Основные свойства магнитного поля. Электромагнитная индукция

1. Основные свойства магнитного поля. Электромагнитная индукция.

Исаков А., Дымкина И.,
Кукуц М., Козырева В.

2. Магнитное поле, его свойства и источники

Некоторые свойства магнитного поля:
•Направление. Определяется направлением
магнитной силовой линии, то есть линии, по которым
действует сила на движущийся магнитный заряд.
•Сила. Магнитное поле оказывает силу на
движущиеся заряды или магниты. Эта сила может
притягивать или отталкивать магнитные материалы в
зависимости от их полярности.
•Интенсивность. Определяется магнитной
Источники магнитного поля
индукцией, которая измеряется в теслах (T). Чем
больше магнитная индукция, тем сильнее магнитное
Основными источниками магнитного поля являются:
поле.
- Движущиеся электрические заряды (токи).
•Линии магнитного поля. Магнитные силовые линии
представляют собой кривые линии, которые
- Постоянные магниты.
указывают направление и интенсивность магнитного
- Изменяющиеся во времени электрические поля (согласно поля. Они идут от северного полюса магнита к
уравнениям Максвелла).
южному полюсу.
• Магнитное поле — это одна из фундаментальных
физических концепций, которая играет ключевую
роль в понимании электромагнитных явлений. Оно
возникает вокруг движущихся электрических
зарядов и проявляется в виде сил, действующих на
другие движущиеся заряды или магнитные
материалы. В данном докладе рассмотрим
основные свойства магнитного поля, понятие
индуктивности и электромагнитные силы.

3. Индуктивность и самоиндукция

• Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника или катушки
создавать магнитное поле при протекании электрического тока, а также накапливать энергию в этом
поле.
• Индуктивность ( L ) определяется как коэффициент пропорциональности между магнитным потоком
(ф) и силой тока ( I ): Ф=L*I
• Единица измерения индуктивности — Генри (Гн).
Самоиндукция
Явление самоиндукции возникает при изменении тока в проводнике, что приводит к
изменению магнитного потока и появлению ЭДС самоиндукции:
=-L*dl/dt
Знак минус указывает на то, что ЭДС самоиндукции направлена против изменения тока
(правило Ленца).

4. Электромагнитные силы

• Электромагнитные силы — это силы, которые действуют между телами по причине того, что
эти тела состоят из заряженных движущихся частиц, между которыми действуют магнитные и
электрические силы.
• Электромагнитная сила состоит из двух частей: электрической силы и магнитной силы.
Электрический компонент действует между заряженными частицами независимо от того,
движутся они или нет, создавая поле. С помощью него заряды могут влиять друг на друга. Но как
только они приходят в движение, эти заряженные частицы проявляют и вторую составляющую —
магнитную силу. При движении они создают вокруг себя магнитное поле.
• Электромагнитная сила ответственна за некоторые из наиболее часто встречающихся
явлений: трение, упругость, нормальную силу и силу, удерживающую твёрдые тела вместе в
заданной форме.

5. Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при
изменении магнитного потока, пронизывающего его.
Явление электромагнитной индукции было открыто М. Фарадеем.
Майкл Фарадей провел ряд опытов, которые помогли открыть явление электромагнитной индукции.
Первый опыт. На одну непроводящую основу намотали две катушки: витки первой катушки
были расположены между витками второй. Витки одной катушки были замкнуты на
гальванометр, а второй — подключены к источнику тока. При замыкании ключа и
протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа
также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном
направлении.
Второй опыт. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру.
При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или
удалении катушки фиксировался ток.
Третий опыт. Катушка замкнута на гальванометр, а магнит движется вдвигается
(выдвигается) относительно катушки

6.

Вот, что показали эти опыты:
• Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной
индукции.
• Направление тока будет различно при увеличении числа линий и при
их уменьшении.
• Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного
потока. Может изменяться само поле, или контур может перемещаться
в неоднородном магнитном поле.
Индукционный ток — это электрический ток, возникающий в замкнутом
проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через
этот контур. Это явление называется электромагнитной индукцией.

7. Магнитная цепь

Магнитная цепь — последовательность взаимосвязанных магнетиков, по
которым проходит магнитный поток.
• Это часть электротехнического устройства, предназначенная для создания в его
рабочем объёме магнитного поля заданной величины и конфигурации.
• Магнитная цепь состоит из магнитопровода, образующего замкнутый путь
магнитному потоку, и элементов, возбуждающих магнитное поле (обмотки с
током, постоянные магниты).
Магнитные цепи бывают:
• Однородными. Если на протяжении всей длины они изготовлены из одного
материала (то есть имеют одинаковую магнитную проницаемость) и одинаковое
поперечное сечение. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то такая
магнитная цепь называется неоднородной.
• Разветвлёнными. Неразветвлённые цепи состоят из одного контура, а
разветвлённые — из нескольких контуров, по которым замыкается магнитный поток.
• Понятие «магнитная цепь» широко используется при расчётах постоянных магнитов,
электромагнитов, реле, магнитных усилителей, электроизмерительных и других
приборов.

8. Электромагниты и их практическое применение

Электромагниты — это устройства, которые создают магнитное поле за счет протекания электрического
тока. Они состоят из катушки (обмотки) и сердечника из ферромагнитного материала, такого как железо.
Когда через катушку проходит электрический ток, сердечник намагничивается, создавая сильное
магнитное поле. Преимущество электромагнитов заключается в том, что их магнитное поле можно легко
включать и выключать, изменяя ток в катушке.
Практическое применение электромагнитов:
Электромагнитные реле и контакторы — эти устройства используются для управления
электрическими цепями. Например, в промышленности они применяются для
включения и выключения мощных двигателей.
Магнитные подъемные краны — такие краны используются на заводах и складах для
подъема и перемещения тяжелых металлических грузов. Электромагниты позволяют
легко захватывать и отпускать металлические предметы.
Медицинское оборудование — электромагниты используются в магнитно-резонансной
томографии (МРТ), которая позволяет получать детальные изображения внутренних
органов человека.
Электродвигатели и генераторы — в этих устройствах электромагниты используются
для создания вращающего момента или генерации электрического тока.
Акустические системы — динамики используют электромагниты для преобразования
электрических сигналов в звуковые волны.

9. Закон электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции был открыт Майклом Фарадеем в 1831 году. Он гласит, что изменение
магнитного потока через замкнутый контур вызывает возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в
этом контуре. Другими словами, если магнитный поток, проходящий через катушку или проводник,
изменяется, то в этом проводнике возникает электрический ток.
Этот закон лежит в основе работы генераторов электроэнергии. В генераторах механическая энергия
вращения преобразуется в электрическую энергию за счет изменения магнитного потока. Например, в
гидроэлектростанциях вода вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает магнит внутри катушки,
создавая электрический ток
Математически его можно описать формулой: ЭДС = -ΔΦ/Δt, где ЭДС — это электродвижущая
сила, ΔΦ — показатель изменения магнитного потока, Δt — время, за которое был изменён
магнитный поток

10. Закон Ленца

• Закон Ленца уточняет направление индуцированного тока, возникающего при изменении магнитного
потока. Он гласит, что индуцированный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать
изменению магнитного потока, вызвавшему его. Этот закон является следствием закона сохранения
энергии.
• Например, если приближать магнит к катушке, в ней возникнет ток, который создаст собственное
магнитное поле, направленное так, чтобы оттолкнуть магнит. И наоборот, если удалять магнит от
катушки, возникший ток будет создавать магнитное поле, которое будет притягивать магнит. Таким
образом, закон Ленца объясняет, почему для поддержания изменения магнитного потока требуется
затрачивать энергию.

11. ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции

ЭДС самоиндукции
Самоиндукция — это явление, при котором изменение тока в проводнике вызывает возникновение ЭДС в
самом этом проводнике. Это происходит потому, что изменяющийся ток создает изменяющееся
магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ЭДС. Самоиндукция играет важную роль в цепях
переменного тока, где она ограничивает скорость изменения тока.
Например, в катушке с большим числом витков самоиндукция проявляется особенно сильно. Если
попытаться быстро изменить ток в такой катушке, возникнет значительная ЭДС самоиндукции, которая
будет противодействовать этому изменению.
ЭДС взаимоиндукции
Взаимоиндукция возникает, когда изменение тока в одной катушке индуцирует ЭДС в другой катушке,
расположенной рядом. Это явление используется в трансформаторах, которые передают электрическую
энергию из одной цепи в другую без прямого соединения.
Например, в трансформаторе переменный ток в первичной катушке создает изменяющееся магнитное
поле, которое индуцирует ЭДС во вторичной катушке. Таким образом, энергия передается из одной
цепи в другую с изменением напряжения.