Fænomen elektromagnetisk induktion bruges primært til at omdanne mekanisk energi til energi elektrisk strøm. Til dette formål bruges de generatorer AC
(induktionsgeneratorer).
Den enkleste vekselstrømsgenerator er en trådramme, der roterer ensartet med vinkelhastighed w=konst i et ensartet magnetfelt med induktion I(Fig. 4.5). Magnetisk induktionsflux, der trænger ind i en ramme med et areal S, er lige
Når rammen roterer ensartet, rotationsvinklen 
, hvor er rotationsfrekvensen. Så
Ifølge loven om elektromagnetisk induktion er EMF induceret i rammen af dens rotation
Hvis du tilslutter en belastning (elforbruger) til rammeklemmerne ved hjælp af en børstekontaktanordning, vil vekselstrøm strømme gennem den.
For industriel produktion el til kraftværker bruges synkrone generatorer(turbogeneratorer, hvis stationen er termisk eller nuklear, og hydrogeneratorer, hvis stationen er hydraulisk). Den stationære del af en synkrongenerator kaldes stator, og roterende – rotor(Fig. 4.6). Generatorrotoren har en vikling DC(excitationsvikling) og er en kraftig elektromagnet. Jævnstrøm, der tilføres feltet, der snor sig gennem et børstekontaktapparat, magnetiserer rotoren, og der dannes en elektromagnet med nord- og sydpoler.
Der er tre vekselstrømsviklinger placeret på generatorstatoren, som er forskudt i forhold til hinanden med 120 0 og er forbundet med hinanden i henhold til et specifikt tilslutningskredsløb.
Når den exciterede rotor roterer ved hjælp af en damp- eller hydraulisk turbine, passerer dens poler under statorviklingerne, og en elektromotorisk kraft, der varierer i henhold til en harmonisk lov, induceres i dem. Dernæst generatoren i henhold til en bestemt ordning elektrisk netværk forbinder til strømforbrugsknuder.
Hvis du overfører elektricitet fra stationsgeneratorer til forbrugere via elledninger direkte (ved generatorspændingen, som er relativt lav), så vil der opstå store tab af energi og spænding i nettet (vær opmærksom på forholdene , ). Derfor er det nødvendigt at reducere strømstyrken for at transportere elektricitet økonomisk. Men da den transmitterede effekt forbliver uændret, skal spændingen stige med samme mængde, som strømmen falder.
Elforbrugeren skal til gengæld reducere spændingen til det nødvendige niveau. Elektriske apparater, hvor spændingen stiger eller falder med et givet antal gange, kaldes transformere.
Driften af en transformer er også baseret på loven om elektromagnetisk induktion.
Lad os overveje princippet om drift af en to-vindet transformer (fig. 4.7). Når vekselstrøm passerer gennem primærviklingen, vises et vekselmagnetisk felt med induktion omkring den I, hvis flow også er variabelt 
. Transformatorkernen tjener til at styre den magnetiske flux (luftens magnetiske modstand er høj). En vekslende magnetisk flux, lukket gennem kernen, inducerer en vekslende EMF i hver af viklingerne:
Så 
I kraftige transformere er spolemodstandene meget små, så spændingerne ved terminalerne på de primære og sekundære viklinger er omtrent lig med EMF:
Hvor k – transformationsforhold. På k1 (
) transformer er nedad.
Når den er tilsluttet den sekundære vikling af en belastningstransformator, vil der strømme strøm i den. Med en stigning i elforbruget, ifølge loven om bevarelse af energi, bør energien leveret af stationens generatorer stige, dvs.
hvor
Det betyder, at ved at øge spændingen ved hjælp af en transformer k gange, er det muligt at reducere strømstyrken i kredsløbet med det samme antal gange (samtidigt falder Joule-tabet med k 2 engang).
- Fænomenet med forekomsten af EMF i et lukket ledende kredsløb placeret i et vekslende magnetfelt kaldes elektromagnetisk induktion.
2. Ifølge loven om elektromagnetisk induktion er den inducerede emk i et lukket ledende kredsløb numerisk lig og modsat i fortegn til ændringshastigheden af den magnetiske flux gennem overfladen afgrænset af dette kredsløb:
Minustegnet afspejler Lenz' regel: med enhver ændring i den magnetiske flux gennem en lukket ledende sløjfe, induceret strøm i en sådan retning, at dens magnetfelt modvirker ændringer i den eksterne magnetiske flux.
Essensen af fænomenet elektromagnetisk induktion ligger ikke så meget i udseendet af en induktionsstrøm, men i udseendet af et elektrisk hvirvelfelt. Vortex elektrisk felt genereret af variabler magnetisk felt. I modsætning til elektrostatisk felt det elektriske hvirvelfelt er ikke potentielt; dets feltlinjer er altid lukkede, ligesom de magnetiske feltlinjer.
Udsendelse
Et magnetisk vekselfelt exciteret af en skiftende strøm skaber et elektrisk felt i det omgivende rum, som igen exciterer et magnetfelt mv. Disse felter, der gensidigt genererer hinanden, danner et enkelt vekslende elektromagnetisk felt - en elektromagnetisk bølge. Efter at være opstået på det sted, hvor der er en strømførende ledning, forplanter det elektromagnetiske felt sig gennem rummet med lysets hastighed -300.000 km/s.
Magnetoterapi
I frekvensspektret forskellige steder optager radiobølger, lys, røntgenstråler og anden elektromagnetisk stråling. De er normalt karakteriseret ved kontinuerligt koblede elektriske og magnetiske felter.
Synkrofasotroner
I øjeblikket forstås et magnetfelt som speciel form stof bestående af ladede partikler. I moderne fysik bruges stråler af ladede partikler til at trænge dybt ind i atomer for at studere dem. Den kraft, hvormed et magnetfelt virker på en ladet partikel i bevægelse, kaldes Lorentz-kraften.
Flowmålere - tællere
Metoden er baseret på anvendelsen af Faradays lov for en leder i et magnetfelt: i en strøm af elektrisk ledende væske, der bevæger sig i et magnetfelt, induceres en EMF, proportional med strømningshastigheden, omdannet af den elektroniske del til en elektrisk analogt/digitalt signal.
DC generator
I generatortilstand roterer maskinens armatur under påvirkning af et eksternt drejningsmoment. Mellem statorpolerne er der en konstant magnetisk flux, der trænger igennem armaturet. Lederne af ankerviklingen bevæger sig i et magnetfelt, og derfor induceres en EMF i dem, hvis retning kan bestemmes af reglen " højre hånd"I dette tilfælde opstår der et positivt potentiale på den ene børste i forhold til den anden. Hvis en belastning er forbundet til generatorens terminaler, vil der strømme strøm gennem den.
Transformere
Transformere er meget udbredt i transmission elektrisk energi over lange afstande, dets fordeling mellem modtagere, samt i forskellige ensretter-, forstærknings-, signalerings- og andre enheder.
Energiomdannelse i en transformer udføres af et vekslende magnetfelt. Transformatoren er en kerne lavet af tynde stålplader isoleret fra hinanden, hvorpå der er placeret to og nogle gange flere viklinger (spoler). isoleret ledning. Den vikling, hvortil kilden til vekselstrøm elektrisk energi er forbundet, kaldes primærviklingen, de resterende viklinger kaldes sekundære.
Hvis sekundærviklingen af en transformator har tre gange flere vindinger viklet end primærviklingen, vil det magnetiske felt, der skabes i kernen af primærviklingen, der krydser sekundærviklingens vindinger, skabe tre gange spændingen i den.
Ved at bruge en transformer med omvendt drejningsforhold kan man lige så nemt opnå en reduceret spænding.
Siden opdagelsen af, at enhver strøm genererer et magnetfelt (Ørsted, 1820), er der gjort adskillige forsøg på at forårsage det modsatte fænomen - at excitere en strøm i en sløjfe (i et lukket kredsløb) ved hjælp af et magnetfelt. Dette problem blev løst af Faraday, som opdagede det i 1831. fænomenet elektromagnetisk induktion.
Fænomenet er som følger: når fluxen af magnetisk induktion ændres gennem det område, der er begrænset af ethvert ledende kredsløb, opstår der en elektrisk strøm i dette kredsløb. Denne strøm kaldes induktionsstrøm. I dette tilfælde er fænomenet fuldstændig uafhængigt af metoden til at ændre fluxen af magnetisk induktion.
Den magnetiske induktionsflux Ф bestemmes af forholdet:
Ф = B·S·cosα , (1)
hvor B er magnetfeltinduktionen, [B] = T; S – overfladeareal begrænset af konturen, [S] = m2; α er den vinkel, der dannes af normalen til konturens plan med retningen af vektorens magnetfeltinduktion, [α] = rad; [F] = Wb.
Som det ses af relation (1), kan induktionsstrømmen exciteres enten ved at ændre størrelsen af magnetfeltinduktionen - B, eller ved at ændre kredsløbets geometriske form, dvs. område, eller ved at ændre dets position i rummet, dvs. ændring af vinklen α.
Lenz (1833) etableret almindelig regel for at bestemme retningen af induktionsstrømmen: strømmen induceret i kredsløbet er i en sådan retning, at dets eget magnetfelt kompenserer for ændringen i fluxen af magnetisk induktion gennem kredsløbets plan, som forårsagede denne inducerede strøm. Denne regel er en konsekvens af loven om bevarelse af energi og bekræftes af eksperimenter. Størrelsen af den elektromotoriske kraft af induktion ξ jeg lig med ændringshastigheden af magnetisk induktionsflux, taget med et minustegn:
Dette udtryk kaldes Faradays lov. Minustegnet udtrykker matematisk Lenz' regel.
Ud fra Faradays lov kan vi definere enheden for magnetisk induktionsflux - Weber: hvis den magnetiske induktionsflux gennem området begrænset af kredsløbet ændres med 1 Wb på 1 sekund, så induceres en emk lig med 1 V i kredsløbet.
I tilfælde af fænomenet elektromagnetisk induktion finder omdannelsen af nogle typer energi til andre sted. Når konturgeometrien ændres (for eksempel fra en firkant til en cirkel), omdannes mekanisk energi til energien af elektrisk induktionsstrøm. Til gengæld omdannes den elektriske strøms energi til varme, der opvarmer den leder, der danner kredsløbet.
Hvad er karakteren af induceret emk?
Den inducerede emk er forårsaget af Lorentz-kraften, hvis m-feltet er stationært (fig. 3) og er forårsaget af det elektriske hvirvelfelt, der er et resultat af det skiftende m-felt (fig. 4). Vortex el. feltet adskiller sig ikke fra det elektrostatiske felt elektriske ladninger ved dens effekt på elektrisk ladning 
på et givet punkt i rummet. Men i sin struktur, dvs. i almindelighed adskiller disse felter sig stærkt fra hinanden. Et elektrostatisk felt har "feltkilder" - elektriske ladninger. Dens spændingslinjer er ikke lukkede. I dette felt afhænger arbejdet, der udføres for at flytte en ladning mellem to faste punkter, kun af disse punkters position, men ikke af banens form. Elektrisk felt um. induktion (hvirvelfelt) har ingen kilder. Intensitetslinjerne i dette felt er lukkede ligesom m-feltlinjerne. Lukket sløjfe arbejde er ikke 0.
Vi ved allerede, at en elektrisk strøm, der bevæger sig gennem en leder, skaber et magnetfelt omkring den. Baseret på dette fænomen opfandt og bruger mennesket en bred vifte af elektromagneter. Men spørgsmålet opstår: Hvis elektriske ladninger, når de bevæger sig, forårsager udseendet af et magnetisk felt, virker dette ikke også omvendt?
Det vil sige, kan et magnetfelt forårsage, at der opstår en elektrisk strøm i en leder? I 1831 etablerede Michael Faraday det i et lukket ledende kredsløb elektriske kredsløb Når magnetfeltet ændres, opstår der en elektrisk strøm. En sådan strøm kaldes en induktionsstrøm, og fænomenet med forekomsten af en strøm i et lukket ledende kredsløb, når det magnetiske felt, der trænger ind i dette kredsløb, ændres, kaldes elektromagnetisk induktion.
Fænomenet elektromagnetisk induktion
Selve navnet "elektromagnetisk" består af to dele: "elektro" og "magnetisk". Elektriske og magnetiske fænomener er uløseligt forbundet med hinanden. Og hvis elektriske ladninger, der bevæger sig, ændrer magnetfeltet omkring dem, så vil magnetfeltet, der ændrer sig, uundgåeligt tvinge de elektriske ladninger til at bevæge sig og danne en elektrisk strøm.
I dette tilfælde er det det skiftende magnetfelt, der forårsager generering af elektrisk strøm. Et konstant magnetfelt vil ikke forårsage bevægelse af elektriske ladninger, og følgelig vil der ikke blive genereret nogen induceret strøm. En mere detaljeret undersøgelse af fænomenet elektromagnetisk induktion, udledningen af formler og loven om elektromagnetisk induktion refererer til 9. klasses kursus.
Anvendelse af elektromagnetisk induktion
I denne artikel vil vi tale om brugen af elektromagnetisk induktion. Driften af mange motorer og strømgeneratorer er baseret på brugen af lovene for elektromagnetisk induktion. Princippet om deres drift er ret simpelt at forstå.
En ændring i magnetfeltet kan for eksempel forårsages ved at flytte en magnet. Derfor, hvis du flytter en magnet inde i et lukket kredsløb af enhver ekstern påvirkning, vil der opstå en strøm i dette kredsløb. På denne måde kan du oprette en strømgenerator.
Hvis du tværtimod sender strøm fra en tredjepartskilde gennem kredsløbet, vil magneten, der er placeret inde i kredsløbet, begynde at bevæge sig under påvirkning af det magnetiske felt, der dannes af den elektriske strøm. På denne måde kan du samle en elmotor.
De ovenfor beskrevne strømgeneratorer omdanner mekanisk energi til elektrisk energi i kraftværker. Mekanisk energi er energien fra kul, diesel, vind, vand og så videre. Elektricitet går gennem ledninger til forbrugerne og omdannes tilbage til mekanisk energi i elektriske motorer.
Elektriske motorer til støvsugere, hårtørrere, mixere, kølere, elektriske kødkværne og andre talrige enheder, som vi bruger hver dag, er baseret på brugen af elektromagnetisk induktion og magnetiske kræfter. Der er ingen grund til at tale om brugen af disse samme fænomener i industrien, det er klart, at det er overalt.
Abstrakt
i disciplinen "fysik"
Emne: "Opdagelse af fænomenet elektromagnetisk induktion"
Fuldført:
Elev af gruppe 13103/1
Sankt Petersborg
2. Faradays eksperimenter. 3
3. Praktisk anvendelse fænomener med elektromagnetisk induktion. 9
4. Liste over brugt litteratur... 12
Elektromagnetisk induktion er fænomenet med forekomsten af elektrisk strøm i lukket sløjfe når den magnetiske flux, der passerer gennem den, ændres. Elektromagnetisk induktion blev opdaget af Michael Faraday den 29. august 1831. Han opdagede, at den elektromotoriske kraft, der opstår i et lukket ledende kredsløb, er proportional med ændringshastigheden af den magnetiske flux gennem overfladen afgrænset af dette kredsløb. Størrelsen af den elektromotoriske kraft (EMF) afhænger ikke af, hvad der forårsager fluxændringen - en ændring i selve magnetfeltet eller bevægelsen af kredsløbet (eller en del af det) i magnetfeltet. Den elektriske strøm forårsaget af denne emk kaldes induceret strøm.
