Lazys regel låter dig bestämma riktning. Laboratorieregel

Den har alltid en sådan riktning att den försvagar verkan av orsaken som exciterar denna ström.

En spektakulär demonstration av Lenz styre är Elihu Thomsons experiment.

Encyklopedisk YouTube

1 / 3

Lenz styre av bezbotvy

Lektion 281. Elektromagnetisk induktion. Magnetiskt flöde. Lenz regel

Lenz regel. Fysik

undertexter

Regelns fysiska väsen

E i n d = − d Φ d t (\displaystyle (\mathcal (E))^(ind)=-(\frac (d\Phi )(dt)))

där minustecknet betyder att den inducerade emk verkar på ett sådant sätt att den inducerade strömmen förhindrar en förändring av flödet. Detta faktum återspeglas i Lenz regel.

Lenz regel är generell till sin natur och är giltig i olika fysiska situationer, som kan skilja sig åt i den specifika fysiska mekanismen för excitation av induktionsströmmen. Så om en förändring i magnetiskt flöde orsakas av en förändring i kretsens yta (till exempel på grund av rörelsen av en av sidorna av en rektangulär krets), så exciteras den inducerade strömmen av Lorentz-kraften som verkar på elektronerna i en rörlig ledare i ett konstant magnetfält. Om förändringen i det magnetiska flödet är associerat med en förändring i storleken på det externa magnetfältet, exciteras induktionsströmmen av ett elektriskt virvelfält som uppstår när magnetfältet ändras. I båda fallen riktas emellertid den inducerade strömmen för att kompensera för förändringen i magnetfältsflödet genom kretsen.

Om ett externt magnetfält som penetrerar en stationär elektrisk krets skapas av en ström som flyter i en annan krets, så kan den inducerade strömmen riktas antingen i samma riktning som den externa eller i motsatt riktning: detta beror på om den externa strömmen minskar eller ökar. Om den externa strömmen ökar, ökar det magnetiska fältet och dess flöde, vilket leder till uppkomsten av en induktionsström som minskar denna ökning. I detta fall riktas induktionsströmmen i motsatt riktning mot huvudströmmen. I det motsatta fallet, när den externa strömmen minskar med tiden, leder minskningen av det magnetiska flödet till exciteringen av en inducerad ström, som tenderar att öka flödet, och denna ström riktas i samma riktning som den externa strömmen.

>> Induktionsströmmens riktning. Lenz regel

Genom att koppla spolen i vilken den inducerade strömmen uppstår till en galvanometer kan du upptäcka att riktningen för denna ström beror på om magneten närmar sig spolen (till exempel med nordpolen) eller rör sig bort från den (se fig. 2.2, b).

Framväxande inducerad ström i en eller annan riktning interagerar på något sätt med en magnet (attraherar eller stöter bort den). En spole med ström som passerar genom den är som en magnet med två poler - norr och söder. Induktionsströmmens riktning avgör vilken ände av spolen som fungerar som nordpolen (de magnetiska induktionslinjerna kommer ut ur den). Baserat på lagen om energibevarande är det möjligt att förutsäga i vilka fall spolen kommer att attrahera en magnet och i vilka fall den kommer att stöta bort den.

Interaktion av induktionsström med en magnet. Om magneten förs närmare spolen, uppträder en inducerad ström i den i en sådan riktning att magneten nödvändigtvis stöts bort. För att föra magneten och spolen närmare varandra måste positivt arbete utföras. Spolen blir som en magnet, med sin pol med samma namn vänd mot magneten som närmar sig den. Polar med samma namn stöter bort varandra.

När magneten tas bort, tvärtom, uppstår en ström i spolen i en sådan riktning att en kraft som attraherar magneten uppstår.

Vad är skillnaden mellan de två experimenten: att föra en magnet närmare spolen och flytta bort den? I det första fallet ökar antalet linjer av magnetisk induktion som penetrerar spolens varv, eller vad som är detsamma, det magnetiska flödet (fig. 2.5, a), och i det andra fallet minskar det (fig. 2.5) , b). Dessutom, i det första fallet kommer induktionslinjerna för magnetfältet som skapas av induktionsströmmen som uppstår i spolen ut från den övre änden av spolen, eftersom spolen stöter bort magneten, och i det andra fallet, tvärtom , de går in i detta syfte. Dessa magnetiska induktionslinjer visas i svart i figur 2.5. I fallet a liknar spolen med ström en magnet, vars nordpol är placerad överst och i fallet b, längst ner.

Liknande slutsatser kan dras med hjälp av experimentet som visas i figur 2.6. I ändarna av stången, som kan rotera fritt runt en vertikal axel, är två ledande aluminiumringar fixerade. En av dem har ett skärsår. Om du tar med en magnet till ringen utan ett snitt, kommer en induktionsström att uppstå i den och den kommer att riktas så att denna ring kommer att trycka bort från magneten och stången kommer att rotera. Om du tar bort magneten från ringen, kommer den tvärtom att attraheras av magneten. Magneten samverkar inte med den skärande ringen, eftersom skärningen förhindrar uppkomsten av induktionsström i ringen. Huruvida en magnet stöter bort eller attraherar en spole beror på riktningen för induktionsströmmen i den. Därför tillåter lagen om energibevarande oss att formulera en regel som bestämmer induktionsströmmens riktning.

Nu kommer vi till huvudsaken: med en ökning av det magnetiska flödet genom spolens varv har den inducerade strömmen en sådan riktning att det magnetiska fältet den skapar förhindrar ökningen av det magnetiska flödet genom spolens varv. När allt kommer omkring är induktionslinjerna i detta fält riktade mot fältets induktionslinjer, en förändring i vilken genererar en elektrisk ström. Om det magnetiska flödet genom spolen försvagas, då induktionen
strömmen skapar ett magnetfält med induktion, vilket ökar det magnetiska flödet genom spolens varv.

Detta är kärnan i den allmänna regeln för att bestämma induktionsströmmens riktning, som är tillämplig i alla fall. Denna regel fastställdes av den ryske fysikern E. H. Lenz.

Enligt Lenz regel Den inducerade strömmen som uppstår i en sluten krets med dess magnetfält motverkar förändringen i det magnetiska flödet som orsakar det. Mer kortfattat kan denna regel formuleras enligt följande: den inducerade strömmen riktas så att den stör orsaken som orsakar den.

För att tillämpa Lenz regel för att hitta induktionsströmmens riktning i kretsen är det nödvändigt att göra detta:

1. Bestäm riktningen för de magnetiska induktionslinjerna för det externa magnetfältet.
2. Ta reda på om flödet av den magnetiska induktionsvektorn för detta fält genom ytan som begränsas av konturen ökar (Ф > 0) eller minskar (Ф< 0).
3. Ställ in riktningen för de magnetiska induktionslinjerna för magnetfältet för den inducerade strömmen. Enligt Lenz regel måste dessa linjer vara riktade motsatta linjerna för magnetisk induktion vid Ф > 0 och ha samma riktning som dem vid Ф< 0.
4. Genom att känna till riktningen för de magnetiska induktionslinjerna, hitta riktningen för induktionsströmmen med hjälp av gimlet-regeln.

Induktionsströmmens riktning bestäms med hjälp av lagen om energibevarande. I alla fall är den inducerade strömmen riktad så att dess magnetfält förhindrar förändringen i det magnetiska flödet som orsakar det givna inducerad ström.

1. Hur bestäms induktionsströmmens riktning?
2. Kommer ett elektriskt fält att uppstå i en ring med ett snitt om du tar med en magnet till den?

Lektionens innehåll lektionsanteckningar stödja frame lektion presentation acceleration metoder interaktiv teknik Öva uppgifter och övningar självtest workshops, utbildningar, fall, uppdrag läxor diskussionsfrågor retoriska frågor från elever Illustrationer ljud, videoklipp och multimedia fotografier, bilder, grafik, tabeller, diagram, humor, anekdoter, skämt, serier, liknelser, ordspråk, korsord, citat Tillägg sammandrag artiklar knep för nyfikna spjälsängar läroböcker grundläggande och ytterligare ordbok över termer andra Förbättra läroböcker och lektionerrätta fel i läroboken uppdatera ett fragment i en lärobok, inslag av innovation i lektionen, ersätta föråldrad kunskap med nya Endast för lärare perfekta lektioner kalenderplan för året, metodologiska rekommendationer, diskussionsprogram Integrerade lektioner

Elektrisk Och magnetiska fält genereras av samma källor - elektriska laddningar, så vi kan anta att det finns ett visst samband mellan dessa fält. Detta antagande fann experimentell bekräftelse 1831 i experiment av den framstående engelske fysikern M. Faraday. Han öppnade fenomenet elektromagnetisk induktion.

Fenomenet elektromagnetisk induktion ligger till grund för driften av induktionsströmgeneratorer, som står för all el som genereras i världen.

Magnetiskt flöde

Sluten krets placerad i ett enhetligt magnetfält

En kvantitativ egenskap hos processen att ändra magnetfältet genom en sluten slinga är en fysisk storhet som kallas magnetiskt flöde. Magnetiskt flöde (F) genom en sluten slinga med area (S) är en fysisk storhet lika med produkten av storleken på den magnetiska induktionsvektorn (B) med arean av slingan (S) och vinkelns cosinus mellanvektor B och normal mot ytan: Φ = BS cos α. Magnetisk flödesenhet F - weber (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 m 2.

vinkelrät maximal.

Om den magnetiska induktionsvektorn parallell konturområdet, sedan det magnetiska flödet lika med noll.

Lagen för elektromagnetisk induktion

Lagen för elektromagnetisk induktion etablerades experimentellt: den inducerade emk i en sluten krets är lika stor som förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av kretsen: Denna formel kallas Faradays lag .

Den klassiska demonstrationen av den grundläggande lagen för elektromagnetisk induktion är Faradays första experiment. I den, ju snabbare du flyttar magneten genom spolens varv, desto större uppträder den inducerade strömmen i den, och därmed den inducerade emk.

Lenz regel

Beroendet av induktionsströmmens riktning på karaktären av förändringen i magnetfältet genom en sluten slinga fastställdes experimentellt 1833 av den ryske fysikern E.H. Lenz. Enligt Lenz regel , den inducerade strömmen som uppstår i en sluten krets med dess magnetiska fält motverkar förändringen i magnetiskt flöde genom vilken den kallad. Mer kortfattat kan denna regel formuleras på följande sätt: den inducerade strömmen riktas för att förhindra orsaken till det. Lenz regel återspeglar det experimentella faktum att de alltid har motsatta tecken (minus tecken in Faradays formel).

Lenz designade en enhet bestående av två aluminiumringar, solida och skurna, monterade på en aluminiumtvärstång. De kunde rotera runt en axel som en rocker. När en magnet sattes in i en solid ring började den "rinna iväg" från magneten och vred vipparmen därefter. När magneten togs bort från ringen försökte den "komma ikapp" magneten. När magneten rörde sig inuti den skurna ringen skedde ingen rörelse. Lenz förklarade experimentet med att magnetfältet för den inducerade strömmen försökte kompensera för förändringen i det externa magnetiska flödet.

Lenz regel har en djup fysisk betydelse – den uttrycker lagen om energihushållning.

Induktionsströmmens riktning

När en magnet förs in i en spole uppstår en induktionsström i den. Om du fäster en galvanometer på spolen kommer du att märka att strömriktningen kommer att bero på om vi för magneten närmare eller flyttar bort den.

Magneten kommer att interagera med spolen antingen genom att dras till eller stötas bort av den. Detta kommer att uppstå på grund av det faktum att spolen med ström som passerar genom den kommer att likna en magnet med två poler. Riktningen för den inducerade strömmen kommer att avgöra var spolens poler kommer att vara.

Om du för en magnet närmare spolen kommer en inducerad ström att uppstå i den i en sådan riktning att spolen nödvändigtvis stöts bort från magneten. Om vi tar bort magneten från spolen kommer en sådan induktionsström att uppstå i spolen att den kommer att attraheras av magneten.

Det är värt att notera att oavsett vilken pol vi tar med eller tar bort magneten med, kommer spolen alltid att stötas bort när den tas in och attraheras när den tas bort. Skillnaden är att när magneten närmar sig spolen ökar det magnetiska flödet som kommer att penetrera spolen, eftersom grupperingen av magnetiska induktionslinjer vid magnetens pol ökar. Och när magneten tas bort kommer det magnetiska flödet som passerar genom spolen att minska.

Du kan ta reda på induktionsströmmens riktning. För detta finns Lenz regel. Den bygger på bevarandelagen. Tänk på följande experiment.

Det finns en spole med en galvanometer kopplad till den. Vi börjar föra en magnet till ena kanten av spolen, till exempel med nordpolen. Antalet linjer som kommer att penetrera ytan av varje varv av spolen kommer att öka. Följaktligen kommer värdet på det magnetiska flödet också att öka.

Eftersom naturvårdslagen måste uppfyllas måste ett magnetfält uppstå som förhindrar att magnetflödet förändras. I vårt fall ökade det magnetiska flödet, därför måste strömmen flyta i en sådan riktning att linjerna i den magnetiska induktionsvektorn som skapas av spolen är riktade i motsatt riktning mot linjerna för magnetisk induktion som skapas av magneten.

Det vill säga, i vårt fall bör de riktas uppåt. Låt oss nu använda gimlet-regeln. Vi riktar tummen på vår högra hand i riktning mot de magnetiska induktionslinjer vi behöver, det vill säga uppåt. Då kommer de återstående fingrarna att indikera i vilken riktning induktionsströmmen ska riktas. I vårt fall, från vänster till höger.

En liknande process inträffar när magneten tas bort. Vi tar bort magneten, det magnetiska flödet minskar, därför bör ett fält uppstå som kommer att öka det magnetiska flödet. Det vill säga fältet för den magnetiska induktionslinjen, som kommer att samriktas med de magnetiska induktionslinjerna som skapas av permanentmagneten. I vårt fall är dessa linjer riktade nedåt. Återigen använder vi gimlet-regeln och bestämmer induktionsströmmens riktning.

Lenz regel.

För att tillämpa Lenz regel för att hitta induktionsströmmens riktning i kretsen är det nödvändigt att göra detta:

1. Bestäm riktningen för de magnetiska induktionslinjerna för vektor B i det externa magnetfältet.

2. Ta reda på om flödet av magnetinduktionsvektorn för detta fält genom ytan som begränsas av konturen (Δ Ф > 0) ökar eller minskar (Δ Ф< 0).

3. Ställ in riktningen för de magnetiska induktionslinjerna för vektor B' för magnetfältet för den inducerade strömmen. Dessa linjer ska, enligt Lenz’ regel, vara riktade motsatta linjerna för magnetisk induktion av vektor B’ vid Δ Ф > 0 och ha samma riktning som dem vid Δ Ф< 0.

4. Genom att känna till riktningen för de magnetiska induktionslinjerna för vektor B’, hitta riktningen för den inducerade strömmen med hjälp av gimlet-regeln.

Vortex elektriskt fält.

Orsaken till förekomsten av elektrisk ström i en stationär ledare är det elektriska fältet.

Varje förändring i magnetfältet genererar ett induktivt elektriskt fält, oavsett närvaron eller frånvaron av en sluten krets, och om ledaren är öppen, uppstår en potentialskillnad vid dess ändar; Om ledaren är stängd, observeras en inducerad ström i den.

Det elektriska induktionsfältet är virvel. Riktningen för kraftlinjerna för det elektriska virvelfältet sammanfaller med induktionsströmmens riktning

Ett induktivt elektriskt fält har helt andra egenskaper jämfört med ett elektrostatiskt fält.

elektrostatiskt fält	induktion elektriskt fält (virvel elektriskt fält)
1. skapad av stationära elektriska laddningar	1. orsakad av förändringar i magnetfältet
2. fältlinjer är öppna - potentialfält	2. kraftlinjer är stängda - virvelfält
3. Fältets källor är elektriska laddningar	3. Fältkällor kan inte anges
4. Arbetet som utförs av fältkrafterna för att flytta testladdningen längs en sluten bana är noll.	4. Fältkrafternas arbete för att flytta en testladdning längs en sluten bana är lika med den inducerade emk

År 1831 upptäckte den engelske fysikern M. Faraday fenomenet i sina experiment elektromagnetisk induktion. Sedan studerade den ryske vetenskapsmannen E.Kh. detta fenomen. Lenz och B.S. Jacobi.

För närvarande är många enheter baserade på fenomenet elektromagnetisk induktion, till exempel i en motor eller elektrisk strömgenerator, i transformatorer, radiomottagare och många andra enheter.

Elektromagnetisk induktion- detta är fenomenet med förekomsten av ström i en sluten ledare när ett magnetiskt flöde passerar genom den. Det vill säga, tack vare detta fenomen kan vi omvandla mekanisk energi till elektrisk energi – och detta är underbart. När allt kommer omkring, innan upptäckten av detta fenomen, visste folk inte om metoder för att producera elektrisk ström, förutom galvanisering.

När en ledare utsätts för ett magnetfält uppstår en emk i den, som kan uttryckas kvantitativt genom lagen om elektromagnetisk induktion.

Lagen för elektromagnetisk induktion

Den elektromotoriska kraften som induceras i en ledande krets är lika med förändringshastigheten för den magnetiska flödeskopplingen till den kretsen.

I en spole som har flera varv beror den totala emk på antalet varv n:

Men i det allmänna fallet används EMF-formeln med allmän flödeskoppling:

EMF som exciteras i kretsen skapar en ström. Det enklaste exemplet på utseendet av ström i en ledare är en spole genom vilken en permanentmagnet passerar. Riktningen för den inducerade strömmen kan bestämmas med hjälp av Lenz regler.

Lenz regel

Den ström som induceras när magnetfältet som passerar genom kretsen ändras, dess magnetfält förhindrar denna förändring.

I fallet när vi introducerar en magnet i spolen ökar det magnetiska flödet i kretsen, vilket innebär att magnetfältet som skapas av den inducerade strömmen, enligt Lenz regel, riktas mot ökningen av magnetens fält. För att bestämma strömriktningen måste du titta på magneten från nordpolen. Från denna position kommer vi att skruva gimlet i riktning mot strömmens magnetfält, det vill säga mot nordpolen. Strömmen kommer att röra sig i gimletens rotationsriktning, det vill säga medurs.

I fallet när vi tar bort magneten från spolen minskar det magnetiska flödet i kretsen, vilket innebär att magnetfältet som skapas av den inducerade strömmen riktas mot minskningen av magnetens fält. För att bestämma strömriktningen måste du skruva av gimleten; gimletens rotationsriktning kommer att indikera strömriktningen i ledaren - moturs.