Эдс индукции в движущихся проводниках презентация 11 класс презентация: Презентация по физике «ЭДС индукции в движущихся проводниках»(11 класс)

Содержание

Электромагнитная индукция 11 класс презентация, доклад

Слайд 1
Текст слайда:

Диктант

1. Что называется магнитным полем ?
2. Магнитное поле создается…
3. Какое явление наблюдают в опыте Эрстеда?
4. Линии однородного магнитного поля расположены…
5.Что называется магнитным потоком?


Слайд 2
Текст слайда:

Электромагнитная индукция

11 класс


Слайд 3
Текст слайда:

Открытие электромагнитной индукции

29 августа 1831 г.
Майкл Фарадей
В основе опытов Фарадея лежала идея, что если вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление – возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля.


Слайд 4
Текст слайда:

Опыты Фарадея


Слайд 5
Текст слайда:

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным .


Слайд 6
Текст слайда:

Правило Ленца

— Магнит приближается (ΔФ>0) – кольцо отталкивается;
— Магнит удаляется (ΔФ

Э.Х.Ленц
1804 – 1865 г.г.,
академик,
ректор
Петербургского
Университета

Индукционный ток
всегда имеет такое
направление,
при котором
возникает
ротиводействие
причинам,
его породившим.


Слайд 7
Текст слайда:

Правило Ленца

Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца: Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.


Слайд 8
Текст слайда:

Алгоритм определения направления индукционного тока

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В(выходят из N и входят в S).
2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф>0, если выдвигается, то ∆Ф3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф>0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока.

∆Ф
характеризуется
изменением
числа линий В,
пронизывающих
контур.


Слайд 9


Слайд 10
Текст слайда:

1. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь контура, помещённого в магнитного поля?

2. Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем площадь контура в случае 1, 2, 3?

3. Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем площадь контура в случае 1, 2?

4. В каком случае магнитный поток пронизывающий площадь контура больше?

1 2 3

2

1

2

1


Слайд 11
Текст слайда:

Магнитный поток

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и .


Слайд 12
Текст слайда:

Закон электромагнитной индукции

ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Направление индукционного тока
(так же, как и величина ЭДС),
считается положительным,
если оно совпадает с выбранным
направлением обхода контура.


Слайд 13
Текст слайда:

Вихревое поле


Слайд 14
Текст слайда:

ЭДС индукции в движущихся проводниках

При движении проводника
в магнитном поле со
скоростью v вместе с ним
с той же скоростью
движутся «+» и «-» заряды,
находящиеся в проводнике. На них в магнитном поле
в противоположные
стороны действует сила
Лоренца, что приводит к
перераспределению зарядов —
возникает ЭДС.


Слайд 15
Текст слайда:

Индуктивность

Индуктивностью контура L называют коэффициент пропорциональности между силой тока в проводящем контуре и созданным им магнитным потоком, пронизывающим этот контур.

L зависит лишь от формы и размеров проводящего контура, а также магнитной проницаемости среды, в которой он находится.


Слайд 16
Текст слайда:

Самоиндукция

Самоиндукция – возникновение ЭДС индукции
в проводящем контуре при изменении в нём
силы тока.

Лампа Л1 будет загораться позже ламы Л2,
т.к. возникающая ЭДС самоиндукции, будет
препятствовать нарастанию тока в цепи.


Слайд 17
Текст слайда:

1.Определите направление индукционного тока
в контуре

А) ток направлен по часовой стрелке;
Б) ток направлен против часовой стрелки.


Слайд 18
Текст слайда:

2. По направлению индукционного
тока определите направление движения магнита

А) магнит вдвигается в контур;
Б) магнит выдвигают из контура.


Слайд 19
Текст слайда:

3.В какой промежуток времени модуль ЭДС индукции имеет минимальное значение?

А) 0 – t1
Б) t1 – t2
В) t2 – t3
Г) t3 – t4
Д) t4 – t5


Слайд 20
Текст слайда:

4. Чему равен модуль ЭДС индукции в промежутки времени от 1с до 2с, от 4с до 5с?

Eинд = 2,5 мВб – 2,5 мВб/ 2с – 1с = 0 / 1с = 0


Слайд 21
Текст слайда:

5. Определите изменение магнитного потока через контур.

А) ∆Ф = 80 мВб
Б) ∆Ф = 6400 мВб
В) ∆Ф = 64 мВб
Г) ∆Ф = 6,4 Вб
Д) ∆Ф = 6,4 мВб


Слайд 22
Текст слайда:

6. В каком случае ЭДС индукции в контуре принимает наибольшее значение?

А) I
Б) I I
В) I I I
Г) IV


Слайд 23
Текст слайда:

7. В каком случае контур обладает наибольшей индуктивностью?

А) 1
Б) 2
В) 3


Слайд 24
Текст слайда:

8. Решите задачу


Слайд 25
Текст слайда:

Домашнее задание:

§ 8-17,
упражнение 2.
Желаю успехов!!!


Скачать презентацию

Электромагнитная индукция 11 класс — презентация, доклад, проект

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на
тему Электромагнитная индукция 11 класс.
Презентация на заданную тему содержит 25 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь
проигрывателем,
если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с
помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Презентации»
Физика»
Электромагнитная индукция 11 класс

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:




Диктант
1. Что называется магнитным полем ?
2. Магнитное поле создается…
3. Какое явление наблюдают в опыте Эрстеда?
4. Линии однородного магнитного поля расположены…
5.Что называется магнитным потоком?



Слайд 2

Описание слайда:




Электромагнитная индукция
11 класс


Слайд 3

Описание слайда:




Открытие электромагнитной индукции
29 августа 1831 г.
Майкл Фарадей
В основе опытов Фарадея лежала идея, что если вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление – возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля.


Слайд 4

Описание слайда:




Опыты Фарадея


Слайд 5

Описание слайда:




Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция — физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром.
Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным .


Слайд 6

Описание слайда:




Правило Ленца
— Магнит приближается (ΔФ>0) – кольцо отталкивается;
— Магнит удаляется (ΔФ<0)-кольцо притягивается


Слайд 7

Описание слайда:




Правило Ленца
Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца: Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.


Слайд 8

Описание слайда:




Алгоритм определения направления индукционного тока

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В(выходят из N и входят в S).
2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф>0, если выдвигается, то ∆Ф<0).
3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф>0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф<0, то линии В и В′ сонаправлены).
4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока.


Слайд 9

Описание слайда:


Слайд 10

Описание слайда:




1. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь контура, помещённого в магнитного поля?
1. От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь контура, помещённого в магнитного поля?



2. Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем площадь контура в случае 1, 2, 3?



3. Что можно сказать о магнитном потоке, пронизывающем площадь контура в случае 1, 2?



4. В каком случае магнитный поток пронизывающий площадь контура больше?


Слайд 11

Описание слайда:




Магнитный поток
Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла α между векторами и .


Слайд 12

Описание слайда:




Закон электромагнитной индукции
ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.


Слайд 13

Описание слайда:




Вихревое поле


Слайд 14

Описание слайда:




ЭДС индукции в движущихся проводниках
При движении проводника
в магнитном поле со
скоростью v вместе с ним
с той же скоростью
движутся «+» и «-» заряды,
находящиеся в проводнике. На них в магнитном поле
в противоположные
стороны действует сила
Лоренца, что приводит к
перераспределению зарядов -
возникает ЭДС.


Слайд 15

Описание слайда:




Индуктивность


Слайд 16

Описание слайда:




Самоиндукция


Слайд 17

Описание слайда:




1. Определите направление индукционного тока
в контуре
А) ток направлен по часовой стрелке;
Б) ток направлен против часовой стрелки.


Слайд 18

Описание слайда:




2. По направлению индукционного
тока определите направление движения магнита
А) магнит вдвигается в контур;
Б) магнит выдвигают из контура.


Слайд 19

Описание слайда:




3.В какой промежуток времени модуль ЭДС индукции имеет минимальное значение?
А) 0 – t1
Б) t1 – t2
В) t2 – t3
Г) t3 – t4
Д) t4 – t5


Слайд 20

Описание слайда:




4. Чему равен модуль ЭДС индукции в промежутки времени от 1с до 2с, от 4с до 5с?
Eинд = 2,5 мВб – 2,5 мВб/ 2с – 1с = 0 / 1с = 0


Слайд 21

Описание слайда:




5. Определите изменение магнитного потока через контур.
А) ∆Ф = 80 мВб
Б) ∆Ф = 6400 мВб
В) ∆Ф = 64 мВб
Г) ∆Ф = 6,4 Вб
Д) ∆Ф = 6,4 мВб


Слайд 22

Описание слайда:




6. В каком случае ЭДС индукции в контуре принимает наибольшее значение?
А) I
Б) I I
В) I I I
Г) IV


Слайд 23

Описание слайда:




7. В каком случае контур обладает наибольшей индуктивностью?
А) 1
Б) 2
В) 3


Слайд 24

Описание слайда:




8. Решите задачу


Слайд 25

Описание слайда:




Домашнее задание:
§ 8-17,
упражнение 2.
Желаю успехов!!!


Tags
Электромагнитная индукция 11 класс

Похожие презентации

Презентация успешно отправлена!

Ошибка! Введите корректный Email!

Email

Объяснение урока: Движение прямых проводников в однородных магнитных полях

В этом объяснении мы узнаем, как связать разность потенциалов, индуцированную между прямыми проводниками, с их движением в однородных магнитных полях.

Рассмотрим прямой провод, движущийся через однородное магнитное поле, как показано ниже.

Поскольку этот провод является проводником, он содержит электроны, которые могут свободно перемещаться по проводу.

Когда провод движется в поле, на эти электроны действует магнитная сила.

Направление магнитной силы на электронах можно определить, вспомнив правило правой руки для направления магнитной силы на заряды, движущиеся в магнитном поле.

Сначала правой рукой определяем направление 𝑞𝑣, где 𝑞 — заряд рассматриваемой частицы, а 𝑣 — скорость частицы.

Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, 𝑞𝑣 в данном случае указывает направление, противоположное направлению 𝑣. То есть в нашем проводе, который движется вправо, 𝑞𝑣 для электронов указывает налево.

Указываем пальцами правой руки в направлении 𝑞𝑣, как показано на следующем рисунке.

Следующий шаг в использовании правила правой руки — согнуть пальцы в направлении магнитного поля. В данном случае это поле указывает за пределы экрана.

Если наша правая рука сложена таким образом, большой палец будет указывать в направлении действия магнитной силы на заряженную частицу, как показано ниже.

Таким образом, электроны в проводе будут отталкиваться к вершине провода.

В целом, по мере движения провода отрицательный заряд будет концентрироваться в его верхней части, а положительный — внизу, как показано ниже.

Электрический потенциал вблизи концентрации отрицательного заряда более отрицателен, чем потенциал вблизи концентрации положительного заряда. Поэтому на проводе устанавливается разность потенциалов.

Обратите внимание, что в этом сценарии магнитное поле направлено за пределы экрана, а скорость движения провода направлена ​​вправо. Следовательно, угол между этими двумя векторами равен 90∘.

Далее рассмотрим ситуацию, когда провод выходит за пределы экрана, как показано ниже.

Угол между скоростью проволоки и внешним полем теперь равен 0∘. Разность потенциалов на проводе не индуцируется.

Разность потенциалов измеряется в вольтах, как и величина, называемая электродвижущей силой. Эта «сила» представляет собой количество энергии, сообщаемой зарядам. Он обозначается как 𝜖 и математически описывается следующим образом.

Формула: Электродвижущая сила в прямом проводнике, движущемся в однородном магнитном поле

Если прямой проводник длиной 𝑙 движется со скоростью 𝑣 через однородное магнитное поле 𝐵 так, что угол между 𝐵 и 𝑣 равен 𝜃, то электродвижущая сила (𝜖), индуцируемая в проводнике, равна
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃). sin

Индуцированная электродвижущая сила (часто для краткости пишется «ЭДС») равна разности потенциалов, индуцированных на проводе, движущемся через однородное магнитное поле.

В этом уравнении 𝑙 — длина проводника, вдоль которого индуцируется ЭДС.

Пример 1. Определение напряженности поля и направления движения прямого проводника, движущегося в однородном магнитном поле

Проводящий стержень длиной 15 см имеет на себе разность потенциалов, как показано на схеме. Стержень движется в однородном магнитном поле со скоростью 0,32 м/с. Величина наведенной разности потенциалов составляет 9,6 мВ. Стержень движется в плоскости экрана.

  1. Какова сила магнитного поля?
  2. К какой стороне области, содержащей поле, движется стержень?

Ответ

Часть 1

Разность потенциалов, индуцированная на стержне, по величине равна электродвижущей силе (𝜖) на стержне. Эта «сила» определяется уравнением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃).sin

Здесь 𝑙 — длина стержня, 𝑣 — его скорость, 𝐵 — напряженность магнитного поля, в котором движется стержень, а 𝜃 — угол между 𝑣 и 𝐵.

В этом сценарии мы ищем силу магнитного поля. Напряженность поля 𝐵 можно выделить с одной стороны приведенного выше уравнения, разделив обе части на 𝑙, 𝑣 и sin(𝜃):
𝐵=𝜖𝑙𝑣(𝜃).sin

Величина разности потенциалов, равная электродвижущей силе, составляет 9,6 мВ. Длина стержня 15 см, скорость 0,32 м/с. Стержень движется перпендикулярно магнитному полю, то есть 𝜃 равно 90∘.

Прежде чем подставлять эти значения и вычислять 𝐵, мы должны привести их единицы в соответствие друг с другом. Мы можем сделать это, переведя ЭДС из единиц милливольт в единицы вольт и длину из единиц сантиметров в единицы метров.

Мы знаем, что 1‎ ‎000 мВ равно 1 В, поэтому 9,6 мВ равно 0,0096 В.

Аналогично, 100 см равняется одному метру, поэтому 15 см равняется 0,15 м.

Теперь мы можем подставить наши преобразованные значения в уравнение для 𝐵:
𝐵=0,00960,15×0,32/×(90)=0,00960,15×0,32/=0,2.VmmssinVmmsT∘

Этот результат соответствует ответу D.

Часть 2

Направление движения стержня влияет магнитной силы, действующей на заряды в стержне.

Из диаграммы видно, что верхняя часть стержня имеет суммарный положительный заряд, а нижняя часть стержня имеет суммарный отрицательный заряд.

Таким образом, мы знаем, что стержень движется таким образом, что сила, действующая на свободные электроны, направлена ​​к нижней стороне области, содержащей магнитное поле.

Это направление силы задается правилом правой руки. Правило гласит, что если пальцы на правой руке указывают сначала в направлении 𝑞𝑣, где 𝑣 — скорость заряда 𝑞, а затем скручиваются в направлении внешнего магнитного поля 𝐵, большой палец этой руки указывает в направлении 𝑞𝑣. направление магнитной силы на заряд 𝑞.

Учитывая, что в этой ситуации сила на положительные заряды действует в направлении верхней стороны области, содержащей магнитное поле, а магнитное поле направлено за пределы экрана, мы можем использовать правило правой руки, чтобы определить направление движения стержня .

Когда большой палец правой руки направлен вверх, а согнутые пальцы направлены за пределы экрана, как показано на первом изображении ниже, мы видим, что единственное направление, в котором наши пальцы могут указывать, когда они выпрямлены, — это влево, как показано на второе изображение.

Это направление пальца показывает, что для того, чтобы положительные заряды испытывали направленную вверх силу, скорость стержня должна быть слева.

Следовательно, стержень движется к левой стороне области, содержащей поле.

Прямой проводник, движущийся в однородном магнитном поле, может быть частью замкнутой проводящей петли, как показано на следующем рисунке.

В этом сценарии разность потенциалов (или, что то же самое, ЭДС), индуцированная на движущемся проводнике, создает ток в цепи.

Мы видели, что индуцированная разность потенциалов определяется выражением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃).sin

Когда эта разность потенциалов создает ток 𝐼 в цепи сопротивления 𝑅, закон Ома показывает, что
𝜖=𝐼𝑅.

Обратите внимание, что, хотя индуцированный ток создает магнитное поле, это индуцированное поле обычно пренебрежимо мало по сравнению с однородным внешним полем 𝐵. Поэтому мы не учитываем его при расчетах 𝜖, 𝐼 или 𝑅.

Пример 2. Решение сопротивления прямого проводника, движущегося в однородном магнитном поле

Токопроводящий стержень движется по токопроводящим рельсам, образующим цепь, содержащую резистор, как показано на схеме. Стержень проходит полное расстояние поперек рельсов за время 36 с, двигаясь с постоянной скоростью. Магнитное поле вокруг контура имеет напряженность 275 мТл. Ток в цепи 32 мкА. Найдите сопротивление стержня с точностью до десятых.

Ответ

При движении стержня через магнитное поле разность потенциалов, определяемая уравнением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃)грех
будет индуцироваться через него. Подвижный стержень по существу функционирует как ячейка для показанной электрической цепи. Мы можем связать разность потенциалов 𝜖, ток цепи 𝐼 и полное сопротивление цепи 𝑅, используя закон Ома, следующим образом:
𝜖=𝐼𝑅.

Общее сопротивление цепи 𝑅 состоит из сопротивления резистора (24 Ом) и сопротивления стержня. Обозначив сопротивление стержня 𝑅r, можно написать
𝑅=24+𝑅.Ωr

Следовательно,
𝜖=𝐼×(24+𝑅),Ωr
или эквивалентно
𝑙𝑣𝐵(𝜃)=𝐼×(24+𝑅).sinΩr

Начнем решение для 𝑅r с перестановки приведенного выше уравнения так, чтобы 𝑅r было субъектом. Умножение текущего 𝐼 на правую часть уравнения дает нам
𝑙𝑣𝐵(𝜃)=𝐼×24+𝐼𝑅. sinΩr

Вычитая 𝐼×24 Ом с обеих сторон, а затем разделив обе части на 𝐼, находим
𝑅=𝑙𝑣𝐵(𝜃)−𝐼×24𝐼.rsinΩ

Длина стержня 𝑙 задана равной 9,5 см. Это равно 0,095 м.

Скорость стержня 𝑣 определяется выражением
𝑣=𝑑𝑡,
где 𝑑 — расстояние, пройденное стержнем, а 𝑡 — время, затраченное на его перемещение. Стержень перемещается на 125 см за 36 с, что означает, что он имеет скорость 125 см за 36 с или 3,472… см/с. В метрах в секунду (м/с) скорость стержня составляет 0,0342… м/с.

Напряженность магнитного поля 𝐵 составляет 275 мТл. Поскольку в 1 Тл содержится 1 000 мТл, это равно 0,275 Тл9.0003

Что касается угла 𝜃, стержень движется перпендикулярно полю, поэтому 𝜃 равен 90∘. Обратите внимание, что синус 90∘ равен 1.

Ток 𝐼 в цепи равен 32 мкА, или эквивалентно 3,2×10 А.

Подставляя все эти значения в наше уравнение для 𝑅r, мы находим
𝑅=(0,095)×(0,03472…/)×(0,275)×(1)−3,2×10×243,2×10=4,3474….rmmsTAΩAΩ

Округлив до одного десятичного знака, сопротивление стержень 4,3 Ом.

Несмотря на то, что разность потенциалов является скалярной величиной, тем не менее она индуцируется в определенном направлении. Как мы видели, это направление определяется с помощью правила правой руки.

Рассмотрим прямой проводник длиной 𝑙 и квадратным поперечным сечением шириной w, движущийся через однородное магнитное поле, как показано на следующей диаграмме.

Для положительных зарядов 𝑞𝑣 указывает вправо. Магнитное поле 𝐵 указывает на верхнюю часть экрана. По правилу правой руки магнитная сила, действующая на положительные заряды, направлена ​​за пределы экрана.

Следовательно, положительный заряд будет накапливаться на лицевой стороне проводника, а отрицательный – на обратной. Это показано на следующей диаграмме, где области чистого положительного заряда окрашены в красный цвет, а области чистого отрицательного заряда окрашены в синий цвет.

Хотя в этом проводнике индуцируется ЭДС, ее величина не равна 𝑙𝑣𝐵(𝜃)sin. Скорее, он равен 𝑤𝑣𝐵(𝜃)sin, где 𝑤 — длина проводника, по которому разделился заряд.

Пример 3. Вращение проводников в однородных магнитных полях

Проводящий стержень вращается, один конец которого неподвижен. Стержень равномерно вращается в однородном магнитном поле, причем направление вращения стержня относительно магнитного поля изменяется, как показано на диаграммах I, II, III и IV. Стержень вращается с одинаковой скоростью на каждой диаграмме.

  1. На какой из диаграмм значение величины разности потенциалов между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня изменяется при вращении стержня?
  2. Равна ли величина разности потенциалов между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня на схеме I величине разности потенциалов, индуцируемой между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня? на схеме II?
  3. Является ли величина разности потенциалов, индуцированной между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня на диаграмме III, равна величине разности потенциалов, индуцированной между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня? на схеме IV?
  4. Равна ли величина разности потенциалов между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня на диаграмме I величине разности потенциалов между закрепленным концом стержня и свободным концом стержня? на схеме III?

Ответ

Часть 1

Рассматривая четыре диаграммы, начнем с диаграммы I.

Диаграмма I показывает вращающийся стержень в четыре момента. Мы можем обозначить эти позиции 0∘, 90∘, 180∘ и 270∘, как показано на рисунке ниже.

В каждом положении стержень имеет ненулевую среднюю скорость и движется в однородном магнитном поле вправо.

На следующем рисунке показаны эти средние скорости с соответствующими векторами магнитного поля.

Чтобы определить, индуцируется ли и в каком направлении разность потенциалов в стержне в любом из этих положений, воспользуемся правилом правой руки.

Это правило указывает, что направление действия магнитной силы на заряд 𝑞, движущийся со скоростью 𝑣 через магнитное поле 𝐵, можно определить следующим образом: пальцы правой руки указывают в направлении 𝑞𝑣, затем сгибаются в направление 𝐵. Направление, указанное большим пальцем правой руки, показывает направление магнитной силы, действующей на заряд.

Применяя это правило к четырем положениям стержня на рисунке выше, мы получаем результаты, показанные на следующем рисунке.

Обратите внимание, что во всех четырех положениях магнитная сила на положительный заряд никогда не действует по всей длине проводника. Положительные и отрицательные заряды по длине стержня не разделяются, поэтому разность потенциалов по длине стержня равна нулю.

Теперь рассмотрим стержень под некоторым произвольным углом поворота, отличным от углов, показанных выше. В таком произвольном положении вектор средней скорости стержня можно разделить на горизонтальную и вертикальную составляющие, как показано на рисунке ниже.

Для каждого компонента ЭДС индукции по длине стержня равна нулю. Поскольку угол тета на рисунке произвольный, ЭДС индукции по длине стержня на схеме I равна нулю во всех положениях.

Далее рассмотрим схему II. Обратите внимание, что единственная разница между диаграммой II и диаграммой I заключается в том, что диаграмма II повернута на 90° относительно диаграммы I против часовой стрелки.

Следовательно, на диаграмме II по длине стержня также не индуцируется разность потенциалов.

На диаграмме III магнитное поле указывает на экран. Следовательно, векторы скорости и соответствующие векторы магнитного поля выглядят так, как показано на следующем рисунке.

Опять же, используя правило правой руки для определения направления магнитной силы на положительном заряде в каждой позиции, мы находим результаты ниже, где красные стрелки указывают векторы силы на положительном заряде.

На диаграмме III положительный заряд отталкивается к оси вращения стержня, что означает, что отрицательный заряд отталкивается к свободному концу стержня. Поэтому разделение заряда происходит по длине стержня.

В результате по всей длине стержня индуцируется разность потенциалов.

Вспомним, однако, что нас просят определить диаграммы, где наведенная разность потенциалов вдоль стержня изменяется.

Для сценария, показанного на диаграмме III, наведенная разность потенциалов вдоль стержня отлична от нуля, но также постоянна — она не меняется при вращении стержня.

Наконец, рассмотрим ситуацию, изображенную на диаграмме IV.

Этот сценарий идентичен сценарию, показанному на диаграмме III, за исключением того, что магнитное поле теперь направлено за пределы экрана, а не внутрь него.

Результатом этой разницы является то, что в сценарии, показанном на диаграмме IV, положительный заряд выталкивается к свободному концу стержня, а отрицательный заряд выталкивается к его закрепленному концу.

По длине стержня индуцируется ненулевая разность потенциалов.

Однако, как и в ситуации, показанной на диаграмме III, эта разность потенциалов не меняется при вращении стержня.

Наш ответ на часть 1 вопроса заключается в том, что ни на одной из диаграмм не показаны сценарии, в которых разность потенциалов, индуцированная по длине стержня, изменяется.

Часть 2

Возвращаясь к нашему анализу в части 1, мы помним, что на диаграммах I и II наведенная разность потенциалов по длине стержня равна нулю. Следовательно, верно, что эти значения равны.

Часть 3

В сценарии, показанном на диаграмме III, положительный заряд накапливается в направлении фиксированного конца стержня, а отрицательный заряд накапливается в направлении его свободного конца, как показано на следующем рисунке.

Величина индуцированной разности потенциалов определяется уравнением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃),грех
где 𝑙 — длина проводника, 𝑣 — его скорость, 𝐵 — напряженность магнитного поля, 𝜃 — угол между 𝐵 и 𝑣.

Мы должны сравнить эту величину с величиной ЭДС, индуцированной в сценарии, показанном на диаграмме IV. В этой ситуации положительные и отрицательные заряды накапливаются, как показано ниже.

Полярность индуцированной разности потенциалов противоположна сценарию на диаграмме III. Обратите внимание, однако, что ни одно из значений, влияющих на величину индуцированной разности потенциалов — 𝑙, 𝑣, 𝐵 и 𝜃 — не изменилось.

Следовательно, величина разности потенциалов, индуцированной по длине стержня, одинакова в сценариях, изображенных на диаграммах III и IV.

Часть 4

Мы видели, что на диаграмме I показана ситуация, когда наведенная разность потенциалов между концами стержня равна нулю.

Напротив, на стержне, показанном на диаграмме III, индуцируется ненулевая разность потенциалов. Следовательно, эти величины не равны.

Когда проводник движется в однородном магнитном поле, его движение может быть скорее периодическим, чем постоянным.

Рассмотрим показанный ниже проводник, расположенный в однородном магнитном поле.

Мы можем изменить угол обзора, посмотреть на проводник с одного из его концов и увидеть, что проводник движется по кругу, как показано ниже.

При движении проводника угол между вектором скорости проводника и внешним магнитным полем изменяется.

В местах, отмеченных 1, 2, 3 и 4, этот угол 𝜃, измеренный от вектора магнитного поля до вектора скорости проводника, имеет значения 90°, 0°, 270° и 180°, как показано ниже .

Вспоминая, что электродвижущая сила, индуцируемая в проводнике, определяется выражением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃),грех
заметим, что эта величина зависит от синуса угла 𝜃. Следовательно, ЭДС, индуцируемая в этом проводнике, движущемся по кругу, имеет синусоидальный характер, как показано на следующем рисунке.

Пример 4. Изменение разности потенциалов во времени в прямом проводнике, движущемся через однородное магнитное поле перпендикулярно длине стержня на протяжении всего движения. Когда стержень находится в положениях А и С, показанных на схеме, направление кругового движения совпадает с линией направления магнитного поля. Когда стержень находится в положениях B и D, показанных на схеме, направление кругового движения перпендикулярно линии направления магнитного поля. На графике показаны линии четырех разных цветов. Каждая линия может отображать изменение разности потенциалов по длине стержня по мере его перемещения от A к B, затем к C, D и обратно к A. Какой цвет линии правильно отражает изменение разности потенциалов со временем?

  1. Синяя линия
  2. Оранжевая линия
  3. Красная линия
  4. Зеленая линия
  5. Ни один из ответов не является правильным.

Ответ

Изучая схему проводника, движущегося через поле, мы видим, что он движется по круговой траектории в плоскости, параллельной магнитному полю.

Если 𝜃 угол между полем и вектором скорости проводника, 𝜃 постоянно меняется. В частности, в точках, отмеченных A, B, C и D, 𝜃 имеет соответствующие значения 0 ∘, 270 ∘, 180 ∘ и 90∘, как показано ниже.

В общем случае разность потенциалов, индуцируемая в прямолинейном проводнике, движущемся в однородном магнитном поле, описывается уравнением
𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃).sin

В нашем сценарии 𝜃 меняется, и это уравнение показывает, что это происходит синусоидально.

Мы можем заключить, что индуцированная в проводнике разность потенциалов не является постоянной во времени, а также что индуцированная в проводнике разность потенциалов изменяется в соответствии с формой функции синуса.

Анализируя наши ответы, ответ C — красная кривая — показывает, что разность потенциалов меняется со временем, как это было бы в нашем движущемся проводнике.

Ключевые моменты

  • Для прямого проводника, движущегося в однородном магнитном поле, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), эквивалентная разности потенциалов, согласно уравнению 𝜖=𝑙𝑣𝐵(𝜃)sin, где 𝜖 — ЭДС индукции, 𝑙 — длина проводника, 𝑣 — его скорость, 𝐵 — напряженность внешнего магнитного поля, 𝜃 — угол между 𝑣 и 𝐵.
  • Когда прямой проводник, движущийся в однородном магнитном поле, является частью замкнутой электрической цепи, проводник вызывает протекание заряда по цепи. Разность потенциалов 𝜖, ток цепи 𝐼 и сопротивление цепи 𝑅 связаны законом Ома: 𝜖=𝐼𝑅.
  • Когда проводник периодически движется через однородное магнитное поле, 𝜃 может постоянно изменяться, в результате чего индуцированная ЭДС имеет синусоидальный характер.

электромагнетизм | Определение, уравнения и факты

электрическое поле

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:
Майкл Фарадей
Уильям Томсон, барон Кельвин
Джеймс Клерк Максвелл
Карл Фридрих Гаусс
Дж. Дж. Томсон
Похожие темы:
электромагнитное излучение
электричество
Кулоновская сила
магнитная сила
электромагнитное поле

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электромагнетизм , наука о заряде и силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Лишь в 19 веке к ним, наконец, стали относиться как к взаимосвязанным явлениям. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна вне всяких сомнений установила, что оба явления являются аспектами одного общего явления. Однако на практическом уровне электрические и магнитные силы ведут себя совершенно по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами либо в состоянии покоя, либо в движении. Магнитные силы, с другой стороны, создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Поймите, как концепция прикосновения меняется при наличии электронов между двумя объектами

Посмотреть все видео к этой статье

Электрические явления происходят даже в нейтральном веществе, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Она невероятно сильна по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие хотя бы одного электрона из каждого миллиарда молекул у двух 70-килограммовых (154 фунтов) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, отталкивало бы их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие некоторые бури.

Электрические и магнитные силы можно обнаружить в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля фундаментальны по своей природе и могут существовать в пространстве вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот независимо от внешнего заряда. Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, как обнаружил английский физик Майкл Фарадей в работе, которая лежит в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включили световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля вместе путешествуют в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны распространяются с одинаковой скоростью, а именно со скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду). Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Тест «Британника»

Физика и законы природы

Какая сила замедляет движение? Каждому действию есть равное и противоположное что? В этом викторине по физике нет ничего, что E = mc было бы квадратным.

Уравнения Максвелла до сих пор дают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако интерпретация его работ была расширена в 20 веке. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всего вещества скоростью электромагнитного излучения. В конце 19В 60-х годах физики обнаружили, что другие силы в природе имеют поля с математической структурой, аналогичной электромагнитному полю. Этими другими силами являются сильное взаимодействие, ответственное за выделение энергии при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабое и электромагнитное взаимодействия были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается изучением поведения агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и перемещение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток является мерой потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технике, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Понятие напряжения, так же как заряда и тока, является фундаментальным для науки об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенной проблемой в электричестве является определение соотношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

В этой статье делается попытка дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Повседневная жизнь современного человека пронизана электромагнитными явлениями. Когда лампочка включена, через тонкую нить в колбе течет ток, который нагревает нить до такой высокой температуры, что она светится, освещая все вокруг. Электрические часы и соединения связывают простые устройства такого типа в сложные системы, такие как светофоры, которые отсчитывают время и синхронизируются со скоростью транспортного потока. Радиоприемники и телевизоры получают информацию, переносимую электромагнитными волнами, распространяющимися в пространстве со скоростью света. Чтобы запустить автомобиль, токи в электростартере генерируют магнитные поля, которые вращают вал двигателя и приводят в движение поршни двигателя, сжимая взрывоопасную смесь бензина и воздуха; искра, инициирующая горение, представляет собой электрический разряд, образующий мгновенный ток.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *