อะไรเป็นตัวกำหนดความแรงของกระแสเหนี่ยวนำ? การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ครูฟิสิกส์, โรงเรียนมัธยมหมายเลข 58, เซวาสโทพอล, Safronenko N.I.

หัวข้อบทเรียน: การทดลองของฟาราเดย์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

งานห้องปฏิบัติการ “ศึกษาปรากฏการณ์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า»

วัตถุประสงค์ของบทเรียน : รู้/เข้าใจ : นิยามปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถอธิบายและอธิบายการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้สามารถสังเกตได้ ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ, ใช้ง่าย เครื่องมือวัดเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพ

- การพัฒนา: พัฒนาการคิดเชิงตรรกะ ความสนใจทางปัญญา การสังเกต

- เกี่ยวกับการศึกษา: เพื่อสร้างความมั่นใจในความเป็นไปได้ในการรู้จักธรรมชาติความจำเป็นการใช้ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อย่างชาญฉลาดเพื่อ การพัฒนาต่อไปสังคมมนุษย์ การเคารพผู้สร้างวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี.

อุปกรณ์: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: ขดลวดที่มีกัลวาโนมิเตอร์, แม่เหล็ก, ขดลวดที่มีแกนกลาง, แหล่งกำเนิดกระแส, ลิโน่, ขดลวดที่มีแกนกลางซึ่งกระแสสลับไหลผ่าน, ของแข็งและวงแหวนที่มีช่อง, ขดลวดที่มีแสง หลอดไฟ ภาพยนตร์เกี่ยวกับเอ็ม.ฟาราเดย์

ประเภทบทเรียน: บทเรียนรวม

วิธีการเรียน: ค้นหา อธิบาย และอธิบายบางส่วน

การบ้าน:

§21(หน้า 90-93) ตอบคำถามด้วยวาจา หน้า 90 ทดสอบ 11 หน้า 108

งานห้องปฏิบัติการ

ศึกษาปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

เป้าหมายของการทำงาน: ที่จะคิดออก

1) ภายใต้เงื่อนไขใดกระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏในวงจรปิด (ขดลวด)

2) สิ่งที่กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ

3) ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับอะไร?

อุปกรณ์ : มิลลิแอมป์มิเตอร์, คอยล์, แม่เหล็ก

ในระหว่างเรียน

เชื่อมต่อปลายคอยล์เข้ากับขั้วของมิลลิแอมป์มิเตอร์

1. ค้นหาอะไร กระแสไฟฟ้า (เหนี่ยวนำ) ในขดลวดเกิดขึ้นเมื่อ สนามแม่เหล็กภายในขดลวด การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กภายในขดลวดอาจเกิดจากการเคลื่อนแม่เหล็กเข้าหรือออกจากขดลวด

A) ใส่แม่เหล็ก ขั้วโลกใต้เข้าไปในรีลแล้วจึงถอดออก

B) ใส่แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือเข้าไปในขดลวดแล้วถอดออก

เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ กระแส (เหนี่ยวนำ) จะปรากฏที่ขดลวดหรือไม่? (เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏภายในขดลวดหรือไม่)

2. ค้นหาอะไร ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กสัมพันธ์กับขดลวด (เพิ่มหรือถอดแม่เหล็ก) และแม่เหล็กที่เสียบหรือถอดขั้วใด

A) ใส่แม่เหล็กที่มีขั้วใต้เข้าไปในขดลวดแล้วถอดออก สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นกับเข็มมิลลิแอมมิเตอร์ในทั้งสองกรณี

B) ใส่แม่เหล็กที่มีขั้วเหนือเข้าไปในขดลวดแล้วถอดออก สังเกตสิ่งที่เกิดขึ้นกับเข็มมิลลิแอมมิเตอร์ในทั้งสองกรณี วาดทิศทางการโก่งตัวของเข็มมิลลิเมตร:

เสาแม่เหล็ก

เพื่อม้วน

จากรอก

ขั้วโลกใต้

ขั้วโลกเหนือ

3. ค้นหาอะไร ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับความเร็วของแม่เหล็ก (อัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในขดลวด)

ค่อยๆ ใส่แม่เหล็กเข้าไปในขดลวด สังเกตการอ่านค่ามิลลิแอมมิเตอร์

ใส่แม่เหล็กเข้าไปในขดลวดอย่างรวดเร็ว สังเกตการอ่านค่ามิลลิแอมมิเตอร์

บทสรุป.

ในระหว่างเรียน

เส้นทางสู่ความรู้? เธอเป็นคนเข้าใจง่าย คุณสามารถตอบได้ง่ายๆ ว่า “คุณทำผิดแล้วทำผิดอีก แต่น้อยลง น้อยลงในแต่ละครั้ง ฉันหวังว่าบทเรียนในวันนี้จะน้อยลงหนึ่งเรื่องบนเส้นทางแห่งความรู้นี้ บทเรียนของเราเน้นไปที่ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Faraday เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2374 เป็นกรณีที่หายากเมื่อทราบวันที่ค้นพบที่น่าทึ่งครั้งใหม่อย่างแม่นยำ!

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น กระแสไฟฟ้าในตัวนำปิด (ขดลวด) เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกภายในขดลวดเปลี่ยนแปลง กระแสเรียกว่าการเหนี่ยวนำ การปฐมนิเทศ - แนวทางการรับ

วัตถุประสงค์ของบทเรียน: ศึกษาปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏภายใต้เงื่อนไขใดในวงจรปิด (ขดลวด) ค้นหาสิ่งที่กำหนดทิศทางและขนาดของกระแสเหนี่ยวนำ

ในเวลาเดียวกันกับการศึกษาเนื้อหา คุณจะปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 (พ.ศ. 2363) หลังจากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก เออร์สเตด เป็นที่ชัดเจนว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็กรอบตัวมันเอง จำประสบการณ์นี้อีกครั้ง (นักเรียนคนหนึ่งเล่าการทดลองของเออร์สเตด ). หลังจากนั้นคำถามก็เกิดขึ้นว่าสามารถรับกระแสไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็กได้หรือไม่ เช่น ผลิต การกระทำย้อนกลับ. ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์หันมาสนใจการทดลองดังกล่าว: พวกเขาเริ่มมองหาความเป็นไปได้ในการสร้างกระแสไฟฟ้าเนื่องจากสนามแม่เหล็ก เอ็ม. ฟาราเดย์เขียนไว้ในไดอารี่ของเขา: “แปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า” และฉันก็เดินไปสู่เป้าหมายมาเกือบสิบปี เขารับมือกับงานได้อย่างยอดเยี่ยม เพื่อเป็นการเตือนใจถึงสิ่งที่เขาควรคำนึงถึงอยู่เสมอ เขาพกแม่เหล็กไว้ในกระเป๋า ในบทเรียนนี้ เราจะแสดงความเคารพต่อนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่

มารำลึกถึงไมเคิล ฟาราเดย์กันเถอะ เขาคือใคร? (นักเรียนคนหนึ่งพูดถึงเอ็ม. ฟาราเดย์ ).

