Вихревое электрическое поле — Класс! ная физика — как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого

При перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению.

Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого

«Физика — 11 класс»

Какова причина появления индукционного тока?
Изменение магнитного потока через контур.

Изменение магнитного потока через контур может происходить:
1) в случае неподвижного проводящего контура, помещенного в изменяющееся во времени поле;
2) в случае проводника, движущегося в магнитном поле, которое может и не меняться со временем.
Причем в обоих случаях происхождение ЭДС индукции различно.

Пусть круговой проволочный виток радиусом r находится в переменном во времени однородном магнитном поле.
Пусть индукция магнитного поля увеличивается, тогда будет увеличиваться со временем и магнитный поток через поверхность, ограниченную витком.
Согласно закону электромагнитной индукции в витке появится индукционный ток.
При изменении индукции магнитного поля по линейному закону индукционный ток будет постоянен.

Какие же силы заставляют заряды в витке двигаться?
Само магнитное поле может действовать только на движущиеся заряды, а проводник неподвижен.
Но, на заряды, причем как на движущиеся, так и на неподвижные, может действовать электрическое поле.
Откуда оно здесь взялось?

Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле — к такому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Главное в явлении электромагнитной индукции — это процесс порождения меняющимся магнитным полем поля электрического, которое приводит в движение электрические заряды в этом проводнике.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую природу, чем электростатическое.
Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться.
Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобные линиям индукции магнитного поля.
Это так называемое вихревое электрическое поле.

Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность вихревого электрического поля.
По правилу Ленца:
— при возрастании магнитной индукции
направление вектора напряженности электрического поля образует левый винт с направлением вектора магнитной индукции, т.е. при вращении винта с левой нарезкой в направлении линий напряженности электрического поля поступательное перемещение винта совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
— при убывании магнитной индукции
направление вектора напряженности образует правый винт с направлением вектора магнитной индукции.

Направление силовых линий напряженности вихревого поля совпадает с направлением индукционного тока.

Сила, действующая со стороны вихревого электрического поля на заряд q (сторонняя сила), равна:

Работа вихревого электрического поля

В отличие от стационарного электрического поля работа вихревого поля по перемещению заряда q на замкнутом пути не равна нулю.

При перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению.

Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Индукционные токи в массивных проводниках.

В массивных проводниках, чье сопротивление мало, индукционные токи очень велики, и вызывают сильный разогрев.
Такие токи называются токами Фуко.

Разогрев на основе индукционных токов используется в индукционных печах (например, в СВЧ-печах), для плавки металлов.
Индукционные токи регистрируются в детекторах металла, устанавливаемых при контроле на входе.

Однако во многих устройствах возникновение токов Фуко приводит к потерям энергии на выделение тепла.
Поэтому железные сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов и т. д. делают не сплошными, а состоящими из отдельных изолированных пластин, что уменььшает токи Фуко и, следовательно, потери энергии.

На очень высоких частотах применение сердечников катушек из отдельных пластин уже не дает нужного эффекта.
Здесь используют ферриты — магнитные изоляторы, в которых при перемагничивании вихревые токи не возникают. Из ферритов делают сердечники высокочастотных трансформаторов, магнитные антенны транзисторов.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник: http://class-fizika.ru/11_11.html

Вихревое электрическое поле. Правило Ленца. Самоиндукция. Индуктивность

Магнитный поток Ф= BS cos . Изменение магнитного потока через контур может происходить: 1) в случае неподвижного проводящего контура, помещенного в изменяющееся во времени поле; 2) в случае проводника, движущегося в магнитном поло, которое может и не меняться со временем. Значение ЭДС индукции в обоих случаях определяется законом электромагнитной индукции, но происхождение этой ЭДС различно.

Рассмотрим сначала первый случай возникновения индукционного тока. Поместим круговой проволочный виток радиусом r в переменное во времени однородное магнитное поле (рис. 2.8).

Пусть индукция магнитного поля увеличивается, тогда будет увеличиваться со временем и магнитный поток через поверхность, ограниченную витком. Согласно закону электромагнитной индукции в витке появится индукционный ток. При изменении индукции магнитного поля по линейному закону индукционный ток будет постоянен.

Какие же силы заставляют заряды в витке двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, так как магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды (этим-то оно и отличается от электрического), а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен.

Кроме магнитного поля, на заряды, причем как на движущиеся, так и на неподвижные, действует еще электрическое поле. Но ведь те поля, о которых пока шла речь (электростатичсское или стационарное), создаются электрическими зарядами, а индукционный ток появляется в результате действия меняющегося магнитного поля. Поэтому можно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, и это поле непосредственно порождается меняющимся магнитным полем. Тем самым утверждается новое фундаментальное свойство поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем — это процесс порождения полем магнитным поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа процесса. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) играет роль прибора: он лишь позволяет обнаружить возникающее электрическое поле.

Поле приводит в движение электроны и проводнике и тем самым обнаруживает себя. Сущность явления электромагнитной индукции в неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую природу, чем электростатическое.

Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться. Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобныe линиям индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле (рис. 2.9).

Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. Согласно правилу Ленца при возрастании магнитной индукции направление вектора напряженности электрического поля образует левый винт с направлением вектора . Это означает, что при вращении винта с левой нарезкой в направлении линий напряженности электрического поля поступательное перемещение винта совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Напротив, при убывании магнитной индукции направление вектора напряженности образует правый винт с направлением вектора .

Направление силовых линий напряженности совпадает с направлением индукционного тока. Сила, действующая со стороны вихревого электрического поля на заряд q (сторонняя сила), по-прежнему равна = q. Но в отличие от случая стационарного электрического поля работа вихревого поля по перемещению заряда q на замкнутом пути не равна нулю. Ведь при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению. Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Индукционные токи в массивных проводниках. Особенно большого числового значения индукционные токи достигают в массивных проводниках, из-за того, что их сопротивление мало.

Такие токи, называемые токами Фуко по имени исследовавшего их французского физика, можно использовать для нагревания проводников. На этом принципе основано устройство индукционных печей, например используемых в быту СВЧ-печей. Также этот принцип используется для плавки металлов. Кроме этого явление электромагнитной индукции используется в детекторах металла, устанавливаемых при входах в здания аэровокзалов, театров и т. д.

Однако во многих устройствах возникновение токов Фуко приводит к бесполезным и даже нежелательным потерям энергии на выделение тепла. Поэтому железные сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов и т. д. делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Поверхности пластин должны быть перпендикулярны направлению вектора напряженности вихревого электрического поля. Сопротивление электрическому току пластин будет при этом максимальным, а выделение тепла — минимальным.

Применение ферритов. Радиоэлектронная аппаратура работает в области очень высоких частот (миллионы колебаний в секунду). Здесь применение сердечников катушек из отдельных пластин уже не дает нужного эффекта, так как большие токи Фуко возникают в каждой пластине.

При перемагничивании в ферритах не возникают вихревые токи. В результате потери энергии на выделение в них тепла сводятся к минимуму. Поэтому из ферритов делают сердечники высокочастотных трансформаторов, магнитные антенны транзисторов и др. Ферритовые сердечники изготовляют из смеси порошков исходных веществ. Смесь прессуется и подвергается значительной термической обработке.

При быстром изменении магнитного поля в обычном ферромагнетике возникают индукционные токи, магнитное поле которых, в соответствии с правилом Ленца, препятствует изменению магнитного потока в сердечнике катушки. Из-за этого поток магнитной индукции практически не меняется и сердечник не перемагничивается. В ферритах вихревые токи очень малы, поэтому их можно быстро перемагничивать.

Наряду с потенциальным кулоновским электрическим полем существует вихревое электрическое поле. Линии напряженности этого поля замкнуты. Вихревое поле порождается меняющимся магнитным полем.

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 1716 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник: http://studopedia.su/7_47563_vihrevoe-elektricheskoe-pole-pravilo-lentsa-samoinduktsiya-induktivnost.html

Самоиндукция — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ — Поурочные разработки по физике к учебнику С. В. Громова — Физика — Поурочные планы к учебникам Г. Я. Мякишева, С. В. Громова и В. Л. Касьянова 10 класс — разработки уроков — авторские уроки — план-конспект урока

Цель: рассказать о явлении самоиндукции.

I. Повторение. Беседа

1. Что представляет собой генератор переменного тока?

2. Опишите его устройство и принцип действия.

3. Чем отличается генератор постоянного тока от генератора переменного тока?

II. Изучение нового материала

Если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется.

Поэтому возникает ЭДС индукции в том же самом проводнике, по которому идет переменный ток. Это явление называют самоиндукцией.

Собери схему (рис. 16).

При замыкании ключа первая лампа вспыхивает сразу, вторая с заметным опозданием.

ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего значения.

Собери схему (рис. 17).

При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток. В результате в момент размыкания через гальванометр течет ток, направленный против начального тока до размыкания.

Сила тока при размыкании цепи может превосходить силу тока, проходящего через гальванометр при замкнутом ключе.

Магнитный поток Ф пропорционален индукции магнитного поля В, эта индукция пропорциональна силе тока в цепи.

I; Ф = LI, где L — коэффициент пропорциональности, зависящий лишь от формы и размеров проводящего контура и магнитной проницаемости среды, в которой находится (L [Гн] Генри).

Возникающее при самоиндукции вихревое электрическое поле характеризуется электродвижущей силой.

В данном случае ЭДС самоиндукции (Es):

Магнитная энергия проводника с током:

Объемная плотность энергии:

III. Закрепление изученного

1. Что называют самоиндукцией?

2. Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока?

3. Что называется индуктивностью?

4. Что принимают за единицу индуктивности в СИ?

5. Чему равен ЭДС самоиндукции?

6. Почему для создания тока источник должен затратить энергию?

7. Чему равна энергия электрического поля?

IV. Решение задач:

1. Магнитное поле катушки с индуктивностью 95 мГн обладает энергией 0,19 Дж. Чему равна сила тока в катушке. (Ответ: 2 А.)

2. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого 0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на 12 мВб? (Ответ: q = 0,4 Кл.)

3. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в ней возбуждается ЭДС самоиндукции 105 В. (Ответ: 30.)

4. Катушку с ничтожно малым сопротивлением и индуктивностью 3 Гн присоединяют к источнику тока с ЭДС 15 В и ничтожно малым внутренним сопротивлением. Через какой промежуток времени сила тока в катушке достигнет 50 А (Ответ: t = 10 с.)

Источник: http://compendium.su/physics/10klas/32.html

Влияние гистерезиса и вихревых токов

на ток катушки с ферромагнитным сердечником

Магнитный гистерезис вносит дополнительные изменения в форму кривой намагничивающего тока. Эти изменения обусловлены тем, что при увеличении магнитного потока ход кривой тока определяется восходящей, а при уменьшении потока – нисходящей ветвью петли гистерезиса.

Ток в катушке с учетом магнитного гистерезиса

На рис 1. изображен график Ф(i) зависимости магнитного потока от намагничивающего тока катушки с ферромагнитноым сердечником (петля магнитного гистерезиса). Петля гистерезиса, полученная при медленном циклическом изменении намагничивающего тока, называется статической.

рис.1

На том же рисунке дана кривая тока i(wt), показывающая, что при увеличении магнитного потока кривая тока идет выше, а при уменьшении потока – ниже кривой, построенной при тех же условиях по основной кривой намагничивания. Кроме того начальные фазы потока и тока не совпадают (угол сдвига d), в связи с чем первая гармоника тока (или эквивалентный ток) отстает от приложенного напряжения на угол j 0 .

Энергия магнитного поля катушки

Наличие сдвига по фазе между током и напряжением, меньшего 90 0 , указывает на то, что активная мощность в цепи не равна нулю даже в том случае, если активное сопротивление обмотки катушки R=0.

Следовательно, ток катушки из-за потерь на гистерезис имеет активную составляющую, а средняя мощность за период не равна нулю.

В данном случае активная мощность характеризует расход энергии на перемагничивание ферромагнитного сердечника.

Изменение энергии магнитного поля dW m выражается площадью элементарного прямоугольника со сторонами i и dy. Следовательно

Энергия магнитного поля, запасенная при увеличении тока в катушке, определяется площадью, ограниченной кривой y(i) и осью ординат (рис.2):

рис.2

Рассмотрим цикл перемагничивания сердечника, начиная с точки 1, когда i=0 и

Для размагничивания сердечника от –B, до 0 и последующего намагничивания до Bmax затрачивается энергия, которая определяется площадью, ограниченной контуром 1-2-3-4-0-1. Эта площадь непосредственно определяет величину HdB, но dB пропорционально dy, а H пропорционально i.

рис. 3

На всем протяжении рассматриваемой части петли магнитного гистерезиса (1-2-3) напряженность поля Н и приращения магнитного потокосцепленияDY положительны.

При размагничивании от Вмах до + В, (участок 3-5) напряженность поля по-прежнему положительна, а приращения потокосцепления отрицательны. Площадь, ограниченную контуром 3-4-5-3, нужно считать отрицательной. Энергия, пропорциональная этой площади, возвращается источнику. На участке 5-6-7 петли гистерезиса напряженность поля и приращения потокосцепления отрицательны. Площадь, ограниченная контуром 5-6-7-8-1-0-5, положительна. Это означает, что энергия опять потребляется от источника. Размагничивание на участке 7-1 сопровождается возвращением энергии источнику в количестве, пропорциональном площади 7-8-1-7.

Таким образом, энергия, израсходованная в единице объема ферромагнитного сердечника за один цикл перемагничивания, определяется площадью, ограниченной петлей магнитного гистерезиса.

Потери энергии в ферромагнитном сердечнике катушки

При достаточно быстром изменении намагничивающего тока в ферромагнитном сердечнике возникают вихревые токи.

Вихревые токи создают намагничивающую силу, направленную навстречу намагничивающей силе обмотки с током i, поэтому изменения магнитной индукции и магнитного потока в сердечнике как бы задерживаются: те же величины магнитной индукции и потока получатся при большем намагничивающем токе в обмотке. Это значит, что при переменном токе в обмотке петля магнитного гистерезиса шире статической петли в связи с действием вихревых токов. Петля магнитного гистерезиса, соответствующая переменному намагничивающему току, называется динамической.

На рис.3, б показаны динамические кривые намагничивания сплава железо-никель при различных частотах тока. Вихревые токи увеличиваются с ростом частоты перемагничивания, удельной проводимости и магнитной проницаемости материала сердечника, при этом динамическая петля расширяется.

Возникновение вихревых токов вызывает дополнительный расход энергии в сердечнике. Энергия, израсходованная на перемагничивание сердечника и поддержание в нем вихревых токов, преобразуется в теплоту. Эту энергию называют магнитными потерями или потерями в стали—по названию наиболее применяемого ферромагнитного материала. Мощность магнитных потерь Рм пропорциональна площади динамической петли магнитного гистерезиса. Ее обычно определяют по формуле

где G-масса ферромагнитного сердечника, кг; Руд – удельная мощность потерь в стали, Вт/кг.

Зависимости . Руд от магнитной индукции В при данной частоте для различных ферромагнитных материалов приводятся справочных таблицах.

Векторная диаграмма катушки с учетом потерь энергии в сердечнике

Зная магнитные потери, найдем активную составляющую квивалентного тока катушки

Упрощенная векторная диаграмма катушки с ферромагнитным сердечником (без учета активного сопротивления обмотки магнитного рассеяния) дана на рис. 4. При построении ^аграммы в произвольном направлении 1ложен вектор напряжения U. Под прямым углом к нему откладывается вектор магнитного потока Фm, который отстает по фазе от напряжения на 90°. От потока на 90° отстает ЭДС, величина которой Е равна величине U.

Активная составляющая тока совпадет по фазе с напряжением, а полный ток катушки отстает от напряжения на угол j:

Реактивная составляющая тока катушки Im совпадающая по фазе с магнитным потоком, называется намагничивающим током

Угол d между векторами полного тока катушки и магнитнoro потока называется углом потерь:

Ошибка в тексте? Выдели её мышкой и нажми

Остались рефераты, курсовые, презентации? Поделись с нами — загрузи их здесь!

Источник: http://studyport.ru/referaty/tehnika/6385-vlijanie-gisterezisa-i-vihrevyh-tokov

Линии напряженности. (Силовые линии электрического поля)

Решая основную задачу электростатики, электрическое поле можно задать, указав для каждой точки величину и направление вектора Е (совокупность этих векторов образует поле вектора напряженности Е).

Аналогично электрическое поле можно описать с помощью воображаемых линий напряженности (линий Е), которые называют также — F

силовыми линиями (т. к. Е =—силовая характеристика поля).

Линии напряженности проводятся таким образом, чтобы касательная к ним в каждой точке совпадала с направлением вектора Е в этой точке (рис 1.1.11).

Густота линий выбирается так, чтобы количество линий, пронизывающих единицу поверхности перпендикулярной к линиям площадки, было равно численному значению напряженности Е.

Так по картине силовых линий можно судить о направлении и величине вектора Е в разных точках пространства .

Из выражения (1.1.5) следует, что векторы напряженности Е электростатического поля точечного заряда q во всех точках поля направлены радиально (рис. 1.1.12).

Докажем, что силовые линии поля точечного заряда представляют собой совокупность радиальных прямых, направленных от заряда на бесконечность, если он положителен, или приходящих из бесконечности к заряду, если он отрицателен.

Полное число N линий, пересекающих охватывающую заряд сферическую поверхность произвольного радиуса г, центр которой совпадает с расположением заряда (рис. 1.1.12), равно произведению густоты линий на площадь поверхности сферы 4яг 2 . Густота силовых линий по определению численно равна:

Значит, число силовых линий N численно равно:

На любом расстоянии г от заряда число линий будет одно и то же. Отсюда и вытекает, что линии нигде, кроме заряда, не начинаются и не заканчиваются (рис. 1.1.12).

Линии напряженности могут начинаться или заканчиваться лишь на зарядах либо уходить на бесконечность.

Это свойство линий Е является общим для всех электростатических полей.

Картина поля между двумя одинаково, но разноименно заряженными телами представлена на рис. 1.1.13.

Линии напряженности однородного поля представляют собой совокупность параллельных равноотстоящих прямых. Например, поле между двумя параллельными бесконечными плоскостями, заряженными разноименно с одинаковой по величине поверхностной плотностью заряда о = const (поле конденсатора) (рис. 1.1.14), однородно.

Источник: http://studref.com/535837/matematika_himiya_fizik/linii_napryazhennosti_silovye_linii_elektricheskogo_polya

• Произведение Чехова; Хамелеон - в зависимости от чего меняется отношение очумелова к хрюкину и как
• Как наладить отношения между мамой и дочерью? Семейная психология - как наладить отношения с мамой
• Как автор относится; к своим героям? в чем это отношение проявляется? - как автор относится к своим героям в чем это отношение проявляется
• Как спасти отношения на грани разрыва или кто виноват? - как спасти отношения на грани разрыва психология
• Как меняются отношения в семье с годами улыбнитесь это ведь про нас с вами - как меняются отношения в семье с годами улыбнитесь это ведь про нас с вами
• Как построить отношения с мужчиной: полезные советы - как построить отношения
• Психология отношений между мужчиной и женщиной как завоевать мужчину | - психология отношений между мужчиной и женщиной как завоевать мужчину
• Как пережить разрыв отношений - разрыв отношений как пережить
• Внешняя политика СССР в 20—30-е гг - как складывались экономические отношения рсфср и ссср с капиталистическими державами
• Примирение после разрыва – как вернуть свою любовь | Гармония Жизни - как возобновить отношения с любимым человеком после разрыва