“Física del fenómeno de la inducción electromagnética” - La placa prácticamente se detendrá. Enlace de flujo. Energía campo magnético. Energía de un campo magnético uniforme. El fenómeno de la autoinducción juega un papel importante en la ingeniería eléctrica. fem autoinducida mantendrá la corriente en el circuito. Las expresiones de circulación son siempre válidas. Calentamiento de conductores. Saltos debido a la gran tasa de cambio de corriente.

"Inducción electromagnética" - Michael Faraday. Material. La magnitud de la corriente. Corriente de inducción. Calificación. Historia. Inducción electromagnética y dispositivo. Alternador. Vino hundido. Referencia histórica. Nivel. Los experimentos de Faraday. Hoja de prueba con tareas. Fenómeno. Inducción unipolar. Punto. Aguja magnética. Conductor. Fragmento de vídeo.

"El estudio de la inducción electromagnética" - Retrato de Michael Faraday. Fuerza de la corriente de inducción. Preguntas. Preguntas y tareas. Declaración. Inducción electromagnética. Fenómeno REM. Campo electromagnetico. Energía actual del campo magnético. Dirección de líneas de tensión. La regla de Lenz. Flujo magnético. Flujo magnético a través de una superficie. Fem de inducción en conductores en movimiento.

“Autoinducción e inductancia”: el fenómeno de aparición de campos electromagnéticos. Autoinducción. Manifestación del fenómeno de la autoinducción. Conductor. Flujo magnético a través del circuito. Energía del campo magnético. Inductancia de la bobina. Flujo magnético. Magnitud. Unidades. Inductancia. Energía actual del campo magnético. Fem autoinducida. Conclusión en ingeniería eléctrica.

“Inducción de campo” - Flujo del vector de inducción. Flujo de inducción magnética. El circuito está hecho de dieléctrico. Fem de inducción. La corriente se distribuye casi uniformemente por todo el volumen de los cables. Dimensión de la fem inducida. Hecho. Circulación vectorial. Corrientes de alta frecuencia. Toki Fuko. El conductor está inmóvil. La magnitud de la f.e.m. inducción. Densidad actual.

“Inducción electromagnética de Faraday” - Lección de educación física. El principio de funcionamiento del generador. Tiempo de movimiento del imán. Aspecto del generador. Experiencia. Fenómeno REM. Sistematizar el conocimiento. Descubierto por Faraday. El fenómeno de la inducción electromagnética. resolución de problemas de estructura lineal. Corriente de inducción. Preguntas.

Son 18 presentaciones en total.

Consideremos ahora el segundo caso de aparición de una corriente de inducción.

Cuando un conductor se mueve, sus cargas libres se mueven con él. Por tanto, la fuerza de Lorentz actúa sobre las cargas del campo magnético. Es esto lo que provoca el movimiento de cargas dentro del conductor. Por tanto, la fem inducida es de origen magnético.

En muchas centrales eléctricas de todo el mundo, es la fuerza de Lorentz la que provoca el movimiento de los electrones en los conductores en movimiento.

Calculemos la fem inducida que se produce en un conductor que se mueve en un campo magnético uniforme (figura 2.10). Sea el lado del contorno MN de longitud I se desliza a velocidad constante por los lados NC y MD, permaneciendo paralelo al lado CD en todo momento. El vector de inducción magnética de un campo uniforme es perpendicular al conductor y forma un ángulo α con la dirección de su velocidad.

La fuerza con la que actúa el campo magnético sobre una partícula cargada en movimiento es igual en magnitud

F l = | q |υ B sen α. (2.5)

Esta fuerza se dirige a lo largo del conductor MN. Trabajo de fuerza de Lorentz 1 en el camino I es positivo y equivale a:

A = F l l = | q | υ Bl sen α.

1 Este es un trabajo incompleto de la fuerza de Lorentz. Además de la fuerza de Lorentz (ver fórmula (2.5)), existe una componente de la fuerza de Lorentz dirigida contra la velocidad y el conductor. Este componente ralentiza el movimiento del conductor y realiza un trabajo negativo. Como resultado, el trabajo total realizado por la fuerza de Lorentz resulta ser cero.

La fuerza electromotriz de inducción en un conductor MN es igual, por definición, a la relación entre el trabajo realizado para mover una carga q a esta carga:

Esta fórmula es válida para cualquier conductor de longitud l que se mueva con velocidad en un campo magnético uniforme.

En otros conductores del circuito, la FEM es cero, ya que estos conductores están estacionarios. Por lo tanto, la FEM en todo el circuito MNCD es igual y permanece sin cambios si la velocidad de movimiento es constante. En este caso, la corriente eléctrica aumentará, ya que cuando el conductor MN se desplaza hacia la derecha, la resistencia total del circuito disminuye.

La fem inducida también se puede calcular utilizando la ley de la inducción electromagnética (ver fórmula (2.4)). De hecho, el flujo magnético a través del circuito MNCD es igual a:

Ф = BS cos (90° - α) = BS sen α,

donde el ángulo (90° - α) es el ángulo entre el vector y la normal a la superficie del contorno (Fig. 2.11, vista lateral), y S es el área limitada por el contorno MNCD. Si suponemos que en el momento inicial (t = 0) el conductor MN está a una distancia NC del conductor CD (ver Fig. 2.10), entonces cuando el conductor se mueve, el área S cambia con el tiempo de la siguiente manera:

S = l (NC - υ t).

Durante el tiempo Δt, el área del contorno cambia en ΔS = -lυ Δt. El signo "-" indica que está disminuyendo. El cambio en el flujo magnético durante este tiempo es igual a:

Si todo el circuito MNCD se mueve en un campo magnético uniforme, manteniendo su orientación con respecto al vector, entonces la fem inducida en el circuito será cero, ya que el flujo Ф a través de la superficie delimitada por el circuito no cambia. Esto se puede explicar de esta manera. Cuando el circuito se mueve a lo largo de los conductores MN y CD, surgen fuerzas (ver fórmula (2.5)) que actúan sobre los electrones en las direcciones de N a M y de C a D. El trabajo total de estas fuerzas cuando se mueve alrededor del circuito en el sentido de las agujas del reloj o en sentido antihorario es cero.

También se produce una fem inducida cuando el marco gira en un campo magnético, es decir, cuando el ángulo del eje cambia con el tiempo (ver § 31).

La fem inducida en conductores que se mueven en un campo magnético constante surge debido a la acción de la fuerza de Lorentz sobre las cargas del conductor.

Preguntas para el párrafo

1. ¿Qué es la fuerza de Lorentz y cómo se dirige?

2. ¿Qué determina la fem inducida que se produce en un conductor que se mueve en un campo magnético variable en el tiempo?

EMF de inducción en conductores en movimiento.

Utilizando la definición de campo magnético (5l16) y reduciendo la fuerza magnética que actúa sobre un conductor portador de corriente a las fuerzas experimentadas por las cargas que se mueven en él, obtuvimos una expresión para la fuerza de Lorentz (16l17). Según la definición que dimos en la Conferencia 15, esta fuerza es extraña (porque no es de Coulomb) y debe surgir no solo durante el movimiento de cargas dentro de un conductor (es decir, en presencia de corriente en él), sino también durante cualquier movimiento del propio conductor en un campo magnético ( ya que las cargas en él también se mueven). En consecuencia, en varias secciones de dicho conductor, en general, aparecen fuerzas electromotrices extrañas que pueden causar electricidad. Estas fuerzas se llaman inductivas; Para calcularlos, considere el siguiente esquema más simple.

Sea un segmento recto de un conductor cilíndrico yo se mueve en un campo magnético uniforme B y deja que su velocidad v perpendicular B y el eje del conductor (Fig. 1). En cargas positivas q la fuerza de Lorentz obviamente actuará en el interior, cuya magnitud es

Arroz. 1.

F l= qvB, (1)

y la dirección se muestra en la figura. En cargas negativas fuerza F l actuará en sentido contrario. Surgiendo en el sitio yo EMF por definición

mi 12 = A 12 = Fll = vBl (2)

y está dirigido para cargas de ambos signos a lo largo del mostrado en la Fig. 1 F yo.

Si imaginamos que el segmento yo El conductor forma parte de un circuito cerrado cuasilineal, cuyo contorno se muestra en la figura. 1 con una línea de puntos, entonces el resultado obtenido se puede dar de la siguiente forma. Porque el ,

vBl = = = = , (3)

donde D S = yo D X– aumento en el área del contorno, y DF = D( BS) – vector de flujo B a través de él en el tiempo D t. Dado que las secciones restantes de G son estacionarias, no aparecen fuerzas externas en ellas y, por lo tanto, la fem total e que actúa a lo largo de todo el contorno también está determinada por la expresión (2). De la Fig. 1 está claro que corresponde a la dirección B zurdo sistema. Así, podemos escribir que

y el signo menos corresponde a la regla que establecimos en la lección anterior, conectando la dirección positiva de atravesar el contorno y la normal positiva al mismo a través de bien tornillo

Se puede demostrar que la relación (4) es válida en el caso más general de movimiento arbitrario (incluida la deformación) de un contorno en estacionario campo magnético. Expresa la llamada ley de inducción de corrientes en conductores en movimiento: la fem inducida que surge en el circuito es igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito y es igual a ella (es decir, con el cambio) no está bien (esto significaría el signo más en (4)), pero sistema de tornillo para zurdos.

Arroz. 2.

Nota 1. La ley de inducción (4) trata del flujo del vector. B a través de un contorno cerrado Г, aunque nos referimos, por supuesto, a su flujo a través de alguna superficie que descansa sobre este contorno (después de todo, es a través de la superficie que se determina el flujo de cualquier vector). Es fácil ver que la arbitrariedad en la elección de esta superficie no afectará el valor de F. De hecho, estirar dos superficies arbitrarias sobre el contorno Г S 1 y S 2, obtenemos una superficie cerrada S S, vector de flujo B a través del cual, según la ecuación (9l17), es igual a cero. Esto significa que los flujos a través S 1 y S 2 son iguales y opuestos, y según el significado de (9l17) las normales a S 1 y S 2 en este caso deben estar dirigidos hacia afuera, es decir, uno de ellos forma un sistema de tornillos a la derecha con la dirección de derivación G, y el otro, un sistema de tornillos a la izquierda. Cambiando el sentido de este último al contrario (y con él el signo de la correspondiente Ф), obtenemos la independencia del flujo incluido en (4) de la elección de la superficie S.

Nota 2. Al deducir la fórmula (2), se asumió que un segmento de un conductor que se mueve en un campo magnético no forma un circuito cerrado, es decir, no fluye corriente en él, aunque la ley (4) obtenida como resultado de su generalización se aplica específicamente a un circuito conductor cerrado. Veamos qué efectos tendrá la aparición de corriente en el conductor considerado (Fig. 2). El surgimiento de la velocidad. tu El movimiento ordenado de los soportes dirigido a lo largo del eje del conductor provocará una rotación en un cierto ángulo a de la velocidad absoluta. v abdominales cargas relativas a la dirección del movimiento del conductor (es decir, v ). Al mismo tiempo, la fuerza de Lorentz F yo siempre permaneciendo perpendicular v abdominales, también girará en un ángulo a con respecto al eje del conductor. Sin embargo, la magnitud de su componente longitudinal, que crea la fem e 12,

F || = F l porque a = abs qv B porque a = qBv

seguirá determinado por la fórmula (1), por lo que las expresiones (2) – (4) seguirán siendo válidas. El componente transversal, igual en magnitud.

F ^ = F l pecado a = abs qv B pecado a = qbu,

obviamente representa una fuerza dirigida hacia movimiento del conductor. Superar esta fuerza (suma de todas las cargas en movimiento dentro del volumen de un conductor determinado) requiere el trabajo externo necesario para moverlo en un campo magnético.

Invirtiendo el orden de razonamiento dado en la lección anterior al derivar la relación (15l17), obtenemos para esta fuerza total F ^ S expresión conocida (5l16), de donde la potencia mecánica desarrollada por ella

P¢ piel = – F^S v = – IBlv.

El poder de las fuerzas externas determinado por el componente longitudinal. F || , en una sección hay 1 o 2 conductores de acuerdo con (2)

página P= mi 12 I = vBlI

y resulta ser igual - P¢ piel. De este modo,

P¢ piel + página P = 0,

es decir, el trabajo total realizado por las fuerzas del campo magnético (como se señaló anteriormente) es cero. Para mantener el movimiento del conductor, se necesita una fuerza externa que lo equilibre. F^S obviamente debe desarrollar poder

piel = – P¢ piel = página P ,

que se "transformará" en el trabajo (por unidad de tiempo) de fuerzas inductivas externas que actúan en su interior.

Fenómenos similares ocurren cuando un conductor se mueve en un campo magnético, a cuyos extremos se aplica una diferencia de potencial. Si el conductor está inmóvil, entonces la corriente en las secciones 1 - 2 (Fig. 3) fluye solo debido a fuerzas electricas. Si lo "liberas", entonces, bajo la influencia de la fuerza magnética, aparecerá una velocidad. v y velocidad absoluta de los transportistas v abdominales se desviará del eje del conductor. La fuerza cambiará inmediatamente F yo Surgirá Lorentz y su componente axial F || , dirigido hacia actual Implicará la aparición de un EMF externo e 21 para compensar cuya acción (es decir, mantener la corriente constante), la fuente necesita desarrollar energía adicional e 21 I. Repitiendo el razonamiento anterior, no es difícil demostrar que es esta potencia la que será “liberada” en forma de trabajo mecánico realizado por el conductor (por unidad de tiempo). Así, también en este caso, el trabajo total realizado por la fuerza de Lorentz, por supuesto, resulta ser cero (ya que F yo ^ v abdominales). La parte negativa del mismo, provocada F || , se compensa con el trabajo de la fuente de corriente, mientras que el positivo representa el trabajo útil del conductor.

Arroz. 3.