Legea inducției electromagnetice abstractă. Fenomenul inducției electromagnetice. Fluxul magnetic.

Calculator Fenomen inducție electromagnetică a fost descoperit de remarcabilul fizician englez M. Faraday în 1831. Constă în apariția curent electric
într-un circuit conductor închis când fluxul magnetic care pătrunde în circuit se modifică în timp.

Fluxul magnetic Φ prin zona S a circuitului este mărimea

Φ = B S cos α,

Unde B este mărimea vectorului de inducție magnetică, α este unghiul dintre vector și normala la planul conturului (Fig. 4.20.1).
Figura 4.20.1.
Flux magnetic printr-o buclă închisă. Direcția normală și direcția pozitivă selectată a traversării conturului sunt legate de regula brațului din dreapta. Definiția fluxului magnetic poate fi generalizată cu ușurință în cazul neomogenului câmp magnetic

și un contur neplat. Unitatea SI a fluxului magnetic se numește weber (Wb). Un flux magnetic egal cu 1 Wb este creat de un câmp magnetic cu o inducție de 1 T, pătrunzând în direcția normală un contur plat cu o suprafață de 1 m2:

1 Wb = 1 T · 1 m2.

Faraday a stabilit experimental că atunci când fluxul magnetic se modifică într-un circuit conducător, apare o fem indusă Eind, egală cu rata de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de circuit, luată cu semnul minus:
Experiența arată că curentul de inducție excitat într-o buclă închisă atunci când fluxul magnetic se modifică este întotdeauna direcționat în așa fel încât câmpul magnetic pe care îl creează să prevină modificarea fluxului magnetic care provoacă curentul de inducție. Această afirmație se numește regula lui Lenz (1833).

Orez. 4.20.2 ilustrează regula lui Lenz folosind exemplul unui circuit conducător staționar care se află într-un câmp magnetic uniform, al cărui modul de inducție crește cu timpul.
Figura 4.20.2.< 0. Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.
Ilustrație a regulii lui Lenz. În acest exemplu, un ind Regula lui Lenz reflectă faptul experimental că ind și au întotdeauna semne opuse (semnul minus din formula lui Faraday). Regula lui Lenz este profundă sens fizic
– exprimă legea conservării energiei.
1. Fluxul magnetic se modifică datorită mișcării circuitului sau a părților sale într-un câmp magnetic constant în timp. Acesta este cazul când conductorii și, împreună cu ei, purtătorii de încărcare liberi, se mișcă într-un câmp magnetic. Apariția emf indusă se explică prin acțiunea forței Lorentz asupra sarcinilor libere din conductorii în mișcare. Forța Lorentz joacă rolul unei forțe externe în acest caz.
Să luăm în considerare, ca exemplu, apariția FEM indusă într-un circuit dreptunghiular plasat într-un câmp magnetic uniform perpendicular pe plan contur. Lasă una dintre laturile unui contur de lungime l să alunece cu viteză de-a lungul celorlalte două laturi (Fig. 4.20.3).

Figura 4.20.3.
Apariția FEM indusă într-un conductor în mișcare. Este indicată componenta forței Lorentz care acționează asupra unui electron liber.
Forța Lorentz acționează asupra sarcinilor libere din această secțiune a circuitului. Una dintre componentele acestei forțe, asociată cu viteza de transfer a sarcinilor, este direcționată de-a lungul conductorului. Această componentă este prezentată în Fig. 4.20.3. Ea joacă rolul unei forțe exterioare. Modulul său este egal

Lucrul efectuat de forța FL pe calea l este egal cu

A = FL · l = eυBl.

Conform definiției EMF

În alte părți staționare ale circuitului, forța externă este zero. Raportul pentru ind poate fi dat în forma obișnuită. În timp Δt, zona conturului se modifică cu ΔS = lυΔt. Modificarea fluxului magnetic în acest timp este egală cu ΔΦ = BluΔt. Prin urmare,

Pentru a stabili semnul în formula care leagă ind și este necesar să se selecteze direcția normală și direcția pozitivă de parcurgere a conturului, care sunt consecvente între ele, conform regulii brațelor drepte, așa cum se face în Fig. 4.20.1 și 4.20.2. Dacă se face acest lucru, atunci este ușor să ajungeți la formula lui Faraday.
Dacă rezistența întregului circuit este egală cu R, atunci un curent de inducție egal cu Iind = ind/R va circula prin el. În timpul Δt, căldura Joule va fi eliberată la rezistența R (vezi § 4.11)

Se pune întrebarea: de unde vine această energie, deoarece forța Lorentz nu funcționează! Acest paradox a apărut deoarece am luat în considerare munca unei singure componente a forței Lorentz. Când un curent de inducție trece printr-un conductor situat într-un câmp magnetic, o altă componentă a forței Lorentz, asociată cu viteza relativa deplasarea sarcinilor de-a lungul unui conductor. Această componentă este responsabilă pentru apariția forței Ampere. Pentru cazul prezentat în fig. 4.20.3, modulul forței amperului este FA = IBl. Forța lui Ampere este îndreptată spre mișcarea conductorului; prin urmare efectuează lucrări mecanice negative. În timpul Δt acest lucru Amech este egal cu

Un conductor care se deplasează într-un câmp magnetic prin care circulă un curent indus suferă frânare magnetică. Munca totală efectuată de forța Lorentz este zero. Căldura Joule din circuit este eliberată fie datorită lucrului unei forțe externe, care menține neschimbată viteza conductorului, fie datorită scăderii energiei cinetice a conductorului.
2. Al doilea motiv pentru modificarea fluxului magnetic care pătrunde în circuit este schimbarea în timp a câmpului magnetic atunci când circuitul este staționar. În acest caz, apariția emf indusă nu mai poate fi explicată prin acțiunea forței Lorentz. Electronii dintr-un conductor staționar pot fi conduși doar de un câmp electric. Acest câmp electric este generat de un câmp magnetic variabil în timp. Funcționarea acestui câmp la mutarea unui singur sarcina pozitivaîntr-o buclă închisă este egală cu fem-ul indus într-un conductor staționar. Prin urmare, câmpul electric generat de un câmp magnetic în schimbare nu este potențial. Se numește câmp electric vortex. Conceptul de câmp electric vortex a fost introdus în fizică de marele fizician englez J. Maxwell (1861).
Fenomenul de inducție electromagnetică în conductorii staționari, care apare atunci când câmpul magnetic din jur se modifică, este descris și de formula lui Faraday. Astfel, fenomenele de inducție în conductorii în mișcare și staționari decurg în același mod, dar cauza fizică a apariției curentului indus se dovedește a fi diferită în aceste două cazuri: în cazul conductoarelor în mișcare, f.e.m. de inducție se datorează la forța Lorentz; în cazul conductorilor staționari, fem indusă este o consecință a acțiunii unui vortex asupra sarcinilor libere câmp electric, care apare atunci când câmpul magnetic se modifică.

Scopul lecției: formulați un concept despre curentul de inducție, dezvoltați capacitatea de a determina direcția curentului de inducție folosind regula lui Lenz.

Progresul lecției

Verificarea temelor

- Cum a fost descoperit fenomenul de inducție electromagnetică de M. Faraday?

Arată experimentele lui Faraday privind detectarea inducției electromagnetice.

Trageți concluzii și explicați ce fel de fenomen este acesta - inducția electromagnetică?

Ce determină mărimea curentului de inducție în circuit?

Ce este fluxul magnetic?

Faceți un desen pe tablă și obțineți o formulă pentru calcularea fluxului magnetic.

Învățarea de materiale noi

Dacă un galvanometru este conectat la o bobină în care poate apărea un curent indus, veți observa că săgeata deviază în direcții diferite în funcție de faptul dacă magnetul se apropie sau se îndepărtează de bobină; Deviația acului galvanometrului depinde și de polul magnetului.

Aceasta înseamnă că curentul de inducție își schimbă direcția. O bobină cu curent care curge este ca un magnet cu un pol sud și nord. Puteți prezice când bobina va atrage magnetul și când îl va respinge.

Interacțiunea unui magnet cu un curent de inducție.

Pentru a aduce magnetul și bobina împreună, trebuie lucrat. Deoarece atunci când un magnet se apropie de o bobină, un pol cu același nume apare la cel mai apropiat capăt al bobinei, magnetul și bobina se resping reciproc. Dacă ar fi atrași, atunci legea conservării energiei ar fi încălcată. Demonstrează această poziție. Confirmați concluzia folosind dispozitivul prezentat în figură. Puteți vedea clar cum, atunci când un magnet se apropie de un inel închis, acesta va fi respins de magnet. Când magnetul este scos din inel, acesta începe să fie atras de magnet.

Nu se întâmplă nimic cu inelul tăiat, deoarece nu se creează curent indus în el.

Dacă un magnet respinge sau atrage o bobină depinde de direcția curentului de inducție.

Pe baza legii conservării energiei, am obținut o regulă care ne permite să determinăm direcția curentului de inducție.

În prima figură vedem că pe măsură ce magnetul se apropie de bobină, fluxul magnetic care pătrunde în spirele bobinei crește, iar în al doilea caz scade.

În prima imagine, liniile de inducție nou create ies din capătul superior al bobinei (bobina respinge magnetul), în cea de-a doua imagine opusul este adevărat.

regula lui Lenz. Curentul indus care apare într-un circuit închis cu câmpul său magnetic contracarează modificarea fluxului magnetic care îl provoacă.

Consolidarea materialului studiat.

Cum se determină direcția curentului de inducție?

Ce se va întâmpla în inel când se introduce un magnet în el, dacă inelul este format din: a) nu conductor;

B) conductor; c) supraconductor?

Inductie electromagnetica- este un fenomen care constă în apariția unui curent electric într-un conductor închis ca urmare a unei modificări a câmpului magnetic în care se află. Acest fenomen a fost descoperit de fizicianul englez M. Faraday în 1831. Esența lui poate fi explicată prin câteva experimente simple.

Descris în experimentele lui Faraday principiul producerii curentului alternativ folosit la generatoarele cu inductie care produc energie electrica la centrale termice sau hidroelectrice. Rezistența la rotație a rotorului generatorului, care apare atunci când curentul de inducție interacționează cu câmpul magnetic, este depășită prin funcționarea unei turbine cu abur sau hidraulice care rotește rotorul. Astfel de generatoare transformă energia mecanică în energie electrică .

Curenți turbionari sau curenți Foucault

Dacă un conductor masiv este plasat într-un câmp magnetic alternativ, atunci în acest conductor, datorită fenomenului de inducție electromagnetică, apar curenți induși turbionari, numiți curenții lui Foucault.

Curenți turbionari apar și atunci când un conductor masiv se mișcă într-un câmp magnetic constant, dar neomogen din punct de vedere spațial. Curenții Foucault au o astfel de direcție încât forța care acționează asupra lor într-un câmp magnetic inhibă mișcarea conductorului. Un pendul sub forma unei plăci metalice solide din material nemagnetic, care oscilează între polii unui electromagnet, se oprește brusc când câmpul magnetic este pornit.

În multe cazuri, încălzirea cauzată de curenții Foucault se dovedește a fi dăunătoare și trebuie tratată. Miezurile transformatoarelor și rotoarele motoarelor electrice sunt realizate din plăci separate de fier, separate prin straturi de izolator care împiedică dezvoltarea curenților mari de inducție, iar plăcile în sine sunt realizate din aliaje cu rezistivitate ridicată.

Câmp electromagnetic

Câmpul electric creat de sarcinile staționare este static și acționează asupra sarcinilor. Curentul continuu determină apariția unui câmp magnetic constant în timp care acționează asupra sarcinilor și curenților în mișcare. Câmpurile electrice și magnetice există în acest caz independent unul de celălalt.

Calculator inducție electromagnetică demonstrează interacțiunea acestor câmpuri observată în substanțele care au sarcini libere, adică în conductori. Un câmp magnetic alternativ creează un câmp electric alternativ, care, acționând asupra sarcinilor libere, creează un curent electric. Acest curent, fiind alternativ, generează la rândul său un câmp magnetic alternativ, care creează un câmp electric în același conductor etc.

Se numește setul de câmpuri electrice și magnetice alternative care se generează reciproc câmp electromagnetic. Poate exista într-un mediu în care nu există taxe gratuite și se propagă în spațiu sub formă unde electromagnetice.

Clasic electrodinamică- una dintre cele mai înalte realizări ale minții umane. Ea a avut o influență uriașă asupra dezvoltării ulterioare a civilizației umane prin prezicerea existenței undelor electromagnetice. Acest lucru a condus ulterior la crearea sistemelor de radio, televiziune, telecomunicații, navigație prin satelit, precum și computere, roboți industriali și de uz casnic și alte atribute ale vieții moderne.

piatra de temelie teoriile lui Maxwell S-a afirmat că sursa câmpului magnetic nu poate fi decât un câmp electric alternativ, la fel cum sursa câmpului electric care creează un curent indus într-un conductor este un câmp magnetic alternativ. Prezența unui conductor nu este necesară - un câmp electric apare și în spațiul gol. Liniile de câmp electric alternativ, similare liniilor de câmp magnetic, sunt închise. Câmpurile electrice și magnetice ale unei unde electromagnetice sunt egale.

Inducția electromagnetică în diagrame și tabele

În această lecție, al cărei subiect este: „Regula lui Lenz. Legea inducției electromagnetice”, învățăm regula generala, permițându-vă să determinați direcția curentului de inducție în circuit, stabilit în 1833 de E.X. Lenz. Vom lua în considerare și experimentul cu inele de aluminiu, care demonstrează clar această regulă și vom formula legea inducției electromagnetice.

Prin apropierea magnetului sau îndepărtarea de inelul solid, schimbăm fluxul magnetic care pătrunde în zona inelului. Conform teoriei fenomenului de inducție electromagnetică, în inel ar trebui să apară un curent electric inductiv. Din experimentele lui Ampere se știe că acolo unde trece curentul ia naștere un câmp magnetic. În consecință, inelul închis începe să se comporte ca un magnet. Adică există o interacțiune între doi magneți (un magnet permanent pe care îl mișcăm și un circuit închis cu curent).

Deoarece sistemul nu a reacționat la apropierea magnetului de inel cu tăietura, putem concluziona că curentul indus nu apare în circuitul deschis.

Motivele respingerii sau atracției unui inel către un magnet

1. Când se apropie un magnet

Pe măsură ce polul magnetului se apropie, inelul este respins de acesta. Adică se comportă ca un magnet, care de partea noastră are același pol cu magnetul care se apropie. Dacă aducem polul nord al magnetului mai aproape, atunci vectorul de inducție magnetică al inelului cu curentul indus este îndreptat spre partea opusăîn raport cu vectorul de inducție magnetică al polului nord al magnetului (vezi Fig. 2).

Orez. 2. Apropierea magnetului de inel

2. La scoaterea magnetului din inel

Când magnetul este îndepărtat, inelul este tras în spatele lui. În consecință, pe partea magnetului care se retrage, la inel se formează un pol opus. Vectorul de inducție magnetică al inelului cu curent este direcționat în aceeași direcție cu vectorul de inducție magnetică al magnetului care se retrage (vezi Fig. 3).

Orez. 3. Scoaterea magnetului din inel

Din acest experiment putem concluziona că atunci când magnetul se mișcă, inelul se comportă și ca un magnet, a cărui polaritate depinde dacă fluxul magnetic care pătrunde în zona inelului crește sau scade. Dacă fluxul crește, atunci vectorii de inducție magnetică ai inelului și ai magnetului sunt opuși în direcție. Dacă fluxul magnetic prin inel scade cu timpul, atunci vectorul de inducție al câmpului magnetic al inelului coincide în direcție cu vectorul de inducție al magnetului.

Direcția curentului indus în inel poate fi determinată de regula mâinii drepte. Dacă îndreptați degetul mare al mâinii drepte în direcția vectorului de inducție magnetică, atunci cele patru degete îndoite vor indica direcția curentului în inel (vezi Fig. 4).

Orez. 4. Regula pentru mâna dreaptă

Când fluxul magnetic care pătrunde în circuit se modifică, un curent indus apare în circuit în așa direcție încât fluxul său magnetic compensează modificarea fluxului magnetic extern.

Dacă fluxul magnetic extern crește, atunci curentul indus cu câmpul său magnetic tinde să încetinească această creștere. Dacă fluxul magnetic scade, atunci curentul indus cu câmpul său magnetic tinde să încetinească această scădere.

Această caracteristică a inducției electromagnetice este exprimată prin semnul minus în formula fem indusă.

Legea inducției electromagnetice

Când fluxul magnetic extern care pătrunde în circuit se modifică, în circuit apare un curent indus. În acest caz, valoarea forței electromotoare este numeric egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic, luată cu semnul „-”.

Regula lui Lenz este o consecință a legii conservării energiei în fenomenele electromagnetice.

Referințe

Myakishev G.Ya. Fizica: manual. pentru clasa a XI-a învăţământul general instituţiilor. - M.: Educație, 2010.
Kasyanov V.A. Fizică. Clasa a XI-a: Educațional. pentru învăţământul general instituţiilor. - M.: Dropia, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizica 11. - M.: Mnemosyne.

Teme pentru acasă

Întrebări la sfârșitul paragrafului 10 (p. 33) - Myakishev G.Ya. Fizica 11 (vezi lista lecturilor recomandate)
Cum este formulată legea inducției electromagnetice?
De ce există un semn „-” în formula pentru legea inducției electromagnetice?

Portalul de internet Festival.1september.ru ().
Portalul de internet Physics.kgsu.ru ().
Portalul de internet Youtube.com ().

LEGEA INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE. REGULA LUI LENZ
În 1831, fizicianul englez M. Faraday a descoperit în experimentele sale fenomenul inducției electromagnetice. Apoi, omul de știință rus E.Kh a studiat acest fenomen. Lenz şi B. S. Jacobi.
În prezent, multe dispozitive se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice, de exemplu într-un motor sau generator de curent electric, în transformatoare, receptoare radio și multe alte dispozitive.
Inducția electromagnetică este fenomenul de apariție a curentului într-un conductor închis atunci când un flux magnetic trece prin acesta.
Adică datorită acestui fenomen putem transforma energia mecanică în energie electrică. Înainte de descoperirea acestui fenomen, oamenii nu știau despre alte metode de producere a curentului electric decât galvanizarea.
Când un conductor este expus unui câmp magnetic, în el apare o fem, care poate fi exprimată cantitativ prin legea inducției electromagnetice.
Legea inducției electromagnetice
Forța electromotoare indusă într-un circuit conductor este egală cu viteza de schimbare a cuplarii fluxului magnetic la acel circuit.

Într-o bobină care are mai multe spire, FEM total depinde de numărul de spire n:

EMF excitat în circuit creează un curent. Cele mai multe exemplu simplu Apariția curentului în conductor este o bobină prin care trece un magnet permanent. Direcția curentului indus poate fi determinată folosind regula lui Lenz.

regula lui Lenz
Curentul indus de o modificare a câmpului magnetic care trece prin circuit previne această modificare cu câmpul său magnetic.

În cazul în care introducem un magnet în bobină, fluxul magnetic în circuit crește, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus, conform regulii lui Lenz, este direcționat împotriva creșterii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să vă uitați la magnetul de la polul nord. Din această poziție vom înșuruba brațul în direcția câmpului magnetic al curentului, adică spre polul nord. Curentul se va deplasa în sensul de rotație al gimletului, adică în sensul acelor de ceasornic.
În cazul în care scoatem magnetul din bobină, fluxul magnetic din circuit scade, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus este direcționat împotriva scăderii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să deșurubați brațul; sensul de rotație al brațului va indica direcția curentului în conductor - în sens invers acelor de ceasornic.
Un generator electric este un dispozitiv în care tipurile de energie neelectrică (mecanică, chimică, termică) sunt transformate în energie electrică.
Clasificarea generatoarelor electromecanice
După tipul motorului principal:
Turbogenerator - un generator electric acționat de o turbină cu abur sau un motor cu turbină cu gaz;
Hidrogenerator - un generator electric acționat de o turbină hidraulică;
Generator diesel - un generator electric acționat de un motor diesel;
Generator eolian - un generator electric care se transformă în energie electrică energie cinetică vânt;
După tipul de curent electric de ieșire
Generator trifazat cu înfășurări în stea
Cu înfășurări triunghiulare incluse
După metoda excitaţiei
Emoționat de magneții permanenți
Cu excitație externă
Autoexcitat
Cu excitație secvențială
Cu excitație paralelă
Cu entuziasm amestecat
Conform principiului de funcționare, generatoarele pot fi sincrone sau asincrone.
Generatoarele asincrone sunt simple din punct de vedere structural și ieftin de fabricat și sunt mai rezistente la curenții de scurtcircuit și suprasarcini. Un generator electric asincron este ideal pentru alimentarea sarcinilor active: lămpi cu incandescență, încălzitoare electrice, electronice, arzătoare electrice etc. Dar chiar și suprasarcina pe termen scurt este inacceptabilă pentru ei, prin urmare, atunci când se conectează motoare electrice, mașini de sudură neelectronice, scule electrice și alte sarcini inductive, există o rezervă de putere ar trebui să fie de cel puțin trei ori și, de preferință, de patru ori.
Un generator sincron este perfect pentru consumatorii inductivi cu curenți mari de pornire. Ele sunt capabile să reziste la o suprasarcină de cinci ori mai mare timp de o secundă.
Principiul de funcționare al generatorului de curent
Generatorul funcționează pe baza legii lui Faraday a inducției electromagnetice - forța electromotoare (EMF) este indusă într-o buclă dreptunghiulară (cadru de sârmă) care se rotește într-un câmp magnetic uniform.
EMF apare, de asemenea, într-un cadru dreptunghiular staționar dacă un magnet este rotit în el.
Cel mai simplu generator este un cadru dreptunghiular plasat între 2 magneți cu poli diferiți. Pentru a elimina tensiunea din cadrul rotativ, se folosesc inele colectoare.

Un generator auto este format dintr-o carcasă și două capace cu orificii pentru ventilație. Rotorul se rotește în 2 rulmenți și este antrenat de un scripete. În centrul său, rotorul este un electromagnet format dintr-o înfășurare. Curentul este furnizat cu ajutorul a două inele de cupru și perii de grafit, care sunt conectate la un controler electronic de releu. El este responsabil să se asigure că tensiunea furnizată de generator este întotdeauna în limitele admise de 12 Volți cu abateri admise și nu depinde de viteza de rotație a scripetelor. Regulatorul releului poate fi fie încorporat în carcasa generatorului, fie amplasat în afara acesteia.
Statorul este format din trei înfășurări de cupru interconectate într-un triunghi. La punctele lor de conectare este conectată o punte redresoare de 6 diode semiconductoare, care convertesc tensiunea de la AC la DC.
Un generator electric pe benzină este format dintr-un motor și un generator de curent care îl conduc direct, care poate fi fie sincron sau asincron.
Motorul este echipat cu sisteme: pornire, injectie combustibil, racire, ungere, stabilizare turatie. Vibrațiile și zgomotul sunt absorbite de o eșapament, amortizoare de vibrații și amortizoare.
Curent electric alternativ
Vibrațiile electromagnetice, ca și cele mecanice, sunt de două tipuri: libere și forțate.
Oscilații electromagnetice libere, oscilații întotdeauna amortizate. Prin urmare, în practică, acestea nu sunt aproape niciodată folosite. În timp ce vibrațiile forțate sunt folosite peste tot și peste tot. În fiecare zi, tu și cu mine putem observa aceste fluctuații.
Toate apartamentele noastre sunt iluminate cu curent alternativ. Curentul alternativ nu este altceva decât oscilații electromagnetice forțate. Curentul și tensiunea se vor modifica în timp conform legii armonice. Fluctuațiile, de exemplu, ale tensiunii pot fi detectate prin aplicarea tensiunii de la o priză la un osciloscop.
O undă sinusoidală va apărea pe ecranul osciloscopului. Frecvența curentului alternativ poate fi calculată. Va fi egală cu frecvența oscilațiilor electromagnetice. Se presupune că frecvența standard pentru curentul alternativ industrial este de 50 Hz. Adică, în 1 secundă direcția curentului în priză se schimbă de 50 de ori. Rețelele industriale din SUA folosesc o frecvență de 60 Hz.
O modificare a tensiunii la capetele circuitului va determina o modificare a intensității curentului în circuitul oscilator. Încă trebuie înțeles că modificarea câmpului electric în întregul circuit nu are loc instantaneu.
Dar, deoarece acest timp este semnificativ mai mic decât perioada de oscilație a tensiunii la capetele circuitului, se crede de obicei că câmpul electric din circuit se schimbă imediat pe măsură ce tensiunea de la capetele circuitului se modifică.
Tensiunea alternativă în priză este creată de generatoarele din centralele electrice. Cel mai simplu generator poate fi considerat un cadru de sârmă care se rotește într-un câmp magnetic uniform.
Fluxul magnetic care pătrunde în circuit se va modifica în mod constant și va fi proporțional cu cosinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și normala cadrului. Dacă cadrul se rotește uniform, unghiul va fi proporțional cu timpul.
În consecință, fluxul magnetic se va modifica conform legii armonice:
Ф = B*S*cos(ω*t)
Viteza de modificare a fluxului magnetic, luată cu semnul opus, conform legii EMR, va fi egală cu fem indusă.
Ei = -Ф’ = Em*sin(ω*t).
Dacă un circuit oscilator este conectat la cadru, atunci viteza unghiulara rotația cadrului va determina frecvența fluctuațiilor de tensiune în diferite secțiuni ale circuitului și puterea curentului. În cele ce urmează, vom lua în considerare doar oscilațiile electromagnetice forțate.
Ele sunt descrise prin următoarele formule:
u = Um*sin(ω*t),
u = Um*cos(ω*t)
Aici Um este amplitudinea fluctuațiilor de tensiune. Tensiunea și curentul se modifică cu aceeași frecvență ω. Dar fluctuațiile de tensiune nu vor coincide întotdeauna cu fluctuațiile curentului, deci este mai bine să folosiți o formulă mai generală:
I = Im*sin(ω*t +φ), unde Im este amplitudinea fluctuațiilor curentului, iar φ este defazarea dintre fluctuațiile curentului și ale tensiunii.
Parametrii curentului și tensiunii AC
Mărimea curentului alternativ, ca și tensiunea, se modifică constant în timp. Indicatorii cantitativi pentru măsurători și calcule folosesc următorii lor parametri:

Perioada T este timpul în care unul ciclu complet modificări ale curentului în ambele sensuri în raport cu zero sau valoarea medie.
Frecvența f este reciproca perioadei, egală cu numărul de perioade într-o secundă. O perioadă pe secundă este un hertz (1 Hz).
f = 1/T
Frecvența ciclică ω - frecvența unghiulară egală cu numărul de perioade în 2π secunde.

ω = 2πf = 2π/T
Utilizat în mod obișnuit în calculele de curent și tensiune sinusoidal. Apoi, în cadrul perioadei, nu se poate lua în considerare frecvența și timpul, ci se poate face calcule în radiani sau grade. T = 2π = 360°
Faza inițială ψ este valoarea unghiului de la zero (ωt = 0) până la începutul perioadei. Măsurată în radiani sau grade. Prezentat în figură pentru un grafic de curent sinusoidal albastru. Faza inițială poate fi o valoare pozitivă sau negativă, respectiv la dreapta sau la stânga zero pe grafic.
Valoare instantanee - valoarea tensiunii sau curentului măsurată relativ la zero la orice moment selectat t.
i = i(t); u = u(t)
Secvența tuturor valorilor instantanee în orice interval de timp poate fi considerată ca o funcție a modificării curentului sau tensiunii în timp. De exemplu, un curent sau o tensiune sinusoidal poate fi exprimat prin funcția:
i = Iampsin(ωt); u = Uampsin(ωt)
Ținând cont de faza inițială:
i = Iampsin(ωt + ψ); u = Uampsin(ωt + ψ)
Aici Iamp și Uamp sunt valorile amplitudinii curentului și tensiunii.
Valoarea amplitudinii este valoarea maximă instantanee absolută pentru perioada respectivă.
Iamp = max|i(t)|; Uamp = max|u(t)|
Poate fi pozitiv sau negativ în funcție de poziția sa față de zero. Adesea, în locul valorii amplitudinii, se folosește termenul amplitudine curent (tensiune) - abaterea maximă de la valoarea zero.
D/z
Raport pe tema (la alegerea elevului)
Producerea și transportul energiei electrice
Transformator. Transmiterea energiei electrice la distanță
Economie de energie în viața de zi cu zi Primele experimente în transmiterea energiei electrice la distanță Eficiența transformatorului. Proiectare și exploatareUtilizarea energiei electriceTurbogenerator. Proiectare și exploatare
Hidrogenerator. Proiectare și exploatare
Generator diesel. Proiectare și exploatare
Generator eolian. Proiectare și exploatare
Probleme de rezolvat independent
Legea lui Faraday a inducției EM.
1. Fluxul magnetic din interiorul unei bobine cu un număr de spire egal cu 400 s-a modificat de la 0,1 Wb la 0,9 Wb în 0,2 s. Determinați fem-ul indus în bobină.
2. Determinați fluxul magnetic care trece printr-o zonă dreptunghiulară cu laturile de 20x40 cm, dacă acesta este plasat într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 5 Tesla la un unghi de 60° față de liniile de inducție magnetică ale câmpului.
3. Câte spire ar trebui să aibă bobina astfel încât atunci când fluxul magnetic din interiorul ei se schimbă de la 0,024 la 0,056 Wb în 0,32 s, să se creeze în ea o f.e.m. medie. 10 V?
FEM de inducție în conductorii în mișcare.
1. Determinați fem-ul indus la capetele aripilor aeronavei An-2, având lungimea de 12,4 m, dacă viteza aeronavei în zbor orizontal este de 180 km/h, iar componenta verticală a vectorului de inducție a câmpul magnetic al Pământului este de 0,5·10-4 T.
2. Aflați fem-ul indus pe aripile unui avion Tu-204, având lungimea de 42 m, care zboară orizontal cu viteza de 850 km/h, dacă componenta verticală a vectorului de inducție a câmpului magnetic al Pământului este 5· 10-5 T.
EMF autoindusă
1. Într-o bobină apare un flux magnetic de 0,015 Wb atunci când prin spirele ei trece un curent de 5,0 A Câte spire conține bobina dacă inductanța ei este de 60 mH?
2. De câte ori se va schimba inductanța unei bobine fără miez dacă numărul de spire din ea este dublat?
3. Care este e.m.f. autoinducția va avea loc într-o bobină cu o inductanță de 68 mH dacă în ea dispare un curent de 3,8 A în 0,012 s?
4. Determinați inductanța bobinei dacă, atunci când curentul din ea este slăbit cu 2,8 A, în bobină apare o f.e.m. medie în 62 ms. autoinducție 14 V.
5. Cât timp durează într-o bobină cu o inductanță de 240 mH pentru a crește curentul de la zero la 11,4 A, dacă apare o f.e.m. medie? autoinducție 30 V?
Energia câmpului electromagnetic
1. Un curent de 20 A circulă printr-o bobină cu o inductanță de 0,6 H. Care este energia câmpului magnetic al bobinei? Cum se va schimba această energie atunci când curentul crește cu un factor de 2? De 3 ori?
2. Cât curent trebuie să treacă prin înfășurarea unui inductor cu o inductanță de 0,5 H pentru ca energia câmpului să fie egală cu 100 J?
3. Energia câmpului magnetic a cărui bobină este mai mare și de câte ori, dacă prima are caracteristicile: I1=10A, L1=20 H, a doua: I2=20A, L2=10 H?
4. Să se determine energia câmpului magnetic al bobinei în care, la un curent de 7,5 A, fluxul magnetic este de 2,3·10-3 Wb. Numărul de spire în bobină este de 120.
5. Determinați inductanța bobinei dacă, la un curent de 6,2 A, câmpul ei magnetic are o energie de 0,32 J.
6. Câmpul magnetic al unei bobine cu inductanța de 95 mH are o energie de 0,19 J. Care este puterea curentului în bobină?