa pamamagitan ng pinagsamang pormula na ang singil ng elektron ay kinakalkula noong 1874.
Ang mga batas ng electrolysis na itinatag ni Faraday ay nasubok sa iba't ibang mga halaga ng kasalukuyang, temperatura, presyon, pati na rin sa sabay-sabay na paglabas ng dalawa o higit pang mga sangkap. Ang electrolysis ay isinagawa din sa iba't ibang mga melt at solvents. Ang konsentrasyon ng electrolyte ay naiiba din sa iba't ibang mga eksperimento. Kasabay nito, kung minsan ay sinusunod ang maliliit na paglihis mula sa batas ni Faraday. Ang mga ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng elektronikong kondaktibiti ng mga electrolyte, na natutukoy sa isang par na may ionic conductivity.
Ang mga natuklasan na ginawa ng Ingles na physicist na si M. Faraday ay naging posible upang ilarawan ang maraming mga phenomena. Ang kanyang mga batas ay ang batayan ng modernong electrodynamics. Ayon sa prinsipyong ito, gumagana ang iba't ibang modernong kagamitan.
Fedun V.I. Abstract ng mga lektura sa pisika ng Electromagnetism
Lektura 26
Electromagnetic induction. Ang pagtuklas ni Faraday .
Noong 1831, ginawa ni M. Faraday ang isa sa pinakamahalagang pangunahing pagtuklas sa electrodynamics - natuklasan niya ang phenomenon electromagnetic induction .
Sa isang closed conducting circuit, na may pagbabago sa magnetic flux (vector flux) na sakop ng circuit na ito, isang electric current ang lumalabas.
Ang agos na ito ay tinatawag pagtatalaga sa tungkulin .
Ang hitsura ng isang kasalukuyang induction ay nangangahulugan na kapag ang magnetic
|
|
dumadaloy sa circuit arises emf pagtatalaga sa tungkulin |
|
Larawan 26.1. |
Natuklasan ni Faraday na ang isang induction current ay maaaring ma-induce sa dalawang magkaibang paraan, na maginhawang maipaliwanag sa pamamagitan ng isang diagram.
Unang paraan: paglipat ng frame 
sa magnetic field ng isang nakapirming coil 
(tingnan ang fig.26.1).
2nd paraan: pagbabago ng magnetic field 
nabuo ng coil 
, dahil sa paggalaw nito o dahil sa pagbabago ng lakas ng agos 
sa loob nito (o pareho). Frame 
habang hindi kumikibo.
Sa parehong mga kasong ito, ang galvanometer 
ay magpapakita ng pagkakaroon ng kasalukuyang induction sa frame 
.
Ang direksyon ng kasalukuyang induction at, nang naaayon, ang tanda ng emf. pagtatalaga sa tungkulin 
tinutukoy ng panuntunan ng Lenz.
Pamumuno ni Lenz.
Ang kasalukuyang induction ay palaging nakadirekta sa paraang kontrahin ang sanhi na sanhi nito. .
Ang panuntunan ni Lenz ay nagpapahayag ng isang mahalagang pisikal na ari-arian - ang pagnanais ng isang sistema na kontrahin ang isang pagbabago sa estado nito. Ang ari-arian na ito ay tinatawag na electromagnetic inertia .
Anuman ang dahilan ng pagbabago sa magnetic flux na sakop ng isang closed conducting circuit, na nangyayari sa emf circuit. Ang induction ay tinutukoy ng formula
|
|
Kalikasan ng electromagnetic induction.
