Arah arus induksi. Aturan Lenz - Hypermarket pengetahuan. aturan Lenz. Hukum induksi elektromagnetik Apa aturan kemalasan

Pada tahun 1831, fisikawan Inggris M. Faraday menemukan fenomena tersebut dalam eksperimennya induksi elektromagnetik. Kemudian ilmuwan Rusia E.Kh mempelajari fenomena ini. Lenz dan BS Jacobi.

Saat ini banyak perangkat yang berbasis pada fenomena induksi elektromagnetik, misalnya pada motor atau generator arus listrik, pada trafo, penerima radio, dan masih banyak perangkat lainnya.

Induksi elektromagnetik- ini adalah fenomena terjadinya arus pada suatu penghantar tertutup ketika fluks magnet melewatinya. Artinya, berkat fenomena ini, kita dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik - dan ini luar biasa. Memang, sebelum ditemukannya fenomena ini, masyarakat belum mengetahui cara menghasilkan arus listrik, kecuali galvanisasi.

Ketika sebuah konduktor terkena medan magnet, timbul ggl di dalamnya, yang secara kuantitatif dapat dinyatakan melalui hukum induksi elektromagnetik.

Hukum Induksi Elektromagnetik

Gaya gerak listrik yang diinduksikan pada suatu rangkaian penghantar sama dengan laju perubahan fluks magnet yang digabungkan ke rangkaian tersebut.

Pada kumparan yang mempunyai beberapa lilitan, ggl totalnya bergantung pada banyaknya lilitan n:

Namun dalam kasus umum, rumus EMF dengan hubungan fluks umum digunakan:

EMF yang tereksitasi di sirkuit menciptakan arus. Contoh paling sederhana munculnya arus dalam suatu konduktor adalah kumparan yang dilalui magnet permanen. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan menggunakan aturan Lenz.

aturan Lenz

Arus yang diinduksi ketika medan magnet yang melewati rangkaian berubah, medan magnetnya mencegah perubahan ini.

Jika kita memasukkan magnet ke dalam kumparan, fluks magnet pada rangkaian meningkat, yang berarti bahwa medan magnet yang diciptakan oleh arus induksi, menurut aturan Lenz, diarahkan melawan peningkatan medan magnet. Untuk menentukan arah arus, Anda perlu melihat magnet dari kutub utara. Dari posisi ini kita akan memasang gimlet searah dengan medan magnet arus, yaitu menuju kutub utara. Arus akan bergerak searah putaran gimlet, yaitu searah jarum jam.

Jika kita melepaskan magnet dari kumparan, fluks magnet pada rangkaian berkurang, yang berarti medan magnet yang ditimbulkan oleh arus induksi diarahkan melawan penurunan medan magnet. Untuk menentukan arah arus, Anda perlu membuka gimlet, arah putaran gimlet akan menunjukkan arah arus dalam konduktor - berlawanan arah jarum jam.

2. Perubahan besaran fisika apa yang dapat menyebabkan perubahan fluks magnet?

3. Dalam hal manakah arah arus induksi dianggap positif, dan dalam hal manakah arah arus induksi dianggap negatif?

4. Merumuskan hukum induksi elektromagnetik. Tuliskan ekspresi matematikanya.

5. Merumuskan aturan Lenz. Berikan contoh penerapannya

Arus induksi yang timbul pada suatu rangkaian tertutup dengan medan magnetnya melawan perubahan fluks magnet yang menyebabkannya.

Penerapan aturan Lenz

1. menunjukkan arah vektor B medan magnet luar; 2. menentukan apakah fluks magnet yang melalui rangkaian bertambah atau berkurang; 3. tunjukkan arah vektor Bi medan magnet arus induksi (bila fluks magnet vektor B medan m.luar dan Bi medan magnet arus induksi berkurang maka harus diarahkan ke dengan cara yang sama, dan ketika fluks magnet meningkat, B dan Bi harus diarahkan ke arah yang berlawanan); 4. Dengan menggunakan aturan gimlet, tentukan arah arus induksi pada rangkaian.

HUKUM INDUKSI ELEKTROMAGNETIK

Surel Arus dalam suatu rangkaian dimungkinkan jika gaya luar bekerja pada muatan bebas konduktor. Usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya ini untuk menggerakkan satu muatan positif sepanjang loop tertutup disebut ggl. Ketika fluks magnet berubah melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur, gaya asing muncul di sirkuit, yang aksinya ditandai dengan ggl induksi. Mengingat arah arus induksi, menurut aturan Lenz:

GGL induksi dalam rangkaian tertutup sama dengan laju perubahan fluks magnet yang melalui permukaan yang dibatasi oleh rangkaian, diambil dengan tanda berlawanan.

Mengapa "-" ? - Karena arus induksi melawan perubahan fluks magnet, ggl induksi dan laju perubahan fluks magnet mempunyai tanda yang berbeda-beda.

Jika kita menganggap bukan rangkaian tunggal, melainkan sebuah kumparan, dimana N adalah jumlah lilitan pada kumparan:

Dimana R adalah resistansi konduktor.

INDUKSI DIRI

Setiap konduktor yang dilalui arus listrik berada dalam medan magnetnya masing-masing.

Ketika kekuatan arus dalam konduktor berubah, medan m berubah, mis. fluks magnet yang diciptakan oleh perubahan arus ini. Perubahan fluks magnet menyebabkan munculnya medan listrik pusaran dan muncul ggl induksi pada rangkaian. Fenomena ini disebut induksi diri. Induksi diri merupakan fenomena terjadinya ggl induksi pada suatu rangkaian listrik akibat adanya perubahan kuat arus. GGL yang dihasilkan disebut ggl induksi sendiri

Manifestasi dari fenomena induksi diri

Penutupan sirkuit Apabila terjadi hubungan pendek pada suatu rangkaian listrik, maka arusnya bertambah, yang menyebabkan fluks magnet pada kumparan meningkat, dan timbul medan listrik pusaran yang berlawanan dengan arus, yaitu. Emf induksi diri muncul di kumparan, mencegah peningkatan arus dalam rangkaian (medan pusaran menghambat elektron). Sebagai akibat L1 menyala nanti, daripada L2.

Rangkaian terbuka Ketika rangkaian listrik dibuka, arus berkurang, terjadi penurunan fluks pada kumparan, dan muncul medan listrik pusaran, berarah seperti arus (mencoba mempertahankan kekuatan arus yang sama), yaitu. Emf yang diinduksi sendiri muncul di koil, mempertahankan arus di sirkuit. Alhasil, L saat dimatikan berkedip terang. Kesimpulan dalam teknik elektro, fenomena induksi diri muncul ketika rangkaian ditutup (arus listrik meningkat secara bertahap) dan ketika rangkaian dibuka (arus listrik tidak langsung hilang).

INDUKTAN

EMF induksi diri bergantung pada apa? Arus listrik menciptakan medan magnetnya sendiri. Fluks magnet yang melalui rangkaian sebanding dengan induksi medan magnet (Ф ~ B), induksi sebanding dengan kuat arus pada penghantar (B ~ I), oleh karena itu fluks magnet sebanding dengan kuat arus (Ф ~ I ). GGL induksi sendiri bergantung pada laju perubahan arus dalam rangkaian listrik, pada sifat konduktor (ukuran dan bentuk) dan pada permeabilitas magnetik relatif dari media di mana konduktor berada. Besaran fisis yang menunjukkan ketergantungan ggl induksi diri pada ukuran dan bentuk konduktor serta lingkungan di mana konduktor berada disebut koefisien atau induktansi induksi diri. Induktansi - fisik. nilai numerik yang sama dengan ggl induktif diri yang terjadi pada rangkaian ketika arus berubah sebesar 1 Ampere dalam 1 detik. Induktansi juga dapat dihitung menggunakan rumus:

di mana adalah fluks magnet yang melalui rangkaian, I adalah kuat arus dalam rangkaian.

Satuan SI untuk induktansi:

Induktansi kumparan bergantung pada: jumlah lilitan, ukuran dan bentuk kumparan, serta permeabilitas magnetik relatif medium (mungkin inti).

EMF INDUKSI DIRI

GGL induktif sendiri mencegah kenaikan arus ketika rangkaian dihidupkan dan arus menurun ketika rangkaian dibuka.

Feromagnet- zat (biasanya dalam keadaan kristal padat atau amorf) di mana, di bawah suhu kritis tertentu (titik Curie), tatanan feromagnetik jangka panjang terbentuk pada momen magnetik atom atau ion (dalam kristal non-logam) atau momen elektron keliling (dalam kristal logam). Dengan kata lain, feromagnet adalah zat yang, pada suhu di bawah titik Curie, mampu melakukan magnetisasi tanpa adanya medan magnet luar.

Di antara unsur-unsur kimia, unsur transisi Fe, Co dan Ni mempunyai sifat feromagnetik (3 D-logam) dan logam tanah jarang Gd, Tb, Dy, Ho, Er

histeresis magnetik- fenomena ketergantungan vektor magnetisasi dan vektor kekuatan medan magnet dalam suatu zat tidak hanya pada medan luar yang diterapkan, tetapi juga pada prasejarah sampel tertentu. Histeresis magnetik biasanya memanifestasikan dirinya dalam feromagnet - Fe, Co, Ni dan paduan berdasarkan padanya. Histeresis magnetiklah yang menjelaskan keberadaan magnet permanen.

Rangkaian osilasi- osilator, yaitu rangkaian listrik yang berisi induktor dan kapasitor yang dihubungkan. Dalam rangkaian seperti itu, fluktuasi arus (dan tegangan) dapat terjadi.

Rangkaian osilasi adalah sistem paling sederhana di mana osilasi elektromagnetik bebas dapat terjadi

Frekuensi resonansi rangkaian ditentukan oleh apa yang disebut rumus Thomson:

GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK

Ini adalah medan elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan terbatas, bergantung pada sifat mediumnya.

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik: - merambat tidak hanya dalam materi, tetapi juga dalam ruang hampa; - merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya (C = 300.000 km/s); - ini adalah gelombang transversal; - ini adalah gelombang berjalan (mentransfer energi).

Sumber gelombang elektromagnetik adalah muatan listrik yang bergerak dipercepat. Osilasi muatan listrik disertai dengan radiasi elektromagnetik yang frekuensinya sama dengan frekuensi osilasi muatan.

Aturan Lenz diperlukan untuk menentukan arah arus yang timbul akibat induksi elektromagnetik. Dan bunyinya seperti ini: arus yang timbul dalam konduktor tertutup di bawah pengaruh induksi elektromagnetik memiliki arah sedemikian rupa sehingga fluks induksi magnet yang dihasilkannya mengkompensasi fluks yang menyebabkannya.

Sederhananya, arus induksi selalu mempunyai arah sedemikian rupa sehingga menghambat aliran yang menyebabkannya.

Mari kita lakukan eksperimen seperti itu. Mari kita ambil loop tertutup yang terdiri dari sebuah konduktor. Rangkaian ini tidak menyertakan sumber arus apa pun dan akan berbentuk solenoid. Sebuah galvanometer akan dihubungkan ke solenoid ini. Selanjutnya, kita akan memasukkan magnet permanen yang diputar ke kutub utara ke dalam solenoid ini. Akibatnya fluks magnet yang melewati solenoid akan mulai meningkat dan akibatnya akan timbul arus induksi di dalamnya. Arah arus ini ditunjukkan dengan panah galvanometer.

Gambar 1 — Pengenalan magnet permanen ke dalam solinoid

Arus induksi yang sama ini akan menyebabkan munculnya medan magnet di sekitar solenoid. Medannya akan serupa dengan medan magnet permanen. Tapi itu akan diarahkan ke magnet yang dimasukkan. Artinya, kutub utara medan induksi akan diarahkan ke kutub utara magnet permanen.

Gambar 2 - Munculnya medan induksi

Berdasarkan kenyataan bahwa medan-medan tersebut diarahkan ke arah yang berlawanan, yaitu akan timbul gaya tolak menolak di antara keduanya, maka arus yang diinduksikan pada rangkaian solenoid akan mempunyai arah sedemikian rupa untuk menangkal masuknya magnet permanen ke dalam rangkaian.
Sekarang kita akan mulai melepaskan magnet permanen dari rangkaian. Jarum galvanometer akan berputar ke arah lain. Dengan demikian, akan terlihat jelas bahwa arus pada rangkaian telah berubah arahnya. Dan medan yang dihasilkan oleh arus induksi akan cenderung mempertahankan fluks magnet yang semakin menurun.

Gambar 3 - Melepaskan magnet permanen dari solenoid

Pada percobaan ini magnet tidak perlu digerakkan. Itu dapat diputar pada sumbu yang memisahkan kutub magnet. Anda juga dapat menggerakkan atau memutar solenoid. Sebagai magnet permanen, Anda dapat menggunakan solenoid lain yang dihubungkan dengan sumber arus.

Aturan Lenz menentukan arah arus induksi yang dihasilkan dari induksi elektromagnetik

Animasi

Keterangan

“Jika sebuah penghantar logam bergerak dekat arus galvanik atau dekat magnet, maka arus galvanik tereksitasi di dalamnya sedemikian rupa sehingga menyebabkan gerak kawat yang diam dalam arah yang berlawanan langsung dengan arah gerak yang dikenakan pada logam. kawat dari luar, dengan asumsi bahwa kawat yang diam hanya dapat bergerak searah dengan gerakan terakhirnya atau justru sebaliknya." Profesor Universitas St. Petersburg E.H. Lenz, 1833.

Aturan Lenz didasarkan pada generalisasi eksperimen induksi elektromagnetik.

Dalam bentuk ringkasnya, aturan Lenz dapat dirumuskan sebagai berikut:

arus induksi yang timbul pada suatu penghantar tertutup mempunyai arah sedemikian rupa sehingga dapat mencegah perubahan fluks induksi magnet yang menyebabkannya.

Artinya, arus induksi menciptakan, melalui area yang dibatasi oleh kontur, fluks induksi magnetnya sendiri, mengkompensasi perubahan fluks induksi magnet yang menyebabkannya:

dФ = (B, d S) Yu dФ = B Х dS Х cos a,

dimana a adalah sudut antara vektor induksi magnet medan luar dan garis normal bidang lilitan solenoida.

Mari kita lihat beberapa contoh.

1. Ambil solenoid (kumparan) C, ditutup melalui galvanometer G (Gbr. 1).

Munculnya arus induksi pada solenoid ketika magnet permanen mendekatinya

Beras. 1

Kita akan mendekatkan magnet permanen ke salah satu ujungnya, misalnya dengan kutub utara. Akan timbul arus listrik pada solenoid yang akan terdeteksi dengan pembelokan jarum galvanometer. Arus induksi diarahkan berlawanan arah jarum jam jika dilihat dari sisi magnet ke solenoid.

Saat magnet mendekati solenoida, fluks vektor induksi magnet yang menembus lilitan solenoid meningkat, seiring dengan meningkatnya induksi magnet medan magnet. Medan magnet dari arus induksi dalam solenoid diarahkan keluar dari solenoid (aturan gimlet), yaitu mengkompensasi peningkatan medan magnet. Sesuai dengan aturan Lenz.

2. Ambil solenoid C, ditutup melalui galvanometer G. Kami akan melepaskan magnet permanen dari salah satu ujungnya (Gbr. 2).

Munculnya arus induksi pada solenoid ketika magnet permanen menjauhinya

Beras. 2.

Ketika magnet menjauh dari solenoid, fluks vektor induksi magnet yang menembus lilitan solenoid berkurang, karena induksi magnet medan magnet berkurang. Medan magnet dari arus induksi dalam solenoid diarahkan ke dalam solenoid (aturan gimlet), yaitu mengkompensasi penurunan medan magnet. Sesuai dengan aturan Lenz.

Jelasnya, hasil percobaan tidak akan berubah jika magnet diam dan solenoid bergerak.

Menganalisis hasil kedua percobaan tersebut, dapat ditarik satu kesimpulan lagi: ketika kutub utara magnet mendekati solenoid, arus induksi menimbulkan medan magnet yang induksinya diarahkan ke induksi medan magnet magnet. , dan oleh karena itu magnet dan solenoid saling tolak menolak, yaitu timbul gaya penangkal pergerakan magnet di antara keduanya, yang menyebabkan terjadinya arus induksi. Ketika magnet dilepas, magnet dan solenoid tertarik, sehingga timbul lagi gaya di antara keduanya yang melawan pergerakan magnet.

Aturan Lenz merupakan konsekuensi dari hukum kekekalan energi. Memang benar, arus induksi, seperti arus listrik lainnya, mempunyai fungsi tertentu. Artinya ketika konduktor tertutup (solenoid) bergerak dalam medan magnet, gaya luar harus melakukan usaha tambahan. Ini adalah usaha yang terjadi akibat gaya-gaya yang menghambat pergerakan magnet.

Perubahan fluks melalui belitan solenoid C juga diamati ketika mempertimbangkan pergerakan relatif magnet dengan kutub selatan ke solenoid C, penggantian magnet dengan solenoid atau putaran dengan arus, penutupan dan pembukaan magnet. rangkaian solenoida (atau putaran), serta rotasi timbal balik dari solenoida C dan elemen yang menciptakan medan magnet .

Karakteristik waktu

Waktu inisiasi (log ke -10 hingga 2);

Seumur hidup (log tc dari 15 hingga 15);

Kata kunci

• induksi magnetik
• induksi elektromagnetik
• fluks magnet
• fluks vektor induksi magnet
• lingkaran tertutup
• konduktor tertutup
• magnet
• sebuah medan magnet
• listrik
• arus yang diinduksi
• solenoida
• berbelok
• aturan Lenz
• hukum Lenz
• gulungan

Bagian ilmu alam: