Richtung des Induktionsstroms in zwei Spulen. Richtung des Induktionsstroms. Lenzsche Regel. Die Lenzsche Regel lautet

1. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms im massiven Ring, an den der Magnet herangeführt wird (siehe Abb. 2.6).

2. Stromstärke im Leiter OO"(siehe Abb. 2.20) nimmt ab. Bestimmen Sie die Richtung des induzierten Stroms im stationären Stromkreis ABCD und die Richtungen der Kräfte, die auf beiden Seiten des Stromkreises wirken.

3. Der Metallring kann sich frei entlang des Kerns der an den Gleichstromkreis angeschlossenen Spule bewegen (Abb. 2.21). Was passiert, wenn der Stromkreis geschlossen und geöffnet wird?

4. Der magnetische Fluss durch einen Leiterkreis mit einem Widerstand von 3 · 10 -2 Ohm änderte sich in 2 s auf 1,2 · 10 -2 Wb. Bestimmen Sie die Stromstärke im Leiter, wenn sich der Fluss gleichmäßig ändert.

5. Ein Flugzeug fliegt horizontal mit einer Geschwindigkeit von 900 km/h. Bestimmen Sie die Potentialdifferenz zwischen den Enden seiner Flügel, wenn das Modul der vertikalen Komponente der magnetischen Induktion des Erdmagnetfelds 5 · 10 -5 T beträgt und die Flügelspannweite 12 m beträgt.

6. Der Strom in der Spule ändert sich in einer Zeit von 3 s von 1 A auf 4 A. In diesem Fall entsteht eine selbstinduktive EMK von 0,1 V. Bestimmen Sie die Induktivität der Spule und die Änderung der Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfelds.

7. In einer Spule mit einer Induktivität von 0,15 H und einem sehr kleinen Widerstand r beträgt die Stromstärke 4 A. Parallel zur Spule ist ein Widerstand mit dem Widerstandswert R geschaltet<< r. Какое количество теплоты выделится в катушке и в резисторе после быстрого отключения источника тока?

Variante 1

Aufgabe. A und B A) B).

Ereignis B

∆Ф›0

′ induzierter Strom

IN ′

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 2

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 3

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 4

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 5

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 6

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL. Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 7

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Lenz' REGEL . Lösen Sie das Problem anhand des Beispiels

Option 8

Aufgabe. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms für die in den Abbildungen dargestellten FälleA und B . Verfolgen Sie im Einzelfall den Fortgang der EntscheidungA) und lösen Sie es selbst für den FallB).

Ereignis B

Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsvektors B des äußeren Feldes

Finden Sie die Änderung des magnetischen Flusses ∆Ф

∆Ф›0

Bestimmung des Induktionsvektors B ′ induzierter Strom

IN ′

Finden Sie die Richtung des Induktionsstroms (mit dem Bohrer oder der Regel der rechten Hand)

Laborarbeit Nr. 4
Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion

Zweck der Arbeit: Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion.

Ausrüstung: Milliamperemeter, Spule-Spule, bogenförmiger Magnet, Stromquelle, Spule mit Eisenkern aus einem zerlegbaren Elektromagneten, Rheostat, Schlüssel, Verbindungsdrähte, Modell eines Stromgenerators (einer pro Klasse).

Gebrauchsanweisung

1. Schließen Sie die Spule an die Klemmen des Milliamperemeters an.

2. Beobachten Sie die Messwerte des Milliamperemeters, bringen Sie einen der Pole des Magneten zur Spule, stoppen Sie dann den Magneten für einige Sekunden und bringen Sie ihn dann wieder näher an die Spule heran, indem Sie ihn hineindrücken (Abb. 184). Notieren Sie, ob in der Spule ein induzierter Strom entstand, während sich der Magnet relativ zur Spule bewegte. während es gestoppt ist.

3. Notieren Sie, ob sich der magnetische Fluss F, der durch die Spule fließt, während der Bewegung des Magneten geändert hat. während es gestoppt ist.

4. Ziehen Sie auf der Grundlage Ihrer Antworten auf die vorherige Frage eine Schlussfolgerung über die Bedingung, unter der ein induzierter Strom in der Spule auftrat, und schreiben Sie sie auf.

5. Warum änderte sich der durch diese Spule fließende Magnetstrom, als sich der Magnet der Spule näherte? (Um diese Frage zu beantworten, denken Sie erstens daran, von welchen Größen der magnetische Fluss Ф abhängt und zweitens, ob die Größe des Induktionsvektors B des Magnetfelds eines Permanentmagneten in der Nähe dieses Magneten und in der Ferne davon gleich ist.)

Die Milliamperemeternadel weicht von der Nullteilung ab

Prüfen Sie, ob die Richtung des Induktionsstroms in der Spule gleich oder unterschiedlich ist, wenn sich derselbe Magnetpol ihr nähert und sich von ihr entfernt.

7. Bringen Sie den Magnetpol mit dieser Geschwindigkeit näher an die Spule heran
so dass der Zeiger des Milliamperemeters um nicht mehr als die Hälfte des Grenzwerts seiner Skala abweicht.

Wiederholen Sie das gleiche Experiment, jedoch mit einer höheren Geschwindigkeit des Magneten als im ersten Fall.

Änderte sich der magnetische Fluss F, der durch diese Spule fließt, bei einer höheren oder niedrigeren Bewegungsgeschwindigkeit des Magneten relativ zur Spule schneller?

Entstand in ihr bei einer schnellen oder langsamen Änderung des Magnetflusses durch die Spule ein Strom größerer Stärke?

Zeichnen und notieren Sie basierend auf Ihrer Antwort auf die letzte Frage eine Schlussfolgerung darüber, wie der Modul der Stärke des in der Spule entstehenden Induktionsstroms von der Änderungsrate des magnetischen Flusses F abhängt, der durch diese Spule fließt.

8. Bauen Sie den Versuchsaufbau gemäß Abbildung 185 zusammen.

9. Prüfen Sie, ob in folgenden Fällen ein induzierter Strom in Spule 1 auftritt:

a) beim Schließen und Öffnen des Stromkreises, in den es einbezogen ist
Spule 2;

b) wenn Gleichstrom durch Spule 2 fließt;

c) beim Erhöhen und Verringern des durch Spule 2 fließenden Stroms, indem der Rheostat-Schieber auf die entsprechende Seite verschoben wird.

10. In welchem ​​der in Absatz 9 aufgeführten Fälle ändert sich der magnetische Fluss durch Spule 1? Warum ändert es sich?

11. Beobachten Sie das Auftreten von elektrischem Strom im Generatormodell (Abb. 186). Erklären Sie, warum in einem in einem Magnetfeld rotierenden Rahmen ein induzierter Strom auftritt.

In den im vorherigen Absatz beschriebenen Experimenten haben wir gesehen, dass die Richtung des Induktionsstroms in verschiedenen Fällen unterschiedlich sein kann: Das Galvanometer wurde manchmal in die eine, manchmal in die andere Richtung zurückgeworfen. Nun werden wir versuchen, eine allgemeine Regel zu finden, die die Richtung des Induktionsstroms bestimmt.

Dazu verfolgen wir sorgfältig die Richtung des Stroms in einem Induktionsexperiment, zum Beispiel in dem in Abb. 254, a. Das Diagramm dieses Experiments ist in Abb. dargestellt. In Abb. 261 ist jede der Spulen I und II als eine Windung dargestellt, und die Pfeile und geben jeweils die Richtung des Primärstroms in Spule I und die Richtung des Induktionsstroms in Spule II an.

Abb. 261. Zusammenhang zwischen der Richtung des Primärstroms, der ein Magnetfeld erzeugt, und der Richtung des Induktionsstroms: a) wenn das Magnetfeld zunimmt; b) wenn das Magnetfeld schwächer wird

Reis. 261,a bezieht sich auf den Fall, dass der Strom erhöht wird, und Abb. 261, b - für den Fall, dass es geschwächt ist. Wir sehen, dass im ersten Fall, d. h. wenn das Magnetfeld und damit der magnetische Fluss zunimmt, die Ströme in den Spulen I und II entgegengesetzte Richtungen haben; im Gegenteil, wenn die Induktion aufgrund einer Schwächung des Magnetfelds auftritt, d. h. wenn der magnetische Fluss abnimmt, haben beide Ströme die gleiche Richtung. Mit anderen Worten können wir sagen, dass, wenn die Ursache der Induktion eine Zunahme des magnetischen Flusses ist, der den Bereich des Stromkreises durchdringt, der resultierende Induktionsstrom so gerichtet ist, dass er den ursprünglichen magnetischen Fluss schwächt. Wenn dagegen eine Induktion aufgrund einer Schwächung des Magnetflusses auftritt, verstärkt das Magnetfeld des induzierten Stroms den ursprünglichen Magnetfluss.

Das Ergebnis, das wir erhalten haben, kann als allgemeine Regel formuliert werden:

Ein induzierter Strom hat immer eine Richtung, in der sein Magnetfeld die Änderung des magnetischen Flusses, die zur Entstehung dieses Stroms führt, verringert (kompensiert).

Diese allgemeine Regel wird ausnahmslos in allen Induktionsfällen beachtet. Betrachten wir insbesondere den Fall, dass die Induktion durch die Bewegung eines Stromkreises oder eines Teils davon relativ zu einem Magnetfeld verursacht wird. Eine solche Erfahrung ist in Abb. dargestellt. 253, und sein Diagramm ist in Abb. dargestellt. 262, und die Pfeile auf der Spule geben die Richtung des in der Spule induzierten Stroms an, wenn er sich dem Nordpol des Magneten nähert (Abb. 262, a) oder wenn er sich von diesem Pol entfernt (Abb. 262, b). Mit der Bohrerregel (§ 124) lässt sich die Richtung des Magnetfeldes des induzierten Stroms leicht bestimmen und sicherstellen, dass sie der oben formulierten Regel entspricht.

Reis. 262. Die Richtung des im Stromkreis entstehenden Induktionsstroms: a) wenn sich ihm ein Magnet nähert; b) wenn sich der Magnet von ihm entfernt

Achten wir nun auf diese Tatsache. Wenn in der Spule ein induzierter Strom entsteht, wird sie zu einem Magneten, dessen Nord- und Südpolposition durch die Gimlet-Regel bestimmt werden kann. In Abb. 262 zeigt, dass im Fall a) am oberen Ende der Spule ein Nordpol und im Fall b) ein Südpol erscheint. Aus dieser Abbildung sehen wir, dass, wenn wir beispielsweise den Nordpol eines Magneten näher an die Induktionsspule bringen, ein Nordpol auch am nächstgelegenen Ende der Spule erscheint, und wenn wir den Nordpol des Magneten bewegen Wenn man sich von der Spule entfernt, erscheint am nächstgelegenen Ende der Spule ein Südpol. Aber wie wir wissen, stoßen sich Magnete mit gleichen Polen ab und entgegengesetzte ziehen sich an. Wenn daher eine Induktion auftritt, wenn sich der Magnet der Spule nähert, stoßen die Wechselwirkungskräfte zwischen dem Magneten und dem induzierten Strom den Magneten von der Spule ab, und wenn eine Induktion auftritt, wenn sich der Magnet von der Spule entfernt, werden sie von beiden angezogen andere. Für Fälle, in denen die Induktion durch die Bewegung eines Magneten oder des gesamten Induktionskreises als Ganzes erfolgt, können wir daher die folgende allgemeine Regel aufstellen, die im Wesentlichen der oben formulierten Regel entspricht, für diese Fälle jedoch praktischer ist:

Der Induktionsstrom hat immer eine solche Richtung, dass seine Wechselwirkung mit dem primären Magnetfeld der Bewegung entgegenwirkt, aufgrund derer die Induktion auftritt.

Diese Regel wird Lenzsche Regel genannt.

Die Lenzsche Regel steht in engem Zusammenhang mit dem Energieerhaltungssatz. Stellen wir uns zum Beispiel vor, dass, wenn sich der Nordpol des Magneten dem Magneten nähert, der Strom in ihm eine entgegengesetzte Richtung zu der nach der Lenzschen Regel geforderten Richtung hätte, d. h. die Richtung am Ende des Magneten, die dem Magneten am nächsten ist , nicht der Norden, sondern der Südpol. In diesem Fall würden keine abstoßenden Kräfte, sondern anziehende Kräfte zwischen der Spule und dem Magneten entstehen. Der Magnet würde sich weiterhin spontan und mit zunehmender Geschwindigkeit der Magnetspule nähern, wodurch in ihm immer größere Induktionsströme entstehen und dadurch die Anziehungskraft auf die Magnetspule immer stärker wird. Ohne jeglichen Aufwand an äußerer Arbeit würden wir also einerseits eine kontinuierliche beschleunigte Bewegung des Magneten in Richtung des Elektromagneten erhalten und andererseits einen immer stärker werdenden Strom im Elektromagneten, der Arbeit erzeugen kann. Es ist klar, dass dies unmöglich ist und dass der induzierte Strom keine andere Richtung haben kann als die, die durch die Lenzsche Regel angegeben wird. Das Gleiche lässt sich anhand anderer Induktionsfälle erkennen.

In Abb. 263 zeigt ein sehr einfaches und anschauliches Experiment zur Veranschaulichung der Lenz-Regel. Ein Aluminiumring, der als Induktionsspule dient, hängt in der Nähe der Pole eines starken Magneten oder Elektromagneten, der entlang einer Schiene bewegt werden kann. Wenn wir den Magneten vom Ring wegbewegen, sehen wir, dass der Ring ihm folgt. Im Gegenteil: Wenn wir den Magneten näher an den Ring heranbewegen, stellen wir fest, dass sich der Ring vom Magneten wegbewegt. In beiden Fällen ändert sich der magnetische Fluss durch den Ring, wenn sich der Magnet bewegt, und im Ring entsteht ein induzierter Strom. Nach der Lenzschen Regel ist dieser Strom so gerichtet, dass seine Wechselwirkung mit einem sich bewegenden Magneten die Bewegung des Magneten verlangsamt; Nach dem dritten Newtonschen Gesetz (siehe Band I) wirken Gegenkräfte auf den Ring und bewirken seine Bewegung.

Reis. 263. Eine ringförmige Induktionsspule hängt zwischen den Polen eines Magneten. Wird der Magnet vom Ring wegbewegt, folgt ihm der Ring. Wenn Sie einen Magneten auf einen Ring zubewegen, bewegt er sich vom Magneten weg

In Abb. 264 zeigt ein ähnliches Experiment, bei dem lineare Bewegung durch Rotation ersetzt wird. Wenn sich Magnet 1 dreht, rotiert das Feld mit, dessen Größe konstant bleibt. Dadurch ändert sich der magnetische Fluss durch Ring 2 ständig und es wird ein Strom im Ring induziert. Wenn wir die Lenzsche Regel anwenden und das dritte Newtonsche Gesetz berücksichtigen, können wir leicht verstehen, dass ein Ring in einem rotierenden Magnetfeld beginnt, sich in die gleiche Richtung zu drehen, in der sich das Feld dreht.

Reis. 264. Durch die Drehung von Magnet 1 entsteht ein rotierendes Magnetfeld, das Ring 2 dreht

Dieser Erfahrung sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da sie das Verständnis für den Aufbau einer der häufigsten Arten von Elektromotoren erleichtert.

139.1. In der Nähe befinden sich zwei lange Leiter und (Abb. 265); der erste von ihnen ist an eine Stromquelle angeschlossen, der zweite an ein Galvanometer. Wenn die Stromstärke im ersten Leiter auf irgendeine Weise, beispielsweise mit einem Rheostat, geändert wird, erkennt das Galvanometer das Auftreten eines induzierten Stroms im zweiten Leiter. Erklären Sie dieses Erlebnis. Wie verlaufen in diesem Fall die magnetischen Feldlinien und wo befindet sich die Induktionsschleife? Welche Richtung hat der induzierte Strom, wenn der Primärstrom zunimmt und abnimmt?

Reis. 265. Zur Übung 139.1

139.2. Für das in Abb. gezeigte Induktionsexperiment. 258, bestimmen Sie mit der Lenzschen Regel und der Linkshand-Regel die Richtung des induzierten Stroms unter der Annahme, dass das Magnetfeld von unten nach oben gerichtet ist und der Leiter sich von links nach rechts bewegt. Wie ändert sich die Richtung des induzierten Stroms, wenn die Richtung des Magnetfelds oder die Bewegungsrichtung des Leiters umgekehrt wird? Um den Strom in einem Leiter zu leiten, formulieren Sie eine ähnliche „Rechte-Hand-Regel“.

139.3. Es wird ein Induktionsexperiment durchgeführt, wie in Abb. 260. Die Batteriepolschilder sind in der Abbildung dargestellt. Bestimmen Sie die Richtung des Stroms in Spule II, wenn sich der Eisenkern in Spule I hineinbewegt und wenn er sich aus Spule I herausbewegt.

Wenn ein Magnet in eine Spule eingeführt wird, entsteht in dieser ein Induktionsstrom. Wenn Sie ein Galvanometer an der Spule anbringen, werden Sie feststellen, dass die Richtung des Stroms davon abhängt, ob wir den Magneten näher bringen oder ihn wegbewegen.

Der Magnet interagiert mit der Spule, indem er entweder von ihr angezogen oder abgestoßen wird. Dies liegt daran, dass die vom Strom durchflossene Spule einem Magneten mit zwei Polen ähnelt. Die Richtung des induzierten Stroms bestimmt, wo sich die Pole der Spule befinden.

Wenn Sie einen Magneten näher an die Spule bringen, entsteht in ihm ein induzierter Strom in einer solchen Richtung, dass die Spule zwangsläufig vom Magneten abgestoßen wird. Wenn wir den Magneten von der Spule entfernen, entsteht in der Spule ein solcher Induktionsstrom, dass er vom Magneten angezogen wird.

Es ist erwähnenswert, dass die Spule immer abgestoßen wird, wenn sie eingeführt wird, und angezogen wird, wenn sie entfernt wird, unabhängig davon, an welchem ​​Pol wir den Magneten anbringen oder entfernen. Der Unterschied besteht darin, dass der magnetische Fluss, der die Spule durchdringt, zunimmt, wenn sich der Magnet der Spule nähert, da die Gruppierung magnetischer Induktionslinien am Pol des Magneten zunimmt. Und wenn der Magnet entfernt wird, nimmt der magnetische Fluss durch die Spule ab.

Sie können die Richtung des Induktionsstroms herausfinden. Dafür gibt es Lenzsche Regel. Es basiert auf dem Erhaltungssatz. Betrachten Sie das folgende Experiment.

Es gibt eine Spule, an die ein Galvanometer angeschlossen ist. Wir beginnen, einen Magneten beispielsweise mit dem Nordpol an eine Kante der Spule zu bringen. Die Anzahl der Leitungen, die die Oberfläche jeder Spulenwindung durchdringen, nimmt zu. Folglich erhöht sich auch der Wert des magnetischen Flusses.

Da das Erhaltungsgesetz erfüllt sein muss, muss ein Magnetfeld entstehen, das verhindert, dass sich der magnetische Fluss ändert. In unserem Fall hat der magnetische Fluss zugenommen, daher muss der Strom in eine solche Richtung fließen, dass die Linien des von der Spule erzeugten magnetischen Induktionsvektors in die entgegengesetzte Richtung zu den vom Magneten erzeugten magnetischen Induktionslinien gerichtet sind.

Das heißt, in unserem Fall sollten sie nach oben gerichtet sein. Wenden wir nun die Gimlet-Regel an. Wir richten den Daumen unserer rechten Hand in die Richtung der benötigten magnetischen Induktionslinien, also nach oben. Dann zeigen die restlichen Finger an, in welche Richtung der Induktionsstrom gerichtet werden soll. In unserem Fall von links nach rechts.

Ein ähnlicher Vorgang findet statt, wenn der Magnet entfernt wird. Wir entfernen den Magneten, der Magnetfluss nimmt ab, daher sollte ein Feld entstehen, das den Magnetfluss erhöht. Das heißt, das Feld der magnetischen Induktionslinie, das mit den vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Induktionslinien gleichgerichtet ist. In unserem Fall sind diese Linien nach unten gerichtet. Wieder verwenden wir die Gimlet-Regel und bestimmen die Richtung des Induktionsstroms.