Casa flores de interior Condiciones para cambiar el flujo magnético. Cambio en el flujo magnético. Comparación del flujo magnético con el flujo de agua

flores de interior

Condiciones para cambiar el flujo magnético. Cambio en el flujo magnético. Comparación del flujo magnético con el flujo de agua

Eléctrico Y campos magnéticos son generados por las mismas fuentes: cargas eléctricas, por lo que podemos suponer que existe una cierta conexión entre estos campos. Esta suposición encontró confirmación experimental en 1831 en los experimentos del destacado físico inglés M. Faraday. Él abrió fenómeno de la inducción electromagnética.

El fenómeno de la inducción electromagnética. subyace el funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica de inducción, que representan toda la electricidad generada en el mundo.

flujo magnético

Circuito cerrado colocado en un campo magnético uniforme

La característica cuantitativa del proceso de cambio del campo magnético a través de un circuito cerrado es una cantidad física llamada flujo magnético. El flujo magnético (Ф) a través de un área de lazo cerrado (S) es una cantidad física igual al producto del módulo del vector de inducción magnética (B) por el área del lazo (S) y el coseno del ángulo Entrevector B y normal a la superficie: Φ = BS cos α. La unidad de flujo magnético es F - weber (Wb): 1 Wb \u003d 1 T 1 m 2.

perpendicular máximo.

Si el vector de inducción magnética paralelaárea de contorno, entonces el flujo magnético es igual a cero

Ley de inducción electromagnética

Empíricamente, se estableció la ley de la inducción electromagnética: La FEM de la inducción en un lazo cerrado es igual en valor absoluto a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie limitada por el lazo: Esta fórmula se llama ley de Faraday .

El primer experimento de Faraday es una demostración clásica de la ley básica de la inducción electromagnética. En él, cuanto más rápido se mueve el imán a través de las vueltas de la bobina, más corriente de inducción aparece en él y, por lo tanto, la FEM de inducción.

regla de Lenz

La dependencia de la dirección de la corriente de inducción de la naturaleza del cambio en el campo magnético a través de un circuito cerrado en 1833 fue establecida experimentalmente por el físico ruso E. Kh. Lenz. De acuerdo a regla de Lenz , que surge en un circuito cerrado, la corriente de inducción con su campo magnético contrarresta el cambio en el flujo magnético, que llamado. Más brevemente, esta regla se puede formular de la siguiente manera: la corriente inducida se dirige para evitar el motivo que lo provoca. La regla de Lenz refleja el hecho experimental de que siempre tienen signos opuestos (el signo menos en fórmula de faraday).

Lenz diseñó un dispositivo que consiste en dos anillos de aluminio, macizos y cortados, montados en un travesaño de aluminio. Podían girar alrededor de un eje, como un balancín. Cuando se introdujo un imán en un anillo sólido, comenzó a "escapar" del imán, girando el balancín en consecuencia. Al sacar el imán del anillo, trató de "alcanzar" al imán. Cuando el imán se movió dentro del anillo cortado, no se produjo ningún movimiento. Lenz explicó el experimento por el hecho de que el campo magnético de la corriente de inducción buscaba compensar el cambio en el flujo magnético externo.

La regla de Lenz tiene un significado físico profundo: expresa ley de conservación de la energía.

Flujo magnético (flujo de líneas de inducción magnética) a través del contorno es numéricamente igual al producto del módulo del vector de inducción magnética y el área delimitada por el contorno, y el coseno del ángulo entre la dirección del vector de inducción magnética y la normal a la superficie delimitada por este contorno.

La fórmula para el trabajo de la fuerza Ampère cuando un conductor rectilíneo con corriente continua se mueve en un campo magnético uniforme.

Por lo tanto, el trabajo de la fuerza de amperios se puede expresar en términos de la intensidad de la corriente en el conductor que se mueve y el cambio en el flujo magnético a través del circuito en el que se incluye este conductor:

Inductancia de bucle.

Inductancia - físico un valor numéricamente igual a la FEM de autoinducción que ocurre en el circuito cuando la intensidad de la corriente cambia en 1 amperio en 1 segundo.
Además, la inductancia se puede calcular mediante la fórmula:

donde F es el flujo magnético a través del circuito, I es la intensidad de la corriente en el circuito.

Unidades SI para inductancia:

La energía del campo magnético.

El campo magnético tiene energía. Así como un capacitor cargado tiene un suministro de energía eléctrica, una bobina con corriente que fluye a través de sus bobinas tiene un suministro de energía magnética.

Inducción electromagnética.

Inducción electromagnética - el fenómeno de la aparición de una corriente eléctrica en un circuito cerrado con un cambio en el flujo magnético que lo atraviesa.

Los experimentos de Faraday. Explicación de la inducción electromagnética.

Si lleva un imán permanente a la bobina o viceversa (Fig. 3.1), aparecerá una corriente eléctrica en la bobina. Lo mismo sucede con dos bobinas muy juntas: si una fuente de corriente alterna está conectada a una de las bobinas, también aparecerá una corriente alterna en la otra, pero este efecto se manifiesta mejor si las dos bobinas están conectadas por un núcleo.

Según la definición de Faraday, lo siguiente es común a estos experimentos: si el flujo del vector de inducción que penetra en un circuito conductor cerrado cambia, entonces aparece una corriente eléctrica en el circuito.

Este fenómeno se llama fenómeno inducción electromagnética , y el actual inducción. En este caso, el fenómeno es completamente independiente del método de cambio del flujo del vector de inducción magnética.

fórmula f.e.m. inducción electromagnética.

inducción CEM en un lazo cerrado es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través del área delimitada por este lazo.

La regla de Lenz.

regla de Lenz

La corriente de inducción que surge en un circuito cerrado contrarresta el cambio en el flujo magnético con el que es provocado por su campo magnético.

Autoinducción, su explicación.

autoinducción- el fenómeno de la aparición de campos electromagnéticos de inducción en un circuito eléctrico como resultado de un cambio en la intensidad de la corriente.

Cerrando el circuito
Cuando se cierra un circuito, la corriente aumenta, lo que provoca un aumento del flujo magnético en la bobina, surge un campo eléctrico de vórtice, dirigido contra la corriente, es decir se produce un EMF de autoinducción en la bobina, lo que evita que la corriente aumente en el circuito (el campo de vórtice ralentiza los electrones).
Como resultado, L1 se enciende más tarde que L2.

Circuito abierto
Cuando se abre el circuito eléctrico, la corriente disminuye, hay una disminución del flujo m. en la bobina, aparece un campo eléctrico de vórtice, dirigido como una corriente (que tiende a mantener la misma intensidad de corriente), es decir Aparece una fem autoinductiva en la bobina, que mantiene la corriente en el circuito.
Como resultado, L parpadea intensamente cuando se apaga.

en ingeniería eléctrica, el fenómeno de la autoinducción se manifiesta cuando el circuito está cerrado (la corriente eléctrica aumenta gradualmente) y cuando el circuito está abierto (la corriente eléctrica no desaparece inmediatamente).

fórmula f.e.m. autoinducción.

EMF de autoinducción evita el aumento de la intensidad de la corriente cuando se enciende el circuito y la disminución de la intensidad de la corriente cuando se abre el circuito.

Las disposiciones primera y segunda de la teoría del campo electromagnético de Maxwell.

1. Cualquier campo eléctrico desplazado genera un campo magnético de vórtice. Maxwell nombró un campo eléctrico alterno porque, como una corriente ordinaria, induce un campo magnético. El campo magnético de vórtice es generado tanto por corrientes de conducción Ipr (cargas eléctricas en movimiento) como por corrientes de desplazamiento (campo eléctrico desplazado E).

La primera ecuación de Maxwell

2. Cualquier campo magnético desplazado genera un campo eléctrico de vórtice (la ley básica de la inducción electromagnética).

Segunda ecuación de Maxwell:

Radiación electromagnética.

ondas electromagnéticas, radiación electromagnética- propagar en el espacio la perturbación (cambio de estado) del campo electromagnético.

3.1. Ola son vibraciones que se propagan en el espacio a lo largo del tiempo.
Las ondas mecánicas solo pueden propagarse en algún medio (sustancia): en un gas, en un líquido, en un sólido. Las ondas son generadas por cuerpos oscilantes que crean una deformación del medio en el espacio circundante. Una condición necesaria para la aparición de ondas elásticas es la aparición en el momento de la perturbación del medio de fuerzas que se lo impidan, en particular, la elasticidad. Tienden a acercar las partículas vecinas cuando se separan y las alejan unas de otras cuando se acercan. Las fuerzas elásticas, que actúan sobre partículas alejadas de la fuente de perturbación, comienzan a desequilibrarlas. Ondas longitudinales característica sólo de los medios gaseosos y líquidos, pero transverso- también a los sólidos: la razón de esto es que las partículas que componen estos medios pueden moverse libremente, ya que no están fijadas rígidamente, a diferencia de los sólidos. En consecuencia, las vibraciones transversales son fundamentalmente imposibles.

Las ondas longitudinales surgen cuando las partículas del medio oscilan, orientándose a lo largo del vector de propagación de la perturbación. Las ondas transversales se propagan en una dirección perpendicular al vector de impacto. En resumen: si en un medio la deformación provocada por una perturbación se manifiesta en forma de cortante, tensión y compresión, entonces estamos hablando de un cuerpo sólido, para el que son posibles tanto las ondas longitudinales como las transversales. Si la apariencia de un cambio es imposible, entonces el medio puede ser cualquiera.

Cada onda se propaga a una cierta velocidad. Bajo velocidad de onda comprender la velocidad de propagación de la perturbación. Dado que la velocidad de la onda es un valor constante (para un medio dado), la distancia recorrida por la onda es igual al producto de la velocidad por el tiempo de su propagación. Así, para encontrar la longitud de onda, es necesario multiplicar la velocidad de la onda por el período de oscilaciones en ella:

Longitud de onda - la distancia entre dos puntos en el espacio más cercanos entre sí en los que se producen oscilaciones en la misma fase. La longitud de onda corresponde al periodo espacial de la onda, es decir, la distancia que "recorre" un punto con fase constante en un intervalo de tiempo igual al periodo de oscilación, por lo tanto

número de onda(también llamado frecuencia espacial) es la razón 2 π radianes a longitud de onda: análogo espacial de la frecuencia circular.

Definición: el número de onda k es la tasa de crecimiento de la fase de la onda φ a lo largo de la coordenada espacial.

3.2. onda plana - una onda cuyo frente tiene la forma de un plano.

El frente de onda plano tiene un tamaño ilimitado, el vector de velocidad de fase es perpendicular al frente. Una onda plana es una solución particular de la ecuación de onda y un modelo conveniente: tal onda no existe en la naturaleza, ya que el frente de una onda plana comienza y termina en , lo cual, obviamente, no puede ser.

La ecuación de cualquier onda es una solución de una ecuación diferencial llamada ecuación de onda. La ecuación de onda de la función se escribe como:

donde

· - Operador de Laplace;

· - función deseada;

· - radio del vector del punto deseado;

- velocidad de onda;

· - hora.

superficie de onda es el lugar geométrico de los puntos que son perturbados por la coordenada generalizada en la misma fase. Un caso especial de una superficie de onda es un frente de onda.

PERO) onda plana - esta es una onda, cuyas superficies de onda son un conjunto de planos paralelos entre sí.

B) onda esferica es una onda cuyas superficies de onda son una colección de esferas concéntricas.

Rayo- superficie lineal, normal y de onda. Bajo la dirección de propagación de las ondas entendemos la dirección de los rayos. Si el medio de propagación de la onda es homogéneo e isotrópico, los rayos son líneas rectas (además, si la onda es plana, son líneas rectas paralelas).

El concepto de rayo en física se suele utilizar únicamente en óptica geométrica y acústica, ya que al manifestarse efectos que no se estudian en estas áreas, se pierde el significado del concepto de rayo.

3.3. Características energéticas de la onda

El medio en el que se propaga la onda tiene energía mecánica, que está formada por las energías del movimiento oscilatorio de todas sus partículas. La energía de una partícula con masa m 0 se encuentra mediante la fórmula: E 0 = m 0 Α 2w 2/2. La unidad de volumen del medio contiene n = pags/m 0 partículas (ρ es la densidad del medio). Por lo tanto, una unidad de volumen del medio tiene la energía w r = nÅ 0 = ρ Α 2w 2 /2.

Densidad de energía a granel(W p) es la energía del movimiento oscilatorio de las partículas del medio contenidas en una unidad de su volumen:

Flujo de energía(Ф) - un valor igual a la energía transportada por la onda a través de una superficie dada por unidad de tiempo:

Intensidad de onda o densidad de flujo de energía(I) - un valor igual al flujo de energía transportado por la onda a través de una sola área, perpendicular a la dirección de propagación de la onda:

3.4. onda electromagnética

onda electromagnética- el proceso de propagación del campo electromagnético en el espacio.

Condición de ocurrencia ondas electromagnéticas. Los cambios en el campo magnético ocurren cuando cambia la intensidad de la corriente en el conductor, y la intensidad de la corriente en el conductor cambia cuando cambia la velocidad de las cargas eléctricas, es decir, cuando las cargas se mueven con aceleración. Por lo tanto, las ondas electromagnéticas deberían surgir durante el movimiento acelerado de las cargas eléctricas. A una tasa de carga de cero, solo hay un campo eléctrico. A una tasa de carga constante, se genera un campo electromagnético. Con el movimiento acelerado de la carga se emite una onda electromagnética que se propaga en el espacio a una velocidad finita.

Las ondas electromagnéticas se propagan en la materia con una velocidad finita. Aquí ε y μ son la permeabilidad dieléctrica y magnética de la sustancia, ε 0 y μ 0 son las constantes eléctricas y magnéticas: ε 0 \u003d 8.85419 10 -12 F / m, μ 0 \u003d 1.25664 10 -6 Gn / m.

Velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío (ε = μ = 1):

Principales características Se considera radiación electromagnética a la frecuencia, longitud de onda y polarización. La longitud de onda depende de la velocidad de propagación de la radiación. La velocidad de propagación del grupo de radiación electromagnética en el vacío es igual a la velocidad de la luz, en otros medios esta velocidad es menor.

La radiación electromagnética generalmente se divide en rangos de frecuencia (ver tabla). No hay transiciones bruscas entre los rangos, a veces se superponen y los límites entre ellos son condicionales. Dado que la velocidad de propagación de la radiación es constante, la frecuencia de sus oscilaciones está estrictamente relacionada con la longitud de onda en el vacío.

Interferencia de ondas. ondas coherentes. Condiciones de coherencia de onda.

Longitud del camino óptico (OPL) de la luz. Relación entre la diferencia de la p.r.d. ondas con una diferencia de fase de las oscilaciones causadas por las olas.

La amplitud de la oscilación resultante en la interferencia de dos ondas. Condiciones para máximos y mínimos de la amplitud durante la interferencia de dos ondas.

Franjas de interferencia y patrón de interferencia en una pantalla plana iluminada por dos rendijas paralelas largas y estrechas: a) luz roja, b) luz blanca.

1) INTERFERENCIA DE LAS ONDAS- tal imposición de ondas, en la que se produce su mutua amplificación, estable en el tiempo, en unos puntos del espacio y atenuada en otros, según la relación entre las fases de estas ondas.

las condiciones necesarias para observar la interferencia:

1) las ondas deben tener frecuencias iguales (o cercanas) para que la imagen resultante de la superposición de las ondas no cambie en el tiempo (o no cambie muy rápidamente para que pueda ser registrada en el tiempo);

2) las olas deben ser unidireccionales (o tener una dirección similar); dos ondas perpendiculares nunca interferirán (¡intente agregar dos sinusoides perpendiculares!). En otras palabras, las ondas añadidas deben tener los mismos vectores de onda (o estrechamente dirigidos).

