Lección de física en el grado 11 sobre el tema:
"Inducción electromagnética. La regla de Lenz"
El propósito de la lección:
educativo: familiarizar a los estudiantes con el fenómeno de la inducción electromagnética, reproducir los experimentos de Faraday, mostrar que la corriente inducida aparece cuando cambia el flujo magnético que pasa por el circuito; derivar la fórmula y comprender el significado físico de la ley de inducción electromagnética; Formule la regla de Lenz.
educativo: desarrollar habilidades de trabajo en equipo en combinación con la independencia del estudiante, cultivar las necesidades cognitivas y el interés en el tema;
desarrollando: desarrollar la capacidad de percibir información rápidamente y realizar tareas prácticas; Desarrollar el pensamiento lógico y la atención, la capacidad de analizar, comparar los resultados obtenidos y sacar conclusiones adecuadas.
Plan de estudios:
Corriente de inducción.
Inducción electromagnética en tecnología moderna.
Reforzando el tema: Trabajo de laboratorio “Inducción electromagnética”
Resumiendo la lección I . Establecer una tarea de aprendizaje.
Hemos cubierto el tema "Campo magnético". Hoy tenemos que descubrir cómo aprendiste este material. Generalizaremos nuestro conocimiento sobre el campo magnético y continuaremos mejorando nuestras habilidades para explicar los fenómenos magnéticos.
II. Implementación de conocimientos de referencia.
Para ello, necesitamos responder algunas preguntas.
¿Qué es la corriente eléctrica?
¿Qué es necesario para que exista la corriente eléctrica?
¿Qué crea un campo magnético?
¿Cómo se puede detectar un campo magnético?
¿Qué valor caracteriza el campo magnético en cada punto?
¿En qué unidades se mide la inducción magnética?
¿A qué equivale 1T?
¿Qué valor caracteriza el campo magnético en una determinada región del espacio?
¿En qué unidades se mide el flujo magnético?
¿A qué equivale 1 Wb?
¿Qué determina el flujo magnético que penetra en el área de un circuito plano colocado en un campo magnético uniforme?
Complete las siguientes definiciones:
a) La fuerza de Lorentz es...
B) La fuerza en amperios es...
B) La temperatura de Curie es...
D) La permeabilidad magnética del medio caracteriza.
13. Escriba fórmulas para cálculos:
A) Fuerzas de Lorentz
B) Fuerzas de amperios
B) Módulo de vector de inducción magnética
D) Flujo magnético
D) permeabilidad magnética del medio
14. Se aplica una fuerza de amperios.
15. Se utiliza la fuerza de Lorentz.
III. Aprendiendo nuevo material
Entonces, después de resumir el conocimiento sobre el campo magnético, continuaremos mejorando nuestras habilidades para explicar los fenómenos magnéticos.
Hoy en la lección descubriremos un nuevo fenómeno, que es uno de los logros científicos más notables de la primera mitad del siglo XIX, que provocó el surgimiento y el rápido desarrollo de la ingeniería eléctrica y radioeléctrica. Entonces, ¡adelante en busca de conocimiento!
El tema de la lección es “Inducción electromagnética. La regla de Lenz"
Secuencia de presentación de nuevo material.
La historia del descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética.
Demostración de los experimentos de Faraday sobre inducción electromagnética.
Corriente de inducción.
Causas de la corriente de inducción.
Dirección de la corriente de inducción. La regla de Lenz
Ley de inducción electromagnética.
Trabajo de laboratorio “Inducción electromagnética”
Anteriormente, en electrodinámica se estudiaban los fenómenos relacionados o provocados por la existencia de campos eléctricos y magnéticos constantes en el tiempo (estáticos y estacionarios). ¿Aparecen nuevos fenómenos en presencia de campos variables?
La historia del descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética.
En la pantalla hay un retrato de M. Faraday (1791 - 1867).
Información bibliográfica: M. Faraday
Demostración de los experimentos de Faraday sobre inducción electromagnética, análisis de experimentos.
Experiencia 1. Inserción (extracción) de una tira magnética de un circuito cerrado conectado a un galvanómetro.
Experiencia 2. Cuando se cierra (abre) la llave o se mueve el motor del reóstato, el campo magnético que penetra en la bobina cambia y surge una corriente en ella.
La corriente que se produce en una bobina cuando un imán permanente se mueve con respecto a ella se llama inducción. Esta corriente en la bobina es inducida, es decir, inducida por un imán en movimiento. .Un campo magnético que no cambia no crea una corriente de inducción. .
Experiencia 3. Gire el marco en un campo magnético.
Una corriente inducida en un circuito ocurre si y sólo si el conductor cruza las líneas del campo magnético.
Corriente de inducción.
Analizamos formas de obtener corriente de inducción:
movimiento del imán con respecto a la bobina;
movimiento de la bobina con respecto al imán;
cierre y apertura de circuitos;
rotación del marco dentro del imán;
mover el control deslizante del reóstato;
movimiento de una bobina con respecto a otra.
Causas de la corriente de inducción.:
solo cuando cambia el flujo magnético que penetra en el área cubierta por el conductor (cuando el imán y la bobina se mueven entre sí);
debido a cambios en la intensidad de la corriente en el circuito (al cerrar y abrir el circuito);
debido al cambio de la orientación del circuito con respecto a las líneas de inducción magnética.
Conclusión: Sólo un campo magnético alterno puede crear una corriente (corriente de inducción). La desviación de la aguja del galvanómetro indica la presencia de una corriente inducida en el circuito de la bobina. Tan pronto como se detiene el movimiento, la corriente se detiene.
¿Qué hemos aprendido hoy? Fenómeno. ¿Cual? El fenómeno de la aparición de una corriente de inducción en un circuito cerrado. Este es el fenómeno de la inducción electromagnética.. La condición para que ocurra es un cambio en el número de líneas de inducción magnética a través de la superficie delimitada por el contorno.
En todos los casos, se puede observar que surge una corriente eléctrica cuando cambia el campo magnético, es decir, cuando cambia el número de líneas de fuerza que atraviesan la bobina. Pasando al lenguaje de las cantidades físicas, la causa común de la aparición de corriente puede denominarse un cambio en el flujo magnético que penetra en el circuito. Otros estudios cuantitativos confirmaron que El fenómeno de la inducción electromagnética es la aparición de corriente en un circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético a través del circuito.. La corriente que surge se llama corriente inducida.
Expliquemos el motivo de la aparición de la corriente de inducción.
La corriente de inducción se produce bajo la influencia de un campo eléctrico creado por un cambio en el campo magnético. Como cualquier campo eléctrico, funciona para mover la carga en un circuito. El campo eléctrico que surge durante el proceso de cambio del campo magnético no está asociado con ninguna distribución de cargas eléctricas. Un campo magnético alterno está indisolublemente ligado a este campo eléctrico, por lo que dicen que en este caso estamos ante un campo electromagnético. Las líneas de campo eléctrico asociadas a un campo magnético alterno no tienen principio ni fin: están cerradas como las líneas de un campo magnético. Un campo de este tipo se denomina campo de vórtice. El campo eléctrico de vórtice que surge durante el proceso de inducción electromagnética crea una corriente eléctrica en un conductor cerrado, por lo tanto, es capaz de provocar la circulación de cargas eléctricas. En este sentido, surge la necesidad de introducir una característica energética especial del campo eléctrico del vórtice: la fuerza electromotriz de inducción (abreviada como fem de inducción). La fem inducida se denota con la letra ε i. La fuerza electromotriz de inducción es la relación entre el trabajo realizado por el campo del vórtice al mover una carga eléctrica a lo largo de un circuito cerrado y el módulo de la carga movida:
ε i =Un vórtice /q
La fem de inducción, al igual que el voltaje, se expresa en voltios. Según la ley de Ohm para un circuito cerrado I i = ε i /R
donde R es la resistencia de todo el circuito cerrado. Los experimentos de Faraday demostraron que la intensidad de la corriente inducida I i en un circuito conductor es directamente proporcional a la tasa de cambio en el número de líneas de inducción magnética que penetran en la superficie delimitada por este circuito.
Experiencia 4: introducir (quitar) un imán en un circuito cerrado, primero con un imán y luego con dos imanes.
Conclusión: la magnitud de la corriente depende de la magnitud de la inducción magnética.
Si introduce el mismo imán permanente en una bobina (ver Fig. 1), pero a diferentes velocidades, notará que cuando el imán se mueve rápidamente, la intensidad de la corriente es mayor que cuando se mueve lentamente.
Experiencia 5: Introducimos el imán primero lentamente, luego rápidamente.
Conclusión: La magnitud de la corriente depende de la velocidad a la que se inserta el imán.
Por lo tanto, la fuerza de la corriente de inducción es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie limitada por el contorno: I i ~ ∆Ф /∆ t
Como R no depende de ∆Ф entonces la fem inducida ε i ~ ∆Ф /∆ t
Por tanto, concluimos: la fem inducida es proporcional a la tasa de cambio del campo magnético que penetra en la bobina.
Experiencia 6. Dependencia de la EMF del número de vueltas de la bobina.
Conclusión: La intensidad de la corriente inducida y, por tanto, la fem inducida, es proporcional al número de vueltas de la bobina secundaria a la misma tasa de cambio del campo magnético.
ε yo ~ norte ·∆Ф /∆ t
La fem inducida coincide en dirección con la corriente inducida.
Así, de los experimentos realizados concluimos: la fem inducida es proporcional a la tasa de cambio del campo magnético que penetra en la bobina y al número de vueltas que tiene. Los experimentos de Faraday demostraron que la intensidad de la corriente inducida I i en un circuito conductor es directamente proporcional a la tasa de cambio en el número de líneas de inducción magnética que penetran en la superficie delimitada por este circuito.
Dirección de la corriente de inducción
Experiencia 7: inserción (extracción) de un imán primero con el polo norte, luego con el polo sur.
Conclusión: La dirección de la corriente depende de la dirección del campo magnético.
Experiencia 8. demostrar la dependencia de la dirección de la corriente del cierre o apertura del circuito de la bobina primaria.
Habiendo estudiado todos los aspectos más importantes de la inducción electromagnética en 1831, Faraday estableció varias reglas para determinar la dirección de la corriente de inducción en varios casos, pero no pudo encontrar una regla general. Fue fundada más tarde, en 1834, por el académico de San Petersburgo Emil Christianovich Lenz y por eso lleva su nombre.
La regla de Lenz.
Al investigar el fenómeno de la inducción electromagnética, E. H. Lenz estableció en 1833 una regla general para determinar la dirección de la corriente de inducción: la corriente de inducción siempre tiene una dirección tal que interfiere con la causa que provocó esta corriente con su campo magnético.
Experiencia 9. Demostración de la experiencia de Lenz. En la instalación, lleve el imán al anillo macizo. Ven: el anillo es repelido por el polo del imán. Si pones un anillo en un imán y luego sacas el imán, el anillo tira detrás del imán. Como se puede observar, la corriente inducida en el anillo impide que el imán se acerque en el primer caso, y su alejamiento en el segundo.
Basándose en observaciones similares, el científico ruso E. H. Lenz propuso la siguiente regla para determinar la dirección de la corriente inducida en un conductor: la corriente inducida siempre se dirige de tal manera que su campo magnético contrarresta el cambio en el campo magnético que provoca esta actual.
La dirección de la corriente de inducción está determinada por la regla de Gimlet, por la regla de la mano derecha.
Profesor: Para determinar la dirección de la corriente de inducción en un circuito cerrado, se utiliza La regla de Lenz: La corriente inducida tiene una dirección tal que el flujo magnético que crea a través de la superficie delimitada por el contorno evita el cambio en el flujo magnético que provocó esta corriente.
Tarea experimental: Se inserta un circuito cerrado con una bombilla en el núcleo de acero de un transformador conectado a un voltaje de 220V (RNSh). ¿Por qué se enciende la luz?
6. Ley de la inducción electromagnética.
Hemos establecido que el E.M.F. La inducción en cualquier circuito es directamente proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético. ∆ t– tiempo durante el cual cambia el flujo magnético. El signo menos muestra que cuando el flujo magnético disminuye ( ∆Ф– negativo), f.e.m. crea una corriente de inducción que aumenta el flujo magnético y viceversa. La ley de la inducción electromagnética fue establecida experimentalmente por M. Faraday. El físico y científico natural alemán G. Helmholtz demostró que la ley básica de la inducción electromagnética ε i = – ∆Ф/∆t es consecuencia de la ley de conservación de la energía. La fem inducida en un circuito cerrado es igual a la tasa de cambio del flujo magnético que pasa a través del circuito, tomada con el signo opuesto.
Expresión ε i = – ∆Ф/∆t (1) , llamada ley de Faraday, es universal: es válida para todos los casos de inducción electromagnética. Para una bobina con N, la ley de inducción electromagnética tiene la forma:
ε i = – N ∆Ф/∆t, Ф=BS [T m 2 V b], 1 Wb= 1V 1s
El signo menos muestra que la fem inducida E i está dirigida de modo que el campo magnético de la corriente inducida evite un cambio en el flujo de inducción magnética ∆Ф. Si el flujo aumenta (∆Ф > 0), entonces E i< 0 и поле индукционного тока направлено навстречу потоку. Если же поток уменьшается (∆Ф < 0), то Е i >0 y la dirección del flujo y los campos de la corriente inducida coinciden. fenómeno electromagnético Consiste en la aparición (guía) de una fuerza electromotriz en un circuito conductor ubicado en un campo magnético en caso de un cambio en la magnitud del flujo magnético que atraviesa la superficie delimitada por este circuito.. Expresión ε i = – norte ·∆Ф/∆t(1) representa una de las notaciones matemáticas ley de inducción electromagnética - La fem inducida en el circuito de un circuito eléctrico es igual a la tasa de cambio del flujo magnético que pasa a través de la superficie delimitada por este circuito, tomada con el signo opuesto..
7. Inducción electromagnética en la tecnología moderna.
El fenómeno de la inducción electromagnética subyace al funcionamiento de los generadores de corriente eléctrica por inducción, que representan casi toda la electricidad generada en el mundo.
Ejemplos del uso del fenómeno de la inducción electromagnética en la tecnología moderna:
detectores especiales para detectar objetos metálicos;
tren de levitación magnética;
hornos electricos para fundir metales
Hornos microondas domésticos.
Consolidando lo aprendido: Trabajo de laboratorio “Estudiando el fenómeno de la inducción electromagnética”
Resumiendo la lección
9. Tarea: § 8-11.
El fenómeno de la inducción electromagnética fue descubierto por Faraday en 1831. Los experimentos de Faraday demostraron que en cualquier circuito conductor cerrado, cuando el número cambia
Al pasar líneas de inducción magnética a través de él, surge una corriente eléctrica. Esta corriente fue nombrada corriente inducida. Por ejemplo, en el momento en que se inserta el imán y en el momento en que se saca de la bobina, se observa una desviación de la aguja del galvanómetro. Las desviaciones de la flecha al entrar y salir son opuestas. Cuanto más rápido se mueve el imán, mayor es la desviación. Si mueve el imán hacia la bobina con el otro polo, las desviaciones de la aguja serán opuestas a las originales.
En otro experimento, una de las bobinas K1 está dentro de otra bobina K2. Cuando la corriente a través de la bobina K1 se enciende o apaga, o cuando cambia, o cuando las bobinas se mueven entre sí, se observa una desviación de la aguja del galvanómetro si la corriente fluye a través de K1.
El número total de líneas de inducción magnética a través del área del circuito es flujo magnético. De este modo, La causa de la corriente inducida es un cambio en el flujo magnético a través del circuito. . Si el circuito está ubicado en un campo magnético uniforme, cuya inducción es igual a B, entonces el flujo magnético a través del circuito, cuyo área es S
:Φ = B·Scosα (3.10)
Dónde α ángulo entre vectores EN y normal norte a la superficie del contorno.
El flujo magnético es una cantidad escalar. Si las líneas vectoriales EN salen de la plataforma, el flujo magnético se considera positivo, si entran en ella, el flujo magnético se considera negativo. La unidad SI de flujo magnético es el weber (Wb).
Un weber es un flujo magnético creado por un campo magnético uniforme de inducción 1 T a través de un área de 1 m² perpendicular a las líneas de inducción.. 1Wb = 1Tm².
La aparición de una corriente inducida significa que cuando el flujo magnético Φ cambia en el circuito, se produce una fem inducida. Está determinado por la tasa de cambio del flujo magnético, es decir
mi = – ΔΦ / Δt (3.11)
La fórmula (3.11) expresa la ley de Faraday. El signo menos es una expresión matemática de la regla de Lenz, que establece que La corriente inducida siempre está dirigida de manera que contrarreste la causa que la causa. .
En otras palabras:
La corriente inducida crea un flujo magnético que evita el cambio en el flujo magnético que causa la fem inducida. .
Nota 28. Inducción electromagnética (EMI).
5. El fenómeno de la inducción electromagnética.
Definición.Flujo magnético– una cantidad que caracteriza el número de líneas de inducción magnética que pasan a través de una superficie plana con un área determinada (circuito).
– flujo magnético externo a través del circuito, Wb
Dónde S– área de contorno, m²
α
– ángulo entre y perpendicular al contorno, grados o rads
El fenómeno de la inducción electromagnética.– el fenómeno de la aparición de una corriente de inducción en un conductor (circuito) cerrado, a través del cual cambia el flujo magnético.
El mecanismo de aparición de la corriente de inducción:
1) Un cambio en el flujo magnético conduce a la aparición de un campo eléctrico de vórtice;
2) El campo eléctrico de vórtice (inducción) actúa sobre las cargas libres del circuito y las separa;
3) La separación de carga se caracteriza por la fem inducida que se produce en el circuito;
4) Cuando el circuito está cerrado, surge como consecuencia una corriente de inducción.
– ley de inducción electromagnética (fem de inducción en el circuito), V
Dónde ∆t- intervalos de tiempo
– fem inducida en una bobina de norte vueltas, V
– intensidad de la corriente de inducción en un circuito cerrado, A
Dónde R– resistencia del circuito, ohmios 
– fem inducida en un conductor rectilíneo que se mueve en MF, V
Dónde yo– longitud del conductor, m
υ
– velocidad de movimiento del conductor, m/s
α
– ángulo entre y , grados o rads
Opciones para la aparición de fem inducida:
1) Cambiar el vector de inducción magnética. 
2) Cambiar el área del contorno ∆S: 
3) Cambiar el ángulo α (rotar el contorno): 
Comentario. El principio de funcionamiento de un generador eléctrico se basa en la idea de hacer girar un marco en un campo magnético.
Regla de Lenz (determinación de la dirección de la corriente de inducción). Cuando cambia el flujo magnético, surge una corriente en el circuito que evita el cambio en este flujo magnético.
Algoritmo para determinar la dirección de la corriente de inducción:
1) Establecer la dirección de las líneas de inducción magnética del MF externo;
2) Averiguar si el flujo de MP externo a través de la superficie aumenta o disminuye;
3) Establecer la dirección de las líneas magnéticas de la corriente de inducción según la regla de Lenz: opuesta a las líneas del campo externo cuando el flujo magnético externo aumenta y en la misma dirección cuando el flujo magnético externo disminuye;
4) Determine la dirección de la corriente de inducción usando la regla de la mano derecha.
6. El fenómeno de la autoinducción
Fenómeno de autoinducción– el fenómeno de la aparición de fem inducida y corriente inducida en un conductor cuando cambia la corriente en él.
Explicación de la manifestación de la autoinducción:
1) Cuando se abre el circuito, la corriente principal en el conductor disminuye y, según la regla de Lenz, surgen una fem de autoinducción y una corriente de autoinducción, lo que evita el cambio en el flujo magnético en el circuito. Como resultado, la corriente de autoinducción apoya a la corriente principal, es decir La corriente de autoinducción y la corriente principal están codirigidas;
2) Cuando el circuito está cerrado, según un razonamiento similar, la corriente de autoinducción se dirige en sentido opuesto a la corriente principal.
Comentario. El fenómeno de la autoinducción es un caso especial de manifestación de la inducción electromagnética.
– EMF de autoinducción, V
Dónde ∆I– cambio en la intensidad de la corriente en el circuito, A
Definición. Inductancia (L,
) – una cantidad que caracteriza las propiedades magnéticas de un conductor (bobina).
– propio flujo magnético creado por un conductor portador de corriente, Wb
– energía del campo magnético, J
El fenómeno de la inducción electromagnética fue descubierto por el destacado físico inglés M. Faraday en 1831. Consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito conductor cerrado cuando el flujo magnético que penetra en el circuito cambia con el tiempo.
El flujo magnético Φ a través del área S del circuito es la cantidad
Φ = B S porque α,
Donde B es la magnitud del vector de inducción magnética, α es el ángulo entre el vector y la normal al plano del contorno (figura 4.20.1).
Figura 4.20.1.
Flujo magnético a través de un circuito cerrado. La dirección normal y la dirección positiva seleccionada del recorrido del contorno están relacionadas por la regla de la barrena derecha.
La definición de flujo magnético es fácil de generalizar al caso de un campo magnético no uniforme y un circuito no plano. La unidad SI de flujo magnético se llama Weber (Wb). Un campo magnético con una inducción de 1 T crea un flujo magnético igual a 1 Wb, que penetra en la dirección normal un contorno plano con un área de 1 m2:
1 Wb = 1 T · 1 m2.
Faraday estableció experimentalmente que cuando el flujo magnético cambia en un circuito conductor, surge una fem inducida Eind, igual a la velocidad de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por el circuito, tomada con un signo menos:
La experiencia demuestra que la corriente de inducción excitada en un circuito cerrado cuando cambia el flujo magnético siempre se dirige de tal manera que el campo magnético que crea impide el cambio en el flujo magnético que provoca la corriente de inducción. Esta afirmación se llama regla de Lenz (1833).
Arroz. 4.20.2 ilustra la regla de Lenz utilizando el ejemplo de un circuito conductor estacionario que se encuentra en un campo magnético uniforme, cuyo módulo de inducción aumenta con el tiempo.
Figura 4.20.2.
Ilustración de la regla de Lenz. En este ejemplo, un ind< 0. Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.
La regla de Lenz refleja el hecho experimental de que ind y siempre tienen signos opuestos (el signo menos en la fórmula de Faraday). La regla de Lenz tiene un significado físico profundo: expresa la ley de conservación de la energía.
Un cambio en el flujo magnético que penetra en un circuito cerrado puede ocurrir por dos razones.
1. El flujo magnético cambia debido al movimiento del circuito o sus partes en un campo magnético constante en el tiempo. Este es el caso cuando los conductores, y con ellos los portadores de carga libres, se mueven en un campo magnético. La aparición de fem inducida se explica por la acción de la fuerza de Lorentz sobre las cargas libres en los conductores en movimiento. La fuerza de Lorentz desempeña en este caso el papel de una fuerza externa.
Consideremos, como ejemplo, la aparición de una fem inducida en un circuito rectangular colocado en un campo magnético uniforme perpendicular al plano del circuito. Deje que uno de los lados de un contorno de longitud l se deslice con rapidez a lo largo de los otros dos lados (Fig. 4.20.3).
Figura 4.20.3.
La aparición de fem inducida en un conductor en movimiento. Se indica la componente de la fuerza de Lorentz que actúa sobre un electrón libre.
La fuerza de Lorentz actúa sobre las cargas libres en este tramo del circuito. Uno de los componentes de esta fuerza, asociado con la velocidad de transferencia de cargas, se dirige a lo largo del conductor. Este componente se muestra en la Fig. 4.20.3. Ella desempeña el papel de una fuerza externa. Su módulo es igual
El trabajo realizado por la fuerza FL en la trayectoria l es igual a
A = FL · l = eυBl.
Según la definición de EMF
En otras partes estacionarias del circuito, la fuerza externa es cero. A la relación para ind se le puede dar la forma habitual. Con el tiempo Δt, el área del contorno cambia en ΔS = lυΔt. El cambio en el flujo magnético durante este tiempo es igual a ΔΦ = BlυΔt. Por eso,
Para establecer el signo en la fórmula que conecta ind y es necesario seleccionar la dirección normal y la dirección positiva de atravesar el contorno que sean consistentes entre sí de acuerdo con la regla de la barrena derecha, como se hace en la Fig. 4.20.1 y 4.20.2. Si se hace esto, entonces será fácil llegar a la fórmula de Faraday.
Si la resistencia de todo el circuito es igual a R, entonces fluirá a través de él una corriente de inducción igual a Iind = ind/R. Durante el tiempo Δt, se liberará calor Joule en la resistencia R (ver § 4.11)
Surge la pregunta: ¿de dónde viene esta energía, ya que la fuerza de Lorentz no funciona? Esta paradoja surgió porque tomamos en cuenta el trabajo de un solo componente de la fuerza de Lorentz. Cuando una corriente de inducción fluye a través de un conductor ubicado en un campo magnético, otro componente de la fuerza de Lorentz, asociado con la velocidad relativa de movimiento de las cargas a lo largo del conductor, actúa sobre las cargas libres. Este componente es responsable de la aparición de la fuerza en amperios. Para el caso mostrado en la Fig. 4.20.3, el módulo de fuerza en amperios es FA = IBl. La fuerza de Ampere se dirige hacia el movimiento del conductor; por lo tanto realiza trabajo mecánico negativo. Durante el tiempo Δt este trabajo Amech es igual a
Un conductor que se mueve en un campo magnético a través del cual fluye una corriente de inducción experimenta un frenado magnético. El trabajo total realizado por la fuerza de Lorentz es cero. El calor Joule en el circuito se libera debido al trabajo de una fuerza externa, que mantiene la velocidad del conductor sin cambios, o debido a una disminución en la energía cinética del conductor.
2. La segunda razón del cambio en el flujo magnético que penetra en el circuito es el cambio en el tiempo del campo magnético cuando el circuito está estacionario. En este caso, la aparición de fem inducida ya no puede explicarse por la acción de la fuerza de Lorentz. Los electrones en un conductor estacionario sólo pueden ser impulsados por un campo eléctrico. Este campo eléctrico es generado por un campo magnético variable en el tiempo. El trabajo realizado por este campo al mover una sola carga positiva a lo largo de un circuito cerrado es igual a la fem inducida en un conductor estacionario. Por tanto, el campo eléctrico generado por un campo magnético cambiante no es potencial. Se llama campo eléctrico de vórtice. El concepto de campo eléctrico de vórtice fue introducido en la física por el gran físico inglés J. Maxwell (1861).
La fórmula de Faraday también describe el fenómeno de la inducción electromagnética en conductores estacionarios, que se produce cuando cambia el campo magnético circundante. Así, los fenómenos de inducción en conductores móviles y estacionarios proceden de la misma manera, pero la causa física de la aparición de corriente inducida resulta ser diferente en estos dos casos: en el caso de conductores en movimiento, la fem de inducción se debe a la fuerza de Lorentz; En el caso de conductores estacionarios, la fem inducida es consecuencia de la acción sobre las cargas libres del campo eléctrico del vórtice que se produce cuando cambia el campo magnético.
Inducción electromagnética- se trata de un fenómeno que consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un conductor cerrado como consecuencia de un cambio en el campo magnético en el que se encuentra. Este fenómeno fue descubierto por el físico inglés M. Faraday en 1831. Su esencia puede explicarse mediante varios experimentos sencillos.
Descrito en los experimentos de Faraday. principio de producción de corriente alterna Se utiliza en generadores de inducción que generan energía eléctrica en centrales térmicas o hidroeléctricas. La resistencia a la rotación del rotor del generador, que surge cuando la corriente de inducción interactúa con el campo magnético, se supera mediante el funcionamiento de una turbina de vapor o hidráulica que hace girar el rotor. Tales generadores convertir energía mecánica en energía eléctrica .
Corrientes de Foucault o corrientes de Foucault
Si se coloca un conductor masivo en un campo magnético alterno, entonces en este conductor, debido al fenómeno de la inducción electromagnética, surgen corrientes inducidas por Foucault, llamadas corrientes de foucault.
corrientes parásitas También surgen cuando un conductor masivo se mueve en un campo magnético constante, pero espacialmente no homogéneo. Las corrientes de Foucault tienen una dirección tal que la fuerza que actúa sobre ellas en un campo magnético inhibe el movimiento del conductor. Un péndulo en forma de placa de metal sólida hecha de material no magnético, que oscila entre los polos de un electroimán, se detiene abruptamente cuando se activa el campo magnético.
En muchos casos, el calentamiento provocado por las corrientes de Foucault resulta perjudicial y hay que solucionarlo. Los núcleos de los transformadores y los rotores de los motores eléctricos están hechos de placas de hierro separadas, separadas por capas de aislante que evitan el desarrollo de grandes corrientes de inducción, y las placas mismas están hechas de aleaciones con alta resistividad.
Campo electromagnetico
El campo eléctrico creado por cargas estacionarias es estático y actúa sobre las cargas. La corriente continua provoca la aparición de un campo magnético constante en el tiempo que actúa sobre cargas y corrientes en movimiento. En este caso, los campos eléctrico y magnético existen independientemente uno del otro.
Fenómeno inducción electromagnética demuestra la interacción de estos campos observados en sustancias que tienen cargas libres, es decir, en conductores. Un campo magnético alterno crea un campo eléctrico alterno que, actuando sobre cargas libres, crea una corriente eléctrica. Esta corriente al ser alterna genera a su vez un campo magnético alterno, que crea un campo eléctrico en el mismo conductor, etc.
El conjunto de campos eléctricos y magnéticos alternos que se generan entre sí se llama campo electromagnetico. Puede existir en un medio donde no haya cargas libres y se propaga en el espacio en forma de onda electromagnética.
Clásico electrodinámica- uno de los mayores logros de la mente humana. Tuvo un gran impacto en el desarrollo posterior de la civilización humana al predecir la existencia de ondas electromagnéticas. Posteriormente, esto condujo a la creación de la radio, la televisión, los sistemas de telecomunicaciones, la navegación por satélite, así como las computadoras, los robots industriales y domésticos y otros atributos de la vida moderna.
piedra angular Las teorías de Maxwell Se afirmó que la fuente de un campo magnético sólo puede ser un campo eléctrico alterno, así como la fuente de un campo eléctrico que crea una corriente de inducción en un conductor es un campo magnético alterno. La presencia de un conductor no es necesaria: también surge un campo eléctrico en el espacio vacío. Las líneas del campo eléctrico alterno, al igual que las líneas del campo magnético, están cerradas. Los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética son iguales.