ลูกชายของช่างตีเหล็ก, คนส่งหนังสือพิมพ์, ช่างเย็บเล่ม, คนที่เรียนรู้ด้วยตนเองซึ่งศึกษาฟิสิกส์และเคมีจากหนังสืออย่างอิสระ, ผู้ช่วยห้องปฏิบัติการของ Devi นักเคมีที่โดดเด่นและในที่สุดก็เป็นนักวิทยาศาสตร์เขาทำงานหนักมากแสดงความฉลาด ความอุตสาหะและความอุตสาหะจนได้รับกระแสไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็ก

มาร่วมเดินทางไปสู่ช่วงเวลาอันห่างไกลเหล่านั้นและสร้างการทดลองของฟาราเดย์ขึ้นมาใหม่ ฟาราเดย์ถือเป็นนักทดลองที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ฟิสิกส์

เอ็น ส

1) 2)

สเอ็น

แม่เหล็กถูกใส่เข้าไปในขดลวด เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ในขดลวด จะมีการบันทึกกระแส (การเหนี่ยวนำ) โครงการแรกค่อนข้างง่าย ประการแรก เอ็ม. ฟาราเดย์ใช้ขดลวดที่มีจำนวนรอบมากในการทดลองของเขา คอยล์เชื่อมต่อกับอุปกรณ์มิลลิแอมมิเตอร์ ต้องบอกว่าในสมัยที่ห่างไกลนั้นไม่มีเครื่องมือที่ดีพอที่จะวัดกระแสไฟฟ้าได้ ดังนั้นเราจึงใช้สิ่งที่ผิดปกติ โซลูชันทางเทคนิค: พวกเขาหยิบเข็มแม่เหล็กวางตัวนำไว้ข้างๆ ซึ่งมีกระแสไหลผ่าน และตัดสินการไหลของกระแสโดยการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็ก เราจะตัดสินกระแสตามการอ่านค่ามิลลิแอมมิเตอร์

นักเรียนจำลองประสบการณ์ ปฏิบัติตามขั้นตอนที่ 1 ใน งานห้องปฏิบัติการ. เราสังเกตเห็นว่าเข็มมิลลิแอมมิเตอร์เบี่ยงเบนไปจากค่าศูนย์ นั่นคือ แสดงว่ากระแสปรากฏในวงจรเมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่ ทันทีที่แม่เหล็กหยุด ลูกศรจะกลับสู่ตำแหน่งศูนย์นั่นคือ ไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร กระแสจะปรากฏขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กภายในขดลวดเปลี่ยนแปลง

เรามาถึงสิ่งที่เราพูดถึงในตอนต้นของบทเรียน: เราได้รับกระแสไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง นี่คือบุญแรกของเอ็มฟาราเดย์

ข้อดีประการที่สองของเอ็ม. ฟาราเดย์คือเขากำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับ เราจะสร้างสิ่งนี้ด้วยนักเรียนดำเนินการขั้นตอนที่ 2 ในงานห้องปฏิบัติการ มาดูจุดที่ 3 ของงานห้องปฏิบัติการกันดีกว่า เรามาดูกันว่าความแรงของกระแสเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก (อัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในขดลวด)

เอ็ม. ฟาราเดย์ได้ข้อสรุปอะไร?

กระแสไฟฟ้าปรากฏในวงจรปิดเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง (ถ้ามีสนามแม่เหล็กอยู่แต่ไม่เปลี่ยนแปลงแสดงว่าไม่มีกระแสไฟฟ้า)

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของแม่เหล็กและขั้วของมัน

ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำนั้นแปรผันตามอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

การทดลองครั้งที่สองของเอ็ม. ฟาราเดย์:

ฉันเอาคอยล์สองอันบนแกนกลางทั่วไป ฉันเชื่อมต่ออันหนึ่งกับมิลลิแอมมิเตอร์ และอันที่สองโดยใช้คีย์ไปยังแหล่งกำเนิดปัจจุบัน ทันทีที่ปิดวงจร มิลลิแอมมิเตอร์จะแสดงกระแสเหนี่ยวนำ เมื่อเปิดออกมาก็แสดงกระแสด้วย ในขณะที่วงจรปิดอยู่เช่น มีกระแสไหลในวงจร มิลลิแอมมิเตอร์ไม่แสดงกระแสใดๆ สนามแม่เหล็กมีอยู่แต่ไม่เปลี่ยนแปลง

ลองพิจารณาการทดลองของเอ็ม. ฟาราเดย์เวอร์ชันใหม่กัน เราใส่และถอดแม่เหล็กไฟฟ้าและแกนเข้าไปในขดลวดที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ เปิดและปิดกระแสไฟฟ้า และใช้ลิโน่เพื่อเปลี่ยนความแรงของกระแสไฟฟ้า ขดลวดที่มีหลอดไฟวางอยู่บนแกนของขดลวดซึ่งมีกระแสสลับไหลผ่าน

พบว่า เงื่อนไข การเกิดกระแสเหนี่ยวนำในวงจรปิด (ขดลวด) และอะไรคือสาเหตุ มันเกิดขึ้นเหรอ? ให้เราระลึกถึงเงื่อนไขของการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า ได้แก่: อนุภาคที่มีประจุและสนามไฟฟ้า ความจริงก็คือสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้า (กระแสน้ำวน) ในอวกาศ ซึ่งทำหน้าที่กับอิเล็กตรอนอิสระในขดลวดและกำหนดให้พวกมันเคลื่อนที่ในทิศทาง ซึ่งทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ

สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จำนวนเส้นสนามแม่เหล็กผ่านวงจรปิดเปลี่ยนแปลง หากคุณหมุนเฟรมในสนามแม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในนั้นแสดงรุ่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยความช่วยเหลือ พลังงานไฟฟ้าซึ่งตั้งอยู่ที่สถานประกอบการอุตสาหกรรมพลังงาน (โรงไฟฟ้า)ภาพยนตร์เกี่ยวกับ เอ็ม. ฟาราเดย์ “จากไฟฟ้าสู่เครื่องกำเนิดไฟฟ้า” เริ่มฉายเวลา 12.02 นาที

หม้อแปลงไฟฟ้าทำงานบนปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งช่วยส่งกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่สูญเสียมีสายไฟแสดงอยู่

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในการทำงานของเครื่องตรวจจับข้อบกพร่องด้วยความช่วยเหลือในการตรวจสอบคานเหล็กและราง (ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในลำแสงจะบิดเบือนสนามแม่เหล็กและกระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในคอยล์เครื่องตรวจจับข้อบกพร่อง)

ฉันอยากจะจำคำพูดของเฮล์มโฮลทซ์: “ตราบใดที่ผู้คนเพลิดเพลินกับคุณประโยชน์ของไฟฟ้า พวกเขาจะจำชื่อของฟาราเดย์”

“ขอให้ผู้บริสุทธิ์ผู้ค้นพบกฎต่างๆ ในนั้นด้วยความกระตือรือร้นอย่างสร้างสรรค์ สำรวจโลกทั้งใบ”

ฉันคิดว่าบนเส้นทางแห่งความรู้ของเรามีข้อผิดพลาดน้อยลงด้วยซ้ำ

คุณเรียนรู้อะไรใหม่? (กระแสนั้นสามารถรับได้โดยใช้สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง เราพบว่าทิศทางและขนาดของกระแสเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับอะไร)

คุณได้เรียนรู้อะไรบ้าง? (รับกระแสเหนี่ยวนำโดยใช้สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง)

คำถาม:

แม่เหล็กจะถูกผลักเข้าไปในวงแหวนโลหะในช่วงสองวินาทีแรก ในช่วงสองวินาทีถัดไป แม่เหล็กจะไม่เคลื่อนไหวภายในวงแหวน และในช่วงสองวินาทีถัดไป แม่เหล็กจะถูกดึงออก กระแสไหลในขดลวดในช่วงเวลาใด? (ตั้งแต่ 1-2 วินาที; 5-6 วินาที)

แหวนที่มีหรือไม่มีช่องถูกใส่ไว้บนแม่เหล็ก กระแสเหนี่ยวนำเกิดขึ้นที่ไหน? (ในวงแหวนปิด)

บนแกนของขดลวดซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับจะมีวงแหวนอยู่ กระแสไฟเปิดอยู่และวงแหวนกระโดด ทำไม

การออกแบบบอร์ด:

“เปลี่ยนแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า”

เอ็ม. ฟาราเดย์

ภาพเหมือนของเอ็ม. ฟาราเดย์

ภาพวาดการทดลองของเอ็ม. ฟาราเดย์

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดกระแสไฟฟ้าในตัวนำปิด (ขดลวด) เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกภายในขดลวดเปลี่ยนแปลง

กระแสนี้เรียกว่ากระแสเหนี่ยวนำ

หากมีวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดในสนามแม่เหล็กที่ไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในวงจร ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การปรากฏตัวของกระแสบ่งบอกถึงการเกิดขึ้นในวงจร สนามไฟฟ้าซึ่งสามารถให้การเคลื่อนที่แบบปิดได้ ค่าไฟฟ้าหรืออีกนัยหนึ่งเกี่ยวกับการเกิด EMF สนามไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงและงานที่ประจุเคลื่อนที่ไปตามวงจรปิดไม่เท่ากับศูนย์จึงปิดลง สายไฟและเรียกว่ากระแสน้ำวน

เพื่ออธิบายการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในเชิงปริมาณ แนวคิดนี้จึงถูกนำมาใช้ สนามแม่เหล็ก(หรือฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) ผ่านวงปิด สำหรับรูปร่างแบนที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ (และเฉพาะสถานการณ์ดังกล่าวเท่านั้นที่เด็กนักเรียนสามารถเผชิญได้ในการสอบแบบครบวงจร) ฟลักซ์แม่เหล็กถูกกำหนดเป็น

โดยที่ การเหนี่ยวนำสนาม คือ พื้นที่เส้นขอบ คือ มุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและเส้นปกติ (ตั้งฉาก) กับระนาบเส้นขอบ (ดูรูป; เส้นตั้งฉากกับระนาบเส้นขอบจะแสดงด้วยเส้นประ) หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กเข้า ระบบระหว่างประเทศหน่วยวัด SI คือ Weber (Wb) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นฟลักซ์แม่เหล็กผ่านรูปร่างของพื้นที่ 1 m 2 ของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอโดยมีความเหนี่ยวนำ 1 T ตั้งฉากกับระนาบของรูปร่าง

ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรนี้เปลี่ยนแปลงเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

นี่คือการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรในช่วงเวลาสั้นๆ ทรัพย์สินที่สำคัญกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (23.2) เป็นความเป็นสากลที่เกี่ยวข้องกับสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก: ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรสามารถเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่ของวงจร หรือการเปลี่ยนแปลงมุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำกับเส้นปกติซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวงจรหมุนในสนาม ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมด ตามกฎหมาย (23.2) แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏในวงจร

เครื่องหมายลบในสูตร (23.2) คือ "รับผิดชอบ" สำหรับทิศทางของกระแสที่เกิดจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (กฎของ Lenz) อย่างไรก็ตามไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเข้าใจในภาษาของกฎหมาย (23.2) ว่าทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำที่สัญญาณนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งในฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจร แต่มันค่อนข้างง่ายที่จะจำผลลัพธ์: กระแสเหนี่ยวนำจะถูกกำหนดทิศทางในลักษณะที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะ "มีแนวโน้ม" เพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กภายนอกที่สร้างกระแสนี้ ตัวอย่างเช่น เมื่อฟลักซ์ของสนามแม่เหล็กภายนอกผ่านวงจรเพิ่มขึ้น กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในสนามแม่เหล็กนั้น สนามแม่เหล็กจะหันไปตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กภายนอกเพื่อลด สนามภายนอกและด้วยเหตุนี้จึงรักษาขนาดดั้งเดิมของสนามแม่เหล็กไว้ เมื่อสนามแม่เหล็กไหลผ่านวงจรลดลง สนามกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกทิศทางในลักษณะเดียวกับสนามแม่เหล็กภายนอก

หากกระแสในวงจรที่มีกระแสเปลี่ยนแปลงด้วยเหตุผลบางประการฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน จากนั้นตามกฎหมาย (23.2) แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำควรปรากฏในวงจร ปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าบางวงจรอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรนี้เองเรียกว่าการเหนี่ยวนำตัวเอง การค้นหา แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองในวงจรไฟฟ้าบางวงจรจำเป็นต้องคำนวณฟลักซ์ของสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยวงจรนี้ผ่านตัวมันเอง การคำนวณดังกล่าวทำให้เกิดปัญหาที่ยากเนื่องจากสนามแม่เหล็กไม่สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติหนึ่งของโฟลว์นี้ชัดเจน เนื่องจากสนามแม่เหล็ก สร้างขึ้นโดยกระแสในวงจรจะเป็นสัดส่วนกับขนาดของกระแส ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่ผ่านวงจรจะเป็นสัดส่วนกับกระแสในวงจรนี้

โดยที่ความแรงของกระแสในวงจรคือค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งเป็นลักษณะของ "เรขาคณิต" ของวงจร แต่ไม่ขึ้นอยู่กับกระแสในนั้นและเรียกว่าความเหนี่ยวนำของวงจรนี้ หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำคือ Henry (H) 1 H หมายถึงการเหนี่ยวนำของวงจรดังกล่าว ซึ่งเป็นฟลักซ์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กของมันเองซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 Wb ด้วยความแรงของกระแสไฟฟ้า 1 A โดยคำนึงถึงคำจำกัดความของการเหนี่ยวนำ (23.3) จากกฎแม่เหล็กไฟฟ้า การเหนี่ยวนำ (23.2) ที่เราได้รับสำหรับ EMF การเหนี่ยวนำตัวเอง

เนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเอง กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าใด ๆ จึงมี "ความเฉื่อย" ที่แน่นอนและด้วยเหตุนี้จึงมีพลังงาน ที่จริงแล้วเพื่อสร้างกระแสในวงจรจำเป็นต้องทำงานเพื่อเอาชนะ EMF เหนี่ยวนำตัวเอง พลังงานของวงจรกระแสจะเท่ากับงานนี้ จำเป็นต้องจำสูตรพลังงานของวงจรกระแสไฟฟ้า

โดยที่ความเหนี่ยวนำของวงจรคือความแรงของกระแสในนั้น

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี การสร้างกระแสไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโรงไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับมัน ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นสะเทือนทางกลจะถูกแปลงเป็นการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าในไมโครโฟน ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า มันใช้งานได้โดยเฉพาะ วงจรไฟฟ้า, ซึ่งถูกเรียกว่า วงจรการสั่น(ดูบทถัดไป) ซึ่งเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์ส่งหรือรับวิทยุใดๆ

ตอนนี้เรามาพิจารณางานกัน

ของผู้ที่อยู่ในรายการ ปัญหา 23.1.1ปรากฏการณ์ กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีผลเพียงประการเดียวเท่านั้น - การปรากฏตัวของกระแสในวงแหวนเมื่อไหลผ่าน แม่เหล็กถาวร(คำตอบ 3 ). ทุกสิ่งทุกอย่างเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กของกระแส

ตามที่ระบุไว้ในบทนำของบทนี้ ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ารองรับการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ ( ปัญหา 23.1.2), เช่น. อุปกรณ์ที่สร้างกระแสสลับที่ความถี่ที่กำหนด (คำตอบ 2 ).

การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวรจะลดลงตามระยะห่างที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้วงแหวน ( ปัญหา 23.1.3) ฟลักซ์ของสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กผ่านวงแหวนจะเปลี่ยนไปและกระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในวงแหวน แน่นอนว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้วงแหวนทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้ แต่ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในกรณีนี้จะแตกต่างออกไป นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้วงแหวนด้วยขั้วที่แตกต่างกัน สนามในระนาบของวงแหวนในกรณีหนึ่งจะหันไปตรงข้ามกับสนามในอีกอันหนึ่ง ดังนั้น เพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในสนามภายนอก สนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงต้องมีทิศทางแตกต่างออกไปในกรณีเหล่านี้ ดังนั้นทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในวงแหวนจะตรงกันข้าม (ตอบ 4 ).

เพื่อให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในวงแหวน จำเป็นที่ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงแหวนจะเปลี่ยนไป และเนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กนั้นขึ้นอยู่กับระยะห่างของมัน ดังนั้นในการพิจารณา ปัญหา 23.1.4ในกรณีนี้ การไหลผ่านวงแหวนจะเปลี่ยนไป และกระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในวงแหวน (คำตอบ 1 ).

เมื่อหมุนเฟรม 1 ( ปัญหา 23.1.5) มุมระหว่างเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (และดังนั้นเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ) และระนาบของเฟรม ณ เวลาใด ๆ จะเป็นศูนย์ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กผ่านเฟรม 1 จะไม่เปลี่ยนแปลง (ดูสูตร (23.1)) และกระแสเหนี่ยวนำจะไม่เกิดขึ้นในนั้น ในเฟรมที่ 2 กระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้น: ในตำแหน่งที่แสดงในรูป ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านจะเป็นศูนย์ เมื่อเฟรมหมุนหนึ่งในสี่ของการหมุน มันจะเท่ากับ โดยที่การเหนี่ยวนำอยู่ที่ไหนและเป็นพื้นที่ของ กรอบ. หลังจากผ่านไปอีกหนึ่งไตรมาส การไหลจะเป็นศูนย์อีกครั้ง ฯลฯ ดังนั้นฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านเฟรม 2 จะเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการหมุนดังนั้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงปรากฏขึ้น (คำตอบ 2 ).

ใน ปัญหา 23.1.6กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นเฉพาะกรณีที่ 2 เท่านั้น (ตอบ 2 ). อันที่จริงในกรณีที่ 1 เฟรมเมื่อเคลื่อนที่จะยังคงอยู่ห่างจากตัวนำเท่ากันดังนั้นสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยตัวนำนี้ในระนาบของเฟรมจึงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อเฟรมเคลื่อนออกจากตัวนำ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามตัวนำในพื้นที่เฟรมจะเปลี่ยนไป ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านเฟรมจะเปลี่ยนไป และกระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้น

กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าระบุว่ากระแสเหนี่ยวนำจะไหลในวงแหวนในเวลาที่ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงแหวนเปลี่ยนแปลง ดังนั้นในขณะที่แม่เหล็กอยู่นิ่งใกล้วงแหวน ( ปัญหา 23.1.7) ไม่มีกระแสเหนี่ยวนำไหลในวงแหวน ดังนั้นคำตอบที่ถูกต้องในปัญหานี้ก็คือ 2 .

ตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (23.2) แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในเฟรมจะถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านมัน และเนื่องจากตามเงื่อนไข ปัญหา 23.1.8การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในพื้นที่เฟรมเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ อัตราการเปลี่ยนแปลงจะคงที่ ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการทดลอง (คำตอบ 3 ).

ใน ปัญหา 23.1.9แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในเฟรมในกรณีที่สองนั้นมากกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในเฟรมแรกถึงสี่เท่า (คำตอบ 4 ). นี่เป็นเพราะพื้นที่เฟรมเพิ่มขึ้นสี่เท่าและด้วยเหตุนี้ฟลักซ์แม่เหล็กจึงไหลผ่านในกรณีที่สอง

ใน งาน 23.1.10ในกรณีที่สอง อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะเพิ่มเป็นสองเท่า (การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามปริมาณที่เท่ากัน แต่ในครึ่งหนึ่งของเวลา) ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเฟรมในกรณีที่สองจึงมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของครั้งแรก (ตอบ 1 ).

เมื่อกระแสไฟฟ้าในตัวนำปิดเพิ่มขึ้นสองเท่า ( ปัญหา 23.2.1) ขนาดของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในแต่ละจุดในอวกาศโดยไม่เปลี่ยนทิศทาง ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจะผ่านพื้นที่เล็ก ๆ และดังนั้นตัวนำทั้งหมดจะเปลี่ยนสองครั้งอย่างแน่นอน (คำตอบ 1 ). แต่อัตราส่วนของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านตัวนำต่อกระแสในตัวนำนี้ซึ่งแสดงถึงความเหนี่ยวนำของตัวนำ ก็จะไม่เปลี่ยนแปลง ( ปัญหา 23.2.2- คำตอบ 3 ).

ใช้สูตร (23.3) เราพบใน ปัญหา 32.2.3จีเอ็น (ตอบ 4 ).

ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และความเหนี่ยวนำ ( ปัญหา 23.2.4) ตามคำจำกัดความของการเหนี่ยวนำ (23.3): หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็ก (Wb) เท่ากับผลคูณของหน่วยกระแส (A) โดยหน่วยของการเหนี่ยวนำ (H) - คำตอบ 3 .

ตามสูตร (23.5) โดยความเหนี่ยวนำของขดลวดเพิ่มขึ้นสองเท่าและกระแสในนั้นลดลงสองเท่า ( ปัญหา 23.2.5) พลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวดจะลดลง 2 เท่า (ตอบ 2 ).

เมื่อเฟรมหมุนในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านเฟรมจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงมุมระหว่างตั้งฉากกับระนาบของเฟรมกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก และเนื่องจากทั้งกรณีแรกและกรณีที่สองใน ปัญหา 23.2.6มุมนี้เปลี่ยนแปลงตามกฎเดียวกัน (ตามเงื่อนไข ความถี่ของการหมุนของเฟรมจะเท่ากัน) จากนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเปลี่ยนตามกฎเดียวกัน ดังนั้น อัตราส่วนของค่าแอมพลิจูดของ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำภายในเฟรมมีค่าเท่ากับหนึ่ง (คำตอบ 2 ).

สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยตัวนำกระแสไฟในพื้นที่เฟรม ( ปัญหา 23.2.7) สั่งการ “จากเรา” (ดูวิธีแก้ไขปัญหาในบทที่ 22) ขนาดการเหนี่ยวนำสนามของเส้นลวดในบริเวณเฟรมจะลดลงเมื่อเคลื่อนออกจากเส้นลวด ดังนั้นกระแสเหนี่ยวนำในเฟรมควรสร้างสนามแม่เหล็กที่พุ่งเข้าไปในกรอบ "ห่างจากเรา" ตอนนี้ใช้กฎสว่านเพื่อค้นหาทิศทางของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เราสรุปได้ว่ากระแสเหนี่ยวนำในเฟรมจะถูกทิศทางตามเข็มนาฬิกา (คำตอบ 1 ).

เมื่อกระแสในเส้นลวดเพิ่มขึ้น สนามแม่เหล็กที่เส้นลวดสร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้น และกระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏในเฟรม ( ปัญหา 23.2.8). เป็นผลให้เกิดการโต้ตอบระหว่างกระแสเหนี่ยวนำในเฟรมและกระแสในตัวนำ หากต้องการค้นหาทิศทางของปฏิกิริยานี้ (แรงดึงดูดหรือแรงผลัก) คุณสามารถค้นหาทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ จากนั้นใช้สูตรแอมแปร์ ซึ่งเป็นแรงปฏิกิริยาระหว่างเฟรมกับเส้นลวด แต่คุณสามารถทำให้มันแตกต่างออกไปได้ โดยใช้กฎของเลนซ์ ปรากฏการณ์อุปนัยทั้งหมดต้องมีทิศทางเพื่อชดเชยสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เหล่านั้น และเนื่องจากเหตุผลคือกระแสที่เพิ่มขึ้นในเฟรม แรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสเหนี่ยวนำกับเส้นลวดจึงมีแนวโน้มที่จะลดฟลักซ์แม่เหล็กของสนามลวดผ่านเฟรม และเนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามลวดจะลดลงตามระยะห่างที่เพิ่มขึ้น แรงนี้จะดันเฟรมออกจากเส้นลวด (คำตอบ 2 ). ถ้ากระแสไฟในเส้นลวดลดลง เฟรมจะถูกดึงดูดเข้ากับเส้นลวด

ปัญหา 23.2.9ยังเกี่ยวข้องกับทิศทางของปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำและกฎของเลนซ์ด้วย เมื่อแม่เหล็กเข้าใกล้วงแหวนนำไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในนั้น และทิศทางของแม่เหล็กจะเป็นเช่นนั้นเพื่อชดเชยสาเหตุที่ทำให้เกิดวงแหวนนั้น และเนื่องจากเหตุผลนี้คือการเข้าใกล้ของแม่เหล็ก วงแหวนจึงจะถูกผลักออกจากแม่เหล็ก (คำตอบ 2 ). ถ้าแม่เหล็กถูกเคลื่อนออกจากวงแหวน ด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ แรงดึงดูดของวงแหวนกับแม่เหล็กก็จะเกิดขึ้น

ปัญหา 23.2.10เป็นปัญหาทางการคำนวณเพียงอย่างเดียวในบทนี้ ในการค้นหาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ คุณต้องค้นหาการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจร . ก็สามารถทำได้เช่นนี้ ปล่อยให้จัมเปอร์อยู่ในตำแหน่งที่แสดงในรูป และปล่อยให้ช่วงเวลาสั้นๆ ผ่านไป ในช่วงเวลานี้ จัมเปอร์จะเคลื่อนที่ตามจำนวน สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มพื้นที่รูปร่าง ตามจำนวนเงิน . ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรจะเท่ากับ และขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (คำตอบ 4 ).

9.5. กระแสเหนี่ยวนำ

9.5.1. ผลกระทบจากความร้อน กระแสเหนี่ยวนำ

การเกิดขึ้นของ EMF นำไปสู่การปรากฏตัวในวงจรนำไฟฟ้า กระแสเหนี่ยวนำซึ่งความแรงนั้นถูกกำหนดโดยสูตร

ฉัน ฉัน = | ℰi | อาร์

โดยที่ ℰ i คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจร R - ความต้านทานของวงจร

เมื่อกระแสเหนี่ยวนำไหลในวงจร ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ปริมาณของความร้อนจะถูกกำหนดโดยหนึ่งในนิพจน์:

Q i = ฉัน ฉัน 2 R t , Q i = ℰ ฉัน 2 t R , Q i = ฉัน ฉัน | ℰi | เสื้อ

โดยที่ฉัน คือความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในวงจร R - ความต้านทานของวงจร; ที - เวลา; ℰ ผม - แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจร

กำลังกระแสเหนี่ยวนำคำนวณโดยใช้สูตรใดสูตรหนึ่ง:

P i = ฉัน ฉัน 2 R , P i = ℰ ฉัน 2 R , P i = ฉัน ฉัน | ℰi | ,

โดยที่ฉัน คือความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในวงจร R - ความต้านทานของวงจร; ℰ ผม - แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจร

เมื่อกระแสเหนี่ยวนำไหลในวงจรตัวนำ ประจุจะถูกถ่ายโอนผ่านพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ ค่าที่คำนวณโดยสูตร

q i = ฉัน ฉัน ∆t ,

โดยที่ฉัน คือความแรงของกระแสเหนี่ยวนำในวงจร Δt คือช่วงเวลาที่กระแสเหนี่ยวนำไหลผ่านวงจร

ตัวอย่างที่ 21 วงแหวนที่ทำจากลวดซึ่งมีความต้านทาน 50.0 ⋅ 10 −10 โอห์ม ⋅ m อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอโดยมีความเหนี่ยวนำ 250 mT ความยาวของเส้นลวดคือ 1.57 ม. และพื้นที่หน้าตัดคือ 0.100 มม. 2 ประจุสูงสุดที่จะผ่านวงแหวนเมื่อปิดสนามคือเท่าใด?

สารละลาย . การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงแหวนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำที่เจาะทะลุระนาบของวงแหวนเมื่อปิดสนามแม่เหล็ก

ฟลักซ์ของสนามแม่เหล็กที่ผ่านบริเวณวงแหวนถูกกำหนดโดยสูตร:

• ก่อนจะปิดสนามแม่เหล็ก

Ф 1 = B 1 S  cos α,

โดยที่ B 1 คือค่าเริ่มต้นของโมดูลการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก B 1 = 250 mT; พื้นที่วงแหวน S; α คือมุมระหว่างทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและเวกเตอร์ปกติ (ตั้งฉาก) กับระนาบของวงแหวน

• หลังจากปิดสนามแม่เหล็กแล้ว

Ф 2 = B 2 S  cos α = 0,

โดยที่ B 2 คือค่าของโมดูลัสการเหนี่ยวนำหลังจากปิดสนามแม่เหล็ก B 2 = 0

∆Ф = Ф 2 - Ф 1 = −Ф 1

หรือคำนึงถึงรูปแบบที่ชัดเจนของФ 1

∆Ф = −B 1 S  cos α

ค่าเฉลี่ยของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงแหวนเมื่อปิดสนามคือ

| ℰi | = | Δ Ф Δ เสื้อ | = | − B 1 S cos α Δ t | = บี 1 ส | cos α | ∆t,

โดยที่ ∆t คือช่วงเวลาที่ฟิลด์ถูกปิด

การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยกฎของโอห์ม:

ฉัน ฉัน = | ℰi | R = B 1 ส | cos α | RΔt,

โดยที่ R คือความต้านทานของวงแหวน

เมื่อกระแสอุปนัยไหลผ่านวงแหวน ประจุอุปนัยจะถูกถ่ายโอน

q i = ฉัน ฉัน Δ t = B 1 S | cos α | ร.

ค่าสูงสุดของประจุสอดคล้องกับค่าสูงสุดของฟังก์ชันโคไซน์ (cos α = 1):

q ฉันสูงสุด = ฉัน ฉัน Δ t = B 1 S R .

สูตรผลลัพธ์จะกำหนดค่าสูงสุดของประจุที่จะผ่านวงแหวนเมื่อปิดสนาม

อย่างไรก็ตาม ในการคำนวณประจุ จำเป็นต้องได้รับนิพจน์ที่จะช่วยให้เราค้นหาพื้นที่ของวงแหวนและความต้านทานได้

พื้นที่ของวงแหวนคือพื้นที่ของวงกลมที่มีรัศมี r ซึ่งเส้นรอบวงถูกกำหนดโดยสูตรสำหรับเส้นรอบวงของวงกลมและเกิดขึ้นพร้อมกับความยาวของเส้นลวดที่ใช้สร้างวงแหวน:

ล. = 2πr,

โดยที่ l คือความยาวของเส้นลวด l = 1.57 ม.

ตามมาด้วยว่ารัศมีของวงแหวนถูกกำหนดโดยอัตราส่วน

r = ล. 2 π,

และพื้นที่ของมันคือ

S = π r 2 = π ล 2 4 π 2 = ล 2 4 π .

สูตรกำหนดความต้านทานของวงแหวน

R = ρ ล. ส 0 ,

โดยที่ ρ คือความต้านทานของวัสดุลวด ρ = 50.0 × × 10 −10 โอห์ม ⋅ m; S 0 - พื้นที่หน้าตัดของเส้นลวด S 0 = 0.100 มม. 2

ให้เราแทนที่นิพจน์ที่ได้รับสำหรับพื้นที่ของวงแหวนและความต้านทานเป็นสูตรที่กำหนดประจุที่ต้องการ:

q ฉันสูงสุด = B 1 l 2 S 0 4 π ρ l = B 1 l S 0 4 π ρ .

มาคำนวณกัน:

q ฉันสูงสุด = 250 ⋅ 10 − 3 ⋅ 1.57 ⋅ 0.100 ⋅ 10 − 6 4 ⋅ 3.14 ⋅ 50.0 ⋅ 10 − 10 = 0.625 C = 625 mC.

เมื่อปิดสนาม ประจุเท่ากับ 625 mC จะผ่านวงแหวน

ตัวอย่างที่ 22 วงจรที่มีพื้นที่ 2.0 m2 และความต้านทาน 15 mOhm อยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ การเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น 0.30 mT ต่อวินาที ค้นหากำลังไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ของกระแสเหนี่ยวนำในวงจร

สารละลาย . การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรเกิดจากการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำที่เจาะทะลุระนาบของวงจรเมื่อการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยความแตกต่าง

∆Ф = ∆BS  คอส α,

โดยที่ ∆B คือการเปลี่ยนแปลงในโมดูลการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในช่วงเวลาที่เลือก S - พื้นที่ที่ถูกจำกัดโดยรูปร่าง S = 2.0 ม. 2; α คือมุมระหว่างทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับเวกเตอร์ปกติ (ตั้งฉาก) กับระนาบเส้นขอบ

ค่าเฉลี่ยของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง:

| ℰi | = | Δ Ф Δ เสื้อ | = | Δ B S cos α Δ t | = Δ B ส | cos α | ∆t,

โดยที่ ∆B /∆t คืออัตราการเปลี่ยนแปลงขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไป ∆B /∆t = 0.30 mT/s

การปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนำไปสู่การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำถูกกำหนดโดยกฎของโอห์ม:

ฉัน ฉัน = | ℰi | R = Δ B S | cos α | RΔt,

โดยที่ R คือความต้านทานของลูป

กำลังกระแสเหนี่ยวนำ

P i = ฉัน ฉัน 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 .

ค่าสูงสุดของกำลังกระแสเหนี่ยวนำสอดคล้องกับค่าสูงสุดของฟังก์ชันโคไซน์ (cos α = 1):

P ฉันสูงสุด = (Δ B Δ t) 2 S 2 R .

มาคำนวณกัน:

P ฉันสูงสุด = (0.30 ⋅ 10 − 3) 2 (2.0) 2 15 ⋅ 10 − 3 = 24 ⋅ 10 − 6 W = 24 μW

กำลังสูงสุดของกระแสเหนี่ยวนำในวงจรนี้คือ 24 μW

การเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำ

หากคุณวางมันไว้ในตัวนำและย้ายมันเพื่อให้ในระหว่างการเคลื่อนที่มันตัดกับเส้นสนาม แล้วสิ่งที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในตัวนำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในตัวนำแม้ว่าตัวนำนั้นจะยังคงอยู่กับที่ และสนามแม่เหล็กจะเคลื่อนที่ โดยข้ามตัวนำด้วยเส้นแรงของมัน

หากตัวนำที่เหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกปิดกับวงจรภายนอกใด ๆ จากนั้นภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้กระแสที่เรียกว่า กระแสเหนี่ยวนำ

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ EMFในตัวนำเมื่อมีการข้ามด้วยเส้นสนามแม่เหล็กเรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า.

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการย้อนกลับ กล่าวคือ การเปลี่ยนแปลง พลังงานกลเป็นไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าพบการใช้งานอย่างกว้างขวางใน อุปกรณ์ต่างๆ เครื่องจักรไฟฟ้า.

ขนาดและทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ให้เราพิจารณาว่าขนาดและทิศทางของ EMF ที่เกิดขึ้นในตัวนำจะเป็นอย่างไร

ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับจำนวนเส้นสนามที่ตัดผ่านตัวนำต่อหน่วยเวลา เช่น ความเร็วการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนาม

ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็กโดยตรง

ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับความยาวของส่วนของตัวนำที่ตัดกันด้วยเส้นสนาม ส่วนที่ใหญ่กว่าของตัวนำถูกข้ามด้วยเส้นสนาม ยิ่งแรงเคลื่อนไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำในตัวนำมากขึ้นเท่านั้น และในที่สุด ยิ่งสนามแม่เหล็กแรงขึ้นเท่าไร นั่นคือ ยิ่งมีการเหนี่ยวนำมากขึ้นเท่าใด แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ปรากฏในตัวนำที่ข้ามสนามนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้น, ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำเมื่อมันเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ความยาวของตัวนำ และความเร็วของการเคลื่อนที่

การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงโดยสูตร E = Blv

โดยที่ E คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ B - การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก; ฉันคือความยาวของตัวนำ v คือความเร็วการเคลื่อนที่ของตัวนำ

ก็ควรจะจำไว้อย่างมั่นคงว่า ในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อตัวนำนี้ถูกเส้นสนามแม่เหล็กตัดกันหากตัวนำเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนามนั่นคือไม่ข้าม แต่ดูเหมือนว่าจะเลื่อนไปตามพวกมันก็จะไม่มี EMF เกิดขึ้น ดังนั้นสูตรข้างต้นใช้ได้เฉพาะเมื่อตัวนำเคลื่อนที่ตั้งฉากกับเส้นสนามแม่เหล็ก

ทิศทางของ EMF เหนี่ยวนำ (รวมถึงกระแสในตัวนำ) ขึ้นอยู่กับทิศทางที่ตัวนำเคลื่อนที่ ในการกำหนดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ให้ใช้กฎมือขวา

หากคุณจับฝ่ามือขวาของคุณเพื่อให้เส้นสนามแม่เหล็กเข้ามาและงอ นิ้วหัวแม่มือจะระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ จากนั้นสี่นิ้วที่ขยายออกจะระบุทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและทิศทางของกระแสในตัวนำ

กฎมือขวา

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด

เราได้กล่าวไปแล้วว่าเพื่อสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวนำ จำเป็นต้องย้ายตัวนำเองหรือสนามแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก ในทั้งสองกรณี ตัวนำจะต้องถูกข้ามด้วยเส้นสนามแม่เหล็ก มิฉะนั้น EMF จะไม่ถูกเหนี่ยวนำ EMF เหนี่ยวนำและกระแสเหนี่ยวนำสามารถรับได้ไม่เพียง แต่ในตัวนำตรงเท่านั้น แต่ยังอยู่ในตัวนำที่บิดเป็นขดลวดด้วย

เมื่อเคลื่อนที่ภายในแม่เหล็กถาวร EMF จะเกิดขึ้นเนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กตัดผ่านการหมุนของขดลวด นั่นคือเหมือนกับเมื่อตัวนำตรงเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก

หากแม่เหล็กถูกลดระดับลงในขดลวดอย่างช้าๆ EMF ที่เกิดขึ้นจะมีขนาดเล็กมากจนเข็มของอุปกรณ์อาจไม่เบี่ยงเบนด้วยซ้ำ ในทางกลับกัน หากแม่เหล็กถูกเสียบเข้าไปในขดลวดอย่างรวดเร็ว การโก่งตัวของเข็มจะมีขนาดใหญ่ ซึ่งหมายความว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและดังนั้นความแรงของกระแสในขดลวดจึงขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก เช่น ความเร็วของเส้นสนามตัดกับการหมุนของขดลวด หากตอนนี้คุณสลับแม่เหล็กแรงสูงและแม่เหล็กอ่อนเข้าไปในขดลวดด้วยความเร็วเท่ากัน คุณจะสังเกตเห็นว่าด้วยแม่เหล็กแรงสูง เข็มของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนในมุมที่ใหญ่ขึ้น วิธี, ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและดังนั้นความแรงของกระแสในขดลวดจึงขึ้นอยู่กับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็ก

และสุดท้าย หากคุณนำแม่เหล็กอันเดียวกันมาด้วยความเร็วเท่ากัน ขั้นแรกให้ขดลวดมีจำนวนรอบมาก แล้วตามด้วยจำนวนที่น้อยกว่ามาก ในกรณีแรก เข็มของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนไปในมุมที่ใหญ่กว่า ในวินาที ซึ่งหมายความว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและความแรงของกระแสในขดลวดขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของมัน ผลลัพธ์เดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้หากใช้แม่เหล็กไฟฟ้าแทนแม่เหล็กถาวร

ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก กฎหมายที่ก่อตั้งโดย E. H. Lenz บอกวิธีกำหนดทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

กฎของเลนซ์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กภายในขดลวดจะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในนั้นและยิ่งฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าใดแรงเคลื่อนไฟฟ้าก็จะยิ่งเหนี่ยวนำมากขึ้นเท่านั้น

หากขดลวดที่สร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำนั้นถูกปิดกับวงจรภายนอก กระแสเหนี่ยวนำจะไหลผ่านรอบของมัน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบ ๆ ตัวนำ เนื่องจากขดลวดกลายเป็นโซลินอยด์ ปรากฎว่าสนามแม่เหล็กภายนอกที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำในขดลวดซึ่งในทางกลับกันจะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองรอบ ๆ ขดลวดนั่นคือสนามกระแส

จากการศึกษาปรากฏการณ์นี้ E. H. Lenz ได้กำหนดกฎที่กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในขดลวด และทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในขดลวดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงจะสร้างกระแสในขดลวดในทิศทางที่ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอก

กฎของเลนซ์ใช้ได้กับทุกกรณีของการเหนี่ยวนำกระแสในตัวนำ โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของตัวนำและวิธีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็กภายนอก

เมื่อแม่เหล็กถาวรเคลื่อนที่สัมพันธ์กับขดลวดที่เชื่อมต่อกับขั้วของกัลวาโนมิเตอร์ หรือเมื่อขดลวดเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้น

กระแสเหนี่ยวนำในตัวนำขนาดใหญ่

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถกระตุ้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าได้ไม่เพียงแต่ในการหมุนของขดลวดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวนำโลหะขนาดใหญ่ด้วย เมื่อเจาะความหนาของตัวนำขนาดใหญ่ ฟลักซ์แม่เหล็กจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในตัวนำ ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ สิ่งที่เรียกว่าสิ่งเหล่านี้แพร่กระจายไปตามตัวนำขนาดใหญ่และเกิดไฟฟ้าลัดวงจรในนั้น

แกนของหม้อแปลง, วงจรแม่เหล็กของเครื่องจักรและอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ นั้นเป็นตัวนำขนาดใหญ่ที่ได้รับความร้อนจากกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวพวกมัน ปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ดังนั้นเพื่อลดขนาดของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำชิ้นส่วนของเครื่องจักรไฟฟ้าและแกนหม้อแปลงจึงไม่มีขนาดใหญ่ แต่ประกอบด้วยแผ่นบาง ๆ แยกออกจากกันด้วยกระดาษหรือชั้นเคลือบฉนวน ด้วยเหตุนี้เส้นทางการแพร่กระจายของกระแสน้ำวนผ่านมวลของตัวนำจึงถูกปิดกั้น

แต่บางครั้งในทางปฏิบัติ กระแสน้ำวนก็ถูกใช้เป็นกระแสที่มีประโยชน์เช่นกัน ตัวอย่างเช่นการทำงานของสิ่งที่เรียกว่าแดมเปอร์แม่เหล็กของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องมือวัดทางไฟฟ้านั้นขึ้นอยู่กับการใช้กระแสเหล่านี้

ดังที่เราได้ทราบไปแล้วว่ากระแสไฟฟ้าสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้ คำถามเกิดขึ้น: สนามแม่เหล็กสามารถทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือไม่? ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดย Michael Faraday นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2374 ตัวนำที่พันเป็นขดลวดเชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ (รูปที่ 3.19) หากคุณเลื่อนแม่เหล็กถาวรเข้าไปในขดลวด กัลวาโนมิเตอร์จะแสดงกระแสไฟฟ้าตลอดระยะเวลาที่แม่เหล็กเคลื่อนที่สัมพันธ์กับขดลวด เมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกจากขดลวด กัลวาโนมิเตอร์จะบ่งบอกว่ามีกระแสอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม การเปลี่ยนแปลงทิศทางของกระแสเกิดขึ้นเมื่อขั้วเลื่อนหรือขั้วแม่เหล็กเปลี่ยนได้

พบผลลัพธ์ที่คล้ายกันเมื่อเปลี่ยนแม่เหล็กถาวรด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า (คอยล์กับกระแส) หากคอยล์ทั้งสองได้รับการแก้ไขโดยไม่เคลื่อนไหว แต่ค่าปัจจุบันในหนึ่งในนั้นเปลี่ยนไป จากนั้นในขณะนั้นกระแสเหนี่ยวนำจะถูกสังเกตในขดลวดอีกอัน

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (emf) ของการเหนี่ยวนำในวงจรนำไฟฟ้าซึ่งฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไป หากวงจรปิดอยู่จะมีกระแสเหนี่ยวนำปรากฏขึ้น

การค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า:

1) แสดงให้เห็น ความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก;

2) แนะนำ วิธีการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้สนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติพื้นฐานของกระแสเหนี่ยวนำ:

1. กระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นเสมอเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับวงจร

2. ความแรงของกระแสเหนี่ยวนำไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิธีการเปลี่ยนฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก แต่จะถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงเท่านั้น

การทดลองของฟาราเดย์พบว่าขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรตัวนำ (กฎของฟาราเดย์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า)

หรือ (3.46)

โดยที่ (dF) คือการเปลี่ยนแปลงของการไหลเมื่อเวลาผ่านไป (dt) สนามแม่เหล็กหรือ ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือปริมาณที่กำหนดตามความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้: ( ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวของพื้นที่ S): Ф=ВScosα, (3.45), มุม a – มุมระหว่างเส้นปกติกับพื้นผิวที่พิจารณาและทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก

หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กในระบบ SI เรียกว่า เวเบอร์– [Wb=Tl×m2].

เครื่องหมาย “–” ในสูตรหมายถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้า การเหนี่ยวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในฟลักซ์แม่เหล็ก เช่น เวลา >0.00 น. การเหนี่ยวนำ e และ<0 и наоборот.

อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำวัดเป็นโวลต์

ในการค้นหาทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ มีกฎของ Lenz (กฎนี้ก่อตั้งในปี 1833): กระแสเหนี่ยวนำมีทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นมีแนวโน้มที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำนี้ .

ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณย้ายขั้วเหนือของแม่เหล็กไปเป็นขดลวด กล่าวคือ เพิ่มฟลักซ์แม่เหล็กผ่านการหมุนของมัน กระแสเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในขดลวดในทิศทางที่ขั้วเหนือปรากฏที่ปลายขดลวดที่ใกล้ที่สุด แม่เหล็ก (รูปที่ 3.20) ดังนั้นสนามแม่เหล็กของกระแสเหนี่ยวนำมีแนวโน้มที่จะต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กสลับไม่เพียงสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำปิดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเมื่อตัวนำปิดที่มีความยาว l เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กคงที่ (B) ที่ความเร็ว v แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในตัวนำ:

ก (B Ùv) (3.47)

อย่างที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าในลูกโซ่เป็นผลมาจากการกระทำของแรงภายนอก เมื่อตัวนำเคลื่อนที่ ในสนามแม่เหล็กบทบาทของแรงภายนอกดำเนินการ ลอเรนซ์ ฟอร์ซ(ซึ่งกระทำจากสนามแม่เหล็กบนประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่) ภายใต้อิทธิพลของแรงนี้ ประจุจะถูกแยกออกจากกัน และความต่างศักย์เกิดขึ้นที่ปลายตัวนำ อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำในตัวนำคือการทำงานของหน่วยประจุเคลื่อนที่ไปตามตัวนำ

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำสามารถกำหนดได้ ตามกฎมือขวา:เวกเตอร์ B เข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วหัวแม่มือที่ถูกลักพาตัวไปนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของความเร็วของตัวนำ และนิ้วทั้ง 4 นิ้วจะระบุทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ

ดังนั้นสนามแม่เหล็กสลับทำให้เกิดสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ มัน ไม่อาจจะ(ตรงข้ามกับไฟฟ้าสถิต) เพราะ งานโดยการเคลื่อนย้ายประจุบวกเพียงอันเดียว เท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้า การเหนี่ยวนำไม่ใช่ศูนย์

ฟิลด์ดังกล่าวเรียกว่า กระแสน้ำวน เส้นพลังน้ำวนสนามไฟฟ้า - ถูกปิดกั้นตัวเองตรงกันข้ามกับเส้นความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต

อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำเกิดขึ้นไม่เพียง แต่ในตัวนำใกล้เคียงเท่านั้น แต่ยังเกิดในตัวนำด้วยเมื่อสนามแม่เหล็กของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำเปลี่ยนไป การเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้า ในตัวนำใด ๆ เมื่อความแรงของกระแสในตัวมันเองเปลี่ยนแปลง (ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กในตัวนำ) เรียกว่าการเหนี่ยวนำตัวเองและกระแสเหนี่ยวนำในตัวนำนี้คือ - กระแสเหนี่ยวนำตัวเอง

กระแสในวงจรปิดจะสร้างสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบซึ่งมีความเข้มเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสไฟฟ้า I ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กФที่เจาะเข้าไปในวงจรจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสในวงจร

Ф=ล×ฉัน, (3.48)

L คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ซึ่งเรียกว่าสัมประสิทธิ์ตัวเหนี่ยวนำ หรือเรียกง่ายๆ ก็คือตัวเหนี่ยวนำ ความเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของวงจร เช่นเดียวกับความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมรอบๆ วงจร

ในแง่นี้ค่าความเหนี่ยวนำของวงจรคือ อะนาล็อกความจุไฟฟ้าของตัวนำแยกซึ่งขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำขนาดและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางด้วย

ตัวเหนี่ยวนำมีหน่วยเป็นเฮนรี่ (H): 1Gn - ค่าความเหนี่ยวนำของวงจรดังกล่าว ซึ่งฟลักซ์แม่เหล็กเหนี่ยวนำตัวเองที่กระแส 1A เท่ากับ 1Wb (1Gn=1Wb/A=1V s/A)

ถ้า L=const แล้ว emf การเหนี่ยวนำตนเองสามารถแสดงได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

, หรือ , (3.49)

โดยที่ DI (dI) คือการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรที่มีตัวเหนี่ยวนำ (หรือวงจร) L เมื่อเวลาผ่านไป Dt (dt) เครื่องหมาย “–” ในนิพจน์นี้หมายถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้า การเหนี่ยวนำตัวเองจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแส (เช่น หากกระแสในวงจรปิดลดลง ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำในตัวเองจะทำให้เกิดกระแสในทิศทางเดียวกันและในทางกลับกัน)

หนึ่งในอาการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการเกิดขึ้นของกระแสเหนี่ยวนำแบบปิดในสื่อที่นำไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง: ตัวโลหะ, สารละลายอิเล็กโทรไลต์, อวัยวะทางชีวภาพ ฯลฯ กระแสน้ำดังกล่าวเรียกว่ากระแสน้ำวนหรือกระแสฟูโกต์ กระแสเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อตัวตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก และ/หรือเมื่อการเหนี่ยวนำของสนามที่ตัวตัวนำถูกวางไว้เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ความแรงของกระแสฟูโกต์ขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้าของวัตถุตลอดจนอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก

กระแสน้ำของฟูโกต์ก็เป็นไปตามกฎของเลนซ์เช่นกัน : สนามแม่เหล็กของพวกมันถูกกำหนดทิศทางเพื่อต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เหนี่ยวนำให้เกิดกระแสเอ็ดดี้

ดังนั้นตัวนำขนาดใหญ่จึงชะลอตัวลงในสนามแม่เหล็ก ในเครื่องใช้ไฟฟ้า เพื่อลดอิทธิพลของกระแส Foucault แกนหม้อแปลงและวงจรแม่เหล็กของเครื่องใช้ไฟฟ้าจะประกอบจากแผ่นบางที่หุ้มฉนวนซึ่งกันและกันด้วยสารเคลือบเงาหรือสเกลพิเศษ

กระแสน้ำวนทำให้ตัวนำร้อนมาก ความร้อนจูลที่เกิดจากกระแสฟูโกต์, ใช้แล้ว ในเตาโลหะวิทยาแบบเหนี่ยวนำสำหรับการหลอมโลหะตามกฎของจูล-เลนซ์.