Сначала изучите: Магнитное поле и сила Ампера
Электромагнитная индукция, открытая Фарадеем в 1831 году, — получение электрического тока с помощью изменяющегося магнитного поля. На ней основаны генераторы электростанций, трансформаторы, индукционные плиты, металлоискатели и беспроводные зарядки. Ключевая идея темы одна: ЭДС определяется не самим потоком, а скоростью его изменения.
«Количество» линий магнитной индукции, пронизывающих контур, — магнитный поток:
Φ = BS·cos α
Поток можно изменить тремя способами: изменить B, S или α (повернув контур).
B = 0,4 T, нормаль к кольцу площадью 50 cm² составляет с B угол 60°. Поток?
При изменении магнитного потока через замкнутый контур в нём возникает индукционный ток.
ε = −ΔΦ/Δt, для катушки из N витков ε = −N·ΔΦ/Δt
В катушке из 100 витков поток за 0,1 s уменьшился на 0,02 Wb. Сопротивление катушки 10 Ω. Найдите ЭДС, ток и прошедший заряд.
Индукционный ток направлен так, что его магнитное поле противодействует изменению потока, вызвавшему этот ток.
Правило Ленца — следствие закона сохранения энергии: энергия индукционного тока берётся из работы внешней силы, двигающей магнит.
Алгоритм определения направления:
На свободные электроны движущегося в поле проводника действует сила Лоренца — на его концах возникает разность потенциалов:
ε = Bvl·sin α
α — угол между скоростью и B⃗. Направление тока — по правилу правой руки: B входит в ладонь, большой палец по скорости — четыре пальца показывают индукционный ток.
Стержень длиной 0,5 m скользит по рельсам со скоростью 4 m/s перпендикулярно полю 0,2 T. Сопротивление цепи 2 Ω. ЭДС, ток и тормозящая сила?
При изменении тока в катушке меняется её собственный поток, и в ней возникает ЭДС — самоиндукция. Поток пропорционален току: Φ = LI.
ε = −L·ΔI/Δt
W = LI²/2
Ток 4 A в катушке L = 0,5 H уменьшился до нуля за 0,02 s. ЭДС самоиндукции и выделившаяся энергия?
Генератор. В рамке, вращающейся в магнитном поле с угловой скоростью ω, поток меняется по закону Φ = BS·cos ωt, поэтому в ней возникает синусоидальная ЭДС:
ε = N·B·S·ω·sin ωt, ε_max = NBSω
На электростанциях турбина (вращаемая паром, водой или ветром) вращает ротор генератора — механическая энергия превращается в электрическую. В Узбекистане и многих других странах частота сети 50 Гц.
Трансформатор — две катушки на общем стальном сердечнике. Переменный ток в первичной катушке создаёт в сердечнике переменный поток, который индуцирует ЭДС во вторичной катушке. На каждый виток приходится одинаковая ЭДС:
U₁/U₂ = N₁/N₂ = k (коэффициент трансформации)
k > 1 — понижающий, k < 1 — повышающий трансформатор. Трансформатор работает только на переменном токе: постоянный ток даёт постоянный поток и не наводит ЭДС во вторичной катушке. При передаче энергии на большие расстояния напряжение повышают — ток уменьшается, и тепловые потери в проводах (I²R) резко падают.
Вихревые токи (токи Фуко) возникают в сплошных металлических телах в переменном поле. Они нагревают посуду на индукционной плите и используются в плавильных печах, а в сердечнике трансформатора вредны — поэтому сердечник набирают из тонких изолированных друг от друга пластин.
Рамка из 100 витков площадью 0,01 м² вращается в поле 0,5 Тл с частотой 50 Гц. Наибольшее значение ЭДС?
В первичной обмотке трансформатора 1100 витков, во вторичной 60; напряжение сети 220 В. Вторичное напряжение?