Медный проводник расположен между полюсами постоянного магнита перпендикулярно линиям индукции 5: Медный проводник расположен между полюсами постоянного магнита перпендикулярно линиям магнитной индукции магнитного поля.

Магнитное поле (страница 1)

Решение:
На проводник действуют: две одинаковые силы натяжения нитей Т, сила тяжести mg и сила

со стороны магнитного поля, где α — угол между направлениями тока I и магнитной индукции (в нашем случае α = 90° и sinα = 1). Подразумевается, что направления тока и магнитной индукции таковы, что сила F направлена вниз (рис. 140). В противном случае силы натяжения нитей при пропускании тока не возрастают, а уменьшаются, и нити не оборвутся.
Если проводник находится в равновесии, то

отсюда

Для разрыва одной из нитей необходимо выполнение условия

или

6 На прямой проводник длины l=0,5 м, расположенный перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля, действует сила F=0,15 Н. Найти ток I, протекающий в проводнике, если магнитная индукция B = 20 мТл.

Решение:
Если проводник расположен перпендикулярно к направлению магнитной индукции, то F=BIl, где I-ток в проводнике; отсюда I=F/Bl=15 А.

7 Между полюсами магнита подвешен горизонтально на двух невесомых нитях прямой проводник длины l=0,2 м и массы m=10 г. Индукция однородного магнитного поля B = 49 мТл и перпендикулярна к проводнику. На какой угол α от вертикали отклонятся нити, поддерживающие проводник, если по нему пропустить ток I=2 А?

Решение:
На проводник действуют: силы натяжения двух нитей Т, сила тяжести mg и сила F=BIl со стороны магнитного поля (рис. 371). При равновесии проводника суммы проекций сил (с учетом их знаков) на вертикальное и горизонтальное направления равны нулю:

отсюда

8 Найти напряженность Н и индукцию B магнитного поля прямого тока в точке, находящейся на расстоянии r=4м от проводника, если ток I=100 А.

Решение:

9 ГОСТ 8.417—81 дает такое определение единицы силы тока — ампера: «Ампер равен силе неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожной малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длины 1 м силу взаимодействия, равную ». Исходя из этого определения, вычислить магнитную постоянную mo.

Решение:
Вокруг бесконечно длинного прямолинейного проводника, по которому течет ток I1 образуется магнитное поле, напряженность которого на расстоянии r от проводника

а индукция

При этом векторы Н и В направлены одинаково и лежат в плоскости, перпендикулярной к проводнику. На отрезок второго проводника длины l, по которому течет ток I2, магнитное поле действует с силой

где α — угол между направлениями отрезка проводника и магнитной индукции. Так как второй проводник параллелен первому, то α = 90° и sinα = 1. Таким образом,

Подставив значения

найдем

10 Индукция однородного магнитного поля B=0,5 Тл. Найти магнитный поток через площадку S=25 см2, расположенную перпендикулярно к линиям индукции. Чему будет равен магнитный поток, если площадку повернуть на угол α = 60° от первоначального положения?

Решение:
На рис. 372 показано направление магнитной индукции и положение площадки в обоих случаях. По определению магнитный поток

где α — угол между нормалью n к площадке и направлением магнитной индукции В. В первом случае

во втором случае α=φ (углы с взаимно перпендикулярными сторонами) и

11 Найти магнитную индукцию и магнитный поток через поперечное сечение никелевого сердечника соленоида (рис. 141), если напряженность однородного магнитного поля внутри соленоида H=25 кА/м. Площадь поперечного сечения сердечника S=20 см2, магнитная проницаемость никеля μ = 200.

Решение:

12 Магнитный поток через поперечное сечение катушки, имеющей n=1000 витков, изменился на величину ΔФ = 2 мВб в результате изменения тока в катушке от I1 = 4 А до I2 = 20А. Найти индуктивность L катушки.

Решение:

13 Виток площади S = 2 см2 расположен перпендикулярно к линиям индукции однородного магнитного поля. Найти индуцируемую в витке э.д.с, если за время Δt = 0,05 с магнитная индукция равномерно убывает от B1=0,5Тл до В2 = 0,1 Тл.

Решение:

14 Какой магнитный поток пронизывал каждый виток катушки, имеющей n =1000 витков, если при равномерном исчезновении магнитного поля в течение времени Δt = 0,1 с в катушке индуцируется э.д.с. ε = 10 В?

Решение:

15 Рамка в форме равностороннего треугольника помещена в однородное магнитное поле с напряженностью H=64кА/м. Нормаль к плоскости рамки составляет с линиями индукции магнитного поля угол α = 30°. Найти длину стороны рамки а, если в рамке при выключении поля в течение времени Δt = 0,03 с индуцируется э. д. с. ε = 10 мВ.

Решение:
Начальный магнитный поток через рамку

где
площадь рамки и B=µ0H-магнитная индукция. Конечный магнитный поток Ф2=0. Изменение магнитного потока

Э. д.с. индукции

отсюда

16 Квадратная рамка со стороной а=10см помещена в однородное магнитное поле. Нормаль к плоскости рамки составляет с линиями индукции магнитного поля угол α = 60°. Найти магнитную индукцию В этого поля, если в рамке при выключении поля в течение времени Δt = 0,01 с индуцируется э.д.с. ε = 50 мВ.

Решение:

17 Плоский виток площади S= 10 см2 помещен в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции. Сопротивление витка R=1 Ом. Какой ток I протечет по витку, если магнитная индукция поля будет убывать со скоростью ΔB/Δt = 0,01 Тл/с?

Решение:

18 Плоский виток площади S= 10 см2 помещен в однородное магнитное поле с напряженностью H=80 кА/м, перпендикулярное к линиям индукции. Сопротивление витка R = 1 Ом. Какой заряд протечет по витку, если поле будет исчезать с постоянной скоростью?

Решение:

19 Какова индуктивность катушки с железным сердечником, если за время Δt = 0,5 с ток в цепи изменился от I1 = 10 А до I2 = 5 А, а возникшая при этом э. д.с. самоиндукции ε = 25 В?

Решение:
Э.д.с. самоиндукции

отсюда

20 Проводник длины l=2 м движется в однородном магнитном поле со скоростью v = 5 м/с, перпендикулярной к проводнику и линиям индукции поля. Какая э. д. с. индуцируется в проводнике, если магнитная индукция B=0,1 Тл?
Решение:
Э.д.с. индукции

магнитный поток через площадь ΔS, «заметаемую» проводником за время Δt (рис. 373). Опуская знак минус, найдем

21 Самолет летит горизонтально со скоростью v = 900 км/ч. Найти разность потенциалов, возникающую между концами крыльев самолета, если вертикальная составляющая индукции земного магнитного поля Bo = 0,5 мкТл и размах крыльев самолета l=12 м.

Решение:
Крылья самолета за время Δt «заметают» площадь

Магнитный поток через эту площадь равен

где

вертикальная составляющая индукции земного магнитного поля (α — угол между вертикалью и направлением магнитной индукции). Разность потенциалов V между концами крыльев самолета равна э.д.с. ε, индуцируемой в металлических крыльях и корпусе самолета при его движении в магнитном поле Земли:

22 С какой скоростью должен двигаться проводник длины l=10 см перпендикулярно к линиям индукции однородного магнитного поля, чтобы между концами проводника возникла разность потенциалов V=0,01 В? Скорость проводника составляет с направлением самого проводника угол α = 30°. Линии индукции перпендикулярны к проводнику, индукция B = 0,2 Тл.

Решение:
Площадь, «заметаемая» за время Δt проводником, скорость которого v направлена под углом а к самому проводнику, представляет собой площадь параллелограмма (рис.374):

Магнитный поток через эту площадь

Разность потенциалов V между концами проводника равна э.д.с. ε, индуцируемой в этом проводнике:

23 Какой ток идет через гальванометр, присоединенный к железнодорожным рельсам, при приближении к нему поезда со скоростью v = 60 км/ч? Вертикальная составляющая индукции земного магнитного поля Bо=50 мкТл. Сопротивление гальванометра R=100 Ом. Расстояние между рельсами l=1,2 м; рельсы считать изолированными друг от друга и от земли.

Решение:

24 Квадратная рамка со стороной l=2 см помещена в однородное магнитное поле с индукцией B = 100 Тл. Плоскость рамки перпендикулярна к линиям индукции поля. Сопротивление рамки R=1 Ом. Какой ток протечет по рамке, если ее выдвигать из магнитного поля со скоростью ν = 1 см/с, перпендикулярной к линиям индукции? Поле имеет резко очерченные границы, и стороны рамки параллельны этим границам.

Решение:
Пока рамка находится в области, где имеется магнитное поле, магнитный поток через поверхность, ограниченную рамкой,
при движении рамки не изменяется. Поэтому э.д.с. индукции в рамке не возникает. После того как одна из сторон рамки вышла за границу поля (рис. 375), магнитный поток через поверхность, ограниченную рамкой, будет изменяться. За время Δt рамка перемещается на расстояние νΔt и часть площади рамки, которую пересекает магнитное поле, уменьшается на величину
Магнитный поток за это время изменяется на величину

Индуцируемая в рамке э. д.с.

и по рамке протечет ток

Когда рамка выйдет из области, где имеется магнитное поле, э.д.с. индукции снова станет равной нулю.

25 Проволочный виток площади S= 1 см2, имеющий сопротивление R = 1 мОм, пронизывается однородным магнитным полем, линии индукции которого перпендикулярны к плоскости витка. Магнитная индукция изменяется со скоростью ΔB/Δt = 0,01 Тл/с. Какое количество теплоты выделяется в витке за единицу времени?

Решение:

26 Прямоугольная рамка, подвижная сторона которой имеет длину l, помещена в однородное магнитное поле с индукцией B. Плоскость рамки перпендикулярна к линиям индукции магнитного поля. Подвижную сторону, которая вначале совпадает с противоположной ей неподвижной, начинают двигать равномерно со скоростью ν. Найти зависимость тока I в рамке от времени t. Сопротивление единицы длины проводника равно Rl.

Решение:

27 Два параллельных, замкнутых на одном конце провода, расстояние между которыми l=50 см, находятся в однородном магнитном поле с индукцией B = 5 мТл. Плоскость, в которой расположены провода, перпендикулярна к линиям индукции поля. На провода положен металлический мостик, который может скользить по проводам без трения. Мостик под действием силы F=0,1 мН движется со скоростью ν=10м/с. Найти сопротивление R мостика. Сопротивлением проводов пренебречь.

Решение:

28 Рамка из n = 1000 витков, имеющих площадь S = 5 см2, замкнута на гальванометр с сопротивлением R=10 кОм и помещена в однородное магнитное поле с индукцией B=10мТл, причем линии индукции поля перпендикулярны к ее плоскости. Какой заряд q протечет по цепи гальванометра, если направление индукции магнитного поля плавно изменить на обратное?

Решение:
При плавном изменении магнитной индукции в рамке индуцируется э.д.с.

где ΔФ-изменение магнитного потока, Δt — время, в течение которого происходило это изменение. Ток в рамке

Заряд, протекший по цепи за время Δt,

Начальный поток магнитной индукции

При изменении направления магнитного поля на обратное магнитный поток изменяет знак. Поэтому конечный магнитный поток

Изменение магнитного потока

Таким образом,

29 Замкнутая катушка диаметра D с числом витков n помещена в однородное магнитное поле с индукцией В. Плоскость катушки перпендикулярна к линиям индукции поля. Какой заряд q протечет по цепи катушки, если ее повернуть на 180? Проволока, из которой намотана катушка, имеет площадь сечения S и удельное сопротивление ρ.

Решение:

30 В цепь включены последовательно источник тока с э.д.с. ε = 1,2 В, реостат с сопротивлением R=1 Ом и катушка с индуктивностью L=1 Гн. В цепи протекал постоянный ток I0. С некоторого момента сопротивление реостата начинают менять так, чтобы ток уменьшался с постоянной скоростью ΔI/Δt = 0,2 А/с. Каково сопротивление R, цепи спустя время t = 2 с после начала изменения тока?

Решение:
Сумма э.д.с. источника тока и э.д.с, индуцируемой в цепи при равномерном изменении тока, равна

Ток изменяется
по закону

Сопротивление цепи в любой момент времени

В момент времени t= 2 с искомое сопротивление Rt= 1,75 0м.

31 Какой ток I покажет амперметр в схеме, изображенной на рис. 142, если индукция перпендикулярного к плоскости рисунка однородного магнитного поля меняется с течением времени по закону B = kt? Точки с и d лежат на концах диаметра проволочного кольца. Сопротивление единицы длины проволоки равно Rl; диаметр кольца равен D.

ВПР по Физике 8 класс (2023) — Задание 8

Образцы вариантов ВПР 2023 года, демоверсии всероссийской проверочной работы для 8 класса по физике.

1. На рисунке изображена картина линий магнитного поля двух постоянных магнитов, полученная с помощью железных опилок. Рядом с левым магнитом, но при этом довольно далеко от правого магнита установлена магнитная стрелка, которая находится в равновесии. Каким полюсам магнитов соответствуют области 1 и 2? Кратко объясните свой ответ.

2. На рисунке представлена электрическая схема, которая содержит источник тока, проводник AB, ключ и реостат. Проводник AB помещён между полюсами постоянного магнита.

Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1)  Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника AB направлены вертикально вверх.

2)  Электрический ток, протекающий в проводнике AB, создаёт однородное магнитное поле.

3)  При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки A к точке B.

4)  При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.

5)  При перемещении ползунка реостата вправо сила Ампера, действующая на проводник AB, уменьшится.

3. Какой набор приборов и материалов можно использовать, чтобы продемонстрировать опыт Эрстеда по обнаружению магнитного поля тока?

1)  два полосовых магнита, подвешенных на нитях

2)  магнитная стрелка и прямолинейный проводник, подключённый к источнику постоянного тока

3)  проволочная катушка, подключённая к миллиамперметру, полосовой магнит

4)  полосовой магнит, лист бумаги и железные опилки

4.  К источнику постоянного напряжения вначале подключают медную проволоку, а затем трубку с разреженным газом, в которой возникает газовый разряд. При этом в каждом случае рядом с проводниками помещают магнитную стрелку. В каком случае магнитная стрелка после замыкания ключа зафиксирует факт появления магнитного поля?

