Наведенный ток: причины возникновения, опасность и меры защиты — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое наведенный ток в электротехнике. Каковы причины возникновения наведенного тока на воздушных линиях электропередачи. Почему наведенный ток опасен для персонала. Какие меры защиты применяются от воздействия наведенного тока.

Содержание

Что такое наведенный ток и как он возникает

Наведенный ток — это электрический ток, возникающий в отключенных и заземленных проводах линий электропередачи в результате электромагнитного влияния соседних действующих линий или электроустановок. Основные причины возникновения наведенного тока:

Электромагнитная индукция от параллельно идущих линий под напряжением
Электростатическая индукция при наличии разности потенциалов
Емкостная связь между проводами действующих и отключенных линий
Взаимоиндукция между близко расположенными проводниками

Величина наведенного тока зависит от длины параллельного участка линий, расстояния между ними, напряжения и тока в действующей линии, погодных условий и других факторов. Наведенный ток может достигать опасных для человека значений.

Опасность наведенного тока для персонала

Наведенный ток представляет серьезную опасность для ремонтного и обслуживающего персонала при работах на отключенных линиях электропередачи. Основные факторы риска:

Неожиданное появление напряжения на отключенных проводах
Отсутствие срабатывания штатных защитных устройств
Сложность определения наличия наведенного тока без специальных приборов
Возможность поражения током даже при наличии заземления линии
Непостоянство и непредсказуемость величины наведенного тока

При контакте человека с проводом, находящимся под наведенным напряжением, через тело может пройти опасный для жизни ток. Поэтому работы на отключенных линиях требуют особых мер предосторожности.

Физическая природа наведенного тока

Для понимания природы наведенного тока рассмотрим простой пример электростатической индукции:

К незаряженному проводнику А приближают отрицательно заряженный проводник Б
Электроны в проводнике А отталкиваются и смещаются в его дальний конец
На ближнем к Б конце проводника А образуется положительный заряд
При движении электронов по проводнику А возникает кратковременный индуцированный ток
Величина тока зависит от величины заряда Б и скорости его приближения

Аналогичный процесс происходит в отключенных линиях под воздействием переменного электромагнитного поля соседних действующих линий. Периодическое изменение поля вызывает колебания зарядов и появление переменного наведенного тока.

Особенности наведенного тока на воздушных линиях электропередачи

На воздушных линиях электропередачи наведенный ток имеет ряд важных особенностей:

Возникает на всем протяжении отключенной линии, идущей параллельно действующей

Величина тока меняется по длине линии, достигая максимума в средней части
Наличие заземления на концах линии не устраняет наведенный ток полностью
Ток может достигать нескольких ампер при длине параллельного участка в несколько километров
На величину тока влияют погодные условия (влажность воздуха, осадки)
Наведенный ток сохраняется даже после отключения действующей линии некоторое время

Эти особенности необходимо учитывать при организации работ на отключенных воздушных линиях электропередачи.

Методы измерения наведенного напряжения и тока

Для обеспечения безопасности работ на отключенных линиях необходимо проводить измерения наведенного напряжения и тока. Основные методы измерений:

Измерение напряжения между проводом и землей с помощью вольтметра
Использование указателей высокого напряжения
Применение специальных приборов — измерителей наведенного напряжения
Измерение тока в цепи временного заземления линии

Использование устройств непрерывного контроля наведенного напряжения

Измерения должны проводиться с соблюдением правил электробезопасности. Важно учитывать, что величина наведенного напряжения может меняться во времени.

Нормативные требования по защите от наведенного тока

Основные нормативные требования по защите персонала от воздействия наведенного тока при работах на воздушных линиях электропередачи:

Измерение наведенного напряжения перед началом работ
Установка временных защитных заземлений
Применение экранирующих комплектов для персонала
Использование диэлектрических перчаток и бот
Работа с применением изолирующих штанг
Соблюдение безопасных расстояний до токоведущих частей
Запрет на прикосновение к проводам без проверки отсутствия напряжения

Нормативные документы регламентируют максимально допустимые уровни наведенного напряжения и порядок выполнения работ в зависимости от измеренных значений.

Технические средства защиты от наведенного тока

Для защиты персонала от воздействия наведенного тока применяются следующие технические средства:

Переносные заземления
Устройства защитного отключения
Экранирующие комплекты
Изолирующие штанги
Указатели высокого напряжения
Диэлектрические перчатки и боты
Изолирующие подставки
Экранирующие тросы

Выбор защитных средств зависит от конкретных условий работы и измеренных значений наведенного напряжения. Важно применять только исправные и прошедшие испытания средства защиты.

Организационные мероприятия по обеспечению безопасности

Помимо технических средств защиты, при работах на линиях с наведенным напряжением необходимо выполнять следующие организационные мероприятия:

Оформление наряда-допуска с указанием мер безопасности
Проведение целевого инструктажа перед началом работ
Назначение ответственного руководителя работ
Обеспечение бригады средствами защиты
Установка предупреждающих плакатов
Ограждение рабочего места
Контроль за соблюдением безопасных расстояний
Периодические измерения наведенного напряжения

Важно обеспечить четкое взаимодействие всех членов бригады и строгое соблюдение требований безопасности на протяжении всего времени работ.

наведенный ток — это… Что такое наведенный ток?

наведенный ток: 3.41 наведенный ток: Ток, возникающий в отключенных и заземленных линиях в результате емкостного и индуктивного взаимодействия с соседними линиями, находящимися под напряжением.

наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал
навершие

Смотреть что такое «наведенный ток» в других словарях:

наведенный ток — Ток, возникающий в отключенных и заземленных линиях в результате емкостного и индуктивного взаимодействия с соседними линиями, находящимися под напряжением [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование … EN induced current … Справочник технического переводчика
наведенный ток электрода — Составляющая тока электрода, обусловленная движением всех заряженных частиц, находящихся в междуэлектродном промежутке … Политехнический терминологический толковый словарь
номинальный наведенный ток — Максимальный наведенный ток, который заземлители способны включать и отключать при номинальном наведенном напряжении [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование … Справочник технического переводчика
номинальный наведенный ток — 3.56 номинальный наведенный ток: Максимальный наведенный ток, который заземлители способны включать и отключать при номинальном наведенном напряжении. Источник: ГОСТ Р 52726 2007: Разъединител … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал — 3.5 наведенный в токопроводящих линейных элементах технических средств сигнал; наводка: Ток и напряжение в токопроводящих элементах, вызванные электромагнитным излучением, емкостными и индуктивными связями. Источник: ГОСТ Р 51275 2006: Защита… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
паразитный ток — Протекающий по кабелю наведенный ток, способный вызвать повреждение оборудования линии связи из за перегрева, и в то же время его уровень недостаточен для срабатывания системы защиты. Такой ток обычно возникает вследствие плохого заземления или… … Справочник технического переводчика
номинальный емкостной ток — IС, А Максимальный наведенный электростатическим полем ток в случае, когда один конец линии передачи отключен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. [ГОСТ Р 52726 2007] Тематики высоковольтный аппарат, оборудование … Справочник технического переводчика
номинальный индуктивный ток — IL, А Максимальный наведенный электромагнитным полем ток в случае, когда один конец линии передачи заземлен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце [ГОСТ Р 52726 2007] EN FR Тематики высоковольтный аппарат, оборудование … Справочник технического переводчика
номинальный емкостной ток I_C — 3.53 номинальный емкостной ток IC , А: Максимальный наведенный электростатическим полем ток в случае, когда один конец линии передачи отключен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
номинальный индуктивный ток I_L, А — 3.54 номинальный индуктивный ток IL, А: Максимальный наведенный электромагнитным полем ток в случае, когда один конец линии передачи заземлен, а коммутация на землю осуществляется на другом ее конце. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

причины возникновения и меры защиты

Ремонтные бригады довольно часто сталкиваются с проблемой наличия напряжения в разорванной цепи. Такое явление случается на воздушных линиях, нередко в бытовой электросети. Это так называемое наведенное напряжение, появляющееся на отключенных проводах вследствие воздействия электромагнитного поля, от работающих рядом электролиний.

Для лучшего понимания эффективности защитных мер при ремонте воздушных линий электропередач (ВЛ) рассмотрим более подробно физическую сущность наводки. Это поможет лучше понять механизмы защиты от поражения током, образовавшимся на отключенных проводах.

Определение наведенного напряжения

Официальная терминология наведённым напряжением называет потенциал, опасный для жизни, возникающий в результате электромагнитных воздействий параллельной воздушной линии или электричества циркулирующего в контактных сетях. Этот потенциал является паразитным, порождённым влиянием функционирующей параллельной линией электрической сети и прямо не относится к транспортируемому току. Отсюда и название – наведённое напряжение.

В чем опасность явления?

Наличие в проводах потенциала, наведённого переменным током или статическим электричеством часто невозможно предсказать. В этом кроется главная опасность наводки. На наведённое напряжение не реагируют штатные защитные приборы. На электромеханика, попавшего под действие наводки, будет действовать ток, пока он самостоятельно, либо с помощью напарника не высвободит руку или другую часть тела, соприкоснувшуюся с оголенным проводом.

Если в результате короткого замыкания на ВЛ произойдёт срабатывание защиты, отключающее рабочее напряжение, провода могут оказаться под наведённым током. Опасность также возникает при появлении грозовых разрядов, в т. ч. и междуоблачных.

Обратите внимание: штатная защита не реагирует на напряжения срабатывания, возникшие в результате наводки. Поэтому при отключенной ВЛ – следует применять особые схемы заземления, позволяющие создавать точки нулевого потенциала в конкретной зоне, при обслуживании линий.

Опасность обусловлена поведением наведённого тока. Дело в том, что источником тока является наводка от соседних ВЛ, распространяющаяся по всей длине провода не одинаково. Поэтому поведение таких токов отличается от привычного для нас рабочего электричества.

Наличие штатного линейного заземления не гарантируют безопасности, а наоборот, сопутствует появлению электрического тока в отсоединённых проводах. Как видно на рисунке 1, максимальный ток находится в точках заземления, то есть на заземляющих ножах.

Рис. 1. Значение напряжений между заземляющими ножами

В некоторых случаях целесообразно отключить заземления ВЛ, а для защиты использовать переносные заземления, которые устанавливают с каждой стороны от места повреждения, как можно ближе к точке проведения работ.

Причины возникновения

Для начала рассмотрим физическую картину возникновение наводки, а потом выясним причины явления в различных ситуациях:

на воздушной линии;
электроустановках;
в квартире;
электропроводке.

Если расположить параллельно два длинных проводника и по одному из них пропустить переменный ток, то на втором возникнет напряжение. Причём проявится электромагнитное влияние и действие электростатической составляющей. Величины электрических потенциалов на неподключённом проводнике зависят от длины, расстояния между проводами, а также от тока нагрузки. Подобные явления происходят и в реально действующих линиях энергоснабжения.

На воздушной линии (ВЛ)

Ток, который создаёт электростатическая составляющая, имеет одинаковый потенциал по всему проводнику: U_э = k×U_в, где U_э – наведённое электростатическое напряжение, k является коэффициентом ёмкостной связи, а U_в – рабочее влияющее напряжение. Очевидно, что наведённое напряжение зависит от разницы потенциалов на проводах параллельно расположенной влияющей линии.

Заметим, что электростатическое напряжение является результатом не только действия расположенных поблизости электромагнитных полей фазных проводов. Любое статическое электричество вызывает такой же эффект. Например, в северных широтах статическую наводку может вызвать полярное сияние, а также, упомянутые выше грозовые разряды (показано на рисунке ниже).

Рис. 2. Статическое напряжение от полярного сияния

Для устранения электростатического потенциала достаточно заземлить провод в любом месте.

Компонент напряжения электромагнитной составляющей, сильно отличается от статического. Потенциал возникает вследствие действия электромагнитных полей, образованных токами проводов фазы. На рисунке 3 показана схема образования наведённого напряжения.

Электромагнитная составляющая наведённого напряжения

Важные особенности электромагнитной составляющей:

её величина пропорциональна рабочем току ВЛ;
зависит от расстояния до влияющей воздушной линии;
на наведённый потенциал влияет протяжённость взаимодействующих проводов;
выраженная зависимость от схемы переносного заземления ВЛ и от сопротивления заземления.

Наведённая ЭДС в этом случае вычисляется по формуле:

E = M × L× I,

Здесь M – коэффициент индуктивной связи, L – протяжённость параллельного участка, I – сила тока влияющей линии.

Как видно из формулы, величина напряжения провода фазы не влияет на ЭДС.

В конкретной точке x наведённое напряжение можно вычислить по формуле:

U = – (E*x)/L+ E/2 , где E – ЭДС, L – длина параллельного следования, x – расстояние от точки вычисления напряжения до начала линии.

Очевидно, что напряжение в точке отсечения (где x = 0) принимает значение: U = + E/2 , в середине линии (x равняется условной единице) U = 0, а в конечной точке U = – E/2. Понятно, что напряжение уже не является константой на всём участке проводов линии. Оно линейно изменяется между заземлениями, образуя нулевой потенциал в определённой точке. Если заземление одно, тогда положение нулевой точки находится в месте входа заземляющего ножа.

На схемах, приведённых ниже (рисунок 4), видно как распределяется наведённое напряжение. Обратите внимание, как перемещается точка нулевого потенциала и как она зависит от выбранного способа заземления.

Рис. 4. Схемы распределения наводимого напряжения в зависимости от расположения точек заземления

Из схематических изображений видно, как работа обслуживающего персонала одновременно в нескольких местах отключённой ВЛ может представлять опасность. Ввиду несимметрии токов наведённое напряжение может распределиться таким образом, что нулевые потенциалы сдвинутся за пределы рабочего пространства людей. Вследствие этого ремонтники могут оказаться под опасным воздействием наведённого напряжения.

В электроустановках

Ввиду того, что стационарные электроустановки неразрывно связаны с ВЛ, существует вероятность попадания наведённого напряжения на токоведущие части оборудования. Чаще всего это случается при обрыве нуля.

Особенность электроустановок в том, что там используются изолированные кабели, в которых плотно уложены провода. Хотя длина такой проводки обычно незначительна, однако, наводка в кабеле может иметь существенный потенциал (из-за плотного размещения проводов). Поэтому при работе с электроустановками необходимо обеспечивать защитные меры по снятию опасного наведённого напряжения, использовать средства индивидуальной защиты, отвечающие классу напряжения. Необходимо придерживаться ПУЭ, выставлять ограждения для соблюдения безопасных расстояний к токоведущим частям электроприборов.

В квартире

Наводка в обычной бытовой сети наблюдается при обрыве нулевого провода на входе или на участке воздушной линии. Если поискать индикатором фазу в розетке – он покажет напряжение на каждом из выходов. В действительности же, рабочее напряжение существует на проводе фазы, а на нулевом – наблюдается ток наводки. При устранении неисправности всё становится на свои места.

Поскольку поиск и ликвидация неисправности в квартире проводится при отключенных предохранителях, то тем самым обеспечивается необходимая защита.

В электропроводке

Электропроводка в доме монтируется с использованием двух-, а иногда трёхжильных проводов. Обычно кабели укладываются в короба, откуда выходят разветвления. Если выключатель разъединяет нулевой провод, то при такой укладке в нём неизбежно появится наводка. Возникает напряжение безопасной величины, однако его достаточно для зажигания диодного освещения (выключенные диодные лампы тускло светятся). Проблема решается просто – необходимо на выключателе поменять местами провода фазы и нуля.

Известны случаи, когда для заземления розетки использовался провод трёхжильного кабеля. На этом проводнике всегда присутствует довольно ощутимое наведённое напряжение. Поэтому для заземления используйте отдельный одножильный кабель большого сечения и прокладывайте его как можно далее от проводки с номинальными напряжениями.

Меры защиты

Учитывая то, что наведённые токи могут достигать предельно опасных значений, особенно на участках ВЛ или в электроустановках, при их обслуживании следует применять меры защиты [ 2 ]:

использовать сигнализаторы напряжения;
обеспечивать безопасный уровень напряжения на участках, где предстоит работа;
использовать защитную одежду, диэлектрические коврики и т.п.;
пользоваться указателями напряжения, универсальными электроизолирующими штангами для оценки значений токов наводки.
применять приспособления для снятия напряжений.

Перед проведением работ на линиях с наводкой устанавливайте переносные заземления с двух сторон повреждённого участка ВЛ на небольшом расстоянии. Заземляйте провода с поверхности земли, используя изоляционные штанги. Выдерживайте расстояния срабатывания защиты заземлений.

На рисунке 5 показано как влияет расстояние от заземления на снижение наведённого напряжения.

Рис. 5. Снижение наведённого напряжения

Измерение напряжения проводите в изолирующих перчатках и ботах, а измерительные приборы располагайте на ковриках или подставках. Используйте только те измерительные устройства, которые предназначены для указанных целей и рассчитаны на измерение в соответствующих пределах. Помните, что штатные защитные приспособления для наведённого тока не предназначены. Нельзя проводить измерения в условиях тумана, осадков, а также при сильном ветре.

Всегда проверяйте наличие фазного тока на всех проводах. Если с помощью прибора УПСФ-10 вы определили линейное рабочее напряжение, то использовать переносное заземление запрещается.

В целях безопасности всегда считайте нулевой кабель таким, что находится под напряжением.

Видео в тему

Особенности работы электронных ламп на СВЧ

Для более правильного понимания работы электронных ламп на СВЧ необходимо познакомиться с наведенными токами в цепях электродов этих ламп.

При рассмотрении работы ламп обычно для упрощения считают, что ток в цепи какого-либо электрода возникает благодаря попаданию на этот электрод потока электронов, летящих внутри лампы. Такой поток электронов внутри лампы называют конвекционным током. Более глубокое изучение работы электронных ламп показало, что ток во внешней цепи любого электрода представляет собой наведенный (индуцированный) ток, сущность которого легко уяснить, если вспомнить явление электростатической индукции.

Рис. 24.3. Схема электростатической индукции

Пусть имеется незаряженный проводник А (рис. 24.3), к одному концу которого приближается отрицательно заряженный конец проводника Б. Тогда некоторое число электронов проводника А, отталкиваемых зарядом проводника Б, уйдет на другой конец проводника А и там возникнет отрицательный заряд. На ближнем к индуцирующему заряду конце проводника А будет недостаток электронов, т.е. появится положительный заряд. При этом вдоль проводника А пройдет ток, который и будет наведенным током. Его значение тем больше, чем больше индуцирующий заряд и чем быстрее он приближается к проводнику А. Если удалять проводник Б от проводника А, то электроны будут возвращаться, и, следовательно, в проводнике А пройдет ток обратного направления, значение которого по-прежнему будет определяться скоростью движения проводника Б и индуцирующим зарядом.

Итак, если электрический заряд приближается к какому-либо проводнику или удаляется от него, то в этом проводнике появляется наведенный ток.

В электронных лампах функцию индуцирующего отрицательного заряда выполняет поток электронов, т. е. конвекционный ток. Этот ток всегда возбуждает наведенные токи в проводах, соединенных с электродами лампы. Наведенный ток увеличивается при увеличении числа и энергии летящих электронов, а также при уменьшении расстояния между ними и данным электродом.

Пусть, например, на анод диода с накаленным катодом подается постоянное напряжение. Тогда от катода к аноду внутри лампы начнет двигаться поток электронов, который вызовет наведенный ток во внешней части анодной цепи. Таким образом, анодный ток возникает не в тот момент времени, когда электроны достигают анода, а в момент, когда они начинают удаляться от катода.

В статическом или квазистатическом режиме, когда t_пр << Т, наведенный ток в анодной цепи диода равен конвекционному току. Это позволяет для данных режимов вообще не вводить понятие «наведенный ток». Но на СВЧ, когда за время пролета электронов от одного электрода к другому напряжения значительно изменяются, необходимо рассматривать наведенные токи в цепях электродов. Можно представить себе даже такой случай, когда электроны совершают колебания, например, в промежутке катод — анод, но из-за своей инерции не попадают на анод. Однако они создают в анодной цепи наведенный ток.

Рис. 24.4. Наведенный ток при движении электронов в поле, созданном постоянным напряжением

С учетом наведенного тока можно лучше понять преобразование энергии, совершающееся при движении электронов в электрическом поле. Рассмотрим для примера движение электронов в ускоряющем или тормозящем поле между двумя электродами, считая, что это поле создано источником ЭДС в виде батареи (рис. 24.4). Поток летящих внутри лампы электронов создает в цепи батареи наведенный ток, направление которого совпадает с направлением конвекционного тока. Здесь, как и везде далее, стрелки показывают направление движения электронов от минуса к плюсу, а не условное направление тока от плюса к минусу. Нетрудно видеть, что при ускоряющем поле (рис. 24.4, а) наведенный ток, проходящий через батарею, будет для нее разрядным током. Батарея разряжается, т. е. расходует свою энергию, которая с помощью электрического поля передается летящим электронам и увеличивает их кинетическую энергию. А при тормозящем поле (рис. 24.4,б) наведенный ток, наоборот, будет для батареи зарядным током, т. е. электроны отдают свою энергию, которая накапливается в батарее. Процессы заряда и разряда аккумуляторной батареи наведенным током, конечно, не имеют практического применения в технике СВЧ и описаны только в качестве примера.

Рис. 24.5. Наведенный ток при движении электронов в поле, созданном переменным напряжением колебательного контура

Следует учитывать также возникновение наведенных токов в колебательных контурах, подключенных к лампе. На рис. 24.5 изображен колебательный контур, состоящий из индуктивности L и емкости С, которой может быть емкость между двумя электродами лампы. Пусть в контуре происходят свободные затухающие колебания. Тогда на зажимах контура и на электродах лампы будет переменное напряжение. Предположим, что между электродами движется поток электронов (каким способом он получен, пока не имеет значения).

Если поле, созданное напряжением электродов, тормозит электроны (рис. 24.5, а), то наведенный ток будет током, питающим контур. Действительно, направление этого тока таково, что создаваемое им в контуре напряжение совпадает по фазе с напряжением, имеющимся в контуре от свободных колебаний. Это значит, что наведенный ток препятствует затуханию колебаний. Иначе говоря, часть кинетической энергии летящих электронов передается в контур и поддерживает там колебательный процесс.

Но если поле, созданное переменным напряжением, будет ускоряющим для электронов (рис. 24.5,б), то наведенный ток создает в контуре падение напряжения, противоположное по фазе переменному напряжению свободных колебаний, т. е. способствующее более быстрому их затуханию. В данном случае контур тратит часть своей энергии на увеличение скорости полета электронов, и поэтому затухание колебаний в контуре усиливается.

Таким образом, для ослабления затухания, т. е. для поддержания колебаний в контуре, подключенном к электродам лампы, необходимо направлять в пространство между электродами поток электронов в те промежутки времени, когда электрическое поле будет тормозящим.

Чтобы лучше представить себе возникновение наведенного тока, следует изучить этот процесс в диоде. Полученные при этом выводы будут справедливы и для любой другой системы из двух электродов. Для упрощения рассуждений рассмотрим случай, когда анодное напряжение представляет собой импульс прямоугольной формы, длительность которого соизмерима с временем пролета. Графики этого напряжения и наведенного тока в проводах анода и катода диода приведены на рис. 24.6, а. На рис. 24.6,б показано для различных моментов времени распределение электронного потока, т.е. конвекционного тока, в промежутке анод — катод.

Рис. 24.6. Наведенный ток в диоде

В момент t₁электроны начинают двигаться от катода (точнее, от «электронного облачка» около катода) и возникает наведенный ток. Промежуток анод — катод еще не заполнен электронами. Через некоторое время, в момент t₂, значительная часть этого промежутка уже заполнена электронами. Так как они движутся в ускоряющем поле, то скорость их больше, чем в момент t₁,. Благодаря этому наведенный ток становится больше и скорость его нарастания увеличивается. В момент t₃ электроны достигают анода и все пространство анод — катод заполнено движущимися электронами. Наведенный ток становится максимальным. Такое положение сохраняется до конца импульса напряжения (момент t₄). после чего новые электроны уже не будут двигаться от катода к аноду. А электроны, заполняющие промежуток анод — катод, продолжают по инерции двигаться к аноду. Число их уменьшается, т. е. промежуток «очищается» от электронов, и соответственно уменьшается наведенный ток (момент t₅). Когда в момент t₆в промежутке анод — катод не остается электронов, наведенный ток становится равным нулю. Как видно, импульс наведенного тока растянут во времени по сравнению с импульсом напряжения и отстает от последнего, т. е. позже достигает максимума и позже спадает до нуля.

Если после положительного импульса анодного напряжения последует отрицательный импульс, то часть электронов все же долетит до анода, а другая часть затормозится настолько, что остановится и станет возвращаться на катод.

Следовательно, возникает конвекционный ток обратного направления и соответственно создается импульс обратного наведенного тока. Аналогичные явления происходят и при подаче на диод переменного синусоидального напряжения.

Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность

Наводка напряжения на линиях воздушной электропередачи возникает не так уж редко. Это наведенное напряжение также возникает в бытовых условиях и в электроустановках, связанных с линиями электропередач. Это явление создает такую же опасность для жизни человека, как и рабочее напряжение. Для того, чтобы правильно защитить себя от такого опасного явления, необходимо рассмотреть природу его появления.

Причины возникновения

Наведенное напряжение может появиться на воздушной линии электропередач, которая выведена в ремонт и отключена от питания, из-за воздействия на нее находящейся рядом действующей электроустановки, либо другой линии под напряжением. Действие оказывает не сама линия или электроустановка, а их электромагнитное поле.

Поэтому, воздушная линия, параллельно протянутая возле обесточенной линии, наводит внешний потенциал, представляющий большую опасность для ремонтного и обслуживающего персонала. Величина такого наведенного напряжения не является постоянной, и меняется в зависимости от длины участка линии, параллельной действующей, а также значения рабочего напряжения, тока нагрузки, удаленности фазных проводников, погодных условий.

Наведенное напряжение на линии электропередач разделяется по видам воздействия:

Электромагнитная часть. Возникает вследствие воздействия магнитного поля, появляющегося от течения электрического тока по действующей линии электропередач. Особенностью и отличием такой составляющей является фактор того, что при заземлении линии в разных нескольких местах, электромагнитное влияние не исчезает и ее величина остается прежней. Влияет разве что нахождение точки нулевого потенциала.
Электростатическая составляющая. Она отличается от электромагнитной тем, что исчезает путем подключения заземления на краях линии и в месте производства работы. Уменьшить значение наведенного напряжения можно путем заземления одной точки линии.

Разберемся, отчего возникает наводка, и каков его принцип действия. На рисунке изображен проводник А-А. При прохождении по нему переменного тока образуется электромагнитное поле, действие которого снижается по мере удаления от провода (окраска менее яркая).

Пульсации электромагнитного поля также изменяются при изменении величины электрического тока и его направления. Если в это поле попадает другой проводник, то в нем возникает наводка. На рисунке показаны провода с подсоединенными приборами измерения для контроля значения напряжения.

Необходимо определить, какая величина напряжения будет опасной для человека, обслуживающего линию электропередач. Принято считать, что наличие на отключенной воздушной линии наведенного напряжения не более 25 вольт, предполагает применение защитных мер обычного использования.

Если это значение будет превышено, то требуются специальные средства безопасности и осуществление мероприятий, создающих необходимую степень защиты от опасного действия потенциала напряжения. Такими мерами являются отключение заземления по концам линии, подключение заземления на рабочем участке воздушной линии, а также возможен разрез проводника на отдельные части.

Опасность наведенного напряжения

Это явление считается более опасным и уникальным в отличие от действующего рабочего напряжения, ввиду того, что защитные устройства на него не действуют. Если электромонтер попадет под наводку, то под его действием он будет находиться, пока не освободится от него. А при воздействии рабочего напряжения срабатывает устройство защиты и электричество автоматически отключается.

При коротком замыкании на действующей линии осуществляется наводка на обесточенную линию, и ток возрастает в несколько раз. Это оказывает опасное воздействие на ремонтный персонал, работающий на обесточенной линии передач. Последствия таких наведений напряжения бывают очень серьезными: сильные ожоги тела, поражения током важных органов, летальные исходы. Поэтому необходимо соблюдать правила безопасности при работах на выключенных линиях электропередач.

Наведенное напряжение может достигать несколько десятков киловольт. Иногда приходится работать одновременно в нескольких местах. Работая с вышки, ее обязательно необходимо заземлить. При этом нельзя забывать о выравнивании потенциала провода заземления и корзины вышки, с которой производится работа. При заземлении линии по ее концам, на участке работы напряжение может превысить допустимую величину, так как нулевой потенциал сместится в точку между заземлениями. Если возникла необходимость работы на линии в нескольких местах, то вся линия должна быть разделена на отдельные участки, электрически не связанные между собой. На таком участке можно приступить к ремонту, заземлившись в одной лишь точке.

Для гарантии безопасности необходимо устанавливать на рабочем месте два заземления. Случится что-нибудь с одним заземлением – подстрахует второе. Это особенно необходимо, если предстоит разъединить провод. До разъединения провода заземление следует устанавливать с обеих сторон от места предполагаемого разрыва с обязательным подсоединением их к одному заземлению.

Теперь можно разъединить шлейф, не опасаясь, что замкнете на себя уравнительный ток между концами провода. Заземлив линию в единственной точке на участке только на месте работы, можете быть уверены, что вашей жизни ничто не угрожает.

Нельзя забывать об основных мерах безопасности при осуществлении различных измерений на линии. Соединительные провода, вольтметр и рама разъединителя могут быть под напряжением, поэтому для безопасности необходимо перед измерением собрать схему измерений, а потом уже подключать ее к проводникам фаз.

Соединительные проводники должны иметь изоляцию, которая рассчитана на минимальное напряжение 1 кВ. Работники должны находиться в диэлектрических перчатках и ботах. Если при измерении напряжения будет нужно изменить пределы шкалы прибора, то сначала отключают от напряжения всю схему измерений от воздушной линии.

Наведенное напряжение в квартире

Явление наводки напряжения кроме воздушных линий может возникать и в бытовых условиях в квартире, либо собственном доме в бытовой сети. Наводка возникает в кабеле, находящемся рядом с проводником, подключенным к бытовой сети. Рассмотрим это на примере.

При отключенном выключателе на лампах освещения, которые имеют в своей конструкции светодиоды, может появиться слабое свечение. Это явление образуется вследствие расположенного рядом проводника питания фазного напряжения. Поэтому при воздействии электромагнитного поля возникает наведенное напряжение, хотя и незначительное, но достаточное для слабого свечения светодиодов.

Другим примером может служить наведенное напряжение в розетке. Она появляется в том случае, если образовался обрыв провода ноля. При этом, измеряя индикатором в розетке напряжение, обнаруживаются две фазы. На самом деле фаза одна. Вторая фаза исчезнет после устранения обрыва нулевого проводника.

Наведенное напряжение, что это такое, как защитится

Наведенное напряжение — невидимый враг, который в электрических сетях с высоким U может привести к сильным ожогам, нарушению работы внутренних органов и даже смерти.

В бытовой сети такие риски отсутствуют из-за низкого потенциала, но игнорировать опасность все равно не стоит.

Ниже рассмотрим, что такое наведенное напряжение, и как от него защититься. Укажем причины появления такого фактора на ВЛ (высоковольтной линии), в проводке, квартире и электрических установках.

Знание этих особенностей позволит защититься от негативных воздействий и лучше понимать природу электрического тока в целом.

Что это такое?

Под термином «наведенное напряжение» скрывается потенциал, который возникает в зоне электромагнитного влияния действующих электроустановок или проводников электротока.

Такая наводка может возникать в зоне высоковольтных линий, электрических установок высокого U и даже бытовой сети. Явление наведенного напряжения состоит из 2-х составляющих, которые рассмотрим подробнее.

Электростатика

Создание потенциала объясняется распространением электрического поля от источника электричества, находящегося в непосредственной близости.

Наибольшее воздействие характерно для двух проводов, которые расположены рядом и находятся параллельно друг относительно друга. При этом один находится под U, а второй нет.

Величина наведенного напряжения зависит от следующих аспектов:

Размер разности потенциалов.
Расстояние от источника питания с напряжением до другого элемента.

Для лучшего понимания систему можно сравнить с одним или несколькими конденсаторами. Формально наводка формируется по всей длине проводника.

Во избежание накопления заряда необходимо заземлить отключенный проводник. В таком случае наведенное напряжение пойдет в землю, а работа будет безопасна для человека.

Для расчета статического напряжения необходимо перемножить два элемента:

Коэффициент емкостного воздействия. Его размер можно получить в справочнике, а сам параметр зависит от расстояния до источника U и типа проводника.
Рабочее напряжение.

Чем больше U и чем ближе находится проводник, тем выше наведенный параметр.

Для расчета максимального наведенного напряжения применяется формула:

Электромагнитная составляющая

Существует еще один тип наводки — ЭМ наведенное напряжение. Его суть состоит в распространении магнитного поля на определенной территории во все стороны от проводника.

Чем сильнее ЭМ поле, тем выше наведенное U в отключенном проводнике.

Наведенная ЭДС в отключенной линии электропередача будет равна:

При заземлении проводника в месте соединения с землей потенциал будет равен нулю, но по мере удаления от этого места он увеличится. Это означает, что максимальный параметр разницы потенциалов будет на наиболее удаленных концах линии (ВЛ или КЛ).

Напряжение в точке х относительно земли будет равно:

В чем опасность?

Наведенное напряжение имеет не меньшую опасность, чем обычный потенциал. Если при КЗ проводника работает релейная защита и отсекает аварийный участок, в случае с наведенным U все сложнее. Здесь защитные устройства не сработают, поэтому человек может оказаться под длительным воздействием негативных факторов.

При КЗ на рабочей линии, которая находится возле отключенного участка, на обесточенной ВЛ наведенное напряжение увеличивается в несколько раз. В результате ремонтный персонал оказывается под действием наведенного U, что может привести к ожогам и даже остановке сердца. Величина параметра может достигать 10-20 тысяч Вольт.

В ПУЭ прописано, что U выше 25 В уже опасно для здоровья человека. Вот почему важно внимательно подходить к этому обстоятельству и принимать меры, обеспечивающие дополнительную защиту. Как защититься от проводки, будет рассмотрено ниже в статье.

Причины появления

При рассмотрении вопроса, связанного с наводкой, важно понимать причины его появления. Для лучшего понимания рассмотрим несколько ситуаций — для квартиры, электрической проводки, электроустановок и ВЛ.

В квартире

Наводка в обычной сети 220 В появляется при обрыве 0-го проводника на ВЛ или до входа в квартиру (дом). Если проверить напряжение с помощью индикатора, лампочка будет светиться в любом из отверстий.

На самом деле, U присутствует только на одном из проводов (фазном), а второй принимает наведенный потенциал. Появляется такое явление, как две фазы в розетке.

После восстановления линии или возврата нуля ситуация нормализуется.

При выполнении ремонтных работ в квартире необходимо отключить входной автомат или достать предохранители, чтобы исключить попадание под напряжение.

В электропроводке

Одним из признаков наведенного напряжения является свечение экономки при отключенном свете. При этом напряжение может достигать 40-60 В.

Такая ситуация возникает при параллельной прокладке линий, питающих розетки и осветительные устройства в квартире.

Для устранения проблемы необходимо пересмотреть маршруты проводки и убедиться в правильности выполнения заземления или зануления.

Но существует еще одна причина. При создании проводки используются 2-х или 3-х жильные провода. Как правило, кабельная продукция укладывается в короба, откуда проводники направляются к своим потребителям.

Если выключатель разделяет не фазный, а нулевой провод, появляется наведенное U. Оно имеет небольшую величину, как отмечалось выше, но ее достаточно для зажигания диодного освещения.

Для решения проблемы необходимо поменять фазу и ноль местами. Сделать это не всегда удается, ведь один из проводов с коробки идет напрямую к источнику света и не проходит через выключатель.

В электроустановках

Выключатели, силовые трансформаторы, трансформаторы тока и напряжения, а также другие электроустановки неизбежно связаны с линией электропередач. Вот почему они часто попадают под наведенное напряжение и чаще всего это происходит при обрыве 0-го проводника.

Во многих электроустановках применяются изолированные кабели, внутри которых находятся плотно уложенные проводники.

Несмотря на небольшую длину участков, может появляться сильная наводка с большими рисками для персонала. Вот почему при выполнении таких работ важно принимать защитные меры, использовать СИЗ и следовать требованиям ПУЭ.

На линии электропередач

Выше мы отмечали, что электростатическая составляющая наводки имеет идентичный потенциал по всей длине проводника. Для расчета нужного значения коэффициент емкостной связи умножается на рабочее влияющее напряжение.

Для обеспечения защиты работников достаточно одного заземления в любой точке.

Отметим, что статическое U может возникнуть не только при наличии рядом ЭМ полей, но и других факторов — молнии или полярного сияния.

Как защититься, меры безопасности

Из сказанного видно, что наведенное напряжение несет большие риски, что требует ответственности реализации мероприятий по защите людей от попадания в опасную зону.

Организационные меры безопасности:

Работники, выполняющие работы в области наводки, должны иметь 3-ю группу по электробезопасности, а руководитель работ — 4-ю.
Наличие опыта работ по ремонту и обслуживанию силовых линий, а также элементов молниезащиты.
Организация параметра безопасности возле рабочего места, выполнение мероприятий, указанных в заявке и наряде-допуске.
Нулевой провод в измеряемой группе считается таковым, что находится под U.
Начало и завершение работ оформляется в письменном виде. Как правило, заполняется журнал допуска с подписью работников, заполняется наряд-допуск.

Измерения и работы нельзя проводить в условиях сильного тумана или ветра, осадков или плохой видимости. Если в процессе измерений работник выявляет поврежденный элемент ВЛ или КЛ, работы останавливаются до устранения неполадки.

При работе на линиях с наводкой необходимо учесть следующие нюансы:

Заземление должно находиться в зоне видимости рабочего места.
При наличии только статического напряжения достаточно одного заземления, но для надежности лучше установить заземлитель в двух местах. Если одно из устройств выйдет из строя, второе подстрахует.
В случае с электромагнитной проводкой принимаются более серьезные меры безопасности. В этом случае заземление ставится непосредственно на рабочем месте. В этом случае наведенный потенциал в месте выполнения работ будет равен нулю.

Заземление — надежный способ защититься от наведенного напряжения. Но даже в этом случае отключенная линия будет находиться под негативным воздействием.

Для работы можно выбрать один из вариантов:

Отключение электроустановок, которые находятся параллельно к рабочей линии. В таком случае ремонтные работы должны выполняться как можно быстрее, чтобы исключить простой потребителей без электричества или длительное снижение надежности сети.
Разделение ремонтируемой линии на несколько участков, которые не имеют электрической связи. Здесь работает принцип, который упоминался выше. Речь идет о том, что величина наводки напрямую зависит от длины участка.
Работы под напряжением или с его отключением, но с применением специальных средств персональной защиты. В таком случае действия работника несколько скованы, но зато удается избежать отключения или снижения надежности сети.

Для обеспечения личной безопасности применяются следующие изделия:

Сигнализаторы напряжения — показывают факт наличия U или наводки.
Применение защитной одежды и ковриков на диэлектрической основе во избежание прохождения тока через организм человека.
Использование указателей напряжения, а также электроизолирующих штанг для проверки уровня наведенного U.
Работа в ботах и изолирующих перчатках.

При использовании измерительных устройств и СИЗ необходимо ориентироваться на класс U, для которого они предусмотрены.

Итоги

Опасность наведенного напряжения нельзя недооценивать. При отсутствии необходимой защиты и нахождении отключенной линии в зоне влияния проводника под напряжением наводка может оказаться опасной для жизни.

Осознание возможных рисков, установка заземлений, следованием правилам ПУЭ и применение СИЗ позволяет свести опасность к минимуму.

Эти правила обязательны к выполнению в электроустановках, на КЛ и ВЛ, а также должны приниматься во внимание при выполнении работы в бытовой сети 220 В.

Определение наведенного напряжения в электрике

Наведённым называют напряжение, возникающее в обесточенном проводнике, находящемся под воздействием располагающегося рядом высоковольтного оборудования или провода. Это явление уникально и представляет собой немалую опасность, по этой причине стоит узнать о нем более подробно.

Воздушная линия электропередачи

Для того чтобы разобраться в природе явления, придётся немного освежить в памяти уроки физики. Итак, что такое наведённое напряжение, и чем оно опасно?

Природа явления

Суть наведённого напряжения в том, что в обесточенном проводнике, который находится рядом с источником электромагнитного поля, возникает опасный потенциал. Источником излучения может стать находящаяся рядом с обесточенным проводом линия ВЛ или другое оборудование, создающее такое поле.

Наиболее ярким примером будет рассмотрение наведённого напряжения на ВЛ (воздушной линии электропередачи). При отключении одного провода от источника тока рядом находящийся провод электропередачи имеет электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт потенциал в обесточенном проводнике. Этот потенциал вполне может принимать опасные для здоровья и жизни значения, особенно при расположении рядом мощного источника магнитного поля.

Значение потенциала зависит лишь от рабочего напряжения, токов нагрузки и общего расположения относительно друг друга. Потенциал условно представлен суммой электромагнитной и электростатической частей:

Электростатическая составляющая наведённого потенциала обусловлена воздействием на проводник электрического поля рядом расположенного источника, в нашем случае это оставшийся в работе провод. Номинальное значение этого параметра зависит только от электрического потенциала влияющей ВЛ, это значение постоянно наводится действующим рядом источником поля. Наводка осуществляется на всем протяжении отключённого от источника тока проводника. Для снижения её до безопасного уровня достаточно заземлить её на любом участке сети;
Электромагнитная часть, она появляется от воздействия магнитных полей, которые создают токи фазных проводов. Отсюда её нестабильность, особенностью проявления этой составляющей служит то, что её значение неизменно на всем протяжении участка сети и не зависит от заземления или изоляции провода от земли. Наводка в этом случае не зависит от включённой линии, а только от параметров магнитного поля и отдаления. При изменении расположения или числе точек заземления на ВЛ меняется лишь расположение точки нулевого потенциала. Само же наведённое напряжение остаётся прежним.

Пикового значения электромагнитная часть достигает на концах взаимного влияния линий, на нашем примере это расположение отключённых линейных разъединителей. В этих точках и измеряется его значение. Стоит отметить, что даже в процессе определения значения обязательно заземление обоих концов ВЛ. Класс оборудования, применяемого для измерения значений и параметров тока, подбирается, исходя из расчётных параметров потенциала, чаще всего используются приборы с пределом измерения не менее 0,5-1 кВ.

В процессе измерения потенциала обязательно соблюдение правил техники безопасности, ввиду того что вольтаж может иметь значение намного выше расчётного. Нарушение правил техники безопасности чревато электротравмой или ожогами.

