Контрольная работа по физике электромагнитная индукция: Контрольная работа «Электродинамика» («магнитное поле», «Электромагнитная индукция», «Электромагнитные колебания и волны»)

Контрольная работа по теме «Электромагнитная индукция» 📕- Магнитное поле тока

Цель урока: контроль усвоения, учащимися изученной темы, развитие логического мышления, совершенствование вычислительных навыков.

Ход урока

Организация учащихся на выполнение контрольной работы

Вариант 1

№1. Явление электромагнитной индукции было открыто:

А) Джозефом Генри, Б) Анри Ампером, В) Эмилем Ленцем, Г) Майклом Фарадеем?

№2. Виток площадью 2 см2расположен под углом 30˚ к линиям магнитной индукции однородного магнитного поля. За время 0,05 секунды индукция

магнитного поля равномерно изменяется с 0,5 до 0,1 Тл. Вычислить ЭДС индукции в витке.

№3. Найти индуктивность катушки и энергию ее магнитного поля, если сила тока увеличилась

с 8 до 12 А, а энергия магнитного поля при этом возросла на 2 Дж.

№4. Найти величину заряда, который пройдет по катушке при отключении магнитного поля, если известно, что однослойная катушка, содержащая 100 витков провода имеет площадь 2 см2, находится в однородном магнитном поле с индукцией 8 мТл. Электрическое сопротивление катушки 10 Ом.

№5. Как уменьшить индуктивность катушки с железным сердечником при условии, что габариты

Обмотки

(ее длина и поперечное сечение) останутся неизменными?

Вариант -2

№1.Запишите, в каких единицах СИ измеряется магнитный поток?

А) В, Б) А, В) Тл, Г) Гн, Д) Вб.

№2. Вычислите ЭДС индукции в витке, если известно, что за 5 мс магнитный поток, проходящий через проводящий замкнутый контур, изменился с 7 до 3 мВб.

№3. Вычислите индуктивность соленоида, если сила тока в нем меняется на 50 А за секунду. При этом на концах обмотки соленоида появляется ЭДС самоиндукции 0,08 В.

№4. К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи. Одна содержит лампы накаливания, другая – большой электромагнит. Величина тока в обеих цепях одна и та же. При размыкании какой из цепей будет наблюдаться более сильная искра?

№5. Соленоид, состоящий из 80 витков и имеющий диаметр 8 см, расположен в однородном магнитном поле, индукция которого 6,03 ·10-2Тл. Соленоид поворачивается на угол 180˚ в течение 0,2 секунд. Определите среднее значение ЭДС, возникающее в соленоиде, если его ось до и после поворота направлена вдоль поля.

Решения задач (для быстрой проверки контрольной работы учителем)

Ответы к варианту — 1

№1. Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

№2. Дано: ξi= ΔФ/Δt CИ

S = 2 cм2 ΔФ= ΔВScosα 2·10-4м2 ξi= 0,4·2·10-4·0,87/ 0,05= 0,014 B

α= 30˚

t =0,05 c ξi= ΔBScosα/ t

B1= 0,5 Тл

В2= 0,1 Тл

ξi -?

№3. Дано: W= L I2 2W1/ I12=2W1+ΔW/ I22

I1=8 A ΔW= W2- W1 W1=32 Дж; W2=34Дж

I2=12 A L = 2W1/I2 L= 1 Тл

ΔW=2 Дж L=2W2/I2

L — ? W-? W2=2(W1+ΔW)

№4. Дано: ΔФ= BS q= nΔФΔt/RΔt

n =100 ξi= — nΔФ/Δt

S=0,0002м2 ξi= Ii R q= nΔФ/R

B=0,008Тл q=I·Δt

R= 10 Ом II=- nΔФ/RΔt q= 100·0,008·0,0002/10= 16·10-6 Кл

q-?

№5. Нужно уменьшить число витков ; удалить железный сердечник.

Ответы к варианту – 2

№1. Магнитный поток измеряется в 1Гн (генри)

№2.Дано: ξi= ΔФ/Δt

t= 5·10-3c

Ф1=7·10-3Вб ξi= 4·10-3/5·10-3

Ф2=3·10-3Вб

ξi-? ξi=0,8 B

№3. Дано: ξi= — LΔI/Δt

Δt=1 c

ΔIi =50 A L= ξis·Δt/ΔI

ξis=0,08 B

L-? L= 16 ·10-4 Гн

№4. Более сильная искра получается при размыкании электромагнита, так как у него индуктивность больше, чем у ламп.

№5 Дано:

N=80; d=8cм=8·10-2 м; α=180˚≈3,14рад; Δt=0,2 с; В=6,03·10-2Тл; ξ -?

ξ= — NΔ Ф/Δt; где ΔФ= Ф2 – Ф1= BS(cosα2- cosα1) – изменение магнитного потока, пронизывающего соленоид при его повороте на 180˚.

Так как S=π d2/4, cosα2= -1, cosα1=1; ΔФ= — 2B π d2/4 = -В π d2/2; ξ= NB π d2/2Δt; ξ≈ 0,24 B.

Подведем итоги урока

Домашнее задание: повторить «Краткие итоги главы» на стр. 47

Тема №8469 Контрольная работа по физике Электромагнитная индукция 4 варианта

Тема №8469

На этой странице вы рассмотрите Контрольная работа по физике Электромагнитная индукция 4 варианта из предмета Физика, в предложенной теме также освящены и другие вопросы по Физика. Если у вас появились новые вопросы, спрашивайте в комментариях.

Вариант 1
Уровень I
1. Рассчитайте разность потенциалов на концах крыльев самолета, имеющих длину 10 м, если скорость самолета при горизонтальном полете 720 км/ч, а вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли 0,5 ·10-4Тл.
2. Определите индуктивность катушки, если при ослаблении в ней тока на 2,8 А за 62 мс в катушке появляется средняя ЭДС самоиндукции 14 В.
Уровень II
3. В катушке, состоящей из 75 витков, магнитный поток равен 4,8·10-3 Вб. За какое время должен исчезнуть этот поток, чтобы в катушке возникла средняя ЭДС индукции 0,74 В?
4. Магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур проводника сопротивлением 2,4 Ом, равномерно изменился на 6 Вб за 0,5 с. Какова сила индукционного тока в этот момент?

Уровень III
5. По горизонтальным рельсам, расположенным в вертикальном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл, скользит проводник длиной 1 м с постоянной скоростью 10 м/с. Концы рельсов замкнуты на резистор сопротивлением 2 Ом. Найдите количество теплоты, которое выделится в
резисторе за 4 с. Сопротивлением рельсов и проводника пренебречь.
6. Из алюминиевой проволоки сечением 1 мм2 сделано кольцо радиусом 10 см. Перпендикулярно плоскости кольца за 0,01 с включают магнитное поле с индукцией 0,01 Тл. Найдите среднее значение индукционного тока, возникающего за это время в кольце.

Вариант 2
Уровень I
1. В проводнике длиной 30 см, движущемся со скоростью 5 м/с
перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля, возникает ЭДС, равная 2,4 В. Определите индукцию магнитного поля.
2. Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке с индуктивностью 90 мГн, если при размыкании цепи сила тока в 10 А уменьшается до
нуля за 0,015 с?
Уровень II
3. Проводник длиной 40 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,8 Тл. Проводник пришел в движение перпендикулярно силовым линиям, когда по нему пропустили ток 5 А. Определите работу магнитного поля, если проводник переместился на 20 см.

4. Поток магнитной индукции через площадь поперечного сечения катушки с 1000 витков изменился на 0,002 Вб в результате изменения силы тока с 4 А до 20 А. Найдите индуктивность катушки.
Уровень III
5. По двум вертикальным рельсам, расстояние между которыми 50 см, а верхние концы замкнуты сопротивлением 4 Ом, начинает скользить вниз без трения проводник массой 50 г. Вся система находится в однородном магнит- ном поле с индукцией 0,4 Тл, силовые линии которого перпендикулярны плоскости, проходящей через рельсы. Найдите скорость установившегося движения.
6. Рамка в форме квадрата со стороной 10 см имеет сопротивление 0,01 Ом. Она равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией 50 мТл вокруг оси, лежащей в плоскости рамки и перпендикулярной линиям индукции. Определите, какой заряд протечет через рамку при
изменении угла между вектором магнитной индукции и нормалью к рамке
от 0 до 300.

Вариант 3
Уровень I
1. Магнитный поток внутри катушки с числом витков, равным 400, за 0,2 с изменился от 0,1 Вб до 0,9 Вб. Определите ЭДС на зажимах катушки.
2. С какой скоростью надо перемещать проводник длиной 50 см в однородном магнитном поле с индукцией 0,4 Тл под углом 600 к силовым линиям, чтобы в проводнике возникла ЭДС, равная 1 В?

Уровень II
3. Магнитный поток, пронизывающий контур проводника, равномерно уменьшился на 1,6 Вб. За какое время изменился магнитный поток, если при этом ЭДС индукции оказалась равной 3,2 В?
4. Катушка диаметром 4 см находится в переменном магнитном поле, силовые линии которого параллельны оси катушки. При изменении индукции поля на 1 Тл в течение 6,28 с в катушке возникла ЭДС 2 В. Сколько витков имеет катушка?
Уровень III
5. Плоский проволочный виток площадью 1000 см2, имеющий сопротивление 2 Ом, расположен в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл таким образом, что его плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции. На какой угол был повернут виток, если при этом пот нему прошел заряд 7,5 мКл?
6. В однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл расположены вертикально на расстоянии 80 см друг от друга два проволочных прута, замкнутых наверху. Плоскость, в которой расположены прутья, перпендикулярна направлению линий индукции магнитного поля. По прутьям с постоянной скоростью 1,5 м/с скользит вниз перемычка массой 1,2 г (рис.
131). Определите ее сопротивление, считая, что при движении контакт перемычки с прутьями не нарушается. Трением пренебречь.

Вариант 4
Уровень I
1. Определите индуктивность катушки, если при изменении силы тока в ней со скоростью 50 А/с возникает ЭДС самоиндукции в 20 В.

2. Автомобиль «Волга» едет со скоростью 120 км/ч. Определите разность потенциалов на концах передней оси машины, если длина оси 180 см, а вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли 5·10-5Тл.
Уровень II
3. Какая ЭДС самоиндукции возникает в катушке индуктивностью 68 мГн, если сила тока в 3,8 А убывает до нуля в ней за 0,012 с?
4. Какую работу надо совершить при перемещении на 0,25 м проводника длиной 0,4 м с током 21 А в однородном магнитном поле с индукцией 1,2 Тл?
Уровень III
5. Кольцо радиусом 1 м и сопротивлением 0,1 Ом помещено в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл. Плоскость кольца перпендикулярна вектору индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение кольца при исчезновении поля?
6. Рамка в форме равностороннего треугольника помещена в однородное магнитное поле с индукцией 0,08 Тл, направленной под углом 60° к плоскости рамки. Найдите длину стороны рамки, если известно, что при равномерном исчезновении поля в течение 0,03 с в рамке возникла ЭДС индукции, равная 10 мВ.

Тест по физике 11 класс. Тема «Электромагнитная индукция»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 города Красноармейска Саратовской области»

Тест по физике
«Электромагнитная индукция»»

подготовила

учитель физики Самохвалова Ирина Павловна

г. Красноармейск

2014

Тест по теме “Электромагнитная индукция” 11 класс

I вариант

Уровень А (выберите букву правильного ответа):

1. При внесении в катушку постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Как называется это явление?

А) электростатическая индукция;

Б) магнитная индукция;

В) электромагнитная индукция;

Г) самоиндукция.

2. Замкнутый проводящий контур площадью 10 см² находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 мТл так, что линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости контура. Чему равен магнитный поток через контур проводника?

А) 0;

Б) 5·10^-7 Вб;

В) 50 Вб;

Г) 5·10^-4Вб.

А) от 0 до 1 с;

Б) от 1 до 2 с;

В) от 2 до 4 с;

Г

) сила тока не изменяется с

1 2 3 4 t, c

течением времени.

4. За 4 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличивается от 3 до 5 Вб. Чему равно значение ЭДС индукции в рамке?

А) 0,5 В;

Б) 0,75 В;

В) 1,25 В;

Г) 8 В;

5. Чему равно значение индукционного тока в явлении, описанном в предыдущем вопросе? Сопротивление рамки 5 Ом.

А) 0,1 А;

Б) 0,15 А;

В) 0,25 А;

Г) 2,5 А.

6. В однородном магнитном поле с индукцией 10 мТл по двум толстым проводящим стержням может скользить проводящая перемычка со скоростью 6 м/с. Чему равно ЭДС индукции, возникающая в контуре? Длина перемычки 1м. (см. рис. 2)

А)влево;

Б) вправо;

В

) вверх;

Г

) вниз.

8. Как изменится индуктивность катушки, если сила тока, протекающего по ее виткам, увеличится в 2 раза?

А) увеличится в 2 раза;
Б) уменьшится в 2 раза;
В) увеличится в 4 раза;
Г) не изменится;

9. Какова индуктивность витка проволоки, если при силе тока в 6 А создается магнитный поток 12 мВб?

А) 2 мГн;

Б) 2 Гн;

В) 0,5 Гн;

Г) 72 м Гн.

10. Какой должна быть сила тока в витках соленоида индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия магнитного поля оказалась равной 1 Дж?

А) 2 А;

Б) 0,5 А;

В) 1 А;

Г) 0,25 А.

11. Как изменится энергия магнитного поля, если силу тока в катушке увеличить вдвое?

А) увеличится в 2 раза;

Б) уменьшится в 2 раза;

В) увеличится в 4 раза;

Г) уменьшится в 4 раза.

12. Магнит вводится в алюминиевое кольцо так, как показано на рис. 3. Направление тока в кольце указано стрелкой. Каким полюсом магнит вводится в кольцо?

А

I_i

) положительным;

Б

) отрицательным;

В) северным; рис. 3

Г

) южным.

Уровень В (покажите краткое решение задачи и напишите полученный результат):

13. Сколько витков провода должна содержать обмотка с площадью поперечного сечения 50 см², чтобы в ней при изменении магнитной индукции от 1,1 Тл до 0,1 Тл в течение времени 5 мс возбуждалась ЭДС индукции 100 В.

14. С

    ●

    Рис. 4

    ●

    ●

    ●

    —

    +

    тержень длиной 1 м и сопротивлением 1 Ом поместили в однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл (рис. 4), подключив к источнику с ЭДС 2 В. Стержень перемещают в право со скоростью 5 м/с . Какова сила тока, существующего в стержне?

Уровень С (напишите полное решение задачи):

15. Однослойная катушка с диаметром 2 см содержит 1000 витков провода. К концам катушки подключен конденсатор ёмкостью 20 мкФ. Данную катушку помещают в однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости витков. Индукция поля равномерно изменяется со скоростью 0,1 Тл/с. Найдите заряд конденсатора.

Тест по теме “Электромагнитная индукция” 11 класс

II вариант

Уровень А (выберите букву правильного ответа):

1. Явление электромагнитной индукции наблюдается, когда…

1)….постоянный магнит покоится внутри замкнутой катушки.

2)….постоянный магнит удаляют из замкнутой катушки.

3)….включают ток в катушке, находящейся над второй замкнутой катушкой.

4)….постоянный магнит вносят в незамкнутую катушку.

А) только 1; Б) только 2; В) 2 и 3; Г) 2,3 и 4.

2. Замкнутый проводящий контур площадью 10 см² находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 мТл так, что линии магнитной индукции параллельны плоскости контура. Чему равен магнитный поток через контур проводника?

А

Ф, Вб

4

3

2

1

0

) 0; Б) 5·10^-7 Вб; В) 50 Вб; Г) 5·10^-4 Вб.

3. И

   Рис. 1

   ндукция магнитного поля, пронизывающего кольцо, изменяется по закону, показанному на рисунке 1. В какой интервал времени сила тока в кольце максимальна?

А

) от 0 до 1 с;

Б

) от 1 до 2 с;

В

1 2 3 4 t, c

) от 2 до 4 с; 0

Г) сила тока не изменяется с течением времени.

4. За 2 с магнитный поток, пронизывающий контур, равномерно увеличился от 2 до 8 Вб. Чему равна ЭДС индукции в контуре?

А) 1 В; Б) 3 В; В) 4 В; Г) 12 В.

5. Чему равна сила индукционного тока в явлении, описанном в предыдущем вопросе? Сопротивление контура 3 Ом.

А) 3 А; Б) 1 А; В) 0,75 А; Г) 4 А.

6. В однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл по двум толстым проводящим стержням может двигаться проводящая перемычка со скоростью 4 м/с. Чему равно значение ЭДС индукции, возникающей в контуре? Длина перемычки 50 см. (см.рис.2)

А) 40 В; Б) 4 В; В) 0,5 В; Г) 0,04 В.

●

●

●

●

Рис. 2

7. Каким будет направление индукционного электрического тока в скользящей перемычке (см.рис.2)?

А) влево; Б) вправо; В) вверх; Г) вниз.

8. Как изменится индуктивность катушки, если магнитный поток, создаваемый катушкой, уменьшится в 3 раза?

А) не изменится;

Б) увеличится в 3 раза;

В) уменьшится в 3 раза;

Г) уменьшится в 9 раз.

9. Индуктивность контура 0,05 Гн. Чему равен магнитный поток, пронизывающий контур, если сила тока в нем 8 А?

А) 0,4 Вб; Б) 160 Вб; В) 0,95 Вб; Г) 6,25 мВб.

10. При какой силе тока в катушке индуктивностью 40мГн энергия ее магнитного поля равна 0,5 Дж?

А) 20 А; Б) 12,5 А; В) 5 А; Г) 0,02 А.

11. Как изменится энергия магнитного поля, если силу тока в катушке уменьшить в 3 раза?

А) уменьшится в 9 раз;

Б) увеличится в 9 раз;

В) уменьшится в 3 раза;

Г) увеличится в 3 раза.

12. Магнит выносится из алюминиевого кольца так, как показано на рис. 3. Направление тока в кольце указано стрелкой. Каким полюсом магнит обращен к кольцу?

А

I_i

) положительным;

Б

) отрицательным;

В) северным; рис. 3

Г

) южным

Уровень В (покажите краткое решение задачи и напишите полученный результат):

13. Соленоид содержит 1000 витков. Площадь сечения витков катушки 10 см². По обмотке течет ток, создающий поле с индукцией 1,5 Тл. Найти ЭДС самоиндукции, возникающей в соленоиде, если силу тока уменьшить до нуля за 500 мкс.

14. С

    Рис. 4

    ●

    ●

    ●

    ●

    —

    +

    тержень длиной 60 см и сопротивлением 1 Ом поместили в однородное магнитное поле с индукцией 0,2 Тл (рис. 4), подключив к источнику с ЭДС 3 В. Стержень перемещают влево со скоростью 2 м/с . Какова сила тока, существующего в стержне?

Уровень С (напишите полное решение задачи):

l, m

15. Г

    Рис. 5

    х

    оризонтальный проводник массой m и длиной l может скользить по двум вертикальным проводящим стержням без нарушения контакта. Стержни соединены внизу источником тока, ЭДС которого (см. рис 5). Перпендикулярно плоскости контура создано однородное магнитное поле с индукцией В. Найти установившуюся скорость, с которой будет подниматься проводник. Сопротивление проводника R. Сопротивлением стержней и источника тока, а также трением пренебречь.

Список использованной литературы

• МякишевГ.Я, БуховцевБ.Б Физика. 11 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. – 12 изд. – М.: Просвещение, 2004;

• РымкевичА.П. Сборник вопросов и задач по физике. 10-11 кл. – М.: Просвещение, 2009.

• Марон А.Е., Марон Е.А. Контрольные работы по физике. 10-11 кл. – М.: Просвещение, 2003.

• Самое полное издание типовых вариантов реальных заданий ЕГЭ: 2009: Физика/ авт.-сост. А.В.Берков, В.А.Грибов .-М. :АСТ: Астрель, 2009. (ФИПИ)

• МонастырскийЛ.М., Богатин А.С. Физика. ЕГЭ-2009. Тематические тесты:. повышенный и базовый уровни. Учебно-методическое пособие. – Ростов-на-Дону: Легион, 2008.

• Никифоров Г.Г. ЕГЭ-2209. Физика: сборник заданий / Г.Г. Никифоров, В.А. Орлов, Н.К. Ханнанов. – М.: Эксмо, 2008.

• Тренин А.Е., Никеров В.А. Тесты по физике для абитуриентов. – М.: Айрис-пресс, 2003.

Использованные материалы и Интернет-ресурсы

1. Физика. Библиотека наглядных пособий 7-11 классы

2. «Открытая физика» (Физикон)

3. Уроки физики 7-11 классы. Мультимедийное

19 Начальный уровень

1. Какое из приведенных ниже выражений характеризует явление электромагнитной индукции? Выберите правильное утверждение.
A. Явление, характеризующее действие магнитного поля на проводник с током.
Б. Явление, характеризующее действие магнитного поля на электрический заряд.
B. Явление возникновения тока в контуре под действием изменяющегося магнитного поля.

2. В каком случае в медном кольце может возникнуть электрический ток? Выберите правильное утверждение.
A. Кольцо лежит возле сильного магнита.
Б. Кольцо надето на сильный полосовой магнит.
B. К кольцу приближают сильный полосовой магнит.

3. На рисунке приведено схематическое изображение короткозамкнутой катушки, которую охватывает проволочный виток с источником тока и ключом. Выберите правильное утверждение.
A. Индукционный ток в катушке будет существовать все время, пока ключ замкнут.
Б. При замыкании ключа в катушке на короткое время возникает индукционный ток.
B. При размыкании ключа магнитное поле вокруг проволочного витка не изменяется.

4. Выберите правильное утверждение. Индукционный ток возникает в любом замкнутом проводящем контуре, если…
A. контур находится в однородном магнитном поле.
Б. контур движется поступательно в однородном магнитном поле.
B. изменяется количество силовых линий магнитного поля, которые пронизывают контур.

5. На рисунке показан график переменного тока. Выберите правильное утверждение.

A. Период переменного тока 0,1 с.
Б. Частота переменного тока 10 Гц.
B. Период переменного тока 0,4 с.

6. На рисунке изображена схема генератора гидроэлектростанции (движущаяся вода вращает лопасти турбины). На одном валу с турбиной закреплен ротор с многополюсным электромагнитом. Выберите правильное утверждение.
А. В генераторе электрическая энергия тока превращается в механическую энергию.

Б. Если в роторе 20 пар полюсов, частота индукционного тока будет в 20 раз больше частоты вращения ротора.
В. Для генерирования переменного тока частотой 50 Гц частота вращения ротора должна быть 1000 Гц.

Контрольная работа по теме «Электромагнитная индукция»

Цель урока: контроль усвоения, учащимися изученной темы, развитие логического мышления, совершенствование вычислительных навыков.

Ход урока

Организация учащихся на выполнение контрольной работы

Вариант 1

№1. Явление электромагнитной индукции было открыто:

А) Джозефом Генри, Б) Анри Ампером, В) Эмилем Ленцем, Г) Майклом Фарадеем?

№2. Виток площадью 2 см2расположен под углом 30˚ к линиям магнитной индукции однородного магнитного поля. За время 0,05 секунды индукция магнитного поля равномерно изменяется с 0,5 до 0,1 Тл. Вычислить ЭДС индукции в витке.

№3. Найти индуктивность катушки и энергию ее магнитного поля, если сила тока увеличилась

С 8 до 12 А, а энергия магнитного поля при этом возросла на 2 Дж.

№4. Найти величину заряда, который пройдет по катушке при отключении магнитного поля, если известно, что однослойная катушка, содержащая 100 витков провода имеет площадь 2 см2, находится в однородном магнитном поле с индукцией 8 мТл. Электрическое сопротивление катушки 10 Ом.

№5. Как уменьшить индуктивность катушки с железным сердечником при условии, что габариты

Обмотки (ее длина и поперечное сечение) останутся неизменными?

Вариант -2

№1.Запишите, в каких единицах СИ измеряется магнитный поток?

А) В, Б) А, В) Тл, Г) Гн, Д) Вб.

№2. Вычислите ЭДС индукции в витке, если известно, что за 5 мс магнитный поток, проходящий через проводящий замкнутый контур, изменился с 7 до 3 мВб.

№3. Вычислите индуктивность соленоида, если сила тока в нем меняется на 50 А за секунду. При этом на концах обмотки соленоида появляется ЭДС самоиндукции 0,08 В.

№4. К батарее аккумуляторов присоединены параллельно две цепи. Одна содержит лампы накаливания, другая – большой электромагнит. Величина тока в обеих цепях одна и та же. При размыкании какой из цепей будет наблюдаться более сильная искра?

№5. Соленоид, состоящий из 80 витков и имеющий диаметр 8 см, расположен в однородном магнитном поле, индукция которого 6,03 ·10-2Тл.

Соленоид поворачивается на угол 180˚ в течение 0,2 секунд. Определите среднее значение ЭДС, возникающее в соленоиде, если его ось до и после поворота направлена вдоль поля.

Решения задач (для быстрой проверки контрольной работы учителем)

Ответы к варианту – 1

№1. Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

№2. Дано: ξi= ΔФ/Δt CИ

S = 2 cм2 ΔФ= ΔВScosα 2·10-4м2 ξi= 0,4·2·10-4·0,87/ 0,05= 0,014 B

α= 30˚

T =0,05 c ξi= ΔBScosα/ t

B1= 0,5 Тл

В2= 0,1 Тл

ξi -?

№3. Дано: W= L I2 2W1/ I12=2W1+ΔW/ I22

       

I1=8 A ΔW= W2- W1 W1=32 Дж; W2=34Дж

I2=12 A L = 2W1/I2 L= 1 Тл

ΔW=2 Дж L=2W2/I2

L – ? W-? W2=2(W1+ΔW)

№4. Дано: ΔФ= BS q= nΔФΔt/RΔt

N =100 ξi= – nΔФ/Δt

S=0,0002м2 ξi= Ii R q= nΔФ/R

B=0,008Тл q=I·Δt

R= 10 Ом II=- nΔФ/RΔt q= 100·0,008·0,0002/10= 16·10-6 Кл

Q-?

№5. Нужно уменьшить число витков ; удалить железный сердечник.

Ответы к варианту – 2

№1. Магнитный поток измеряется в 1Гн (генри)

№2.Дано: ξi= ΔФ/Δt

T= 5·10-3c

Ф1=7·10-3Вб ξi= 4·10-3/5·10-3

Ф2=3·10-3Вб

ξi-? ξi=0,8 B

№3. Дано: ξi= – LΔI/Δt

Δt=1 c

ΔIi =50 A L= ξis·Δt/ΔI

ξis=0,08 B

L-? L= 16 ·10-4 Гн

№4. Более сильная искра получается при размыкании электромагнита, так как у него индуктивность больше, чем у ламп.

№5 Дано:

N=80; d=8cм=8·10-2 м; α=180˚≈3,14рад; Δt=0,2 с; В=6,03·10-2Тл; ξ -?

ξ= – NΔ Ф/Δt; где ΔФ= Ф2 – Ф1= BS(cosα2- cosα1) – изменение магнитного потока, пронизывающего соленоид при его повороте на 180˚.

Так как S=π d2/4, cosα2= -1, cosα1=1; ΔФ= – 2B π d2/4 = — В π d2/2; ξ= NB π d2/2Δt; ξ≈ 0,24 B.

Подведем итоги урока

Домашнее задание: повторить «Краткие итоги главы» на стр. 47

kontrolnaya-rabota-po-teme-elektromagnitnaya-indukciya/

Практический тест SAT по физике: электромагнитная индукция_cracksat. net

1. Металлический стержень длиной L тянется вверх с постоянной скоростью v через однородное магнитное поле B , которое указывает из плоскости страницы.

Какая разница потенциалов между точками a и b ?

A. 0
B. v BL , с точкой a при более высоком потенциале
C.v BL , с точкой b с более высоким потенциалом
D. v BL , с точкой a с более высоким потенциалом
E. v BL , с точкой b с более высоким потенциалом

2. Круг и эллипс ниже имеют одинаковую площадь.

Если обе петли удерживать так, чтобы их плоскость была перпендикулярна однородному магнитному полю, B , как бы Φ _C , магнитный поток через круговую петлю, сравнивался с Φ _E , магнитный поток через эллиптическую петлю?

А.Φ _C = 2,5 Φ _E
B. Φ _C = Φ _E
C. Φ _C = Φ _E
D. Φ _E = Φ _C
E. Φ _E = 2,5 Φ _C

3. На рисунке ниже показана небольшая круглая петля провода в плоскости длинного прямого провода, по которому вверх направляется постоянный ток I . Если петлю переместить с расстояния x ₂ на расстояние x ₁ от прямого провода, каким будет направление индуцированного тока в петле и направление соответствующего магнитного поля, которое он создает?

А.Индуцированный ток будет направлен по часовой стрелке, а создаваемое им магнитное поле будет указывать за пределы плоскости страницы.
B. Индуцированный ток будет вращаться по часовой стрелке, а создаваемое магнитное поле будет указывать на плоскость страницы.
C. Индуцированный ток будет направлен против часовой стрелки, а создаваемое им магнитное поле будет указывать за пределы плоскости страницы.
D. Индуцированный ток будет направлен против часовой стрелки, а создаваемое магнитное поле будет направлено в плоскость страницы.
E.Ничего из вышеперечисленного.

4. Квадратная петля провода (длина стороны = с ) окружает длинный прямой провод так, что провод проходит через центр квадрата.

Если ток в проводе равен I , определите ток, индуцированный в прямоугольной петле.

A.
B.
C.
D.
E. 0

5. На рисунке ниже постоянный стержневой магнит тянется вверх с постоянной скоростью через проволочную петлю.

Что из следующего лучше всего описывает направление (а) тока, индуцируемого в контуре (если смотреть на контур сверху)?

A. Всегда по часовой стрелке
B. Всегда против часовой стрелки
C. Сначала по часовой стрелке, затем против часовой стрелки
D. Сначала против часовой стрелки, затем по часовой стрелке
E. В контуре не будет индуцироваться ток.

13.E: Электромагнитная индукция (упражнения) — Physics LibreTexts

Концептуальные вопросы

13.2 Закон Фарадея

1. Неподвижная катушка находится в магнитном поле, которое меняется со временем. Зависит ли наведенная в катушке ЭДС от реальных значений магнитного поля?

2. В экспериментах Фарадея, в чем будет преимущество использования катушек с множеством витков?

3. Медное кольцо и деревянное кольцо одинаковых размеров помещают в магнитные поля так, чтобы через них происходило одинаковое изменение магнитного потока. Сравните наведенные электрические поля и токи в кольцах.

4. Обсудите факторы, определяющие наведенную ЭДС в замкнутом проводе.

5. (a) Зависит ли наведенная ЭДС в цепи от сопротивления цепи?

(b) Зависит ли индуцированный ток от сопротивления цепи?

6. Каким образом изменение радиуса контура D , показанного ниже, повлияет на его ЭДС, если предположить, что C и D намного ближе друг к другу по сравнению с их радиусами?

7. Может ли быть наведенная ЭДС в цепи в момент, когда магнитный поток, проходящий через цепь, равен нулю?

8. Всегда ли наведенная ЭДС действует на уменьшение магнитного потока в цепи?

9. Как бы вы разместили плоскую проволочную петлю в изменяющемся магнитном поле, чтобы в петле не было индуцированной ЭДС?

10. Нормаль к плоскости одновитковой проводящей петли направлена ​​под углом θ к пространственно однородному магнитному полю \ (\ displaystyle vec {B} \).Он имеет фиксированную площадь и ориентацию относительно магнитного поля. Покажите, что ЭДС, индуцированная в петле, определяется выражением \ (\ displaystyle ε = (dB / dt) (Acosθ) \), где A — площадь петли.

13.3 Закон Ленца

11. Круглые токопроводящие петли, показанные на прилагаемом рисунке, параллельны, перпендикулярны плоскости страницы и соосны.

(a) Когда переключатель S замкнут, какое направление тока индуцируется в D ?

(b) Когда переключатель разомкнут, какое направление тока индуцируется в контуре D ?

12. Северный полюс магнита перемещается к медной петле, как показано ниже. Если вы смотрите на петлю сверху магнита, скажете ли вы, что индуцированный ток циркулирует по часовой стрелке или против часовой стрелки?

13. На прилагаемом рисунке показано проводящее кольцо в различных положениях при его движении в магнитном поле. Каков смысл наведенной ЭДС для каждой из этих позиций?

14. Покажите, что ε и \ (\ displaystyle dΦ_m / dt \) имеют одинаковые единицы измерения.

15. Укажите направление индуцированного тока для каждого случая, показанного ниже, наблюдая со стороны магнита.

13,4 ЭДС движения

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

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

18. Проволочная петля поступательно движется (без вращения) в однородном магнитном поле. Наведена ли в шлейфе ЭДС?

13,5 индуцированных электрических полей

19. Требуется ли работа для ускорения стержня из состояния покоя до скорости v в магнитном поле, превышающем конечную кинетическую энергию стержня? Зачем?

20. Медный лист, показанный ниже, частично находится в магнитном поле. Когда его тянут вправо, сила сопротивления тянет его влево. Объясни. Что будет, если лист сдвинуть влево?

13,6 Вихревые токи

21. Проводящий лист лежит в плоскости, перпендикулярной магнитному полю \ (\ displaystyle \ vec {B} \), которое находится под листом. Если \ (\ displaystyle \ vec {B} \) колеблется с высокой частотой, а проводник сделан из материала с низким удельным сопротивлением, область над листом эффективно защищена от \ (\ displaystyle \ vec {B} \).Объяснить, почему. Будет ли проводник экранировать эту область от статических магнитных полей?

22. Электромагнитное торможение может быть достигнуто путем приложения сильного магнитного поля к вращающемуся металлическому диску, прикрепленному к валу.

(а) Как магнитное поле может замедлить вращение диска?

(b) Работали бы тормоза, если бы диск был сделан из пластика, а не из металла?

23. Катушка перемещается в магнитном поле, как показано ниже. Поле однородное внутри прямоугольника и нулевое снаружи.Каково направление индуцированного тока и каково направление магнитной силы на катушке в каждом показанном положении?

Проблемы

13.2 Закон Фарадея

24. Катушка с 50 витками имеет диаметр 15 см. Катушка помещается в пространственно однородное магнитное поле величиной 0,50 Тл, так что поверхность катушки и магнитное поле перпендикулярны. Найти величину ЭДС, индуцированной в катушке, если магнитное поле равномерно уменьшается до нуля в

(а) 0.10 с,

(б) 1,0 с и

(в) 60 с.

25. Повторите свои расчеты времени предыдущей задачи 0,1 с с плоскостью катушки, составляющей угол

(а) 30 ° ,

(б) 60 °, и

(в) 90 ° с магнитным полем.

26. Квадратная петля со сторонами 6,0 см изготовлена ​​из медной проволоки радиусом 1,0 мм. Если магнитное поле, перпендикулярное петле, изменяется со скоростью 5.0 мТл / с, какой ток в контуре?

27. Магнитное поле через круговую петлю радиусом 10,0 см изменяется во времени, как показано ниже. Поле перпендикулярно петле. Постройте график зависимости наведенной ЭДС в контуре от времени. {- αt}, \), где \ (\ displaystyle B_0 = 0.2 \) и пропускает ток 0,25 А. Катушка с пятью витками окружает соленоид. Когда ток через соленоид выключен, он уменьшается до нуля за 0,050 с. Какая средняя ЭДС наведена в катушке?

31. Прямоугольная проволочная петля длиной a и шириной b лежит в плоскости xy, как показано ниже. Внутри контура есть зависящее от времени магнитное поле, задаваемое формулой \ (\ displaystyle \ vec {B} (t) = C ((xcosωt) \ hat {i} + (ysinωt) \ hat {k}) \), с \ (\ displaystyle \ vec {B} (t) \) в тесле.Определите ЭДС, индуцированную в контуре, как функцию времени.

32. Магнитное поле, перпендикулярное однопроволочной петле диаметром 10,0 см, уменьшается с 0,50 Тл до нуля. Проволока изготовлена ​​из меди, имеет диаметр 2,0 мм и длину 1,0 см. Сколько заряда перемещается по проводу при изменении поля?

13.3 Закон Ленца

33. Одновитковая круглая петля из проволоки радиусом 50 мм лежит в плоскости, перпендикулярной пространственно однородному магнитному полю. 2−2.0t \), где \ (\ displaystyle Φ_m \) — в милливеберах, t — в секундах, а цикл находится в плоскости страницы с нормалью, направленной наружу.

(a) Какая ЭДС индуцируется в контуре как функция времени? Какое направление индуцированного тока у

(б) t = 0,

(в) 0.10,

(d) 1.0 и

(e) 2,0 с?

35. Магнитный поток через контур, показанный на сопровождающем рисунке, изменяется со временем в соответствии с \ (\ displaystyle Φ_m = 2.{−5} Т \). Какова максимально возможная ЭДС, индуцированная в антенне из-за этого движения?

38. Прямоугольная петля из N витков, показанная ниже, движется вправо с постоянной скоростью \ (\ displaystyle \ vec {v} \), оставляя полюса большого электромагнита. (a) Предполагая, что магнитное поле однородно между полюсными поверхностями и пренебрежимо мало в других местах, определите наведенную ЭДС в контуре. б) Каков источник работы, которая производит эту ЭДС?

39. {−5} T \), какова средняя ЭДС, индуцированная в катушке?

41. В схеме, показанной на прилагаемом рисунке, стержень скользит по проводящим рельсам с постоянной скоростью \ (\ displaystyle \ vec {v} \). Скорость находится в той же плоскости, что и рельсы, и направлена ​​к ним под углом θθ. Однородное магнитное поле \ (\ displaystyle \ vec {B} \) направлено за пределы страницы. Какая ЭДС наводится в стержне?

42. Стержень, показанный на прилагаемом рисунке, движется в однородном магнитном поле с напряженностью \ (\ displaystyle B = 0.50T \) с постоянной величиной скорости \ (\ displaystyle v = 8.0 м / с. \). Какая разность потенциалов между концами стержня? На каком конце стержня потенциал выше?

43. Стержень длиной 25 см движется со скоростью 5,0 м / с в плоскости, перпендикулярной магнитному полю с напряженностью 0,25 Тл. Стержень, вектор скорости и вектор магнитного поля взаимно перпендикулярны, как показано на прилагаемом рисунке. Вычислить

(а) магнитная сила на электрон в стержне,

(б) электрическое поле в стержне, а

(в) разность потенциалов между концами стержня.

(d) Какова скорость стержня, если разность потенциалов равна 1,0 В?

44. На прилагаемом рисунке рельсы, соединительный конец и стержень имеют сопротивление на единицу длины 2,0 Ом / см . Штанга перемещается влево со скоростью v = 3,0 м / с . Если B = 0,75T везде в регионе, то какой ток в цепи

(а) при а = 8,0 см ?

(б) при а = 5,0 см ? Укажите также направление текущего потока.

45. Показанный ниже стержень движется вправо по рельсам с практически нулевым сопротивлением со скоростью v = 3,0 м / с. Если B = 0,75T повсюду в регионе, каков ток через резистор 5,0 Ом ? Ток циркулирует по или против часовой стрелки?

46. Ниже показан токопроводящий стержень, который скользит по металлическим рельсам. Аппарат находится в однородном магнитном поле напряженностью 0,25 Тл, которое находится прямо на странице.Штанга тянется вправо с постоянной скоростью 5,0 м / с силой \ (\ displaystyle \ vec {F} \). Единственное существенное сопротивление в цепи исходит от показанного резистора 2,0 Ом .

(а) Какая ЭДС индуцируется в цепи?

(б) Что такое наведенный ток? Он циркулирует по часовой стрелке или против часовой стрелки?

(c) Какова величина \ (\ displaystyle \ vec {F} \)?

(d) Какова выходная мощность \ (\ displaystyle \ vec {F} \) и мощность, рассеиваемая на резисторе?

13.5 индуцированных электрических полей

47 . Рассчитайте индуцированное электрическое поле в 50-витковой катушке диаметром 15 см, помещенной в пространственно однородное магнитное поле величиной 0,50 Тл так, чтобы поверхность катушки и магнитное поле были перпендикулярны. Это магнитное поле уменьшается до нуля за 0,10 секунды. Предположим, что магнитное поле цилиндрически симметрично относительно центральной оси катушки.

48. Магнитное поле через круговую петлю радиусом 10.0 см меняется со временем, как показано на прилагаемом рисунке. Поле перпендикулярно петле. Предполагая цилиндрическую симметрию относительно центральной оси петли, изобразите индуцированное электрическое поле в петле как функцию времени.

49. Ток I через длинный соленоид с n витками на метр и радиусом R изменяется со временем, как указано dI / dt. Рассчитайте индуцированное электрическое поле как функцию расстояния r от центральной оси соленоида.

50. Вычислите электрическое поле, индуцированное как внутри, так и снаружи соленоида предыдущей задачи, если \ (\ displaystyle I = I_0sinωt. \).

51. В области радиуса R существует пространственно однородное магнитное поле \ (\ displaystyle \ vec {B} \). (См. Ниже.) При t = 0 , B = 1.0T , после чего оно уменьшается с постоянной скоростью до нуля за 30 с.

(а) Каково электрическое поле в областях, где \ (\ displaystyle r≤R \) и \ (\ displaystyle r≥R \) в течение этого 30-секундного интервала?

(б) Предположим, что R = 10.6 м / с) \), как показано. Какие электрические и магнитные силы действуют на протон в этот момент?

52. Магнитное поле во всех точках внутри цилиндрической области, поперечное сечение которой указано на прилагаемом рисунке, начинается с 1,0 Тл и равномерно уменьшается до нуля за 20 с. Каково электрическое поле (как величина, так и направление) как функция r , расстояния от геометрического центра области?

53. Ток в длинном соленоиде радиусом 3 см изменяется во времени со скоростью 2 А / с. Круглая петля из проволоки радиусом 5 см и сопротивлением 2Ω окружает соленоид. Найдите электрический ток, индуцированный в петле.

54. Ток в длинном соленоиде радиусом 3 см и 20 витков / см изменяется во времени со скоростью 2 А / с. Найдите электрическое поле на расстоянии 4 см от центра соленоида.

13.7 Электрогенераторы и обратная ЭМП

55. Разработайте токовую петлю, которая при вращении в однородном магнитном поле силой 0,10 T будет создавать ЭДС \ (\ displaystyle ε = ε_0sinωt, \), где \ (\ displaystyle ε_0 = 110V \) и \ (\ displaystyle ω = 120πрад / с \).

56. Плоская квадратная катушка из 20 витков со сторонами длиной 15,0 см вращается в магнитном поле напряженностью 0,050 Тл. Если максимальная ЭДС, создаваемая в катушке, составляет 30,0 мВ, какова угловая скорость катушка?

57. Катушка прямоугольного сечения на 50 витков с размерами 0.15 м × 0,40 м вращается в однородном магнитном поле величиной 0,75 Тл со скоростью 3600 об / мин.

(а) Определите наведенную в катушке ЭДС как функцию времени.

(b) Если катушка подключена к резистору 1000 Ом , какая мощность в зависимости от времени требуется для поддержания скорости вращения катушки 3600 об / мин?

(c) Ответьте на часть (b), если катушка подключена к резистору 2000 Ом .

58. Квадратная катушка якоря генератора переменного тока имеет 200 витков и 20.0 см сбоку. Когда он вращается со скоростью 3600 об / мин, его пиковое выходное напряжение составляет 120 В.

(а) Какая частота выходного напряжения?

(б) Какова сила магнитного поля, в котором вращается катушка?

59. Перекидная катушка — это относительно простое устройство, используемое для измерения магнитного поля. Он состоит из круглой катушки с N витками, намотанной тонким проводом. Катушка прикреплена к баллистическому гальванометру — устройству, измеряющему общий заряд, который проходит через нее. Катушка помещается в магнитное поле \ (\ displaystyle \ vec {B} \) так, чтобы ее поверхность была перпендикулярна полю. Затем его переворачивают на 180 °, 180 ° и измеряют общий заряд Q, протекающий через гальванометр.

(a) Если полное сопротивление катушки и гальванометра равно R, какова взаимосвязь между B и Q? Поскольку катушка очень мала, можно предположить, что \ (\ displaystyle \ vec {B} \) равномерно по ней.

(б) Как определить, перпендикулярно ли магнитное поле поверхности катушки?

60. Флип-катушка для предыдущей задачи имеет радиус 3,0 см и намотана 40 витками медного провода. Суммарное сопротивление катушки и баллистического гальванометра 0,20 Ом . Когда катушка перевернута на 180 ° в магнитном поле \ (\ displaystyle \ vec {B} \), изменение на 0,090 C проходит через баллистический гальванометр.

(a) Если предположить, что \ (\ displaystyle \ vec {B} \) и поверхность катушки изначально перпендикулярны, каково магнитное поле?

(b) Если катушка перевернута на на 90 °, каково показание гальванометра?

61. Электродвигатель с последовательной обмоткой на 120 В имеет сопротивление поля 80 Ом и сопротивление якоря 10 Ом . Когда он работает на полной скорости, возникает обратная ЭДС 75 В.

(а) Каков начальный ток, потребляемый двигателем? Когда двигатель работает на полной скорости, где

(б) ток, потребляемый двигателем,

(в) выходная мощность источника,

(d) выходная мощность двигателя, а

(e) мощность, рассеиваемая на двух сопротивлениях?

62. Небольшой двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой питается от автомобильного аккумулятора 12 В. При нормальной нагрузке двигатель потребляет 4,0 А, а когда якорь зажат так, что он не может вращаться, двигатель потребляет 24 А. Какова обратная ЭДС, когда двигатель работает нормально?

Дополнительные проблемы

63. На следующем рисунке показан длинный прямой провод и однооборотная прямоугольная петля, которые лежат в плоскости страницы. Проволока параллельна длинным сторонам петли и равна 0.50 м от ближней стороны. Какова скорость изменения тока в проводе в момент, когда наведенная в контуре ЭДС составляет 2,0 В?

64 . Металлический стержень массой 500 г скользит наружу с постоянной скоростью 1,5 см / с по двум параллельным рельсам, разделенным расстоянием 30 см, которые являются частью U-образного проводника. Имеется однородное магнитное поле величиной 2 Тл, направленное из страницы по всей площади. Перила и металлический стержень имеют эквивалентное сопротивление 150 Ом .

(a) Определите наведенный ток по величине и направлению.

(b) Найдите направление индуцированного тока, если магнитное поле направлено на страницу.

(c) Найдите направление индуцированного тока, если магнитное поле направлено на страницу и полоса перемещается внутрь.

65. Ток индуцируется в круговой петле радиусом 1,5 см между двумя полюсами подковообразного электромагнита, когда ток в электромагните изменяется. Магнитное поле в области петли перпендикулярно области и имеет однородную величину. Если скорость изменения магнитного поля составляет 10 Тл / с, найдите величину и направление индуцированного тока, если сопротивление контура составляет 25 Ом .

66. Металлический стержень длиной 25 см помещают перпендикулярно однородному магнитному полю силой 3 Тл.

(a) Определите наведенную ЭДС между концами стержня, когда он не движется.

(b) Определите ЭДС, когда стержень движется перпендикулярно своей длине и магнитному полю со скоростью 50 см / с.2 \) ориентирована плоскостью, перпендикулярной магнитному полю 0,75 Тл. Если катушка перевернута (повернута на 180 ° ) за 0,20 с, какова средняя наведенная в ней ЭДС?

68. Двухоборотный строгальный контур из гибкой проволоки помещен внутри длинного соленоида с n витками на метр, по которому проходит постоянный ток \ (\ displaystyle I_0 \). Площадь А петли изменяют, потянув за ее стороны, при этом следя за тем, чтобы плоскость петли всегда оставалась перпендикулярной оси соленоида. 2 \), какая ЭДС индуцируется в контуре при dA / dt = 100 ?

69. Проводящий стержень, показанный на прилагаемом рисунке, перемещается по параллельным металлическим рельсам, отстоящим друг от друга на 25 см. Система находится в однородном магнитном поле силой 0,75 Тл, которое направлено внутрь страницы. Сопротивления стержня и направляющих незначительны, но секция PQ имеет сопротивление 0,25 Ом .

(a) Какая ЭДС (включая ее значение) индуцируется в стержне, когда он движется вправо со скоростью 5?0 м / с?

(b) Какая сила требуется, чтобы стержень двигался с такой скоростью?

(c) С какой скоростью эта сила выполняет работу?

(d) Какая мощность рассеивается на резисторе?

70 . Круглая петля из проволоки радиусом 10 см установлена ​​на вертикальном валу и вращается с частотой 5 циклов в секунду в области однородного магнитного поля силой 2 Гаусса, перпендикулярной оси вращения.

(a) Найдите выражение для зависящего от времени потока через кольцо.

(b) Определите зависящий от времени ток через кольцо, если оно имеет сопротивление 10 Ом .

71. Магнитное поле между полюсами подковообразного электромагнита однородно и имеет цилиндрическую симметрию относительно оси от середины Южного полюса до середины Северного полюса. Величина магнитного поля изменяется со скоростью дБ / dt из-за изменения тока через электромагнит. Определите электрическое поле на расстоянии r от центра.

72. Длинный соленоид радиуса a с n витками на единицу длины несет зависящий от времени ток \ (\ displaystyle I (t) = I_0sin (ωt) \), где \ (\ displaystyle I_0 \) и ω — постоянные. Соленоид окружен проводом с сопротивлением R , который имеет две кольцевые петли радиусом b , где b> a (см. Следующий рисунок). Найдите величину и направление тока, индуцированного во внешних контурах в момент времени t = 0 .

73. Электродвигатель постоянного тока на 120 В потребляет 0,50 А от источника питания при работе на полной скорости и 2,0 А. при запуске. Сопротивление катушек якоря 10 Ом .

(а) Какое сопротивление катушек возбуждения?

(b) Какова обратная ЭДС двигателя, когда он работает на полной скорости?

(c) Двигатель работает с другой скоростью и потребляет 1,0 А от источника. Какая в этом случае обратная ЭДС?

74. Обмотки якоря и возбуждения двигателя с последовательной обмоткой имеют общее сопротивление 3.0 Ом . При подключении к источнику 120 В и работе на нормальной скорости двигатель потребляет 4,0 А.

(а) Насколько велика обратная ЭДС?

(b) Какой ток будет потреблять двигатель сразу после включения? Можете ли вы предложить способ избежать этого большого начального тока?

Проблемы с вызовом

75. Медный провод длиной L сформирован в круглую катушку с Н витков. Когда магнитное поле через катушку изменяется со временем, при каком значении N наведенная ЭДС является максимальной?

76. Медный лист весом 0,50 кг падает через однородное горизонтальное магнитное поле 1,5 Тл и достигает конечной скорости 2,0 м / с.

(a) Какова чистая магнитная сила на листе после того, как он достигнет конечной скорости?

(b) Опишите механизм, ответственный за эту силу.

(c) Сколько мощности рассеивается при Джоулева нагревании, когда лист движется с предельной скоростью?

77. Круглый медный диск радиусом 7,5 см вращается со скоростью 2400 об / мин вокруг оси через его центр и перпендикулярно его грани.Диск находится в однородном магнитном поле \ (\ displaystyle \ vec {B} \) силой 1,2 Тл, направленном вдоль оси. Какая разница потенциалов между ободом и осью диска?

78. Короткий стержень длиной a движется со своей скоростью \ (\ displaystyle \ vec {v} \) параллельно бесконечному проводу, по которому течет ток I (см. Ниже). Если конец стержня, находящийся ближе к проволоке, находится на расстоянии b от проволоки, какая ЭДС индуцируется в стержне?

79. Прямоугольная цепь, содержащая сопротивление R, тянется с постоянной скоростью \ (\ displaystyle \ vec {v} \) от длинного прямого провода, по которому течет ток \ (\ displaystyle I_0 \) (см. Ниже). Выведите уравнение, которое дает ток, индуцированный в цепи, как функцию расстояния x между ближней стороной цепи и проводом.

80. Два бесконечных соленоида пересекают плоскость цепи, как показано ниже. Радиусы соленоидов равны 0.2s \) и (с) \ (\ Displaystyle т → ∞ \)?

82. Ниже показана длинная прямоугольная петля шириной w , длиной l , массой м и сопротивлением R . Петля начинается с состояния покоя на краю однородного магнитного поля \ (\ displaystyle \ vec {B} \) и толкается в поле постоянной силой \ (\ displaystyle \ vec {F} \). Рассчитайте скорость петли как функцию времени.

83. Квадратный стержень массой м и сопротивлением R скользит без трения по очень длинным параллельным проводящим рельсам с незначительным сопротивлением (см. Ниже).2θ} \).

(b) Рассчитайте работу, совершаемую силой тяжести за единицу времени.

(c) Сравните это с мощностью, рассеиваемой при джоулевом нагреве стержня.

(d) Что произойдет, если \ (\ displaystyle \ vec {B} \) поменять местами?

84. На прилагаемом рисунке показан металлический диск с внутренним радиусом \ (\ displaystyle r_1 \) и другим радиусом \ (\ displaystyle r_2 \), вращающийся с угловой скоростью \ (\ displaystyle \ vec {ω} \) в однородное магнитное поле, направленное параллельно оси вращения.Щеточные выводы вольтметра подключаются к внутренней и внешней поверхностям темноты, как показано. Какое показание вольтметра?

85. Длинный соленоид с 10 витками на сантиметр помещен внутри медного кольца так, что оба объекта имеют одинаковую центральную ось. Радиус кольца 10,0 см, радиус соленоида 5,0 см.

(a) Какая ЭДС индуцируется в кольце, когда ток I через соленоид равен 5,0 А и изменяется со скоростью 100 А / с?

(б) Какая ЭДС индуцируется в кольце при I = 2.0A и dI / dt = 100A / s ?

(c) Какое электрическое поле внутри кольца для этих двух случаев?

(d) Предположим, что кольцо перемещается так, что его центральная ось и центральная ось соленоида по-прежнему параллельны, но больше не совпадают. (Вы должны предположить, что соленоид все еще находится внутри кольца.) Какая ЭДС индуцируется в кольце?

(e) Можете ли вы рассчитать электрическое поле в кольце, как в части (c)?

86. Ток в длинном прямом проводе, показанном на прилагаемом рисунке, определяется выражением \ (\ displaystyle I = I_0sinωt, \), где \ (\ displaystyle I_0 = 15A \) и \ (\ displaystyle ω = 120πrad / с \).{−4} T \) перпендикулярно оси вращения.

(a) Найдите выражение для зависящего от времени потока через кольцо

(b) Определите зависящий от времени ток через кольцо, если оно имеет сопротивление 10 Ом .

89. Длинный соленоид радиуса aa с nn витками на единицу длины несет зависящий от времени ток \ (\ displaystyle I (t) = I_0sinωt \), где \ (\ displaystyle I_0 \) и ωω — константы. Соленоид окружен проводом с сопротивлением R, который имеет две кольцевые петли радиусом b , где b> a .Найдите величину и направление тока, индуцированного во внешних контурах в момент времени t = 0 .

90. Прямоугольная медная петля массой 100 г и сопротивлением 0,2 Ом находится в области однородного магнитного поля, которое перпендикулярно области, заключенной в кольцо, и горизонтально по отношению к поверхности Земли (см. Ниже). Петля выходит из состояния покоя, когда она находится на краю области ненулевого магнитного поля.

(a) Найдите выражение для скорости, когда петля только выходит из области однородного магнитного поля.2 \)? Предположим, что магнитное поле индуцированного тока ничтожно мало по сравнению с 3 Тл.

91. Металлический стержень массой м скользит без трения по двум рельсам на расстояние D друг от друга в области, имеющей однородное магнитное поле величиной \ (\ displaystyle B_0 \) и направлением, перпендикулярным рельсам ( увидеть ниже). Две направляющие соединены одним концом с резистором, сопротивление которого намного больше, чем сопротивление направляющих и шины.Бар имеет начальную скорость \ (\ displaystyle v_0 \). Обнаружено, что он замедляется. Как далеко уходит штанга до остановки? Предположим, что магнитное поле индуцированного тока незначительно по сравнению с \ (\ displaystyle B_0 \).

92. Зависящее от времени однородное магнитное поле величиной B (t) заключено в цилиндрическую область радиусом R . Проводящий стержень длиной 2D помещается в область, как показано ниже.2} \). ( Подсказка : чтобы найти ЭДС между концами, нам нужно интегрировать электрическое поле от одного конца до другого. Чтобы найти электрическое поле, используйте закон Фарадея как «закон Ампера для E ».)

Электромагнитная индукция — Видео по физике от Brightstorm

Электромагнитная индукция — концепция изменения одного тока вызывает изменения другого тока. Это приводит к образованию напряжения через магнитное поле, описанное в законе Ампера.К индуцированному току применяется правило правой руки. Концепция электромагнитного поля привела к передаче энергии.

Итак, давайте теперь поговорим об электромагнитной индукции, это на самом деле одно из самых важных открытий 19 века, которое связано с электричеством и магнетизмом, оно фактически следует из закона Кирхгофа, Фарадея-Ленца, но идей, которые мы как бы извлекли из это привело к современной электросети и передаче электроэнергии, так что давайте посмотрим, как это работает.

Электромагнитная индукция связана с тем свойством, что если вы измените один ток, вы можете вызвать изменения в другом токе, поэтому давайте посмотрим, как это работает. У нас есть ток по проводу, который идет вправо, и он будет увеличиваться, поэтому давайте посмотрим, что означает это увеличение тока применительно к закону Фарадея-Ленца. Хорошо, что этот ток, поскольку он идет в этом направлении, связан с магнитным полем, которое входит в страницу внутри этого второго контура.Хорошо, этот ток увеличивается, это означает, что значение этого магнитного поля увеличивается, что означает, что магнитный поток через этот контур увеличивается в доску. Теперь системы Фарадея-Ленца не любят изменений, они хотят оставаться такими же, поэтому увеличение магнитного поля в плате генерирует ток в этой петле, так что магнитное поле, генерируемое этим током, выходит из платы, чтобы попытаться отменить что увеличение магнитного потока.

Хорошо, так как же должен пройти ток, чтобы создать магнитное поле, выходящее из платы? Что ж, правило правой руки, магнитное поле выходит наружу, пальцы показывают направление индуцированного тока, поэтому, когда у нас есть такой длинный провод, мы увеличиваем ток, и мы генерируем ток здесь.Самое прекрасное в этом свойстве электромагнитной индукции состоит в том, что она позволяет нам передавать ток без какого-либо физического контакта. Между верхним проводом и нижним контуром тока нет физического контакта, но, несмотря на это, мы используем магнитное поле в соответствии с законом Фарадея-Ленца для передачи тока вниз в другой контур.

Одна важная вещь, которая очень расстроила Эдисона, заключалась в том, что это требует изменения тока. Вы не можете сделать это только с помощью стандартного постоянного тока, потому что что вам придется делать? Теперь вам просто нужно увеличить ток и просто продолжать увеличивать его, я имею в виду, что это не устойчиво, поэтому люди вместо этого используют что-то, называемое переменным током, поэтому вот идея, когда этот ток увеличивается вправо, генерируемый ток будет встречным. по часовой стрелке, когда этот ток уменьшается, генерируемый ток здесь будет по часовой стрелке, поэтому, если мы посмотрим на график, и это замечание для переменного тока, он будет выглядеть как функция косинуса, потому что это то, что они выглядят как функции косинуса, нам нужно нам нужно записать, когда этот ток уменьшается, этот ток должен быть отрицательным, когда этот ток увеличивается, этот ток должен быть положительным, так что давайте посмотрим; уменьшается, поэтому он будет отрицательным, поэтому он будет снижаться, как здесь, он увеличивается с максимальной скоростью, это означает, что это будет максимальный ток во втором цикле прямо здесь, когда этот ток равен нулю, а затем продолжает уменьшаться, поэтому он все еще отрицательный, пока здесь, где он начнет увеличиваться, и теперь этот ток, генерируемый во вторичном контуре, будет снова против часовой стрелки, поэтому мы перейдем на положительный максимум прямо здесь, а затем вниз, все еще положительный, до тех пор, пока этот ток теперь не уменьшается будет отрицательным, поэтому вы можете видеть, что мы вводим переменный ток, и наш выходной ток также будет переменным, поэтому это то, что позволяет нам передавать переменный ток или переменный ток, ну, на самом деле, я должен просто сказать, сколько времени люди говорят, что переменный ток или ac, ac обозначает переменный ток, так что мы вроде как с этим покончили, поэтому идея состоит в том, что мы могли бы передавать переменный ток, используя электромагнитную индукцию, и мы не можем сделать это для постоянного тока, и что Это то, что привело в 1893 году к тому, что в этой стране почти все люди перешли на питание от сети переменного тока, а это — электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция — A-Level Physics Revision

Изучив этот раздел, вы должны уметь:

• рассчитать потокосцепление через катушку с проводом в магнитном поле
• Объясните, как возникает электромагнитная индукция из-за изменений в потокосцеплении
• применять закон Фарадея и закон Ленца

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Флюсовая и флюсовая передача

Почти все, что мы делаем, кроме сна в темноте, основано на электромагнитной индукции .Индукция используется для выработки электроэнергии на электростанциях и для преобразования ее напряжения при прохождении через распределительную систему.

Эффекты индукции объясняются с помощью концепции потока . Хотя существование потока уже давно дискредитировано, осознание его значения полезно для понимания законов индукции, установленных Фарадеем и Ленцем.

Flux представляет собой полезную модель для объяснения эффектов магнитных полей.

Магнитные поля действуют на расстоянии, как гравитационное и электрическое поля.Картины магнитного поля используются, чтобы показать силы, действующие вокруг магнита или электрического тока. Эти силы действуют без какой-либо физической связи между магнитом или током, который вызывает поле, и магнитным материалом или током, помещенным в поле. Во времена Фарадея и Ленца их приписывали эффектам потока.

В настоящее время считается, что эти силы можно отнести к «обмену частицами».

При рисовании диаграмм магнитного поля:

• относительная напряженность в различных точках поля показана разделением силовых линий
• чем ближе линии вместе, тем сильнее поле
• эти силовые линии представляют собой магнитный поток , который, как представляется, занимает пространство вокруг магнита и отвечает за эффект магнитного поля.

Чтобы интегрировать модель потока с сегодняшним объяснением магнитных эффектов с точки зрения напряженности магнитного поля, это можно представить в терминах плотности потока, представленной концентрацией силовых линий магнитного поля. Плотность потока — это поток на единицу площади, поэтому поток теперь определяется в терминах напряженности магнитного поля и площади, через которую поле проникает.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Магнитный поток Φ, проходящий через область A, определяется как произведение напряженности магнитного поля и площади, перпендикулярной полю.
Φ = B × A
Магнитный поток измеряется в сетках (Wb), где 1 Wb — поток через площадь 1 м ² перпендикулярно однородному полю с напряженностью 1 T.

Это определение связывает эквивалентность современной концепции напряженности магнитного поля с более старой концепцией «магнитной индукции».

На схеме показан поток через прямоугольную катушку в однородном магнитном поле.

Когда катушка вращается, она «прорезает» магнитный поток или силовые линии и эл.м.ф. индуцируется.

Размер или величина наведенной ЭДС. зависит от:

• количество потока через катушку
• скорость вращения
• количество витков на катушке.

Каждый оборот катушки имеет потокосцепление, которое изменяется по мере вращения катушки. Потоковая связь катушки Н витков составляет НФ , где Ф — поток через катушку.

Движение катушки параллельно полю не вызывает эл.m.f., поскольку никакие силовые линии не «срезаются». Индуцированная э.д.с. имеет наибольшее значение, когда движение катушки перпендикулярно полю.

Закон Фарадея

Электромагнитная индукция возникает всякий раз, когда магнитное поле через проводник изменяется. Это может быть связано с тем, что проводник движется через магнитное поле, или проводник находится в фиксированном положении в изменяющемся магнитном поле, например, из-за переменного тока.Оба эти результата приводят к ЭДС. индуцируется в проводнике.

Примеры электромагнитной индукции:

• перемещение магнита внутри проволочной катушки
• генерирование высокого напряжения, необходимого для ионизации пара в люминесцентной лампе и возникновения искры, необходимой для воспламенения взрывоопасной смеси в бензиновом двигателе
• изменение напряжения переменного тока с помощью трансформатора.

На электростанции электричество вырабатывается электромагнитом, вращающимся внутри медных катушек.

На приведенной ниже диаграмме показана разница в размере ЭДС. когда магнит движется в катушке с разной скоростью.

Закон Фарадея связывает величину наведенной ЭДС. к изменению потокосцепления.

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Фарадея гласит, что: размер наведенной ЭДС. пропорциональна скорости изменения потокосцепления. Поскольку константа пропорциональности равна 1, для равномерной скорости изменения потокосцепления это можно записать как:

величина индуцированной e.м.ф. N = ΔΦ / Δt, где ΔΦ — изменение потока во времени Δt.

Чтобы создать высокое напряжение, необходимое для возникновения искры, магнитный поток должен быстро меняться. Это происходит, когда ток в электромагните отключен.

В каком направлении?

Закон Фарадея можно использовать для определения величины наведенной ЭДС. например, через концы крыла самолета, летящего в магнитном поле Земли. В Великобритании поле Земли составляет угол 20 ° с вертикалью, см. Следующую диаграмму.

В отличие от стержневого магнита, магнитное поле Земли направлено с юга на север. Можно считать, что он состоит из двух компонентов: вертикального и горизонтального.

Самолет, летящий в направлении Север-Юг, пересекает только вертикальную составляющую, в то время как полет Восток-Запад включает в себя дополнительно пересечение горизонтальной составляющей.

Индуцированная э.д.с. возникает как следствие действия силы на свободные электроны в металле корпуса самолета.Когда самолет движется по воздуху, движение этих электронов формирует ток, противоположный направлению полета. Правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления силы, действующей на электроны, и, следовательно, направления индуцированной ЭДС.

Все заряженные частицы испытывают силу из-за своего движения через магнитное поле, но эта сила слишком мала, чтобы воздействовать на что-либо, кроме свободных электронов.

В случае полета самолета с севера на юг:

• текущее — юг – север
• «разрезаемое» магнитное поле направлено вертикально вниз
• сила, действующая на свободные электроны, направлена ​​на восток.

Это приводит к дисбалансу заряда и возникновению напряжения на законцовках крыла. Направление э.д.с. индуцируется в самолете и когда магнит движется в катушку с проволокой, можно рассчитать, используя закон Ленца .

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Ленца гласит, что направление индуцированной ЭДС. всегда противостоит изменению, которое его вызывает.

Если наведенная э.д.с. в самолете заставлял электроны течь с запада на восток, это создавало силу в северном направлении — противоположном движению самолета.Этого не происходит, потому что нет полной схемы.

На диаграмме ниже показано, что когда северный полюс магнита перемещается в один конец катушки, индуцированная ЭДС. вызывает индуцированный ток в направлении против часовой стрелки. Когда ток проходит в катушке, магнитное поле похоже на магнитное поле стержневого магнита, причем северный полюс является концом, где ток проходит против часовой стрелки.

Направление индуцированного тока меняется на противоположное путем изменения направления магнита или его движения.

Если бы индуцированный ток был в противоположном направлении, он притягивал бы магнит в катушку и генерировал электричество без подвода энергии.

Закон Ленца — это переформулировка принципа сохранения энергии; индуцированный ток противодействует движению магнита, поэтому необходимо выполнить работу по перемещению магнита против индуцированного магнитного поля. Эта работа представляет собой передачу энергии в цепь, необходимую для возникновения тока.

Объединение законов Фарадея и Ленца дает уравнение для индуцированной e.м.ф .:

КЛЮЧ — Где ε — наведенная ЭДС. Отрицательный знак показывает, что наведенная э.д.с. противостоит вызывающему его изменению потока.

Трансформатор

Трансформаторы используют изменяющиеся магнитные поля для изменения величины переменного напряжения. Переменный ток, протекающий в одной катушке (первичной обмотке), вызывает э.д.с. в соседней катушке (вторичной).

На схеме ниже показан поток, когда две катушки намотаны на железный сердечник.

Э.д.с. индуцируется независимо от наличия вторичной цепи. Если есть замкнутая цепь, есть также индуцированный ток.

В трансформаторе:

• переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле
• это усилено железным сердечником с высокой проницаемостью
• флюс концентрируется в чугуне
• Э.д.с. индуцируется во вторичной обмотке из-за изменения магнитной связи.

Железо легко намагничивается; его магнитные домены вносят свой вклад в силу магнитного поля.

Из последнего пункта следует, что индуцированная ЭДС. пропорционально количеству витков вторичной катушки.

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — соотношение между напряжениями и количеством витков для идеального трансформатора:

Трансформатор, построенный из катушек с низким сопротивлением на многослойном железном сердечнике, близок к идеалу.

Это означает, что напряжения находятся в том же соотношении, что и количество витков. В идеальном трансформаторе нет потерь энергии в проводах или сердечнике, поэтому выходная мощность вторичной обмотки равна мощности, потребляемой первичной обмоткой, а токи обратно пропорциональны напряжению.

ПРОВЕРКА ПРОГРЕССА

Электромагнитная индукция (HL) — IB Physics

См. Руководство по этой теме.

11.1 — Электромагнитная индукция

• Электродвижущая сила (ЭДС)

• Когда проводящий провод движется через магнитное поле, вдоль провода создается разность потенциалов. Это явление называется электромагнитной индукцией.

• Когда проволока движется перпендикулярно магнитному полю, индуцированная ЭДС (ε) определяется выражением ε = Bvl, где B — магнитное поле, v — скорость проволоки, а l — длина проволоки. .

• Магнитный поток и магнитопровод

• Магнитный поток через поверхность измеряет составляющую магнитного поля, проходящего через поверхность, и пропорционален количеству силовых линий магнитного поля, пересекающих поверхность.
• Магнитный поток (φ) через поверхность определяется выражением
.

, где B — магнитное поле, проходящее через поверхность, A — площадь поверхности, а θ — угол между магнитным полем и нормалью к поверхности.

• Магнитный поток катушки измеряет составляющую магнитного поля, проходящего через катушку.
• Для катушки с N витками общая магнитная связь равна

где BA = φ = магнитный поток

• Закон индукции Фарадея

• Закон Фарадея гласит, что величина наведенной ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитной связи на

• Закон Фарадея позволяет нам определить наведенную ЭДС по изменению магнитного потока во времени.

• Закон Ленца

• Закон Ленца гласит, что индуцированная ЭДС действует в таком направлении, что индуцированный ток противодействует изменению, вызвавшему его.

11.2 — Производство и передача электроэнергии

• Генераторы переменного тока

• Работа основного генератора переменного тока (переменного тока) показана на следующей схеме.

1. Катушка с проволокой приводится во вращение внешней силой.
2. Когда катушка вращается, магнитная связь, проходящая через катушку, изменяется.
3. По закону Фарадея это вызывает ЭДС и заставляет ток течь внутри катушки.

• Если вращение происходит с постоянной скоростью, индуцированная ЭДС имеет синусоидальную форму (повторяющиеся колебания).
• Увеличение скорости вращения увеличивает как частоту, так и величину наведенной ЭДС.

• Средняя мощность и среднеквадратичные (действующие) значения тока и напряжения

• Средняя мощность, производимая (или рассеиваемая) от переменного тока, не может быть вычислена напрямую с использованием пиковых значений напряжения или тока.
• Среднеквадратичное (среднеквадратичное) значение переменного тока или напряжения — это значение, которое может быть подставлено в формулу электрической мощности P = IV для расчета средней рассеиваемой мощности, где I и V — среднеквадратичные значения.

где V0 — пиковое значение переменного напряжения.

где I0 — пиковое значение переменного тока.

• Указанные значения для переменного напряжения и тока относятся к их действующим значениям, а не к их пиковым значениям. Например, розетка переменного тока в Европе рассчитана на 220 В.

• Трансформаторы

• Трансформатор — это устройство, которое может использоваться для передачи электрической энергии от одной цепи переменного тока к другой с другим напряжением.
• Трансформаторы, которые увеличивают выходное напряжение, называются повышающими трансформаторами, а трансформаторы, уменьшающие выходное напряжение, называются понижающими трансформаторами.
• Трансформатор — это, по сути, две катушки с проволокой, соединенные вместе, как показано ниже.

1. Переменное входное напряжение вызывает постоянное изменение магнитного поля вокруг первичной катушки.
2. Это вызывает постоянное изменение магнитной индукционной связи во вторичной катушке.
3. По закону Фарадея во вторичной обмотке индуцируется ЭДС.

• Отношение между наведенным входным напряжением (среднеквадратичное) и выходным напряжением (среднеквадратичное значение) равно соотношению между количеством витков в соответствующей катушке.

, где Vp — напряжение в первичной катушке, Vs — напряжение во вторичной катушке, np — количество витков на первичной катушке, а ns — количество витков на вторичной катушке.

• Идеальный трансформатор работает со 100% КПД.Другими словами, его потребляемая мощность равна выходной мощности.

, так как P = IV

Диодный мост — это комбинация из четырех (или более) диодов в конфигурации мостовой схемы, где диод представляет собой двухконтактный электронный компонент, который проводит ток в одном направлении.

• Полупериодное и двухполупериодное выпрямление

Диоды также известны как выпрямители.Их можно использовать для преобразования переменного тока (ac) в постоянный (dc) посредством процесса, называемого выпрямлением.

Полупериодное выпрямление

Окончательная форма сигнала постоянного тока на экране представляет собой только положительную половину исходной формы сигнала переменного тока. При полуволновом выпрямлении отрицательная часть тока не проходит.

Двухполупериодное выпрямление

Четыре диода, подключенные, как показано на схеме выше, образуют двухполупериодный выпрямитель.Благодаря такому расположению положительная половина каждого цикла может проходить, в то время как отрицательная половина каждого цикла переворачивается. Эта диодная конфигурация широко известна как диодный мост.

11,3 — Емкость

Емкость (C) — это способность сохранять изменения, выраженные в единицах фарад (F), и может быть выражена как

где C — емкость, Q — заряд, V — напряжение.

Конденсатор состоит из двух металлических пластин с диэлектрическим материалом между пластинами.

Когда на две пластины подается напряжение, создается электрическое поле с накоплением положительного заряда на одной пластине и отрицательного заряда на другой.

Это то, что имеют в виду физики, когда говорят, что «конденсатор работает, накапливая энергию электростатически в электрическом поле».

Емкость конденсатора может быть соотнесена с площадью пластин (A) и расстоянием между пластинами (d) с помощью

FYI

Потенциальная энергия, запасенная в конденсаторе, определяется как

где E — потенциальная энергия, Q — заряд, V — напряжение, C — емкость.

• Материалы диэлектрические

• Диэлектрические материалы — это изоляторы, такие как стекло, пластмассы, дистиллированная вода, сухой воздух или даже вакуум.
• Диэлектрические материалы удерживают токопроводящие пластины в контакте, обеспечивая меньшее расстояние между пластинами (d) и более высокую емкость (C).

• Последовательные и параллельные конденсаторы

• Последовательные цепи резистор-конденсатор (RC)

RC-цепь — это цепь, в которой конденсатор и резистор включены в одну цепь.

Зарядка и разрядка RC-цепи работает следующим образом:

1. Предполагается, что C полностью разряжен, а переключатель разомкнут. Когда переключатель замкнут в положении 1, батарея подключается через конденсатор. Ток течет, и разность потенциалов на конденсаторе начинает расти, но по мере того, как на пластинах конденсатора накапливается все больше и больше заряда, ток и скорость нарастания разности потенциалов падают до тех пор, пока не перестанет течь ток и разность потенциалов на конденсаторе не станет равной напряжение питания (V0).Конденсатор полностью заряжен.

2. Когда переключатель затем замыкается в положении 2, течет большой ток и разность потенциалов на конденсаторе падает. Когда заряд перетекает с одной пластины на другую через резистор, заряд нейтрализуется. Сила тока и скорость уменьшения разности потенциалов падают. Когда заряд на пластинах достигает нуля, начальное состояние, ток и разность потенциалов также равны нулю. Конденсатор полностью разряжен.

Постоянная времени RC определяет время, необходимое для зарядки конденсатора через резистор примерно на 63,2% или разряда конденсатора через резистор примерно на 36,8% и дается как

где τ — постоянная времени RC в секундах, R — сопротивление цепи в омах, C — емкость цепи в фарадах.

Как это:

Нравится Загрузка …

Электромагнитная индукция — Physics A-Level

Изучив этот раздел, вы должны уметь:

• рассчитать потокосцепление через катушку с проводом в магнитном поле
• Объясните, как возникает электромагнитная индукция из-за изменений в потокосцеплении
• применять закон Фарадея и закон Ленца

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Флюсовая и флюсовая передача

Почти все, что мы делаем, кроме сна в темноте, основано на электромагнитной индукции .Индукция используется для выработки электроэнергии на электростанциях и для преобразования ее напряжения при прохождении через распределительную систему.

Эффекты индукции объясняются с помощью концепции потока . Хотя существование потока уже давно дискредитировано, осознание его значения полезно для понимания законов индукции, установленных Фарадеем и Ленцем.

Flux представляет собой полезную модель для объяснения эффектов магнитных полей.

Магнитные поля действуют на расстоянии, как гравитационное и электрическое поля.Картины магнитного поля используются, чтобы показать силы, действующие вокруг магнита или электрического тока. Эти силы действуют без какой-либо физической связи между магнитом или током, который вызывает поле, и магнитным материалом или током, помещенным в поле. Во времена Фарадея и Ленца их приписывали эффектам потока.

В настоящее время считается, что эти силы можно отнести к «обмену частицами».

При рисовании диаграмм магнитного поля:

• относительная напряженность в различных точках поля показана разделением силовых линий
• чем ближе линии вместе, тем сильнее поле
• эти силовые линии представляют собой магнитный поток , который, как представляется, занимает пространство вокруг магнита и отвечает за эффект магнитного поля.

Чтобы интегрировать модель потока с сегодняшним объяснением магнитных эффектов с точки зрения напряженности магнитного поля, это можно представить в терминах плотности потока, представленной концентрацией силовых линий магнитного поля. Плотность потока — это поток на единицу площади, поэтому поток теперь определяется в терминах напряженности магнитного поля и площади, через которую поле проникает.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Магнитный поток Φ, проходящий через область A, определяется как произведение напряженности магнитного поля и площади, перпендикулярной полю.
Φ = B × A
Магнитный поток измеряется в сетках (Wb), где 1 Wb — поток через площадь 1 м ² перпендикулярно однородному полю с напряженностью 1 T.

Это определение связывает эквивалентность современной концепции напряженности магнитного поля с более старой концепцией «магнитной индукции».

На схеме показан поток через прямоугольную катушку в однородном магнитном поле.

Когда катушка вращается, она «прорезает» магнитный поток или силовые линии и эл.м.ф. индуцируется.

Размер или величина наведенной ЭДС. зависит от:

• количество потока через катушку
• скорость вращения
• количество витков на катушке.

Каждый оборот катушки имеет потокосцепление, которое изменяется по мере вращения катушки. Потоковая связь катушки Н витков составляет НФ , где Ф — поток через катушку.

Движение катушки параллельно полю не вызывает эл.m.f., поскольку никакие силовые линии не «срезаются». Индуцированная э.д.с. имеет наибольшее значение, когда движение катушки перпендикулярно полю.

Закон Фарадея

Электромагнитная индукция возникает всякий раз, когда магнитное поле через проводник изменяется. Это может быть связано с тем, что проводник движется через магнитное поле, или проводник находится в фиксированном положении в изменяющемся магнитном поле, например, из-за переменного тока.Оба эти результата приводят к ЭДС. индуцируется в проводнике.

Примеры электромагнитной индукции:

• перемещение магнита внутри проволочной катушки
• генерирование высокого напряжения, необходимого для ионизации пара в люминесцентной лампе и возникновения искры, необходимой для воспламенения взрывоопасной смеси в бензиновом двигателе
• изменение напряжения переменного тока с помощью трансформатора.

На электростанции электричество вырабатывается электромагнитом, вращающимся внутри медных катушек.

На приведенной ниже диаграмме показана разница в размере ЭДС. когда магнит движется в катушке с разной скоростью.

Закон Фарадея связывает величину наведенной ЭДС. к изменению потокосцепления.

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Фарадея гласит, что: размер наведенной ЭДС. пропорциональна скорости изменения потокосцепления. Поскольку константа пропорциональности равна 1, для равномерной скорости изменения потокосцепления это можно записать как:

величина индуцированной e.м.ф. N = ΔΦ / Δt, где ΔΦ — изменение потока во времени Δt.

Чтобы создать высокое напряжение, необходимое для возникновения искры, магнитный поток должен быстро меняться. Это происходит, когда ток в электромагните отключен.

В каком направлении?

Закон Фарадея можно использовать для определения величины наведенной ЭДС. например, через концы крыла самолета, летящего в магнитном поле Земли. В Великобритании поле Земли составляет угол 20 ° с вертикалью, см. Следующую диаграмму.

В отличие от стержневого магнита, магнитное поле Земли направлено с юга на север. Можно считать, что он состоит из двух компонентов: вертикального и горизонтального.

Самолет, летящий в направлении Север-Юг, пересекает только вертикальную составляющую, в то время как полет Восток-Запад включает в себя дополнительно пересечение горизонтальной составляющей.

Индуцированная э.д.с. возникает как следствие действия силы на свободные электроны в металле корпуса самолета.Когда самолет движется по воздуху, движение этих электронов формирует ток, противоположный направлению полета. Правило левой руки Флеминга можно использовать для определения направления силы, действующей на электроны, и, следовательно, направления индуцированной ЭДС.

Все заряженные частицы испытывают силу из-за своего движения через магнитное поле, но эта сила слишком мала, чтобы воздействовать на что-либо, кроме свободных электронов.

В случае полета самолета с севера на юг:

• текущее — юг – север
• «разрезаемое» магнитное поле направлено вертикально вниз
• сила, действующая на свободные электроны, направлена ​​на восток.

Это приводит к дисбалансу заряда и возникновению напряжения на законцовках крыла. Направление э.д.с. индуцируется в самолете и когда магнит движется в катушку с проволокой, можно рассчитать, используя закон Ленца .

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — Закон Ленца гласит, что направление индуцированной ЭДС. всегда противостоит изменению, которое его вызывает.

Если наведенная э.д.с. в самолете заставлял электроны течь с запада на восток, это создавало силу в северном направлении — противоположном движению самолета.Этого не происходит, потому что нет полной схемы.

На диаграмме ниже показано, что когда северный полюс магнита перемещается в один конец катушки, индуцированная ЭДС. вызывает индуцированный ток в направлении против часовой стрелки. Когда ток проходит в катушке, магнитное поле похоже на магнитное поле стержневого магнита, причем северный полюс является концом, где ток проходит против часовой стрелки.

Направление индуцированного тока меняется на противоположное путем изменения направления магнита или его движения.

Если бы индуцированный ток был в противоположном направлении, он притягивал бы магнит в катушку и генерировал электричество без подвода энергии.

Закон Ленца — это переформулировка принципа сохранения энергии; индуцированный ток противодействует движению магнита, поэтому необходимо выполнить работу по перемещению магнита против индуцированного магнитного поля. Эта работа представляет собой передачу энергии в цепь, необходимую для возникновения тока.

Объединение законов Фарадея и Ленца дает уравнение для индуцированной e.м.ф .:

КЛЮЧ — Где ε — наведенная ЭДС. Отрицательный знак показывает, что наведенная э.д.с. противостоит вызывающему его изменению потока.

Трансформатор

Трансформаторы используют изменяющиеся магнитные поля для изменения величины переменного напряжения. Переменный ток, протекающий в одной катушке (первичной обмотке), вызывает э.д.с. в соседней катушке (вторичной).

На схеме ниже показан поток, когда две катушки намотаны на железный сердечник.

Э.д.с. индуцируется независимо от наличия вторичной цепи. Если есть замкнутая цепь, есть также индуцированный ток.

В трансформаторе:

• переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле
• это усилено железным сердечником с высокой проницаемостью
• флюс концентрируется в чугуне
• Э.д.с. индуцируется во вторичной обмотке из-за изменения магнитной связи.

Железо легко намагничивается; его магнитные домены вносят свой вклад в силу магнитного поля.

Из последнего пункта следует, что индуцированная ЭДС. пропорционально количеству витков вторичной катушки.

КЛЮЧЕВЫЙ МОМЕНТ — соотношение между напряжениями и количеством витков для идеального трансформатора:

Трансформатор, построенный из катушек с низким сопротивлением на многослойном железном сердечнике, близок к идеалу.

Это означает, что напряжения находятся в том же соотношении, что и количество витков. В идеальном трансформаторе нет потерь энергии в проводах или сердечнике, поэтому выходная мощность вторичной обмотки равна мощности, потребляемой первичной обмоткой, а токи обратно пропорциональны напряжению.

ПРОВЕРКА ПРОГРЕССА

.

No related posts.