Las ondas que cumplen estas dos condiciones se llaman COHERENTE. La primera condición a veces se llama coherencia temporal, segundo - coherencia espacial.

Considere como ejemplo el resultado de sumar dos sinusoides unidireccionales idénticas. Variaremos solo su desplazamiento relativo. En otras palabras, agregamos dos ondas coherentes que difieren solo en sus fases iniciales (o sus fuentes se desplazan entre sí, o ambas).

Si las sinusoides se ubican de modo que sus máximos (y mínimos) coincidan en el espacio, se producirá su mutua amplificación.

Si las sinusoides se desplazan entre sí medio período, los máximos de una caerán sobre los mínimos de la otra; las sinusoides se destruirán entre sí, es decir, se producirá su debilitamiento mutuo.

Matemáticamente se parece a esto. Añadimos dos ondas:

aquí x1 Y x2- distancias desde las fuentes de onda hasta el punto en el espacio donde observamos el resultado de la superposición. El cuadrado de la amplitud de la onda resultante (proporcional a la intensidad de la onda) viene dado por:

El máximo de esta expresión es 4A2, mínimo - 0; todo depende de la diferencia en las fases iniciales y de la llamada diferencia de trayectoria de onda :

Cuando en un punto dado del espacio se observará un máximo de interferencia, en - un mínimo de interferencia.

En nuestro ejemplo simple, las fuentes de las ondas y el punto en el espacio donde observamos la interferencia están en la misma línea recta; a lo largo de esta línea recta, el patrón de interferencia es el mismo para todos los puntos. Si alejamos el punto de observación de la línea recta que conecta las fuentes, nos encontraremos en una región del espacio donde el patrón de interferencia cambia de un punto a otro. En este caso, observaremos la interferencia de ondas con frecuencias iguales y vectores de onda cercanos.

2)1. La longitud del camino óptico es el producto de la longitud geométrica d del camino de una onda de luz en un medio dado y el índice de refracción absoluto de este medio n.

2. La diferencia de fase de dos ondas coherentes de una fuente, una de las cuales pasa la longitud del camino en un medio con un índice de refracción absoluto, y la otra pasa la longitud del camino en un medio con un índice de refracción absoluto:

donde , , λ es la longitud de onda de la luz en el vacío.

3) La amplitud de la oscilación resultante depende de una cantidad llamada diferencia de trazos ondas.

Si la diferencia de caminos es igual a un número entero de ondas, entonces las ondas llegan al punto en fase. Cuando se suman, las ondas se refuerzan entre sí y dan una oscilación de doble amplitud.

Si la diferencia de caminos es igual a un número impar de medias ondas, entonces las ondas llegan al punto A en antifase. En este caso, se cancelan entre sí, la amplitud de la oscilación resultante es cero.

En otros puntos del espacio se observa una amplificación o debilitamiento parcial de la onda resultante.

4) La experiencia de Jung

En 1802 un científico inglés Tomás joven organizó un experimento en el que observó la interferencia de la luz. Luz de un espacio estrecho S, cayó en la pantalla con dos rendijas muy juntas S1 Y S2. Al pasar por cada una de las rendijas, el haz de luz se expandió y, en una pantalla blanca, los haces de luz que pasaron por las rendijas S1 Y S2, superpuesto. En la región de haces de luz superpuestos, se observó un patrón de interferencia en forma de franjas alternas claras y oscuras.

La implementación de la interferencia de luz de fuentes de luz convencionales.

Interferencia de la luz en una película delgada. Condiciones para máximos y mínimos de interferencia de luz en una película en luz reflejada y transmitida.

Franjas de interferencia de igual espesor y franjas de interferencia de igual pendiente.

1) El fenómeno de interferencia se observa en una fina capa de líquidos inmiscibles (queroseno o aceite en la superficie del agua), en pompas de jabón, gasolina, en alas de mariposa, en tintes de colores, etc.

2) La interferencia ocurre cuando un haz de luz inicial se divide en dos haces a medida que pasa a través de una película delgada, como la película depositada en la superficie de la lente de las lentes recubiertas. Un rayo de luz, que pasa a través de una película de espesor, se reflejará dos veces, desde sus superficies interna y externa. Los rayos reflejados tendrán una diferencia de fase constante igual al doble del espesor de la película, por lo que los rayos se volverán coherentes e interferirán. La extinción completa de los rayos ocurrirá en , donde es la longitud de onda. Si nm, entonces el espesor de la película es 550:4 = 137,5 nm.

Si hay un circuito conductor cerrado en el campo magnético que no contiene fuentes de corriente, cuando el campo magnético cambia, surge una corriente eléctrica en el circuito. Este fenómeno se llama inducción electromagnética. La aparición de una corriente indica la aparición de un campo eléctrico en el circuito, que puede proporcionar un movimiento cerrado de cargas eléctricas o, en otras palabras, la aparición de un EMF. El campo eléctrico, que surge cuando cambia el campo magnético y cuyo trabajo no es igual a cero al mover cargas a lo largo de un circuito cerrado, tiene líneas de fuerza cerradas y se llama vórtice.

