Ang electric field na nangyayari kapag nagbabago ang magnetic field ay may ganap na naiibang istraktura kaysa sa electrostatic. Hindi ito direktang konektado sa mga singil sa kuryente, at ang mga linya ng pag-igting nito ay hindi maaaring magsimula at magtatapos sa mga ito. Ang mga ito sa pangkalahatan ay hindi nagsisimula o nagtatapos kahit saan, ngunit mga saradong linya, katulad ng mga linya ng magnetic field induction. Ito ang tinatawag na vortex electric field. Ang tanong ay maaaring lumitaw: bakit, sa katunayan, ang patlang na ito ay tinatawag na electric? Pagkatapos ng lahat, mayroon itong ibang pinagmulan at ibang pagsasaayos kaysa sa static electric field. Ang sagot ay simple: ang vortex field ay kumikilos nang may bayad q sa parehong paraan tulad ng isang electrostatic, at isinasaalang-alang namin at isinasaalang-alang pa rin ito ang pangunahing pag-aari ng field. Ang puwersa na kumikilos sa pagsingil ay pa rin F= qE, saan E- intensity ng vortex field.
Kung ang magnetic flux ay nilikha ng isang pare-parehong magnetic field na puro sa isang mahabang makitid na cylindrical tube na may radius na r 0 (Larawan 5.8), kung gayon mula sa mga pagsasaalang-alang ng simetrya ay malinaw na ang mga linya ng lakas ng electric field ay nasa mga eroplano na patayo sa ang mga linya B at ay bilog. Alinsunod sa panuntunan ng Lenz, na may pagtaas ng magnetic
Ang mga linya ng induction ng tension E ay bumubuo ng kaliwang tornilyo na may direksyon ng magnetic induction B.
Hindi tulad ng isang static o nakatigil na electric field, ang gawain ng isang vortex field sa isang closed path ay hindi katumbas ng zero. Sa katunayan, kapag ang isang singil ay gumagalaw sa isang saradong linya ng lakas ng patlang ng kuryente, ang gawain sa lahat ng mga seksyon ng landas ay may parehong tanda, dahil ang puwersa at pag-aalis ay nag-tutugma sa direksyon. Ang vortex electric field, tulad ng magnetic field, ay hindi potensyal.
Ang gawain ng vortex electric field sa paggalaw ng isang yunit positibong singil kasama ang isang closed fixed conductor ay numerong katumbas ng EMF ng induction sa conductor na ito.
Kung ang isang alternating current ay dumadaloy sa coil, kung gayon ang magnetic flux na tumatagos sa coil ay nagbabago. Samakatuwid, ang isang EMF ng induction ay nangyayari sa parehong konduktor kung saan dumadaloy ang alternating current. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na self-induction.
Sa self-induction, ang conducting circuit ay gumaganap ng dalawahang papel: isang kasalukuyang dumadaloy dito, na nagiging sanhi ng induction, at isang induction EMF ang lilitaw dito. Ang pagbabago ng magnetic field ay nag-uudyok ng EMF sa mismong conductor kung saan dumadaloy ang kasalukuyang, na lumilikha ng field na ito.
Sa sandali ng kasalukuyang pagtaas, ang intensity ng eddy electric field, alinsunod sa panuntunan ng Lenz, ay nakadirekta laban sa kasalukuyang. Samakatuwid, sa sandaling ito, pinipigilan ng vortex field ang kasalukuyang pagtaas. Sa kabaligtaran, sa sandaling bumababa ang kasalukuyang, sinusuportahan ito ng vortex field.
Ito ay humahantong sa katotohanan na kapag ang circuit na naglalaman ng patuloy na pinagmumulan ng EMF ay sarado, tiyak na halaga ang kasalukuyang lakas ay hindi nakatakda kaagad, ngunit unti-unti sa paglipas ng panahon (Larawan 5.13). Sa kabilang banda, kapag ang pinagmulan ay naka-off, ang kasalukuyang sa mga closed circuit ay hindi agad huminto. Ang resultang EMF ng self-induction ay maaaring lumampas sa EMF ng pinagmulan, dahil ang pagbabago sa kasalukuyang at ang magnetic field nito ay nangyayari nang napakabilis kapag ang pinagmulan ay naka-off.
Ang kababalaghan ng self-induction ay maaaring maobserbahan sa mga simpleng eksperimento. Ang Figure 5.14 ay nagpapakita ng parallel na koneksyon ng dalawang magkaparehong lamp. Ang isa sa kanila ay konektado sa pinagmulan sa pamamagitan ng isang risistor R, at ang iba pa sa serye na may likid L na may core na bakal. Kapag ang susi ay sarado, ang unang lampara ay kumikislap kaagad, at ang pangalawa - na may kapansin-pansing pagkaantala. Ang self-induced emf sa circuit ng lamp na ito ay malaki, at ang kasalukuyang ay hindi agad naabot ang pinakamataas na halaga nito. Ang hitsura ng isang EMF ng self-induction sa pagbubukas ay maaaring maobserbahan sa isang eksperimento na may isang circuit na ipinapakita sa eskematiko sa Figure 5.15. Kapag ang susi ay binuksan sa likid L Lumilitaw ang EMF ng self-induction, na nagpapanatili ng paunang kasalukuyang. Bilang resulta, sa sandali ng pagbubukas, ang isang kasalukuyang dumadaloy sa galvanometer (dashed arrow), na nakadirekta laban sa paunang kasalukuyang bago bumukas (solid na arrow). Bukod dito, ang kasalukuyang lakas kapag binuksan ang circuit ay lumampas sa lakas ng kasalukuyang dumadaan sa galvanometer kapag sarado ang susi. Nangangahulugan ito na ang EMF ng self-induction ξ.
mas emf ξ ay mga baterya ng cell.
