Электромагнитная индукция
| English | Русский |
|---|---|
| electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ | электромагнитная индукция |
| Faraday's law/ˈfærədeɪz lɔː/ | Законом Фарадея |
Поднесите магнит к катушке, и вы получите электричество из ничего
- Толкайте магнит внутрь катушки, и появляется ток — без батареи.
- Тяните его наружу, и ток меняется на противоположный.
- Изменяющийся магнитный поток движет ток: электромагнитная индукция.
- Этот единственный эффект питает почти все генераторы на Земле.
Закон Фарадея
- Индуцированная ЭДС равна скорости изменения магнитного потока: $\varepsilon = -N\dfrac{d\Phi_B}{dt}$.
- $N$ — число витков; чем быстрее меняется $\Phi_B$, тем больше ЭДС.
- Постоянный поток ($d\Phi_B/dt = 0$) не индуцирует ничего.
- Это закон Фарадея — основа данной темы.
Вызвать ток
Двигайте магнит быстрее или медленнее и наблюдайте, как растёт и меняет направление индуцированный ток.
Закон Фарадея гласит, что индуцированная ЭДС зависит от:
$\varepsilon = -N\,d\Phi_B/dt$ — скорости изменения потока.
Катушка в сильном, но постоянном магнитном поле имеет нулевую индуцированную ЭДС.
Отсутствие изменения потока означает отсутствие ЭДС, какой бы сильной ни была индукция.
Магнитный поток одного контура изменяется на $0.6\ \text{Wb}$ за время $0.3\ \text{s}$. Найдите среднее ЭДС (в В).
$\varepsilon = \Delta\Phi_B/\Delta t = 0.6/0.3 = 2\ \text{V}$.
Что увеличивает ЭДС
- Больше витков $N$ в катушке — каждый контур добавляет свою ЭДС.
- Более сильный магнит — больший поток для изменения.
- Более быстрое движение — более быстрое изменение потока.
- Медленные, слабые или маловитковые системы дают лишь крошечную ЭДС.
Выберите все способы получения большей индуцированной ЭДС.
Больше витков, faster motion, stronger field all raise the EMF. Holding still gives zero.
Множество способов изменить поток
- Переместить магнит к катушке или от неё.
- Переместить катушку через поле.
- Вращать катушку в поле (так работают генераторы переменного тока).
- Изменить ток рядом, чье поле пронизывает катушку.
Что из перечисленного не индуцирует ЭДС в катушке?
Постоянное поле без движения не вызывает изменения потока — нет ЭДС.
Как работают генераторы
- Вращение катушки в магнитном поле непрерывно меняет её поток.
- Это индуцирует переменную ЭДС — электричество в вашей розетке.
- Ветровые, водные и паровые турбины просто вращают такие катушки.
- Индукция превращает движение в электрическую энергию.
Прибор, который вращает катушку в поле для генерации электричества, называется ____.
Генератор использует индукцию для преобразования движения в электричество.
Поток одного контура меняется на $0.4\ \text{Wb}$ за время $0.2\ \text{s}$. Найдите среднюю ЭДС.
- $\varepsilon = \dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} = \dfrac{0.4}{0.2}$.
- $\varepsilon = 2\ \text{V}$ (по модулю).
Важна скорость изменения потока, а не сам поток. Катушка в огромном, но постоянном поле имеет большой поток, но нулевую индуцированную ЭДС. Нет изменения — нет ЭДС.
Электромагнитная индукция: изменяющийся магнитный поток вызывает ЭДС, описываемую законом Фарадея $\varepsilon = -N\,d\Phi_B/dt$. Большая ЭДС получается при большем числе витков, сильном поле или быстром изменении. Постоянный поток не индуцирует ничего — именно так генераторы производят электричество.