I 1820 viste Hans Christian Ørsted, at en elektrisk strøm, der strømmer gennem et kredsløb, får en magnetisk nål til at afbøje. Hvis elektrisk strøm genererer magnetisme, så skal udseendet af elektrisk strøm være forbundet med magnetisme. Denne tanke fangede den engelske videnskabsmand M. Faraday. "Konverter magnetisme til elektricitet," skrev han i sin dagbog i 1822.
Michael Faraday
Michael Faraday (1791-1867) blev født i London, i en af dens fattigste egne. Hans far var smed, og hans mor var datter af en fæstebonde. Da Faraday nåede skolealderen, blev han sendt i folkeskole. Kurset Faraday tog her var meget snævert og var kun begrænset til at lære at læse, skrive og begynde at tælle.
Få skridt fra huset, som familien Faraday boede i, lå der en boghandel, som også var et bogbinderi. Det var her Faraday endte efter at have gennemført sit kursus grundskole, da spørgsmålet opstod om at vælge et erhverv til ham. Michael var kun 13 år gammel på dette tidspunkt. Allerede i ungdom Da Faraday lige var begyndt på sin selvuddannelse, søgte han udelukkende at stole på fakta og verificere andres rapporter med sine egne erfaringer.
Disse forhåbninger dominerede ham hele hans liv som hovedtrækkene i hans videnskabelige aktivitet kemiske forsøg Faraday begyndte at gøre dette som dreng ved sit første bekendtskab med fysik og kemi. En dag deltog Michael i et af forelæsningerne af Humphry Davy, den store engelske fysiker. Faraday lavede et detaljeret notat af foredraget, bandt det og sendte det til Davy. Han var så imponeret, at han inviterede Faraday til at arbejde sammen med ham som sekretær. Snart tog Davy på en rejse til Europa og tog Faraday med sig. I løbet af to år besøgte de de største europæiske universiteter.
Da han vendte tilbage til London i 1815, begyndte Faraday at arbejde som assistent i et af laboratorierne i Royal Institution i London. På det tidspunkt var det et af de bedste fysiklaboratorier i verden. Fra 1816 til 1818 udgav Faraday en række små noter og korte erindringer om kemi. Faradays første værk om fysik går tilbage til 1818.
Baseret på sine forgængeres erfaringer og ved at kombinere flere egne erfaringer, i september 1821 havde Michael udgivet The History of the Advances of Electromagnetism. Allerede på dette tidspunkt dannede han et helt korrekt begreb om essensen af fænomenet afbøjning af en magnetisk nål under påvirkning af strøm.
Efter at have opnået denne succes forlod Faraday sine studier inden for elektricitet i ti år og helligede sig studiet af en række emner af en anden art. I 1823 gjorde Faraday en af de vigtigste opdagelser inden for fysik – han var den første til at gøre gas flydende, og etablerede samtidig en enkel, men effektiv metode til at omdanne gasser til væske. I 1824 gjorde Faraday adskillige opdagelser inden for fysik. Blandt andet konstaterede han, at lys påvirker farven på glasset og ændrer den. I næste år Faraday vendte sig igen fra fysik til kemi, og resultatet af hans arbejde på dette område var opdagelsen af benzin og svovl-naphthalensyre.
I 1831 udgav Faraday en afhandling "Om en særlig slags optisk illusion", som tjente som grundlag for et fremragende og nysgerrigt optisk projektil kaldet "kromotropen." Samme år udkom en anden afhandling af videnskabsmanden, "Om vibrerende plader". Mange af disse værker kunne i sig selv udødeliggøre deres forfatters navn. Men det vigtigste af Faradays videnskabelige værker er hans studier inden for elektromagnetisme og elektrisk induktion.
Faradays eksperimenter
Besat af ideer om naturens kræfters uløselige sammenhæng og samspil, forsøgte Faraday at bevise, at ligesom Ampere kunne skabe magneter ved hjælp af elektricitet, så var det muligt at skabe elektricitet ved hjælp af magneter.
Hans logik var enkel: mekanisk arbejde bliver let til varme; tværtimod kan varme omdannes til mekanisk arbejde (f.eks. i en dampmaskine). Generelt, blandt naturkræfterne, forekommer følgende forhold oftest: hvis A føder B, så føder B A.
Hvis Ampere opnåede magneter ved hjælp af elektricitet, så er det tilsyneladende muligt at "få elektricitet fra almindelig magnetisme." Arago og Ampère satte sig den samme opgave i Paris og Colladon i Genève.
Strengt taget blev en vigtig gren af fysikken, der behandler fænomenerne elektromagnetisme og induktiv elektricitet, og som i øjeblikket er af så enorm betydning for teknologien, skabt af Faraday ud af ingenting. Da Faraday endelig helligede sig forskning inden for elektricitet, blev det fastslået, at hvornår under almindelige forhold Tilstedeværelsen af et elektrificeret legeme er nok til, at dets indflydelse kan excitere elektricitet i enhver anden krop. Samtidig vidste man, at en ledning, som strøm passerer igennem, og som også repræsenterer et elektrificeret legeme, ikke har nogen effekt på andre ledninger, der er placeret i nærheden.
Hvad forårsagede denne undtagelse? Dette er spørgsmålet, der interesserede Faraday, og hvis løsning førte ham til de vigtigste opdagelser inden for induktionselektricitet. Faraday udførte mange eksperimenter og førte pedantiske noter. Han afsætter et afsnit til hver lille undersøgelse i sine laboratorienotater (udgivet i sin helhed i London i 1931 under titlen "Faraday's Diary"). Faradays evne til at arbejde bevises af, at det sidste afsnit af "Dagbogen" er markeret med nummeret 16041. Faradays strålende dygtighed som eksperimentator, besættelse og klare filosofiske position kunne ikke andet end at blive belønnet, men det tog elleve lange år at vente på resultatet.
Bortset fra hans intuitive overbevisning om fænomeners universelle forbindelse, var der faktisk intet, der støttede ham i hans søgen efter "elektricitet fra magnetisme." Desuden stolede han ligesom sin lærer Davy mere på sine oplevelser end på mentale konstruktioner. Davy lærte ham:
- Et godt eksperiment er mere værdifuldt end dybden af et geni som Newton.
Og alligevel var det Faraday, der var bestemt til store opdagelser. Som en stor realist brød han spontant de empiriske lænker, som Davy engang havde pålagt ham, og i de øjeblikke gik en stor indsigt op for ham - han tilegnede sig evnen til at foretage de dybeste generaliseringer.
Det første glimt af held dukkede først op den 29. august 1831. På denne dag testede Faraday en simpel enhed i laboratoriet: en jernring med en diameter på omkring seks tommer, pakket ind i to stykker isoleret ledning. Da Faraday tilsluttede et batteri til terminalerne på den ene vikling, så hans assistent, artillerisergent Andersen, galvanometerets nål forbundet til den anden vikling rykke.
Det rykkede og faldt til ro, selvom jævnstrømmen fortsatte med at løbe gennem den første vikling. Faraday undersøgte omhyggeligt alle detaljerne i denne enkle installation - alt var i orden.
Men galvanometernålen stod stædigt på nul. Af frustration besluttede Faraday at slukke for strømmen, og så skete der et mirakel - mens man åbnede kredsløbet, svingede galvanometernålen igen og frøs til nul igen!
Galvanometeret, der forbliver helt roligt under hele strømmens passage, begynder at svinge, når selve kredsløbet er lukket, og når det åbnes. Det viste sig, at i det øjeblik, hvor en strøm føres ind i den første ledning, og også når denne transmission stopper, exciteres der også en strøm i den anden ledning, som i det første tilfælde har den modsatte retning af den første strøm og den samme med det i det andet tilfælde og varer kun et øjeblik.
Det var her, Amperes store ideer - forbindelsen mellem elektrisk strøm og magnetisme - blev åbenbaret for Faraday i al deres klarhed. Den første vikling, hvori han tilførte strøm, blev jo straks en magnet. Hvis vi betragter det som en magnet, så viste forsøget den 29. august, at magnetisme ser ud til at føde elektricitet. Kun to ting forblev mærkelige i dette tilfælde: hvorfor forsvandt strømmen af elektricitet, når elektromagneten blev tændt, hurtigt? Og desuden, hvorfor opstår sprøjtet, når magneten er slukket?
Dagen efter, den 30. august, en ny række eksperimenter. Effekten er tydeligt udtrykt, men ikke desto mindre fuldstændig uforståelig.
Faraday fornemmer, at en opdagelse er et sted i nærheden.
"Nu studerer jeg igen elektromagnetisme, og jeg tror, at jeg har ramt en succesfuld ting, men jeg kan endnu ikke bekræfte dette. Det kan meget vel være, at jeg efter alt mit arbejde ender med tang i stedet for fisk.”
Næste morgen, den 24. september, havde Faraday forberedt sig meget forskellige enheder, hvor hovedelementerne ikke længere var viklinger med elektrisk strøm, men permanente magneter. Og effekten eksisterede også! Pilen afveg og skyndte sig straks til stedet. Denne lille bevægelse fandt højst sted uventede manipulationer med en magnet, nogle gange, så det ud til, ved et uheld.
Næste forsøg er 1. oktober. Faraday beslutter sig for at gå tilbage til begyndelsen - til to viklinger: en med strøm, den anden forbundet til galvanometeret. Forskellen med det første eksperiment er fraværet af en stålring - kerne. Sprøjtet er næsten umærkeligt. Resultatet er trivielt. Det er klart, at en magnet uden kerne er meget svagere end en magnet med en kerne. Derfor er effekten mindre udtalt.
Faraday er skuffet. I to uger går han ikke i nærheden af enhederne og tænker på årsagerne til fejlen.
"Jeg tog en cylindrisk magnetisk stang (3/4 tomme i diameter og 8 1/4 tomme lang) og indsatte den ene ende af den i spiralen af kobbertråd(220 fod lang) forbundet til et galvanometer. Så jeg hurtig bevægelse skubbede magneten inde i spiralen i hele dens længde, og galvanometernålen oplevede et skub. Så trak jeg lige så hurtigt magneten ud af spiralen, og pilen svingede igen, men i modsat retning. Disse svingninger af nålen blev gentaget, hver gang magneten blev skubbet eller skubbet ud."
Hemmeligheden ligger i magnetens bevægelse! Elektricitetsimpulsen bestemmes ikke af magnetens position, men af bevægelsen!
Det betyder, at "en elektrisk bølge kun opstår, når en magnet bevæger sig, og ikke på grund af de egenskaber, der er iboende i den i hvile."
Ris. 2. Faradays eksperiment med en spole
Denne idé er utrolig frugtbar. Hvis bevægelsen af en magnet i forhold til en leder skaber elektricitet, så burde bevægelsen af en leder i forhold til en magnet tilsyneladende generere elektricitet! Desuden vil denne "elektriske bølge" ikke forsvinde, så længe den gensidige bevægelse af lederen og magneten fortsætter. Det betyder, at det er muligt at skabe en elektrisk strømgenerator, der kan fungere så længe som ønsket, så længe den indbyrdes bevægelse af ledning og magnet fortsætter!
Den 28. oktober installerede Faraday en roterende kobberskive mellem polerne på en hesteskomagnet, hvorfra det ved hjælp af glidekontakter (den ene på aksen, den anden på skivens periferi) var muligt at fjerne elektrisk spænding. Det var den første elektriske generator skabt af menneskehænder. Således blev der fundet en ny kilde til elektrisk energi ud over de tidligere kendte (friktion og kemiske processer), er induktion, og nyt udseende Denne energi er induktiv elektricitet.
Eksperimenter, der ligner Faradays, blev som allerede nævnt udført i Frankrig og Schweiz. Professor Colladon fra Akademiet i Genève var en sofistikeret eksperimentator (han foretog f.eks. præcise målinger af lydens hastighed i vand ved Genèvesøen). Måske, af frygt for rysten fra instrumenterne, fjernede han ligesom Faraday galvanometeret fra resten af installationen, hvis det var muligt. Mange hævdede, at Colladon observerede de samme flygtige bevægelser af nålen som Faraday, men i forventning om en mere stabil, langvarig effekt, tillagde han ikke behørig betydning for disse "tilfældige" udbrud...
Faktisk var opfattelsen af de fleste videnskabsmænd på den tid, at den omvendte effekt af at "skabe elektricitet fra magnetisme" tilsyneladende skulle have samme stationære karakter som den "direkte" effekt - "dannelse af magnetisme" på grund af elektrisk strøm. Den uventede "flygtighed" af denne effekt forvirrede mange, inklusive Colladon, og disse mange betalte for deres fordomme.
I forlængelse af sine eksperimenter opdagede Faraday yderligere, at blot at bringe en ledning snoet ind i en lukket kurve tæt på en anden, gennem hvilken en galvanisk strøm flyder, er tilstrækkelig til at excitere en induktiv strøm i den neutrale ledning i den modsatte retning af den galvaniske strøm, og at fjernelse af neutral ledning exciterer igen en induktiv strøm i den, strømmen er allerede i samme retning som den galvaniske strøm, der flyder langs en stationær ledning, og at disse induktive strømme til sidst kun exciteres under tilnærmelse og fjernelse af ledningen til lederen. af den galvaniske strøm, og uden denne bevægelse exciteres strømmene ikke, uanset hvor tæt ledningerne er på hinanden .
Således blev et nyt fænomen opdaget, svarende til det ovenfor beskrevne fænomen med induktion, når den galvaniske strøm lukker og stopper. Disse opdagelser gav igen anledning til nye. Hvis det er muligt at forårsage en induktiv strøm ved at kortslutte og stoppe den galvaniske strøm, ville man så ikke opnå det samme resultat ved at magnetisere og afmagnetisere jern?
Ørsteds og Amperes arbejde havde allerede etableret forholdet mellem magnetisme og elektricitet. Man vidste, at jern bliver til en magnet, når en isoleret ledning vikles rundt om den, og en galvanisk strøm passerer gennem den, og at dette jerns magnetiske egenskaber ophører, så snart strømmen stopper.
Baseret på dette kom Faraday med denne slags eksperiment: to isolerede ledninger blev viklet rundt om en jernring; med den ene ledning viklet rundt om den ene halvdel af ringen og den anden omkring den anden. Strøm fra et galvanisk batteri blev ført gennem den ene ledning, og enderne af den anden blev forbundet med et galvanometer. Og så, når strømmen lukkede eller stoppede, og når jernringen følgelig blev magnetiseret eller afmagnetiseret, oscillerede galvanometernålen hurtigt og stoppede derefter hurtigt, det vil sige, at de samme øjeblikkelige induktive strømme blev exciteret i den neutrale ledning - denne gang: allerede under påvirkning af magnetisme.
Ris. 3. Faradays forsøg med en jernring
Således blev magnetisme her for første gang omdannet til elektricitet. Efter at have modtaget disse resultater besluttede Faraday at diversificere sine eksperimenter. I stedet for en jernring begyndte han at bruge en jernstrimmel. I stedet for at ophidse magnetisme i jern ved galvanisk strøm, magnetiserede han jernet ved at røre det til en permanent stålmagnet. Resultatet var det samme: I tråden, der viklede sig om jernet, blev der altid exciteret en strøm i det øjeblik, hvor jernet magnetiseres og afmagnetiseres. Derefter introducerede Faraday en stålmagnet i trådspiralen - tilgangen og fjernelsen af sidstnævnte forårsagede inducerede strømme i tråden. Kort sagt, magnetisme, i betydningen spændende induktionsstrømme, virkede på nøjagtig samme måde som galvanisk strøm.
På det tidspunkt var fysikere intenst interesserede i én ting mystisk fænomen, opdaget i 1824 af Arago og fandt ingen forklaring på trods af, at så fremragende videnskabsmænd fra tiden som Arago selv, Ampère, Poisson, Babage og Herschel ihærdigt søgte efter denne forklaring. Pointen var som følger. En magnetisk nål, der hænger frit, kommer hurtigt til at hvile, hvis der anbringes en cirkel af ikke-magnetisk metal under den; hvis så cirklen bringes ind rotationsbevægelse, begynder den magnetiske nål at bevæge sig bagved den.
I rolig tilstand det var umuligt at opdage den mindste tiltrækning eller frastødning mellem cirklen og pilen, mens den samme cirkel i bevægelse trak bag sig ikke blot en let pil, men også en tung magnet. Dette virkelig mirakuløse fænomen forekom den tids videnskabsmænd som et mystisk mysterium, noget ud over det naturliges grænser. Faraday, baseret på ovenstående data, antog, at en cirkel af ikke-magnetisk metal, under påvirkning af en magnet, under rotation køres rundt af induktive strømme, som påvirker den magnetiske nål og trækker den langs magneten. Og faktisk, ved at indføre kanten af en cirkel mellem polerne på en stor hesteskomagnet og forbinde midten og kanten af cirklen med et galvanometer med en ledning, opnåede Faraday en konstant elektrisk strøm, når cirklen roterede.
Efter dette fokuserede Faraday på et andet fænomen, der på det tidspunkt vakte generel nysgerrighed. Som du ved, hvis du drysser jernspåner på en magnet, grupperes de i visse linjer kaldet magnetiske kurver. Faraday, der henledte opmærksomheden på dette fænomen, gav grundlaget i 1831 til magnetiske kurver navnet "linjer med magnetisk kraft", som derefter kom i almindelig brug. Studiet af disse "linjer" førte Faraday til en ny opdagelse, viste det sig, at for at ophidse inducerede strømme, tilgang og fjernelse af kilden fra; magnetisk pol valgfri. For at excitere strømme er det nok at krydse linjerne med magnetisk kraft på en kendt måde.
Ris. 4. "Magnetiske kraftlinjer"
Videre arbejde Faradays bestræbelser i den nævnte retning fik fra et nutidigt synspunkt karakter af noget absolut mirakuløst. I begyndelsen af 1832 demonstrerede han et apparat, hvor induktive strømme blev exciteret uden hjælp fra en magnet eller galvanisk strøm. Apparatet bestod af en jernstrimmel placeret i en trådspole. Denne enhed gav under almindelige forhold ikke det mindste tegn på udseendet af strømme i den; men så snart den fik en retning svarende til magnetnålens retning, blev en strøm exciteret i tråden.
Derefter gav Faraday magnetnålens position til den ene spole og indførte derefter en jernstrimmel i den: strømmen blev igen exciteret. Årsagen til strømmen i disse tilfælde var jordisk magnetisme, som forårsagede induktive strømme som en almindelig magnet eller galvanisk strøm. For mere tydeligt at vise og bevise dette, foretog Faraday endnu et eksperiment, som fuldt ud bekræftede hans overvejelser.
Han begrundede, at hvis en cirkel af ikke-magnetisk metal, såsom kobber, der roterer i en position, hvor den skærer linjerne af magnetisk kraft af en tilstødende magnet, producerer en induktiv strøm, så roterer den samme cirkel i fravær af en magnet , men i en stilling, hvor cirklen vil krydse den jordiske magnetismes linier, skal også give en induktiv strøm. Og faktisk producerede en kobbercirkel roteret i et vandret plan en induktiv strøm, der producerede en mærkbar afbøjning af galvanometernålen. Faraday afsluttede sin serie af studier inden for elektrisk induktion med opdagelsen, som blev gjort i 1835, af "strømmens induktive indflydelse på sig selv."
Han fandt ud af, at når en galvanisk strøm lukkes eller åbnes, exciteres øjeblikkelige induktive strømme i selve ledningen, som tjener som en leder for denne strøm.
Den russiske fysiker Emil Khristoforovich Lenz (1804-1861) gav en regel til bestemmelse af retningen af induktionsstrømmen. "Induktionsstrømmen er altid rettet på en sådan måde, at det magnetiske felt, den skaber, komplicerer eller hæmmer bevægelsen, der forårsager induktion," bemærker A.A. Korobko-Stefanov i sin artikel om elektromagnetisk induktion. - For eksempel, når en spole nærmer sig en magnet, har den resulterende inducerede strøm en sådan retning, at det magnetiske felt, den skaber, vil være modsat magnetens magnetfelt. Som et resultat opstår der frastødende kræfter mellem spolen og magneten. Lenz' regel følger af loven om bevarelse og omdannelse af energi. Hvis inducerede strømme accelererede bevægelsen, der forårsagede dem, ville arbejde blive skabt ud af ingenting. Selve spolen ville efter et lille skub styrte mod magneten, og samtidig ville induktionsstrømmen frigive varme i den. I virkeligheden skabes den inducerede strøm på grund af arbejdet med at bringe magneten og spolen tættere på hinanden.
Ris. 5. Lenz' regel
Hvorfor opstår der induceret strøm? En dybtgående forklaring på fænomenet elektromagnetisk induktion blev givet af den engelske fysiker James Clerk Maxwell, skaberen af en komplet matematisk teori om det elektromagnetiske felt. For bedre at forstå essensen af sagen, overvej et meget simpelt eksperiment. Lad spolen bestå af en vikling ledning og gennemtrænges af et vekslende magnetfelt vinkelret på drejningens plan. En induceret strøm opstår naturligt i spolen. Maxwell fortolkede dette eksperiment usædvanligt modigt og uventet.
Når et magnetfelt ændrer sig i rummet, opstår der ifølge Maxwell en proces, som tilstedeværelsen af en trådspole ikke har nogen betydning for. Det vigtigste her er fremkomsten af lukket ring linjer elektrisk felt, der dækker et skiftende magnetfelt. Under påvirkning af det resulterende elektriske felt begynder elektroner at bevæge sig, og der opstår en elektrisk strøm i spolen. En spole er simpelthen en enhed, der registrerer et elektrisk felt. Essensen af fænomenet elektromagnetisk induktion er, at et vekslende magnetfelt altid genererer et elektrisk felt med lukkede kredsløb i det omgivende rum elledninger. Sådan et felt kaldes et hvirvelfelt."
Forskning inden for induktion produceret af jordmagnetisme gav Faraday muligheden for at udtrykke ideen om en telegraf tilbage i 1832, som derefter dannede grundlaget for denne opfindelse. Generelt betragtes opdagelsen af elektromagnetisk induktion ikke uden grund som en af de mest fremragende opdagelser i det 19. århundrede - arbejdet fra millioner af elektriske motorer og elektriske strømgeneratorer over hele verden er baseret på dette fænomen...
Praktisk anvendelse af fænomenet elektromagnetisk induktion
1. Radioudsendelser
Et magnetisk vekselfelt exciteret af en skiftende strøm skaber et elektrisk felt i det omgivende rum, som igen exciterer et magnetfelt mv. Disse felter, der gensidigt genererer hinanden, danner et enkelt vekslende elektromagnetisk felt - en elektromagnetisk bølge. Efter at være opstået på det sted, hvor der er en strømførende ledning, forplanter det elektromagnetiske felt sig gennem rummet med lysets hastighed -300.000 km/s.
Ris. 6. Radio
2. Magnetisk terapi
Radiobølger, lys, røntgenstråler og anden elektromagnetisk stråling optager forskellige steder i frekvensspektret. De er normalt karakteriseret ved kontinuerligt koblede elektriske og magnetiske felter.
3. Synkrofasotroner
I øjeblikket forstås et magnetfelt som en særlig form for stof, der består af ladede partikler. I moderne fysik bruges stråler af ladede partikler til at trænge dybt ind i atomer for at studere dem. Den kraft, hvormed et magnetfelt virker på en ladet partikel i bevægelse, kaldes Lorentz-kraften.
4. Flowmålere
Metoden er baseret på anvendelsen af Faradays lov for en leder i et magnetfelt: i en strøm af elektrisk ledende væske, der bevæger sig i et magnetfelt, induceres en EMF, proportional med strømningshastigheden, omdannet af den elektroniske del til en elektrisk analogt/digitalt signal.
5. DC generator
I generatortilstand roterer maskinens armatur under påvirkning af et eksternt drejningsmoment. Mellem statorpolerne er der en konstant magnetisk flux, der trænger igennem armaturet. Lederne af ankerviklingen bevæger sig i et magnetfelt, og derfor induceres en EMF i dem, hvis retning kan bestemmes af "højrehånds"-reglen. I dette tilfælde opstår et positivt potentiale på den ene børste i forhold til den anden. Hvis du tilslutter en belastning til generatorens terminaler, vil der strømme strøm gennem den.
6. Transformere
Transformatorer er meget udbredt til at transmittere elektrisk energi over lange afstande, fordele den mellem modtagere, såvel som i forskellige ensretter-, forstærknings-, signalerings- og andre enheder.
Energiomdannelse i en transformer udføres af et vekslende magnetfelt. En transformator er en kerne lavet af tynde stålplader isoleret fra hinanden, hvorpå der er placeret to og nogle gange flere viklinger (spoler) af isoleret ledning. Den vikling, hvortil kilden til vekselstrøm elektrisk energi er forbundet, kaldes primærviklingen, de resterende viklinger kaldes sekundære.
Hvis sekundærviklingen af en transformator har tre gange flere vindinger viklet end primærviklingen, vil det magnetiske felt, der skabes i kernen af primærviklingen, der krydser sekundærviklingens vindinger, skabe tre gange spændingen i den.
Ved at bruge en transformer med omvendt drejningsforhold kan man lige så nemt opnå en reduceret spænding.
Liste over brugt litteratur
1. [Elektronisk ressource]. Elektromagnetisk induktion.
< https://ru.wikipedia.org/>
2. [Elektronisk ressource]. Opdagelse af elektromagnetisk induktion.
< http://www.e-reading.club/chapter.php/26178/78/Karcev_-_Maksvell.html >
3. [Elektronisk ressource]. Opdagelse af elektromagnetisk induktion.
4. [Elektronisk ressource]. Praktisk anvendelse af fænomenet elektromagnetisk induktion.