Upang linawin ang mga pisikal na sanhi na humahantong sa paglitaw ng emf. Induction, isinasaalang-alang namin ang dalawang kaso nang sunud-sunod.
kumilos ng puwersa
Ang electromotive force na nabuo ng field na ito ay tinatawag electromotive force induction
. Sa kaso natin
|
|
Dito inilalagay ang minus sign dahil ang third-party na field 
nakadirekta laban sa positibong loop bypass na tinukoy ng tamang panuntunan ng turnilyo. Trabaho 
ay ang rate ng pagtaas ng lugar ng contour (pagtaas ng lugar sa bawat yunit ng oras), samakatuwid
|
|
saan 
- pagtaas ng magnetic flux sa pamamagitan ng circuit.
|
|
Ang resultang nakuha ay maaaring gawing pangkalahatan sa kaso ng isang arbitraryong oryentasyon ng magnetic field induction vector 
may kaugnayan sa contour plane at sa anumang contour na gumagalaw (at/o deforming) sa isang di-makatwirang paraan sa isang pare-parehong hindi homogenous na panlabas na magnetic field.
Kaya, ang paggulo ng emf. induction kapag ang circuit ay gumagalaw sa isang pare-pareho ang magnetic field ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkilos ng magnetic component ng Lorentz force, proporsyonal sa 
, na nangyayari kapag ang konduktor ay inilipat. 
Ang naobserbahang eksperimentong paglitaw ng isang inductive current ay nagpapahiwatig na sa kasong ito, lumilitaw ang mga panlabas na puwersa sa circuit, na ngayon ay nauugnay sa isang magnetic field na nagbabago sa oras. Ano ang kanilang kalikasan? Ang sagot sa pangunahing tanong na ito ay ibinigay ni Maxwell.
Dahil ang konduktor ay nagpapahinga, ang bilis ng iniutos na paggalaw ng mga singil sa kuryente 
at samakatuwid ang magnetic force na proporsyonal sa 
, ay katumbas din ng zero at hindi na maaaring itakda ang mga singil sa paggalaw. Gayunpaman, bilang karagdagan sa magnetic force, isang puwersa lamang mula sa electric field ang katumbas ng 
. Samakatuwid, ito ay nananatiling upang tapusin na induced current dahil sa electric field 
na nagmumula kapag ang panlabas na magnetic field ay nagbabago sa oras.
Ito ang electric field na may pananagutan sa paglitaw ng emf. induction sa isang nakapirming circuit. Ayon kay Maxwell, isang magnetic field na nag-iiba-iba ng oras ay bumubuo ng isang electric field sa nakapalibot na espasyo. Ang paglitaw ng isang electric field ay hindi nauugnay sa pagkakaroon ng isang conductive circuit, na ginagawang posible upang makita ang pagkakaroon ng patlang na ito sa pamamagitan ng hitsura ng isang induction kasalukuyang sa loob nito.
Salita batas ng electromagnetic induction , na ibinigay ni Maxwell, ay isa sa pinakamahalagang generalization ng electrodynamics.
Anumang pagbabago sa magnetic field sa oras ay nasasabik sa isang electric field sa nakapalibot na espasyo .
Ang mathematical formulation ng batas ng electromagnetic induction sa pag-unawa kay Maxwell ay may anyo:
Sirkulasyon ng vector ng tensyon 
ang field na ito kasama ang anumang nakapirming closed contour 
ay tinukoy ng expression
|
|
saan 
- magnetic flux na tumatagos sa circuit 
.
Ginagamit upang ipahiwatig ang rate ng pagbabago ng magnetic flux, ang tanda ng partial derivative ay nagpapahiwatig na ang circuit ay nakatigil.
Daloy ng vector 
sa pamamagitan ng isang ibabaw na may hangganan ng isang tabas 
, ay katumbas ng 
, kaya ang expression para sa batas ng electromagnetic induction ay maaaring muling isulat bilang mga sumusunod:
Ito ay isa sa mga equation ng sistema ng mga equation ni Maxwell.
Ang katotohanan na ang sirkulasyon ng electric field na nasasabik ng isang time-varying magnetic field ay non-zero ay nangangahulugan na ang itinuturing na electric field hindi potensyal.Ito, tulad ng isang magnetic field, ay eddy.
Sa pangkalahatan, ang electric field 
ay maaaring katawanin ng vector sum ng potensyal (ang larangan ng static electric charges, ang sirkulasyon nito ay zero) at ang vortex (dahil sa time-varying magnetic field) electric field.