Понятно, что электростатическую составляющую можно легко исключить и тем самым обеспечить безопасность работы по обслуживанию или ремонту отключённого провода. Но с электромагнитной частью потенциала справиться не так легко. Одним из вариантов борьбы с ним служит процесс разделения линии на отдельные участки, электрически не связанные между собой, либо работы под воздействием напряжения. Согласно нормам ПУЭ, номинальное значение до 25В считается формально неопасным и позволяет проводить работу при строгом следовании правилам техники безопасности .

Тем не менее, на сегодняшний день существует мнение, что требования Правил охраны труда на электрообъектах несколько устарели. Ряд специалистов считает, что заземление воздушной линии электропередачи в одной точке и такелажная схема не обеспечивают безопасность монтажников. По этой причине требуются другие способы обеспечения защиты ремонтных бригад при работе.

Важно! Нужно отметить, что несмотря на приведённый пример, источником наводки тока может служить не только рядом расположенная ВЛ, это просто наиболее яркий случай возникновения этого потенциала. Наведённые токи могут возникнуть в любом проводнике при наличии рядом работающего оборудования, создающего электромагнитное поле, в том числе генератора или трансформатора.

Работа на ВЛ

Явление в быту

Несмотря на сравнительно небольшое напряжение, используемое для бытовых электросетей, наводка токов может возникнуть и внутри дома или квартиры. Достаточно часто это можно видеть на светодиодных лампах или лентах, чей провод включения проходит рядом с кабелем, который находится под напряжением, он и производит наводку напряжения на провод или сами лампы. Под влиянием наведённого тока лампочки начинают светиться.

Также в качестве примера можно рассмотреть розетку при обрыве провода ноля в ней. При использовании индикатора можно обнаружить в розетке две фазы, несмотря на то, что она подключена к однофазной домашней сети. Для исчезновения второй фазы достаточно устранить обрыв.

Схема

Основы безопасности

Явление возникновения напряжения в проводнике под воздействием электромагнитного поля и статического электричества уникально, но вместе с тем оно достаточно опасно. Привычные устройства, обеспечивающие защиту, действуют на него избирательно, либо не действуют вообще. Примером может служить замыкание цепи при попадании в неё человека, в этом случае автоматика просто отключит источник питания. Но при наведённом потенциале сети нет, а, значит, при отключении устройства безопасности не будет. Это служит причиной того, что к наводке тока нужно относится внимательно и осторожно.

Безопасность работы при возможности существования наведённого напряжения обеспечивается, в первую очередь, правилами безопасности. Если есть хоть небольшая возможность его возникновения, то следует измерить вольтаж отключённого провода. При наличии его обеспечить безопасность монтажников. Правила безопасности проведения работ на отключённых линиях электропередач написаны на печальном опыте предыдущих поколений и изучения работы с токами различных типов.

Стоит учитывать! Фактическое значение наведённого напряжения может достигать десятка и более киловольт. Неаккуратное обращение с таким потенциалом может привести к поражению электротоком, вследствие чего к ожогам и другим травмам.

Основными мерами безопасности в этом случае служат:

работа в средствах индивидуальной защиты: резиновых перчатках, ботах с использованием диэлектрических ковриков и инструментов;
заземление и выравнивание потенциалов провода заземления и рабочего места электрика;
при необходимости проведения работ одновременно в нескольких местах обязательно разделение электросети на несколько не связанных между собой участков с последующим их заземлением;
дублирование заземления, особенно при разъединении основной линии, в этом случае заземление устанавливается с обеих сторон места отреза провода.

Только в этом случае можно приступать к работе, уже не опасаясь замкнуть на себя ток, наводка которого в этом случае затруднена.

При проведении контрольно-измерительных операций также стоит озаботиться безопасностью. Все сборки схем измерений производятся перед подключением, а не в процессе или после него. При изменении контрольно-измерительной схемы её предварительно отключают от линии электропередачи.

Замер

Наведённое напряжение – уникальное физическое явление, в этом случае источником тока служит расположенный неподалёку объект-излучатель. Вполне возможно именно этот эффект и хотел использовать в своей работе Никола Тесла, создавая свою башню для воздушной передачи энергии. Но на настоящее время полезное использование наведённых токов невозможно, а вот борьба с ними продолжается с переменным успехом. Пока наука смогла обеспечить безопасную работу с ним. Но кто знает, что будет дальше. Вполне возможно, именно эффект наведённого напряжения в последующем послужит человечеству для передачи энергии на расстояния без использования линий проводников.

Видео

Оцените статью:

Наведенный ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Наведенный ток

Cтраница 1

Наведенные токи уменьшают входное сопротивление лампы, что равносильно увеличению нагрузки источника входного сигнала. Одновременно возрастают потери энергии в лампе, ухудшается ее тепловой режим и, как следствие, уменьшается полезная мощность на выходе каскада. [1]

Наведенный ток / нав ( 1) во втором резонаторе связан с / ы со отношением (1.40) и совпадает с ним по фазе. [2]

Наведенный ток отталкивает ток плазмы от стенки и, как показывают расчеты [92], пинч с вмороженным продольным полем устойчив, если Ъ 5а, где Ъ — радиус кожуха. [3]

Входной наведенный ток в цепи сетки содержит активную и емкостную составляющие. [4]

Этот наведенный ток течет по цепи до тех пор, пока электрон продолжает двигаться. [6]

Этот наведенный ток протекает до тех пор, пока частица не достигнет точки В, где она попадает уже в область 2 — 3 и вызывает, аналогично, появление наведенного тока / нав2 — з — На очень низких частотах ток, наведенный потоком заряженных частиц, равен конвекционному току. В этом случае через прибор М3 ток не проходит; показания приборов М и М2 одинаковы. [7]

Взаимодействие наведенного тока с магнитным потоком согласно принципу Ленца тормозит движение и создает успокаивающий момент. Успокоение подвижной части приборов магнитоэлектрической системы достаточно сильнее; при включении прибора подвижная часть устанавливается в положение, соотьетствующее измеряемой величине, после одного-двух колебаний. [9]

Взаимодействие наведенного тока / с силовыми линиями магнитного поля В приводит к возникновению упругих сил Т, направленных перпендикулярно плоскости рисунка. Это и требуется для возбуждения наклонных поперечных волн, поляризованных перпендикулярно плоскости преломления. [10]

Зависимость наведенного тока i от мощности дозы представляет интерес для выяснения механизма проводимости. [11]

Взаимодействие наведенного тока с магнитным потоком согласно принципу Ленца тормозит движение и создает успокаивающий момент. [13]

Нагрев наведенным током конструкций, находящихся вблизи токоведущих частей, по которым протекает ток, и доступных для прикосновения персонала, должен быть не выше 50 С. [14]

Нагрев наведенным током конструкций, находящихся вблизи токоведущих частей, по которым протекает ток, 31 доступных для прикосновения персонала, должен быть не выше 50 С. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Что такое закон индукции Фарадея?

Закон индукции Фарадея описывает, как электрический ток создает магнитное поле и, наоборот, как изменяющееся магнитное поле генерирует электрический ток в проводнике. Английский физик Майкл Фарадей получил признание за открытие магнитной индукции в 1830 году; однако, по данным Техасского университета, американский физик Джозеф Генри, независимо друг от друга, сделал то же открытие примерно в то же время.

Значение открытия Фарадея невозможно переоценить.Магнитная индукция позволяет создавать электродвигатели, генераторы и трансформаторы, которые составляют основу современных технологий. Понимая и используя индукцию, мы получаем электрическую сеть и многие вещи, которые мы к ней подключаем.

Позже закон Фарадея был включен в более полные уравнения Максвелла, по словам Майкла Дабсона, профессора физики в Университете Колорадо в Боулдере. Уравнения Максвелла были разработаны шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, чтобы объяснить взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, по сути объединив их в единую электромагнитную силу и описав электромагнитные волны, из которых состоят радиоволны, видимый свет и рентгеновские лучи.

Электричество

Электрический заряд — фундаментальное свойство материи, согласно Рочестерскому технологическому институту. Хотя трудно описать, что это на самом деле, мы хорошо знакомы с тем, как он ведет себя и взаимодействует с другими зарядами и полями. По словам Серифа Урана, профессора физики в Питтсбургском государственном университете, электрическое поле от локализованного точечного заряда относительно просто. Он описывает его как излучающий одинаково во всех направлениях, как свет от голой лампочки, и уменьшающийся в силе как обратный квадрат расстояния (1/ r ²) в соответствии с законом Кулона.Когда вы отодвигаетесь вдвое дальше, напряженность поля уменьшается до одной четвертой, а когда вы удаляетесь в три раза дальше, она уменьшается до одной девятой.

Протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому перенос заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому по своим зонам проводимости, которые являются высшими электронными орбитами.Достаточная электродвижущая сила (ЭДС) или напряжение вызывает дисбаланс заряда, который может заставить электроны перемещаться по проводнику из области с более отрицательным зарядом в область с более положительным зарядом. Это движение мы называем электрическим током.

Магнетизм

Чтобы понять закон индукции Фарадея, важно иметь базовые представления о магнитных полях. По сравнению с электрическим полем магнитное поле более сложное. По данным Государственного университета Сан-Хосе, хотя положительные и отрицательные электрические заряды могут существовать отдельно, магнитные полюса всегда приходят парами — северный и южный.Как правило, магниты всех размеров — от субатомных частиц до магнитов промышленных размеров до планет и звезд — являются диполями, то есть каждый из них имеет два полюса. Мы называем эти полюса северным и южным по направлению, в котором указывают стрелки компаса. Интересно, что поскольку противоположные полюса притягиваются и, как полюса, отталкиваются, северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные полюса стрелок компаса.

Магнитное поле часто изображают в виде линий магнитного потока.В случае стержневого магнита силовые линии выходят из северного полюса и изгибаются, чтобы снова войти в южный полюс. В этой модели количество силовых линий, проходящих через заданную поверхность в пространстве, представляет собой плотность потока или напряженность поля. Однако следует отметить, что это всего лишь модель. Магнитное поле гладкое и непрерывное и на самом деле не состоит из дискретных линий.

Силовые линии магнитного поля от стержневого магнита. (Изображение предоставлено snapgalleria Shutterstock)

Магнитное поле Земли создает огромный магнитный поток, но он рассредоточен по огромному пространству.Следовательно, только небольшое количество потока проходит через данную область, что приводит к относительно слабому полю. Для сравнения, магнитный поток от магнита-холодильника крошечный по сравнению с магнитным потоком Земли, но его сила поля во много раз сильнее на близком расстоянии, где его силовые линии гораздо более плотно упакованы. Однако по мере удаления поле быстро становится намного слабее.

Индукция

Если пропустить через провод электрический ток, вокруг него возникнет магнитное поле.Направление этого магнитного поля можно определить по правилу правой руки. По данным физического факультета Университета штата Нью-Йорк Буффало, если вы вытянете большой палец и согнете пальцы правой руки, ваш большой палец будет указывать в положительном направлении тока, а пальцы согнуты в северном направлении магнитного поля. .

Правило левой и правой руки для магнитного поля, вызванного током в прямом проводе. (Изображение предоставлено Фуадом А. Саадом Shutterstock)

Если вы согнете провод в петлю, силовые линии магнитного поля согнутся вместе с ним, образуя тороид или форму пончика.В этом случае ваш большой палец указывает в северном направлении магнитного поля, выходящего из центра петли, а ваши пальцы будут указывать в положительном направлении тока в петле.

В круговой петле с током (а) правило правой руки определяет направление магнитного поля внутри и вне петли. (б) Более подробное отображение поля, подобное полю стержневого магнита. (Изображение предоставлено OpenStax)

Если мы пропустим ток через проволочную петлю в магнитном поле, взаимодействие этих магнитных полей вызовет скручивающую силу или крутящий момент в петле, заставляя ее вращаться, согласно данным Рочестерского института. Технология.Однако он будет вращаться только до тех пор, пока магнитные поля не выровняются. Если мы хотим, чтобы петля продолжала вращаться, мы должны изменить направление тока, что изменит направление магнитного поля петли. Затем петля повернется на 180 градусов, пока ее поле не выровняется в другом направлении. Это основа электродвигателя.

И наоборот, если мы вращаем проволочную петлю в магнитном поле, поле будет индуцировать электрический ток в проводе. Направление тока меняется каждые пол-оборота, создавая переменный ток.Это основа электрогенератора. Здесь следует отметить, что это не движение провода, а скорее размыкание и замыкание петли по отношению к направлению поля, которое индуцирует ток. Когда петля обращена лицом к полю, через петлю проходит максимальное количество магнитного потока. Однако, когда петля повернута ребром к полю, силовые линии не проходят через петлю. Именно это изменение количества потока, проходящего через контур, вызывает ток.

Другой эксперимент, который мы можем провести, — сформировать из провода петлю и подключить концы к чувствительному измерителю тока или гальванометру.Если затем протолкнуть стержневой магнит через петлю, стрелка гальванометра переместится, указывая на индуцированный ток. Однако, как только мы останавливаем движение магнита, ток возвращается к нулю. Поле от магнита будет индуцировать ток только тогда, когда он увеличивается или уменьшается. Если мы вытащим магнит обратно, он снова вызовет ток в проводе, но на этот раз он будет в противоположном направлении.

Магнит в проволочной петле, подключенной к гальванометру. (Изображение предоставлено: Фуад А.Saad Shutterstock)

Если бы мы включили в цепь лампочку, она рассеивала бы электрическую энергию в виде света и тепла, и мы бы чувствовали сопротивление движению магнита, когда мы перемещали его внутрь и из контура. . Чтобы переместить магнит, мы должны выполнять работу, эквивалентную энергии, используемой лампочкой.

В еще одном эксперименте мы могли бы построить две проволочные петли, соединить концы одной с батареей с помощью переключателя и подключить концы другой петли к гальванометру.Если мы поместим две петли близко друг к другу лицом к лицу и включим питание первой петли, гальванометр, подключенный ко второй петле, покажет индуцированный ток, а затем быстро вернется к нулю.

Здесь происходит то, что ток в первом контуре создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток во втором контуре, но только на мгновение, когда магнитное поле изменяется. Когда вы выключаете переключатель, счетчик на мгновение отклоняется в противоположном направлении.Это еще один признак того, что ток индуцирует изменение интенсивности магнитного поля, а не его сила или движение.

Объяснение этому состоит в том, что магнитное поле заставляет электроны в проводнике двигаться. Это движение мы называем электрическим током. В конце концов, однако, электроны достигают точки, в которой они находятся в равновесии с полем, и в этой точке они перестают двигаться. Затем, когда поле снимается или выключается, электроны возвращаются в свое исходное положение, создавая ток в противоположном направлении.

В отличие от гравитационного или электрического поля, магнитное дипольное поле представляет собой более сложную трехмерную структуру, сила и направление которой различаются в зависимости от места измерения, поэтому для ее полного описания требуется расчет. Однако мы можем описать упрощенный случай однородного магнитного поля — например, очень маленький участок очень большого поля — как Φ B = BA , где Φ B — абсолютное значение магнитного потока. , B, — это напряженность поля, а A, — это определенная область, через которую проходит поле.Наоборот, в этом случае напряженность магнитного поля — это поток на единицу площади, или B = Φ B / A .

Закон Фарадея

Теперь, когда у нас есть базовое понимание магнитного поля, мы готовы определить закон индукции Фарадея. В нем говорится, что индуцированное напряжение в цепи пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, проходящего через эту цепь. Другими словами, чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет напряжение в цепи.Направление изменения магнитного поля определяет направление тока.

Увеличить напряжение можно за счет увеличения количества витков в цепи. Индуцированное напряжение в катушке с двумя петлями будет вдвое больше, чем с одной петлей, а с тремя петлями — втрое. Вот почему настоящие двигатели и генераторы обычно имеют большое количество катушек.

Теоретически моторы и генераторы одинаковы. Если вы включите двигатель, он будет вырабатывать электричество, а подача напряжения на генератор заставит его вращаться.Однако большинство реальных двигателей и генераторов оптимизированы только для одной функции.

Трансформаторы

Еще одним важным приложением закона индукции Фарадея является трансформатор, изобретенный Николой Тесла. В этом устройстве переменный ток, который меняет направление много раз в секунду, проходит через катушку, намотанную вокруг магнитного сердечника. Это создает изменяющееся магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует ток во второй катушке, намотанной вокруг другой части того же магнитного сердечника.

Схема трансформатора (Изображение предоставлено photoiconix Shutterstock)

Отношение числа витков в катушках определяет соотношение напряжения между входным и выходным током. Например, если мы возьмем трансформатор со 100 витками на входе и 50 витками на выходе, и введем переменный ток 220 вольт, выход будет 110 вольт. Согласно Hyperphysics, трансформатор не может увеличивать мощность, которая является произведением напряжения и тока, поэтому, если напряжение повышается, ток пропорционально понижается, и наоборот.В нашем примере входное напряжение 220 В при 10 А или 2200 Вт даст выходное напряжение 110 В при 20 А, опять же 2200 Вт. На практике трансформаторы никогда не бывают идеально эффективными, но, по данным Техасского университета, потери мощности хорошо спроектированного трансформатора обычно составляют всего несколько процентов.

Трансформаторы делают возможной электрическую сеть, от которой мы зависим для нашего промышленного и технологического общества. Линии электропередачи по пересеченной местности работают под напряжением в сотни тысяч вольт, чтобы передавать больше энергии в пределах допустимого тока проводов.Это напряжение многократно понижается с помощью трансформаторов на распределительных подстанциях, пока оно не достигнет вашего дома, где оно, наконец, понижается до 220 и 110 вольт, которые могут запустить вашу электроплиту и компьютер.

Дополнительные ресурсы

Закон индукции Фарадея: Закон Ленца

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Рассчитайте ЭДС, ток и магнитные поля, используя закон Фарадея.
Объясните физические результаты закона Ленца

Закон Фарадея и Ленца

Эксперименты Фарадея показали, что ЭДС, вызванная изменением магнитного потока, зависит только от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению магнитного потока Δ Φ . Во-вторых, ЭДС является наибольшей, когда изменение во времени Δ t наименьшее, то есть ЭДС обратно пропорциональна Δ t . Наконец, если катушка имеет Н витков, будет создана ЭДС, которая в Н в раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна Н .Уравнение для ЭДС, вызванной изменением магнитного потока, равно

[латекс] \ text {emf} = — N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Это соотношение известно как закон индукции Фарадея . Обычно единицами измерения ЭДС являются вольты. Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению магнитного потока Δ Φ — это известно как закон Ленца . Направление (обозначенное знаком минус) ЭДС настолько важно, что оно было названо законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри, независимо исследовал аспекты индукции.Фарадей знал о направлении, но Ленц так ясно изложил его, что ему приписывают его открытие. (См. Рисунок 1.)

Рис. 1. (a) Когда стержневой магнит вставляется в катушку, сила магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном стержневому магниту, чтобы противодействовать увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации. Убедитесь сами, что направление показанной наведенной катушки B действительно противостоит изменению магнитного потока и что показанное направление тока согласуется с RHR-2.

Стратегия решения проблем закона Ленца

Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:

Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
Определите направление магнитного поля B.
Определите, увеличивается или уменьшается поток.
Теперь определите направление индуцированного магнитного поля B. Оно противодействует изменению магнитного потока путем добавления или вычитания из исходного поля.
Используйте RHR-2, чтобы определить направление индуцированного тока I, ответственного за индуцированное магнитное поле B.
Направление (или полярность) наведенной ЭДС теперь будет управлять током в этом направлении и может быть представлено как ток, выходящий из положительного вывода ЭДС и возвращающийся к ее отрицательному выводу.

Для практики примените эти шаги к ситуациям, показанным на Рисунке 1, и другим, которые являются частью следующего текстового материала.

Применение электромагнитной индукции

Существует множество применений закона индукции Фарадея, которые мы исследуем в этой и других главах. На этом этапе позвольте нам упомянуть несколько, которые связаны с хранением данных и магнитными полями. Очень важное приложение связано с записью аудио и видео на магнитные ленты . Пластиковая лента, покрытая оксидом железа, проходит мимо записывающей головки. Эта записывающая головка представляет собой круглое железное кольцо, вокруг которого намотана катушка с проволокой — электромагнит (рис. 2).Сигнал в виде переменного входного тока от микрофона или камеры поступает на записывающую головку. Эти сигналы (которые являются функцией амплитуды и частоты сигнала) создают переменные магнитные поля на записывающей головке. Когда лента движется мимо записывающей головки, ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте изменяется, таким образом записывая сигнал. В режиме воспроизведения намагниченная лента проходит мимо другой головки, аналогичной по конструкции записывающей головке. Различная ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте индуцирует ЭДС в проволочной катушке в воспроизводящей головке.Затем этот сигнал отправляется на громкоговоритель или видеоплеер.

Рис. 2. Головки для записи и воспроизведения, используемые с аудио- и видеомагнитными лентами. (кредит: Стив Юрветсон)

Аналогичные принципы применимы и к жестким дискам компьютеров, но с гораздо большей скоростью. Здесь записи находятся на вращающемся диске с покрытием. Исторически считывающие головки создавались по принципу индукции. Однако входная информация передается в цифровой, а не аналоговой форме — на вращающемся жестком диске записывается серия нулей или единиц.Сегодня большинство считывающих устройств с жестких дисков не работают по принципу индукции, а используют технологию, известную как гигантское магнитосопротивление . (Открытие того факта, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке из железа и хрома могут вызывать гораздо большие изменения электрического сопротивления, было одним из первых крупных успехов нанотехнологии.) Еще одно применение индукции можно найти на магнитной полосе на магнитной полосе. на оборотной стороне вашей личной кредитной карты, которая использовалась в продуктовом магазине или в банкомате.Это работает по тому же принципу, что и аудио- или видеокассета, упомянутая в последнем абзаце, в которой голова считывает личную информацию с вашей карты.

Другое применение электромагнитной индукции — это когда электрические сигналы должны передаваться через барьер. Рассмотрим кохлеарный имплант , показанный ниже. Звук улавливается микрофоном на внешней стороне черепа и используется для создания переменного магнитного поля. Ток индуцируется в приемнике, закрепленном в кости под кожей, и передается на электроды во внутреннем ухе.Электромагнитная индукция может использоваться и в других случаях, когда электрические сигналы должны передаваться через различные среды.

Рис. 3. Электромагнитная индукция, используемая при передаче электрического тока через среды. Устройство на голове ребенка индуцирует электрический ток в приемнике, закрепленном в кости под кожей. (кредит: Бьорн Кнетч)

Еще одна современная область исследований, в которой электромагнитная индукция успешно реализуется (и имеет значительный потенциал), — это транскраниальное магнитное моделирование.Множество расстройств, включая депрессию и галлюцинации, можно объяснить нерегулярной локальной электрической активностью в головном мозге. В транскраниальной магнитной стимуляции быстро меняющееся и очень локализованное магнитное поле помещается рядом с определенными участками, идентифицированными в головном мозге. В идентифицированных участках индуцируются слабые электрические токи, которые могут привести к восстановлению электрических функций в тканях мозга.

Апноэ сна («остановка дыхания») поражает как взрослых, так и младенцев (особенно недоношенных детей, и это может быть причиной внезапной детской смерти [SID]).У таких людей дыхание может неоднократно останавливаться во время сна. Прекращение действия более чем на 20 секунд может быть очень опасным. Инсульт, сердечная недостаточность и усталость — вот лишь некоторые из возможных последствий для человека, страдающего апноэ во сне. У младенцев проблема заключается в задержке дыхания на это более длительное время. В одном из типов мониторов, предупреждающих родителей о том, что ребенок не дышит, используется электромагнитная индукция. В проводе, обмотанном вокруг груди младенца, проходит переменный ток. Расширение и сжатие грудной клетки младенца во время дыхания изменяет площадь спирали.В расположенной поблизости катушке звукоснимателя индуцируется переменный ток из-за изменяющегося магнитного поля исходного провода. Если ребенок перестанет дышать, наведенный ток изменится, и родители могут быть предупреждены.

Установление соединений: сохранение энергии

Закон Ленца — это проявление сохранения энергии. Индуцированная ЭДС создает ток, который противодействует изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии.Энергия может входить или уходить, но не мгновенно. Закон Ленца — следствие. Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. Фактически, если бы индуцированная ЭДС была в том же направлении, что и изменение потока, была бы положительная обратная связь, которая не давала бы нам бесплатную энергию из любого видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

Пример 1. Расчет ЭДС: насколько велика индуцированная ЭДС?

Рассчитайте величину наведенной ЭДС, когда магнит, показанный на Рисунке 1 (а), вдавливается в катушку, учитывая следующую информацию: одноконтурная катушка имеет радиус 6.00 см, а среднее значение B cos θ (это дано, поскольку поле стержневого магнита сложное) увеличивается с 0,0500 Тл до 0,250 Тл за 0,100 с.

Стратегия

Чтобы найти величину ЭДС , мы используем закон индукции Фарадея, как указано в [latex] \ text {emf} = — N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex], но без знака минус, указывающего направление:

[латекс] \ text {emf} = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Решение

Нам дано, что N = 1 и Δ t = 0.100 с, но мы должны определить изменение потока Δ Φ , прежде чем мы сможем найти ЭДС. Поскольку площадь петли фиксирована, мы видим, что

ΔΦ = Δ ( BA cos θ ) = AΔ ( B cos θ ).

Теперь Δ ( B cos θ ) = 0,200 Тл, поскольку было задано, что B cos θ изменяется от 0,0500 до 0,250 Тл. Площадь контура A = πr2 = (3,14…) ( 0,060 м) ² = 1,13 × 10 ⁻² м ².{2} \ right) \ left (0.200 \ text {T} \ right)} {0.100 \ text {s}} = 22.6 \ text {mV} \\ [/ latex].

Обсуждение

Хотя это напряжение легко измерить, его явно недостаточно для большинства практических приложений. Больше петель в катушке, более сильный магнит и более быстрое движение делают индукцию практическим источником напряжения, которым она и является.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея

Поиграйте с стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея.Поднесите стержневой магнит к одной или двум катушкам, чтобы лампочка загорелась. Просмотрите силовые линии магнитного поля. Измеритель показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Человек, работающий с большими магнитами, иногда помещает голову в сильное поле.Она сообщает, что у нее кружится голова, когда она быстро поворачивает голову. Как это может быть связано с индукцией?
Ускоритель частиц отправляет заряженные частицы с высокой скоростью по откачанной трубе. Объясните, как катушка с проволокой, намотанная на трубу, может обнаруживать прохождение отдельных частиц. Нарисуйте график выходного напряжения катушки при прохождении через нее одиночной частицы.

Задачи и упражнения

1. Как показано на Рисунке 5 (а), каково направление тока, индуцируемого в катушке 2: (а) Если ток в катушке 1 увеличивается? (b) Если ток в катушке 1 уменьшается? (c) Если ток в катушке 1 постоянный? Ясно покажите, как вы следуете шагам из приведенной выше стратегии решения проблем для закона Ленца .

Рис. 5. (a) Катушки лежат в одной плоскости. (б) Проволока находится в плоскости катушки.

2. Как показано на Рисунке 5 (b), в каком направлении индуцируется ток в катушке: (a) Если ток в проводе увеличивается? (б) Если ток в проводе уменьшается? (c) Если ток в проводе внезапно меняет направление? Ясно покажите, как вы следуете шагам из приведенной выше стратегии решения проблем для закона Ленца .

3. Как показано на рисунке 6, каковы направления токов в катушках 1, 2 и 3 (предположим, что катушки лежат в плоскости цепи): (a) Когда переключатель в первый раз замыкается? (б) Когда выключатель был замкнут в течение длительного времени? (c) Сразу после размыкания переключателя?

Рисунок 6.

4. Повторите предыдущую проблему с перевернутой батареей.

5. Убедитесь, что единицами измерения Δ Φ / Δ t являются вольты. То есть показать, что 1 Тл м ² / с = 1 В.

6. Предположим, что 50-витковая катушка лежит в плоскости страницы в однородном магнитном поле, направленном внутрь страницы. Змеевик изначально имел площадь 0,250 м 2 ². Он растягивается, чтобы не было площади за 0,100 с. Каковы направление и величина наведенной ЭДС, если однородное магнитное поле имеет напряженность 1.50 т?

7. (a) Техник МРТ перемещает свою руку из области очень низкой напряженности магнитного поля в поле 2,00 Тл сканера МРТ, указывая пальцами в направлении поля. Найдите среднюю ЭДС, индуцированную в его обручальном кольце, учитывая его диаметр 2,20 см и предполагая, что для его перемещения в поле требуется 0,250 с. (б) Обсудите, может ли этот ток существенно изменить температуру кольца.

8. Integrated Concepts Обратимся к ситуации в предыдущей задаче: (a) Какой ток индуцируется в кольце, если его сопротивление равно 0.0100 Ом? (б) Какая средняя мощность рассеивается? (c) Какое магнитное поле индуцируется в центре кольца? (d) Каково направление индуцированного магнитного поля относительно поля МРТ?

9. ЭДС индуцируется вращением катушки с 1000 витками диаметром 20,0 см в магнитном поле Земли 5,00 × 10 ⁻⁵ Тл. Какая средняя ЭДС индуцируется, если плоскость катушки изначально перпендикулярна полю Земли и повернута параллельно полю за 10,0 мс?

10.Катушка с 500 витками радиусом 0,250 м поворачивается на одну четверть оборота за 4,17 мс, первоначально ее плоскость перпендикулярна однородному магнитному полю. (Это 60 об / с.) Найдите напряженность магнитного поля, необходимую для индукции средней ЭДС 10 000 В.

11. Integrated Concepts Примерно как ЭДС, наведенная в петле на рисунке 5 (b), зависит от расстояния центра петли от провода?

12. Комплексные концепции (a) Молния создает быстро меняющееся магнитное поле.Если болт ударяется о землю вертикально и действует как ток в длинном прямом проводе, он вызывает напряжение в петле, выровненной, как показано на рисунке 5 (b). Какое напряжение индуцируется в петле диаметром 50,0 м 1,00 м от удара молнии 2,00 × 10 6 , если ток падает до нуля за 25,0 мкс? (б) Обсудите обстоятельства, при которых такое напряжение может привести к заметным последствиям.

Глоссарий

Закон индукции Фарадея:: средство вычисления ЭДС в катушке из-за изменения магнитного потока, заданное как [latex] \ text {emf} = — N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex]

Закон Ленца:: знак минус в законе Фарадея, означающий, что ЭДС, индуцированная в катушке, противодействует изменению магнитного потока

Избранные решения проблем и упражнения

1.(a) CCW (b) CW (c) Нет наведенного тока

3. (a) 1 против часовой стрелки, 2 против часовой стрелки, 3 по часовой стрелке (b) 1, 2 и 3 без наведенного тока (c) 1 CW, 2 CW, 3 CCW

7. (a) 3,04 мВ (b) В качестве нижнего предела для кольца, оценка R = 1,00 мОм. Передаваемое тепло составит 2,31 мДж. Это небольшое количество тепла.

9. 0,157 В

11. пропорционально [латексу] \ frac {1} {r} \\ [/ latex]

Индуцированный ток> Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

EM.2 (1) — Эксперимент Фарадея по электромагнитной индукции

В этой демонстрации используются индукционная катушка и лекционный гальванометр. Погруженный в катушку стержневой магнит создает в катушке электрический ток, который отображается на гальванометре. Когда магнит удаляется, возникает ток в противоположном направлении. Прогиб стрелки гальванометра хорошо виден всем классом.

Эксперимент Фарадея теперь проводится с одной петлей вместо катушки с проволокой.Прогиб гальванометра в этом случае намного меньше. Это также можно сделать с увеличивающимся числом петель, чтобы показать его зависимость от числа петель.

Верх

EM.2 (2) — Индукционные рельсы

К лекционному гальванометру подключаются две токопроводящие шины. Рельсы размещены вокруг магнитного поля большого подковообразного магнита. Когда проводник быстро скользит по рельсам, разрезая магнитное поле, возникает ЭДС.На индуцированную ЭДС указывает отклонение стрелки гальванометра. Переместите стержень в противоположном направлении, и стрелка гальванометра отклонится в противоположном направлении. Индуцированный ток направлен в таком направлении, чтобы создать магнитный поток, который противодействует изменению магнитного поля, вызванному скольжением проводника.

Верх

EM.2 (3) — Катушки с токовой связью

Две индукционные катушки соединены длинными проводами и расположены далеко друг от друга в аудитории.Рядом с ними расположены высокие стойки, так что стержневые магниты на пружинах колеблются в них. Когда один магнит настроен на колебание, индуцированный ток заставляет колебаться и другой.

Верх

EM.2 (4) — Индуцированный ток — две катушки

Одна индукционная катушка подключена к лекционным гальванометрам, как в EM.2 (2), а другая — к источнику питания постоянного тока и переключателю. Одна катушка установлена поверх другой, но они не подключены.Включите блок питания. Когда переключатель разомкнут или замкнут, ток, индуцированный в другой катушке, будет отображаться на гальванометре.

Стальной сердечник, установленный через обе катушки, усилит эффект.

Верх

EM.2 (5) — Эксперимент с прыгающим кольцом

Индукционная катушка с очень длинным железным сердечником поддерживается вертикально, при этом часть стального сердечника выдвинута вверх. Сплошное металлическое кольцо установлено вокруг железного сердечника над катушкой.Индукционная катушка подключена к источнику переменного тока. Когда на катушку подается переменный ток, металлическое кольцо подбрасывается вверх в воздух. Попробуйте с разрезным кольцом, и ничего не произойдет.

Ток, наведенный в металлическом кольце, создает магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому индукционной катушкой.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (6) — Подводная лампа

Используется та же установка, что и EM.2 (5), но теперь с опущенным железным сердечником, так что стакан может быть помещен поверх змеевика. Внутри стакана находится небольшая катушка с проволокой с небольшой лампочкой посередине. Когда на индукционную катушку подаётся переменная ЭДС, загорается фонарик. Наполните стакан водой, и он снова загорится при подаче переменного тока ЭДС.

Верх

EM.2 (7) — Магнитный фонарик

При встряхивании фонарика в течение 1 минуты будет светиться 1-2 часа. Внутри него две катушки, которые могут легко увидеть наблюдатели. Эта демонстрация демонстрирует принципы закона Ленца.

Верх

EM.2 (8) — Электромагнитное демпфирование

Индукционная катушка укладывается на бок и поддерживается так, чтобы стальной сердечник располагался горизонтально.Железный сердечник может выступать из катушки примерно на половину своей длины. Опорный стержень, прикрепленный к торцевой пластине индукционной катушки, удерживает медное или алюминиевое кольцо на сердечнике магнита с помощью шнура. Кольцо свободно висит вокруг сердечника. Катушка подключается к батарее 6 В или источнику постоянного тока через переключатель. Быстро замкните выключатель. Кольцо внезапно вытолкнется наружу, а затем медленно вернется в вертикальное положение без колебаний. Откройте переключатель, и кольцо сначала повернется к катушке, а затем начнет колебаться в своем свободном положении.

Когда переключатель замкнут, ток, индуцированный в кольце, создает противоположное поле, которое, взаимодействуя с полем, создаваемым током в индукционной катушке, замедляет движение кольца. Энергия, передаваемая движением кольца, поглощается индуцированным током в кольце, таким образом обеспечивая превосходную демонстрацию электромагнитного затухания. Когда переключатель разомкнут, магнитное поле практически отсутствует и затухание не происходит.

Генератор с ручным заводом, подключенный к электрической лампочке, также является полезной демонстрацией закона Ленца, поскольку доброволец может проверить, что намного легче повернуть, когда в цепи нет нагрузки, т.е.е. когда лампочка отключена.

Верх

EM.2 (9) — индукционная искровая катушка

Этот эксперимент демонстрирует электромагнитную индукцию: повторяющиеся обрывы первичного тока вызывают импульсы высокого напряжения на вторичных выводах. Это визуально наблюдается по возникающим искрам между этими выводами (расположенными наверху индукционной катушки). Аппарат подключен к источнику постоянного тока (напряжение ~ 7В, ток ~ 2А).

Включите устройство, убедившись, что вибратор расположен далеко от основного вывода. Медленно поверните ручку, чтобы переместить вибратор в сторону вывода, пока первый не начнет вибрировать и искры не начнут прыгать по вторичным выводам.

Верх

EM.2 (10) — Индукционная трубка

Цель этого эксперимента — продемонстрировать реализацию индукционного тока. К усилителю подключается трубка длиной примерно три фута с одинаково расположенными, плотно связанными катушками.Каждый набор катушек подключается к предыдущему набору, в конце концов, сходясь к месту подключения выводов. Индуцированный ток, собранный с катушек, передается от места подключения выводов к усилителю, где сигнал проявляется на слух через три пятидюймовых динамика. Сигнал может быть довольно низким, поэтому рекомендуется установить усилитель на максимальную громкость.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (11) — Петля индукционного проводника

Цель этого эксперимента — показать, что напряжение (следовательно, ток) будет индуцироваться вокруг контура, когда магнитный поток, проходящий через контур, изменяется со временем. Величина наведенного напряжения зависит от количества витков в проводящей петле. В этом эксперименте есть три варианта. Чтобы увидеть изменение наведенного напряжения, воспользуемся проекционным измерителем. Чтобы максимизировать отклонение вольтметра, перемещайте петлю рукой вместо встроенного двигателя.(ПРИМЕЧАНИЕ: индуцированное напряжение вызывает небольшое отклонение вольтметра, чтобы произвести впечатление на учащегося, вы можете переключиться в режим тока, который максимизирует отклонение проекционного измерителя).

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (12) — Радиомодуль с двумя катушками индуктивности

В этом эксперименте используются два набора туго намотанных катушек. Цель этого эксперимента — показать, как ток / напряжение могут передаваться от приемника к динамику с помощью магнитной индукции.Установка состоит из ресивера, подключенного к DVD-плееру, который обеспечивает передачу музыки. Приемник подключен к одному набору катушек, набору A, который обеспечивает зависящее от времени магнитное поле, необходимое для возникновения магнитной индукции. Второй набор катушек, набор B, подключен к пятидюймовому динамику, через который будет записываться выходной сигнал DVD-плеера. По мере приближения наборов A и B друг к другу магнитный поток будет увеличиваться в наборе B, тем самым увеличивая силу выходного сигнала, громкость.Изменение выходного сигнала относительно расстояния между наборами A и B может быть проанализировано вместе с эффектом вращения. Относительное вращение между наборами A и B изменит выходную мощность так, что при 90 градусах магнитный поток в наборе B будет равен нулю, то есть нет выходного сигнала.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Верх

EM.2 (13) — Динамик для бумажных стаканчиков

Динамик — это устройство, преобразующее электронный сигнал в звук.В этой демонстрации электронный сигнал преобразуется в переменный ток и проходит через провод от источника сигнала. Токовая петля из проволоки индуцирует магнитное поле, перпендикулярное проволочной петле. Это небольшое магнитное поле взаимодействует с большим магнитным полем, создаваемым при вставке большого постоянного магнита в чашку динамика. Магнитный поток создает в среде возмущение, колебания, которые генерируют звук, который мы слышим из-за присутствия воздуха.

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Top

магнитных полей — Как определить направление индуцированного тока?

Уравнение Максвелла говорит: $$ \ operatorname {curl} \ vec E = — {\ partial \ vec B \ over \ partial t}, $$ где $ \ vec B $ — магнитное поле, а $ \ vec E $ — индуцированное электрическое поле. Это может показаться ученику начальной школы чепухой, но это означает, что «электрическое поле изгибается по часовой стрелке вокруг изменения магнитного поля»; обычно + ориентация против часовой стрелки по правилу правой руки; отрицательный знак делает это по часовой стрелке.

Хорошо, поэтому нам нужно сначала определить «магнитное поле». Один из популярных способов увидеть линии магнитного поля напрямую — посмотреть на влияние магнитов на железные опилки, которые, естественно, покажут вам некоторые «линии», когда вы поднесете магнит поблизости; посмотрите эти изображения, если вы никогда раньше не видели эффекта. Идея «магнитного поля» в основном заключается в том, что мы собираемся взять эти линии и добавить к ним идею «вперед» или «назад»: эти линии, таким образом, «выходят» из северного полюса магнита и » войдите в «Южный полюс магнита».Пожалуйста, перечитайте этот абзац , пока это соглашение не будет твердым в вашей голове. Вы поймете, что это когда вы поймете, что северный полюс Земли должен быть южным полюсом какого-то большого магнита, поэтому северные полюса магнитов указывают на север: магниты обычно хотят выровняться с существующим магнитным полем, что означает магнитное поле. Поле на поверхности должно быть направлено на север, что означает, что оно должно быть направлено на северный полюс Земли, что делает его южным магнитным полюсом.

Теперь вам нужно понять изменение магнитного поля.Магнитное поле имеет как напряженность (насколько близко расположены силовые линии друг к другу), так и направление (направление, на которое указывают железные опилки, в сочетании с ориентацией вперед / назад, определенной выше). Если изменение увеличивает напряженность магнитного поля, например, когда вы приближаетесь к стержневому магниту, мы указываем изменение в том же направлении, что и магнитное поле. Но если магнитное поле станет слабее, то изменение будет противоположным. Если направление магнитного поля изменяется, то мы должны также включить компонент, который указывает перпендикулярно исходному магнитному полю, указывая направление, в котором оно изменяется.Полное описание того, как это сделать, известно как «векторное исчисление», и я могу дать только несколько основных рекомендаций о том, как рассчитать эти «изменения» без этой структуры.

Теперь: направьте большой палец левой руки в направлении изменения магнитного поля: затем ваши пальцы сгибаются в направлении индуцированного электрического поля. Он идет «по часовой стрелке», когда вы смотрите на большой палец своей руки, или когда вы смотрите на изменение, указывающее на вас. Это означает, что если за этим скручиванием следует ток, он переходит в более высокое напряжение; или, если он противодействует скручиванию, он переходит на более низкое напряжение.

Это же «обратное» правило можно также сформулировать как Закон Ленца . Это говорит о том, что индукция работает как инерция: изменяющиеся магнитные поля создают электрические поля, которые вызывают ток, который будет противодействовать изменению. Как вы знаете, провод также создает магнитное поле. Направление этого магнитного поля выглядит следующим образом: направьте ваш большой палец правой руки в направлении тока, затем ваши пальцы сгибаются в направлении индуцированного магнитного поля. Если вы сложите руки вместе, направив большой палец левой руки вверх, чтобы указать на восходящее изменение магнитного поля, а затем приложите большой палец правой руки к указательному пальцу левой руки, вы увидите, что пальцы правой руки согнуты в ладонь напротив большого пальца левой руки.

Закон Ленца дает потрясающую интуицию. Например: основной электрический компонент, известный как индуктор , представляет собой проволочную петлю, обычно обернутую вокруг некоторого ферромагнитного материала. По закону Ленца, когда вы пытаетесь изменить ток, который проходит через него, он индуцирует напряжение, которое пытается поддерживать тот же ток, проходящий через него. Это как инерционный член, он борется с любым изменением скорости электронов. Поэтому, пытаясь нарастить ток, вы боретесь с его напряжением; когда вы пытаетесь уменьшить ток, происходит то же самое.

20.2 Электромагнитная индукция | Texas Gateway

Индуцированная электродвижущая сила

Если в катушке индуцируется ток, Фарадей рассуждал, что должно быть то, что он назвал электродвижущей силой , проталкивающей заряды через катушку. Эта интерпретация оказалась неверной; вместо этого внешний источник, выполняющий работу по перемещению магнита, добавляет энергию зарядам в катушке. Энергия, добавляемая на единицу заряда, измеряется в вольтах, поэтому электродвижущая сила на самом деле является потенциалом.К сожалению, название «электродвижущая сила» прижилось, а вместе с ним и возможность спутать его с реальной силой. По этой причине мы избегаем термина электродвижущая сила и просто используем сокращение ЭДС , которое имеет математический символ ε.ε. ЭДС может быть определена как скорость, с которой энергия отбирается от источника на единицу тока, протекающего по цепи. Таким образом, ЭДС — это энергия на единицу заряда , добавленная источником, которая контрастирует с напряжением, которое представляет собой энергию на единицу заряда , высвобождаемую , когда заряды проходят через цепь.

Чтобы понять, почему в катушке возникает ЭДС из-за движущегося магнита, рассмотрим рисунок 20.27, на котором показан стержневой магнит, движущийся вниз относительно проволочной петли. Первоначально через петлю проходят семь силовых линий магнитного поля (см. Изображение слева). Поскольку магнит удаляется от катушки, только пять силовых линий магнитного поля проходят через петлю за короткое время ΔtΔt (см. Изображение справа). Таким образом, когда происходит изменение количества силовых линий магнитного поля, проходящих через область, определяемую проволочной петлей, в проволочной петле индуцируется ЭДС.Подобные эксперименты показывают, что наведенная ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного поля. Математически мы выражаем это как

20.10ε∝ΔBΔt, ε∝ΔBΔt,

, где ΔBΔB — изменение величины магнитного поля за время ΔtΔt, а A — площадь петли.

Рис. 20.27 Стержневой магнит движется вниз относительно проволочной петли, так что количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю, со временем уменьшается.Это вызывает индукцию ЭДС в контуре, создающую электрический ток.

Обратите внимание, что силовые линии магнитного поля, лежащие в плоскости проволочной петли, на самом деле не проходят через петлю, как показано крайней левой петлей на рис. 20.28. На этом рисунке стрелка, выходящая из петли, представляет собой вектор, величина которого равна площади петли, а направление перпендикулярно плоскости петли. На рисунке 20.28 петля повернута от θ = 90 ° θ = 90 °. до θ = 0 °, θ = 0 ° вклад силовых линий магнитного поля в ЭДС увеличивается.Таким образом, для создания ЭДС в проволочной петле важна составляющая магнитного поля, которая находится на перпендикулярно плоскости петли, то есть Bcosθ.Bcosθ.

Это аналог паруса на ветру. Представьте, что проводящая петля — это парус, а магнитное поле — как ветер. Чтобы максимизировать силу ветра на парусе, парус ориентируют так, чтобы вектор его поверхности указывал в том же направлении, что и ветер, как в самой правой петле на рис. 20.28. Когда парус выровнен так, что его вектор поверхности перпендикулярен ветру, как в крайней левой петле на рисунке 20.28, то ветер не действует на парус.

Таким образом, с учетом угла наклона магнитного поля к площади, пропорциональность E∝ΔB / ΔtE∝ΔB / Δt становится равной

20.11E∝ΔBcosθΔt.E∝ΔBcosθΔt. Рис. 20.28 Магнитное поле лежит в плоскости крайней левой петли, поэтому в этом случае оно не может генерировать ЭДС. Когда петля поворачивается так, что угол магнитного поля с вектором, перпендикулярным области петли, увеличивается до 90 ° 90 ° (см. Крайнюю правую петлю), магнитное поле вносит максимальный вклад в ЭДС в петле.Точки показывают, где силовые линии магнитного поля пересекают плоскость, определяемую петлей.

Еще один способ уменьшить количество силовых линий магнитного поля, которые проходят через проводящую петлю на рисунке 20.28, — это не перемещать магнит, а сделать петлю меньше. Эксперименты показывают, что изменение площади проводящей петли в стабильном магнитном поле вызывает в петле ЭДС. Таким образом, ЭДС, создаваемая в проводящей петле, пропорциональна скорости изменения произведения перпендикулярного магнитного поля и площади петли

. 20.12ε∝Δ [(Bcosθ) A] Δt, ε∝Δ [(Bcosθ) A] Δt,
, где BcosθBcosθ — перпендикулярное магнитное поле, а A — площадь контура. Продукт BAcosθBAcosθ очень важен. Оно пропорционально количеству силовых линий магнитного поля, которые проходят перпендикулярно через поверхность площадью A . Возвращаясь к нашей аналогии с парусом, он будет пропорционален силе ветра на парусе. Он называется магнитным потоком и обозначается как ΦΦ.
20,13Φ = BAcosθΦ = BAcosθ
Единицей измерения магнитного потока является Вебер (Вб), который представляет собой магнитное поле на единицу площади, или Т / м ².Вебер — это также вольт-секунда (Vs).
Индуцированная ЭДС фактически пропорциональна скорости изменения магнитного потока через проводящую петлю.
20,14ε∝ΔΦΔtε∝ΔΦΔt
Наконец, для катушки, изготовленной из петель N , ЭДС в N раз сильнее, чем для одиночной петли. Таким образом, наведенная изменяющимся магнитным полем ЭДС в катушке из N петель составляет
ε∝NΔBcosθΔtA.ε∝NΔBcosθΔtA.
Последний вопрос, на который нужно ответить, прежде чем мы сможем преобразовать пропорциональность в уравнение: «В каком направлении течет ток?» Русский ученый Генрих Ленц (1804–1865) объяснил, что ток течет в том направлении, которое создает магнитное поле, которое пытается сохранить постоянный поток в контуре.Например, снова рассмотрим рисунок 20.27. Движение стержневого магнита вызывает уменьшение количества направленных вверх силовых линий магнитного поля, которые проходят через петлю. Следовательно, в контуре генерируется ЭДС, которая направляет ток в направлении, которое создает более направленные вверх силовые линии магнитного поля. Используя правило правой руки, мы видим, что этот ток должен течь в направлении, показанном на рисунке. Чтобы выразить тот факт, что наведенная ЭДС действует, чтобы противодействовать изменению магнитного потока через проволочную петлю, знак минус вводится в пропорциональность εΔΔΦ / Δtε∝ΔΦ / Δt, которая дает закон индукции Фарадея.) внутри катушки, направленной влево. Это будет противодействовать увеличению магнитного потока, направленного вправо. Чтобы увидеть, в каком направлении должен течь ток, направьте большой палец правой руки в желаемом направлении магнитного поля B → катушка, B → катушка, и ток будет течь в направлении, указанном сгибанием ваших пальцев правой руки. Это показано изображением правой руки в верхнем ряду рисунка 20.29. Таким образом, ток должен течь в направлении, показанном на рисунке 4 (а).
На Рисунке 4 (b) направление движения магнита изменено на обратное.В катушке направленное вправо магнитное поле B → magB → mag из-за движущегося магнита уменьшается. Закон Ленца гласит, что, чтобы противостоять этому уменьшению, ЭДС будет управлять током, который создает дополнительное направленное вправо магнитное поле B → катушка B → катушка в катушке. Опять же, направьте большой палец правой руки в желаемом направлении магнитного поля, и ток будет течь в направлении, указанном сгибанием ваших пальцев правой руки (Рисунок 4 (b)).
Наконец, на Рисунке 4 (c) магнит перевернут, так что южный полюс находится ближе всего к катушке.Теперь магнитное поле B → magB → mag направлено на магнит, а не на катушку. Когда магнит приближается к катушке, он вызывает увеличение направленного влево магнитного поля в катушке. Закон Ленца гласит, что ЭДС, индуцированная в катушке, будет управлять током в направлении, которое создает магнитное поле, направленное вправо. Это будет противодействовать увеличению магнитного потока, направленного влево из-за магнита. Повторное использование правила правой руки, как показано на рисунке, показывает, что ток должен течь в направлении, показанном на рисунке 4 (c).
Рис. 20.29 Закон Ленца говорит нам, что ЭДС, индуцированная магнитным полем, будет управлять током, который сопротивляется изменению магнитного потока в цепи. Это показано на панелях (а) — (с) для различных ориентаций и скоростей магнита. Правые руки справа показывают, как применить правило правой руки, чтобы найти, в каком направлении наведенный ток течет вокруг катушки.
Виртуальная физика
Электромагнитная лаборатория Фарадея
Это моделирование предлагает несколько действий.А пока щелкните вкладку Pickup Coil, которая представляет собой стержневой магнит, который вы можете перемещать через катушку. Когда вы это сделаете, вы увидите, как электроны движутся в катушке, и загорится лампочка, или вольтметр покажет напряжение на резисторе. Обратите внимание, что вольтметр позволяет вам видеть знак напряжения при перемещении магнита. Вы также можете оставить стержневой магнит в покое и переместить катушку, хотя наблюдать за результатами сложнее.
Проверка захвата
Сориентируйте стержневой магнит так, чтобы северный полюс был направлен вправо, и поместите приемную катушку справа от стержневого магнита.Теперь переместите стержневой магнит к катушке и посмотрите, в каком направлении движутся электроны. Это такая же ситуация, как показано ниже. Ток при моделировании течет в том же направлении, что и показано ниже? Объясните, почему да или почему нет.
Да, ток в моделировании течет в том же направлении, потому что направление тока противоположно направлению потока электронов.
Нет, ток в симуляции течет в противоположном направлении, потому что направление тока совпадает с направлением потока электронов.
Watch Physics
Наведенный ток в проводе
В этом видео объясняется, как можно индуцировать ток в прямом проводе, перемещая его через магнитное поле. Лектор использует перекрестное произведение , тип векторного умножения. Не волнуйтесь, если вы не знакомы с этим, он в основном объединяет правило правой руки для определения силы, действующей на заряды в проводе, с уравнением F = qvBsinθ.F = qvBsinθ.
Проверка захвата
Какая ЭДС создается по прямому проводу 0.через однородное магнитное поле (0,30 Тл) ẑ ? Провод проходит в направлении ŷ . Кроме того, какой конец провода имеет более высокий потенциал — пусть нижний конец провода находится под углом y = 0, а верхний конец — под углом y = 0,5 м)?
0,15 В и нижний конец провода будет иметь более высокий потенциал
0,15 В и верхний конец провода будет иметь более высокий потенциал
0,075 В и нижний конец провода будет иметь более высокий потенциал
0.075 В и на верхнем конце провода будет более высокий потенциал
Рабочий пример
ЭДС, индуцированная в проводящей катушке движущимся магнитом
Представьте, что магнитное поле проходит через катушку в направлении, указанном на рисунке 20.31. Диаметр катушки 2,0 см. Если магнитное поле изменится с 0,020 до 0,010 Тл за 34 с, каковы направление и величина индуцированного тока? Предположим, что катушка имеет сопротивление 0,1 Ом.
Рисунок 20.31 Катушка, через которую проходит магнитное поле B .
СТРАТЕГИЯ
Используйте уравнение ε = −NΔΦ / Δtε = −NΔΦ / Δt, чтобы найти наведенную ЭДС в катушке, где Δt = 34 sΔt = 34 с. Подсчитав количество витков соленоида, мы находим, что у него 16 петель, поэтому N = 16.N = 16. Используйте уравнение Φ = BAcosθΦ = BAcosθ для расчета магнитного потока
20,16Φ = BAcosθ = Bπ (d2) 2, Φ = BAcosθ = Bπ (d2) 2,
, где d — диаметр соленоида, и мы использовали cos0 ° = 1. cos0 ° = 1. Поскольку площадь соленоида не меняется, изменение магнитного потока через соленоид составляет
20.17 ΔΦ = ΔBπ (d2) 2. ΔΦ = ΔBπ (d2) 2.
Найдя ЭДС, мы можем использовать закон Ома, ε = IR, ε = IR, чтобы найти ток.
Наконец, закон Ленца гласит, что ток должен создавать магнитное поле, которое препятствует уменьшению приложенного магнитного поля. Таким образом, ток должен создавать магнитное поле справа.
Решение
Объединение уравнений ε = −NΔΦ / Δtε = −NΔΦ / Δt и Φ = BAcosθΦ = BAcosθ дает
20,18ε = −NΔΦΔt = −NΔBπd24Δt.ε = −NΔΦΔt = −NΔBπd24Δt.
Решая закон Ома для тока и используя этот результат, получаем
20.19I = εR = −NΔBπd24RΔt = −16 (−0,010 Тл) π (0,020 м) 24 (0,10 Ом) (34 с) = 15 мкА.I = εR = −NΔBπd24RΔt = −16 (−0,010 Тл) π (0,020 м ) 24 (0,10 Ом) (34 с) = 15 мкА.
Закон Ленца гласит, что ток должен создавать магнитное поле вправо. Таким образом, мы направляем большой палец правой руки вправо и сжимаем пальцы правой руки вокруг соленоида. Ток должен течь в том направлении, в котором указывают наши пальцы, поэтому он входит в левый конец соленоида и выходит на правом конце.
Обсуждение
Давайте посмотрим, имеет ли смысл знак минус в законе индукции Фарадея.Определите направление магнитного поля как положительное. Это означает, что изменение магнитного поля отрицательное, как мы обнаружили выше. Знак минус в законе индукции Фарадея отрицает отрицательное изменение магнитного поля, оставляя нам положительный ток. Следовательно, ток должен течь в направлении магнитного поля, что мы и обнаружили.
Теперь попробуйте определить положительное направление как направление, противоположное направлению магнитного поля, то есть положительное направление находится слева на рисунке 20.31. В этом случае вы обнаружите отрицательный ток. Но поскольку положительное направление находится влево, отрицательный ток должен течь вправо, что снова согласуется с тем, что мы обнаружили с помощью закона Ленца.
Рабочий пример
Магнитная индукция из-за изменения размера цепи
Схема, показанная на рисунке 20.32, состоит из U-образного провода с резистором, концы которого соединены скользящим токопроводящим стержнем. Магнитное поле, заполняющее область, ограниченную контуром, имеет постоянное значение 0.01 T. Если стержень тянут вправо со скоростью v = 0,50 м / с, v = 0,50 м / с, какой ток индуцируется в цепи и в каком направлении он течет?
Рисунок 20.32 Схема ползунка. Магнитное поле постоянно, и шток тянется вправо со скоростью v . Область изменения, заключенная в цепи, вызывает в цепи ЭДС.
СТРАТЕГИЯ
Мы снова используем закон индукции Фарадея, E = −NΔΦΔt, E = −NΔΦΔt, хотя на этот раз магнитное поле остается постоянным и площадь, ограниченная контуром, изменяется.Схема состоит из одного контура, поэтому N = 1.N = 1. Скорость изменения площади ΔAΔt = vℓ.ΔAΔt = vℓ. Таким образом, скорость изменения магнитного потока составляет
20,20ΔΦΔt = Δ (BAcosθ) Δt = BΔAΔt = Bvℓ, ΔΦΔt = Δ (BAcosθ) Δt = BΔAΔt = Bvℓ,
, где мы использовали тот факт, что угол θθ между вектором площади и магнитным полем равен 0 °. Зная ЭДС, мы можем найти ток, используя закон Ома. Чтобы найти направление тока, мы применяем закон Ленца.
Решение
Закон индукции Фарадея дает
20.21E = −NΔΦΔt = −Bvℓ.E = −NΔΦΔt = −Bvℓ.
Решение закона Ома для тока и использование предыдущего результата для ЭДС дает
20,22I = ER = −BvℓR = — (0,010 Тл) (0,50 м / с) (0,10 м) 20 Ом = 25 мкAI = ER = −BvℓR = — (0,010 Тл) (0,50 м / с) (0,10 м ) 20 Ом = 25 мкА.
По мере того, как стержень скользит вправо, магнитный поток, проходящий через цепь, увеличивается. Закон Ленца гласит, что индуцированный ток создаст магнитное поле, которое будет противодействовать этому увеличению. Таким образом, магнитное поле, создаваемое индуцированным током, должно быть на странице.Сгибание петли пальцами правой руки по часовой стрелке заставляет большой палец правой руки указывать на страницу, что является желаемым направлением магнитного поля. Таким образом, ток должен течь по цепи по часовой стрелке.
Обсуждение
Сохраняется ли энергия в этой цепи? Внешний агент должен тянуть стержень с достаточной силой, чтобы просто уравновесить силу на проводе с током в магнитном поле — вспомните, что F = IℓBsinθ.F = IℓBsinθ. Скорость, с которой эта сила действует на стержень, должна уравновешиваться скоростью, с которой цепь рассеивает мощность.Используя F = IℓBsinθ, F = IℓBsinθ, сила, необходимая для протягивания проволоки с постоянной скоростью v , составляет
. 20.23Fpull = IℓBsinθ = IℓB, Fpull = IℓBsinθ = IℓB,
, где мы использовали тот факт, что угол θθ между током и магнитным полем составляет 90 ° .90 °. Подставляя приведенное выше выражение для тока в это уравнение, получаем
20.24Fpull = IℓB = −BvℓR (ℓB) = — B2vℓ2R.Fpull = IℓB = −BvℓR (ℓB) = — B2vℓ2R.
Сила, создаваемая агентом, тянущим стержень, равна Fpullv, или Fpullv, или
. 20.25Ppull = Fpullv = −B2v2ℓ2R.Потяните = Fpullv = −B2v2ℓ2R.
Мощность, рассеиваемая схемой, составляет
. 20. 26Pdissipated = I2R = (- BvℓR) 2R = B2v2ℓ2R.Pdissipated = I2R = (- BvℓR) 2R = B2v2ℓ2R.
Таким образом, мы видим, что Ppull + Pdissipated = 0, Ppull + Pdissipated = 0, что означает, что мощность сохраняется в системе, состоящей из цепи и агента, который тянет стержень. Таким образом, в этой системе сохраняется энергия.
Страница не найдена | MIT
Перейти к содержанию ↓
Образование
Исследовать
Инновации
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О MIT
Подробнее ↓
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О MIT
Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов
Предложения или отзывы?
Закон Ленца — Университетская физика, том 2
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Используйте закон Ленца для определения направления наведенной ЭДС при изменении магнитного потока
Используйте закон Фарадея с законом Ленца для определения наведенной ЭДС в катушке и соленоиде
Направление, в котором индуцированная ЭДС движет ток по проволочной петле, можно определить через отрицательный знак.Однако обычно это направление легче определить с помощью закона Ленца, названного в честь его первооткрывателя Генриха Ленца (1804–1865). (Фарадей также открыл этот закон, независимо от Ленца.) Мы формулируем закон Ленца следующим образом:
Закон Ленца
Направление индуцированной ЭДС движет ток по проволочной петле, чтобы всегда противодействовать изменению магнитного потока, вызывающему ЭДС.
Закон Ленца также можно рассматривать с точки зрения сохранения энергии. Если толкание магнита в катушку вызывает ток, энергия в этом токе должна исходить откуда-то.Если индуцированный ток вызывает магнитное поле, противодействующее увеличению поля магнита, который мы втолкнули, тогда ситуация ясна. Мы приложили магнит к полю и поработали с системой, и это проявилось как ток. Если бы индуцированное поле не препятствовало изменению магнитного потока, магнит был бы втянут, создавая ток без каких-либо действий. Была бы создана электрическая потенциальная энергия, нарушив закон сохранения энергии.
Чтобы определить наведенную ЭДС, вы сначала рассчитываете магнитный поток, а затем получаете Величину, заданную по формуле. Наконец, вы можете применить закон Ленца для определения значения.Это будет развиваться на примерах, которые иллюстрируют следующую стратегию решения проблем.
Стратегия решения проблем: закон Ленца
Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:
Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
Определите направление приложенного магнитного поля
Определите, увеличивается или уменьшается его магнитный поток.
Теперь определите направление индуцированного магнитного поля. Индуцированное магнитное поле пытается усилить магнитный поток, который уменьшается, или противодействует магнитному потоку, который увеличивается. Следовательно, индуцированное магнитное поле добавляет или вычитает приложенное магнитное поле в зависимости от изменения магнитного потока.
Используйте правило правой руки 2 (RHR-2; см. Магнитные силы и поля), чтобы определить направление индуцированного тока I , ответственного за индуцированное магнитное поле
Направление (или полярность) наведенной ЭДС теперь может управлять обычным током в этом направлении.
Применим закон Ленца к системе (Рисунок) (а). Мы обозначаем «перед» замкнутой проводящей петли как область, содержащую приближающийся стержневой магнит, а «заднюю часть» петли как другую область. Когда северный полюс магнита движется к петле, поток через петлю из-за поля магнита увеличивается, потому что сила силовых линий, направленных от передней части петли к задней, увеличивается. Поэтому в контуре индуцируется ток. По закону Ленца направление индуцированного тока должно быть таким, чтобы его собственное магнитное поле было направлено таким образом, чтобы противостояло изменяющемуся потоку, вызванному полем приближающегося магнита.Следовательно, индуцированный ток циркулирует так, что силовые линии его магнитного поля через петлю направлены от задней части петли к передней. При использовании RHR-2 поместите большой палец напротив силовых линий магнитного поля, то есть к стержневому магниту. Ваши пальцы сгибаются против часовой стрелки, если смотреть со стороны стержневого магнита. В качестве альтернативы мы можем определить направление индуцированного тока, рассматривая токовую петлю как электромагнит, который противодействует приближению северного полюса стержневого магнита.Это происходит, когда индуцированный ток течет, как показано, поскольку тогда поверхность петли ближе к приближающемуся магниту также является северным полюсом.
Изменение магнитного потока, вызванное приближением магнита, индуцирует ток в контуре. (а) Приближающийся северный полюс индуцирует ток против часовой стрелки по отношению к стержневому магниту. (b) Приближающийся южный полюс индуцирует ток по часовой стрелке относительно стержневого магнита.
На части (b) рисунка показан южный полюс магнита, движущийся к проводящей петле.В этом случае поток через петлю из-за поля магнита увеличивается, потому что количество силовых линий, направленных от задней части петли к передней, увеличивается. Чтобы противодействовать этому изменению, в петле индуцируется ток, силовые линии которого через петлю направлены спереди назад. Эквивалентно, мы можем сказать, что ток течет в направлении, так что поверхность петли ближе к приближающемуся магниту является южным полюсом, который затем отталкивает приближающийся южный полюс магнита.При использовании RHR-2 ваш большой палец направлен в сторону от стержневого магнита. Ваши пальцы сгибаются по часовой стрелке, что соответствует направлению индуцированного тока.
Другой пример, иллюстрирующий использование закона Ленца, показан на (Рисунок). Когда переключатель разомкнут, уменьшение тока через соленоид вызывает уменьшение магнитного потока через его катушки, что вызывает ЭДС в соленоиде. Эта ЭДС должна противодействовать вызывающему его изменению (прекращению тока). Следовательно, наведенная ЭДС имеет указанную полярность и движется в направлении исходного тока.Это может вызвать дугу на выводах переключателя при его размыкании.
(а) Соленоид, подключенный к источнику ЭДС. (b) Размыкающий переключатель S прекращает подачу тока, что, в свою очередь, индуцирует ЭДС в соленоиде. (c) Разность потенциалов между концами заостренных стержней создается за счет индукции ЭДС в катушке. Эта разность потенциалов достаточно велика, чтобы образовалась дуга между острыми точками.
Проверьте свое понимание Найдите направление индуцированного тока в проводной петле, показанной ниже, когда магнит входит, проходит и покидает петлю.
Для показанного наблюдателя ток течет по часовой стрелке по мере приближения магнита, уменьшается до нуля, когда магнит центрируется в плоскости катушки, а затем течет против часовой стрелки, когда магнит покидает катушку.
Проверьте свое понимание Проверьте направления наведенных токов на (рисунок).
Сводка
Мы можем использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС.
Направление наведенной ЭДС всегда противодействует изменению магнитного потока, вызывающему ЭДС, результат, известный как закон Ленца.
Концептуальные вопросы
Круглые токопроводящие петли, показанные на прилагаемом рисунке, параллельны, перпендикулярны плоскости страницы и соосны. (a) Когда переключатель S замкнут, в каком направлении индуцируется ток в D ? (b) Когда переключатель разомкнут, каково направление тока, индуцируемого в контуре D ?
а.CW со стороны схемы; б. Против часовой стрелки, если смотреть со стороны схемы
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?
На прилагаемом рисунке показано проводящее кольцо в различных положениях при его движении в магнитном поле. В чем смысл индуцированной ЭДС для каждой из этих позиций?
При входе в петлю наведенная ЭДС создает ток против часовой стрелки, а при выходе из петли индуцированная ЭДС создает непрерывный ток.В то время как петля полностью находится внутри магнитного поля, нет изменения потока и, следовательно, нет индуцированного тока.
Покажите, что и у вас такие же единицы.
Укажите направление индуцированного тока для каждого случая, показанного ниже, наблюдая со стороны магнита.
а. Против часовой стрелки, если смотреть со стороны магнита; б. CW, если смотреть со стороны магнита; c. CW, если смотреть со стороны магнита; d. Против часовой стрелки, если смотреть со стороны магнита; е. CW, если смотреть от магнита; f. нет тока
Проблемы
Одновитковая круглая петля из проволоки радиусом 50 мм лежит в плоскости, перпендикулярной пространственно однородному магнитному полю.За интервал времени 0,10 с величина поля равномерно увеличивается от 200 до 300 мТл. (а) Определите ЭДС, наведенную в петле. (б) Если магнитное поле направлено за пределы страницы, каково направление тока, индуцируемого в петле?
а. ; б. CCW с той же точки зрения, что и магнитное поле
При первом включении магнитного поля поток через 20-витковую петлю изменяется со временем в зависимости от того, где он находится в милливеберах, t — в секундах, а петля находится в плоскости страницы с нормальным направлением единицы измерения. наружу.(а) Какая ЭДС индуцируется в контуре как функция времени? Каково направление индуцированного тока при (b) t = 0, (c) 0,10, (d) 1,0 и (e) 2,0 с?
а.

Что такое наведенный ток и как он возникает

Опасность наведенного тока для персонала

Физическая природа наведенного тока

Особенности наведенного тока на воздушных линиях электропередачи

Методы измерения наведенного напряжения и тока

Нормативные требования по защите от наведенного тока

Технические средства защиты от наведенного тока

Организационные мероприятия по обеспечению безопасности

наведенный ток — это… Что такое наведенный ток?

Смотреть что такое «наведенный ток» в других словарях:

причины возникновения и меры защиты

Определение наведенного напряжения

В чем опасность явления?

Причины возникновения

На воздушной линии (ВЛ)

В электроустановках

В квартире

В электропроводке

Меры защиты

Видео в тему

Особенности работы электронных ламп на СВЧ

Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность

Причины возникновения

Наведенное напряжение на линии электропередач разделяется по видам воздействия:

Похожие темы:

Наведенное напряжение, что это такое, как защитится

Что это такое?

Электростатика

Электромагнитная составляющая

В чем опасность?

Причины появления

В квартире

В электропроводке

В электроустановках

На линии электропередач

Как защититься, меры безопасности

Итоги

Определение наведенного напряжения в электрике

Природа явления

Явление в быту

Основы безопасности

Видео

Наведенный ток — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Наведенный ток

Что такое закон индукции Фарадея?

Электричество

Магнетизм

Индукция

Закон Фарадея

Трансформаторы

Закон индукции Фарадея: Закон Ленца

Цели обучения

Закон Фарадея и Ленца

Применение электромагнитной индукции

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

Индуцированный ток> Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

магнитных полей — Как определить направление индуцированного тока?

20.2 Электромагнитная индукция | Texas Gateway

Индуцированная электродвижущая сила

Виртуальная физика

Электромагнитная лаборатория Фарадея

Watch Physics

Наведенный ток в проводе

Рабочий пример

ЭДС, индуцированная в проводящей катушке движущимся магнитом

Рабочий пример

Магнитная индукция из-за изменения размера цепи

Страница не найдена | MIT

Закон Ленца — Университетская физика, том 2

Цели обучения

Сводка

Концептуальные вопросы

Проблемы

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка