Индукционный ток
Оглавление:
2.2 Проявление магнитного поля
3.2 Характеристика Электрического поля
3.4 Явление электромагнитной индукции
5. Применение индукционного поля
6. Опыт
Я выбрал эту тему, потому что она меня заинтересовала с самого 9 класса, когда мы первый раз заговорили об индукции. Взяв эту тему, я хочу улучшить свои знания в разделе физики: «Электромагнитное поле », Так же я хочу смастерить свой двигатель, который будет вырабатывать Индукционный ток за счет механической работы совершаемой магнитом.
(на рисунке изображена катушка, подключенная к гальванометра . При движении магнита вдоль катушки вырабатывается индукционный ток)
Магнитное поле- это особый вид материи , создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последнее постоянный магнит).
Рисунок 1
На рисунке 1 изображено: Электрический ток(I), проходя по проводнику, создаёт магнитное поле (B) вокруг проводника.
Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца.( Сила Лоренца — сила, с которой электромагнитное поле согласно классической электродинамике действует на точечную заряженную частицу.)
МАГНИТНЫЕ ЛИНИИ (или иначе линии магнитной индукции).
- это воображаемые линии, вдоль которых располагаются магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. Магнитные линии можно провести через любую точку магнитного поля, они имеют направление и всегда замкнуты. Эти линии используют для изображения магнитного поля. На рисунке 2 ,изображены магнитные линии стрелочками вокруг магнита .
Рисунок 2
На рисунке 2 ,изображены магнитные линии стрелочками вокруг магнита .
Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. Такими частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения во времени электрического поля.
Электрический ток имеет следующие проявления:
•нагревание проводников (в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты);
• изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
• создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников)
Различают переменный ,постоянный и пульсирующий электрические токи, а также их всевозможные комбинации. В таких понятиях часто слово «электрический» опускают.
- Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.
- Переменный ток — ток, величина и направление которого меняются во времени. В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону.
- Пульсирующий электрический ток — это электрический ток, изменяющий свое значение с течением времени, но не изменяющий (как переменный) направления.
Характеристика электрического тока
Сила тока — физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (русское обозначение: А). По закону Ома сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению , приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению :
I=U/R
[I]=[A]
Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение, которого совершена работа.
P=A/t=UI
[p]=[Вт]
Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику .
A=UIt
[A]=[Дж]
Напряжение – равно разности потенциалов на участке цепи. Напряжение измеряется прибором – вольтметром, который включается параллельно проводнику (сопротивлению);
[U]=[B]
Сопротивление проводника (R) – ровняется произведению удельного сопротивления проводника(p) его длины (ℓ) ,деленное на площадь поперечного (s) . R=pℓ/S
Наличии тока в проводнике совершается работа против сил сопротивления. Как правило, большая часть работы электрического тока выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:
Явление электромагнитной индукции
Рисунок 3
В 1822 году английский ученый Майкл Фрадей поставил перед собой задачу «Превратить магнетизм в электричество » и в 1831 году Майклом было открыто явление электромагнитной индукции.
Это явление заключается в том что , при всяком изменении магнитного потока , пронизывающего контур замкнутого проводника , в этом проводнике возникает электрический ток , существующий в течение всего процесса изменения магнитного потомка. На рисунке 3 изображено , что во время движения магнита в катушке , показания гальванометра никогда не будут равняться нулю.
Третий рисунок так же показывает, что индукционный ток является переменным током т.к стрелка гальванометра отклоняется в обе стороны от нулевого положения .
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока которое воззвало этот ток.
Это правило можно подтвердить на опыте. В установке, изображенной на рисунке 4, подносят магнит к сплошному кольцу. Видят: кольцо отталкивается от полюса магнита. Если же надеть кольцо на магнит и затем вытягивать магнит из него, то кольцо тянется за магнитом. Как видно, индуцируемый в кольце ток препятствует в первом случае приближению магнита, во втором — его удалению.
В том, что причиной движения кольца является именно индукционный ток, а не другая причина (например, движение воздуха), можно убедиться. Попробуйте приближать или удалять магнит относительно кольца с разрезом. Увидите, что кольцо не движется. Дело в том, что в разрезанном кольце индукционный ток не возникает, а следовательно, оно с магнитом не взаимодействует
.
рисунок4 Эмилий Христианович Ленц
Электромагнитное поле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути, являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.
Теорию электромагнитного поля создал Клерк Максвелл в 1865 году . Он теоретически доказал , что всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля , а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.
Джеймс Клерк Максвелл
Если двигать магнит вверх и вниз (рис.3) то стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления то в одно, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в катушке и направление этого тока периодически меняются => Индукционный ток – периодический ток. В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генераторы, т.е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому , что их действия основано на явлении электромагнитной индукции.
Одним из примеров такого генератора является ГЭС .(Рис 5 )
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию
Сам генератор схематично выглядит так :
Схемы вертикальных синхронных генераторов .: 1 - ротор, 2 -статор, 3 - обмотка статора, 4 - подпятник, 5 - верхняя крестовина, 6 - нижняя крестовина
Сейчас очень распространено использование бензиновых генераторов, в них точно так же появляется переменный электрический ток за счет индукции.
- Ротор вращается вокруг статора.
- На выходе получается трехфазный переменный ток, который поступает на цепь выпрямления блока инвертора.
- С помощью цепи выпрямления трехфазный переменный ток преобразовывается в постоянный, а затем стабилизируется при помощи цепи сглаживания.
- В цепи преобразования этот постоянный ток превращается в синусоидальный, который почти аналогичен полной синусоиде.
- На выход инвертора поступает переменный ток.
- Микрокомпьютер контролирует напряжение и частоту сигнала по частотной характеристике напряжения.
Все поставленные мною задачи во время работы над проектом были выполнены. В дальнейшем я планирую развивать эту тему , и может когда-нибудь я смогу придумать двигатель ,который поможет миру на всегда отказаться от использования привычных видов топлива (Бензин , газ , дрова )
- Учебник физики А.В Перышкин , Е.М Гутник. Класс 9
- Свободная энциклопедия http://ru.wikipedia.org/
- Информационный портал http://phys-portal.ru/lections/eltok_lec.htm
- Научный сайт http://www.fxyz.ru/ · http://class-fizika.narod.ru/
