Siç kemi zbuluar tashmë, rryma elektrike është e aftë të gjenerojë fusha magnetike. Shtrohet pyetja: a mund të shkaktojë një fushë magnetike shfaqjen rryme elektrike? Ky problem u zgjidh nga fizikani anglez Michael Faraday, i cili zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik në 1831 ^ Një përcjellës i përdredhur në një spirale mbyllet në një galvanometër (Fig. 3.19). Nëse një magnet i përhershëm futet në spirale, galvanometri do të tregojë praninë e rrymës gjatë gjithë periudhës kohore ndërsa magneti lëviz në lidhje me spiralen. Kur tërhiqni magnetin nga spiralja, galvanometri tregon praninë e një rryme në drejtim të kundërt. Ndryshimet në drejtimin e rrymës ndodhin kur poli i tërheqshëm ose i tërheqshëm i magnetit ndryshon.
Rezultate të ngjashme janë vërejtur gjatë zëvendësimit magnet i përhershëm elektromagnet (spiralja me rrymë). Nëse të dy bobinat janë të fiksuara të palëvizshme, por në njërën prej tyre vlera aktuale ndryshohet, atëherë në këtë moment vërehet një rrymë induksioni në spiralen tjetër.
FENOMENI I INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK konsiston në paraqitjen e një force elektromotore (emf) të induksionit në një qark përcjellës, përmes të cilit ndryshon fluksi i vektorit të induksionit magnetik. Nëse qarku është i mbyllur, atëherë në të lind një rrymë induksioni.
Zbulimi i fenomenit të induksionit elektromagnetik:
1) tregoi marrëdhëniet midis fushave elektrike dhe magnetike;
2) sugjeruar Metoda e gjenerimit të rrymës elektrike nëpërmjet fushë magnetike.
Karakteristikat themelore të rrymës së induksionit:
1. Rryma e induksionit ndodh sa herë që ka një ndryshim në fluksin e induksionit magnetik të lidhur me qarkun.
2. Forca e rrymës së induksionit nuk varet nga metoda e ndryshimit të fluksit të induksionit magnetik, por përcaktohet vetëm nga shpejtësia e ndryshimit të tij.
Eksperimentet e Faradeit zbuluan se madhësia e forcës elektromotore të induksionit është proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit fluksi magnetik depërtimi i konturit të përcjellësit (ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik)
Ose, (3.46)
ku (dF) është ndryshimi i rrjedhës me kalimin e kohës (dt). FLUX MAGNETIK ose INDUKSIONI MAGNETIK I RRJEDHJES quhet vlera, e cila përcaktohet në bazë të marrëdhënies së mëposhtme: ( fluksi magnetik nëpër një sipërfaqe me sipërfaqe S): Ф = ВScosα, (3.45), këndi a është këndi ndërmjet normales në sipërfaqen në shqyrtim dhe drejtimit të vektorit të induksionit magnetik
njësi e fluksit magnetik në sistemin SI quhet veber- [Wb = T × m 2].
Shenja "-" në formulë do të thotë se emf induksioni shkakton një rrymë induksioni, fusha magnetike e së cilës kundërvepron çdo ndryshim të fluksit magnetik, d.m.th. në> 0 emf induksioni e DHE<0 и наоборот.
emf induksioni matet në volt
Për të gjetur drejtimin e rrymës së induksionit, ekziston rregulli Lenz (rregulli u vendos në 1833): rryma e induksionit ka një drejtim të tillë që fusha magnetike që krijon tenton të kompensojë ndryshimin e fluksit magnetik që shkaktoi këtë rrymë induksioni. .
Për shembull, nëse shtyni polin verior të një magneti në spirale, domethënë rritni fluksin magnetik përmes kthesave të tij, një rrymë induksioni lind në spirale në një drejtim të tillë që një pol verior të shfaqet në fundin e spirales më afër. te magneti (Figura 3.20). Pra, fusha magnetike e rrymës së induksionit tenton të neutralizojë ndryshimin e fluksit magnetik që e ka shkaktuar atë.
Jo vetëm një fushë magnetike alternative gjeneron një rrymë induksioni në një përcjellës të mbyllur, por gjithashtu kur një përcjellës i mbyllur me gjatësi l lëviz në një fushë magnetike konstante (B) me një shpejtësi v, një emf lind në përcjellës:
a (B Ùv) (3.47)
Siç e dini tashmë, forca elektromotore në zinxhir është rezultat i veprimit të forcave të jashtme. Kur përcjellësi lëviz në një fushë magnetike roli i forcave të jashtme përmbush Forca e Lorencit(i cili vepron nga ana e fushës magnetike në një ngarkesë elektrike lëvizëse). Nën veprimin e kësaj force, ndodh një ndarje e ngarkesave dhe një ndryshim potencial lind në skajet e përcjellësit. E.m.s. induksioni në një përcjellës është puna e lëvizjes së ngarkesave të njësisë përgjatë përcjellësit.
Drejtimi i rrymës së induksionit mund të përcaktohet sipas rregullit të dorës së djathtë:Vektori B hyn në pëllëmbë, gishti i madh i rrëmbyer përkon me drejtimin e shpejtësisë së përcjellësit dhe 4 gishta do të tregojnë drejtimin e rrymës së induksionit.
Kështu, fusha magnetike e alternuar shkakton shfaqjen e një të induktuar fushe elektrike... Ajo jo potencialisht(për dallim nga elektrostatike), sepse Puna në lëvizjen e një ngarkese të vetme pozitive e barabartë me emf induksioni, jo zero.
Fusha të tilla quhen vorbull. Linjat e vorbullës së forcës fushe elektrike - të mbyllura në vetvete, në krahasim me linjat e tensionit fushë elektrostatike.
E.m.s. induksioni ndodh jo vetëm në përçuesit ngjitur, por edhe në vetë përcjellësin kur ndryshon fusha magnetike e rrymës që rrjedh nëpër përcjellës. Shfaqja e forcës elektromotore në çdo përcjellës kur vetë forca e rrymës ndryshon (pra, fluksi magnetik në përcjellës) quhet vetë-induksion, dhe rryma e induktuar në këtë përcjellës quhet rrymë vetë-induksioni.
Rryma në një unazë të mbyllur krijon një fushë magnetike në hapësirën përreth, forca e së cilës është proporcionale me forcën e rrymës I. Prandaj, fluksi magnetik Ф, duke depërtuar në lak, është në proporcion me forcën e rrymës në lak.
Ф = L × I, (3.48).
L është koeficienti i proporcionalitetit, i cili quhet koeficienti i vetë-induksionit, ose, thjesht, induktiviteti. Induktiviteti varet nga madhësia dhe forma e qarkut, si dhe nga përshkueshmëria magnetike e mediumit që rrethon qarkun.
Në këtë kuptim, induktiviteti i qarkut është analoge kapaciteti elektrik i një përcjellësi të vetmuar, i cili gjithashtu varet vetëm nga forma e përcjellësit, dimensionet e tij dhe konstanta dielektrike e mediumit.
Njësia e induktivitetit është henri (H): 1H është induktiviteti i një qarku të tillë, fluksi magnetik i vetëinduksionit të të cilit në një rrymë prej 1A është i barabartë me 1Vb (1H = 1Vb / A = 1V s / A).
Nëse L = konst, atëherë emf Vetë-induksioni mund të përfaqësohet si më poshtë:
, ose 
, (3.49)
ku DI (dI) është ndryshimi i rrymës në qarkun që përmban induktorin (ose qarkun) L gjatë kohës Dt (dt). Shenja "-" në këtë shprehje do të thotë se emf vetë-induksioni parandalon një ndryshim në rrymë (d.m.th., nëse rryma në një lak të mbyllur zvogëlohet, atëherë emf i vetë-induksionit çon në shfaqjen e një rryme në të njëjtin drejtim dhe anasjelltas).
Një nga manifestimet e induksionit elektromagnetik është shfaqja e rrymave të mbyllura të induksionit në mediat përcjellëse të vazhdueshme: trupat metalikë, tretësirat e elektrolitit, organet biologjike, etj. Rryma të tilla quhen rryma vorbullore ose rryma Foucault. Këto rryma lindin kur një trup përcjellës lëviz në një fushë magnetike dhe / ose kur induksioni i fushës në të cilën janë vendosur trupat ndryshon me kalimin e kohës. Fuqia e rrymave të Foucault varet nga rezistenca elektrike e trupave, si dhe nga shpejtësia e ndryshimit të fushës magnetike.
Rrymat e Foucault gjithashtu i binden rregullit të Lenz-it : Fusha e tyre magnetike është e drejtuar për të kundërshtuar ndryshimin e fluksit magnetik që shkakton rryma vorbull.
Prandaj, përçuesit masivë pengohen në një fushë magnetike. Në makinat elektrike, për të minimizuar efektin e rrymave Foucault, bërthamat e transformatorëve dhe qarqet magnetike të makinave elektrike montohen nga pllaka të holla të izoluara nga njëra-tjetra me një llak ose shkallë të veçantë.
Rrymat vorbull shkaktojnë ngrohje intensive të përcjellësve. Nxehtësia xhaul e gjeneruar nga rrymat e Foucault, te perdorura në furrat metalurgjike me induksion për shkrirjen e metaleve, sipas ligjit Joule-Lenz.
9.5. Rryma e induksionit
9.5.1. Veprim termik rryma e induksionit
Shfaqja e një EMF çon në shfaqjen në qarkun përcjellës rryma e induksionit, forca e së cilës përcaktohet nga formula
I i = | ℰ i | R,
ku ℰ i - EMF e induksionit që lind në qark; R është rezistenca e lakut.
Kur rryma e induksionit rrjedh në qark, nxehtësia lëshohet, sasia e së cilës përcaktohet nga një nga shprehjet:
Q i = I i 2 R t, Q i = ℰ i 2 t R, Q i = I i | ℰ i | t,
ku I i - forca e rrymës së induksionit në qark; R është rezistenca e lakut; t është koha; ℰ i - EMF e induksionit që lind në qark.
Fuqia e rrymës së induksionit llogaritet me një nga formulat:
P i = I i 2 R, P i = ℰ i 2 R, P i = I i | ℰ i | ,
ku I i - forca e rrymës së induksionit në qark; R është rezistenca e lakut; ℰ i - EMF e induksionit që lind në qark.
Kur një rrymë induksioni rrjedh në një lak përçues, një ngarkesë transferohet përmes zonës së seksionit kryq të përcjellësit, vlera e së cilës llogaritet me formulën
q i = I i ∆t,
ku I i - forca e rrymës së induksionit në qark; Δt është intervali kohor gjatë të cilit rryma e induksionit rrjedh përgjatë qarkut.
Shembulli 21. Një unazë e bërë nga një tel me një rezistencë prej 50,0 ⋅ 10 −10 Ohm ⋅ m është në një fushë magnetike uniforme me një induksion prej 250 mT. Gjatësia e telit është 1.57 m dhe sipërfaqja e prerjes së tij është 0.100 mm 2. Sa është ngarkesa maksimale që do të kalojë nëpër unazë kur fusha është e fikur?
Zgjidhje . Shfaqja e EMF-së së induksionit në unazë shkaktohet nga një ndryshim në fluksin e vektorit të induksionit që depërton në rrafshin e unazës kur fusha magnetike është e fikur.
Fluksi i induksionit magnetik përmes zonës së unazës përcaktohet nga formula:
- para se të fikni fushën magnetike
Ф 1 = B 1 S cos α,
ku B 1 - vlera fillestare e modulit të induksionit të fushës magnetike, B 1 = 250 mT; S është zona e unazës; α është këndi ndërmjet drejtimeve të vektorit të induksionit magnetik dhe vektorit normal (pingulor) me rrafshin e unazës;
- pas fikjes së fushës magnetike
Ф 2 = B 2 S cos α = 0,
ku B 2 është vlera e modulit të induksionit pas fikjes së fushës magnetike, B 2 = 0.
∆Ф = Ф 2 - Ф 1 = -Ф 1,
ose, duke marrë parasysh formën e qartë Ф 1,
∆Φ = −B 1 S cos α.
Vlera mesatare e EMF-së së induksionit që lind në unazë kur fusha është e fikur,
| ℰ i | = | Δ Ф Δ t | = | - B 1 S cos α Δ t | = B 1 S | cos α | Δ t,
ku ∆t është intervali kohor gjatë të cilit fusha është e fikur.
Prania e një induksioni EMF çon në shfaqjen e një rryme induksioni; forca e rrymës së induksionit përcaktohet nga ligji i Ohm:
I i = | ℰ i | R = B 1 S | cos α | R Δ t,
ku R është rezistenca e unazës.
Kur një rrymë induksioni rrjedh nëpër unazë, një ngarkesë induksioni transferohet
q i = I i Δ t = B 1 S | cos α | R.
Vlera maksimale e ngarkesës korrespondon me vlerën maksimale të funksionit të kosinusit (cos α = 1):
q i max = I i Δ t = B 1 S R.
Formula që rezulton përcakton vlerën maksimale të ngarkesës që do të kalojë nëpër unazë kur fusha është e fikur.
Sidoqoftë, për të llogaritur ngarkesën, është e nevojshme të marrim shprehje që do të na lejojnë të gjejmë zonën e unazës dhe rezistencën e saj.
Zona e unazës është zona e një rrethi me rreze r, perimetri i së cilës përcaktohet nga formula për perimetrin dhe përkon me gjatësinë e telit nga i cili është bërë unaza:
l = 2πr,
ku l është gjatësia e telit, l = 1,57 m.
Prandaj rrjedh se rrezja e unazës përcaktohet nga raporti
r = l 2 π,
dhe zona e saj është
S = π r 2 = π l 2 4 π 2 = l 2 4 π.
Rezistenca e unazës jepet nga formula
R = ρ l S 0,
ku ρ është rezistenca e materialit teli, ρ = 50,0 × 10 −10 Ohm ⋅ m; S 0 - zona e seksionit kryq të telit, S 0 = = 0,100 mm 2.
Ne zëvendësojmë shprehjet e marra për zonën e unazës dhe rezistencën e saj në formulën që përcakton ngarkesën e kërkuar:
q i max = B 1 l 2 S 0 4 π ρ l = B 1 l S 0 4 π ρ.
Le të llogarisim:
q i max = 250 ⋅ 10 - 3 ⋅ 1,57 ⋅ 0,100 ⋅ 10 - 6 4 ⋅ 3,14 ⋅ 50,0 ⋅ 10 - 10 = 0,625 C = 625 mC.
Kur fusha është e fikur, një ngarkesë e barabartë me 625 mC kalon nëpër unazë.
Shembulli 22. Një lak me një sipërfaqe prej 2.0 m 2 dhe një rezistencë prej 15 mOhm është në një fushë magnetike uniforme, induksioni i së cilës rritet me 0.30 mT për sekondë. Gjeni fuqinë maksimale të mundshme të rrymës së induksionit në qark.
Zgjidhje . Shfaqja e EMF-së së induksionit në qark shkaktohet nga një ndryshim në fluksin e vektorit të induksionit që depërton në rrafshin e qarkut, kur induksioni magnetik ndryshon me kalimin e kohës.
Ndryshimi në fluksin e vektorit të induksionit magnetik përcaktohet nga diferenca
∆Φ = ∆BS cos α,
ku ∆B është ndryshimi në modulin e induksionit të fushës magnetike për intervalin kohor të zgjedhur; S është zona e kufizuar nga kontura, S = 2.0 m 2; α është këndi ndërmjet drejtimeve të vektorit të induksionit magnetik dhe vektorit normal (pingulor) me rrafshin e konturit.
Vlera mesatare e EMF e induksionit që lind në qark, kur induksioni i fushës magnetike ndryshon:
| ℰ i | = | Δ Ф Δ t | = | Δ B S cos α Δ t | = Δ B S | cos α | Δ t,
ku ∆B / ∆t është shpejtësia e ndryshimit të modulit të vektorit të induksionit të fushës magnetike me kalimin e kohës, ∆B / ∆t = 0,30 mT / s.
Shfaqja e një EMF induksioni çon në shfaqjen e një rryme induksioni; forca e rrymës së induksionit përcaktohet nga ligji i Ohm:
I i = | ℰ i | R = Δ B S | cos α | R Δ t,
ku R është rezistenca e lakut.
Fuqia e rrymës së induksionit
P i = I i 2 R = (Δ B Δ t) 2 S 2 R cos 2 α R 2 = (Δ B Δ t) 2 S 2 cos 2 α R.
Vlera maksimale e fuqisë së rrymës së induksionit korrespondon me vlerën maksimale të funksionit të kosinusit (cos α = 1):
P i max = (Δ B Δ t) 2 S 2 R.
Le të llogarisim:
P i max = (0,30 ⋅ 10 - 3) 2 (2,0) 2 15 ⋅ 10 - 3 = 24 ⋅ 10 - 6 W = 24 μW.
Fuqia maksimale e rrymës së induksionit në këtë qark është 24 μW.
Temat e kodifikuesit USE: fenomeni i induksionit elektromagnetik, fluksi magnetik, ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik, rregulli i Lenz-it.
Eksperimenti i Oersted tregoi se një rrymë elektrike krijon një fushë magnetike në hapësirën përreth. Michael Faraday erdhi në idenë se mund të kishte një efekt të kundërt: një fushë magnetike, nga ana tjetër, gjeneron një rrymë elektrike.
Me fjalë të tjera, le të jetë një përcjellës i mbyllur në një fushë magnetike; A nuk do të lindë një rrymë elektrike në këtë përcjellës nën ndikimin e një fushe magnetike?
Pas dhjetë vjet kërkimesh dhe eksperimentesh, Faraday më në fund arriti të zbulojë këtë efekt. Në 1831 ai bëri eksperimentet e mëposhtme.
1. Dy mbështjellje u mbështjellën në të njëjtën bazë druri; kthesat e spirales së dytë u vendosën midis kthesave të së parës dhe të izoluara. Telat e spirales së parë ishin të lidhura me një burim rrymë, telat e spirales së dytë ishin të lidhura me një galvanometër (një galvanometër është një pajisje e ndjeshme për matjen e rrymave të ulëta). Kështu, u përftuan dy qarqe: "burimi aktual - bobina e parë" dhe "spiralja e dytë - galvanometri".
Nuk kishte asnjë kontakt elektrik midis qarqeve, vetëm fusha magnetike e spirales së parë depërtoi në spiralen e dytë.
Kur spiralja e parë u mbyll, galvanometri regjistroi një puls të shkurtër dhe të dobët të rrymës në spiralen e dytë.
Kur një rrymë e drejtpërdrejtë kalonte nëpër bobinën e parë, nuk u krijua rrymë në spiralen e dytë.
Kur u hap spiralja e parë, një puls i shkurtër dhe i dobët i rrymës u shfaq përsëri në bobinën e dytë, por këtë herë në drejtim të kundërt në krahasim me rrymën kur qarku ishte i mbyllur.
konkluzioni.
Fusha magnetike e ndryshueshme nga koha e spirales së parë gjeneron (ose, siç thonë ata, nxit) rryma elektrike në bobinën e dytë. Kjo rrymë quhet rryma e induksionit.
Nëse fusha magnetike e spirales së parë rritet (në momentin që rryma rritet kur qarku është i mbyllur), atëherë rryma e induksionit në spiralen e dytë rrjedh në një drejtim.
Nëse fusha magnetike e bobinës së parë zvogëlohet (në momentin kur rryma zvogëlohet kur hapet qarku), atëherë rryma e induksionit në spiralen e dytë rrjedh në drejtimin tjetër.
Nëse fusha magnetike e spirales së parë nuk ndryshon (rrymë konstante përmes saj), atëherë nuk ka rrymë induksioni në spiralen e dytë.
Dukurinë e zbuluar Faraday e quajti induksioni elektromagnetik(dmth, "induksioni i energjisë elektrike nga magnetizmi").
2. Për të konfirmuar supozimin se është krijuar rryma e induksionit e ndryshueshme fushë magnetike, Faraday lëvizi mbështjelljet në lidhje me njëra-tjetrën. Qarku i spirales së parë mbeti i mbyllur gjatë gjithë kohës, një rrymë e drejtpërdrejtë kalonte nëpër të, por për shkak të lëvizjes (duke u afruar ose duke u larguar), spiralja e dytë përfundoi në fushën magnetike alternative të spirales së parë.
Galvanometri regjistroi përsëri rrymën në spiralen e dytë. Rryma e induksionit kishte një drejtim kur afroheshin mbështjelljet, dhe tjetrin kur hiqeshin. Në këtë rast, forca e rrymës së induksionit ishte sa më e madhe, aq më shpejt lëviznin mbështjelljet..
3. Spiralja e parë u zëvendësua me një magnet të përhershëm. Kur një magnet u fut në spiralen e dytë, u krijua një rrymë induksioni. Kur magneti u tërhoq, një rrymë u shfaq përsëri, por në një drejtim tjetër. Dhe përsëri, sa më shpejt të lëvizte magneti, aq më e madhe është forca e rrymës së induksionit.