Sa batayan ng mga phenomena na aming isinasaalang-alang, na nagpapaliwanag sa batas ng electromagnetic induction, walang pangkalahatang prinsipyo na ginagawang posible upang maitatag ang pagkakapareho ng kanilang pisikal na kalikasan. Samakatuwid, ang mga phenomena na ito ay dapat isaalang-alang bilang independiyente, at ang batas ng electromagnetic induction - bilang isang resulta ng kanilang magkasanib na pagkilos. Ang mas nakakagulat ay ang katotohanan na ang emf. Ang induction sa circuit ay palaging katumbas ng rate ng pagbabago ng magnetic flux sa pamamagitan ng circuit. Sa mga kaso kung saan nagbabago din ang field 
at ang lokasyon o pagsasaayos ng circuit sa isang magnetic field, emf. Ang induction ay dapat kalkulahin ng formula
Ang expression sa kanang bahagi ng pagkakapantay-pantay na ito ay ang kabuuang derivative ng magnetic flux na may paggalang sa oras: ang unang termino ay nauugnay sa pagbabago sa magnetic field sa paglipas ng panahon, ang pangalawa sa paggalaw ng circuit.
Masasabi na sa lahat ng kaso ang induction current ay sanhi ng kabuuang puwersa ng Lorentz
|
|
Anong bahagi ng induction current ang sanhi ng electric, at anong bahagi ng magnetic component ng Lorentz force ang nakasalalay sa pagpili ng sistema ng sanggunian.
Sa gawain ng mga puwersa ng Lorentz at Ampère.
Mula sa mismong kahulugan ng trabaho, sumusunod na ang puwersa na kumikilos sa isang magnetic field sa isang electric charge at patayo sa bilis nito ay hindi maaaring gumana. Gayunpaman, kapag gumagalaw ang isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang, may dalang mga singil kasama nito, gumagana pa rin ang puwersa ng Ampere. Ang mga de-kuryenteng motor ay nagsisilbing malinaw na kumpirmasyon nito.
Ang kontradiksyon na ito ay nawawala kung isasaalang-alang natin na ang paggalaw ng isang konduktor sa isang magnetic field ay hindi maaaring hindi sinamahan ng hindi pangkaraniwang bagay ng electromagnetic induction. Samakatuwid, kasama ang puwersa ng Ampère, ang trabaho sa mga singil sa kuryente ay ginagawa din ng electromotive force ng induction na nagmumula sa conductor. Kaya, ang kabuuang gawain ng mga puwersa ng magnetic field ay binubuo ng mekanikal na gawain dahil sa puwersa ng Ampère at ang gawain ng emf na sapilitan kapag gumagalaw ang konduktor. Ang parehong mga gawa ay pantay sa ganap na halaga at kabaligtaran sa tanda, kaya ang kanilang kabuuan ay katumbas ng zero. Sa katunayan, ang gawain ng puwersa ng ampere sa panahon ng elementarya na pag-aalis ng isang kasalukuyang nagdadala ng conductor sa isang magnetic field ay katumbas ng 
, sa parehong oras emf gumagana ang induction
|
|
pagkatapos ay buong trabaho 
.
Ginagawa ng mga puwersa ng Ampere ang gawain hindi dahil sa enerhiya ng panlabas na magnetic field, na maaaring manatiling pare-pareho, ngunit dahil sa pinagmumulan ng emf na nagpapanatili ng kasalukuyang sa circuit.
(magtrabaho sa paglipat ng isang unit charge kasama ang closed circuit). Tandaan na ang halaga 
ganap na independyente kung paano isinasagawa ang pagbabago sa magnetic flux 
, at tinutukoy lamang ng rate ng pagbabago nito, i.e. magnitude 
. Pagbabago ng sign ng derivative 
humahantong sa isang pagbabago ng tanda emf pagtatalaga sa tungkulin 
.
.
,
.
,
.
,