Ang phenomenon ng self-induction ay katulad ng phenomenon ng inertia sa mechanics. Kaya, ang pagkawalang-galaw ay humahantong sa katotohanan na sa ilalim ng pagkilos ng puwersa ang katawan ay hindi agad nakakakuha ng isang tiyak na bilis, ngunit unti-unti. Hindi agad mapabagal ang katawan, gaano man kalakas ang lakas ng pagpepreno. Sa parehong paraan, dahil sa self-induction, kapag ang circuit ay sarado, ang kasalukuyang lakas ay hindi agad nakakakuha ng isang tiyak na halaga, ngunit unti-unting tumataas. Ang pag-off sa pinagmulan, hindi namin agad na pinipigilan ang kasalukuyang. Ang self-induction ay nagpapanatili nito sa loob ng ilang panahon, sa kabila ng pagkakaroon ng circuit resistance.
Dagdag pa, upang mapataas ang bilis ng katawan, ayon sa mga batas ng mekanika, dapat gawin ang trabaho. Kapag nagpepreno, ang katawan mismo ay gumagawa ng positibong trabaho. Sa parehong paraan, upang lumikha ng isang kasalukuyang, kailangan mong gumawa ng trabaho laban sa vortex electric field, at kapag nawala ang kasalukuyang, ang field na ito mismo ay gumagawa ng positibong trabaho.
Ito ay hindi lamang isang mababaw na pagkakatulad. Ito ay may malalim na panloob na kahulugan. Pagkatapos ng lahat, ang kasalukuyang ay isang koleksyon ng mga gumagalaw na sisingilin na mga particle. Sa isang pagtaas sa bilis ng mga electron, ang magnetic field na nilikha ng mga ito ay nagbabago at bumubuo ng isang vortex electric field na kumikilos sa mga electron mismo, na pumipigil sa isang agarang pagtaas sa kanilang bilis sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na puwersa. Kapag nagpepreno, sa kabaligtaran, ang vortex field ay may posibilidad na panatilihing pare-pareho ang bilis ng elektron (lenz's rule). Kaya, ang inertness ng mga electron, at samakatuwid ang kanilang masa, ay hindi bababa sa bahagyang electromagnetic sa pinagmulan. Ang masa ay hindi maaaring ganap na electromagnetic, dahil may mga electrically neutral na particle na may mass (neutrons, atbp.)
Inductance.
Ang module B ng magnetic induction na nilikha ng kasalukuyang sa anumang closed circuit ay proporsyonal sa lakas ng kasalukuyang. Dahil ang magnetic flux F ay proporsyonal sa B, pagkatapos ay F ~ B ~ I.
Ito ay samakatuwid ay maaaring argued na
saan L- koepisyent ng proporsyonalidad sa pagitan ng kasalukuyang sa conductive circuit at ang magnetic flux na nilikha nito, na tumagos sa circuit na ito. ang halaga L tinatawag na inductance ng circuit o ang coefficient nito ng self-induction.
Gamit ang batas ng electromagnetic induction at expression (5.7.1), nakukuha natin ang pagkakapantay-pantay:
| (5.7.2) |
Mula sa pormula (5.7.2) sinusundan iyon inductance- Ito pisikal na bilang, ayon sa bilang na katumbas ng EMF ng self-induction na nangyayari sa circuit kapag ang kasalukuyang lakas ay nagbabago ng 1 A para sa 1 s.
Ang inductance, tulad ng electrical capacitance, ay nakasalalay sa mga geometric na kadahilanan: ang laki ng konduktor at ang hugis nito, ngunit hindi direktang nakasalalay sa kasalukuyang lakas sa konduktor. Maliban sa
geometry ng conductor, ang inductance ay depende sa magnetic properties ng medium kung saan matatagpuan ang conductor.
Ang SI unit ng inductance ay tinatawag na henry (H). Ang inductance ng konduktor ay 1 Gn, kung nasa loob nito, kapag nagbabago ang kasalukuyang lakas 1 A sa likod 1s Ang EMF ng self-induction ay nangyayari 1 V:
Ang isa pang espesyal na kaso ng electromagnetic induction ay mutual induction. Ang mutual induction ay tinatawag na paglitaw ng isang inductive current sa isang closed circuit(coil) kapag binabago ang kasalukuyang lakas sa katabing circuit(coil). Ang mga circuit ay naayos na may kaugnayan sa bawat isa, bilang, halimbawa, ang mga coils ng isang transpormer.
Sa dami, ang mutual induction ay nailalarawan sa pamamagitan ng coefficient ng mutual induction, o mutual inductance.
Ang Figure 5.16 ay nagpapakita ng dalawang circuits. Kapag binabago ang kasalukuyang lakas I 1 sa circuit 1 sa tabas 2 may inductive current I 2 .
Ang flux ng magnetic induction Ф 1.2, na nilikha ng kasalukuyang sa pangunahing circuit at tumagos sa ibabaw na limitado ng pangalawang circuit, ay proporsyonal sa kasalukuyang lakas I 1:
Ang koepisyent ng proporsyonalidad L 1, 2 ay tinatawag na mutual inductance. Ito ay katulad ng inductance L.
Ang induction emf sa pangalawang circuit, ayon sa batas ng electromagnetic induction, ay katumbas ng:
Ang koepisyent L 1.2 ay tinutukoy ng geometry ng parehong mga circuit, ang distansya sa pagitan ng mga ito, ang kanilang mutual arrangement at magnetic properties kapaligiran. Ang mutual inductance ay ipinahayag L 1,2, pati na rin ang inductance L, sa henry.
Kung ang kasalukuyang lakas ay nagbabago sa pangalawang circuit, pagkatapos ay ang induction EMF ay nangyayari sa unang circuit
Kapag ang kasalukuyang lakas ay nagbabago sa konduktor, isang vortex electric field ang lumitaw sa huli. Pinapabagal ng field na ito ang mga electron habang tumataas ang kasalukuyang at pinapabilis ang mga ito habang bumababa ang kasalukuyang.
Ang enerhiya ng magnetic field ng kasalukuyang.
Kapag ang isang circuit na naglalaman ng isang pinagmumulan ng patuloy na EMF ay sarado, ang enerhiya ng kasalukuyang pinagmumulan ay unang ginugol sa paglikha ng isang kasalukuyang, ibig sabihin, sa pagtatakda ng mga electron ng konduktor sa paggalaw at pagbuo ng isang magnetic field na nauugnay sa kasalukuyang, at bahagyang din. sa pagtaas panloob na enerhiya konduktor, ibig sabihin, upang painitin ito. Matapos maitatag ang isang pare-parehong halaga ng kasalukuyang lakas, ang enerhiya ng pinagmulan ay ginugol ng eksklusibo sa pagpapalabas ng init. Ang kasalukuyang enerhiya ay hindi nagbabago.
Upang lumikha ng isang kasalukuyang, kinakailangan na gumastos ng enerhiya, ibig sabihin, kinakailangan na gumawa ng trabaho. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na kapag ang circuit ay sarado, kapag ang kasalukuyang ay nagsimulang tumaas, isang vortex electric field ay lilitaw sa konduktor, na kumikilos laban sa electric field na nilikha sa konduktor dahil sa kasalukuyang pinagmulan. Upang ang kasalukuyang ay maging katumbas ng I, ang kasalukuyang pinagmumulan ay dapat gumawa ng trabaho laban sa mga puwersa ng vortex field. Ang gawaing ito ay napupunta upang madagdagan ang enerhiya ng kasalukuyang. Ang vortex field ay negatibong gumagana.
Kapag binuksan ang circuit, mawawala ang kasalukuyang at ang vortex field ay gumagana nang positibo. Ang enerhiya na nakaimbak ng kasalukuyang ay inilabas. Nakikita ito ng isang malakas na spark na nangyayari kapag ang isang circuit na may malaking inductance ay binuksan.
Ang isang expression para sa enerhiya ng kasalukuyang I na dumadaloy sa isang circuit na may inductance L ay maaaring isulat sa batayan ng pagkakatulad sa pagitan ng inertia at self-induction.
Kung ang self-induction ay katulad ng inertia, kung gayon ang inductance sa proseso ng paglikha ng isang kasalukuyang ay dapat maglaro ng parehong papel bilang ang masa kapag pinapataas ang bilis ng isang katawan sa mekanika. Ang papel ng bilis ng isang katawan sa electrodynamics ay nilalaro ng kasalukuyang lakas I bilang isang dami na nagpapakilala sa paggalaw ng mga singil sa kuryente. Kung gayon, kung gayon ang enerhiya ng kasalukuyang W m ay maaaring ituring na isang dami na katulad ng kinetic energy ng katawan. - sa mechanics, at isulat sa form.
Sa pamamagitan ng circuit ay maaaring mangyari: 1) sa kaso ng isang nakapirming pagsasagawa ng circuit, na inilagay sa isang time-varying field; 2) sa kaso ng isang konduktor na gumagalaw sa isang magnetic field, na maaaring hindi magbago sa paglipas ng panahon. Ang halaga ng induction emf sa parehong mga kaso ay tinutukoy ng batas (2.1), ngunit ang pinagmulan ng emf na ito ay naiiba.
Isaalang-alang muna ang unang kaso ng paglitaw ng isang induction current. Maglagay tayo ng circular coil ng wire na may radius r sa isang pare-parehong magnetic field na nag-iiba-iba ng oras (Larawan 2.8). Hayaang tumaas ang induction ng magnetic field, pagkatapos ay tataas din ang magnetic flux sa ibabaw na nakatali ng coil sa paglipas ng panahon. Ayon sa batas ng electromagnetic induction, lilitaw ang isang inductive current sa coil. Kapag binabago ang induction ng magnetic field ayon sa isang linear na batas, ang kasalukuyang induction ay magiging pare-pareho.
Anong mga puwersa ang nagpapagalaw sa mga singil sa coil? Ang magnetic field mismo, na tumagos sa coil, ay hindi maaaring gawin ito, dahil ang magnetic field ay kumikilos nang eksklusibo sa mga gumagalaw na singil (ito ang naiiba sa electric one), at ang conductor na may mga electron sa loob nito ay hindi gumagalaw.
Bilang karagdagan sa magnetic field, ang mga singil, parehong gumagalaw at nakatigil, ay apektado din ng isang electric field. Ngunit pagkatapos ng lahat, ang mga patlang na iyon na tinalakay sa ngayon (electrostatic o nakatigil) ay nilikha ng mga singil sa kuryente, at ang induction current ay lumilitaw bilang isang resulta ng pagkilos ng isang pagbabago ng magnetic field. Samakatuwid, maaari itong ipagpalagay na ang mga electron sa isang nakapirming konduktor ay itinatakda sa paggalaw ng isang electric field, at ang patlang na ito ay direktang nabuo ng isang nagbabagong magnetic field. Iginiit nito ang isang bagong pangunahing katangian ng field: nagbabago sa panahon, ang magnetic field ay bumubuo ng isang electric field . Si J. Maxwell ang unang nakarating sa konklusyong ito.
Ngayon ang kababalaghan ng electromagnetic induction ay lilitaw sa harap natin sa isang bagong liwanag. Ang pangunahing bagay dito ay ang proseso ng pagbuo ng isang electric field sa pamamagitan ng isang magnetic field. Kasabay nito, ang pagkakaroon ng isang conductive circuit, tulad ng isang coil, ay hindi nagbabago sa kakanyahan ng proseso. Ang isang konduktor na may supply ng mga libreng electron (o iba pang mga particle) ay gumaganap ng papel ng isang instrumento: pinapayagan ka lamang nitong makita ang umuusbong na electric field.
Ang patlang ay nagtatakda sa paggalaw ng mga electron at ang konduktor at sa gayon ay ipinapakita ang sarili nito. Ang kakanyahan ng kababalaghan ng electromagnetic induction at isang nakapirming konduktor ay hindi gaanong sa hitsura ng isang kasalukuyang induction, ngunit sa hitsura ng isang electric field na nagtatakda ng mga electric charge sa paggalaw.
Ang electric field na nangyayari kapag nagbabago ang magnetic field ay may ganap na kakaibang katangian kaysa sa electrostatic.
Hindi ito direktang konektado sa mga singil sa kuryente, at ang mga linya ng pag-igting nito ay hindi maaaring magsimula at magtatapos sa mga ito. Karaniwang hindi sila nagsisimula at nagtatapos kahit saan, ngunit mga saradong linya, katulad ng mga linya ng magnetic field induction. Ito ang tinatawag na vortex electric field (Larawan 2.9).
Ang mas mabilis na pagbabago ng magnetic induction, mas malaki ang lakas ng electric field. Ayon sa panuntunan ni Lenz, sa pagtaas ng magnetic induction, ang direksyon ng electric field strength vector ay bumubuo ng kaliwang turnilyo na may direksyon ng vector. Nangangahulugan ito na kapag ang turnilyo sa kaliwang kamay ay umiikot sa direksyon ng mga linya ng lakas ng electric field, ang paggalaw ng pagsasalin ng turnilyo ay tumutugma sa direksyon ng magnetic induction vector. Sa kabaligtaran, kapag bumababa ang magnetic induction, ang direksyon ng intensity vector ay bumubuo ng isang right screw na may direksyon ng vector .
Ang direksyon ng mga linya ng patlang ng pag-igting ay tumutugma sa direksyon ng kasalukuyang induction. Ang puwersang kumikilos mula sa gilid ng vortex electric field sa singil q (panlabas na puwersa) ay katumbas pa rin ng = q. Ngunit sa kaibahan sa kaso ng isang nakatigil na electric field, ang gawain ng vortex field sa paglipat ng charge q sa isang closed path ay hindi katumbas ng zero. Sa katunayan, kapag ang isang singil ay gumagalaw sa isang saradong linya ng lakas ng patlang ng kuryente, ang gawain sa lahat ng mga seksyon ng landas ay may parehong tanda, dahil ang puwersa at pag-aalis ay nag-tutugma sa direksyon. Ang gawain ng vortex electric field kapag naglilipat ng isang positibong singil kasama ang isang saradong nakapirming konduktor ay ayon sa bilang na katumbas ng EMF ng induction sa konduktor na ito.
Induction currents sa napakalaking conductor. Ang mga induktibong alon ay umabot sa isang partikular na malaking halaga ng numero sa napakalaking konduktor, dahil sa ang katunayan na ang kanilang pagtutol ay maliit.
Ang ganitong mga alon, na tinatawag na Foucault currents pagkatapos ng French physicist na nag-aral sa kanila, ay maaaring gamitin sa mga conductor ng init. Ang aparato ng mga induction furnace, halimbawa, mga microwave oven na ginagamit sa pang-araw-araw na buhay, ay batay sa prinsipyong ito. Ginagamit din ang prinsipyong ito para sa pagtunaw ng mga metal. Bilang karagdagan, ang kababalaghan ng electromagnetic induction ay ginagamit sa mga detektor ng metal na naka-install sa mga pasukan sa mga gusali ng mga terminal ng hangin, mga sinehan, atbp.
Gayunpaman, sa maraming mga aparato, ang paglitaw ng mga alon ng Foucault ay humahantong sa walang silbi at kahit na hindi kanais-nais na pagkawala ng enerhiya para sa pagbuo ng init. Samakatuwid, ang mga bakal na core ng mga transformer, electric motors, generators, atbp ay ginawa hindi solid, ngunit binubuo ng hiwalay na mga plate na nakahiwalay sa bawat isa. Ang mga ibabaw ng mga plato ay dapat na patayo sa direksyon ng vortex electric field strength vector. Paglaban agos ng kuryente ang mga plato ay magiging sa parehong oras maximum, at init henerasyon - minimum.
Paglalapat ng ferrites. Ang radio-electronic na kagamitan ay nagpapatakbo sa lugar ng napaka mataas na frequency(milyong mga vibrations bawat segundo). Dito, ang paggamit ng mga coil core mula sa mga indibidwal na plato ay hindi na nagbibigay nais na resulta, dahil ang malalaking alon ng Foucault ay lumabas sa caledic plate.
Sa § 7 ito ay nabanggit na may mga magnetic insulators - ferrites. Kapag naganap ang remagnetization sa mga ferrite, hindi nangyayari ang mga eddy current. Bilang resulta, ang mga pagkalugi ng enerhiya para sa pagpapalabas ng init sa kanila ay nabawasan. Samakatuwid, ang mga core ng high-frequency na mga transformer, magnetic antenna ng transistors, atbp. ay ginawa mula sa mga ferrite. Ang mga ferrite core ay ginawa mula sa pinaghalong mga pulbos ng mga panimulang materyales. Ang halo ay pinindot at sumasailalim sa makabuluhang paggamot sa init.
Sa isang mabilis na pagbabago sa magnetic field sa isang ordinaryong ferromagnet, lumitaw ang mga induction currents, ang magnetic field na kung saan, alinsunod sa panuntunan ng Lenz, ay pumipigil sa pagbabago sa magnetic flux sa core ng coil. Dahil dito, ang flux ng magnetic induction ay halos hindi nagbabago at ang core ay hindi muling nag-magnetize. Sa ferrites, ang mga eddy current ay napakaliit, kaya mabilis silang mai-remagnetize.
Kasama ang potensyal na Coulomb electric field, mayroong isang vortex electric field. Ang mga linya ng intensity ng field na ito ay sarado. Ang vortex field ay nabuo sa pamamagitan ng pagbabago ng magnetic field.
1. Ano ang likas na katangian ng mga panlabas na puwersa na nagiging sanhi ng paglitaw ng isang induction current sa isang nakapirming konduktor!
2. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng vortex electric field at electrostatic o stationary!
3. Ano ang Foucault currents!
4. Ano ang mga bentahe ng ferrites kumpara sa conventional ferromagnets!
Myakishev G. Ya., Physics. Baitang 11: aklat-aralin. para sa pangkalahatang edukasyon institusyon: basic at profile. mga antas / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ed. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - 17th ed., binago. at karagdagang - M.: Edukasyon, 2008. - 399 p.: may sakit.
Library na may mga aklat-aralin at libro sa pagtalon nang libre online, Physics at astronomy para sa grade 11 download, programa sa paaralan sa mga plano ng aralin sa pisika
Nilalaman ng aralin buod ng aralin suporta frame lesson presentation accelerative methods interactive na mga teknolohiya Magsanay mga gawain at pagsasanay mga workshop sa pagsusuri sa sarili, pagsasanay, kaso, quests homework discussion questions retorikal na mga tanong mula sa mga mag-aaral Mga Ilustrasyon audio, mga video clip at multimedia mga larawan, mga larawang graphics, mga talahanayan, mga scheme ng katatawanan, mga anekdota, mga biro, mga parabula sa komiks, mga kasabihan, mga crossword puzzle, mga quote Mga add-on mga abstract articles chips for inquisitive cheat sheets textbooks basic and additional glossary of terms other Pagpapabuti ng mga aklat-aralin at mga aralinpagwawasto ng mga pagkakamali sa aklat-aralin pag-update ng isang fragment sa aklat-aralin na mga elemento ng pagbabago sa aralin na pinapalitan ng mga bago ang hindi na ginagamit na kaalaman Para lamang sa mga guro perpektong mga aralin plano sa kalendaryo para sa taon mga alituntunin mga programa sa talakayan Pinagsanib na AralinMula sa batas ni Faraday (tingnan ang (123.2)) sinusunod nito iyon anuman ang isang pagbabago sa pagkilos ng bagay ng magnetic induction na isinama sa circuit ay humahantong sa paglitaw ng isang electromotive force ng induction at, bilang isang resulta, isang induction current ay lilitaw. Samakatuwid, ang paglitaw ng emf. Posible rin ang electromagnetic induction sa isang nakapirming circuit,
inilagay sa isang alternating magnetic field. Gayunpaman, ang emf. sa anumang circuit ay nangyayari lamang kapag ang mga panlabas na puwersa ay kumikilos sa kasalukuyang mga carrier sa loob nito - mga puwersa ng hindi electrostatic na pinagmulan (tingnan ang § 97). Samakatuwid, ang tanong ay lumitaw tungkol sa likas na katangian ng mga panlabas na puwersa sa kasong ito.
Ipinapakita ng karanasan na ang mga extraneous na pwersang ito ay hindi nauugnay sa alinman sa thermal o mga proseso ng kemikal sa tabas; ang kanilang pangyayari ay hindi rin maipaliwanag ng mga puwersa ng Lorentz, dahil hindi sila kumikilos sa hindi magagalaw na mga singil. Ipinagpalagay ni Maxwell na ang anumang alternating magnetic field ay nagpapasigla sa isang electric field sa nakapalibot na espasyo, na siyang sanhi ng induction current sa circuit. Ayon sa mga ideya ni Maxwell, ang circuit kung saan lumilitaw ang emf ay gumaganap ng pangalawang papel, bilang isang uri ng tanging "aparato" na nakikita ang larangang ito.
Kaya, ayon kay Maxwell, ang time-varying magnetic field ay bumubuo ng isang electric field E B na ang sirkulasyon, ayon sa (123.3),
kung saan ang E B l - projection ng vector E B papunta sa direksyon dl.
Ang pagpapalit sa formula (137.1) ng expression (tingnan ang (120.2)), nakuha namin
Kung ang ibabaw at ang tabas ay naayos, kung gayon ang mga operasyon ng pagkita ng kaibhan at pagsasama ay maaaring mapalitan. Kaya naman,
(137.2)
kung saan binibigyang-diin ng partial derivative na simbolo ang katotohanang ang integral ay isang function ng oras lamang.
Ayon sa (83.3), ang sirkulasyon ng electrostatic field strength vector (tinukoy namin ito ng E Q) kasama ang anumang closed contour ay katumbas ng zero:
(137.3)
Ang paghahambing ng mga expression (137.1) at (137.3), nakikita natin na mayroong pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga itinuturing na field (Е В at Е Q): ang sirkulasyon ng vector Е B, sa kaibahan sa
Ang sirkulasyon ng vector E Q ay hindi katumbas ng zero. Samakatuwid, ang electric field E B , nasasabik ng magnetic field, tulad ng magnetic field mismo (tingnan ang § 118), ay puyo ng tubig.
Kasalukuyang bias
Ayon kay Maxwell, kung ang anumang alternating magnetic field ay nakakapukaw ng isang vortex electric field sa nakapalibot na espasyo, kung gayon ang kabaligtaran na kababalaghan ay dapat ding umiral: ang anumang pagbabago sa electric field ay dapat maging sanhi ng paglitaw ng isang vortex magnetic field sa nakapalibot na espasyo. Upang magtatag ng mga quantitative na ugnayan sa pagitan ng nagbabagong electric field at ng magnetic field na dulot nito, ipinakilala ni Maxwell ang tinatawag na displacement current. .
Isaalang-alang ang kadena alternating current naglalaman ng isang kapasitor (Larawan 196). Mayroong isang alternating electric field sa pagitan ng mga plate ng isang charging at discharging capacitor, samakatuwid, ayon kay Maxwell, ang mga bias na alon ay "dumaloy" sa pamamagitan ng kapasitor, na nagtatago sa mga lugar kung saan walang mga conductor.
Maghanap tayo ng quantitative na relasyon sa pagitan ng nagbabagong elektrikal at ang resulta mga magnetic field. Ayon kay Maxwell, ang isang alternating electric field sa isang capacitor sa bawat sandali ng oras ay lumilikha ng tulad ng isang magnetic field na parang may conduction current sa pagitan ng mga plate ng capacitor, katumbas ng kasalukuyang sa mga supply wire. Pagkatapos ay maaaring mapagtatalunan na ang mga conduction currents (I) at mga displacement (I cm) ay pantay-pantay: I cm \u003d I.
Conduction kasalukuyang malapit sa capacitor plates
,(138.1)
(ang surface charge density s sa mga plates ay katumbas ng electrical displacement D sa capacitor (tingnan ang (92.1)). Ang integrand sa (138.1) ay maaaring ituring bilang espesyal na kaso dot product kapag at dS ay magkapareho
ay parallel. Samakatuwid, para sa pangkalahatang kaso, maaari tayong sumulat
Paghahambing ng ekspresyong ito sa 
(tingnan ang (96.2)), mayroon kami
Ang expression (138.2) ay tinawag ni Maxwell ang displacement current density.
Isaalang-alang kung ano ang direksyon ng mga vectors ng density ng mga alon ng pagpapadaloy at mga displacement j at j, tingnan. kaliwa; ang patlang sa kapasitor ay pinalaki, samakatuwid, i.e. ang vector ay nakadirekta sa parehong direksyon bilang D . Makikita mula sa pigura na ang mga direksyon ng mga vectors at j ay nagtutugma. Kapag naglalabas ng kapasitor (Larawan 197, b) sa pamamagitan ng konduktor na kumukonekta sa mga plato, ang kasalukuyang dumadaloy mula sa kaliwa
lining sa kanan; ang patlang sa kapasitor ay humina; kaya naman,<0, т. е.
ang vector ay nakadirekta sa tapat ng vector D. Gayunpaman, ang vector ay nakadirekta muli
kapareho ng vector j. Mula sa nasuri na mga halimbawa, sumusunod na ang direksyon ng vector j, samakatuwid, at ang vector j cm ay tumutugma sa direksyon ng vector, tulad ng sumusunod mula sa formula (138.2).
Binibigyang-diin namin na sa lahat ng mga pisikal na katangian na likas sa kasalukuyang pagpapadaloy. Isang bagay lang ang iniuugnay ni Maxwell sa displacement current - ang kakayahang lumikha ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo. Kaya, ang displacement current (sa vacuum o matter) ay lumilikha ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo (ang mga linya ng induction ng magnetic field ng displacement currents sa panahon ng pag-charge at discharging ng capacitor ay ipinapakita sa Fig. 197 ng mga dashed lines).
Sa dielectrics, ang kasalukuyang displacement ay mula sa dalawang termino. Dahil, ayon sa (89.2), D= , kung saan ang E ay ang lakas ng electrostatic field, at ang P ay ang polarization (tingnan ang § 88), pagkatapos ay ang displacement current density
, ( 138.3)
kung saan ang displacement kasalukuyang density sa vacuum, ay ang polarization kasalukuyang density - ang kasalukuyang dahil sa iniutos na paggalaw ng mga electric charges sa dielectric (pag-aalis ng mga singil sa non-polar molecules o pag-ikot ng dipoles sa polar molecules). Ang paggulo ng isang magnetic field sa pamamagitan ng mga alon ng polariseysyon ay lehitimo, dahil ang mga alon ng polariseysyon ayon sa kanilang likas na katangian ay hindi naiiba sa mga alon ng pagpapadaloy. Gayunpaman, ang katotohanan na ang iba pang bahagi ng displacement kasalukuyang density , hindi nauugnay sa paggalaw ng mga singil, ngunit dahil sa lamang pagbabago sa electric field sa paglipas ng panahon, din excites isang magnetic field, ay panimula bagong pahayag Maxwell. Kahit na sa isang vacuum, ang anumang pagbabago sa oras ng electric field ay humahantong sa hitsura ng isang magnetic field sa nakapalibot na espasyo.
Dapat pansinin na ang pangalan na "kasalukuyan ng pag-aalis" ay may kondisyon, o sa halip, itinatag sa kasaysayan, dahil ang kasalukuyang displacement sa kakanyahan nito ay isang electric field na nagbabago sa oras. Ang kasalukuyang displacement samakatuwid ay umiiral hindi lamang sa vacuum o dielectrics, kundi pati na rin sa loob ng mga conductor na nagdadala ng alternating current.
 |
Gayunpaman, sa kasong ito, ito ay bale-wala kumpara sa kasalukuyang pagpapadaloy. Ang pagkakaroon ng mga alon ng pag-aalis ay nakumpirma ng eksperimento ni A. A. Eikhenvald, na nag-aral ng magnetic field ng kasalukuyang polariseysyon, na, tulad ng sumusunod mula sa (138.3), ay bahagi ng kasalukuyang pag-aalis.
Ipinakilala ni Maxwell ang konsepto buong agos, katumbas ng kabuuan ng conduction currents (pati na rin ang convection currents) at displacement. Kabuuang kasalukuyang density
Ipinapakilala ang mga konsepto ng kasalukuyang displacement at kabuuang kasalukuyang. Nilapitan ni Maxwell ang pagsasaalang-alang ng pagsasara ng mga alternating current circuit sa isang bagong paraan. Ang kabuuang kasalukuyang sa kanila ay palaging sarado, iyon ay, ang kasalukuyang pagpapadaloy lamang ang nasira sa mga dulo ng konduktor, at sa dielectric (vacuum) sa pagitan ng mga dulo ng konduktor mayroong isang kasalukuyang pag-aalis na nagsasara ng kasalukuyang pagpapadaloy.
Si Maxwell ay nag-generalize ng theorem sa sirkulasyon ng vector H (tingnan ang (133.10)), na ipinapasok ang kabuuang kasalukuyang sa kanang bahagi nito 
sa ibabaw ng S ,
nakaunat sa isang saradong loop L .
Pagkatapos ang pangkalahatang teorama ng sirkulasyon para sa vector H ay maaaring isulat bilang
(138.4)
Ang pagpapahayag (138.4) ay palaging totoo, ang katibayan nito ay ang kumpletong pagkakatugma sa pagitan ng teorya at karanasan.
Ang isa sa mga tanong na kadalasang makikita sa lawak ng pandaigdigang Web ay kung paano naiiba ang isang vortex electric field sa isang electrostatic. Sa katunayan, ang mga pagkakaiba ay malinaw. Sa electrostatics, ang pakikipag-ugnayan ng dalawa (o higit pa) na mga singil ay isinasaalang-alang at, mahalaga, ang mga linya ng intensity ng naturang mga patlang ay hindi sarado. Ngunit ang vortex electric field ay sumusunod sa ganap na magkakaibang batas. Isaalang-alang natin ang tanong na ito nang mas detalyado.
Ang isa sa mga pinaka-karaniwang device na halos bawat tao ay nakakaharap ay isang metro para sa accounting para sa natupok na de-koryenteng enerhiya. Hindi lamang mga modernong elektronikong modelo, ngunit ang mga "luma" na gumagamit ng aluminum rotating disk. Ito ay "pinipilit" na paikutin sa pamamagitan ng induction ng isang electric field. Tulad ng alam mo, sa anumang konduktor ng malaking volume at masa (hindi isang wire), na tumagos sa isang nagbabagong magnetic flux, alinsunod sa, isang electromotive force at isang electric current, na tinatawag na vortex, ay bumangon. Tandaan na sa kasong ito ay hindi mahalaga kung ang magnetic field ay nagbabago o ang konduktor mismo ay gumagalaw dito. Alinsunod sa batas ng electromagnetic induction, ang mga closed vortex-shaped contours ay nilikha sa masa ng konduktor, kung saan ang mga alon ay nagpapalipat-lipat. Ang kanilang oryentasyon ay maaaring matukoy gamit ang panuntunan ng Lenz. Ito ay nagsasaad na ang kasalukuyang ay nakadirekta sa isang paraan upang mabayaran ang anumang pagbabago (parehong pagbaba at pagtaas) ng pagsisimula ng panlabas na magnetic flux. Ang disk ng counter ay umiikot nang tumpak dahil sa pakikipag-ugnayan ng panlabas na magnetic field at ang nabuong mga alon na lumabas dito.
Paano nauugnay ang vortex electric field sa lahat ng nasa itaas? Actually may connection. Ito ay tungkol sa mga termino. Ang anumang pagbabago sa magnetic field ay lumilikha ng vortex electric field. Dagdag pa, ang lahat ay simple: ang isang kasalukuyang ay nabuo sa konduktor at nangyayari sa circuit. Ang halaga nito ay nakasalalay sa rate ng pagbabago ng pangunahing pagkilos ng bagay: halimbawa, ang mas mabilis na konduktor ay tumatawid sa mga linya ng lakas ng field, mas malaki ang kasalukuyang. Ang kakaiba ng larangang ito ay ang mga linya ng pag-igting nito ay walang simula o wakas. Minsan ang pagsasaayos nito ay inihahambing sa isang solenoid (isang silindro na may mga coils ng wire sa ibabaw nito). Ang isa pang eskematiko na representasyon ay gumagamit ng vector para sa paglilinaw. Ang mga linya ay nilikha sa paligid ng bawat isa sa kanila, na talagang kahawig ng mga vortex. Isang mahalagang tampok: ang huling halimbawa ay totoo kung ang intensity ng magnetic flux ay nagbabago. Kung "tumingin" ka sa kahabaan ng induction vector, pagkatapos ay habang tumataas ang daloy, ang mga linya ng vortex field ay umiikot nang pakanan.
Ang pag-aari ng induction ay malawakang ginagamit sa modernong electrical engineering: ito ay mga instrumento sa pagsukat, at mga motor, at sa mga electron accelerators.
- ang ganitong uri ng field ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa mga carrier ng bayad;
- ang puwersa na kumikilos sa charge carrier ay nilikha ng field;
- habang lumalayo ka sa carrier, humihina ang field;
- nailalarawan sa pamamagitan ng mga linya ng puwersa (o, na totoo rin, mga linya ng pag-igting). Ang mga ito ay nakadirekta, kaya ang mga ito ay isang dami ng vector.
Upang pag-aralan ang mga katangian ng field sa bawat arbitrary na punto, isang pagsubok (pagsubok) na singil ang ginagamit. Kasabay nito, nagsusumikap silang pumili ng isang "probe" sa paraang ang pagpapakilala nito sa system ay hindi makakaapekto sa mga kumikilos na pwersa. Kadalasan ito ang reference charge.
Tandaan na ginagawang posible ng panuntunan ng Lenz na kalkulahin lamang ang electromotive force, ngunit ang halaga ng field vector at ang direksyon nito ay tinutukoy ng ibang paraan. Pinag-uusapan natin ang sistema ng mga equation ni Maxwell.
Ang isang alternating magnetic field ay bumubuo sapilitan electric field. Kung ang magnetic field ay pare-pareho, pagkatapos ay walang sapilitan electric field. Kaya naman, Ang induced electric field ay hindi nauugnay sa mga singil, tulad ng kaso sa kaso ng isang electrostatic field; ang mga linya ng puwersa nito ay hindi nagsisimula at nagtatapos sa mga singil, ngunit sarado sa kanilang mga sarili, tulad ng mga linya ng puwersa ng isang magnetic field. Ibig sabihin nito ay sapilitan electric field, parang magnetic ay puyo ng tubig.
Kung ang isang nakatigil na konduktor ay inilagay sa isang alternating magnetic field, kung gayon ang e ay sapilitan dito. d.s. Ang mga electron ay hinihimok sa isang nakadirekta na paggalaw ng isang electric field na sapilitan ng isang alternating magnetic field; nangyayari ang sapilitan na electric current. Sa kasong ito, ang konduktor ay isang tagapagpahiwatig lamang ng sapilitan na larangan ng kuryente. Ang patlang ay nagtatakda sa paggalaw ng mga libreng electron sa konduktor at sa gayon ay ipinapakita ang sarili nito. Ngayon ay maaari itong mapagtatalunan na kahit na walang konduktor ang patlang na ito ay umiiral, pagkakaroon ng reserba ng enerhiya.
Ang kakanyahan ng kababalaghan ng electromagnetic induction ay hindi namamalagi sa hitsura ng isang sapilitan na kasalukuyang, ngunit sa hitsura ng isang vortex electric field.
Ang pangunahing posisyon ng electrodynamics na ito ay itinatag ni Maxwell bilang isang generalisasyon ng batas ng Faraday ng electromagnetic induction.
Hindi tulad ng electrostatic field, ang induced electric field ay hindi potensyal, dahil ang gawaing ginawa sa induced electric field kapag naglilipat ng isang positibong charge kasama ang closed circuit ay katumbas ng e. d.s. induction, hindi zero.
Ang direksyon ng intensity vector ng vortex electric field ay itinakda alinsunod sa Faraday's law of electromagnetic induction at Lenz's rule. Ang direksyon ng mga linya ng puwersa ng vortex el. ang patlang ay tumutugma sa direksyon ng kasalukuyang induction.
Dahil ang vortex electric field ay umiiral din sa kawalan ng isang konduktor, maaari itong magamit upang mapabilis ang mga sisingilin na particle sa mga bilis na maihahambing sa bilis ng liwanag. Ito ay sa paggamit ng prinsipyong ito na ang pagkilos ng mga electron accelerators - betatrons ay batay.
Ang induction electric field ay may ganap na magkakaibang mga katangian sa kaibahan sa electrostatic field.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang vortex electric field at isang electrostatic
1) Hindi ito konektado sa mga singil sa kuryente;
2) Ang mga linya ng puwersa ng patlang na ito ay palaging sarado;
3) Ang gawain ng mga puwersa ng vortex field sa paggalaw ng mga singil sa isang closed trajectory ay hindi katumbas ng zero.
|
electrostatic field |
induction electric field |
| 1. nilikha ng hindi gumagalaw na electr. singil | 1. sanhi ng mga pagbabago sa magnetic field |
| 2. bukas ang mga linya ng field - potensyal na field | 2. sarado ang mga linya ng puwersa - vortex field |
| 3. Ang mga pinagmumulan ng patlang ay electr. singil | 3. hindi matukoy ang mga pinagmulan ng field |
| 4. ang gawain ng field forces sa paglipat ng test charge sa isang saradong landas = 0. | 4. ang gawain ng field forces sa paggalaw ng test charge kasama ang saradong landas \u003d induction EMF |