23.4: Kuingizwa kwa Emf na Flux ya Magnetic

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183858

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

Tumia mzunguko wa shamba la sare la magnetic kupitia kitanzi cha mwelekeo wa kiholela.
Eleza mbinu za kuzalisha nguvu ya umeme (emf) na shamba la magnetic au sumaku na kitanzi cha waya.

Vifaa vinavyotumiwa na Faraday kuonyesha kwamba mashamba ya magnetic yanaweza kuunda mikondo ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Wakati kubadili imefungwa, uwanja wa magnetic huzalishwa kwenye coil kwenye sehemu ya juu ya pete ya chuma na kupitishwa kwa coil kwenye sehemu ya chini ya pete. Galvanometer hutumiwa kuchunguza sasa yoyote iliyoingia kwenye coil chini. Ilibainika kuwa kila wakati kubadili imefungwa, galvanometer hutambua sasa katika mwelekeo mmoja katika coil chini. (Unaweza pia kuchunguza hili katika maabara ya fizikia.) Kila wakati kubadili kufunguliwa, galvanometer hutambua sasa katika mwelekeo tofauti. Kushangaza, ikiwa kubadili bado imefungwa au kufunguliwa kwa urefu wowote wa muda, hakuna sasa kupitia galvanometer. Kufunga na kufungua kubadili husababisha sasa. Ni mabadiliko katika shamba la magnetic linalojenga sasa. Msingi zaidi kuliko sasa unaotiririka ni emf inayosababisha. Ya sasa ni matokeo ya emf inayotokana na shamba la magnetic linalobadilika, ikiwa kuna njia ya sasa ya mtiririko.

Picha inaonyesha vifaa vya Faraday kwa kuonyesha kwamba shamba la magnetic linaweza kuzalisha sasa. Inajumuisha betri ya umbo la silinda. Mwisho mzuri wa betri umeunganishwa na kubadili wazi. Kuna msingi wa chuma ulio na pete yenye seti ya coils moja juu na nyingine chini. Mwisho mwingine wa kubadili umeunganishwa na mwisho mmoja wa coil ya juu. Mwisho mwingine wa coil ya juu umeunganishwa kwenye betri. Wote mwisho wa coil chini ni umeonyesha kushikamana katika sanduku galvanometer ambayo inaonyesha deflection null. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Vifaa vya Faraday kwa kuonyesha kwamba shamba la magnetic linaweza kuzalisha sasa. Mabadiliko katika shamba zinazozalishwa na coil ya juu husababisha emf na, kwa hiyo, sasa katika coil ya chini. Wakati kubadili kufunguliwa na kufungwa, galvanometer inasajili mikondo kwa njia tofauti. Hakuna sasa inapita kupitia galvanometer wakati kubadili bado imefungwa au kufunguliwa.

majaribio kwa urahisi kazi na mara nyingi kufanyika katika maabara fizikia ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\). EMF inaingizwa katika coil wakati sumaku ya bar inaingizwa ndani na nje yake. Emfs ya ishara kinyume huzalishwa na mwendo kwa njia tofauti, na emfs pia hubadilishwa na miti ya kugeuza. Matokeo sawa yanatengenezwa ikiwa coil inahamishwa badala ya sumaku - ni mwendo wa jamaa ambao ni muhimu. Haraka mwendo, zaidi ya emf, na hakuna emf wakati sumaku ni stationary jamaa na coil.

Mchoro unaonyesha hatua tano za jaribio lililofanywa kwa kusonga sumaku jamaa na coil na kupima e m f zinazozalishwa. Hatua ya kwanza ya jaribio inaonyesha coil ya waya na loops mbili zilizounganishwa kwenye galvanometer. Kitanzi ni katika ndege ya usawa. Sumaku ya umbo la fimbo ya cylindrical inahamishwa juu kupitia kitanzi na pole ya kaskazini ya sumaku inakabiliwa na kitanzi na Pole ya Kusini mbali na kitanzi. Mstari wa magnetic wa nguvu ya sumaku huonyeshwa kuibuka kutoka Ncha ya Kaskazini na kuingiliana coil. Ya sasa inaonyeshwa kuingizwa katika coil katika mwelekeo wa saa. Sindano ya galvanometer inaonyeshwa kufuta kuelekea kulia. Hatua ya pili ya jaribio inaonyesha hali inayofuata ya hatua ya kwanza ya jaribio. Sumaku ya umbo la fimbo ya cylindrical sasa imehamia chini mbali na kitanzi na pole ya kaskazini ya sumaku inakabiliwa na kitanzi na Pole ya Kusini mbali na kitanzi. Mstari wa magnetic wa nguvu ya sumaku huonyeshwa kuibuka kutoka Ncha ya Kaskazini na kuingiliana coil. Sasa inaonyeshwa kuingizwa katika coil katika mwelekeo wa kupambana na saa. Sindano ya galvanometer inaonyeshwa kufuta kuelekea kushoto. Hatua ya tatu ya jaribio inaonyesha coil ya waya na loops mbili zilizounganishwa kwenye galvanometer. Kitanzi ni katika ndege ya usawa. Sumaku ya umbo la fimbo ya cylindrical inahamishwa juu kupitia kitanzi na pole ya kusini ya sumaku inakabiliwa na kitanzi na Ncha ya Kaskazini mbali na kitanzi. Mstari wa magnetic wa nguvu ya sumaku huonyeshwa kuunganisha kwenye Pole ya Kusini na kuingiliana coil. Sasa inaonyeshwa kuingizwa katika coil katika mwelekeo wa kupambana na saa. Sindano ya galvanometer inaonyeshwa kufuta kuelekea kushoto. Hatua ya nne ya jaribio inaonyesha hali inayofuata ya hatua ya tatu ya jaribio. Sumaku ya umbo la fimbo ya cylindrical sasa imehamia chini mbali na kitanzi na pole ya kusini ya sumaku inakabiliwa na kitanzi na Ncha ya Kaskazini mbali na kitanzi. Mstari wa magnetic wa nguvu ya sumaku huonyeshwa kuunganisha kwenye Pole ya Kusini na kuingiliana coil. Ya sasa inaonyeshwa kuingizwa katika coil katika mwelekeo wa saa. Sindano ya galvanometer inaonyeshwa kufuta kuelekea kulia. Hatua ya tano ya jaribio inaonyesha coil ya waya na loops mbili zilizounganishwa kwenye galvanometer. Kitanzi ni katika ndege ya usawa. Sumaku ya umbo la fimbo ya cylindrical inafanyika stationary karibu na kitanzi na pole ya kaskazini ya sumaku inakabiliwa na kitanzi na kusini mbali na kitanzi. Mstari wa magnetic wa nguvu ya sumaku huonyeshwa kuibuka kutoka Ncha ya Kaskazini na kuingiliana coil. Hakuna sasa inayoingizwa kwenye coil. Sindano ya galvanometer haina kufuta. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Movement ya sumaku jamaa na coil inazalisha emfs kama inavyoonekana. Emfs sawa huzalishwa ikiwa coil inahamishwa jamaa na sumaku. Kasi kubwa, ukubwa mkubwa wa emf, na emf ni sifuri wakati hakuna mwendo.

Njia ya inducing emf kutumika katika jenereta nyingi za umeme inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\). Coil inazungushwa katika uwanja wa magnetic, huzalisha emf ya sasa inayobadilisha, ambayo inategemea kiwango cha mzunguko na mambo mengine ambayo yatafuatiliwa katika sehemu za baadaye. Kumbuka kwamba jenereta ni sawa sana katika ujenzi kwa motor (mwingine ulinganifu).

Takwimu inaonyesha mchoro wa schematic wa jenereta ya umeme. Lina kupokezana coil mstatili kuwekwa kati ya miti miwili ya sumaku kudumu inavyoonekana kama vitalu mbili mstatili ikiwa upande inakabiliwa coil. Sehemu ya magnetic B inavyoonyeshwa kutoka Kaskazini hadi Pole ya Kusini. Ncha mbili za coil hii zinaunganishwa na pete mbili ndogo. Wale wawili wanaofanya maburusi ya kaboni huwekwa taabu tofauti kwenye pete zote mbili. Coil inaunganishwa na axle na kushughulikia upande mwingine. Axle inaweza kuzungushwa mechanically kutoka nje ili kugeuza coil ndani ya shamba magnetic. Mwisho wa nje wa maburusi mawili huunganishwa na galvanometer. Ya sasa inavyoonekana inapita katikati ya coil katika mwelekeo wa kupambana na saa na galvanometer inaonyesha kufuta. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mzunguko wa coil katika uwanja wa magnetic hutoa emf. Hii ni ujenzi wa msingi wa jenereta, ambapo kazi iliyofanywa ili kugeuza coil inabadilishwa kuwa nishati ya umeme. Kumbuka jenereta ni sawa sana katika ujenzi kwa magari.

Kwa hiyo tunaona kwamba kubadilisha ukubwa au mwelekeo wa shamba la magnetic hutoa emf. Majaribio yalifunua kwamba kuna kiasi muhimu kinachoitwa flux magnetic\(\Phi\), iliyotolewa na

\[\Phi = BA\cos{\theta},\label{23.2.1}\]

\(B\)wapi nguvu ya shamba la magnetic juu ya eneo\(A\), kwa pembe\(\theta\) na perpendicular kwa eneo kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\).

Mabadiliko yoyote katika flux magnetic\(\Phi\) induces emf. Utaratibu huu hufafanuliwa kuwa induction ya umeme. Units ya flux magnetic\(\Phi\) ni\(T \cdot m^{2}\). Kama inavyoonekana katika Kielelezo 4\(B\cos{\theta} = B_{\perp}\),, ambayo ni sehemu ya\(B\) perpendicular kwa eneo hilo\(A\). Hivyo flux magnetic ni\(\Phi = B_{\perp}A\), bidhaa ya eneo hilo na sehemu ya shamba magnetic perpendicular yake.

Kielelezo inaonyesha gorofa mraba umbo uso A. magnetic shamba B ni umeonyesha kutenda juu ya uso katika theta angle na kawaida kwa uso A. cosine sehemu ya shamba magnetic B cos theta inavyoonekana kutenda sambamba na kawaida kwa uso. — Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Flux ya magnetic\(\Phi\) inahusiana na shamba la magnetic na eneo ambalo lipo. Flux\(\Phi = BA\cos{\theta}\) ni kuhusiana na induction; mabadiliko yoyote katika\(\Phi\) induces emf.

Uingizaji wote, ikiwa ni pamoja na mifano iliyotolewa hadi sasa, hutokea kutokana na mabadiliko fulani katika flux magnetic\(\Phi\). Kwa mfano, Faraday iliyopita\(B\) na hivyo\(\Phi\) wakati wa kufungua na kufunga kubadili katika vifaa vyake (inavyoonekana kwenye Mchoro\(\PageIndex{1}\)). Hii pia ni kweli kwa sumaku bar na coil inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\). Wakati wa kupokezana coil ya jenereta, angle\(\theta\) na, kwa hiyo,\(\Phi\) inabadilishwa. Tu jinsi kubwa emf na nini mwelekeo inachukua hutegemea mabadiliko katika\(\Phi\) na jinsi ya haraka mabadiliko ni kufanywa, kama kuchunguza katika sehemu inayofuata.

Muhtasari

Kiasi muhimu katika induction ni flux magnetic\(\Phi\), defined kuwa\(\Phi = BA \cos{\theta}\), wapi\(B\) magnetic shamba nguvu juu ya eneo kwa\(A\) pembeni\(\theta\) na perpendicular kwa eneo hilo.
Units ya flux magnetic\(\Phi\) ni\(T \cdot m^{2}\).
Mabadiliko yoyote katika flux magnetic\(\Phi\) induces emf-mchakato hufafanuliwa kuwa induction sumakuumeme.

faharasa

flux magnetic: kiasi cha shamba la magnetic linakwenda eneo fulani, lililohesabiwa na\(Φ=BAcosθ\) wapi\(B\) nguvu ya shamba la magnetic juu ya eneo kwa\(A\) pembe\(θ\) na perpendicular kwa eneo hilo

induction ya umeme: mchakato wa inducing emf (voltage) na mabadiliko katika flux magnetic