Plik Prawo Lenza ustala, że biegunowość siły elektromotorycznej indukowanej w obwodzie zamkniętym, z powodu zmiany strumienia pola magnetycznego, jest taka, że przeciwdziała zmianom tego strumienia.
Znak ujemny poprzedzający prawo Faradaya bierze pod uwagę prawo Lenza, będąc powodem, dla którego nazywa się ono prawem Faradaya-Lenza i wyraża się następująco:
Indeks artykułów
ε reprezentuje indukowaną siłę elektromotoryczną, w skrócie fem, Φ jest strumieniem pola magnetycznego i t Już czas. Jednostki w systemie międzynarodowym (SI) dla fem są woltami (V).
Ze swojej strony strumień pola magnetycznego Φ jest zdefiniowany przez następujący iloczyn skalarny:
W przedstawionym równaniu b jest stała, a jednostka dla Φ w SI dla strumienia pola magnetycznego jest weber (W):
1 weber = 1 Tesla. metrodwa
Inny sposób wyrażenia Φ jest tym otrzymanym przy zastosowaniu definicji iloczynu skalarnego:
Φ = B.A. cos θ
W tym równaniu, b to wielkość pola magnetycznego (bez pogrubienia i strzałki, aby odróżnić wektor od jego wielkości), A to obszar powierzchni, przez który przechodzi pole, a θ to kąt między wektorami b Y n.
Strumień pola magnetycznego można zmieniać na różne sposoby w czasie, aby utworzyć fem indukowane w pętli - w obwodzie zamkniętym - o obszarze A.Na przykład:
-Zmiana pola magnetycznego w czasie: b = b (t), utrzymując stałe pole powierzchni i kąt, a następnie:
%7D%7Bdt%7D=-B.A.sen%5Ctheta)
Bezpośrednim zastosowaniem prawa Lenza jest określenie sensu fem lub prąd indukowany bez konieczności wykonywania jakichkolwiek obliczeń. Weź pod uwagę następujące kwestie: masz pętlę w środku pola magnetycznego, takiego jak wytwarzane przez magnes sztabkowy.
Jeśli magnes i pętla są w spoczynku względem siebie, nic się nie dzieje, to znaczy nie będzie indukowanego prądu, ponieważ strumień pola magnetycznego pozostaje w tym przypadku stały (patrz rysunek 2a). Aby prąd był indukowany, strumień musi się zmieniać.
Teraz, jeśli istnieje względny ruch między magnesem a pętlą, albo przez przesunięcie magnesu w kierunku pętli, albo w kierunku magnesu, do pomiaru zostanie indukowany prąd (Rysunek 2b i dalej).
Ten indukowany prąd z kolei generuje pole magnetyczne, dlatego będziemy mieć dwa pola: magnes b1 w kolorze niebieskim i ten związany z prądem wytworzonym przez indukcję bdwa, w kolorze pomarańczowym.
Zasada prawego kciuka pozwala poznać kierunek bdwa, Aby to zrobić, kciuk prawej ręki jest umieszczony w kierunku i kierunku prądu. Pozostałe cztery palce wskazują kierunek, w którym zgina się pole magnetyczne, zgodnie z rysunkiem 2 (poniżej).
Powiedzmy, że magnes jest upuszczony w kierunku pętli, a jego biegun północny jest skierowany w jej stronę (rysunek 3). Linie pola magnesu opuszczają biegun północny N i wchodzą do bieguna południowego S. Wtedy nastąpią zmiany w Φ, strumień wytworzony przez b1 który przechodzi przez pętlę:Φ wzrasta! Dlatego w pętli powstaje pole magnetyczne bdwa z odwrotnym zamiarem.
Prąd indukowany jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara, -czerwone strzałki na rysunkach 2 i 3-, zgodnie z regułą prawego kciuka.
Odsuńmy magnes od pętli, a potem jego Φ maleje (rysunki 2c i 4), dlatego pętla pędzi, tworząc wewnątrz pole magnetyczne bdwa w tym samym duchu, aby zrekompensować. Dlatego indukowany prąd występuje co godzinę, jak widać na rysunku 4.
Co się stanie, jeśli pozycja magnesu zostanie odwrócona? Jeśli biegun południowy wskazuje w kierunku pętli, pole jest skierowane w górę, ponieważ linie b w magnesie opuszczają biegun północny i wchodzą do bieguna południowego (patrz rysunek 2d).
Natychmiast prawo Lenza informuje, że to pionowe pole w górę, pędzące w kierunku pętli, wywoła w nim pole przeciwne, to znaczy, bdwa w dół, a prąd indukowany również będzie co godzinę.
W końcu magnes jest odsunięty od pętli, zawsze z biegunem południowym skierowanym do wnętrza pętli. Następnie wewnątrz pętli tworzone jest pole bdwa aby pomóc, że oddalenie się od magnesu nie zmienia strumienia pola w nim. Tak wiele b1 Co bdwa będzie miało to samo znaczenie (patrz rysunek 2d).
Czytelnik zdaje sobie sprawę, że zgodnie z obietnicą nie wykonano żadnych obliczeń w celu poznania kierunku indukowanego prądu.
Heinrich Lenz (1804-1865) w ciągu swojej kariery naukowej przeprowadził liczne prace eksperymentalne. Najbardziej znane to te, które właśnie opisaliśmy, poświęcone pomiarom sił magnetycznych i efektów wywołanych nagłym upuszczeniem magnesu w środek pętli. Swoimi wynikami udoskonalił pracę wykonaną przez Michaela Faradaya.
Ten negatywny znak w prawie Faradaya okazuje się obecnie najbardziej rozpoznawalnym eksperymentem. Jednak Lenz wykonał dużo pracy w geofizyce w młodości, w międzyczasie był zajęty wrzucaniem magnesów do cewek i rur. Prowadził także badania oporu elektrycznego i przewodnictwa metali.
W szczególności na wpływ wzrostu temperatury na wartość rezystancji. Nie przestawał obserwować, że gdy drut jest podgrzewany, opór maleje, a ciepło jest rozpraszane, co James Joule również obserwował niezależnie..
Aby zawsze pamiętać jego wkład w elektromagnetyzm, oprócz prawa, które nosi jego imię, indukcyjności (cewki) są oznaczone literą L.
Jest to eksperyment, w którym pokazano, jak magnes zwalnia po uwolnieniu do miedzianej rurki. Kiedy magnes spada, generuje zmiany w strumieniu pola magnetycznego wewnątrz rury, tak jak ma to miejsce w przypadku pętli prądowej..
Następnie tworzony jest prąd indukowany, który przeciwdziała zmianie przepływu. Rura wytwarza w tym celu własne pole magnetyczne, które, jak już wiemy, jest związane z indukowanym prądem. Załóżmy, że magnes zostanie zwolniony z biegunem południowym w dół (rysunki 2d i 5).
W rezultacie rura wytwarza własne pole magnetyczne z biegunem północnym. na dół i biegun południowy w górę, co jest równoznaczne z utworzeniem atrapy pary magnesów, jednego powyżej i jednego poniżej spadającego.
Koncepcję odzwierciedla poniższy rysunek, ale należy pamiętać, że bieguny magnetyczne są nierozłączne. Jeśli dolny manekin ma biegun północny skierowany w dół, koniecznie będzie mu towarzyszyć biegun południowy skierowany w górę..
Ponieważ przeciwieństwa się przyciągają, a przeciwieństwa odpychają, spadający magnes będzie odpychany, a jednocześnie przyciągany przez górny fikcyjny magnes.
Efektem netto będzie zawsze hamowanie, nawet jeśli magnes zostanie zwolniony, gdy biegun północny jest skierowany w dół..
Prawo Joule-Lenza opisuje, w jaki sposób część energii związanej z prądem elektrycznym, który krąży w przewodniku, jest tracona w postaci ciepła, co jest stosowane w grzejnikach elektrycznych, żelazkach, suszarkach do włosów i palnikach elektrycznych..
Wszystkie mają opornik, żarnik lub element grzejny, który nagrzewa się w miarę przepływu prądu..
W formie matematycznej niech R rezystancja elementu grzejnego, ja natężenie przepływającego przez nią prądu i t czas, ilość ciepła wytwarzanego przez efekt Joule'a wynosi:
P = jadwa. R. t
Gdzie Q Jest mierzona w dżulach (jednostkach SI). James Joule i Heinrich Lenz odkryli ten efekt jednocześnie około 1842 roku.
Oto trzy ważne przykłady, w których ma zastosowanie prawo Faradaya-Lenza:
Generator prądu przemiennego przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną. Uzasadnienie zostało opisane na początku: pętla jest obracana w środku jednolitego pola magnetycznego, takiego jak powstające między dwoma biegunami dużego elektromagnesu. Kiedy są używane N skręcasz, fem rośnie proporcjonalnie do N.
Gdy pętla się obraca, wektor normalny do jej powierzchni zmienia swoją orientację względem pola, tworząc a fem która zmienia się sinusoidalnie w czasie. Załóżmy, że kątowa częstotliwość obrotu wynosi ω, wtedy podstawiając w równaniu podanym na początku otrzymamy:
Jest to urządzenie pozwalające na uzyskanie napięcia stałego z napięcia przemiennego. Transformator jest częścią niezliczonych urządzeń, takich jak na przykład ładowarka do telefonu komórkowego, działa w następujący sposób:
Wokół żelaznego rdzenia nawinięte są dwie cewki, jedna nazywa się podstawowy i inni Liceum. Odpowiednia liczba zwojów to N.1 oraz ndwa.
Cewka pierwotna lub uzwojenie są podłączone do napięcia przemiennego (takiego jak na przykład domowe gniazdko elektryczne) w formie VP. = V1.cos ωt, powodując krążenie w nim prądu przemiennego o częstotliwości ω.
Prąd ten wytwarza pole magnetyczne, które z kolei powoduje oscylujący strumień magnetyczny w drugiej cewce lub uzwojeniu, z wtórnym napięciem w postaci VS = Vdwa.cos ωt.
Teraz okazuje się, że pole magnetyczne wewnątrz żelaznego rdzenia jest proporcjonalne do odwrotności liczby zwojów uzwojenia pierwotnego:
B ∝ 1 / N1
I tak będzie VP., napięcie na uzwojeniu pierwotnym, podczas gdy fem wywołany VS w drugim uzwojeniu jest proporcjonalna, jak już wiemy, do liczby zwojów Ndwa a także do VP..
Więc łącząc te proporcje, mamy związek między VS Y VP. który zależy od ilorazu liczby zwojów każdego z nich, w następujący sposób:
VS = (N.dwa / N1) VP.
Są to urządzenia wykorzystywane w bankach i na lotniskach do celów bezpieczeństwa. Wykrywają obecność każdego metalu, nie tylko żelaza czy niklu. Działają dzięki indukowanym prądom, poprzez wykorzystanie dwóch cewek: nadajnika i odbiornika..
Przez cewkę nadajnika przepuszczany jest prąd przemienny o wysokiej częstotliwości, który wytwarza zmienne pole magnetyczne wzdłuż osi (patrz rysunek), które indukuje prąd w cewce odbiorczej, mniej więcej podobny do tego, co dzieje się z transformatorem.
Jeśli kawałek metalu zostanie umieszczony między obiema cewkami, pojawią się w nim małe prądy indukowane, zwane prądami wirowymi (które nie mogą płynąć w izolatorze). Cewka odbiorcza reaguje na pola magnetyczne cewki nadawczej i te wytwarzane przez prądy wirowe..
Prądy wirowe próbują zminimalizować strumień pola magnetycznego w kawałku metalu. Dlatego pole odbierane przez cewkę odbiorczą zmniejsza się, gdy metalowy element jest wstawiony między obie cewki. W takim przypadku wyzwalany jest alarm ostrzegający o obecności metalu.
Znajduje się tam okrągła cewka z 250 zwojami o promieniu 5 cm, umieszczona prostopadle do pola magnetycznego 0,2 T. Określić fem indukowane, jeżeli w przedziale czasowym 0,1 s wielkość pola magnetycznego podwaja się i wskazuje kierunek prądu, zgodnie z poniższym rysunkiem:
Najpierw obliczymy wielkość indukowanego emf, a następnie kierunek powiązanego prądu zostanie wskazany zgodnie z rysunkiem.
N = 250 zwojów
A = π. Rdwa = p. (5 x 10-dwa m)dwa = 0,0079 mdwa.
cos θ = cos 0 = 1 (Wektor n jest traktowane równolegle do b)
Ponieważ pole magnetyczne podwaja swoją wielkość, mamy:
Podstawiając te wartości do równania na wielkość fem wywołany:
ε = 250. 0,0079 mdwa . 2 T / s = 3,95 V.
Ponieważ pole podwoiło się, podobnie jak strumień pola magnetycznego, w pętli powstaje prąd indukowany, który przeciwdziała wspomnianemu wzrostowi..
Pole na rysunku wskazuje na ekran. Pole utworzone przez indukowany prąd musi opuścić ekran, stosując regułę prawego kciuka, wynika z tego, że indukowany prąd jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara.
Kwadratowe uzwojenie składa się z 40 zwojów po 5 cm z każdej strony, które obracają się z częstotliwością 50 Hz w środku jednolitego pola o wielkości 0,1 T. Początkowo cewka jest prostopadła do pola. Jakie będzie wyrażenie dla fem wywołany?
Z poprzednich sekcji wywnioskowano to wyrażenie:
ε = N.B.A. ω. sen ωt
A = (5 x 10-dwa m)dwa = 0,0025 mdwa
N = 40 zwojów
ω = 2π.f = 2π.50 Hz = 100p s-1
B = 0,1 T.
ε = 40 x 0,1 x 0,0025 x 100π x sin 50. t =p . sin 100π.telewizja
Jeszcze bez komentarzy