Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Индукция (в физике)

Индукция (в физике)

Вектор электрической индукции D (называемый также электрическим смещением) является суммой двух векторов различной природы: напряжённости электрического поля Е ‒ главной характеристики этого поля ‒ и поляризации Р , которая определяет электрическое состояние вещества в этом поле. В системе Гаусса:

D = E + 4p P

(4p ‒ постоянный коэффициент); в системе СИ

D = e 0 E + P,

где e 0 ‒ размерная константа, называемая электрической постоянной или диэлектрической проницаемостью вакуума. Вектор поляризации Р представляет собой электрический дипольный момент единицы объёма вещества в поле Е , т. е. сумму электрических дипольных моментов p i , отдельных молекул внутри малого объёма D V , деленную на величину этого объёма:

В изотропном веществе, не обладающем сегнетоэлектрическими свойствами (см. Сегнетоэлектричество ), при слабых полях вектор поляризации прямо пропорционален напряжённости поля. В системе Гаусса

где c e ‒ безразмерная величина, называемая коэффициентом поляризации или диэлектрической восприимчивостью. Именно она характеризует электрические свойства вещества. Для сегнетоэлектриков c e зависит от Е , так что связь Р и Е становится нелинейной.

Подставляя выражение (3) в (1), получим:

D = (1 + 4pc е ) Е = e Е.

также характеризующая электрические свойства вещества, называется диэлектрической проницаемостью . В системе СИ

Р = c e e 0 E

D = e 0 e Е ,

Смысл введения вектора электрической И. состоит в том, что поток вектора D через любую замкнутую поверхность определяется только свободными зарядами, а не всеми зарядами внутри объёма, ограниченного данной поверхностью, подобно потоку вектора Е . Это позволяет не рассматривать связанные (поляризационные) заряды и упрощает решение многих задач.

Вектор магнитной индукции В ‒ основная характеристика магнитного поля, представляющая собой среднее значение суммарной напряжённости микроскопических магнитных полей, созданных отдельными электронами и др. элементарными частицами. Вектор же напряжённости магнитного поля Н является разностью двух векторов различной природы: вектора В и вектора намагниченности I . В системе Гаусса

Н = В ‒ 4p I,

В = Н + 4p I.

Намагниченность представляет собой магнитный момент единицы объёма и характеризует магнитное состояние вещества. В изотропной среде при слабых полях намагниченность прямо пропорциональна Н :

I = c m H ,

где c m ‒ магнитная восприимчивость , характеризующая магнитные свойства вещества. Для ферромагнетиков c m зависит от Н . Подставляя (7) в (6), получим связь между В и Н :

В = (1 + 4pc m ) H = m Н

также характеризующая магнитные свойства вещества, называется магнитной проницаемостью .

В системе СИ эти формулы записываются следующим образом:

В = m 0 H + I ,

I = m 0 c m H ,

Константа m 0 называется магнитной постоянной или магнитной проницаемостью вакуума. Вектор Н вводится в теорию электромагнитного поля в связи с тем, что циркуляция вектора Н вдоль замкнутого контура, в отличие от циркуляции вектора В , определяется движением только свободных зарядов.

Лит.: Калашников С. Г., Электричество, М., 1970 (Общий курс физики, т. 2), гл. 5 и 11; Фриш С. Э. и Тиморева А. В., Курс общей физики, т. 2, М., 1953, гл. 15, 18.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Полезное

Смотреть что такое «Индукция (в физике)» в других словарях:

Индукция в физике — слово индукция употребляется в физике для обозначения явлений возбуждения в телах магнитного или электрического состояния, а также возникновения в них электрических токов под влиянием других тел, находящихся на расстоянии от первых и… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ИНДУКЦИЯ — ИНДУКЦИЯ, в физике, процесс электризации или намагничивания. В случае ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ электрический ток вызывается при помещении ПРОВОДНИКА в переменное МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. Величина тока пропорциональна скорости изменения МАГНИТНОГО ПОТОКА … Научно-технический энциклопедический словарь

ИНДУКЦИЯ — (лат. inductio, от in в, и duco веду). 1) возбуждение электричества в проволоке посредством приближения её к электризованному телу. 2) метод мышления, иначе наз. наведение, при котором из частных положений выводят общее заключение. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

Читайте так же:
Как подключить включатель выключатель на свет

Индукция — В Викисловаре есть статья «индукция» Индукция (из лат. inductio «выведение, наведен … Википедия

Индукция — (от лат. inductio наведение, выведение, возбуждение) 1) философский и вообще общенаучный метод движения знания от отдельного, особенного к всеобщему, закономерному; 2) логическое умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению);… … Начала современного естествознания

Индукция — I ж. 1. Логическое умозаключение от частного к общему, от единичного наблюдения к обобщению, от фактов к некоторой гипотезе. Ant: дедукция 2. Способ математических доказательств и определений, основанный на переходе от утверждения, верного для… … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Индукция — I ж. 1. Логическое умозаключение от частного к общему, от единичного наблюдения к обобщению, от фактов к некоторой гипотезе. Ant: дедукция 2. Способ математических доказательств и определений, основанный на переходе от утверждения, верного для… … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Электростатическая индукция — Эксперимент с электроскопом показывающий возникновение индуцированного заряда … Википедия

Магнитная индукция — Не следует путать с явлением электромагнитной индукции. Магнитная индукция Размерность MT−2I−1 Единицы измерения СИ … Википедия

НЕПОЛНАЯ ИНДУКЦИЯ — (п р о б л е м а т и ч е с к а я, обобщающая, расширяющая и н д у к ц и я) – осн. вид индуктивных умозаключений. Важнейшая особенность Н. и. в том, что заключение в ней всегда содержит бóльшую информацию, чем посылки, именно поэтому ее нередко… … Философская энциклопедия

Индукция магнитного поля

Индукция магнитного поля (магнитная индукция, вектор магнитной индукции) (\overline{B}) – это одна из основных физических векторных величины, которые характеризуют магнитное поле. Это силовая характеристика данного поля, отображающая действие поля на заряженную частицу в рассматриваемой точке пространства.

Определения индукции магнитного поля

Индукцию магнитного поля можно определить разными способами: понятие вращающего момента рамки с магнитным моментом, используя закон Ампера, силу Лоренца.

1) Модуль вектора индукции магнитного поля в конкретной точке однородного магнитного поля определен максимальным вращающим моментом (M_{max}), который действует на рамку, обладающую магнитным моментом (p_m), равным единице,, если нормаль к рамке ориентирована перпендикулярно направлению поля:

\[B=\frac{M_{max}}{p_m} \qquad (1) \]

2) Величина индукции магнитного поля равна пределу отношения силы (dF), с которой действует магнитное поле на элементарный проводник с током, к силе тока (I) умноженной на длину этого проводника (dl), при длине проводника стремящейся к нулю. При этом проводник имеет такое расположение в магнитном поле, что данный предел имеет максимальное значение:

\[B=\frac{1}{I}{\left(\frac{dF}{dl}\right)}_{max} \qquad (2) \]

alt=»\overline{B}» width=»16″ height=»16″ />направлен перпендикулярно элементу dl, и направлению силы Ампера. Если смотреть из конца alt=»\overline{B}» width=»16″ height=»16″ />, то вращение по кратчайшему расстоянию от направления силы Ампера к направлению силы тока в проводнике должно происходить против часовой стрелки.

3) Исходя из определения силы Лоренца (F_L), величину вектора магнитной индукции найдем как:

\[B=\frac{F_L}{qv{\sin \alpha}} \qquad (3) \]

где q – заряд частицы, движущейся в магнитном поле; v – скорость движения частицы; \alpha– угол между направлением скорости частицы и вектором поля. Направления силы Лоренца, векторов скорости и магнитной индукции связаны между собой правилом левой руки. Если левую руку расположить так, что в нее входит \overline{B}, четыре вытянутых пальца направить по \overline{v},то отогнутый на 90 o большой палец укажет направление силы, с которой магнитное поле действует на положительно заряженную частицу.

Читайте так же:
На какой ток рассчитаны розетки

Для однородного изотропного магнетика, заполняющего пространство, вектор магнитной в веществе (\overline{B}) и вектор индукции в вакууме({\overline{B}}_0), при одинаковых условиях, связаны формулой:

\[\overline{B}=\mu {\overline{B}}_0 \qquad (4) \]

где \mu– относительная магнитная проницаемость вещества.

Суперпозиция магнитных полей

Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции: если присутствует магнитных, то индукция результирующего поля равна векторной сумме отдельных индукций:

\[\overline{B}=\sum^N_{i=1}{{\overline{B}}_i\left(5\right).}\]

Примеры решения задач

ЗаданиеПрямоугольная рамка со сторонами a и b, имеющая N витков тонкого провода находится в однородном магнитном поле (величина индукции поля равна B). По рамке течет ток силой I. Плоскость рамки параллельна линиям индукции магнитного поля. Каков магнитный момент рамки? Чему равен вращающий момент?
РешениеСделаем рисунок.

Индукция магнитного поля, пример 1

Вращающий момент (\overline{M}), действующий на рамку с током в магнитном поле равен:

\[\overline{M}=\left[{\overline{p}}_m\overline{B}\right] \qquad (1.1) \]

Так как в правой части (1.1) стоит векторное произведение, то:

\[M=p_mB\sin\ \alpha \qquad (1.2) \]

где \alpha– угол между направлением положительной нормали к плоскости рамки и направлением вектора \overline{B}. Так как по условию задачи плоскость рамки параллельна линиям поля, то \alpha =\frac{\pi}{2}, значит:

\[M=p_mB \qquad (1.3) \]

где магнитный момент рамки можно найти как:

\[p_m=NIS=NIab \qquad (1.4) \]

где площадь поверхности рамки равна S=ab.Подставим (1.4) в (1.3), получим, что вращающий момент:

\[M=NIabB \qquad (1.5) \]

ЗаданиеИмеются два магнитных поля с индукциями B_1=3Тл и B_2=2Тл, направленные под углом 60 o относительно друг друга. Чему равна индукция результирующего магнитного поля?
РешениеДля магнитных полей выполняется принцип наложения (суперпозиции), то есть можно записать, что:

\[\overline{B}={\overline{B}}_1+{\overline{B}}_2 \qquad (2.1) \]

Индукция магнитного поля, пример 2

Следует учесть, что индукции магнитного поля складывают с учетом направлений. Например, с помощью правила параллелограмма. Длину вектора \overline{B}можно найти по теореме косинусов:

Значение слова «индукция»

1. Лог. Способ рассуждения от отдельных, частных фактов и положений к общим выводам, обобщениям; противоп. дедукция.

2. Физ. Возбуждение электродвижущей силы в каком-л. проводнике при движении его в постоянном магнитном поле или при изменении вокруг него магнитного поля.

3. Физиол. Взаимодействие между процессами возбуждения и торможения в нервной системе, при котором возникновение одного процесса вызывает развитие другого, противоположного. Закон взаимной индукции нервных процессов.

Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

  • Инду́кция (из лат. inductio «выведение, наведение») — широко используемый в науке термин.

Индуктивное умозаключение — метод рассуждения от частного к общему.

Полная индукция — метод доказательства, при котором утверждение доказывается для конечного числа частных случаев, исчерпывающих все возможности.

Неполная индукция — наблюдения за отдельными частными случаями наводит на гипотезу, которая нуждается в доказательстве.

Математическая индукция — метод доказательства для последовательности натуральных чисел либо объектов, однозначно занумерованных натуральными числами.

Проблема индукции — философская проблема обоснованности индуктивных суждений.

Индукция — это вид обобщения, связанный с предвосхищением результатов наблюдений и экспериментов на основе данных опыта. В индукции данные опыта «наводят» на общее, поэтому индуктивные обобщения рассматриваются обычно как опытные истины или эмпирические законы. Изучая финансово-хозяйственную деятельность ряда типичных российских предприятий, можно делать, например, выводы о закономерностях развития совокупности предприятий.

В юридических науках

Индуктивный метод — способ исследования и изложения, при котором от наблюдаемых частных фактов переходят к выделению принципов, общих положений теории, установлению закономерностей.

Индукция ферментов метаболизма — абсолютное увеличение количества и активности ферментов метаболизма вследствие воздействия на них определенного химического соединения, в частности лекарственного средства.

Индукция нервных центров (физиология).

Эмбриональная индукция (биология).

ИНДУ’КЦИЯ, и, ж. [латин. inductio — наведение]. 1. Метод мышления, при к-ром из частных суждений выводится общее (филос.). 2. Возбуждение электрической и магнитной энергии под влиянием магнитного поля или приближением заряженного электрического тела (физ.). Магнитная и электрическая и.

Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека

инду́кция

1. филос. метод рассуждения от частного к общему ◆ Постижение законов природы возможно путем анализа и обобщения отдельных проявлений, то есть исходя из индукции.

2. матем. метод доказательства для последовательности натуральных чисел либо объектов, однозначно занумерованных натуральными числами

3. физ. возникновение полей и т. п. под действием изменения внешних условий

Делаем Карту слов лучше вместе

/>Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.

Вопрос: оппонент — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?

Что такое индукция: определение, виды и особенности

Известно, что электрический ток, текущий по проводнику, порождает вокруг себя магнитное поле. А может ли в природе существовать обратный процесс? Может ли магнитное поле быть использовано для создания электрического тока?

Фарадей в старшем возрасте

В XIX веке физики серьезно над этим задумались. Одним из таких ученых был англичанин Майкл Фарадей (на фото выше). Именно он рассказал всему миру, что такое индукция.

Превращение механической работы в энергию и наоборот

Электромагнитная индукция — это явление, на котором держится почти вся современная энергетика. Известно, что механическую работу можно превратить в тепло. Это сделать очень легко, нужно просто потереть ладони друг о друга. Так механическая работа переходит во внутреннюю энергию ладоней. Возможен ли обратный процесс? Можно ли тепловую энергию (внутреннюю) превратить в механическую работу? Можно, и это реализовано, например, в двигателях внутреннего сгорания.

Итак, в природе существует возможность провести процесс в одном направлении — превратить внутреннюю работу в тепловую энергию. Каким образом сделать все наоборот — внутреннюю энергию преобразовать в механическую работу (энергию)? Это открытие сделал Майкл Фарадей.

Тернистый путь Фарадея в науку

Семья Майкла жила в пригороде Лондона и еле сводила концы с концами. Продукты питания были настолько дорогими, что на неделю мальчику выделяли одну буханку хлеба, другой еды не было. Фарадей не стал работать у отца в кузне, не стал помогать маме-горничной. Когда ему исполнилось двенадцать, он устроился в книжный магазин. Сначала он работал посыльным, а потом помощником переплетчика, именно это решило судьбу Фарадея.

Майкл Фараде в молодости

Он имел доступ к сотням книг, но наибольший интерес у него вызывали труды по различным разделам естествознания. Так Майкл увлекся науками, он читал Британскую энциклопедию и другие научные издания. Многие опыты, которые были там описаны, мальчик, несмотря на свой скромный достаток, повторял.

Казалось, что простому переплетчику невозможно пробиться в научный мир, но в судьбу вмешался случай. В книжный магазин, где работал Фарадей, часто приходили естествоиспытатели из Британской академии. Они увидели, что Майкл читает Британскую энциклопедию, заметили его заинтересованность, жажду знаний, поэтому предложили ему посетить лекцию мирового светила науки Гемфри Дэви.

Гемфри Дэви

Дэви читал курс популярных лекции по физике и химии. Мальчик законспектировал лекции, красиво переплел конспект и передал их ученому с просьбой, чтобы тот взял его к себе на работу.

Дэви отказал юному дарованию, потому что на тот момент не было вакансий, однако Фарадею в очередной раз улыбнулась удача. В лаборатории, где работал Гемфри Дэви, произошел взрыв, и стеклянная посуда, лопнув, повредила зрение физика. Какое-то время ученый не мог читать и писать. К счастью, он вспомнил о мальчике, который интересуется наукой, и пригласил его к себе в помощь. Через некоторое время Дэви окончательно взял Фарадея к себе на работу.

Неудачные попытки Фарадея превратить магнетизм в электричество

Разберем опыт, который проводил Фарадей, чтобы открыть, что такое индукция. Он взял довольно толстое железное кольцо и намотал на него несколько катушек, которые были изолированы друг от друга. Одну катушку физик подключил к гальванометру, а другую присоединил к источнику тока. Замыкая цепь, Фарадей заметил, что стрелка гальванометра дергалась. Он проверял изоляцию и то, не перетекает ли часть тока в другую катушку. Но оказывалось, что изоляция везде исправна.

Еще удивительнее было то, что даже при размыкании цепи стрелка гальванометра тоже дергалась. В дальнейшем Фарадею удалось разобраться, в чем причина этого явления. Чтобы прийти к этому пониманию, он использовал не только катушки с несколькими обмотками, но и железные стержни, магниты. Ученый размышлял, как можно превратить магнетизм в электричество.

Первый успех

Открытие явления электромагнитной индукции датировано 29 августом 1831 года. Через 11 лет после опытов Эрстеда, когда было получено магнитное поле с помощью электрического тока, Фарадею удалось получить индукцию магнитного тока. Но это было только начало исследований. Для того чтобы разобраться, что происходит, физик провел целую серию экспериментов, в которых участвовала катушка, подключенная к гальванометру. Дальше мы опишем опыт Фарадея.

Эксперименты Ампера

Физик Ампер

Такие же опыты повторял и Ампер. Правда, гальванометры, которыми пользовались оба ученых, были не такими, как у нас. Это были очень чувствительные к вибрациям приборы, поэтому их устанавливали в отдельной комнате. Ампер задвигал в катушку магнит и уходил в соседнюю комнату. Когда он шел, то не видел, что происходит с гальванометром, как прибор реагирует. Затем он вставлял магнит, возвращался в комнату с устройством, а стрелка показывала на отметку ноль. Ампер шел в лабораторию и вытаскивал магнит из катушки. Возвращался к гальванометру — стрелка опять показывала на ноль, физику никак не удавалось «поймать» индукцию проводника. Ампер разочаровывался снова и снова.

Почему Фарадею удалось сделать открытие

У Фарадея был помощник по фамилии Андерсон. Сорок лет он ассистировал Фарадею в лаборатории. Они работали вдвоем: Андерсон в одной комнате смотрел за показаниями гальванометра, а Фарадей в другой брал катушку и вставлял в нее магнит. Совершая это действие, Фарадей услышал через открытые двери слова Андерсона о том, что стрелка отклонилась. Когда он вынул магнит, то помощник сообщил, что стрелка отклонилась в другую сторону.

Затем Фарадей поменял полярность магнита и вставил его в катушку другим полюсом. Андерсон сказал, что стрелка гальванометра отклонилась в ту же сторону, что и в последний раз. Позже Фарадей объяснял это явление изменением вектора индукции. При вытаскивании магнита из катушки стрелка отклонилась в ту же сторону, что и в первый раз. Фарадей и Андерсон увидели, что движение магнита в катушке порождает в ней электрический ток.

Проведение опыта

Опыт с постоянным магнитом

Чтобы изучить индукцию, проведем опыт с постоянным магнитом. Подключим катушку к гальванометру. Не обязательно вводить магнит внутрь, как это делал Фарадей, можно вставить в нее железный сердечник. Стрелка при этом не отклоняется, но поскольку железо усиливает поле, то большой магнит можно двигать даже вдали от катушки. Стрелка гальванометра будет отклоняться все равно. Значит, движение магнита возле или внутри катушки порождает в ней электрический ток.

Замена магнита

Опыт с электромагнитом

Фарадей решил провести опыт с электромагнитом. Чтобы понять, что такое индукция, мы повторим тест ученого. Возьмем катушку (буква А на рисунке), на которую намотан провод. Чтобы он создавал поле, подключим его к источнику тока и включим. Видим, что сила тока около 1-1,5 ампера. По катушке течет ток, поэтому она превратилась в электромагнит. Вставляем, а затем вынимаем меньшую катушку из большей (буква В на рисунке), и видим, что стрелка гальванометра (прибор на рисунке обозначен буквой G) реагирует.

Индукционный ток

Измерение индукционного тока

Фарадей задумался, в чем же причина — в самом движении или в том, что когда магнит движется, то меняется магнитная индукция однородного поля внутри катушки. Может быть, дело совсем не в движении, а в изменении магнитного поля? Как это проверить? Нужно сделать так, чтобы поле менялось, а движения никакого не происходило. Для этого можно увеличивать или уменьшать силу тока.

Устройство для изменения силы тока в цепи — это реостат. Подключим его последовательно к электромагниту. Ток от источника пойдет сначала через реостат, второй вывод прибора подключим к катушке, а второй вывод последней — к источнику тока. Теперь можно регулировать силу тока. Вставляем электромагнит — ток течет, стрелка гальванометра реагирует. Так происходит из-за движения магнита или изменения электромагнитного поля? Проверим. Изменим силу тока. Увидим, что когда она меняется, то же происходит и с магнитным полем в катушке. В результате возникает ток во второй катушке. Он называется индукционным.

Что такое индукция

Если выключить источник тока или включить его, то гальванометр на короткое время дает какие-то показания. Когда это заметил Фарадей, ему стало понятно, что именно изменения магнитного поля в катушке создают в ней электрический ток.

Явление электромагнитной индукции поля, открытое Фарадеем, состоит в том, что при изменении магнитного поля в замкнутом контуре (в нашем случае это катушка) в нем возникает электрический ток.

Электромагнитную индукцию можно наблюдать и в таком случае. Возьмем большой магнит, приблизим, а затем удалим его от катушки. При этом возникает индукционный ток. Но можно поступить и по-другому. Катушку, не приближая и не удаляя, просто вращать в магнитном поле. Увидим, что возникает индукция, направление которой меняется. При этом изменяется количество линий магнитного поля, пронизывающих катушку.

Почему возникает ток

Когда в какой-то точке пространства, например, внутри катушки, меняется поле и количество линий магнитной индукции, тут же возникает электрическое поле. Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое. Провод, который намотан на катушку, оказывается в электрическом поле, и оно заставляет электроны внутри провода двигаться. А что если электромагнит неподвижен, а катушка движется навстречу ему? Происходит то же самое. Получается, что магнитное поле вокруг электромагнита постоянно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector