Лекции по электротехнике

С = q/φ

Электроемкость - скалярная величина, числен­но равная заряду, который нужно сообщить провод­нику, чтобы его потенциал изменился на единицу. Емкость определяется геометрическими размерами проводника, его формой и свойствами окружающей среды (ее диэлектрической проницаемостью £)ине зависит от материала проводника. За единицу ем­кости в системе СИ принимают емкость такого про­водника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Эта единица емкости называется фарад (Ф). 1 Ф = 1 Кл/В. 1 Ф – это очень большая емкость. На практике используют микрофарады (1 мкФ = 10 ⁶ Ф), нанофарады (1 нФ= = 10⁹ Ф) и пикофарады (1 пФ = 10¹² Ф).

Наличие вблизи проводника других тел изменя­ет его емкость, так как потенциал проводника зави­сит и от электрических полей, создаваемых заряда­ми, наведенными в окружающих телах вследствие электростатической индукции. Можно создать сис­тему проводников, которая будет обладать емкостью значительно большей, чем уединенный проводник, и притом не зависящей от окружающих тел. Такую систему называют конденсатором. Простейший кон­денсатор состоит из двух проводников (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от дру­га. Электрическое поле заряженного конденсатора сосредоточено практически полностью между об­кладками (внутри) конденсатора. Линии вектора напряженности поля Е начинаются на одной об­кладке и заканчиваются на другой. Заряды на об­кладках одинаковы по величине и противополож­ны по знаку.

Основной характеристикой конденсатора являет­ся его емкость, под которой понимают величину, пропорциональную заряду одной из обкладок и об­ратно пропорциональную разности потенциалов меж­ду обкладками.

Емкость у конденсатора зависит от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости е ди­электрика, находящегося между обкладками. В слу­чае плоского конденсатора его емкость где S - площадь обкладки, d - расстояние между обкладками (пластинами). Линейные размеры пла­стин обычно велики по сравнению с расстоянием между пластинами. В этом случае можно пренеб­речь «краевыми» эффектами и считать электричес­кое поле сосредоточенным внутри конденсатора и практически однородным, а заряд q распределен­ным по пластинам равномерно с поверхностной плотностью

При необходимости увеличить емкость конден­саторы соединяют между собой параллельно

Рисунок 1- Электрическая схема соединения емкостей

При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины отдельного конденсатора. Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сум­ме емкостей отдельных конденсаторов:

C_{o6ui =} C_{l +} C_{2 +} C₃ ...

Эта формула получается следующим образом. При параллельном соединении все конденсаторы нахо­дятся под одинаковым напряжением U, а общий заряд всех конденсаторов равен Q . При этом каж-дый конденсатор соответственно получит заряд Q ,Q ,Q и т.д. Следовательно, общий заряд

Q = Q₁ + Q₂+Q₃ + …. Q_n..

Из определения емкости следует, что Q₁ = C. U,Qz = C₂U,Q_a = С„U . Подставляя эти вы­ражения в формулу и разделив обе части ра­венства на U, получим формулу

При необходимости уменьшить емкость конден­саторы соединяют последовательно

При этом общая емкость конденсаторов вычис­ляется по формуле

1/С_общ = 1/С₁ + 1/С₂ + 1/С₃ + …1/С_п

Эта формула получается следующим образом. Общее напряжение на всех конденсаторах равно U и напряжение на каждом конденсаторе соответствен­но будет равно U_t,U₂U₃ и т.д. Следовательно, об­щее напряжение

U = U₁+U₂+U₃ + ...

Из определения емкости следует, что

U₁ = Q / С₁ , U₂ = Q/ С₂ U_s = Q/ С₃

Подставляя эти выражения в формулу и разделив обе части равенства на Q , получим формулу

1/С_общ = 1/С₁ + 1/С₂ + 1/С₃ + …1/С_п

Вопросы для самоконтроля.

1.Из каких частиц состоит атом ?

2.Какая атомная частица имеет положительный заряд и большую массу ?

1. Какая атомная частица имеет отрицательный заряд и маленькую массу?

2. Какая атомная частица не имеет заряда?

3. Что определяет атомную массу элемента?

4. Что определяет атомный номер элемента?

5. Что такое валентность?

6. Почему одни материалы являются проводниками, а другие изоляторами?

7. Приведите примеры проводников и диэлектриков.

1. Сформулируйте закон Кулона.

2. Сформулируйте закон сохранения заряда.

3. Что такое напряженность электрического поля?

4. Как графически изображают электрическое поле?

5. Сформулируйте принцип суперпозиции.

6. Что такое электростатическая индукция?

7. Чему равна напряженность электрического поля внутри проводника?

8. Что такое диэлектрическая проницаемость?

9. Что такое разность потенциалов? В каких едини­цах она измеряется?

10. Чему равна емкость уединенного проводника? В каких единицах измеряется емкость?

11. Как устроен конденсатор?

12. По какой формуле вычисляется емкость плоского конденсатора?

13. Как надо соединить конденсаторы, чтобы их общая емкость увеличилась? Уменьшилась?

14. Как вычислить общую емкость конденсаторов при параллельном соединении?

15. Как вычислить общую емкость конденсаторов при последовательном соединении?

Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока

Лекция 4 Элементы электрической цепи, их параметры и их характеристики. Электродвижущая сила.

Электрическая цепь – совокупность устройств (элементов), предназначенных для направленного движения электрических зарядов (электрического тока) и связанных с ним электромагнитных процессов.

Электрическая цепь служит для генерирования, передачи и преобразования электрической (электромагнитной) энергии и сигналов.

Основные элементы электрической цепи – источники, приемники и линии передачи.

Источник электрической энергии и сигналов – устройство, преобразующее различные виды энергии неэлектромагнитной природы в электромагнитную (гальванический элемент, аккумулятор, электромеханический генератор).

Приемник электрической энергии и электрических сигналов – устройство, преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (электротермические устройства, электрические лампы, резисторы, электрические двигатели).

Линия передачи электрической энергии и электрических сигналов – проводники (материалы, среды, имеющие свободные заряды) и электромагнитные поля, с помощью которых осуществляется передача электрической энергии и сигналов от источников к приемникам.

Кроме того, элементами электрической цепи могут быть преобразовательные, коммутационные и измерительные устройства (приборы).

Преобразователь электрической энергии – устройство, преобразующее параметры (напряжение, ток, их форму, величину, частоту) электромагнитной энергии (трансформаторы, выпрямители, инверторы, преобразователь частоты).

Коммутационные устройства предназначены для изменения режима работы электрической цепи: отключение и включение источников, приемников, изменения параметров участков цепи. Это контакторы, переключатели, выключатели, разъединители.

Измерительные устройства – приборы для измерения различных параметров электромагнитных процессов, протекающих в электрической цепи (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.д.).

Схема электрической цепи – графическое изображение электрической цепи, содержащее условные изображения ее элементов и показывающее соединение этих элементов.

Принципиальная схема электрической цепи – схема электрической цепи, изображающая соединение реальных элементов этой цепи.

Пример. Простейшая электрическая цепь – гальванический элемент, соединенный с лампой накаливания через выключатель с помощью соединительных проводов. Для измерения напряжения и тока в цепь включены вольтметр и амперметр.

Функциональная (структурная, блок-схема) – схема электрической цепи, изображающая соединение отдельных блоков сложной электрической цепи, выполняющих определенные функции (усиление, выпрямление, инвертирование т.д.)

Двухполюсник – часть электрической цепи, которая рассматривается относительно двух каких-либо зажимов.

Четырехполюсник – часть электрической цепи, имеющая два входных и два выходных зажима.

Активная цепь – часть электрической цепи, в которой действуют источники электрической энергии.

Пассивная цепь – часть электрической цепи, в которой нет источника электрической энергии.

Электродвижущая сила. Электрический ток

В замкнутой цепи электрический ток протекает под действием ЭДС источника энергии. В источнике ЭДС за счет сторонних сил (химических, механических и т. д.) происходит разделение заряда на внешних клеммах. При отсутствии тока в цепи ЭДС равен разности потенциалов на зажимах источника энергии. Также как и разность потенциалов, ЭДС измеряется в вольтах. Прибор для измерения разности потенциалов, ЭДС называется вольтметром.

Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника равен нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.
Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц. 
Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока говорят следующие действиям или явлениям, которые его сопровождают:
1. проводник, по которому течет ток, нагревается,
2. электрический ток может изменять химический состав проводника, 
3. ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. 
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемойсилой тока. Если через поперечное сечение проводника за времяΔt переносится заряд Δq, то сила тока равна:

Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.
Сила тока — величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений вдоль проводника принять за положительное. Сила тока I 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае I

Сила тока зависит от:
1. заряда, переносимого каждой частицей (q₀); 
2. концентрации частиц (n); 
3. скорости направленного движения частиц (v);
4. площади поперечного сечения проводника (S).

В Международной системе единиц силу тока выражают в амперах (А). Измеряют силу тока амперметрами. 

Лекция 5 Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость. Закон Ома. Соединения резисторов. Законы Кирхгофа

Электрическим сопротивлением называется способность проводников препятствовать прохождению электрического тока.

Физический смысл понятия сопротивление заключается в следующем: при движении свободных электронов от атома к атому могут возникнуть препятствия в виде ионов кристаллической решетки, при этом электрон, который движется прямолинейно может соударяться с ионом, при этом энергия удара превращается в тепловую энергию. Понятно, что чем больше таких столкновений, тем больше нагревается проводник. В результате проводники, у которых много ионов плохо проводят электрический ток и при этом сильно нагреваются. К таким материалам относятся: вольфрам, нихром и т.д. Поэтому эти материалы применяются в электрических нагревателях в виде спирали - утюг, эл. чайник, эл. лампочка. Другие материалы, у которых мало ионов они хорошо проводят электрический ток, у них практически отсутствует нагрев, и применяются они для передачи электрической энергии от источника к потребителю на большие расстояния практически без потерь. К ним относятся : серебро, медь, алюминий.

Сопротивление R = ρ * L/S; зависит:

1. От длины проводника – чем больше длина, тем больше сопротивление (L).

2. От материала проводника – чем больше удельное сопротивление, тем больше сопротивление. (ρ)

3. От площади поперечного сечения проводника – чем больше площадь, тем меньше сопротивление. (S)

4. От температуры – например: у металлов при повышении температуры сопротивление увеличивается. R = R₀ * (1+α*t)

Резисторы – это электрические приборы, которые обладают сопротивлением. Резисторы бывают – постоянного сопротивления и переменного.

Резисторы переменного сопротивления – это реостаты и потенциометры имеют переменное сопротивление, которое можно регулировать перемещением скользящего контакта. С их помощью можно плавно менять силу тока, при этом электрический прибор будет получать разное количество электрической энергии. Применяется для плавной регулировки освещения или для плавной регулировки оборотов двигателя.

Устройство: состоят из катушки намотанной из провода с большим сопротивлением ( нихром ), по виткам катушки скользит контакт, который меняет число витков находящихся под током, при этом меняется сопротивление и соответственно напряжение или сила тока.

Резисторы постоянного сопротивления – состоят из катушки и обладают постоянным сопротивлением. Применяются для ступенчатого регулирования, например: оборотов двигателя в автомобиле ( вентилятор обогревателя печки, стеклоочиститель и т.д. ).

Зависимость между величинами, характеризующими электрическую цепь, т.е. между э.д.с., током и сопротивлением, устанавливается законом Ома. Этот закон формулируется так: ток в замкнутой неразветвлённой цепи прямо пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален сопротивлению цепи:

где 1-ток, А;

Е - э. д. с. источника электрической энергии, В;

R - сопротивление внешнего участка цепи, Ом;

r - сопротивление внутреннего участка цепи, Ом.

Эта формула может быть представлена и в таком виде:

Е=I (R+г)=1R+1r, т.е. электродвижущая сила, создаваемая источником электрической энергии, равна току, умноженному на общее сопротивление цепи, и складывается из двух слагаемых, из которых первое слагаемое 1 R представляет собой разность потенциалов на зажимах внешнего сопротивления (называется напряжением на зажимах внешней цепи) и обозначается через U, а второе слагаемое 1 r носит название падения напряжения на внутреннем участке цепи.

Для внешней цепи и для отдельных ее участков закон Ома обычно представляют в следующем виде: I=U/R т.е. ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению данного участка цепи. 

Соединение резисторов .

Резисторы постоянного сопротивления могут соединяться:

1. Последовательно

2. Параллельно

3. Смешанное соединение.

Последовательное соединение.

При таком соединении сила тока через все резисторы одинаков: I = I₁ = I₂ = I₃ . На каждом резисторе происходит падение напряжения, т.е. общее напряжение питания равно сумме падений напряжений на каждом резисторе :

U = U₁+ U₂+ U₃. Чем больше сопротивление резистора (и мощность прибора ), тем происходит большее падение на нем. В итоге напряжение питания прибора становится меньше и например лампочка горит слабо. Общее сопротивление всех резисторов равно сумме их сопротивлений: R=R₁+R₂+R₃. Пример – соединение елочной гирлянды. При таком соединении существует следующая зависимость: U₁ / U₂=R1 / R2

Параллельное соединение – при таком соединении напряжение тока на всех резисторах одинаково ( поэтому такое соединение применяется в жилых помещениях для подключения любых приборов- телевизор, утюг , стиральная машина и т.д. ): U = U₁=U₂= U₃. Сила тока на каждом резисторе своя, это зависит от сопротивления резистора, чем больше его сопротивление, тем меньше сила тока проходящая через него. Общая сила тока равна сумме токов на каждом резисторе: I = I₁ + I₂ + I₃. Общее

сопротивление при этом соединении определяется по формуле : 1/R=1/R₁+1/R₂+1/R₃ , причем общее сопротивление становится меньше, что является положительным явлением при включении электрических приборов в квартирах, т.к. потребление электрической энергии уменьшается. При таком соединении существует следующая зависимость:

R1 / R2 = I₂ / I₁

Решение задач.

Условие задачи: определить общее сопротивление электрической цепи R, силу тока I, напряжение на каждом резисторе U.

Решение:

1. Расставить силу тока и напряжения на каждом резисторе электрической схемы.

2. Выделить участки цепи где простые соединения: последовательное или параллельное . Определить их общее ( эквивалентное ) сопротивление и последовательно решая аналогичные участки схема упрощается , в результате мы определяем общее сопротивление всей схемы.

3. Зная общее напряжение питания схемы и общее сопротивление её, можно определить общую силу тока цепи и силу тока и напряжения на каждом резисторе.

Законы Кирхгофа.

В сложных электрических цепях, то есть где имеется несколько разнообразных ответвлений и несколько источников ЭДС имеет место и сложное распределение токов. Однако при известных величинах всех ЭДС и сопротивлений резистивных элементов в цепи мы можем вычистить значения этих токов и их направление в любом контуре цепи с помощью первого и второго закона Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа

Формулировка №1: Сумма всех токов, втекающих в узел, равна сумме всех токов, вытекающих из узла.

Формулировка №2: Алгебраическая сумма всех токов в узле равна нулю.

Поясню первый закон Кирхгофа на примере рисунка 2.

Рисунок 2. Узел электрической цепи.

Здесь ток I₁- ток, втекающий в узел , а токи I₂ и I₃ — токи, вытекающие из узла. Тогда применяя формулировку №1, можно записать:

I₁ = I₂ + I₃  (1)

Что бы подтвердить справедливость формулировки №2, перенесем токи I₂ и I₃ в левую часть выражения (1), тем самым получим:

I₁ - I₂ - I₃ = 0   (2)

Знаки «минус» в выражении (2) и означают, что токи вытекают из узла.

Знаки для втекающих и вытекающих токов можно брать произвольно, однако в основном всегда втекающие токи берут со знаком «+», а вытекающие со знаком «-» (например как получилось в выражении (2)).

Второй закон Кирхгофа.

Формулировка: Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.

Здесь термин «алгебраическая сумма» означает, что как величина ЭДС так и величина падения напряжения на элементах может быть как со знаком «+» так и со знаком «-». При этом определить знак можно по следующему алгоритму:

1. Выбираем направление обхода контура (два варианта либо по часовой, либо против).

2. Произвольно выбираем направление токов через элементы цепи.

3. Расставляем знаки для ЭДС и напряжений, падающих на элементах по правилам:

- ЭДС, создающие ток в контуре, направление которого совпадает с направление обхода контура записываются со знаком «+», в противном случае ЭДС записываются со знаком «-».

- напряжения, падающие на элементах цепи записываются со знаком «+», если ток, протекающий через эти элементы совпадает по направлению с обходом контура, в противном случае напряжения записываются со знаком «-».

Например, рассмотрим цепь, представленную на рисунке 3, и запишем выражение согласно второму закону Кирхгофа, обходя контур по часовой стрелке, и выбрав направление токов через резисторы, как показано на рисунке.

Рисунок 3. Электрическая цепь, для пояснения второго закона Кирхгофа.

E₁- Е₂ = -UR₁ - UR₂ или E₁ = Е₂ - UR₁ - UR₂   (3)

Смешанным соединением называется соединение, при котором в одной цепи встречаются участки с последовательным и с параллельным соединениями. Если в электрической цепи резисторы соединенные параллельно между собой включены последовательно с другими резисторами или резисторы соединенные последовательно между собой включены параллельно с другими резисторами, то такое соединение называется смешанным.

Работа электрического тока.

Работа, совершаемая при перемещении положительного заряда Q вдоль некоторого неразветвленного участка электрической цепи, не содержащего источников электрической энергии, от точки a до точки b, равна произведению этого заряда на напряжение U_ab = U между концами участка: А = QU. При равномерном движении за­ряда в течение времени t, т. е. постоянном токе I_аb = I, заряд (ко­личество электричества)

Способность тела производить работу называется энергией этого тела.

Для переноса зарядов в замкнутой цепи источник электрической энергии затрачивает известную энергию, равную

E∙Q,

где E- это ЭДС источника,

Q-количество электричества, перенесенное через эту цепь.

Таким образом, источник энергии производит полезную работу.

A = U∙Q,

где U- напряжение на зажимах приемника. т.к. Q = I∙t, то

A = U∙I∙t = I²∙R∙t

Основной единицей работы в системе СИ служит джоуль (Дж), 1 Дж= 1 В•А•с.

Мощность электрического тока.

Для оценки энергетических, условий важно знать, сколь быстро совершается работа. Отношением работы А к соответствующему про­межутку времени t определяют мощность

Мощностью называется работа, производимая (или потребляемая) в 1с.

Основной единицей мощности в системе СИ является ватт (Вт), 1 Вт = 1 Дж/с =1 В•А. Это мощность, при которой за одну се­кунду совершается работа в 1 Дж. Кратные единицы измерения мощ­ности: милливатт (мВт), 1 мВт = 1•10^-3 Вт; киловатт (кВт), 1 кВт = 1•10³ Вт, и мегаватт (МВт), 1 МВт = 1•10⁶ Вт = 1•10³ кВт.

Основная единица работы и энергии джоуль часто слишком мала для оценки энергетических установок. Практической единицей изме­рения электрической энергии служит кило­ватт-час (кВт•ч), т. е. работа, совершаемая при неизменной мощности 1 кВт в течение 1 ч. Так как 1 Вт•с = 1 Дж, то 1 Вт•ч = 3600Вт-с= = 3600 Дж и 1 кВт•ч = 3 600 000 Дж.

Для резистивных. элементов выражение мощности в цепи постоянного тока мож­но преобразовать, заменив в нем на основа­нии закона Ома напряжение U = R•I, или I = U/R = gU. Получается три выражения мощности резистивного элемента с сопротивлением r в электрической цепи постоянного тока:

Вопросы для повторения:

1. Что такое электрический ток?

2. Что такое сила и плотность тока? В каких единицах они измеряются?

3. Какова причина электрического сопротивле­ния?

4. В каких единицах измеряется сопротивление?

5. От чего зависит сопротивление проводника?

6. Что такое удельное сопротивление?

7. Что такое проводимость и удельная проводимость?

8. Какой формулой описывается зависимость сопротивления проводников от температуры?

9. Чему равно общее сопротивление последова­тельно соединенных проводников?

10. Чему равно общее сопротивление параллельно соединенных проводников?

1. Как распределяются токи в параллельно со­единенных проводниках?

2. Запишите формулы для вычисления работы и мощности электрического тока.

13.Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.
14. Что такое потеря напряжения в линии?

15. Как влияет напряжение в линии электропере­дачи на потери мощности в проводах?

16. Что такое ЭДС источника тока?

17. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.

18. Сформулируйте первое правило Кирхгофа.

Тема 1.3. Электромагнетизм

Лекция 6 Основные свойства и характеристики магнитного поля. Расчет электромагнитных цепей.

Магнитное поле – это особая форма материи, которая создается магнитами, проводниками с током (движущимися заряженными частицами) и которую можно обнаружить по взаимодействию магнитов, проводников с током (движущихся заряженных частиц).

Свойства магнитного поля

1. Материально, т.е. существует независимо от нас и наших знаний о нём.

2. Создаётся магнитами, проводниками с током (движущимися заряженными частицами)

3. Обнаруживается по взаимодействию магнитов, проводников с током (движущихся заряженных частиц)

4. Действует на магниты, проводники с током (движущиеся заряженные частицы) с некоторой силой

5. Никаких магнитных зарядов в природе не существует. Нельзя разделить северный и южный полюсы и получить тело с одним полюсом.

6. Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была найдена французским учёным Ампером. Ампер выдвинул заключение - магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него.

.

Было замечено, что в природе к некоторым железным рудам притягиваются стальные предметы. Это явление назвали магнетизмом. Эта руда состоит из железа с кислородом. Искусственные магниты- это намагниченные специальные сплавы или керамические материалы. Они имеют два полюса: северный N и южный S . Одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются. Магнетизм в технике играет огромное значение. 90% электрических приборов работают на основе магнетизма.

Ампер в 1820 г. установил, что тела двух параллельно расположенных проводников притягиваются друг к другу, если заряды по ним движутся в одном направлении и отталкиваются, если в разных. Магнитное поле появляется в проводниках лишь при движении зарядов . Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, величина которой определяет силу действия на заряд.

Если в магнитное поле внести рамку с током, то вращающий момент сил действующих на рамку, равен : М = I*S*B sin α ;

S – площадь рамки

α – угол между нормалью к рамке и площади рамки

I – cила тока.

Правило буравчика.

Если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока I в проводнике, то направление вращения рукоятки с направлением линий магнитной индукции В.

Закон Ампера.

F= I*B*l* sin α ;

F- сила Ампера ;

l – длина проводника;

Правило левой руки .

Направление силы F определяется правилом левой руки, если в ладонь входят линии вектора магнитной индукции В, четыре пальца показывают направление тока I, а большой палец ладони под углом 90 ^о показывает направление силы ампера F.

Электромагнитная индукция.

Правило Ленца.

Фарадей в 1831 г. проводя опыты заметил, что при в движении и выдвижении магнита в электрический контур (катушка) в нем возникает электрический ток.

Причем, чем быстрее двигается магнит, тем больше ток, если магнит неподвижен ток равен 0 , если поменять полярность магнита меняется направление тока. Он сделал вывод : что во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении числа линий магнитной индукции проходящих через него, возникает электрический ток. Это явление назвали электромагнитной индукцией. На ее основе работают сложные электрические приборы, например : генераторы, двигатели , катушка зажигания автомобиля , датчик Хола и т.д.

Для возникновения электромагнитной индукции необходимы следующие условия :

1. Замкнуты проводящий контур (катушка) - в нем будет возникать электрический ток.

Переменное магнитное поле, которое можно получать разными способами .

Четыре способа получения переменного магнитного поля.

1. Постоянный магнит двигается внутри неподвижной катушки – например: в генераторе переменного тока.

2. Катушка подвижна, магнит неподвижный – например : в генераторе постоянного тока.

3. Катушка и магнит неподвижны, для получения переменного магнитного поля между ними двигается металлический экран, перекрывая или открывая магнитное поле – например : датчик Хола.

4. Имеем две катушки, одна катушка подключена к источнику тока, при включении её возникает электромагнитное поле, которое действует на первую катушку, при отключении магнитное поле пропадает. В результате происходит электромагнитная индукция – например : катушка зажигания автомобиля.

Самоиндукция.

При действии переменного магнитного поля на катушку в ней индуктируется электрический ток. При этом от этого тока в катушке возникает своё электромагнитное поле, которое препятствует увеличению внешнего магнитного потока вызывающего ЭДС индукции. При этом создаётся дополнительный ток в контуре, это явление называется самоиндукцией.

Вопросы для повторения

1. Как взаимодействуют полюсы магнитов?

2. Какой величиной характеризуется магнитное поле?

3. Как графически изображается магнитное поле?

4. Сформулируйте правило буравчика.

5. Запишите закон Ампера.

6. Сформулируйте правило левой руки.

7. Что такое сила Лоренца? Чему она равна?

8. Какие материалы называются диамагнетиками? Парамагнетиками? Ферромагнетиками?

9. Какова природа диамагнетизма и парамагнетизма?

1. Что такое магнитная проницаемость?

2. Что такое остаточная намагниченность?

3. Что такое коэрцитивная сила?

4. Изобразите петлю гистерезиса.

5. Что такое точка Кюри?

6. Чему равен магнитный поток через контур? В ка­ких единицах он измеряется?

7. Запишите закон электромагнитной индукции.

8. Сформулируйте правило Ленца.

9. В чем состоит явление самоиндукции?

10. По какой формуле можно вычислить ЭДС самоин­дукции?

11. В каких единицах измеряется индуктивность?

12. С помощью какой формулы можно вычислить индуктивность соленоида