1)  ни в том, ни в другом случае

2)  только в первом случае

3)  только во втором случае

4)  в обоих случаях

5. К источнику постоянного напряжения вначале подключают алюминиевую проволоку, а затем кювету с электролитом. При этом в каждом случае рядом с проводниками помещают магнитную стрелку. В каком случае магнитная стрелка после замыкания ключа зафиксирует факт появления магнитного поля?

1)  ни в том, ни в другом случае

2)  в обоих случаях

3)  только в первом случае

4)  только во втором случае

6. В магнитное поле, линии индукции которого показаны на рисунке, помещены небольшие магнитные стрелки с номерами 1, 2, 3 и 4, которые могут свободно вращаться. Южный полюс стрелки на рисунке светлый, северный  — тёмный. В устойчивом положении находится стрелка с номером

1)  1

2)  2

3)  3

4)  4

7. В магнитное поле, линии индукции которого показаны на рисунке, помещены небольшие магнитные стрелки с номерами 1, 2, 3 и 4, которые могут свободно вращаться. Северный полюс стрелки на рисунке тёмный, южный  — светлый. В устойчивом положении находится стрелка с номером

1)  1

2)  2

3)  3

4)  4

8. На рисунке представлена электрическая схема, содержащая источник тока, проводник AB, ключ и реостат. Проводник AB помещён между полюсами постоянного магнита.

Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1)  При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки A к точке B.

2)  Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника AB направлены вертикально вниз.

3)  Электрический ток, протекающий в проводнике AB, создаёт неоднородное магнитное поле.

4)  При замкнутом ключе проводник будет втягиваться в область магнита влево.

5)  При перемещении ползунка реостата влево сила Ампера, действующая на проводник АВ, уменьшится.

9. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах сердечника катушки

1)  образуются магнитные полюса: на конце 1  — северный полюс, на конце 2  — южный полюс

2)  образуются магнитные полюса: на конце 1  — южный полюс, на конце 2  — северный полюс

3)  скапливаются электрические заряды: на конце 1  — отрицательный заряд, на конце 2  — положительный заряд

4)  скапливаются электрические заряды: на конце 1  — положительный заряд, на конце 2  — отрицательный заряд

10. Линейный проводник закрепили над магнитной стрелкой и собрали электрическую цепь, представленную на рисунке.

При замыкании ключа магнитная стрелка

1)  останется на месте

2)  повернётся на 180°

3)  повернётся на 90° и установится перпендикулярно плоскости рисунка южным полюсом на читателя

4)  повернётся на 90° и установится перпендикулярно плоскости рисунка северным полюсом на читателя

11.  На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

1)  1  — северному полюсу; 2  — южному

2)  1  — южному; 2  — северному полюсу

3)  и 1, и 2  — северному полюсу

4)  и 1, и 2  — южному полюсу

12. На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1)  1  — северному полюсу; 2  — южному

2)  1  — южному; 2  — северному полюсу

3)  и 1, и 2  — северному полюсу

4)  и 1, и 2  — южному полюсу

13. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

1)  образуются магнитные полюса: на конце 1  — северный полюс; на конце 2  — южный

2)  образуются магнитные полюса: на конце 1  — южный полюс; на конце 2  — северный

3)  скапливаются электрические заряды: на конце 1  — отрицательный заряд; на конце 2  — положительный

4)  скапливаются электрические заряды: на конце 1  — положительный заряд; на конце 2  — отрицательны

14.  Изучая магнитные свойства проводника с током, ученик собрал электрическую схему, содержащую прямой проводник, и установил рядом с проводником магнитную стрелку (см. рис. 1). При пропускании через проводник электрического тока магнитная стрелка поворачивается (рис. 2 и 3).

Какие утверждения соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.

1)  Проводник при прохождении через него электрического тока приобретает свойства магнита.

2)  При изменении направления электрического тока магнитное поле, создаваемое проводником с током, изменяется на противоположное.

3)  При увеличении электрического тока, протекающего через проводник, магнитное действие проводника усиливается.

4)  Магнитные свойства проводника зависят от его размеров.

5)  Магнитное действие проводника с током зависят от среды, в которую он помещён.

15. Изучая магнитные свойства электромагнита, ученик собрал электрическую схему, содержащую катушку, намотанную на железный сердечник, и установил рядом с катушкой магнитную стрелку (см.  рис. 1). При пропускании через катушку электрического тока магнитная стрелка поворачивается (рис. 2 и 3).

Какие утверждения соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений? Из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.

1)  Катушка при прохождении через неё электрического тока приобретает свойства магнита.

2)  Магнитные свойства катушки зависят от количества её витков.

3)  При увеличении электрического тока, протекающего через катушку, магнитное действие катушки усиливается.

4)  При изменении направления электрического тока, протекающего через катушку, намагниченность железного сердечника, расположенного внутри катушки, менялась на противоположную.

5)  Левому торцу железного сердечника (торцу № 2) на рис. 2 соответствует южный полюс электромагнита.

16. Проводник, по которому протекает электрический ток I, расположен перпендикулярно плоскости чертежа (см. рис.). Расположение какой из магнитных стрелок, взаимодействующих с магнитным полем проводника с током, показано правильно?

1)  1

2)  2

3)  3

4)  4

17.  Ученик получил фотографии, на которых изображены картины линий магнитного поля, полученные от немаркированных полосовых магнитов с помощью железных опилок.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам анализа полученных фотографий и запишите в ответе цифры, под которыми они указаны.

1)  Магнитное действие магнитов зависит от материала, из которого изготовлен магнит.

2)  Магнитное взаимодействие магнитов зависит от свойств среды.

3)  Магниты 1 и 2 на фотографии 1 приближены друг к другу одноимёнными полюсами.

4)  Магнит 1 приближен к магниту 2 на фотографии 1 южным полюсом.

5)  Магниты 3 и 2 на фотографии 2 приближены друг к другу одноимёнными полюсами.

18. Правильное положение магнитной стрелки в магнитном поле постоянного магнита изображено на рисунке

1)   1

2)   2

3)   3

4)   4

19. На рисунке представлена картина линий магнитного поля, полученная с помощью железных опилок от двух полосовых магнитов. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1)  1  — северному полюсу, 2  — южному

2)  2  — северному полюсу, 1  — южному

3)  и 1, и 2  — северному полюсу

4)  и 1, и 2  — южному полюсу

20. На рисунке представлен график зависимости силы электрического тока, протекающего в резисторе, от времени. Магнитное поле вокруг проводника возникает в интервале(-ах) времени

1)  только от 0 с до 6 с

2)  только от 0 с до 1 с

3)  только от 0 с до 1 с и от 4 с до 6 с

4)  от 0 с до 8 с

21. К северному полюсу полосового магнита подносят маленькую магнитную стрелку. Укажите рисунок, на котором правильно показано установившееся положение магнитной стрелки.

1)  1

2)  2

3)  3

4)  4

22. Как известно, наша планета Земля является большим магнитом. Какой магнитный полюс находится вблизи Северного географического полюса Земли? Объясните свой ответ.

23.  Как известно, наша планета Земля является большим магнитом. Какой магнитный полюс находится вблизи Южного географического полюса Земли? Объясните свой ответ.

24. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

25. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «на нас» провод начинает смещаться вправо. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять направление тока в проводе на противоположное? Ответ обоснуйте.

26. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

27. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

28. На рисунке показана картина линий магнитного поля постоянного магнита. Какой цифрой обозначена область, вблизи которой находится южный полюс этого магнита? Ответ обоснуйте.

29. Учитель собрал на уроке электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке. Под одним из проводов он поставил магнитную стрелку, которая была расположена параллельно проводу. Опишите, что произойдёт с этой стрелкой после замыкания ключа. Ответ обоснуйте.

30. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «от нас» провод начинает смещаться влево. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять направление тока в проводе на противоположное? Ответ обоснуйте.

31. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «от нас» провод начинает смещаться вправо. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять полюса магнита местами, оставив направление тока в проводе прежним? Ответ кратко обоснуйте.

32. На рисунке показана картина линий магнитного поля постоянного магнита. Какой цифрой обозначена область, вблизи которой находится южный полюс этого магнита? Ответ обоснуйте.

33. По длинному прямому проводу протекает постоянный электрический ток (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка, ток течёт «на нас»). Если поместить этот провод между полюсами постоянного магнита, то он, благодаря взаимодействию с магнитным полем, начнёт двигаться вертикально вниз. В какую сторону будет двигаться провод, если полюса магнита поменять местами? Ответ обоснуйте.

34. Постоянный магнит случайно уронили на пол, из-за чего он раскололся на две части так, как показано на рисунке. Какими магнитными полюсами будут являться плоскости разлома 1 и 2? Ответ кратко поясните.

35. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

36. На рисунке изображена картина линий магнитного поля двух постоянных магнитов, полученная с помощью железных опилок. Рядом с правым магнитом, но при этом довольно далеко от левого магнита установлена магнитная стрелка, которая находится в равновесии. Каким полюсам магнитов соответствуют области 1 и 2? Кратко объясните свой ответ.

37. На рисунке показано положение магнитной стрелки, установленной рядом с длинным прямым проводом, по которому течёт постоянный электрический ток I. Проводник расположен перпендикулярно плоскости рисунка, ток в нём течёт «к нам», что обозначено «точкой». Что произойдёт с магнитной стрелкой, если изменить направление тока в проводе на противоположное? Ответ поясните.

38. По длинному прямому проводу протекает постоянный электрический ток (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка, ток течёт «от нас»). Если поместить этот провод между полюсами постоянного магнита, то он, благодаря взаимодействию с магнитным полем, начнёт двигаться вертикально вверх. В какую сторону будет двигаться провод, если полюса магнита поменять местами? Ответ обоснуйте.

39. Часть постоянного магнита, которая соответствует его северному полюсу, обычно окрашивают в более тёмный цвет. Длинный полосовой магнит случайно уронили на пол, из-за чего он раскололся на две неравные части так, как показано на рисунке. В каком положении установится магнитная стрелка, помещённая между этими осколками? Ответ кратко поясните.

40. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

41.  На рисунке изображена схема проведения опыта, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током: при замыкании ключа в цепи к торцу катушки начинают притягиваться мелкие железные предметы. При движении ползунка реостата магнитное действие катушки с током на эти предметы уменьшается. Как в ходе этого опыта изменяется сила электрического тока в цепи? Кратко объясните ответ.

42. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она притягивается к закрепленному постоянному магниту (см. рис.). В каком направлении будет действовать на катушку сила со стороны магнита, если ток по катушке будет течь в обратном направлении? Кратко объясните ответ.

43. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «на нас» провод начинает смещаться вправо. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять полюса магнита местами, оставив направление тока в проводе прежним? Ответ кратко обоснуйте.

44. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она отталкивается от закрепленного постоянного магнита (см. рис.). Как изменится сила, действующая на магнит со стороны катушки, если увеличить ток, текущий через катушку? Кратко объясните ответ.

45. При замыкании электрической цепи магнитная стрелка разворачивается так, как показано на рисунке. Подключение проводов поменяли  — провод, который был присоединён к клемме A источника, присоединили к клемме B, а провод, который был присоединён к клемме B, подключили к клемме A. Как развернётся магнитная стрелка в этом случае? Ответ кратко поясните.

46. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она отталкивается от закрепленного постоянного магнита (см. рис.). Как изменится сила, действующая на магнит со стороны катушки, если уменьшить ток, текущий через катушку? Кратко объясните ответ.

47. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «на нас» провод начинает смещаться вправо. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять полюса магнита местами, оставив направление тока в проводе прежним? Ответ кратко обоснуйте.

48. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она притягивается к закрепленному постоянному магниту (см. рис.). В каком направлении будет действовать на катушку сила со стороны магнита, если ток по катушке будет течь в обратном направлении? Кратко объясните ответ.

49. Постоянный магнит случайно уронили на пол, из-за чего он раскололся на две части так, как показано на рисунке. Какими магнитными полюсами будут являться плоскости разлома 1 и 2? Ответ кратко поясните.

50. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она притягивается к закрепленному постоянному магниту (см. рис.). В каком направлении будет действовать на магнит сила со стороны катушки, если ток по катушке будет течь в обратном направлении? Кратко объясните ответ.

51. На рисунке показана картина линий магнитного поля постоянного магнита. Какой цифрой обозначена область, вблизи которой находится северный полюс этого магнита? Ответ обоснуйте.

52. Подковообразный магнит поднесли к длинному прямому медному проводу (провод расположен перпендикулярно плоскости рисунка). При пропускании по этому проводу электрического тока I в направлении «от нас» провод начинает смещаться вправо. В каком направлении будет смещаться провод, если поменять полюса магнита местами, оставив направление тока в проводе прежним? Ответ кратко обоснуйте.

53. На рисунке изображена схема проведения опыта, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током: при замыкании ключа в цепи к торцу катушки начинают притягиваться мелкие железные предметы. Ключ разомкнули, а затем, поменяли местами провода, подключаемые к полюсам источника. Изменится или нет (и если изменится, то как именно) действие магнитного поля на те же предметы после повторного замыкания ключа? Кратко объясните ответ.

54. Если через закрепленную катушку пропустить постоянный электрический ток, то она притягивается к закрепленному постоянному магниту (см. рис.). В каком направлении будет действовать на катушку сила со стороны магнита, если ток по катушке будет течь в обратном направлении? Кратко объясните ответ.

55. К южному полюсу постоянного магнита подносят магнитную стрелку так, как показано на рисунке (вид сверху). В каком положении установится магнитная стрелка, если её отпустить? Ответ обоснуйте.

56. На рисунке изображена картина линий магнитного поля двух постоянных магнитов, полученная с помощью железных опилок. Рядом с левым магнитом, но при этом довольно далеко от правого магнита установлена магнитная стрелка, которая находится в равновесии. Каким полюсам магнитов соответствуют области 1 и 2? Кратко объясните свой ответ.

57. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

58. На рисунках показано, как установились магнитные стрелки, находящиеся возле полюсов двух постоянных магнитов. Определите полюса 1 и 2 магнитов. Кратко объясните свой ответ.

устройств

устройств

Генераторы переменного тока

Магнитный поток через площадь может измениться, потому что напряженность поля
меняется, или потому что меняется направление поля. Вращение
постоянным магнитом перед проволочной петлей или вращением проволочной петли перед
постоянного магнита приведет к изменению магнитного потока через петлю. Это изменение потока создает ЭДС, и в контуре начинает течь ток. У нас есть электрогенератор . Базовый
Функция генератора заключается в преобразовании механической энергии в электрическую.
На рисунке справа показан простой электрический генератор.

Механическая энергия необходима для вращения катушки проволоки, расположенной между
полюсные поверхности постоянного магнита. Магнитный поток через плоскость
катушка имеет максимальное значение, когда эта плоскость перпендикулярна магнитной
силовые линии между полюсами. Когда катушка поворачивается и плоскость катушки
становится параллельным силовым линиям, поток становится равным нулю. Как катушка
продолжает вращаться, силовые линии проходят через катушку в направлении
противоположное первоначальному направлению. Вращение катушки вызывает магнитный поток
проходя через катушку, непрерывно изменяться от максимума в одном направлении,
до нуля, до максимума в обратном направлении и так далее. ЭДС индуцируется в
катушку из-за этого изменяющегося магнитного потока. Величина индуцированного
ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Чем быстрее
витков катушки, тем больше максимальное значение ЭДС индукции, т.к.
угловая скорость вызывает более быстрое изменение магнитного потока.

Фигура на
справа показаны графики непрерывно изменяющегося магнитного потока и
ЭДС индукции во времени. По закону Фарадея величина ЭДС индукции
равна скорости изменения магнитного потока, поэтому его максимальные значения возникают
когда кривая потока имеет наибольший наклон. ЭДС индукции проходит через ноль
когда кривая потока имеет нулевой наклон. Мы наблюдаем фазовый сдвиг 90 o
между потоком и ЭДС индукции. Если катушка генератора является частью замкнутой цепи, и ток течет
в цепи катушка становится магнитным диполем с дипольным моментом
m = IA n в магнитном поле. крутящий момент
τ = μ × В
пытается выровнять этот диполь с магнитным полем. катушка должна быть
вращается, и против этого крутящего момента должна быть совершена механическая работа. Чем ниже
сопротивление цепи, тем больше протекает ток и больше механическая работа
должно быть сделано. Скорость, с которой должна совершаться механическая работа, равна
мощность, рассеиваемая цепью.

Ссылка: Генератор переменного тока
Демонстрация (Youtube)

Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

Генератор переменного тока

ЭДС, создаваемая генератором, представляет собой переменную
ЭДС
. Это одна из причин, по которой у нас есть переменный ток.
система распределения электроэнергии. Для производства электроэнергии в США угловая скорость
катушек генератора составляет 60*2π/с.
Частота 60 Гц. Электрические генераторы, используемые на электростанциях, напоминают
простой, который мы описали здесь. Обычно они имеют более одной катушки и
магниты являются электромагнитами, а не постоянными магнитами, но принцип
операция такая же.

Одно и то же базовое устройство может использоваться как электродвигатель или как электрическая
генератор. В основе как двигателя, так и генератора лежит проволочная катушка.
магнитное поле. Когда устройство используется в качестве двигателя, ток проходит через
катушка. Взаимодействие магнитного поля с током приводит к тому, что катушка
вращаться. Чтобы использовать устройство в качестве генератора, катушку раскручивают, индуцируя ток
в катушке.

Вращающийся двигатель также действует как генератор. Катушки двигателя вращаются в
магнитное поле. Поэтому ЭДС ε индуцируется в
катушки. Это известно как обратная ЭДС . Это
противодействует приложенному напряжению V и уменьшает ток, протекающий через катушки. Ток, протекающий через двигатель, когда он вращается с постоянным угловым
скорость определяется выражением I = (V —
е)/Р,
где R — сопротивление катушек. Когда двигатель запускается из состояния покоя,
течет больший ток, так как обратной ЭДС нет. Начальный ток
Я = В/Р. Поскольку противо-ЭДС
ε обычно составляет большую часть приложенного напряжения
V, начальный ток намного больше установившегося тока. Когда
холодильник или кондиционер сначала запускается, потребляет большой ток,
что может привести к кратковременному падению сетевого напряжения. Вы можете заметить огни
тускнеет на мгновение.


Вихревые токи

Вихревые токи это токи
циркулирует в проводнике в ответ на изменение магнитного поля.
циркулирующие токи создают магнитное поле, противодействующее изменению потока. Эдди
токи преобразуют упорядоченную энергию, например кинетическую энергию, в тепловую энергию. В большинстве случаев это нежелательно. Однако есть некоторые практические
приложений, таких как
магнитные тормоза

некоторых поездов. Рассмотрим некоторый участок движущегося металлического колеса. Так как этот раздел
движется через магнитное поле от электромагнита, поток через
сечение сначала увеличивается, а затем уменьшается. Изменяющийся поток порождает вихри
токи в этой части колеса. Магнитное взаимодействие между
приложенное поле, а поле, создаваемое вихревыми токами, создает магнитное
тормозит и тормозит колесо.

На схеме справа показано колесо, вращающееся перед магнитом, с
магнитный момент и магнитное поле, направленное за пределы страницы. Колесо крутится
против часовой стрелки. В сечении справа от магнита поток равен
уменьшается, на участке слева увеличивается. Вихревые токи текут как
показано, чтобы противостоять изменению потока. Вихревые токи текут с правой стороны
иметь магнитный момент, направленный за пределы страницы, что приводит к южному полюсу
ближе к северному полюсу магнита. В отличие от полюсов притягиваются.
часть диска, только что прошедшая магнит, оттягивается назад к
магнит. Вихревые токи
течет по левой стороне, имеют магнитный момент, направленный на страницу, которая
приводит к северному полюсу ближе к северному полюсу магнита. Как столбы
отталкивать. Часть диска, приближающаяся к магниту,
отталкивается от магнита. Магнитные взаимодействия приводят к результирующей силе, направленной влево, и
крутящий момент, уменьшающий угловой момент колеса. Чем быстрее колесо
вращение, тем сильнее эффект. По мере замедления поезда сила лобового сопротивления
уменьшается, создавая плавное останавливающее движение.

Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

Колесо вращается перед магнитом

Продуманные конструкции могут использовать вихревые токи.

Фигурка
справа показан металл
пластина перед набором электромагнитов. Если ток в наборах включается и выключается, в последовательности слева направо
вправо, эффект такой же, как если бы магнит двигался слева навстречу
справа от пластины (или, в другой системе отсчета, пластины были
движется справа налево поперек магнита). Взаимодействие между
поле, создаваемое вихревыми токами, и приложенное поле ускоряет пластину. Это принцип
линейный асинхронный двигатель .

На рисунке поток уменьшается в левой части пластины
и увеличивается в правом сечении пластины, так как магниты повернуты
последовательно. Вихревые токи текут, чтобы противостоять изменению потока.
магнитные взаимодействия между полями, создаваемыми вихревыми токами, и
приложенное поле создает результирующую силу, направленную вправо, ускоряющую пластину. Линейные асинхронные двигатели рассматриваются как основное средство запуска грузов.
из будущих космических колоний. Они также используются для приведения в движение поездов MAGLEV.


Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

На видео показан маятник из алюминиевых лопастей. Весло
либо цельная алюминиевая пластина, либо она имеет прорези в виде гребенки. Весло качается
между полюсами магнита. Видео 1 показывает, как вихревые токи могут тормозить
колебания маятника, а видео 2 показывает, как вихревые токи могут вызвать перемещение
магнит, чтобы тянуть весло с ним.

Ссылка:
Эдди
демо токов (Youtube)

Встроенный вопрос 2

Мощную индукционную пушку можно сделать, поместив металлический цилиндр внутрь
соленоидная катушка. Цилиндр принудительно выталкивается, когда ток соленоида
быстро включался. Почему
Может ли цилиндр нагреваться при выстреле из пушки?

Обсудите это со своими однокурсниками на дискуссионном форуме!
Используйте законы Фарадея и Ленца, чтобы объяснить, как это работает.


Трансформаторы

Функция трансформатора заключается в изменении напряжения таким образом, чтобы оно соответствовало
потребности конкретного приложения.

Прототип трансформатора имеет первичную и вторичную обмотки, намотанные на
обе стороны железного кольца. Если ток в первичной обмотке меняется,
поток через вторичную обмотку изменяется, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС
катушка. ЭДС, индуцируемая во вторичной обмотке, пропорциональна числу
получается N 2 вторичной обмотки, так как количество витков определяет
полный магнитный поток, проходящий через эту катушку. ЭДС индукции также
пропорционально напряжению V 1 на первичной обмотке, так как это
определяет величину первичного тока и связанного с ним магнитного
поле. Однако индуцированное напряжение обратно пропорционально количеству
витков N 1 первичной обмотки. Связь принимает вид

В 2 2
= В 1 /N 1 .

Отношение количества витков на двух катушках определяет отношение
напряжения. Самоиндукция является причиной того, что ЭДС наводится во вторичной обмотке.
катушки обратно пропорционально числу витков первичной катушки. Если
первичная катушка имеет больше витков, сложнее произвести быстрое изменение
ток, протекающий через него, из-за обратной ЭДС, создаваемой самоиндукцией. Этот эффект ограничивает ток и, следовательно, величину магнитного поля.
производится первичной катушкой, которая, в свою очередь, ограничивает прохождение магнитного потока
через вторичную катушку.

Проблема:

Для запуска электропоезда нужно 12 В, а выходное напряжение 120 В. Каково отношение числа витков на первичной обмотке к числу
витков на вторичной обмотке трансформатора, который вы используете?

Решение:

  • Обоснование:
    Для трансформатора В 2 2 = В 1 1 .
  • Детали расчета:
    N 1 /N 2 = V 1 /V 2 . Вам нужен трансформатор с десятью
    раз больше витков на первичной обмотке, чем на вторичной.

Электронно-лучевая трубка в старомодном телевизоре требует гораздо более высокого напряжения, чем
120 В. Трансформатор должен иметь намного больше витков на вторичной обмотке, чем на
первичная катушка.

Если выходное напряжение выше входного, мы как-то
получить больше мощности от трансформатора, чем мы вложили?

Ответ, конечно, нет. Мощность, отдаваемая во вторичную цепь, равна
всегда меньше или в лучшем случае равно мощности, подаваемой на первичную катушку. Поскольку электрическая мощность может быть выражена как произведение напряжения на
В настоящее время закон сохранения энергии дает второе соотношение, полезное для
Анализирующий трансформатор.

В 2 I 2 ≤ В 1 I 1 .

Высокое выходное напряжение связано с низким выходным током. Выход
мощность не превышает входную мощность. Если напряжение понизить, то
вторичный ток может быть больше первичного.


Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

Ваш браузер не поддерживает видео HTML5.

На видео показан железный сердечник катушки, подключенной к источнику питания переменного тока. Когда
питание включено, магнитный поток через сердечник изменяется с частотой
60 Гц. На видео 1 показано алюминиевое кольцо, надетое на железный сердечник. поток
через кольцо меняется с частотой 60 Гц и возникают вихревые токи.
вызывать на ринге. Магнитное поле, создаваемое этими вихревыми токами, противодействует
изменения потока, которые произвели токи, и диск отталкивается. Видео 2 показывает
петля из медного провода последовательно с лампочкой помещается на железный сердечник.
вихревые токи, протекающие по цепи медной проволоки и колбы, приводят к тому, что колба
светиться.

Ссылка:
А
демонстрация трансформатора (Youtube)


Трансформаторы и распределительные устройства

Для передачи электроэнергии на большие расстояния желательны высокие напряжения. Чем выше напряжение, тем меньше ток. Поскольку мощность рассеивается в
провода в виде тепла P = I 2 R, меньше энергии тратится впустую, когда протекает меньший ток. Напряжение передачи может достигать 230 кВ. Трансформаторы на электрике
подстанции снижают это напряжение до 7200 вольт для распределения по городам. Трансформаторы на опорах электропередач или частично под землей снижают это напряжение до 220 В. Это переменное напряжение делится внутри здания и дает 110 В в большинстве розеток.
полные 220 В доступны для печей, сушилок и электронагревателей.

Проблема:

Зарядное устройство для сотового телефона содержит трансформатор, который снижает напряжение 120 В переменного тока до
5 В переменного тока для зарядки аккумулятора 3,7 В. (Он также содержит диоды для изменения напряжения 5 В.
от переменного тока до 5 В постоянного тока.) Предположим, что вторичная катушка содержит 30 витков, а зарядное устройство
подает 700 мА. Вычислить
а) количество витков в первичной обмотке
(б) средний ток в первичной обмотке и
в) преобразованная мощность.

Решение:

  • Обоснование:
    Для трансформатора В 2 2 = В 1 1 ,
    V 2 I 2 = V 1 I 1 .
  • Детали расчета:
    (а) N 1 /N 2 = V 1 /V 2 . № 1
    = N 2 V 1 /V 2 = 30*120/5 = 720.
    Первичная катушка имеет 720 витков.

    (б) V 2 I 2 = V 1 I 1
    если потеря мощности незначительна. I 1 = V 2 I 2 /V 1
    = 5*0,7/120 А = 29 мА.
    Средний ток в первичной обмотке составляет 29 мА.
    (в) P = V 2 I 2 = V 1 I 1
    — преобразованная средняя мощность. P = 5 В * 0,7 А = 3,5 Вт.

Объяснение урока: Электромагнитная индукция | Nagwa

В этом объяснителе мы научимся описывать электрический ток, индуцированный
в проводе, помещенном в переменное магнитное поле.

Рассмотрим петлю проводящего провода, как показано ниже.

По этому проводу не течет ток, так как нет разности потенциалов между
любые две точки в проводе, вызывающие протекание заряда.

Однако в этом контуре можно создать ток без использования ячейки
или батарея.

Представьте, что мы располагаем стержневой магнит рядом с проводом следующим образом.

Некоторые силовые линии магнитного поля от магнита проходят через проволочную петлю как
показано ниже.

Тем не менее, если магнит и провод останутся неподвижными, тока не будет
в проводе.

Однако, если магнит привести в движение, то магнитное поле, воздействующее на
петля изменится.

То есть, когда петля находится в другой части поля магнита,
количество линий поля, проходящих через петлю, или направление поля
линии или обе — будут разными. Вот что мы имеем в виду, когда говорим о магнитном поле.
поле через провод меняется.

Изменение магнитного поля через петлю создает ток в проводе. Этот процесс называется электромагнитной индукцией.

Определение: электромагнитная индукция

Когда петля проводящего провода подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля,
в проводе будет индуцироваться ток.

Существует множество способов воздействия на провод изменяющегося магнитного поля.

Снова рассмотрим наш стержневой магнит и проволочную петлю, на этот раз без силовых линий.
для ясности. Мы видели, что если они оба стационарны, ток отсутствует.
индуцируется, как показано ниже.

Однако, если магнит движется (в любом направлении), а провод остается
тем не менее, магнитное поле через провод будет меняться со временем и током
будет индуцироваться в проводе следующим образом.

Магнит также может оставаться неподвижным, в то время как проволока движется как
показано ниже.

Снова в проводе индуцируется ток. Обратите внимание, что провод может двигаться
в любом направлении относительно магнита, и ток все равно будет индуцироваться.

Пока источник магнитного поля и провод движутся относительно одной
другой, в проводе индуцируется ток.

Интересно, что величина индуцируемого тока зависит от того, как быстро
поле через проволочную петлю меняется.

Например, представьте, что проволока неподвижна, а магнит движется очень
медленно к нему, как показано ниже.

Магнитное поле в проводе будет меняться медленно, а ток
индуцированная в проводе будет мала.

Однако, если вместо этого магнит движется очень быстро к проводу, большее
ток будет индуцироваться следующим образом.

Этот больший наведенный ток вызван большей скоростью изменения
магнитное поле через провод.

Существуют и другие способы увеличения индуктивного тока. К ним относятся
увеличение силы используемого магнита и добавление дополнительных петель к
проволока.

Пример 1: Понимание электромагнитной индукции

На схеме показан постоянный магнит, перемещаемый по контуру
медный провод. Это движение индуцирует электрический ток
0,5А в проводе.

  1. Если магнит перемещается по петле с половинной скоростью,
    какова будет сила тока в петле?
  2. Если постоянный магнит заменить вдвое более сильным и
    движется по петле с первоначальной скоростью, какой будет ток в
    петля быть?

Ответ

Часть 1

Двигаясь с начальной скоростью, стержневой магнит вызывает изменение
магнитное поле через медную петлю, так что ток
0,5 А
индуцированный.

Величина индуцированного тока напрямую связана со скоростью, с которой
магнитное поле через петлю изменяется, и поэтому магнит
скорость.

Поэтому более быстрый магнит будет индуцировать больший ток и
медленнее движущийся магнит меньше тока.

Если магнит движется с половиной своей начальной скорости, ток в контуре
будет меньше 0,5 А.

Часть 2

Рассматривая изменение силы магнита, напомним, что ток
индуцируется в медной петле из-за скорости, с которой магнитное поле
через изменение цикла.

Увеличение силы магнита означает, что магнитное поле через
петля будет меняться с большей скоростью. Больший ток будет
следовательно, индуцируется, поэтому мы можем сказать, что если сила магнита
удвоится и движется с той же скоростью, что и раньше, то более чем
0,5 А от
в петле индуцируется ток.

Еще один способ усилить индукцию — заменить одну проволочную петлю на
провод, собранный во множество одинаковых петель, называется соленоидом. Каждая петля или поворот
соленоид умножает индуцированную разность потенциалов в проводе. Пример
соленоида показан ниже.

Пример 2: Понимание относительного движения в электромагнетизме

Часть (a) диаграммы показывает стержневой магнит, движущийся со скоростью 𝑣
к неподвижному соленоиду. Это индуцирует электрический потенциал
разница между двумя концами соленоида. Часть (б)
на схеме показан неподвижный стержневой магнит с движущимся к нему соленоидом
на скорости 𝑣. Как индуцируется разность потенциалов в соленоиде
часть (б) отличается от части (а)?

Ответ

Напомним, что соленоид представляет собой катушку провода, как показано на приведенных выше схемах.

На диаграмме (а) мы видим, что северный полюс стержневого магнита приближается к
соленоид на скорости 𝑣.

На диаграмме (b) магнит неподвижен, а соленоид теперь приближается
северный полюс магнита с той же скоростью 𝑣.

Относительное движение в обоих случаях одинаково; магнит
северный полюс и соленоид приближаются друг к другу со скоростью 𝑣.

Таким образом, изменение магнитного поля через петли соленоида равно
одинаково, движется ли магнит или соленоид.

Это изменяющееся магнитное поле вызывает разность потенциалов в
соленоид, поэтому мы ожидаем, что индуцированная разность потенциалов будет одинаковой в
оба сценария.

Когда провод подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля, направление
индуцированный ток соответствует изменяющемуся полю.

Рассмотрим стержневой магнит, движущийся через соленоид, как показано ниже.

В соленоиде индуцируется ток, и этот ток создает собственные магнитные поля.
поле.

Как и любое магнитное поле, индуцированное поле можно смоделировать как обладающее
северный и южный полюс. По сути, соленоид можно заменить стержнем.
магнит. Поля этих двух объектов изображены ниже.

Если такая замена произведена, ориентация магнита заменяется
соленоид должен быть определен. Для этого есть две возможности
ориентации, как показано ниже.

Чтобы определить, какая ориентация правильная, мы рассматриваем влияние каждой из них.
на подвижном стержневом магните.

В положении А южный полюс неподвижного магнита будет притягивать
северный полюс движущегося магнита. Тогда движущийся магнит будет ускоряться,
проявляя кинетическую энергию, которая постоянно увеличивается. Это будет означать, что
полная энергия изолированной системы магнитов возрастает. Закон
закон сохранения энергии препятствует этому.

В ориентации B вместо притяжения движущегося магнита неподвижный
магнит отталкивает. Это замедляет движущийся магнит и в конечном итоге останавливает его.

В целях сохранения энергии неподвижный магнит должен принять ориентацию
Б. Отталкивает входящий магнит и замедляет его.

Этот результат остается верным независимо от ориентации движущегося магнита. Какой бы из полюсов магнита ни находился ближе всего к проводу, к которому он приближается, провод
можно рассматривать как стержневой магнит с противоположной полярностью.

Снова рассматривая проволоку, взаимодействующую с изменяющимся магнитным полем, мы можем
теперь сделайте общее утверждение о направлении тока, индуцируемого в проводе.
относительно направления изменяющегося внешнего поля.

Определение: Закон Ленца

Когда ток создается посредством электромагнитной индукции, направление
ток таков, что он создает магнитное поле, противодействующее изменению
исходное магнитное поле.

Пример 3. Понимание закона Ленца

На схеме показан стержневой магнит, удаляющийся от соленоида. Этот
индуцирует электрический ток в соленоиде, который создает свой собственный
магнитное поле в свою очередь. Какой конец соленоида является северным полюсом
индуцированное магнитное поле?

Ответ

Поскольку стержневой магнит движется относительно соленоида, соленоид
испытывает изменяющееся магнитное поле.

Таким образом, в соленоиде индуцируется ток, который, в свою очередь, вызывает
магнитное поле.

Мы должны рассматривать это поле как поле, создаваемое магнитом.
северный полюс магнита находится либо в точке А, а южный полюс, следовательно, в
точка B, или в точке B, с южным полюсом в точке A.

Рассмотрим по очереди оба эти варианта.

Если точка А вблизи соленоида является магнитным северным полюсом, а точка В —
южный полюс, затем собственно магнит и магнит, заменяющий соленоид
будет выглядеть следующим образом.

Поскольку одинаковые магнитные полюса отталкиваются, мы ожидаем, что магнит слева
быть сдвинута влево. Магнит, уже движущийся таким образом, будет ускоряться
в этом направлении.

Альтернативой вышеизложенному является точка A рядом с соленоидом,
южный магнитный полюс, а точка B — северный магнитный полюс. Это
показано ниже.

Противоположные магнитные полюса притягиваются, поэтому можно ожидать, что эти два магнита
стремятся сблизиться.

Такое расположение магнитов заставит движущийся магнит замедлиться. Его
движению влево будет противодействовать притяжение к южному полюсу в
точка A.

Напомним из закона Ленца, что индуцированные магнитные поля препятствуют изменению
магнитные поля, которые их вызывают. В этом примере мы ищем
индуцированное магнитное поле, которое работает против движения магнита
движение влево.

Индуцированное поле, противодействующее этому движению, будет притягивать движущиеся
магнит вправо. Мы видели, что южный магнитный полюс в точке А
имеет этот эффект.

Следовательно, когда индуцированное магнитное поле соленоида имеет южную
магнитный полюс в точке А и северный магнитный полюс в точке В, индуцированное поле и
изменяющееся внешнее поле взаимодействует, как описано законом Ленца.

Северный магнитный полюс индуцируемого поля находится в точке B.

Разность потенциалов может быть наведена на проводе, даже если провод не
образуют замкнутый цикл.

Например, прямой отрезок провода может проходить через магнитную
поля, даже однородного, таким образом, что разность потенциалов
устанавливается поперек концов проволоки.

Мы можем визуализировать это, представив провод так, как будто он указывает внутрь и наружу
экрана и поля, направленных справа налево вокруг провода.

Когда проволока покоится в этом однородном поле, разность потенциалов отсутствует.
индуцированный. Однако, когда провод приводится в движение так, что он пересекает магнитное
силовых линий, на проводе индуцируется разность потенциалов.

Величина индуцированной разности потенциалов пропорциональна скорости
при котором провод пересекает силовые линии магнитного поля.

Для провода и поля, ориентированных, как показано выше, существует множество направлений в
провод может двигаться, чтобы пересечь силовые линии магнитного поля и, следовательно, вызвать
разность потенциалов.

В самом деле, есть только два пути, которыми он мог бы двигаться так, чтобы разность потенциалов
не индуцируется — параллельно или антипараллельно магнитному полю.

Разность потенциалов, наводимая в движущемся проводе, может быть положительной или отрицательной. Если разность потенциалов, наведенная на проводе, движущемся вертикально вверх,
например, положительна, то разность потенциалов, индуцируемая, когда провод
движется вниз отрицательно.

Пример 4: Понимание электромагнитной индукции

Части (a), (b), (c) и (d) на схеме показывают прямой кусок медного провода, движущийся через магнитное поле. Магнитное поле однородно, и в каждой части провод движется со скоростью
с той же скоростью, но в другом направлении через магнитное поле. Какой из пунктов (а), (б), (в) и (г) показывает движение провода, при котором в нем индуцируется наибольшая разность потенциалов?

Ответ

На каждой из четырех диаграмм медный провод, ось которого направлена ​​в
и выходит из экрана через однородное магнитное поле.

Такое движение способно вызвать разность потенциалов на концах
провода.

Величина индуцированной разности потенциалов пропорциональна
скорость, с которой провод пересекает силовые линии магнитного поля.

Нам говорят, что во всех четырех случаях скорость движущегося провода равна
такой же. Следовательно, единственный фактор, влияющий на скорость пересечения провода
Силовые линии магнитного поля — это направление его движения.

Провод, движущийся влево, например, параллельно магнитному полю,
не будет пересекать силовые линии и, следовательно, не будет подвергаться наведенному
текущий.

Проволока, движущаяся перпендикулярно линиям поля, однако, пересечет
эти линии с максимальной скоростью, возможной для его скорости.

На схемах (a) и (b) показана проволока, движущаяся под углами, которые не
90∘ с
относительно магнитного поля. На диаграмме (d) показана проволока, движущаяся в
в направлении, противоположном полю, и, следовательно, не пересекают никакие силовые линии. Диаграмма (c) отличается, показывая, что провод движется прямо вверх.
перпендикулярно полю и, следовательно, пересекая наибольшее количество
линии поля возможны на его скорости.

Наибольшая разность потенциалов, индуцируемая в проводе, возникает в
диаграмма (в).

Пример 5. Понимание электромагнитной индукции при круговом движении

На диаграмме (а) показан прямой кусок медной проволоки, движущийся по круговой траектории
в униформе
магнитное поле. На диаграмме (b) показана разность потенциалов на куске
провода против
время, как это происходит. Если точка 𝐴 на диаграмме (а)
соответствует точке 𝑃 на диаграмме (b), какая точка
на диаграмме (а) соответствует ли точка 𝑅 на диаграмме (б)?

Ответ

Рассматривая эти две диаграммы, мы знаем, что разность потенциалов
наведенное в проводе, движущемся на схеме (а), показано графически на (б).

Нам также говорят, что точка 𝐴 на диаграмме (а) соответствует точке 𝑃 на
диаграмма (б). Это означает, что когда провод движется вертикально вверх,
индуцированная разность потенциалов положительна и достигает максимума
ценить.

Обратите внимание, что точка 𝑅 на диаграмме (b) находится там, где разность потенциалов равна
нуль. Для нашего провода, движущегося в магнитном поле, наведенный потенциал
разница может быть равна нулю только в том случае, если провод движется параллельно или антипараллельно
окружающие линии поля. Следовательно, точка 𝑅 может только возможно
соответствуют точке 𝐵 или точке 𝐷 на диаграмме (а).

В точке 𝑅 не только разность потенциалов на проводе равна нулю,
но мы также видим из диаграммы (b), что разность потенциалов движется
от положительного к отрицательному.

Возвращаясь к диаграмме (а) в точке 𝐷, наведенная разность потенциалов
движется от отрицательных значений к положительным (т. е. провод переходит
от движения вниз к движению вверх). В верхней части круга в точке 𝐵
наведенная разность потенциалов меняется от положительной к отрицательной.

Следовательно, из двух точек, где провод движется горизонтально, мы
выберите точку 𝐵 как соответствующую точке 𝑅 на диаграмме (b).

Ключевые моменты

  • Когда петля провода подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля,
    на проводе индуцируется разность потенциалов.
  • Чем быстрее меняется магнитное поле, тем больше соответствующее
    величина тока, индуцируемого в проводе.
  • Для соленоида — провода, скрученного в круглые петли, — величина наведенного
    ток можно увеличить, добавив больше петель.


Опубликовано

в

от

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *