Эдс в магнитном поле: Электричество и магнетизм

Содержание

Электричество и магнетизм

Индукционные токи возникают не только в проволочных витках, но и в толще массивных проводников. В этом случае их называют вихревыми токами или токами Фуко. Из–за малого сопротивления проводников они могут достигать большой силы. По правилу Ленца вихревые токи также действуют против причины, их вызывающей. На этом основана идея электромагнитных демпферов, успокаивающих колеблющиеся части приборов (стрелки гальванометров и т. п.). На подвижной части прибора укрепляется металлическая полоска, находящаяся в поле сильного магнита. При движении системы токи Ж. Фуко (рис. 8.23) тормозят ее, но они отсутствуют при покоящейся стрелке и не препятствуют её остановке в нужном месте, согласно значению измеряемой величины (в отличие от сил трения).

Рис. 8.23. Леон Фуко (1819–1868) — французский физик и астроном 

Итогом проведенных рассуждений может быть такая формулировка правила Ленца: индукционный ток всегда направлен так, чтобы препятствовать той причине, которая его породила.

Вне зависимости от того, что это за причина.

Например, если проволочное кольцо падает в неоднородном магнитном поле под действием силы тяжести, то в нем течет индукционный ток. Соответственно на кольцо действует сила Ампера. Ничего не вычисляя, можно быть уверенным в том, что эта сила Ампера будет направлена вверх, чтобы — согласно правилу Ленца — мешать силе тяжести, которая является причиной падения кольца, что влечет за собой изменение магнитного потока, а это приводит к появлению индукционного тока, на который действует сила Ампера, тормозящая падение…

Ниже рассматриваются опыты, в которых изучаются свойства токов Фуко. 

На рис. 8.24 показан опыт, демонстрирующий падение тел в неоднородном магнитном поле. Неоднородное магнитное поле тормозит движение проводящих предметов из-за токов Фуко, возникающих в проводниках при изменении магнитного потока через них. Демонстрируется беспрепятственное падение диэлектрического деревянного диска между полюсами сильного электромагнита и медленное падение медного и алюминиевого дисков в магнитном поле, напоминающее движение тел в среде с большой вязкостью.

Рис. 8.24. Падение тел в неоднородном магнитном поле 

Видео 8.9. Электромагнитное торможение: падение медных и алюминиевых дисков  («монет») в магнитном поле.

При падении сильного постоянного магнита внутри вертикальной проводящей трубки в ее стенках возникают токи Фуко, тормозящие это падение. В опыте (рис. 8.25) демонстрируется свободное падение немагнитного алюминиевого цилиндра в разных трубках, а также маленького магнита в стеклянной трубке. Затем показывают замедление падения этого магнита в алюминиевой трубке и его очень медленное падение в толстостенной медной трубке.

 

Рис. 8.25. Падение магнита в трубках 

На рис. 8.26 показано демпфирование колебаний маятника. Толстая сплошная медная пластина, прикрепленная на конце физического маятника, движется при его колебаниях между полюсами сильного электромагнита. Слабо затухающие колебания маятника после включения магнитного поля начинают быстро затухать, превращаясь практически в апериодические колебания. Если на конце маятника закрепить медную пластинку, разрезанную в виде гребенки, то сильное затухание колебаний маятника исчезает, поскольку токи Фуко уже не могут замыкаться в объеме проводника. 

 

Рис. 8.26. Демпфирование колебаний маятника 

Видео 8.10. Электромагнитное торможение: маятник.

В опыте на рис. 8.27 показана левитация сплошного проводящего кольца. Токи Фуко могут возникать не только в проводниках при их перемещении в неоднородном магнитном поле, но и при быстром изменении этого поля. сплошное кольцо из алюминия, надетое на вертикальный сердечник электромагнита, питаемого переменным током частотой 50 Гц, висит в воздухе. в то время как такое же, но разрезанное кольцо свободно падает на обмотку. 

 

Рис. 8.27. Левитация сплошного проводящего кольца

 

На рис. 8.28 показано взаимодействие проводника и электромагнита. Толстый медный диск укреплен в подшипниках на оси с ручкой. Вблизи него на такой же оси закреплен электромагнит. Если вращать за ручку включенный электромагнит, то диск начинает вращаться в ту же сторону. Если же, наоборот, вращать за ручку диск вблизи электромагнита, то последний также начинает вращаться. Силы взаимодействия диска и электромагнита, похожие по характеру на силы вязкого трения, обусловлены возникновением токов Фуко в диске.

ЭДС индукции в движущихся проводниках формула

ЭДС индукции и сила Лоренца

Появление электродвижущей силы (ЭДС) в телах, перемещающихся в магнитном поле легко объяснить, если вспомнить о существовании силы Лоренца. Пусть стержень движется в однородном магнитном поле с индукцией рис.1. Пусть направление скорости движения стержня () и перпендикулярны друг другу.

Между точками 1 и 2 стержня индуцируется ЭДС, которая направлена от точки 1 к точке 2. Движение стержня – это перемещение положительных и отрицательных зарядов, которые входят в состав молекул этого тела. Заряды вместе с телом перемещаются в сторону движения стержня. Магнитное поле оказывает воздействие на заряды при помощи силы Лоренца, пытаясь переместить положительные заряды в сторону точки 2, а отрицательные заряды к противоположному концу стержня. Так, действие силы Лоренца порождает ЭДС индукции.

Если в магнитном поле движется металлический стержень, то положительные ионы, находясь в узлах кристаллической решетки, не могут двигаться вдоль стержня. При этом подвижные электроны скапливаются в избытке на конце стержня около точки 1. Противоположный конец стержня будет испытывать недостаток электронов. Появившееся напряжение определяет собой ЭДС индукции.

В том случае, если движущийся стержень сделан из диэлектрика, разделение зарядов при воздействии силы Лоренца, приводит к его поляризации.

ЭДС индукции будет равна нулю, если проводник перемещается параллельно направлению вектора (то есть угол между и равен нулю).

ЭДС индукции в прямом проводнике, движущемся в магнитном поле

Получим формулу для вычисления ЭДС индукции, которая возникает в прямолинейном проводнике, имеющем длину l, движущемся параллельно самому себе в магнитном поле (рис. 2). Пусть v – мгновенная скорость проводника, тогда за время он опишет площадь равную:

   

При этом проводник пересечет все линии магнитной индукции, которые проходят через площадку . Получим, что изменение магнитного потока () сквозь контур в который входит перемещающийся проводник:

   

где – составляющая магнитной индукции, перпендикулярная к площадке . Подставим выражение для (2) в основной закон электромагнитной индукции:

   

получим:

   

При этом направление тока индукции определено законом Ленца. То есть индукционный ток имеет такое направление, что механическая сила, которая действует на проводник, замедляет перемещение проводника.

ЭДС индукции в плоском витке, вращающемся в магнитном поле

Если плоский виток вращается в однородном магнитном поле, угловая скорость его вращения равна , ось вращения находится в плоскости витка и , тогда ЭДС индукции можно найти как:

   

где S – площадь, которую ограничивает виток; – поток самоиндукции витка; – угловая скорость; () – угол поворота контура.

Необходимо заметить, что выражение (5) справедливо, тогда, когда ось вращения составляет прямой угол с направлением вектора внешнего поля .

Если вращающаяся рамка имеет N витков и ее самоиндукцией можно пренебречь, то:

   

Примеры решения задач

Электромагнитная индукция — Основы электроники

Мы знаем, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, приходит в движение. Это обусловлено явлением магнитной индукции. Существует и другое очень важное явление, в известном смысле обратное явлению магнитной индукции: при движении замкнутого проводника в маг­нитном поле в нем по­является электрический ток

. Это явление называется электромагнитной индукцией.

Возьмем проводник, концы которого зам­кнуты на гальванометр (прибор для обнаруже­ния малых электрических токов, можно использовать микроамперметр), и быстро пересечем этим проводником поле магнита (рисунок 1). При этом мы заметим, что стрелка гальванометра отклонится в тот мо­мент, когда проводник пересечет магнитное по­ле. Следовательно, по проводнику в этот мо­мент пройдет электри­ческий ток.

Рисунок 1. Электромагнитная индукция. При быстром пересечении проводником магнитных силовых линий в проводнике возникает электрический ток.

Пересечем теперь магнитное поле проводником в обратном направлении. Стрелка гальванометра снова отклонится, но уже в противоположную сторону. Это говорит о том, что по про­воднику снова прошел электрический ток, но уже в обратном направлении.

Отсюда можно сделать вывод, что при пересечении про­водником магнитного поля в проводнике возникает ЭДС, направление которой зависит от направления движения про­водника. Эта ЭДС называется индуктированной ЭДС или ЭДС индукции, то есть наведение ЭДС в проводнике и есть не что иное, как явление электромагнитной индукции (не следует сме­шивать с магнитной индукцией!).

Наведение ЭДС индукции при движении проводника в магнитном поле объясняется следующим образом. При движе­нии проводника вместе с ним движутся и свободные электроны, находящиеся в нем. При изучении магнитной индукции мы узнали, что на электрические заряды, движущиеся в магнитном поле, дей­ствует сила в направлении, перпендикулярном направлению магнитного потока. Поэтому при движении электронов вместе с проводником, пересекающим магнитные силовые линии, на электроны будут действо­вать силы, заставляющие их перемещаться вдоль проводника, что и приводит к возникновению электрического тока в нем.

Явление электромагнитной индукции имеет большое значе­ние в электро- и радиотехнике, поэтому мы остановимся на нем несколько подробнее.

Попробуем производить перемещение проводника в магнитном поле с различной скоростью. При этом мы заметим, что стрелка гальванометра будет отклоняться тем больше, чем быстрее наш проводник пересекает магнитное поле. При очень медленном перемещении проводника в нем совершенно не воз­никает тока или, говоря точнее, ток будет настолько мал, что наш гальванометр не в состоянии его обнаружить.

Далее обратим внимание на то обстоятельство, что, вдви­гая проводник в пространство между полюсами магнита, мы тем самым увеличиваем число магнитных силовых линий, охва­тываемых замкнутым контуром проводника, а при обратном перемещении проводника уменьшаем число этих линий, или, другими словами, в первом случае магнитный поток, охваты­ваемый нашим замкнутым контуром, увеличивается, а во вто­ром случае уменьшается. С этой точки зрения возникновение индукционного тока в замкнутом проводящем контуре мы мо­жем объяснить как результат изменения величины магнитного потока внутри контура; большие или меньшие отклонения стрелки при разных скоростях движения проводника свиде­тельствуют о том, что ЭДС индукции зависит от скорости изменения магнитного потока внутри контура.

При быстром возрастании (или убывании) магнитного по­тока внутри контура в нем наводится большая ЭДС индук­ции, а при медленном возрастании (или убывании)малая.

На принципе электромагнитной индукции основано устрой­ство электродинамических микрофонов, звукоснимателей , трансформаторов, электроизмерительных приборов, генераторов электрического тока и т. д.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

ЭДС индукции — Энциклопедия по машиностроению XXL

Закон электромагнитной индукции. Экспериментальное исследование зависимости ЭДС индукции от изменения магнитного потока привело к установлению закона электромагнитной индукции ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.  [c.188]

В СИ единица магнитного потока выбрана такой, чтобы коэффициент пропорциональности между ЭДС индукции и изменением магнитного потока был равен единице. При этом закон электромагнитной индукции формулируется следующим образом ЭДС индукции в замкнутом контуре равна модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром  [c. 188]


Если в последовательно соединенных контурах происходят одинаковые изменения магнитного потока, то ЭДС индукции в них равна сумме ЭДС индукции в каждом из контуров. Поэтому при изменении магнитного потока в катушке, состоящей из п одинаковых витков провода, общая ЭДС индукции в п раз больше ЭДС индукции в одиночном контуре  [c.188]

Единица магнитного потока в Международной системе единиц называется вебером (Вб). Она определяется на основании использования закона электромагнитной индукции. Магнитный поток через площадь, ограниченную замкнутым контуром, равен 1 Вб, если при равномерном убывании этого потока до нуля за 1 с в контуре возникает ЭДС индукции 1 В  [c.188]

ЭДС индукции в движущихся проводниках. Явление электромагнитной индукции наблюдается и в тех случаях, когда магнитное поле не изменяется во времени, но магнитный поток через контур изменяется из-за движения проводников контура в магнитном поле. В этом случае причиной возникновения ЭДС индукции является не вихревое электрическое поле, а сила Лоренца.  [c.189]

Поэтому ЭДС индукции в контуре будет равна  [c.189]

Совпадение выражений (54.5) и (54.7) показывает, что причиной возникновения ЭДС индукции в контуре в этом случае является действие силы Лоренца на заряды в движущемся проводнике.  [c.190]

Самоиндукция. При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного потока, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, должно вызывать появление ЭДС индукции в катушке. Явление возникновения ЭДС индукции в  [c.190]

Мы получили, что работа внешних сил, вызывающих движение проводника в магнитном поле, равна работе ЭДС индукции в электрической цепи.  [c.196]

Машнна постоянного тока как электрический генератор. Физический принцип действия машины постоянного тока как генератора основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника при вращении ее в магнитном поле (рис. 203).  [c.196]

При вращении якоря в магнитном поле индуктора в проводах его обмоток возникает ЭДС индукции.  [c.196]

С потребителями электрической энергии через скользящие контакты коллектора и электрических щеток соединяются концы той обмотки якоря, в которой в данный момент времени ЭДС индукции имеет максимальное значение.  [c.196]

Провода обмотки движутся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. При этом между концами проводника возникает ЭДС индукции, которая прямо пропорциональна скорости  [c.196]


При равномерном увеличении магнитного потока через контур ЭДС индукции и сила тока в цепи постоянны. В этом случае электрический заряд Aq равен q = IM. Следовательно, нужно найти силу тока в цепи.  [c.210]

При зарядке и разрядке конденсатора колебательного контура изменения силы тока в катушке Lk контура вызывают изменения магнитного поля вокруг нее. При этом происходят изменения магнитного потока и возникает ЭДС индукции во второй катушке Lqb, называемой катушкой обратной связи. Один конец катушки обратной связи соединен с эмиттером транзистора, второй через конденсатор С — с его базой. Катушка обратной связи включена таким образом, что при увеличении силы тока в цепи коллектора на базу подается напряжение, отпирающее транзистор  [c.235]

Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции е в витке, согласно закону электромагнитной индукции равную производной потока магнитной индукции, взятой со знаком минус  [c.237]

Следовательно, изменения ЭДС индукции со временем будут происходить по гармоническому закону  [c.237]

Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы витка с электрической цепью, то под действием этой ЭДС индукции в электрической цепи возникнут вынужденные гармонические колебания силы тока — переменный ток.  [c. 237]

Отношение ЭДС самоиндукции l в первичной катушке к ЭДС индукции в2 во вторичной катушке равно отношению числа витков П1 в первичной катушке к числу витков Л2 во вторичной катушке  [c.246]

При разомкнутой цепи вторичной катушки — режим холостого хода трансформатора — напряжение 2 на [c.246]

Вторичную катушку пронизывает тот же самый магнитный поток, который проходит через первичную катушку. При изменениях магнитного потока в каждом ее витке возникает ЭДС индукции, изменяющаяся по гармоническому закону, амплитуда изменений ЭДС индукции в одном витке имеет такое же значение, что и ЭДС самоиндукции в одном витке первичной катушки. Если число витков провода вторичной катушки /12, то мгновенное значение ЭДС в ней равно  [c.246]

Виток провода площадью 2,5-10 м вращается с частотой 5 с в однородном магнитном поле с индукцией 1,1 Тл. Определите амплитуду колебаний ЭДС индукции в витке.  [c. 295]

С какой частотой должен вращаться виток провода в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл, чтобы амплитуда колебаний ЭДС индукции в нем была 1 В Площадь витка 2,5-10″ м .  [c.295]

Ротор электрического генератора длиной Тми диаметром 1,25 м вращается с частотой 3000 оборотов в минуту. Индукция магнитного поля 2 Тл. Определите амплитуду колебаний ЭДС индукции в одном витке обмотки генератора.  [c.296]

ЭДС индукции 188 Эквипотенциальная поверхность 139 Электрическая емкость 143  [c.365]

Зависимость (55), называемая законом электромагнитной индукции Фара дея, устанавливает и величину, и направление ЭДС индукции.  [c.191]

Если в переменное магнитное поле помещен неподвижный проводник, то поток магнитной индукции сквозь сечение контура, охватываемого проводником, изменяется, в связи с чем в проводнике по закону Фарадея возникает ЭДС индукции  [c.191]

Аналогичное соотношение можно получить и для электрического вихревого поля. Согласно (55), ЭДС индукции  [c.192]

Индуктивность и взаимная индуктивность. При изменении магнитного потока, сцепленного с данным контуром, в последнем возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, определяемая законом Фарадея  [c.253]

Единицу индуктивности можно определить как индуктивность такого контура, который сцеплен с потоком в один максвелл, при протекании по нему тока, равного с единиц, Согласно другому определению единицей индуктивности является индуктивность такого контура, в котором возникает ЭДС индукции, равная единице, при изменении тока в контуре на единиц в секунду. В соответствии с размерностью иногда указанную единицу индуктивности называют сантиметром индуктивности.  [c.255]


ИНДУКЦИОННЫЙ УСКОРИТЕЛЬ — ускоритель заряженных частиц, в к-ром прирост энергии частиц происходит за счёт эдс индукции, создаваемой перем. магн, потоком. Различают циклич. И. у. бетатрон), в к-ром частицы обращаются в магн. поле по траекториям, близким к окружности, а магн. поток пронизывает эту окружность, и линейный индукционный ускоритель, в к-ром частицы движутся почти прямолинейно, а ускоряющее электрич. поле индукции создаётся охватывающим траекторию перем. магн. потоком.  [c.144]

Появление электрического тока в замкнутом контуре при изменениях магнитного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил неэлектростатической природы или о возникновении ЭДС индукции. Количественное описание явления электромагнитной индукции дается на основе установления связи между ЭДС индукции и физической величиной, называемой магнитным потоком.  [c.187]

Основными частями машины постоянного тока являются индуктор, с помощью которого создается магнитное поле, якорь, в обмотке которого наводлтся ЭДС индукции, гсоллектор и электрические щетки. Коллектором называются изолированные друг от друга проводящие пластипы, присоединенные к катушкам. По пластинам коллектора скользят электрические щетки, соединяющие концы обмоток с внешней йлектрической цепью.  [c.196]

Если внутреннее сопротивление источника тока, т. е. сопротивление проводов обмотки статора, значительно меньше сопротивления внешней электрической цепи, то напряжение и на выходе генератора можно считать равным по абсолютному значению ЭДС индукции в п последовательно включенных витках обмотки и = пе = пВЗш sin ot. (68.5)  [c.238]

В системах магнитоэлектрического типа в последнем урав-пеиии вая ную роль играет ЭДС индукции. D частном случае, когда ироводппк длины I перемещается в равномерном магнитном поле перпендикулярно вектору пндукцни В, наведенная ЭДС индукции онределяется по формуле  [c.284]

Отложения оксидов металлов в трубе обнаруживают при помощи индукционного датчика, представляющего собой постоянный магнит с обмоткой медного провода (оператор водит прибором по поверхности исследуемого трубопровода). При прохождении участка с металлооксидными отложениями магнитное сопротивление цепи магнит — трубопровод уменьщается, что приводит к изменению напряженности магнитного поля магнита и сопровождается возникновением в обмотке магнита ЭДС индукции, поступающей на вход двухкаскадного транзисторного усилителя постоянного тока, и усиленный импульс регистрируется микроамперметром. Отклонение стрелки прибора зависит от толщины слоя отложения и скорости движения датчика по трубопроводу. Однако из-за малой длительности импульса индуктируемой ЭДС, наличия омического сопротивления обмотки магнита и инерционности подвижной части микроамперметра  [c.49]

Формулы (7.62) и (7.63) представляют собой частный случай, когда поток, изменения которого порождают ЭДС индукции, создан в тороиде или длинном соленоиде. В более общем случае контура любой формы с любым числом произвольно расположенньис витков можно, основываясь на законе Био, Савара и Лапласа, выразить потокосцепление с этим контуром в виде  [c. 254]

Если мы имеем два контура, более или менее близко расположенных друг относительно друга, то при протекании тока по одному из контуров часть потока или весь поток оказывается сцепленным со вторым контуром. Изменение тока в первом из контуров вызывает возникновение ЭДС индукции во втором контуре. Потокосцеп-ление в одном контуре в зависимости от тока в другом имеет вид, аналогичный (7.64)  [c.255]

ЯВЛЕНИЕ (взаимной индукции заключается в наведении ЭДС индукции во всех проводниках, находящихся вблизи цепи переменного тока самоиндукции — возникновение ЭДС электромагнитной индукции в электрической цепи вследствие изменения в ней электрического тока гидратации — взаимодействие ионов растворенного вещества с молекулами растворителя осмоса — ппоникновение растворителя в раствор через пористую перегородку (мембрану), непроницаемую для растворенного вещества и отделяющую раствор от чистой жидкости сверх гекучестп гелия состоит в способности жидкого гелия-2 протекать без трения через узкие щели и капилляры при температуре Г[c. 302]

Линейный индукционный ускоритель — Л. у., в к-ром для ускорения используется эдс индукции, возникающей при изменении во времени магн. потока, охватывающего нрямолинейные траектории частиц. Ускоряющее поло в индукц. Л. у. за время пролёта частиц существенно не меняется.  [c.586]

Зарядовая нейтрализация пучка происходит при инжекции в достаточно плотную плаз.му за счёт вытеснения из его объёма медленных плазменных электронов с характерным временем (4яа) , где а — проводимость плазмы. Если к моменту достижения нейтрализации ток С. п. продолжает нарастать, то эдс индукции создаёт ток оставшихся плазменных электронов, направленный против тока пучка и вызывающий токовую нейтрализацию. При небольшой плотности плазмы, когда плазменная частота озр распределён по всему объёму, так что токовая нейтрализация неполна и имеет интегральный характер. При Ыр > da происходит локальная нейтрализация, за исключением поверхности С. п., где образуется двойной токовый слой толщиной — juip и сосредоточено ыагн. поле. В таких условиях частицы С. и. практически свободны, а сам он электродинамически венаблюдаем. Эффективность переноса пучком мощности и энергии через плазму на расстояния 1м близка к 100%, но на больших расстояниях уменьшается за счёт раал. неустойчивостей С. п., в первую очередь поперечной неустойчивости, выражающейся в изгибании пучка как целого и разбиения его на отд, нити.  [c.503]



(PDF) Ошибки формального применения закона электромагнитной индукции Фарадея

11

Ошибки формального применения закона электромагнитной индукции Фарадея

УДК 537.851

Ошибки формального применения закона электромагнитной

индукции Фарадея

Искандер Рахимович Мубаракшин

Марийский государственный университет (МарГУ)

424001, г. ЙошкарОла, пл. Ленина, д. 1; email: [email protected]

В задачах на электромагнитную индукцию для упрощения нередко полагают магнитное

поле сосредоточенным в конечной области, чтобы вне этой области полем и магнитным

потоком можно было пренебречь. Тогда для любого контура, расположенного в области

с пренебрежимо малым магнитным потоком и содержащего область магнитного поля,

охватываемый магнитный поток будет одинаков независимо от размеров контура. В

случае переменного магнитного поля для всех указанных контуров формальное

применение закона электромагнитной индукции дает ЭДС индукции одинаковой

величины, которая легко находится. Но такого типа ЭДС не может быть ЭДС индукции,

поскольку соответствующее электрическое поле не является вихревым и, следова

тельно, источником такого поля не может быть переменное магнитное поле. Это резуль

тат ошибочного применения закона электромагнитной индукции. Разобран пример с

электрическим полем вне соленоида, внутри которого магнитное поле линейно меняется

со временем.

Ключевые слова: электромагнитная индукция, вихревое электрическое поле.

Введение

Закон электромагнитной индукции (ЭМИ) Фарадея общеизвестен dt

−=

ε

.

При изменении магнитного потока в контуре наводится ЭДС индукции и, если контур

проводящий, то возникает индукционный ток R

I

ε

=. Если цепь разветвленная, то

применяя закон ЭМИ к каждому контуру и законы Кирхгофа, можно рассчитать токи

во всех участках цепи.

Теоретически все просто и понятно. Но при составлении задач на тему ЭМИ

часто используют упрощающие предположения, чтобы сделать задачу доступной на

школьном (олимпиадном) уровне. Такие предположения могут сделать задачу неодно

значной и даже противоречивой. Соответственно решения, основанные на таких пред

положениях, приводят к неверным, а иногда даже парадоксальным результатам. Примеры

таких задач и упрощающих предположений рассматривались в работах [1, 2].

Как правило, ЭДС индукции в упомянутых выше задачах используется как

интегральная величина, связанная с тем или иным контуром. С полевой точки зрения

ЭДС индукции – это циркуляция, интеграл по контуру, вектора напряженности вих

ревого электрического поля ∫

=ldE

ε

. При рассмотрении ЭМИ это полезно всегда

иметь ввиду как при анализе постановки задачи и корректности используемых допуще

Физическое образование в вузах. Т. 23, № 1, 2017

Что такое индукция магнитного поля и магнитный поток. Физика, 9 класс: уроки, тесты, задания.

1. Основные формулы и понятия

Сложность: лёгкое

1
2. Зависимость величин

Сложность: лёгкое

1
3. Вычисление магнитного потока

Сложность: лёгкое

1
4. Площадь контура

Сложность: среднее

1
5. Вычисление индукции магнитного поля

Сложность: среднее

1
6. Сила магнитного поля

Сложность: среднее

2
7. Сила тока в проводнике

Сложность: среднее

2
8. Прямоугольная рамка

Сложность: среднее

2
9. Наибольшее и наименьшее значения силы

Сложность: среднее

2
10. Угол между индукцией и током

Сложность: среднее

2
11. Равновесие силы магнитного поля и силы тяжести

Сложность: сложное

3
12. Проводник с током, «парящий» в однородном магнитном поле

Сложность: сложное

4

Электродвижущая сила в индукторах — MagLab

Электродвижущая сила (ЭДС) и ее обратная ЭДС — интересные электромагнитные явления, которые на самом деле вовсе не являются силами.

ЭДС — это аббревиатура от электродвижущей силы. Ученые склонны не использовать расширенную версию этого термина, отчасти потому, что это может вводить в заблуждение: на самом деле ЭДС не является силой в том, как физики используют этот термин. Скорее, это энергия, производимая взаимодействием между током и магнитным полем, когда одно (или оба) изменяется.Оно измеряется в вольтах и ​​иногда приравнивается к напряжению или разности потенциалов.

В приведенном ниже руководстве описывается как ЭДС, так и связанное с ней явление, против ЭДС (или против ЭДС ). EMF объясняет внезапное мигание лампочки в изображенной схеме как при подключении, так и при отключении.

Учебное пособие содержит простую схему из батареи, рубильника и лампочки (действующей как резистор , препятствующий прохождению тока).Он также содержит индуктор в виде проволочной катушки. Индукторы накапливают энергию в виде магнитных полей, которые генерируются вокруг них током, проходящим через провод.

Посмотрите, как это работает, нажав на синюю кнопку Turn On , чтобы включить рубильник и включить цепь, обозначенную желтым свечением в цепи. Обратите внимание на синие силовые линии магнитного поля (проявление ЭДС), которые формируются вокруг катушки индуктора, что объясняется законом индукции Фарадея. Также обратите внимание, что лампочка на мгновение мигает, а затем гаснет. Этот эффект объясняется обратной ЭДС.

Когда электричество проходит по цепи, его первоначальное предпочтение — избегать лампочки и двигаться по пути наименьшего сопротивления через спиральный провод. Но, по крайней мере, на несколько мгновений, электричество действительно проходит через лампочку, вызывая короткую вспышку. Это происходит, когда катушка на короткое время создает собственное сопротивление току в виде обратной ЭДС. Эта обратная ЭДС создается в результате закона Ленца , который гласит, что в цепи с наведенной ЭДС, вызванной изменением в магнитном поле, индуцированная ЭДС заставляет ток течь в направлении, которое против . изменение потока.Другими словами, если увеличивающееся магнитное поле индуцирует ЭДС, результирующий ток будет препятствовать дальнейшему увеличению.

По мере того, как магнитное поле в индукторе растет, он индуцирует ток, который противодействует току, генерируемому батареей. В результате ток батареи легче протекает через лампочку — по крайней мере, до тех пор, пока магнитное поле индуктора не достигнет устойчивого состояния (не перестанет меняться), что положит конец обратной ЭДС.

Эффект обратной ЭДС можно также увидеть, если щелкнуть красную кнопку Turn Off , чтобы прервать цепь.Обратите внимание, что силовые линии магнитного поля начинают разрушаться по мере замедления электрического тока. В этом проявлении закона Ленца уменьшающееся магнитное поле индуцирует ЭДС, а результирующий ток препятствует дальнейшему уменьшению. Результирующий ток течет по цепи к лампочке, которая вспыхивает с этим скачком, а затем гаснет, когда электричество полностью исчезает из цепи.


Спасибо нашему научному консультанту на этой странице, г-ну Джеймсу Энди Пауэллу, инженеру-электронику в отделе КИП и эксплуатации MagLab.

Motional Emf — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определить величину наведенной ЭДС в проводе, движущемся с постоянной скоростью через магнитное поле.
  • Обсудите примеры, в которых используется ЭДС движения, например, рельсовая пушка и привязанный спутник.

Магнитный поток зависит от трех факторов: силы магнитного поля, площади, через которую проходят силовые линии, и ориентации поля с площадью поверхности.Если какая-либо из этих величин изменяется, происходит соответствующее изменение магнитного потока. До сих пор мы рассматривали только изменения потока из-за изменяющегося поля. Теперь мы рассмотрим другую возможность: изменение области, через которую проходят силовые линии, включая изменение ориентации области.

Два примера этого типа изменения потока представлены на (Рисунок). В части (а) поток через прямоугольную петлю увеличивается по мере того, как она движется в магнитное поле, а в части (b) поток через вращающуюся катушку изменяется в зависимости от угла.

(a) Магнитный поток изменяется, когда петля движется в магнитное поле; (б) магнитный поток изменяется при вращении петли в магнитном поле.

Интересно отметить, что то, что мы воспринимаем как причину определенного изменения потока, на самом деле зависит от выбранной нами системы отсчета. Например, если вы находитесь в состоянии покоя относительно движущихся катушек на (Рисунок), вы увидите, что поток изменяется из-за изменения магнитного поля — в части (а) поле перемещается слева направо в вашей системе отсчета, и в части (б) поле вращается.Часто можно описать изменение магнитного потока через катушку, которая движется в одной конкретной системе отсчета, в терминах изменяющегося магнитного поля во второй системе отсчета, где катушка неподвижна. Однако вопросы системы отсчета, связанные с магнитным потоком, выходят за рамки этого учебника. Мы избежим таких сложностей, всегда работая в кадре в состоянии покоя относительно лаборатории и объясняя вариации потока как следствие либо изменяющегося поля, либо изменяющейся области.

Теперь давайте посмотрим на проводящий стержень, включенный в цепь, изменяющую магнитный поток. Площадь, ограниченная схемой «MNOP» (рисунок), составляет лк и перпендикулярна магнитному полю, поэтому мы можем упростить интеграцию (рисунок) в умножение магнитного поля и площади. Следовательно, магнитный поток через открытую поверхность составляет

.

Поскольку B, и l постоянны, а скорость стержня равна, теперь мы можем переформулировать закон Фарадея (рисунок) для величины ЭДС в единицах движущегося проводящего стержня как

Ток, наведенный в цепи, равен ЭДС, деленной на сопротивление, или

Кроме того, направление наведенной ЭДС удовлетворяет закону Ленца, что вы можете проверить, посмотрев на рисунок.

Этот расчет ЭДС, вызванной движением, не ограничивается перемещением стержня по проводящим рельсам. В качестве отправной точки можно показать, что справедливо для любого изменения магнитного потока, вызванного движением проводника. Мы видели в законе Фарадея, что ЭДС, индуцированная изменяющимся во времени магнитным полем, подчиняется той же зависимости, которая является законом Фарадея. Таким образом, закон Фарадея выполняется для всех изменений магнитного потока , независимо от того, вызваны ли они изменяющимся магнитным полем, движением или их комбинацией.

Проводящий стержень толкается вправо с постоянной скоростью. Результирующее изменение магнитного потока вызывает в цепи ток.

С точки зрения энергии производит мощность, а резистор ее рассеивает. Поскольку стержень движется с постоянной скоростью, приложенная сила должна уравновешивать магнитную силу на стержне, когда он несет наведенный ток I . Таким образом, произведенная мощность составляет

ед.

Рассеиваемая мощность

В соответствии с принципом сохранения энергии производимая и рассеиваемая мощности равны.

Этот принцип можно увидеть в работе рельсового пистолета. Рельсовая пушка — это электромагнитная пусковая установка для снарядов, в которой используется устройство, подобное (Рисунок), и схематически оно показано на (Рисунок). Проводящий стержень заменяется выстрелом или оружием. До сих пор мы слышали только о том, как движение вызывает ЭДС. В рельсовой пушке оптимальное отключение / снижение магнитного поля уменьшает поток между рельсами, вызывая протекание тока в стержне (якорь), удерживающем снаряд.Этот ток через якорь испытывает магнитную силу и продвигается вперед. Однако рельсовые пушки не используются широко в вооруженных силах из-за высокой стоимости производства и больших токов: для выработки энергии, достаточной для того, чтобы рельсовая пушка была эффективным оружием, требуется около миллиона ампер.

Ток через две рельсы движет токопроводящий снаряд вперед за счет создаваемой магнитной силы.

Мы можем рассчитать ЭДС, индуцированную движением, с помощью закона Фарадея , даже когда фактически замкнутый контур отсутствует .Мы просто представляем замкнутую область, граница которой включает движущийся проводник, вычисляем, а затем находим ЭДС по закону Фарадея. Например, мы можем позволить движущемуся стержню (Рисунок) находиться на одной стороне воображаемой прямоугольной области, представленной пунктирными линиями. Площадь прямоугольника составляет лк , поэтому магнитный поток через него равен. Дифференцируя это уравнение, получаем

, что соответствует разности потенциалов между концами стержня, которую мы определили ранее.

Показав воображаемый прямоугольник, мы можем использовать закон Фарадея для вычисления ЭДС, наведенной в движущемся стержне.

ЭДС движения в слабом магнитном поле Земли обычно не очень велика, иначе мы могли бы заметить напряжение на металлических стержнях, таких как отвертка, во время обычных движений. Например, простой расчет ЭДС движения стержня длиной 1,0 м, движущегося со скоростью 3,0 м / с перпендикулярно полю Земли, дает

Это небольшое значение согласуется с опытом.Однако есть впечатляющее исключение. В 1992 и 1996 годах с космическим шаттлом были предприняты попытки создать большие двигательные ЭДС. Привязанный спутник должен был быть выпущен на проводе длиной 20 км, как показано на (Рисунок), для создания ЭДС 5 кВ за счет движения с орбитальной скоростью через поле Земли. Эту ЭДС можно было бы использовать для преобразования некоторой кинетической и потенциальной энергии шаттла в электрическую, если бы можно было создать полную схему. Чтобы замкнуть цепь, неподвижная ионосфера должна была обеспечить обратный путь, по которому мог течь ток.(Ионосфера — это разреженная и частично ионизированная атмосфера на орбитальных высотах. Она является проводящей из-за ионизации. Ионосфера выполняет ту же функцию, что и неподвижные рельсы и соединительный резистор на (Рисунок), без которых не было бы полной цепи.) Затягивание тока в кабеле из-за магнитной силы выполняет работу, которая уменьшает кинетическую и потенциальную энергию шаттла и позволяет преобразовывать ее в электрическую. Оба теста не увенчались успехом. В первом случае кабель завис, и его можно было протянуть только на пару сотен метров; во втором трос оборвался при почти полном растяжении. (Рисунок) указывает на выполнимость в принципе.

ЭДС движения как преобразование электроэнергии для космического корабля многоразового использования была мотивацией для эксперимента с привязанным спутником. Было предсказано, что ЭДС 5 кВ будет индуцироваться в 20-километровом тросе при движении с орбитальной скоростью в магнитном поле Земли. Цепь замыкается обратным трактом через неподвижную ионосферу.

Металлический стержень, вращающийся в магнитном поле На части (a) (Рисунок) показан металлический стержень OS , который вращается в горизонтальной плоскости вокруг точки O .Стержень скользит по проволоке, которая образует дугу окружности PST радиусом r . Система находится в постоянном магнитном поле, направленном за пределы страницы. (a) Если вы вращаете стержень с постоянной угловой скоростью, каков ток I в замкнутом контуре OPSO ? Предположим, что резистор R обеспечивает все сопротивление в замкнутом контуре. (б) Рассчитайте работу за единицу времени, которую вы делаете при вращении стержня, и покажите, что она равна мощности, рассеиваемой в резисторе.

Стратегия Магнитный поток — это магнитное поле, умноженное на площадь четверти круга. умножить на угловую скорость. Крутящий момент рассчитывается исходя из силы, действующей на стержень, и ее интегрирования по длине стержня.

Решение

  1. Исходя из геометрии, площадь контура OPSO равна Следовательно, магнитный поток через контур равен


    Дифференцируя по времени и использованию, получаем


    При делении на сопротивление контура R получается величина индуцированного тока


    По мере увеличения увеличивается и поток через петлю. Чтобы противодействовать этому увеличению, магнитное поле из-за индуцированного тока должно быть направлено на страницу в области, заключенной в петлю.Следовательно, как показано в части (b) (Рисунок), ток циркулирует по часовой стрелке.

  2. Вы вращаете стержень, прилагая к нему крутящий момент. Поскольку стержень вращается с постоянной угловой скоростью, этот крутящий момент равен и противоположен крутящему моменту, приложенному к току в стержне исходным магнитным полем. Магнитная сила на бесконечно малом сегменте длиной dx , показанном в части (c) (Рисунок), такова, что магнитный момент на этом сегменте равен
    .


    Чистый магнитный крутящий момент на стержне равен


    Крутящий момент, который вы прикладываете к стержню, равен и противоположен ему, а работа, которую вы выполняете, когда стержень поворачивается на угол, равна Следовательно, работа на единицу времени, которую вы выполняете на стержне, равна


    , где мы заменили I .Мощность, рассеиваемая в резисторе, может быть записана как


    Следовательно, мы видим, что


    Следовательно, мощность, рассеиваемая в резисторе, равна работе, совершаемой в единицу времени при вращении стержня.

Значение. Альтернативный способ взглянуть на индуцированную ЭДС из закона Фарадея — интегрировать в пространстве, а не во времени. Решение, однако, будет таким же. Двигательная ЭДС

Скорость может быть записана как угловая скорость, умноженная на радиус, а дифференциальная длина — как dr .Следовательно,

, это то же самое решение, что и раньше.

Проверьте свое понимание Стержень длиной 10 см движется со скоростью 10 м / с перпендикулярно через магнитное поле напряжением 1,5 Тл. Какая разница потенциалов между концами стержня?

Сводка

  • Связь между наведенной ЭДС в проводе, движущемся с постоянной скоростью v через магнитное поле B , задается формулой
  • Индуцированная ЭДС по закону Фарадея создается ЭДС движения, которая противодействует изменению потока.

Концептуальные вопросы

Стержневой магнит падает под действием силы тяжести вдоль оси длинной медной трубки. Если сопротивление воздуха незначительно, появится ли сила, препятствующая спуску магнита? Если да, достигнет ли магнит предельной скорости?

Вокруг географического Северного полюса (или южного магнитного полюса) магнитное поле Земли почти вертикальное. Если в этой области самолет летит на север, какая сторона крыла заряжена положительно, а какая отрицательно?

Положительные заряды на крыльях будут к западу или слева от пилота, а отрицательные заряды будут тянуться к востоку или справа от пилота.Таким образом, кончики левых крыльев будут положительными, а кончики правых — отрицательными.

Проволочная петля движется поступательно (без вращения) в однородном магнитном поле. В петле наведена ЭДС?

Глоссарий

двигательная ЭДС
напряжение, создаваемое движением проводника в магнитном поле

Лекция 14

gc6 tb21. 5
Петля из проволоки вращается в однородном магнитном поле.Что произойдет с наведенной ЭДС, если диаметр петли увеличен вдвое, но все остальные факторы остались прежними?
A. Индуцированная ЭДС в четыре раза больше.
Б. Индуцированная ЭДС в два раза больше.
C. Индуцированная ЭДС вдвое меньше.
D. Нет изменения наведенной ЭДС.
Ответ

PSE6 31,6
Магнитное поле 0,200 Тл существует внутри соленоида из 500 витков и диаметром 10,0 см. В чем период времени поле должно быть уменьшено до нуля, если средняя наведенная ЭДС внутри соленоида за это время интервал должен быть 10.0 кВ?
А. 5,33 µ с
Б. 78,5 µ с
С. 335 µ с
D. 22,2 мс
Ответ

Walker5 пр. 23-6
Металлическое кольцо выпадает из области магнитного поля в область, свободную от поля, как показано. В наведенный ток в кольце ______.

А. по часовой стрелке
B. zero
C. против часовой стрелки
Ответ

Walker5 23. 27a
Проволочная петля проходит между полюсами магнита, как показано.Когда петля находится над магнитом, наведенный ток в контуре ______.
А. по часовой стрелке
B. zero
C. против часовой стрелки
Ответ

Walker5 Ex 23-8
Если B = 2,71 T, & ell; = 1,25 м и v = 3,1 м / с на рисунке ниже, с какой скоростью изменяется магнитный поток Φ?

A. 3,88 Вт / с
Б. 10,5 Вт / с
C. 0,700 Вт / с
D. 28,4 Вт / с
Ответ

Walker5 пр. 23-6
Металлическое кольцо перемещается в область магнитного поля, как показано.В наведенный ток в кольце ______.

А. по часовой стрелке
B. zero
C. против часовой стрелки
Ответ

A. Индуцированная ЭДС в четыре раза больше.
Магнитный поток пропорционален площади, которая будет увеличиваться в четыре раза при увеличении диаметра вдвое. Тогда изменение потока будет в четыре раза больше, как и наведенная ЭДС.

Б. 78,5 µ с

С.против часовой стрелки
По закону Ленца ток будет течь против часовой стрелки, чтобы выступить против уменьшения потока вне страницы. Индуцированный ток против часовой стрелки вызывает выход за пределы страницы. поток, который частично восстанавливает уменьшенный поток, который возникает, когда кольцо выпадает из области магнитного поля.
Как показано, существует также сила магнитного сопротивления из-за индуцированного тока.

A. по часовой стрелке
Поток сообщений вне страницы через петлю увеличивается по мере приближения петли. полюса магнита.Индуцированный по часовой стрелке ток создает внутристраничный поток, который препятствует изменению поток, который возникает, когда кольцо попадает в область самого сильного магнитного поля.


Б. 10,5 Вт / с
Скорость изменения площади v & ell; или (3,1 м / с) (1,25 м) = 3,88 м² / с. Поскольку поле перпендикулярно площади, Φ = BA , а скорость изменения потока просто (2,71 Тл) (3,88 м² / с) = 10,5 Тл · м² / с.


C. против часовой стрелки
По закону Ленца ток будет течь против часовой стрелки, чтобы противодействовать увеличению потока внутрь страницы. Индуцированный ток против часовой стрелки вызывает выход за пределы страницы. поток, который частично снижает увеличенный поток, замедляя скорость, с которой поток изменяется в кольце.


Вертикальная скорость (или V2) — это каботажное судно Impulse Coaster в Six Flags Great America, которое представляет собой каботажное судно, которое запускается вперед и назад с помощью электромагнитных двигателей.Вы можете видеть магниты над трассой, когда поезд с гонщиками запускается из станция. Первый запуск — довольно спешка, и вы продвигаетесь все быстрее и быстрее, двигаясь вперед и назад, пока не доберетесь до 70 миль в час.


Магнит подвешен над сверхпроводящей таблеткой, потому что индуцированные токи на поверхности сверхпроводника создать магнитное поле, которое противодействует полю магнита по закону Ленца. Это явление лучше всего описывается Эффект Мейснера.


Изображения поездов с магнитной левитацией на испытательных путях в Японии.

Антропогенные электромагнитные поля (ЭМП) влияют на поведение донных морских видов

  • 1.

    Gill, AB, Gloyne-Philips, I., Kimber, J. & Sigray, P. энергия, электромагнитные (ЭМ) поля и животные, чувствительные к ЭМ в Marine Renewable Energy Technology and Environment Interactions (eds.Марк А. Шилдс и Эндрю И. Л. Пейн) 61–79 (Springer, Нидерланды, 2014).

  • 2.

    Бедор, К. Н. и Каджиура, С. М. Биоэлектрические поля морских организмов: вклад напряжения и частоты в обнаруживаемость электрорецептивных хищников. Физиологическая и биохимическая зоология 86 , 298–311, https://doi.org/10.1086/669973 (2013).

    Артикул PubMed Google ученый

  • 3.

    Бейкер, К.В. Х., Модрелл, М. С. и Гиллис, Дж. А. Эволюция и развитие электрорецепторов боковой линии позвоночных. Журнал экспериментальной биологии 216 , 2515–2522, https://doi.org/10.1242/jeb.082362 (2013).

    Артикул PubMed PubMed Central Google ученый

  • 4.

    Нордманн, Г. К., Хохстогер, Т. и Кейс, Д. А. Магниторецепция — ощущение без рецептора. PLOS Biology 15 , e2003234, https: // doi.org / 10.1371 / journal.pbio.2003234 (2017).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • 5.

    Ломанн, К. Дж., Ломанн, К. М. Ф. и Эндрес, К. С. Сенсорная экология океанской навигации. Журнал экспериментальной биологии 211 , 1719–1728, https://doi.org/10.1242/jeb.015792 (2008).

    Артикул PubMed Google ученый

  • 6.

    Трикас, Т. К. и Синсерос, Дж. А. Экологические функции и адаптация электросенс ​​жаберных ветвей в Чувства рыб (ред. Г. Эмде, Могданс, Дж. , Капур, Б. Г.) (Springer, Dordrecht, 2004).

  • 7.

    Андерсон, Дж. М., Клегг, Т. М., Верас, Л. В. М. В. В. и Холланд, К. Н. Понимание восприятия магнитного поля акул на основе эмпирических наблюдений. Scientific Reports 7 , 11042, https://doi.org/10.1038/s41598-017-11459-8 (2017).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • 8.

    Рэдфорд, А. Н., Керридж, Э. и Симпсон, С. Д. Акустическая коммуникация в шумном мире: может ли рыба конкурировать с антропогенным шумом? Поведенческая экология 25 , 1022–1030, https://doi.org/10.1093/beheco/aru029 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 9.

    Симпсон, С. Д. и др. . Антропогенный шум увеличивает смертность рыб от хищников. Nature Communications 7 , 10544, https://doi.org/10.1038/ncomms10544 (2016).

    ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • 10.

    Магнхаген, К., Йоханссон, К. и Сигрей, П. Влияние шума моторной лодки на кормодобывающее поведение евразийских окуня и плотвы: полевой эксперимент. Серия «Прогресс морской экологии» 564 , 115–125 (2017).

    ADS Статья Google ученый

  • 11.

    Доулинг, Дж. Л., Лютер, Д. А. и Марра, П. П. Сравнительное влияние городского развития и антропогенного шума на песни птиц. Поведенческая экология 23 , 201–209, https://doi.org/10.1093/beheco/arr176 (2011).

    Артикул Google ученый

  • 12.

    Каорси, В. З., Оба, К., Чехин, С., Антунес, Р., Борхес-Мартинс, М. Влияние дорожного шума на кричащее поведение двух неотропических гилидных лягушек. PLoS One 12 , e0183342, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183342 (2017).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • 13.

    Longcore, T. & Rich, C. Экологическое световое загрязнение. Границы экологии и окружающей среды 2 , 191–198, https: // doi.org / 10.1890 / 1540-9295 (2004) 002 [0191: elp] 2.0.co; 2 (2004).

    Артикул Google ученый

  • 14.

    Климли, А. П., Вайман, М. Т. и Кавет, Р. Чавычи и зеленый осетр мигрируют через устье Сан-Франциско, несмотря на большие искажения местного магнитного поля, создаваемые мостами. PLoS One 12 , e0169031, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0169031 (2017).

    CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый

  • 15.

    Эллиот К., Аль-Таббаа О., Семейютин А. и Чуаму Нджоя Э. Экономическая и социальная оценка индустрии подводных кабелей Великобритании. (Университет Хаддерсфилда, 2016).

  • 16.

    Ardelean, M. & Minnebo, P. Подводные силовые кабели постоянного тока высокого напряжения в мире . (Европейский Союз, 2015).

  • 17.

    Кота, С., Бейн, С. Б. и Ниммагадда, С. Морская ветровая энергия: сравнительный анализ Великобритании, США и Индии. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 41 , 685–694, https: // doi.org / 10.1016 / j.rser.2014.08.080 (2015).

    Артикул Google ученый

  • 18.

    WindEurope. Offshore Wind in Europe — Ключевые тенденции и статистика 2018 (2019).

  • 19.

    Стрэттон, Дж. А. Теория электромагнитного поля . (Wiley, 2007).

  • 20.

    Слейтер М., Джонс Р. и Шульц А. Прогнозирование электромагнитных полей, создаваемых подводными силовыми кабелями . 47 (Орегонский фонд волновой энергии (OWET), 2010 г.).

  • 21.

    Гилл, А. Б., Бартлетт, М. и Томсен, Ф. Возможные взаимодействия между диадромными рыбами, имеющими важное значение для сохранения Великобритании, с электромагнитными полями и подводным шумом от морских разработок в области возобновляемых источников энергии. Journal of Fish Biology 81 , 664–695, https://doi.org/10.1111/j.1095-8649.2012.03374.x (2012).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 22.

    Оман, М.К., Сигрей П. и Вестерберг Х. Морские ветряные мельницы и влияние электромагнитных полей на рыбу. Ambio 36 , 630–633 (2007).

    Артикул Google ученый

  • 23.

    Таормина, Б. и др. . Обзор потенциального воздействия подводных силовых кабелей на морскую среду: пробелы в знаниях, рекомендации и направления на будущее. Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 96 , 380–391, https: // doi.org / 10.1016 / j.rser.2018.07.026 (2018).

    CAS Статья Google ученый

  • 24.

    Шировски Т., Шарма С.К., Саттон Р. и Кеннеди Г.А. Развитие подводных силовых и телекоммуникационных кабелей: обнаружение электромагнитных полей. Международный журнал Общества подводных технологий 31 , 133–143 (2013).

    Артикул Google ученый

  • 25.

    Гилл, А. Б. Морские возобновляемые источники энергии: экологические последствия производства электроэнергии в прибрежной зоне. Журнал прикладной экологии 42 , 605–615, https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2005.01060.x (2005).

    Артикул Google ученый

  • 26.

    Бодзник Д., Монтгомери, Дж. К. и Брэдли, Д. Дж. Подавление синфазных сигналов в электросенсорной системе маленького конька Raja erinacea . Журнал экспериментальной биологии 171 , 107 (1992).

    Google ученый

  • 27.

    Думан, К. Х. и Бодзник, Д. Роль ГАМКергического ингибирования в электросенсорной обработке и отклонении общего режима в спинном ядре маленького ската, Raja erinacea . Journal of Comparative Physiology A 179 , 797–807, https://doi.org/10.1007/bf00207358 (1996).

    CAS Статья Google ученый

  • 28.

    Гиллис, Дж. А. и др. . Электросенсорные ампулярные органы происходят от плакод боковой линии у хрящевых рыб. Разработка 139 , 3142–3146 (2012).

    CAS Статья Google ученый

  • 29.

    Лу, Дж. И Фишман, Х. М. Взаимодействие ионных каналов апикальной и базальной мембран лежит в основе электрорецепции в ампулярном эпителии скатов. Биофизический журнал 67 , 1525–1533 (1994).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 30.

    Нью, Дж. Г. Электросенсорная обработка костного мозга в маленьком коньке. I. Характеристики ответа нейронов в дорсальном октаволатеральном ядре. Журнал сравнительной физиологии A 167 , 285–294 (1990).

    CAS Статья Google ученый

  • 31.

    Пакер, Д. Б., Цетлин, К.A. & Vitaliano, J. J. Исходный документ по основным местообитаниям рыб: Little skate, Leucoraja erinacea , история жизни и характеристики среды обитания. 76 (Национальное управление океанических и атмосферных исследований, 2003 г.).

  • 32.

    ASMFC. 2018 Обзор плана управления промыслом американского лобстера Комиссией по морскому рыболовству штатов Атлантики (Homarus americanus) 2017 промысловый год. (Комиссия по морскому рыболовству в Атлантических штатах, 2018 г.).

  • 33.

    Скопел, Д.А., Голет, У. Дж. И Уотсон, У. Х. III. Динамика домашних ареалов американского лобстера, Homarus americanus . Поведение и физиология в морской и пресноводной среде 42 , 63–80, https://doi.org/10.1080/10236240

    1498 (2009).

    Артикул Google ученый

  • 34.

    Хениг, Дж., Мюллер, Р. и Тремблей, Дж. Контрольный отчет об оценке запасов американских лобстеров и экспертной оценке . 493 (Вудс-Хоул, Массачусетс, 2015).

  • 35.

    Lohmann, K. et al. . Магнитная ориентация колючих омаров в океане: эксперименты с системами подводных катушек. Журнал экспериментальной биологии 198 , 2041–2048 (1995).

    CAS PubMed Google ученый

  • 36.

    Болес, Л. К. и Ломанн, К. Дж. Истинная навигация и магнитные карты колючих лобстеров. Nature 421 , 60–63 (2003).

    ADS CAS Статья Google ученый

  • 37.

    Болерт, Г. В. и Гилл, А. Б. Экологические и экологические последствия освоения возобновляемых источников энергии океана: текущий синтез. Океанография 23 , 68–81 (2010).

    Артикул Google ученый

  • 38.

    Кестер, Д. М. и Спирито, К. П. Пантинг: необычный способ передвижения у Маленького ската, Leucoraja erinacea (chondrichthyes: rajidae). Copeia 2003 , 553–561, https: // doi.org / 10.1643 / cg-02-153r1 (2003).

    Артикул Google ученый

  • 39.

    Ди Санто, В., Блевинс, Э. Л. и Лаудер, Г. В. Батоидная локомоция: влияние скорости на деформацию грудных плавников у маленького конька, Leucoraja erinacea . Журнал экспериментальной биологии 220 , 705 (2017).

    Артикул Google ученый

  • 40.

    Ди Санто, В.& Kenaley, C.P. Катание на коньках: низкие энергетические затраты на плавание в летучей мыши. Журнал экспериментальной биологии 219 , 1804 (2016).

    Артикул Google ученый

  • 41.

    Бодзник, Д., Монтгомери, Дж. И Трикас, Т. К. Электрорецепция: извлечение поведенчески важных сигналов из шума при сенсорной обработке в водной среде . (Springer New York, 2003).

  • 42.

    Кальмийн, А. Дж. Электрическое чувство акул и скатов. Журнал экспериментальной биологии 55 , 371–383 (1971).

    CAS PubMed Google ученый

  • 43.

    Кимбер, Дж. А., Симс, Д. У., Беллами, П. Х. и Гилл, А. Б. Способность бентосных пластинчатых жабр различать биологические и искусственные электрические поля. Морская биология 158 , 1–8, https://doi.org/10.1007/s00227-010-1537-y (2011).

    Артикул Google ученый

  • 44.

    Кимбер, Дж. А., Симс, Д. У., Беллами, П. Х. и Гилл, А. Б. Когнитивные способности пластиножаберных: использование электрорецептивного кормодобывания для демонстрации обучения, привыкания и памяти у бентосной акулы. Познание животных 17 , 55–65 (2014).

    Артикул Google ученый

  • 45.

    Мейер, К. Г., Холланд, К.N. & Papastamatiou, Y.P. Акулы могут обнаруживать изменения в геомагнитном поле. Журнал интерфейса Королевского общества 2 , 129 (2005).

    Артикул Google ученый

  • 46.

    Бенхаму, С. Эффективность поиска, сосредоточенного на площади, в непрерывной неоднородной среде. Журнал теоретической биологии 159 , 67–81, https://doi.org/10.1016/S0022-5193(05)80768-4 (1992).

    Артикул Google ученый

  • 47.

    Белл, У. Дж. Поисковое поведение . Экология поиска ресурсов . 1 изд, (Springer, 1990).

  • 48.

    Гилл, А. Б. и др. . COWRIE 2.0 Электромагнитные поля (ЭМП) Фаза 2: реакция рыбы, чувствительной к ЭМП, на электромагнитные излучения от подводных электрических кабелей того типа, который используется в морской индустрии возобновляемых источников энергии. № отчета Проект Ref; COWRIE-EMF-1-06, (COWRIE, 2009).

  • 49.

    Карновски, Э. Б. и Прайс, Х. Дж. Поведенческая реакция омара Homarus americanus на ловушки. Канадский журнал рыболовства и водных наук 46 , 1625–1632, https://doi.org/10.1139/f89-207 (1989).

    Артикул Google ученый

  • 50.

    van der Meeren, G. I. Хищничество выращенных в инкубаториях омаров, выпущенных в дикую природу. Канадский журнал рыболовства и водных наук 57 , 1794–1803, https://doi.org/10.1139/f00-134 (2000).

    Артикул Google ученый

  • 51.

    Paille, N. & Bourassa, L. Американский лобстер: часто задаваемые вопросы , https://web.archive.org/web/20100310113207/http://www.osl.gc.ca/homard/en/ faq.html (2008 г.).

  • 52.

    Вале Р. А., Кастро К. М. и Талли О. Человек в омарах: биология , Менеджмент , Аквакультура и рыболовство . 2-е изд, 8 (Wiley-Blackwell, 2013).

  • 53.

    Хааконсен, Х. О. и Аноруо, А. О. Мечение и миграция американского лобстера Homarus americanus . Reviews in Fisheries Science 2 , 79–93, https://doi.org/10.1080/10641269409388553 (1994).

    Артикул Google ученый

  • 54.

    Узденский А.Б., Кутко О.Ю. и Коган А.Б. Влияние слабого сверхнизкочастотного магнитного поля на изолированный нейрон рецептора растяжения рака: нелинейная зависимость от амплитуды и частоты поля. Электромагнитная биология и медицина 16 , 267–279, https: // doi.org / 10.3109 / 1536837970

  • 58 (1997).

    Артикул Google ученый

  • 55.

    Ueno, S., Lövsund, P. & Öberg, P. Å. Влияние изменяющихся во времени магнитных полей на потенциал действия в аксоне омара гигантского. Медицинская и биологическая инженерия и вычисления 24 , 521–526, https://doi.org/10.1007/bf02443969 (1986).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 56.

    Ломанн, К. Дж. Магнитная остаточная способность у колючих лобстеров Западной Атлантики, Panulirus argus . Журнал экспериментальной биологии 113 , 29 (1984).

    Google ученый

  • 57.

    Муравейко В. М., Степанюк И. А., Зензеров В. С. Реакция краба Paralithodes camtschaticus (Tilesius, 1815) на геомагнитные бури. Доклады биологических наук 448 , 10–12, https: // doi.org / 10.1134 / s0012496613010183 (2013).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 58.

    Томанова К. и Вача М. Магнитная ориентация антарктической амфиподы Gondogenia antarctica компенсируется очень слабыми радиочастотными полями. Журнал экспериментальной биологии 219 , 1717 (2016).

    CAS Статья Google ученый

  • 59.

    Уголини, А. Экваториальные кулики используют сканирование тела для обнаружения магнитного поля Земли. Journal of Comparative Physiology A 192 , 45–49, https://doi.org/10.1007/s00359-005-0046-9 (2006).

    CAS Статья Google ученый

  • 60.

    Уголини А. и Пеццани А. Магнитный компас и определение направления оси Y (море-суша) в морской изоподе Idotea baltica basteri . Поведение животных 50 , 295–300, https: // doi.org / 10.1006 / anbe.1995.0245 (1995).

    Артикул Google ученый

  • 61.

    Скотт К., Харсани П. и Линдон А. Р. Понимание воздействия излучения электромагнитного поля от морских устройств возобновляемой энергии (MRED) на коммерчески важного съедобного краба, Cancer pagurus (L.). Бюллетень загрязнения моря 131 , 580–588, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2018.04.062 (2018).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 62.

    Уокер, М. М., Деннис, Т. Э. и Киршвинк, Дж. Л. Магнитное чувство и его использование животными в навигации на большие расстояния. Текущее мнение по нейробиологии 12 , 735–744, https://doi.org/10.1016/S0959-4388(02)00389-6 (2002).

    CAS Статья PubMed Google ученый

  • 63.

    Стоддард, П. К. Электрические сигналы в Энциклопедии поведения животных (ред. Майкл Д. Брид и Дженис Мур) 601–610 (Academic Press, 2010).

  • 64.

    Кальдекотт, Р., ДеВоре, Р. В., Кастен, Д. Г., Себо, С. А. и Райт, С. Е. Испытания преобразовательной станции HDVC в диапазоне частот от 0,1 до 5 МГц. IEEE Transactions on Power Delivery 3 , 971–977, https://doi.org/10.1109/61.193875 (1988).

    Артикул Google ученый

  • 65.

    Крона, Л., Фристедт, Т., Лундберг, П. и Сигрей, П. Полевые испытания нового типа электрода из графитового волокна для измерения напряжений, индуцированных движением. Журнал атмосферных и океанических технологий 18 , 92–99, 10.1175 / 1520-0426 (2001) 018 <0092: ftoant> 2.0.co; 2 (2001).

  • 66.

    R: язык и среда для статистических вычислений v. 3.2.4 (Revised 2016-01-16 r70336) «Очень безопасные блюда» (Фонд R для статистических вычислений, Вена, Австрия, 2016).

  • 67.

    RStudio: интегрированная разработка для R. v. 1.0.136 (RStudio Inc., Бостон, Массачусетс, 2016).

  • 68.

    Зуур, А.Ф., Иено, Э. Н., Уокер, Н. Дж., Савельев, А. А. и Смит, Г. М. Модели смешанных эффектов и расширения в экологии с R . (Спрингер, 2009).

  • 69.

    Hutchison, Z. L. et al. . Воздействие электромагнитного поля (ЭМП) на эластожаберных (акулы, скаты и скаты) и движение американских омаров и миграция от кабелей постоянного тока. Стерлинг (Вирджиния): Министерство внутренних дел США, Бюро управления океанической энергией. Исследование OCS BOEM 2018-003. (2018)

  • Motional Emf

    Motional Emf
    следующий: Вихревые токи Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция


    Motional Emf Теперь мы понимаем, как создается ЭДС вокруг фиксированной цепи , помещенной в изменяющееся во времени магнитное поле.Но согласно закону Фарадея ЭДС также генерируется вокруг движущейся цепи , помещенной в магнитный поле, которое не меняется во времени. В соответствии с Уравнение (201), индуктивный в последнем случае создается электрическое поле, так как магнитное поле устойчиво. Итак, как мы учитываем ЭДС в последнем кейс?

    Чтобы помочь ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим простой цепь, в которой проводящий стержень длины скользит по П-образный проводящий каркас при наличии однородного магнитного поля.Эта схема проиллюстрирована на рис. 36. Предположим, для простоты, что магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости контура. Быть точнее, магнитное поле направлено внутрь страницы на рисунке. Предположим, далее, что мы перемещаем стержень вправо с постоянной скоростью .

    Рисунок 36: Движущаяся ЭДС.

    Магнитный поток, связанный цепью, является просто продуктом напряженность перпендикулярного магнитного поля, и площадь цепи, , где определяет положение скользящей штанги.Таким образом,

    (202)

    Теперь стержень перемещается на расстояние в временного интервала, поэтому в том же временном интервале магнитная поток, связывающий схему , увеличивает на
    (203)

    Из закона Фарадея следует, что величина ЭДС сгенерированный вокруг цепи дается
    (204)

    Таким образом, ЭДС, генерируемая в цепи движущимся стержнем, является просто продуктом напряженность магнитного поля, длину стержня и скорость стержень.Если магнитное поле не перпендикулярно цепи, но вместо этого образует угол по отношению к нормальному направлению плоскости схемы, то легко показать, что ЭДС движения , генерируемая в цепи движущимся стержнем, равна
    (205)

    куда — составляющая магнитного поля которая перпендикулярна плоскости контура.

    Поскольку магнитный поток, связывающий цепь , увеличивается на во времени, ЭДС действует в отрицательном направлении ( i.е. , в противоположном смысле пальцами правой руки, если большой палец указывает на направление магнитного поля). Следовательно, ЭДС действует в против часовой стрелки направление на рисунке. Если полное сопротивление цепи, тогда эта ЭДС возбуждает против часовой стрелки электрический ток величиной вокруг цепи.

    Но откуда взялась ЭДС? Давайте еще раз напомним себе, что за ЭДС есть. Когда мы говорим, что ЭДС действует в цепи в направлении против часовой стрелки, на самом деле мы имеем в виду, что заряд который один раз совершает оборот по цепи против часовой стрелки. приобретает энергию.Единственный способ, которым заряд можно получить эту энергию, если что-то работает работает на нем, как он циркулирует. Предположим, что заряд циркулирует очень медленно . Магнитный поле оказывает на заряд пренебрежимо малую силу, когда он проходит через неподвижная часть контура (так как заряд движется очень медленно). Однако, когда заряд проходит через движущийся стержень он испытывает магнитную силу , направленную вверх, (на рисунке) (при условии, что ).Чистая работа, совершаемая этой силой над зарядом, как он пересекает стержень

    (206)

    поскольку . Таким образом, казалось бы, что двигательная ЭДС генерируемые вокруг контура могут быть учтены с точки зрения приложенная магнитная сила на зарядах, пересекающих движущийся стержень.

    Но если хорошенько подумать, то можно увидеть, что здесь что-то серьезно ошибаюсь с приведенным выше объяснением. Мы как бы говорим, что заряд приобретает энергию от магнитного поля , когда он перемещается по цепи один раз в против часовой стрелки.Но это невозможно, потому что магнитное поле не может работать от электрического заряда.

    Давайте посмотрим на проблему с точки зрения заряда пересекая движущийся стержень. В системе отсчета стержня, заряд движется очень медленно, поэтому магнитная сила на нем незначительна. Фактически, только электрическое поле может оказывать значительное влияние. воздействовать на медленно движущийся заряд. Чтобы учесть создаваемую двигательную ЭДС вокруг цепи нам нужен заряд, чтобы испытать восходящую силу величина.Это возможно только в том случае, если заряд видит направленное вверх электрическое поле величины

    (207)

    Другими словами, хотя в лабораторном корпусе нет электрического поля, есть электрическое поле в системе отсчета движущегося стержня, и именно это поле делает необходимый объем работы по начислениям перемещение по цепи, чтобы учесть существование двигательной ЭДС,

    В более общем смысле, если проводник движется в лабораторной раме со скоростью в присутствии магнитного поля, то заряд внутри проводника испытывает магнитную силу .В рамке проводника, в котором находится заряд по существу стационарная, та же сила принимает форму электрического сила , где — электрическое поле в система отсчета проводника. Таким образом, если проводник движется со скоростью через магнитное поле то электрическое поле, возникающее в остальной рамке проводника дан кем-то

    (208)

    Это электрическое поле является исходной причиной двигательных ЭДС, которые возникают генерируется всякий раз, когда цепи движутся относительно магнитных полей.

    Теперь мы можем понять, что закон Фарадея является результатом сочетания два явно различных эффекта. Первый — это заполнение пространства электрическое поле генерируется изменяющимся магнитным полем. Второй — электрический поле, создаваемое внутри проводника, когда он движется через магнитное поле. На самом деле эти эффекты являются двумя аспектами одного и того же основного явления, которое объясняет, почему в законе Фарадея между ними не проводится реального различия.



    следующий: Вихревые токи Up: Магнитная индукция Предыдущий: Магнитная индукция
    Ричард Фицпатрик 2007-07-14

    устройств

    устройств

    Устройства

    Генераторы переменного тока

    Магнитный поток через область может измениться, потому что напряженность поля меняется, или потому что направление поля меняется.Вращая постоянный магнит перед проволочной петлей или вращение проволочной петли перед постоянный магнит 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 электрогенератор.

    Для вращения катушки с проволокой, расположенной между полюсные грани постоянного магнита.Магнитный поток через плоскость катушка имеет максимальное значение, когда эта плоскость перпендикулярна магнитному полю. силовые линии между полюсами. Как катушка поворачивается и плоскость катушки становится параллельным силовым линиям, поток становится равным нулю. Как катушка продолжает вращаться, силовые линии проходят через катушку в направлении противоположном начальному направлению. Вращение катушки вызывает магнитный поток проходя через катушку для непрерывного изменения от максимума в одном направлении, до нуля, до максимума в обратном направлении и так далее.ЭДС индуцируется в катушка из-за этого меняющегося магнитного потока. Величина наведенного ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Чем быстрее витков катушки, тем больше максимальное значение наведенной ЭДС, так как увеличивается угловая скорость вызывает более быстрое изменение магнитного потока.

    Фигура на справа показаны графики непрерывно меняющегося магнитного потока и наведенная ЭДС в зависимости от времени. По закону Фарадея величина наведенной ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, поэтому его максимальные значения происходят когда кривая потока имеет наибольший наклон.Индуцированная ЭДС проходит через нуль когда кривая потока имеет нулевой наклон. Наблюдаем фазовый сдвиг 90 o между потоком и наведенной ЭДС. Если катушка генератора является частью замкнутой цепи, и течет ток в цепи катушка становится магнитным диполем с дипольным моментом м = IA n в магнитном поле. Крутящий момент τ = мкм × B пытается выровнять этот диполь с магнитным полем.Катушка должна быть повернутый, и механическая работа должна выполняться против этого крутящего момента. Чем ниже сопротивление цепи, чем больше ток течет и тем больше механическая работа должно быть сделано. Скорость, с которой должна выполняться механическая работа, равна мощность, рассеиваемая схемой.

    Ссылка: Генератор переменного тока Демонстрация (Youtube)

    Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5.
    Генератор переменного тока

    ЭДС, создаваемая генератором, представляет собой переменную ЭДС .Это одна из причин того, что у нас есть переменный ток. система распределения электроэнергии. Для производства электроэнергии в США угловая скорость обмоток генератора составляет 60 * 2π / с. Частота 60 Гц. Электрогенераторы, используемые на электростанциях, напоминают простой, который мы описали здесь. Обычно у них более одной катушки и магниты — это электромагниты, а не постоянные магниты, но принцип операция такая же.

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

    Вращающийся двигатель также действует как генератор. Катушки двигателя вращаются магнитное поле. Следовательно, 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 как I = (V — ε) / R, где R — сопротивление катушек. Когда двигатель запускается из состояния покоя, течет больший ток, потому что нет обратной ЭДС. Начальный ток I = V / R. Поскольку обратная ЭДС ε обычно составляет большую часть приложенного напряжения V начальный ток намного больше, чем установившийся ток.Когда сначала запускается холодильник или кондиционер, он потребляет большой ток, что может вызвать кратковременное падение напряжения в сети. Вы можете заметить огни тускло на мгновение.


    Вихревые токи

    Вихревые токи — это токи циркулирует в проводнике в ответ на изменение магнитного поля. В циркулирующие токи создают магнитное поле, противодействующее изменению магнитного потока. Эдди токи преобразуют упорядоченную энергию, например кинетическую, в тепловую.В большинстве случаев это нежелательно. Однако есть некоторые практические приложения, такие как магнитные разрыватели некоторых поездов. Рассмотрим какую-нибудь часть движущегося металлического колеса. Поскольку этот раздел движется через магнитное поле от электромагнита, поток через сечение сначала увеличивается, а затем уменьшается. Изменяющийся поток порождает вихревые токи в этой части колеса. Магнитное взаимодействие между приложенное поле и поле, создаваемое вихревыми токами, создают магнитное тянет и тормозит колесо.

    На диаграмме справа показано колесо, вращающееся перед магнитом, с магнитный момент и магнитное поле, указывающее за пределы страницы. Колесо крутится против часовой стрелки. В секции справа от магнита поток равен убывает, на участке слева — увеличивается. Вихревые токи текут как показано, чтобы противостоять изменению потока. Вихревые токи, текущие по правой стороне иметь магнитный момент, указывающий на страницу, что приводит к южному полюсу ближе к северному полюсу магнита.В отличие от полюсов притягивают. В часть диска, которая только что прошла мимо магнита, тянется назад в магнит. Вихревые токи текущие с левой стороны имеют магнитный момент, указывающий на страницу, который приводит к тому, что северный полюс ближе к северному полюсу магнита. Как полюса отталкивать. Участок диска, приближающийся к магниту, подвергается отталкивается от магнита. Магнитные взаимодействия приводят к результирующей силе, направленной влево, и крутящий момент, уменьшающий угловой момент колеса.Чем быстрее колесо вращая, тем сильнее эффект. Когда поезд замедляется, сила сопротивления равна уменьшен, обеспечивая плавное остановочное движение.

    Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5.
    Колесо крутится перед магнитом

    Умные конструкции могут использовать вихревые токи.
    Фигура справа показывает металл пластина перед комплектом электромагнитов. Если ток в наборах включается и выключается, последовательно слева направо справа, эффект такой же, как если бы магнит двигался слева в направлении справа по пластине (или, в другой системе отсчета, пластина была двигаясь справа налево через магнит).Взаимодействие между поле, создаваемое вихревыми токами и приложенным полем, ускоряет пластину. Это принцип линейный асинхронный двигатель .

    На рисунке поток уменьшается в левой части пластины. и увеличиваясь в правом сечении пластины, так как магниты повернуты последовательно. Вихревые токи протекают, чтобы противодействовать изменению потока. В магнитное взаимодействие между полями, создаваемыми вихревыми токами, и приложенное поле создает результирующую силу вправо, ускоряя пластину.Линейные асинхронные двигатели рассматриваются как основное средство спуска грузов на воду. из будущих космических колоний. Они также используются для приведения в движение поездов МАГЛЕВ.


    Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5. Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5.

    На видео показан маятник из алюминиевых лопастей. Весло либо цельная алюминиевая пластина, либо с прорезями, как гребешок. Весло качается между полюсами магнита.Видео 1 показывает, как вихревые токи могут тормозить качание маятника, а видео 2 показывает, как вихревые токи могут вызывать движение магнит, чтобы тащить за собой весло.

    Ссылка: Эдди демо токенов (Youtube)

    Модуль 5: Вопрос 2

    Мощную индукционную пушку можно сделать, поместив металлический цилиндр внутрь катушка соленоида. Цилиндр принудительно выталкивается, когда ток в соленоиде включился быстро.Почему может ли цилиндр нагреться 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 так, чтобы оно соответствовало потребности конкретного приложения.

    Прототип трансформатора с намотанной первичной и вторичной обмотками. по обе стороны от железного кольца.Если ток в первичной обмотке меняется, поток через вторичную обмотку изменяется, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. катушка. ЭДС, наведенная во вторичной обмотке, пропорциональна количеству витков N 2 вторичной обмотки, так как количество витков определяет полный магнитный поток, проходящий через эту катушку. Индуцированная ЭДС также пропорционально напряжению V 1 на первичной обмотке, так как это определяет величину первичного тока и связанных с ним магнитных поле.Однако индуцированное напряжение обратно пропорционально количеству витков N 1 первичной обмотки. Отношение принимает вид

    V 2 / N 2 = V 1 / N 1 .

    Отношение количества витков на двух катушках определяет соотношение напряжения. Самоиндукция является причиной того, что ЭДС, индуцированная во вторичной обмотке. катушка обратно пропорциональна количеству витков первичной катушки.Если у первичной обмотки больше витков, труднее произвести быстрое изменение через него протекает ток из-за обратной ЭДС, возникающей в результате самоиндукции. Этот эффект ограничивает ток и, следовательно, величину магнитного поля. производится первичной обмоткой, которая, в свою очередь, ограничивает прохождение магнитного потока через вторичную обмотку.

    Проблема:

    Для работы электропоезда необходимо 12 В, но напряжение на выходе составляет 120 В. Каково отношение количества витков на первичной катушке к количеству оборотов вторичной обмотки трансформатора, который вы используете?

    Решение:

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

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

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

    Ответ, конечно, нет.Мощность, передаваемая во вторичную цепь, равна всегда меньше или в лучшем случае равна мощности, подаваемой на первичную обмотку. Поскольку электрическая мощность может быть выражена как произведение напряжения на тока, сохранение энергии дает второе соотношение, полезное для анализирующий трансформатор.

    В 2 I 2 ≤ V 1 I 1 .

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


    Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5. Ваш браузер не поддерживает видео в формате HTML5.

    На видео показан стальной сердечник катушки, подключенной к источнику переменного тока. Когда питание включено, магнитный поток через сердечник меняется с частотой 60 Гц. На видео 1 показано алюминиевое кольцо, наложенное на железный сердечник.Поток через кольцо меняется с частотой 60 Гц и возникают вихревые токи. вызвать в кольцо. Магнитное поле из-за этих вихревых токов противодействует поток изменяется, создавая токи, и диск отталкивается. Видео 2 показывает петля из медной проволоки, соединенная последовательно с лампочкой, помещается над железным сердечником. В вихревые токи, протекающие по цепи из медного провода и лампы, вызывают появление лампы светиться.

    Ссылка: А демонстрация трансформатора (Youtube)


    Трансформаторы и распределение энергии

    Высокое напряжение желательно для передачи электроэнергии на большие расстояния.Чем выше напряжение, тем меньше ток. Поскольку мощность, рассеиваемая в провода в виде тепла P = I 2 R, меньше энергии тратится, когда протекает меньший ток. Напряжение передачи может достигать 230 кВ. Трансформаторы на электрические подстанции снижают эти напряжения до 7200 вольт для распределения по городам. Трансформаторы на опорах электросети или частично под землей снижают это напряжение на 220 В. Это напряжение переменного тока разделяется внутри здания для получения 110 В на большинстве розеток.В полные 220 В доступны для печей, сушилок и электронагревателей.

    Проблема:

    Зарядное устройство для сотового телефона содержит трансформатор, который понижает 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, вторичная катушка содержит 30 витков, а зарядное устройство подает 700 мА. Вычислить
    (а) количество витков в первичной обмотке,
    (б) средний ток в первичной обмотке, а
    (c) преобразованная мощность.

    Решение:

    • Рассуждение:
      Для трансформатора V 2 / N 2 = V 1 / N 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 первичной обмотки составляет 29 мА.
      (c) P = V 2 I 2 = V 1 I 1 — преобразованная средняя мощность. P = 5 В * 0,7 А = 3,5 Вт.

    ЭДС (электрические и магнитные поля) | NIOSH

    Исследование NIOSH по защите работников от доказанных и возможных рисков для здоровья, связанных с электромагнитным излучением, сосредоточено на:

    • RF (радиочастоты) — включая радиовещательные антенны, индукционные нагреватели и сотовые телефоны
    • ELF (чрезвычайно низкие частоты) — включая электрические терминалы переменного тока и видеодисплейные терминалы (VDT)
    • Статические магнитные поля, включая электричество постоянного тока.

    Публикации CDC / NIOSH по EMF

    Руководство по измерению воздействия электрического и магнитного поля на рабочем месте
    Публикация NIOSH № 98-154 (1998)
    Этот технический документ представляет собой справочное руководство для промышленных гигиенистов и исследователей, которые измеряют воздействие статического электричества и ЭМП КНЧ на рабочем месте.

    Публикация NIOSH о видеодисплейных терминалах
    Публикация NIOSH № 99-135 (3-е изд., 1999 г.)
    Эта публикация представляет собой сборник исследований и заявлений NIOSH по всем видам воздействия на здоровье при работе с VDT, включая исследования, которые не нашли ссылки между их выбросами ЭМП и репродуктивными эффектами.

    РФ Поля

    OSHA: Внешний значок радиочастотного / микроволнового излучения
    Информация о распознавании, оценке и контроле радиочастотного / микроволнового излучения.

    Федеральная комиссия по связи (FCC): Радиочастотная безопасность, внешний значок
    Информация и стандарты здравоохранения для потребителей и вещателей по беспроводной связи, включая сотовые телефоны и любительские радиоприемники.

    Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA): продукты, излучающие радиацию для дома, бизнеса и развлечений внешний значок
    Информация для потребителей и производителей о микроволновых печах, видеотерминалах, сотовых телефонах и т. Д.

    Международное агентство по изучению рака (IARC): Неионизирующее излучение, Часть 2: Радиочастотное электромагнитное полевнешний значок.
    Монографии МАИР, Том 102 (2013). Эта уважаемая международная программа оценивала канцерогенность радиочастотных полей, особенно сотовых телефонов, в рамках своей программы по оценке всех потенциальных канцерогенов.

    FDA / FCC: Информация для потребителей о мобильных телефонахвнешний значок
    Сайт FDA с ответами на часто задаваемые вопросы о потенциальных рисках для здоровья от использования мобильных телефонов и исследованиях по этому вопросу.

    NIEHS: сотовый телефонвнешний значок
    Исследование NIEHS о возможных рисках для здоровья от сотовых телефонов, особенно текущее исследование рака животных, проводимое Национальной токсикологической программой (NTP).

    Национальный совет по радиационной защите Великобритании: сводка последних отчетов о мобильных телефонах и здоровье (2000-2004 гг.) External icon
    NRPB-W65 (2005)
    В этом британском отчете рассматриваются исследования рака мозга и неврологических эффектов от использования клеток. здоровье телефонов и подчеркивает любую общность или расхождения во мнениях.

    Национальный совет по радиационной защите Великобритании: Влияние радиочастотных электромагнитных полей на здоровье: отчет независимой консультативной группы по неионизирующему излучению Внешний значок
    Документы NRPB, том 14, № 2 (2003)
    В этом отчете исследуются возможные последствия воздействия на здоровье Радиочастотные области, с акцентом на исследования, проведенные со времени выхода отчета «Мобильные телефоны и здоровье», созданного Председателем Независимой экспертной группы по мобильным телефонам сэром Уильямом Стюартом (2000 г.).Отчет Стюарта был одним из первых правительственных обзоров возможного воздействия сотовых телефонов на здоровье. Он рекомендовал меры предосторожности для защиты здоровья населения.

    ELF и статическая ЭДС

    Оценка рисков и управление рисками С 1999 г. были опубликованы пять основных оценок доказательств рисков для здоровья от воздействия КНЧ-ЭМП на рабочем месте и в жилых помещениях. Четыре из них сопровождались заявлениями об управлении воздействием ЭМП и направлениями будущих исследований.

    • «Электромагнитные поля КНЧ и риск рака» Консультативной группы по неионизирующему излучению Национального совета по радиологической защите Внешний значок
      (теперь называется Отделом радиационной защиты Агентства по охране здоровья)
      Документы NRPB, том 12, No. 1 (2001)
      В этой британской оценке рисков рассматриваются данные о рисках рака в результате воздействия КНЧ-ЭМП в жилых и профессиональных помещениях и даются рекомендации по политике и дальнейшим исследованиям. Правление NRPB выпустило значок Responseexternal с указанием его значения для будущих исследований и пределов воздействия ЭМП.
    • Неионизирующее излучение, Часть I: Статические и крайне низкочастотные электрические и магнитные поляpdf iconeexternal icon
      Монография Международного агентства по изучению рака Монографии IARC, том 80 (2002)
      Эта оценка риска является частью авторитетной международной программа для оценки всех канцерогенов. Полная монография доступна в виде файла PDF.
    • Оценка возможных рисков, связанных с электрическими и магнитными полями (ЭМП) от линий электропередач, внутренней проводки, электрооборудования и внешних устройств значок (Отчет Калифорнийской программы ЭМП (2002)
      В этом отчете Министерства здравоохранения Калифорнии оцениваются доказательства для риски всех заболеваний от воздействия КНЧ-ЭМП в жилых и профессиональных помещениях, с уделением особого внимания более поздним исследованиям.Он использует новый метод оценки риска, основанный на байесовской философии науки. Общественные комментарии и критика этого отчета публикуются на том же веб-сайте. Калифорнийская программа ЭМП также опубликовала варианты политики перед лицом возможного риска, вызванного электрическими и магнитными полями (ЭМП), значок pdf [PDF — 76 КБ] внешний значок, в котором анализируются возможные действия правительства в соответствии с различными подходами регулирования, включая анализ затрат и выгод для модификаций ЛЭП.
    • Чрезвычайно низкочастотные поля — критерии гигиены окружающей среды 238 Монография Всемирной организации здравоохранения (2007 г.) external icon
      В этой всеобъемлющей монографии рассматриваются все аспекты рисков для здоровья, исследований и управления рисками КНЧ-ЭМП.Он также дает рекомендации по политике в области гигиены труда, включая меры предосторожности, направленные на устранение возможных онкологических рисков.

    OSHA: Экстремально низкочастотное излучение (СНЧ) внешний значок
    Информация о распознавании, оценке и контроле излучения СНЧ.

    OSHA: компьютерная рабочая станциявнешний значок
    На этой странице кратко рассматриваются потенциальные опасности и меры вмешательства, которые работодатели могут использовать для предотвращения или уменьшения потенциальных вредных последствий работы с компьютерами.

    Информационный бюллетень NIOSH: ЭМП на рабочем месте
    Публикация NIOSH № 96-129 (1996)
    En Español
    Этот информационный бюллетень отвечает на часто задаваемые вопросы о чрезвычайно низкочастотных (СНЧ) ЭМП на рабочем месте. Эта публикация может помочь определить источники ЭМП на работе и предложить простые шаги по снижению воздействия.

    Вопросы и ответы по ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергииpdf iconeexternal icon
    Публикация Национального института гигиены окружающей среды (2002 г.) дома, рабочие места и транспорт.В нем также описывается, что исследователи узнали о влиянии электромагнитных полей на здоровье, и определяются некоторые методы управления воздействием.

    Документы NIOSH по исследованию ELF-EMF

    Руководство по измерению воздействия электрического и магнитного поля на рабочем месте
    Публикация NIOSH № 98-154 (1998)
    Этот технический документ представляет собой справочное руководство для промышленных гигиенистов и исследователей, которые измеряют воздействие статического электричества и ЭМП КНЧ на рабочем месте.

    Публикация NIOSH на видеодисплейных терминалах
    Публикация NIOSH №99-135 (3-е изд., 1999)
    Эта публикация представляет собой собрание исследований и заявлений NIOSH по всем видам воздействия на здоровье при работе с ВДТ, включая исследования, которые не обнаружили связи между их эмиссией ЭМП и репродуктивными эффектами.

    Базы данных ЭМП

    Матрица воздействия на работу (JEM) для магнитных полей промышленной частоты
    Этот сайт содержит таблицы Excel®, разработанные NIOSH для оценки воздействия магнитных полей СНЧ по профессиональным категориям. Используя Стандартные профессиональные классификации (SOC) 1980 г. или U.S. Категории переписи, этот JEM можно связать с базами данных о смертности и заболеваемости для эпидемиологических исследований (Bowman et al., 2006).

    Программа EMF RAPID: База данных по измерениям ЭМПexternal icon
    Этот сайт содержит шесть баз данных измерений ЭМП, выполненных в домах и на рабочих местах. Данные тщательно аннотированы и могут быть загружены в различных формах.

    Программа уведомления рабочих

    Через Программу уведомления работников NIOSH NIOSH уведомляет работников и другие заинтересованные стороны о результатах прошлых исследований, касающихся широкого спектра воздействий.По ссылкам ниже представлены архивные материалы, отправленные участникам исследований, связанных с ЭМП, с видеотерминалов.

    Ссылки на другие сайты EMF

    OSHA: Экстремально низкочастотное излучение (СНЧ) внешний значок
    Информация о распознавании, оценке и контроле излучения СНЧ.

    OSHA: Внешний значок радиочастотного / микроволнового излучения
    Информация о распознавании, оценке и контроле радиочастотного / микроволнового излучения.

    OSHA: компьютерная рабочая станциявнешний значок
    На этой странице кратко рассматриваются потенциальные опасности и меры вмешательства, которые работодатели могут использовать для предотвращения или уменьшения потенциальных вредных последствий работы с компьютерами.

    Федеральная комиссия по связи (FCC): Радиочастотная безопасность, внешний значок
    Информация и стандарты здравоохранения для потребителей и вещателей по беспроводной связи, включая сотовые телефоны и любительские радиоприемники.

    Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA): продукты, излучающие радиацию для дома, бизнеса и развлечений внешний значок
    Информация для потребителей и производителей о микроволновых печах, видеотерминалах и т. Д.

    FDA / FCC: Consumer Update on Mobile Phoneвнешний значок
    Сайт FDA с информацией о потенциальных рисках для здоровья от использования мобильных телефонов и исследованиями по этому вопросу.

    FDA: Внешний значок МРТ (магнитно-резонансная томография)
    Информация для потребителей и профессионалов о преимуществах, рисках и мерах безопасности при использовании МРТ.

    Национальный институт наук о здоровье окружающей среды. Внешний значок:
    Электрические и магнитные поля. Информация о возможных рисках для здоровья от ЭМП КНЧ и ссылки на публикации NIEHS.

    NIEHS: сотовый телефонвнешний значок
    Исследование NIEHS о возможных рисках для здоровья от сотовых телефонов, особенно текущее исследование рака животных, проводимое Национальной токсикологической программой (NTP).

    Агентство по охране здоровья в Великобритании: электромагнитное полевнешний значок
    Информация, исследовательские публикации и стандарты здравоохранения Соединенного Королевства по многим источникам электромагнитных полей РЧ и СНЧ: беспроводные телефоны, сотовые телефоны, локальные беспроводные сети (WLAN), сети Wi-Fi, электрические подстанции, линии электропередач и любительские радиоприемники.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.