Këto dhe eksperimentet e mëvonshme kanë treguar se rryma e induksionit në qarkun përcjellës ndodh në të gjitha rastet kur ndryshon "numri i vijave" të fushës magnetike që depërton në qark. Forca e rrymës së induksionit rezulton të jetë sa më e madhe, aq më shpejt ndryshon ky numër linjash. Drejtimi i rrymës do të jetë një me një rritje të numrit të linjave përmes konturit, dhe një tjetër - me një rënie.
Është e jashtëzakonshme që për madhësinë e rrymës në një qark të caktuar, vetëm shkalla e ndryshimit të numrit të linjave është e rëndësishme. Çfarë ndodh saktësisht në këtë rast nuk ka rëndësi - nëse vetë fusha, duke depërtuar në konturin e palëvizshëm, ndryshon, apo kontura lëviz nga një zonë me një densitet vijash në një zonë me një densitet të ndryshëm.
Ky është thelbi i ligjit të induksionit elektromagnetik. Por për të shkruar një formulë dhe për të bërë llogaritjet, duhet të zyrtarizoni qartë konceptin e paqartë të "numrit të linjave të fushës përmes konturit".
Fluksi magnetik
Koncepti i fluksit magnetik është pikërisht karakteristikë e numrit të vijave të fushës magnetike që depërtojnë në kontur.
Për thjeshtësi, ne e kufizojmë veten në rastin e një fushe magnetike uniforme. Konsideroni një kontur të një zone në një fushë magnetike me induksion.
Së pari, lëreni fushën magnetike të jetë pingul me rrafshin e konturit (Fig. 1).
Oriz. një.
Në këtë rast, fluksi magnetik përcaktohet shumë thjesht - si produkt i induksionit të fushës magnetike nga zona e qarkut:
(1)
Tani merrni parasysh rastin e përgjithshëm kur vektori bën një kënd me normalen me rrafshin e konturit (Fig. 2).
Oriz. 2.
Ne shohim se tani vetëm komponenti pingul i vektorit të induksionit magnetik "rrjedh" nëpër kontur (dhe përbërësi që është paralel me konturin nuk "rrjedh" nëpër të). Prandaj, sipas formulës (1), kemi. Por, prandaj
(2)
Ky është përkufizimi i përgjithshëm i fluksit magnetik në rastin e një fushe magnetike uniforme. Vini re se nëse vektori është paralel me rrafshin e konturit (d.m.th.), atëherë fluksi magnetik bëhet zero.
Dhe si të përcaktohet fluksi magnetik nëse fusha nuk është uniforme? Ne do të tregojmë vetëm një ide. Sipërfaqja e konturit është e ndarë në një numër shumë të madh zonash shumë të vogla, brenda të cilave fusha mund të konsiderohet uniforme. Për çdo vend, ne llogarisim fluksin tonë të vogël magnetik duke përdorur formulën (2), dhe më pas përmbledhim të gjitha këto flukse magnetike.
Njësia matëse e fluksit magnetik është veber(Wb). Siç mund ta shihni,
Wb = Tl m = V s. (3)
Pse fluksi magnetik karakterizon "numrin e vijave" të fushës magnetike, që depërtojnë në kontur? Shume e thjeshte. "Numri i linjave" përcaktohet nga dendësia e tyre (dhe për rrjedhojë, nga madhësia e tyre - në fund të fundit, sa më i madh të jetë induksioni, aq më të dendura janë linjat) dhe zona "efektive" e depërtuar nga fusha (dhe kjo nuk është gjë tjetër veçse) . Por faktorët në fakt formojnë fluksin magnetik!
Tani mund të japim një përkufizim më të qartë të fenomenit të induksionit elektromagnetik të zbuluar nga Faraday.
Induksioni elektromagnetik - ky është fenomeni i shfaqjes së një rryme elektrike në një qark të mbyllur përcjellës kur ndryshon fluksi magnetik që përshkon qarkun.
Induksioni EMF
Cili është mekanizmi i gjenerimit të rrymës së induksionit? Këtë do ta diskutojmë më vonë. Deri më tani, një gjë është e qartë: kur fluksi magnetik që kalon nëpër qark ndryshon, disa forca veprojnë në ngarkesat e lira në qark - forcat e jashtme duke shkaktuar lëvizjen e ngarkesave.
Siç e dimë, puna e forcave të jashtme për të lëvizur një ngarkesë të vetme pozitive rreth qarkut quhet forca elektromotore (EMF):. Në rastin tonë, kur fluksi magnetik përmes qarkut ndryshon, quhet EMF përkatës Induksioni EMF dhe tregohet nga.
Kështu që, EMF i induksionit është puna e forcave të jashtme që lindin nga një ndryshim në fluksin magnetik përmes qarkut, duke lëvizur një ngarkesë të vetme pozitive rreth qarkut..
Së shpejti do të zbulojmë natyrën e forcave të jashtme që lindin në këtë rast në qark.
Ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik
Fuqia e rrymës së induksionit në eksperimentet e Faradeit doli të ishte sa më e madhe, aq më shpejt ndryshonte fluksi magnetik përmes qarkut.
Nëse në një kohë të shkurtër ndryshimi i fluksit magnetik është i barabartë, atëherë shpejtësia ndryshimet në fluksin magnetik janë një fraksion (ose, që është i njëjtë, derivati kohor i fluksit magnetik).
Eksperimentet kanë treguar se forca e rrymës së induksionit është drejtpërdrejt proporcionale me modulin e shkallës së ndryshimit të fluksit magnetik:
Moduli u instalua në mënyrë që të mos shoqërohet me vlera negative për momentin (në fund të fundit, me një ulje të fluksit magnetik do të jetë). Më pas, ne do ta heqim këtë modul.
Nga ligji i Ohmit për një zinxhir të plotë, ne në të njëjtën kohë kemi:. Prandaj, EMF e induksionit është drejtpërdrejt proporcionale me shkallën e ndryshimit të fluksit magnetik:
(4)
EMF matet në volt. Por shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik matet edhe në volt! Në të vërtetë, nga (3) shohim se Wb / s = B. Prandaj, njësitë matëse të të dy pjesëve të proporcionalitetit (4) përputhen, prandaj koeficienti i proporcionalitetit është një madhësi pa dimension. Në sistemin SI, supozohet të jetë i barabartë me një, dhe marrim:
(5)
Kjo është ajo që është ligji i induksionit elektromagnetik ose Ligji i Faradeit... Le t'i japim një formulim verbal.
Ligji i Faradeit për induksionin elektromagnetik. Kur fluksi magnetik që depërton në qark ndryshon, në këtë qark lind një EMF e induksionit, e cila është e barabartë me modulin e shkallës së ndryshimit të fluksit magnetik..
Rregulli i Lenz-it
Fluksi magnetik, një ndryshim në të cilin çon në shfaqjen e një rryme induksioni në qark, ne do ta quajmë fluksi i jashtëm magnetik... Dhe pikërisht fushën magnetike që krijon këtë fluks magnetik, do ta quajmë fushë magnetike e jashtme.
Pse na duhen këto terma? Fakti është se rryma e induksionit që lind në qark krijon të vetën vet fushë magnetike, e cila, sipas parimit të mbivendosjes, i shtohet fushës magnetike të jashtme.
Prandaj, së bashku me fluksin magnetik të jashtëm, vet fluksi magnetik i krijuar nga fusha magnetike e rrymës së induksionit.
Rezulton se këto dy flukse magnetike - të veta dhe të jashtme - janë të lidhura në një mënyrë të përcaktuar rreptësisht.
Rregulli i Lenz-it. Rryma e induksionit ka gjithmonë një drejtim të tillë që fluksi i tij magnetik parandalon një ndryshim në fluksin magnetik të jashtëm.
Rregulli i Lenz ju lejon të gjeni drejtimin e rrymës së induksionit në çdo situatë.
Le të shqyrtojmë disa shembuj të zbatimit të rregullit të Lenz-it.
Supozoni se kontura depërtohet nga një fushë magnetike, e cila rritet me kalimin e kohës (Fig. (3)). Për shembull, ne afrojmë një magnet me konturin nga poshtë, poli verior i të cilit drejtohet lart në këtë rast, në kontur.
Fluksi magnetik nëpër qark rritet. Rryma e induksionit do të ketë një drejtim të tillë që fluksi magnetik që krijon parandalon një rritje të fluksit magnetik të jashtëm. Për këtë duhet të drejtohet fusha magnetike e krijuar nga rryma e induksionit kundër fushë magnetike e jashtme.
Rryma e induksionit rrjedh në të kundërt të akrepave të orës kur shihet nga ana e fushës magnetike që krijon. Në këtë rast, rryma do të drejtohet në drejtim të akrepave të orës kur shikohet nga lart, nga ana e fushës magnetike të jashtme, siç tregohet në (Fig. (3)).
Oriz. 3. Fluksi magnetik rritet
Tani supozojmë se fusha magnetike që depërton në lak zvogëlohet me kalimin e kohës (Fig. 4). Për shembull, ne po e heqim magnetin poshtë nga shtegu dhe poli verior i magnetit po drejtohet drejt shtegut.
Oriz. 4. Fluksi magnetik zvogëlohet
Fluksi magnetik nëpër qark zvogëlohet. Rryma e induksionit do të ketë një drejtim të tillë që fluksi i vet magnetik të mbështesë fluksin magnetik të jashtëm, duke e penguar atë të zvogëlohet. Për këtë, fusha magnetike e rrymës së induksionit duhet të drejtohet në të njëjtin drejtim si fushë magnetike e jashtme.
Në këtë rast, rryma e induksionit do të rrjedhë në drejtim të kundërt të akrepave të orës kur shikohet nga lart, nga ana e të dy fushave magnetike.
Ndërveprimi i një magneti me një qark
Pra, afrimi ose heqja e një magneti çon në shfaqjen e një rryme induksioni në qark, drejtimi i së cilës përcaktohet nga rregulli i Lenz-it. Por fusha magnetike vepron në rrymë! Forca e Amperit do të shfaqet, duke vepruar në kontur nga ana e fushës magnetike. Ku do të drejtohet kjo forcë?
Nëse dëshironi të kuptoni mirë rregullin e Lenz-it dhe në përcaktimin e drejtimit të forcës së Amperit, përpiquni t'i përgjigjeni vetë kësaj pyetjeje. Ky nuk është një ushtrim shumë i thjeshtë dhe një detyrë e shkëlqyer e provimit C1. Konsideroni katër raste të mundshme.
1. Magneti afrohet më afër konturit, Poli i Veriut drejtohet në kontur.
2. Magneti hiqet nga kontura, poli verior drejtohet në kontur.
3. Magneti afrohet më afër konturit, poli jugor drejtohet në kontur.
4. Magneti hiqet nga kontura, poli jugor drejtohet në kontur.
Mos harroni se fusha e një magneti nuk është uniforme: linjat e fushës ndryshojnë nga poli verior dhe konvergojnë drejt jugut. Kjo është shumë e rëndësishme për përcaktimin e forcës neto të Amperit. Rezultati është si më poshtë.
Nëse magneti afrohet, kontura zmbrapset nga magneti. Nëse hiqni magnetin, laku tërhiqet nga magneti. Kështu, nëse kontura është e pezulluar në një fije, atëherë ajo gjithmonë do të devijojë në drejtimin e lëvizjes së magnetit, sikur ta ndjekë atë. Vendndodhja e poleve të magnetit nuk luan një rol në këtë..
Në çdo rast, duhet ta mbani mend këtë fakt - papritmas një pyetje e tillë do të bjerë në pjesën A1
Ky rezultat mund të shpjegohet edhe nga konsiderata krejtësisht të përgjithshme - me ndihmën e ligjit të ruajtjes së energjisë.
Le të themi se e afrojmë magnetin më afër konturit. Një rrymë induksioni shfaqet në qark. Por për të krijuar një rrymë, duhet të bëni disa punë! Kush po e bën? Në fund të fundit - ne po lëvizim magnetin. Ne kryejmë punë mekanike pozitive, e cila shndërrohet në punë pozitive të forcave të jashtme që dalin në qark, duke krijuar një rrymë induksioni.
Pra, puna jonë për të lëvizur magnetin duhet të jetë pozitive... Kjo do të thotë që ne, duke e afruar magnetin, duhet tejkaluar forca e bashkëveprimit të një magneti me një qark, i cili, pra, është një forcë zmbrapsje.
Tani heqim magnetin. Ju lutemi, përsërisni këtë arsyetim dhe sigurohuni që një forcë tërheqëse duhet të lindë midis magnetit dhe qarkut.
Ligji i Faradeit + Rregulli i Lenz-it = Heqja e Modulit
Më lart, ne premtuam të hiqnim modulin në ligjin e Faradeit (5). Rregulli i Lenz-it ju lejon ta bëni këtë. Por së pari, do të duhet të biem dakord për shenjën e EMF të induksionit - në fund të fundit, pa modulin në anën e djathtë të (5), Vlera e EMF mund të jetë edhe pozitive edhe negative.
Para së gjithash, fiksohet një nga dy drejtimet e mundshme për kalimin e konturit. Ky drejtim është shpallur pozitive... Drejtimi i kundërt i kalimit të konturit quhet përkatësisht, negativ... Cilin drejtim të devijimit e marrim si pozitiv nuk ka rëndësi - është e rëndësishme vetëm ta bëjmë këtë zgjedhje.
Fluksi magnetik përmes lakut konsiderohet pozitiv. class = "tex" alt = "(! LANG: (\ Phi> 0)"> !}, nëse fusha magnetike që depërton në kontur drejtohet atje, duke parë nga ku përshkohet kontura në drejtim pozitiv në drejtim të kundërt të akrepave të orës. Nëse, nga fundi i vektorit të induksionit magnetik, drejtimi pozitiv i anashkalimit shihet në drejtim të akrepave të orës, atëherë fluksi magnetik konsiderohet negativ.
EMF i induksionit konsiderohet pozitiv class = "tex" alt = "(! GJUHË: (\ mathcal E_i> 0)"> !} nëse rryma e induksionit rrjedh në drejtim pozitiv. Në këtë rast, drejtimi i forcave të jashtme që dalin në qark kur ndryshon fluksi magnetik përmes tij përkon me drejtimin pozitiv të anashkalimit të qarkut.
Përkundrazi, EMF i induksionit konsiderohet negativ nëse rryma e induksionit rrjedh në drejtim negativ. Në këtë rast, forcat e jashtme do të veprojnë gjithashtu përgjatë drejtimit negativ të përshkimit të konturit.
Pra, le të jetë qarku në një fushë magnetike. Fiksojmë drejtimin e kalimit pozitiv të konturit. Supozoni se fusha magnetike drejtohet atje, duke parë nga ku është bërë kalimi pozitiv në drejtim të kundërt të akrepave të orës. Atëherë fluksi magnetik është pozitiv: class = "tex" alt = "(! LANG: \ Phi> 0"> .!}
Oriz. 5. Fluksi magnetik rritet
Prandaj, në këtë rast kemi. Shenja e EMF-së së induksionit doli të jetë e kundërt me shenjën e shkallës së ndryshimit të fluksit magnetik. Le ta kontrollojmë këtë në një situatë tjetër.
Domethënë, le të supozojmë tani se fluksi magnetik është në rënie. Sipas rregullit të Lenz-it, rryma e induksionit do të rrjedhë në një drejtim pozitiv. Kjo eshte, class = "tex" alt = "(! GJUHË: \ mathcal E_i> 0"> !}(fig. 6).
Oriz. 6. Fluksi magnetik rritet class = "tex" alt = "(! LANG: \ Rightarrow \ mathcal E_i> 0"> !}
Ky është në fakt një fakt i përgjithshëm: me marrëveshjen tonë për shenjat, rregulli Lenz gjithmonë çon në faktin se shenja e EMF-së së induksionit është e kundërt me shenjën e shkallës së ndryshimit të fluksit magnetik.:
(6)
Kështu, shenja e modulit në ligjin e Faradeit të induksionit elektromagnetik është eliminuar.
Fusha elektrike e vorbullës
Konsideroni një qark të palëvizshëm në një fushë magnetike të alternuar. Cili është mekanizmi i rrymës së induksionit në qark? Përkatësisht, cilat forca shkaktojnë lëvizjen e ngarkesave të lira, cila është natyra e këtyre forcave të jashtme?
Duke u përpjekur për t'iu përgjigjur këtyre pyetjeve, fizikani i madh anglez Maxwell zbuloi një veti themelore të natyrës: një fushë magnetike që ndryshon në kohë gjeneron një fushë elektrike... Pikërisht kjo fushe elektrike dhe vepron me tarifa falas, duke shkaktuar një rrymë induksioni.
Linjat e fushës elektrike që lind rezultojnë të jenë të mbyllura, në lidhje me të cilën u thirr fushë elektrike vorbull... Vijat e fushës elektrike të vorbullës shkojnë rreth vijave të fushës magnetike dhe drejtohen si më poshtë.
Le të rritet fusha magnetike. Nëse ka një qark përcjellës në të, atëherë rryma e induksionit do të rrjedhë në përputhje me rregullin e Lenz - në drejtim të akrepave të orës, kur shikohet nga fundi i vektorit. Kjo do të thotë se forca që vepron nga ana e fushës elektrike të vorbullës në ngarkesat e lira pozitive të qarkut drejtohet gjithashtu atje; kjo do të thotë se vektori i forcës së fushës elektrike të vorbullës është i drejtuar pikërisht aty.
Pra, vijat e intensitetit të fushës elektrike të vorbullës drejtohen në këtë rast në drejtim të akrepave të orës (shikojmë nga fundi i vektorit, (Fig. 7).
Oriz. 7. Fushë elektrike vorbull me fushë magnetike në rritje
Përkundrazi, nëse fusha magnetike zvogëlohet, atëherë vijat e intensitetit të fushës elektrike të vorbullës drejtohen në drejtim të kundërt të akrepave të orës (Fig. 8).
Oriz. 8. Fushë elektrike vorbull me fushë magnetike në rënie
Tani mund të kuptojmë më thellë fenomenin e induksionit elektromagnetik. Thelbi i saj qëndron pikërisht në faktin se një fushë magnetike alternative gjeneron një fushë elektrike vorbull. Ky efekt nuk varet nga fakti nëse një lak përçues i mbyllur është i pranishëm në fushën magnetike apo jo; me ndihmën e qarkut këtë fenomen e zbulojmë vetëm duke vëzhguar rrymën e induksionit.
Fusha elektrike e vorbullës ndryshon në disa veti nga fushat elektrike tashmë të njohura për ne: një fushë elektrostatike dhe një fushë e palëvizshme ngarkesash që formojnë një rrymë të drejtpërdrejtë.
1. Vijat e fushës së vorbullës janë të mbyllura, ndërsa vijat e fushës elektrostatike dhe të palëvizshme fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ato negative.
2. Fusha e vorbullës është jopotenciale: puna e saj për të lëvizur ngarkesën përgjatë një laku të mbyllur nuk është e barabartë me zero. Përndryshe, fusha e vorbullës nuk mund të krijonte rrymë elektrike! Në të njëjtën kohë, siç e dimë, fushat elektrostatike dhe të palëvizshme janë potenciale.
Kështu që, EMF e induksionit në një qark të palëvizshëm është puna e një fushe elektrike vorbull për të lëvizur një ngarkesë të vetme pozitive rreth qarkut.
Për shembull, le të jetë kontura një unazë me rreze dhe e depërtuar nga një fushë magnetike uniforme alternative. Atëherë intensiteti i fushës elektrike të vorbullës është i njëjtë në të gjitha pikat e unazës. Puna e forcës me të cilën fusha e vorbullës vepron në ngarkesë është e barabartë me:
Prandaj, për induksionin EMF marrim:
EMF i induksionit në një përcjellës lëvizës
Nëse përcjellësi lëviz në një fushë magnetike konstante, atëherë në të shfaqet edhe EMF e induksionit. Sidoqoftë, arsyeja tani nuk është një fushë elektrike vorbull (ajo nuk lind - në fund të fundit, fusha magnetike është konstante), por veprimi i forcës Lorentz në ngarkesat e lira të përcjellësit.
Konsideroni një situatë që ndodh shpesh në detyra. V plan horizontal janë vendosur binarët paralelë, distanca ndërmjet të cilave është e barabartë. Binarët janë në një fushë magnetike uniforme vertikale. Një shufër e hollë përcjellëse lëviz përgjatë shinave me një shpejtësi; ajo mbetet pingul me binarët gjatë gjithë kohës (Fig. 9).
Oriz. 9. Lëvizja e një përcjellësi në një fushë magnetike
Merrni një ngarkesë pozitive falas brenda shufrës. Për shkak të lëvizjes së kësaj ngarkese së bashku me shufrën me një shpejtësi, forca Lorentz do të veprojë në ngarkesë:
Kjo forcë drejtohet përgjatë boshtit të shufrës, siç tregohet në figurë (shihni vetë - mos harroni rregullin në drejtim të akrepave të orës ose të majtë!).
Forca e Lorencit luan në këtë rast rolin e një force të jashtme: ajo vë në lëvizje ngarkesat e lira të shufrës. Kur ngarkesa lëviz nga një pikë në tjetrën, forca jonë e jashtme do të bëjë punën:
(Ne gjithashtu e konsiderojmë gjatësinë e shufrës të jetë e barabartë.) Prandaj, EMF e induksionit në shufër do të jetë e barabartë me:
(7)
Kështu, shufra është e ngjashme me një burim aktual me një terminal pozitiv dhe një terminal negativ. Brenda shufrës, për shkak të veprimit të forcës së jashtme të Lorencit, ngarkesat ndahen: ngarkesat pozitive lëvizin në pikë, ato negative - në pikë.
Së pari, le të supozojmë se binarët nuk përçojnë rrymë, atëherë lëvizja e ngarkesave në shufër gradualisht do të ndalet. Në fund të fundit, ndërsa grumbulloheni ngarkesa pozitive në fund dhe ngarkesat negative në fund, forca e Kulonit do të rritet, me të cilën ngarkesa e lirë pozitive zmbrapset dhe tërhiqet - dhe në një moment kjo forcë Kulombi do të balancojë forcën e Lorencit. Një ndryshim potencial do të vendoset midis skajeve të shufrës, e barabartë emf induksioni (7).
Tani, supozoni se binarët dhe kërcyesi janë përçues. Pastaj një rrymë induksioni do të shfaqet në qark; do të shkojë në drejtim (nga "burimi plus" në "minus" N). Supozoni se rezistenca e shufrës është e barabartë me (ky është një analog i rezistencës së brendshme të burimit aktual), dhe rezistenca e seksionit është e barabartë me (rezistenca e qarkut të jashtëm). Pastaj forca e rrymës së induksionit gjendet sipas ligjit të Ohm për një qark të plotë:
Është e jashtëzakonshme që shprehja (7) për EMF-në e induksionit mund të merret gjithashtu duke përdorur ligjin e Faradeit. Le ta bejme.
Gjatë kohës, shufra jonë kalon shtegun dhe merr pozicionin (Fig. 9). Zona e konturit rritet me madhësinë e zonës së drejtkëndëshit:
Fluksi magnetik nëpër qark rritet. Rritja e fluksit magnetik është e barabartë me:
Shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik është pozitive dhe e barabartë me EMF-në e induksionit:
Ne morëm të njëjtin rezultat si në (7). Drejtimi i rrymës së induksionit, vërejmë, i bindet rregullit të Lenz-it. Në të vërtetë, meqenëse rryma rrjedh në drejtim, atëherë fusha e saj magnetike drejtohet e kundërta me fushën e jashtme dhe, për rrjedhojë, parandalon një rritje të fluksit magnetik përmes qarkut.
Në këtë shembull, ne shohim se në situatat kur një përcjellës lëviz në një fushë magnetike, ju mund të veproni në dy mënyra: ose me përfshirjen e forcës së Lorencit si forcë e jashtme, ose me ndihmën e ligjit të Faradeit. Rezultatet do të jenë të njëjta.
Rryma e induksionit është një rrymë që ndodh në një qark të mbyllur përçues të vendosur në një fushë magnetike alternative. Kjo rrymë mund të ndodhë në dy raste. Nëse ekziston një qark i palëvizshëm, i depërtuar nga një fluks në ndryshim i induksionit magnetik. Ose kur një lak përçues lëviz në një fushë magnetike konstante, e cila gjithashtu shkakton një ndryshim në fluksin magnetik të lakut depërtues.
Figura 1 - Përçuesi lëviz në një fushë magnetike konstante
Rryma e induksionit shkaktohet nga një fushë elektrike vorbull, e cila krijohet nga një fushë magnetike. Kjo fushë elektrike vepron në ngarkesa të lira në një përcjellës të vendosur në këtë fushë elektrike vorbull.
Figura 2 - fushë elektrike vorbull
Ju gjithashtu mund të gjeni një përkufizim të tillë. Rryma e induksionit është një rrymë elektrike që ndodh për shkak të veprimit të induksionit elektromagnetik. Nëse ai nuk thellohet në ndërlikimet e ligjit të induksionit elektromagnetik, atëherë me pak fjalë mund të përshkruhet si më poshtë. Induksioni elektromagnetik është fenomeni i shfaqjes së një rryme në një qark përçues nën ndikimin e një fushe magnetike alternative.
Duke përdorur këtë ligj, ju gjithashtu mund të përcaktoni madhësinë e rrymës së induksionit. Meqenëse ai na jep vlerën e EMF, e cila lind në qark nën veprimin e një fushe magnetike alternative.
Formula 1 - EMF e induksionit të fushës magnetike.
Siç mund të shihet nga formula 1, vlera e EMF-së së induksionit, dhe rrjedhimisht rryma e induksionit, varet nga shpejtësia e ndryshimit të fluksit magnetik që depërton në qark. Kjo do të thotë, sa më shpejt të ndryshojë fluksi magnetik, aq më e lartë mund të merret rryma e induksionit. Në rastin kur kemi një fushë magnetike konstante në të cilën lëviz qarku përcjellës, atëherë vlera e EMF do të varet nga shpejtësia e qarkut.
Rregulli i Lenz-it përdoret për të përcaktuar drejtimin e rrymës së induksionit. Që thotë se rryma e induksionit drejtohet drejt rrymës që e ka shkaktuar atë. Prandaj shenja minus në formulën për përkufizimi i EMF induksioni.
Rryma e induksionit luan një rol të rëndësishëm në inxhinierinë elektrike moderne. Për shembull, rryma e induksionit që lind në rotor motori asinkron, ndërvepron me rrymën e furnizuar nga burimi i energjisë në statorin e saj, si rezultat i së cilës rotori rrotullohet. Mbi këtë parim janë ndërtuar motorët elektrikë modernë.
Figura 3 - motori asinkron.
Në transformator, rryma e induksionit që lind në mbështjelljen sekondare përdoret për të fuqizuar pajisje të ndryshme elektrike. Madhësia e kësaj rryme mund të përcaktohet nga parametrat e transformatorit.
Figura 4 - transformator elektrik.
Së fundi, rrymat e induksionit mund të ndodhin edhe në përçuesit masivë. Këto janë të ashtuquajturat rryma Foucault. Falë tyre, është e mundur të prodhohet shkrirja me induksion i metaleve. Kjo do të thotë, rrymat vorbull që rrjedhin në përcjellës e bëjnë atë të nxehet. Në varësi të madhësisë së këtyre rrymave, përcjellësi mund të nxehet mbi pikën e tij të shkrirjes.
Figura 5 - Shkrirja me induksion i metaleve.
Pra, zbuluam se rryma e induksionit mund të sigurojë mekanike, elektrike dhe veprim termik... Të gjitha këto efekte përdoren zakonisht në bota moderne, si në shkallë industriale ashtu edhe në nivel familjar.
Marrëdhënia midis fushave elektrike dhe magnetike është vënë re për një kohë shumë të gjatë. Kjo lidhje u zbulua në shekullin e 19-të nga fizikani anglez Faraday dhe i dha një emër. Shfaqet në momentin kur fluksi magnetik depërton në sipërfaqen e lakut të mbyllur. Pasi të ndodhë një ndryshim në fluksin magnetik për një kohë të caktuar, në këtë qark vërehet shfaqja e një rryme elektrike.
Marrëdhënia midis induksionit elektromagnetik dhe fluksit magnetik
Thelbi i fluksit magnetik shfaqet me formulën e njohur: Ф = BS cos α. Në të, Ф është fluksi magnetik, S është sipërfaqja e konturit (zona), B është vektori i induksionit magnetik. Këndi α formohet për shkak të drejtimit të vektorit të induksionit magnetik dhe normalit në sipërfaqen e konturit. Prandaj rrjedh se pragu maksimal i fluksit magnetik do të arrijë në cos α = 1, dhe minimumi në cos α = 0.
Në variantin e dytë, vektori B do të jetë pingul me normalen. Rezulton se linjat e rrjedhës nuk e kalojnë konturin, por vetëm rrëshqasin përgjatë planit të saj. Rrjedhimisht, karakteristikat do të përcaktohen nga vijat e vektorit B që kryqëzojnë sipërfaqen e konturit. Për llogaritjen, Weber përdoret si njësi matëse: 1 wb = 1v x 1s (volt-sekondë). Një njësi tjetër matëse më e vogël është Maxwell (μs). Është: 1 wb = 108 μs, pra 1 μs = 10-8 wb.
Për kërkime, Faraday përdori dy mbështjellje teli, të izoluara nga njëra-tjetra dhe të vendosura në një spirale prej druri. Njëra prej tyre ishte e lidhur me një burim energjie dhe tjetra ishte e lidhur me një galvanometër të projektuar për të regjistruar rryma të ulëta. Në momentin kur qarku i spiralës origjinale është mbyllur dhe hapur, në një qark tjetër shigjeta e pajisjes matëse është devijuar.
Hulumtimi i dukurisë së induksionit
Në serinë e parë të eksperimenteve, Michael Faraday futi një shufër metalike të magnetizuar në një spirale të lidhur me një rrymë dhe më pas e nxori atë (Fig. 1, 2).
1 
2 
Kur një magnet vendoset në një spirale të lidhur me një pajisje matës, një rrymë induksioni fillon të rrjedhë në qark. Nëse shiriti magnetik hiqet nga spiralja, rryma e induksionit ende shfaqet, por drejtimi i saj është tashmë i kundërt. Rrjedhimisht, parametrat e rrymës së induksionit do të ndryshohen në drejtim të lëvizjes së shiritit dhe në varësi të shtyllës me të cilën vendoset në bobina. Forca aktuale ndikohet nga shpejtësia e lëvizjes së magnetit.
Në serinë e dytë të eksperimenteve, konfirmohet fenomeni, në të cilin një rrymë që ndryshon në një spirale shkakton një rrymë induksioni në një spirale tjetër (Fig. 3, 4, 5). Kjo ndodh në momentet e mbylljes dhe hapjes së qarkut. Drejtimi i rrymës do të varet gjithashtu nga fakti nëse qarku elektrik është i mbyllur apo i hapur. Përveç kësaj, këto veprime nuk janë gjë tjetër veçse mënyra për të ndryshuar fluksin magnetik. Kur qarku mbyllet, ai do të rritet, dhe kur të hapet, do të ulet, duke depërtuar njëkohësisht në bobinën e parë.
3 
4 
5 
Si rezultat i eksperimenteve, u zbulua se shfaqja e një rryme elektrike brenda një qarku të mbyllur përcjellës është e mundur vetëm kur ato vendosen në një fushë magnetike alternative. Në të njëjtën kohë, rrjedha mund të ndryshojë në kohë me çdo mjet.
Rryma elektrike që shfaqet nën ndikimin e induksionit elektromagnetik quhet induksion, megjithëse nuk do të jetë një rrymë në kuptimin konvencional. Kur një lak i mbyllur është në një fushë magnetike, EMF gjenerohet me një vlerë të saktë, dhe jo një rrymë që varet nga rezistenca të ndryshme.
Ky fenomen quhet EMF i induksionit, i cili pasqyrohet me formulën: Eind = - ∆F / ∆t. Vlera e saj përkon me shpejtësinë e ndryshimeve në fluksin magnetik që depërton në sipërfaqen e lakut të mbyllur, marrë me një vlerë negative. Minus i pranishëm në kjo shprehje, është një pasqyrim i sundimit të Lenz-it.
Rregulli i Lenz-it për fluksin magnetik
Rregulli i njohur është nxjerrë pas një sërë studimesh në vitet '30 të shekullit të 19-të. Është formuluar si më poshtë:
Drejtimi i rrymës së induksionit, i ngacmuar në një lak të mbyllur nga një fluks magnetik në ndryshim, ndikon në fushën magnetike të krijuar prej tij në atë mënyrë që ajo, nga ana tjetër, krijon një pengesë për fluksin magnetik që shkakton shfaqjen e rrymës së induksionit.
Kur fluksi magnetik rritet, d.m.th., ai bëhet Ф> 0, dhe EMF i induksionit zvogëlohet dhe bëhet Eind< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.
Nëse rrjedha zvogëlohet, atëherë ndodh procesi i kundërt, kur Ф< 0 и Еинд >0, domethënë, veprimi i fushës magnetike të rrymës së induksionit, ka një rritje të fluksit magnetik që kalon nëpër qark.
Kuptimi fizik i rregullit të Lenz-it është të pasqyrojë ligjin e ruajtjes së energjisë, kur me një ulje të një sasie, tjetra rritet dhe, anasjelltas, me një rritje në një sasi, tjetra do të ulet. Faktorë të ndryshëm ndikojnë gjithashtu në EMF të induksionit. Kur një magnet i fortë dhe i dobët futet në spirale në mënyrë alternative, pajisja do të tregojë përkatësisht një vlerë më të lartë në rastin e parë dhe një vlerë më të ulët në rastin e dytë. E njëjta gjë ndodh kur shpejtësia e magnetit ndryshon.
Figura tregon se si përcaktohet drejtimi i rrymës së induksionit duke përdorur rregullën e Lenz-it. Ngjyre blu korrespondon linjat e energjisë fushat magnetike të rrymës së induksionit dhe magnetit të përhershëm. Ato janë të vendosura në drejtim të poleve nga veriu në jug, të cilat gjenden në çdo magnet.
Ndryshimi i fluksit magnetik çon në shfaqjen e një rryme elektrike induktive, drejtimi i së cilës shkakton kundërshtim nga fusha e saj magnetike, e cila parandalon ndryshimet në fluksin magnetik. Në këtë drejtim, linjat e forcës së fushës magnetike të spirales drejtohen në drejtim të kundërt me linjat e forcës së magnetit të përhershëm, pasi lëvizja e tij ndodh në drejtim të kësaj spirale.
Përdoret me një fije të djathtë për të përcaktuar drejtimin e rrymës. Duhet të vidhohet në mënyrë që drejtimi i lëvizjes së tij përkthimore të përkojë me drejtimin e linjave të induksionit të spirales. Në këtë rast, drejtimet e rrymës së induksionit dhe rrotullimit të dorezës së gjimbalit do të përkojnë.