Para una descripción cuantitativa de la inducción electromagnética, se introduce el concepto de flujo magnético (o flujo vectorial de inducción magnética) a través de un bucle cerrado. Para un circuito plano ubicado en un campo magnético uniforme (y los escolares solo pueden encontrar tales situaciones en un examen de estado unificado), el flujo magnético se define como

donde es la inducción del campo, es el área del contorno, es el ángulo entre el vector de inducción y la normal (perpendicular) al plano del contorno (ver figura; la perpendicular al plano del contorno se muestra con una línea de puntos). La unidad de flujo magnético en el sistema internacional de unidades SI es Weber (Wb), que se define como el flujo magnético a través de un contorno de área 1 m 2 de un campo magnético uniforme con una inducción de 1 T, perpendicular al plano de el contorno

El valor de la FEM de inducción que ocurre en el circuito cuando cambia el flujo magnético a través de este circuito es igual a la tasa de cambio del flujo magnético

Aquí está el cambio en el flujo magnético a través del circuito durante un pequeño intervalo de tiempo. Una propiedad importante de la ley de la inducción electromagnética (23.2) es su universalidad con respecto a las razones para cambiar el flujo magnético: el flujo magnético a través del circuito puede cambiar debido a un cambio en la inducción del campo magnético, un cambio en el área de el circuito, o un cambio en el ángulo entre el vector de inducción y la normal, que ocurre cuando el circuito gira en el campo. En todos estos casos, de acuerdo con la ley (23.2), la FEM de inducción y la corriente de inducción aparecerán en el circuito.

El signo menos en la fórmula (23.2) es "responsable" de la dirección de la corriente resultante de la inducción electromagnética (regla de Lenz). Sin embargo, no es tan fácil entender en el lenguaje de la ley (23.2) a qué dirección de la corriente de inducción conducirá este signo con este o aquel cambio en el flujo magnético a través del circuito. Pero es bastante fácil recordar el resultado: la corriente de inducción se dirigirá de tal manera que el campo magnético creado por ella "tenderá" a compensar el cambio en el campo magnético externo que generó esta corriente. Por ejemplo, con un aumento en el flujo de un campo magnético externo a través de un circuito, aparecerá una corriente de inducción en él, cuyo campo magnético estará dirigido en sentido opuesto al campo magnético externo para reducir el campo externo y así mantener el valor original del campo magnético. Con una disminución en el flujo de campo a través del circuito, el campo de corriente de inducción se dirigirá de la misma manera que el campo magnético externo.

Si, por alguna razón, la corriente cambia en un circuito con una corriente, entonces el flujo magnético a través del circuito del campo magnético creado por esta corriente también cambia. Entonces, de acuerdo con la ley (23.2), la FEM de inducción debería aparecer en el circuito. El fenómeno de la aparición de una EMF de inducción en un determinado circuito eléctrico como resultado de un cambio en la corriente en este mismo circuito se denomina autoinducción. Para encontrar la FEM de autoinducción en algún circuito eléctrico, es necesario calcular el flujo del campo magnético creado por este circuito a través de sí mismo. Tal cálculo es un problema difícil debido a la falta de homogeneidad del campo magnético. Sin embargo, una propiedad de este flujo es obvia. Dado que el campo magnético creado por la corriente en el circuito es proporcional a la magnitud de la corriente, entonces el flujo magnético del propio campo a través del circuito es proporcional a la corriente en este circuito.

donde está la intensidad de la corriente en el circuito, es el factor de proporcionalidad, que caracteriza la "geometría" del circuito, pero no depende de la corriente en él y se llama inductancia de este circuito. La unidad de inductancia en el sistema internacional de unidades SI es Henry (H). 1 H se define como la inductancia de dicho circuito, el flujo de inducción de su propio campo magnético a través del cual es 1 Wb a una intensidad de corriente de 1 A. Teniendo en cuenta la definición de inductancia (23.3) de la ley de inducción electromagnética (23.2), obtenemos para la FEM de autoinducción

Debido al fenómeno de la autoinducción, la corriente en cualquier circuito eléctrico tiene una cierta "inercia" y, por tanto, energía. De hecho, para crear una corriente en el circuito, es necesario trabajar para superar la FEM de autoinducción. La energía del circuito con corriente y es igual a este trabajo. Es necesario recordar la fórmula para la energía del circuito con corriente.

donde está la inductancia del circuito, es la corriente en él.

El fenómeno de la inducción electromagnética es ampliamente utilizado en tecnología. Se basa en la creación de corriente eléctrica en generadores eléctricos y centrales eléctricas. Gracias a la ley de la inducción electromagnética, las vibraciones mecánicas se convierten en vibraciones eléctricas en los micrófonos. Sobre la base de la ley de la inducción electromagnética, en particular, funciona un circuito eléctrico, que se denomina circuito oscilatorio (consulte el capítulo siguiente), y que es la base de cualquier equipo de transmisión o recepción de radio.

Considere ahora las tareas.

De los enumerados en tarea 23.1.1 fenómenos, solo hay una consecuencia de la ley de inducción electromagnética: la aparición de una corriente en el anillo cuando un imán permanente lo atraviesa (la respuesta 3 ). Todo lo demás es el resultado de la interacción magnética de las corrientes.

Como se indicó en la introducción de este capítulo, el fenómeno de la inducción electromagnética es la base del funcionamiento de un alternador ( tarea 23.1.2), es decir. dispositivo que crea corriente alterna, una frecuencia dada (la respuesta 2 ).

La inducción del campo magnético creado por un imán permanente disminuye al aumentar la distancia a él. Por lo tanto, cuando el imán se acerca al anillo ( tarea 23.1.3) el flujo de inducción del campo magnético del imán a través del anillo cambia y aparece una corriente de inducción en el anillo. Obviamente, esto sucederá cuando el imán se acerque al anillo con los polos norte y sur. Pero la dirección de la corriente de inducción en estos casos será diferente. Esto se debe al hecho de que cuando el imán se aproxima al anillo con diferentes polos, el campo en el plano del anillo en un caso estará dirigido en sentido opuesto al campo en el otro. Por lo tanto, para compensar estos cambios en el campo externo, el campo magnético de la corriente inductiva debe estar dirigido de manera diferente en estos casos. Por lo tanto, las direcciones de las corrientes de inducción en el anillo serán opuestas (la respuesta es 4 ).

Para que se produzca la FEM de inducción en el anillo, es necesario que cambie el flujo magnético a través del anillo. Y dado que la inducción magnética del campo magnético depende de la distancia a él, entonces, en el caso considerado tarea 23.1.4 caso, el flujo a través del anillo cambiará, aparecerá una corriente de inducción en el anillo (la respuesta es 1 ).

Al girar el cuadro 1 ( tarea 23.1.5) el ángulo entre las líneas de inducción magnética (y, por lo tanto, el vector de inducción) y el plano del marco en cualquier momento es igual a cero. En consecuencia, el flujo magnético a través del marco 1 no cambia (ver fórmula (23.1)), y la corriente de inducción no ocurre en él. En el marco 2, ocurrirá una corriente de inducción: en la posición que se muestra en la figura, el flujo magnético a través de él es cero, cuando el marco gira un cuarto de vuelta, será igual a , donde está la inducción, es el área del marco. Después de otro cuarto de vuelta, el caudal volverá a ser cero, y así sucesivamente. Por lo tanto, el flujo de inducción magnética a través del marco 2 cambia durante su rotación, por lo tanto, surge una corriente de inducción en él (la respuesta es 2 ).

EN tarea 23.1.6 la corriente de inducción ocurre solo en el caso 2 (respuesta 2 ). En efecto, en el caso 1, el marco permanece a la misma distancia del conductor durante el movimiento y, en consecuencia, el campo magnético creado por este conductor en el plano del marco no cambia. Cuando el marco se aleja del conductor, la inducción magnética del campo del conductor en el área del marco cambia, el flujo magnético a través del marco cambia y surge una corriente de inducción.

La ley de la inducción electromagnética establece que una corriente inductiva fluirá en un anillo cuando cambie el flujo magnético a través de este anillo. Por lo tanto, mientras el imán está en reposo cerca del anillo ( tarea 23.1.7) la corriente inductiva en el anillo no fluirá. Entonces la respuesta correcta para este problema es 2 .

De acuerdo con la ley de inducción electromagnética (23.2), la FEM de inducción en el marco está determinada por la tasa de cambio del flujo magnético a través de él. Y ya que por condición tareas 23.1.8 la inducción del campo magnético en la región del marco cambia uniformemente, la velocidad de su cambio es constante, la magnitud de la fem de inducción no cambia durante el experimento (la respuesta es 3 ).

EN tarea 23.1.9 La fem de inducción que ocurre en el marco en el segundo caso es cuatro veces mayor que la fem de inducción que ocurre en el primero (la respuesta es 4 ). Esto se debe a un aumento de cuatro veces en el área del marco y, en consecuencia, el flujo magnético a través de él en el segundo caso.

EN tarea 23.1.10 en el segundo caso, la tasa de cambio del flujo magnético se duplica (la inducción del campo cambia en la misma cantidad, pero en la mitad de tiempo). Por lo tanto, la FEM de inducción electromagnética que ocurre en el marco en el segundo caso es el doble que en el primero (la respuesta es 1 ).

Cuando la corriente en un conductor cerrado se duplica ( tarea 23.2.1), la magnitud de la inducción del campo magnético aumentará en cada punto del espacio por un factor de dos, sin cambiar de dirección. Por lo tanto, el flujo magnético a través de cualquier área pequeña y, en consecuencia, todo el conductor cambiará exactamente dos veces (la respuesta es 1 ). Pero la relación entre el flujo magnético a través del conductor y la corriente en este conductor, que es la inductancia del conductor , mientras no cambia ( tarea 23.2.2- responder 3 ).

Usando la fórmula (23.3) encontramos en tarea 32.2.3 gn (respuesta 4 ).

Relación entre unidades de medida de flujo magnético, inducción magnética e inductancia ( tarea 23.2.4) se deriva de la definición de inductancia (23.3): una unidad de flujo magnético (Wb) es igual al producto de una unidad de corriente (A) por unidad de inductancia (H) - la respuesta 3 .

De acuerdo con la fórmula (23.5), con un aumento del doble en la inductancia de la bobina y una disminución del doble en la corriente en ella ( tarea 23.2.5) la energía del campo magnético de la bobina disminuirá 2 veces (la respuesta 2 ).

Cuando el marco gira en un campo magnético uniforme, el flujo magnético a través del marco cambia debido a un cambio en el ángulo entre la perpendicular al plano del marco y el vector del campo magnético. Y dado que en el primer y segundo casos en tarea 23.2.6 este ángulo cambia de acuerdo con la misma ley (por condición, la frecuencia de rotación de los marcos es la misma), luego la FEM de inducción cambia de acuerdo con la misma ley y, por lo tanto, la relación de los valores de amplitud de la inducción EMF dentro del marco es igual a uno (la respuesta 2 ).

El campo magnético creado por un conductor con corriente en la región del marco ( tarea 23.2.7), enviado "de nosotros" (ver la solución de problemas en el Capítulo 22). El valor de la inducción del campo del cable en el área del marco disminuirá a medida que se aleje del cable. Por lo tanto, la corriente de inducción en el marco debe crear un campo magnético dirigido dentro del marco "alejándose de nosotros". Ahora, usando la regla de Gimlet para encontrar la dirección de la inducción magnética, concluimos que la corriente de inducción en el bucle estará dirigida en el sentido de las agujas del reloj (la respuesta es 1 ).

Con un aumento en la corriente en el cable, el campo magnético creado por él aumentará y aparecerá una corriente de inducción en el marco ( tarea 23.2.8). Como resultado, habrá una interacción de la corriente de inducción en el bucle y la corriente en el conductor. Para encontrar la dirección de esta interacción (atracción o repulsión), puede encontrar la dirección de la corriente inductiva y luego, utilizando la fórmula de Ampère, la fuerza de interacción entre el marco y el cable. Pero puedes hacerlo de otra manera, usando la regla de Lenz. Todos los fenómenos inductivos deben tener una dirección tal que compense la causa que los provoca. Y dado que la razón es un aumento en la corriente en el bucle, la fuerza de interacción entre la corriente inductiva y el cable debería tender a reducir el flujo magnético del campo del cable a través del bucle. Y dado que la inducción magnética del campo del cable disminuye al aumentar la distancia, esta fuerza repelerá el marco del cable (respuesta 2 ). Si la corriente en el alambre disminuyera, entonces el marco sería atraído por el alambre.

Tarea 23.2.9 también relacionado con la dirección de los fenómenos de inducción y la regla de Lenz. Cuando un imán se acerca a un anillo conductor, aparecerá en él una corriente de inducción, y su dirección será tal que compense la causa que la provoca. Y dado que esta razón es el acercamiento de un imán, el anillo se repelerá (respuesta 2 ). Si el imán se aleja del anillo, entonces, por las mismas razones, el anillo atraerá al imán.

Tarea 23.2.10 es el único problema computacional en este capítulo. Para encontrar la FEM de inducción, necesita encontrar el cambio en el flujo magnético a través del circuito . Se puede hacer así. Deje que en algún momento el puente esté en la posición que se muestra en la figura y deje pasar un pequeño intervalo de tiempo. Durante este intervalo de tiempo, el puente se moverá por el valor. Esto aumentará el área del contorno. por la cantidad . Por lo tanto, el cambio en el flujo magnético a través del circuito será igual y la magnitud de la fem de inducción (responder 4 ).

> El cambio en el flujo magnético crea un campo eléctrico

Considere la ocurrencia campo eléctrico cuando cambia el flujo magnético Palabras clave: Ley de inducción electromagnética de Faraday, ecuación de Maxwell, teorema de Stokes.

Cuando cambia el flujo magnético, se crea un campo eléctrico. Esto establece la ley de inducción de Faraday:

Tarea de aprendizaje

Describe la relación entre un campo magnético cambiante y uno eléctrico.

Puntos clave

Condiciones

La ecuación de Maxwell es un conjunto de fórmulas que caracterizan los campos eléctricos y magnéticos y su interacción.
El área del vector es el valor del vector considerado, ubicado perpendicular al plano.
El teorema de Stokes es una integración de formas diferenciales en una variedad que simplifica y generaliza varios teoremas a partir de cálculos vectoriales.

La ley de inducción de Faraday dice que cuando cambia un campo magnético, se crea un campo eléctrico: (ε es inducido por un EMF, y Φ B es un flujo magnético). Esta es la ley principal en electromagnetismo, prediciendo los principios de la interacción de un campo magnético con un circuito eléctrico, lo que conducirá a un EMF.

Este experimento demuestra la inducción entre bobinas de alambre: una batería líquida (derecha) crea una corriente a través de una pequeña bobina (A), formando un campo magnético. Si las bobinas no tienen movimiento, no se induce corriente. Si la bobina se cambia de / a una más grande (B), entonces el flujo magnético cambiará y creará una corriente que se manifestará en el galvanómetro

Forma diferencial de la ley de Faraday

flujo magnético , donde es el área vectorial sobre una superficie cerrada S. Un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial, a pesar de los flujos de corriente, actúa como fuente de EMF. En forma matemática: , donde la integral se caracteriza por un lazo cerrado C.

Ahora se puede reescribir la ley de Faraday: . Usando el teorema de Stokes en cálculo vectorial, el lado izquierdo se iguala a

En el lado derecho . Por lo tanto, obtenemos una forma alternativa de la ley de inducción de Faraday: . También se le llama la forma diferencial de la ley de Faraday. Esta es una de las cuatro ecuaciones de Maxwell que gobiernan todos los fenómenos electromagnéticos.

Entre las cantidades físicas, un lugar importante lo ocupa el flujo magnético. Este artículo explica qué es y cómo determinar su valor.

¿Qué es el flujo magnético?

Esta es una cantidad que determina el nivel del campo magnético que pasa a través de la superficie. Denotado "FF" y depende de la fuerza del campo y el ángulo de paso del campo a través de esta superficie.

Se calcula según la fórmula:

FF=B⋅S⋅cosα, donde:

FF - flujo magnético;
B es el valor de la inducción magnética;
S es el área superficial a través de la cual pasa este campo;
cosα es el coseno del ángulo entre la perpendicular a la superficie y el flujo.

La unidad de medida del SI es "weber" (Wb). 1 weber es creado por un campo de 1 T que pasa perpendicular a una superficie de 1 m².

Así, el caudal es máximo cuando su dirección coincide con la vertical y es igual a “0” si es paralelo a la superficie.

Interesante. La fórmula del flujo magnético es similar a la fórmula con la que se calcula la iluminación.

magnetos permanentes

Una de las fuentes del campo son los imanes permanentes. Se conocen desde hace siglos. La aguja de una brújula estaba hecha de hierro magnetizado, y en la antigua Grecia había una leyenda sobre una isla que atraía las partes metálicas de los barcos.

Los imanes permanentes vienen en varias formas y están hechos de diferentes materiales:

hierro: el más barato, pero tiene un poder menos atractivo;
neodimio - de una aleación de neodimio, hierro y boro;
Alnico es una aleación de hierro, aluminio, níquel y cobalto.

Todos los imanes son bipolares. Esto es más notable en los dispositivos de varilla y herradura.

Si la varilla se cuelga en el medio o se coloca sobre una pieza flotante de madera o espuma, girará en dirección norte-sur. El polo que apunta al norte se llama polo norte y está pintado de azul en los instrumentos de laboratorio y se denota "N". El opuesto, que apunta al sur, es rojo y está marcado con una “S”. Los polos iguales atraen imanes, mientras que los polos opuestos se repelen.

En 1851, Michael Faraday propuso el concepto de líneas cerradas de inducción. Estas líneas salen del polo norte del imán, atraviesan el espacio circundante, entran por el sur y dentro del dispositivo vuelven por el norte. Las líneas más cercanas y las intensidades de campo están cerca de los polos. Aquí, también, la fuerza de atracción es mayor.

Si se coloca una pieza de vidrio en el dispositivo y se vierten limaduras de hierro en la parte superior en una capa delgada, se ubicarán a lo largo de las líneas del campo magnético. Cuando se colocan varios dispositivos uno al lado del otro, el aserrín mostrará la interacción entre ellos: atracción o repulsión.

campo magnético de la tierra

Nuestro planeta se puede representar como un imán, cuyo eje está inclinado 12 grados. Las intersecciones de este eje con la superficie se denominan polos magnéticos. Como cualquier imán, las líneas de fuerza de la Tierra van desde el polo norte hacia el sur. Cerca de los polos, corren perpendiculares a la superficie, por lo que la aguja de la brújula no es confiable allí y se deben usar otros métodos.

Las partículas del “viento solar” tienen carga eléctrica, por lo que al moverse a su alrededor aparece un campo magnético que interactúa con el campo terrestre y dirige estas partículas a lo largo de las líneas de fuerza. Así, este campo protege la superficie terrestre de la radiación cósmica. Sin embargo, cerca de los polos, estas líneas son perpendiculares a la superficie, y las partículas cargadas ingresan a la atmósfera, provocando la aurora boreal.

En 1820, Hans Oersted, mientras realizaba experimentos, vio el efecto de un conductor a través del cual fluye una corriente eléctrica en la aguja de una brújula. Unos días más tarde, André-Marie Ampere descubrió la atracción mutua de dos hilos por los que circulaba una corriente en la misma dirección.

Interesante. Durante la soldadura eléctrica, los cables cercanos se mueven cuando cambia la corriente.

Ampère sugirió más tarde que esto se debía a la inducción magnética de la corriente que fluía a través de los cables.

En una bobina enrollada con un alambre aislado a través del cual fluye una corriente eléctrica, los campos de los conductores individuales se refuerzan entre sí. Para aumentar la fuerza de atracción, la bobina se enrolla sobre un núcleo de acero abierto. Este núcleo se magnetiza y atrae partes de hierro o la otra mitad del núcleo en relés y contactores.

Inducción electromagnética

Cuando cambia el flujo magnético, se induce una corriente eléctrica en el alambre. Este hecho no depende de lo que provoque este cambio: el movimiento de un imán permanente, el movimiento de un alambre o un cambio en la intensidad de la corriente en un conductor cercano.

Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday el 29 de agosto de 1831. Sus experimentos demostraron que la EMF (fuerza electromotriz) que aparece en un circuito limitado por conductores es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo que pasa por el área de este circuito.

¡Importante! Para la aparición de EMF, el cable debe cruzar las líneas de fuerza. Al moverse a lo largo de las líneas, no hay EMF.

Si la bobina en la que se produce el EMF está incluida en el circuito eléctrico, aparece una corriente en el devanado, que crea su propio campo electromagnético en el inductor.

Cuando un conductor se mueve en un campo magnético, se induce un EMF en él. Su direccionalidad depende de la dirección del movimiento del cable. El método por el cual se determina la dirección de la inducción magnética se denomina “método de la mano derecha”.