Lịch sử [sửa] Một sơ đồ của bộ máy vòng sắt Faraday. Thay đổi từ thông của cuộn trái gây ra một dòng điện trong cuộn dây bên phải. [1] đĩa Faraday (xem máy phát điện homopolar) cảm ứng điện từ lần đầu tiên được phát hiện bởi Michael Faraday, người đã có công phát hiện của ông vào năm 1831. [2] [3] Nó được phát hiện một cách độc lập bởi Joseph Henry vào năm 1832. [4] [5] Trong cuộc biểu tình thử nghiệm đầu tiên Faraday (ngày 29 tháng 8 1831), ông quấn hai dây xung quanh cạnh đối diện của một vòng sắt hoặc "xuyến" (một sự sắp xếp tương tự như một hiện đại xuyến biến áp). [6] [không trích dẫn được] Dựa trên đánh giá của ông về tính chất mới được phát hiện của nam châm điện, ông mong rằng, khi hiện nay bắt đầu chảy trong một dây, một loại sóng sẽ đi qua các vòng và gây ra một số tác dụng điện về phía ngược lại bên. Ông cắm một dây vào một điện kế, và xem nó như là ông nối dây khác với pin. Thật vậy, ông đã nhìn thấy một hiện thoáng qua (mà ông gọi là một "làn sóng điện") khi ông nối dây tới pin, và một khi ông bị ngắt kết nối nó. [7] cảm ứng này là do sự thay đổi từ thông đã xảy ra khi pin đã được kết nối và ngắt kết nối. [1] Trong vòng hai tháng, Faraday tìm thấy một số biểu hiện khác của cảm ứng điện từ. Ví dụ, ông đã nhìn thấy dòng thoáng qua khi anh nhanh chóng luồn một thanh nam châm trong và ngoài của một cuộn dây, và ông đã tạo ra một thái ổn định (DC) hiện tại bằng cách quay một đĩa bằng đồng gần các thanh nam châm với một dẫn điện trượt ("đĩa Faraday "). [8] Faraday giải thích cảm ứng điện từ bằng cách sử dụng một khái niệm mà ông gọi là đường của lực lượng. Tuy nhiên, các nhà khoa học vào thời điểm đó từ chối rộng rãi tư tưởng lý thuyết của mình, chủ yếu là bởi vì họ đã không được xây dựng bằng toán học. [9] Một ngoại lệ là James Clerk Maxwell, người sử dụng ý tưởng của Faraday là cơ sở của lý thuyết điện từ định lượng của mình. [9] [10] [ 11] Trong mô hình của Maxwell, các khía cạnh thời gian khác nhau của cảm ứng điện từ được thể hiện như một phương trình vi phân, mà Oliver Heaviside gọi là định luật Faraday mặc dù nó là một chút khác nhau, từ công thức gốc Faraday và không mô tả EMF kiến nghị. Phiên bản Heaviside (xem Maxwell-Faraday phương trình dưới đây) là hình thức công nhận ngày hôm nay trong nhóm các phương trình được gọi là phương trình Maxwell. Heinrich Lenz lập định luật mang tên ông vào năm 1834 để mô tả "sự thăng trầm qua các mạch". Luật Lenz cho sự chỉ đạo của EMF gây ra và hiện tại do cảm ứng điện từ (lập thuận trong các ví dụ dưới đây). Sau khi sự hiểu biết đưa ra bởi các luật này, nhiều loại thiết bị sử dụng cảm ứng từ trường đã được phát minh. Thí nghiệm Faraday thấy cảm ứng giữa các cuộn dây của dây điện: Pin lỏng (phải) cung cấp một dòng điện chảy qua các cuộn dây nhỏ (A), tạo ra một từ trường. Khi cuộn dây thì đứng yên, không có được cảm ứng. . Nhưng khi các cuộn dây nhỏ được chuyển vào và ra của các cuộn dây lớn (B), từ thông qua những thay đổi cuộn lớn, gây ra một hiện tại được phát hiện bởi các điện kế (G) [12] Lý thuyết [sửa] Bài chi tiết: luật Faraday về cảm ứng Các luật của vật lý mô tả quá trình cảm ứng điện từ được gọi là định luật Faraday về cảm ứng và phiên bản phổ biến nhất của luật này phát biểu rằng lực điện động cảm ứng trong mạch kín bằng với tốc độ thay đổi của từ thông kèm theo các mạch [13] [14] Hoặc toán học,. mathcal {E} = - {{d Phi_ mathrm {B}} trên dt} , nơi mathcal {E} là lực điện (EMF ) và ΦB là từ thông. Hướng của lực điện được cho bởi luật Lenz. Phiên bản này của định luật Faraday giữ đúng chỉ khi mạch kín là một vòng dây điện vô cùng mỏng, [15] và không hợp lệ trong một số trường hợp khác. Một phiên bản khác nhau, các phương trình Maxwell-Faraday (được thảo luận dưới đây), có giá trị trong mọi tình huống. Đối với một cuộn dây quấn chặt dây, gồm N lần lượt giống hệt nhau, mỗi loại có từ thông cùng đi qua chúng, EMF kết quả được cho bởi [16] [17] mathcal {E} = -N {{d Phi_ mathrm {B}} trên dt} luật Faraday về cảm ứng làm cho việc sử dụng của ΦB từ thông qua một Σ bề mặt giả thuyết mà ranh giới là một dây loop. Kể từ khi vòng dây có thể được di chuyển, chúng tôi viết Σ (t) cho bề mặt. Các từ thông được định nghĩa bởi một bề mặt không thể tách rời: Phi_ mathrm {B} = iint giới hạn _ { Sigma (t)} mathbf {B} ( mathbf {r}, t) cdot d mathbf {A } , nơi dA là một phần tử của diện tích bề mặt của các Σ bề mặt di chuyển (t), B là từ trường, và B · dA là một sản phẩm vector chấm (số lượng vô cùng nhỏ từ thông). Trong điều kiện trực quan hơn, các từ thông qua vòng dây là tỷ lệ thuận với số lượng các dòng từ thông đi qua các vòng lặp. Khi thay đổi-vì thông lượng thay đổi B, hoặc vì các vòng dây được di chuyển hoặc bị biến dạng, hoặc cả hai-Faraday pháp luật của cảm ứng nói rằng các vòng dây mua một EMF, mathcal {E}, định nghĩa là năng lượng có sẵn từ một điện tích đơn vị đã đi du lịch một lần ở các vòng dây. [15] [18] [19] [20] Một cách tương đương, nó là điện áp sẽ được đo bằng cách cắt dây để tạo ra một mạch mở và gắn một vôn kế để các khách hàng tiềm năng. Theo luật lực Lorentz (trong đơn vị SI), mathbf {F} = q left ( mathbf {E} + mathbf {v} times mathbf {B} right) EMF trên một vòng dây là: mathcal {E} = frac {1} {q} oint _ { mathrm {dây}} mathbf {F} cdot d boldsymbol { ell} = oint _ { mathrm {dây}} left ( mathbf {E} + mathbf {v} times mathbf {B} right) cdot d boldsymbol { ell} trong đó E là điện trường, B là từ trường (mật độ thông lượng aka từ, cảm ứng từ), dℓ là một chiều dài hồ quang vô cùng nhỏ dọc theo dây, và tích phân đường được đánh giá dọc theo dây (cùng các đường cong trùng với hình dạng của dây). Maxwell-Faraday phương trình [sửa] Một minh họa cho định lý Kelvin-Stokes với Σ bề mặt ∂Σ ranh giới của nó và định hướng n thiết lập bởi các quy tắc bên tay phải. Các phương trình Maxwell-Faraday là một tổng quát của định luật Faraday mà biểu rằng một từ trường biến thiên theo thời gian luôn đi kèm với một điện trường không bảo thủ không gian-khác nhau, và ngược lại. Phương trình Maxwell-Faraday được Nabla times mathbf {E} = - frac { partial mathbf {B}} { partial t} (trong đơn vị SI), nơi Nabla times là các nhà điều hành curl và một lần nữa E (r, t) là điện trường và B (r, t) là từ trường. Các lĩnh vực này thường có thể được chức năng của vị trí r và thời gian t. Các phương trình Maxwell-Faraday là một trong bốn phương trình Maxwell, và do đó đóng một vai trò cơ bản trong lý thuyết về điện từ cổ điển. Nó cũng có thể được viết bằng một hình thức không thể thiếu của các định lý Kelvin-Stokes: [21] oint _ { partial Sigma} mathbf {E} cdot d boldsymbol { ell} = - int _ { Sigma} frac { partial mathbf {B}} { partial t} cdot d mathbf {A} nơi, như được chỉ ra trong hình: Σ là một bề mặt giới hạn bởi các đường viền ∂Σ khép kín, E là điện trường, B là từ trường. dℓ là một yếu tố vô cùng vector của ∂Σ đường viền, dA là một yếu tố vô cùng nhỏ của vector Σ bề mặt. Nếu hướng của nó là trực giao để mà vá bề mặt, độ lớn là diện tích của một bản vá lỗi vô cùng nhỏ của bề mặt. Cả hai dℓ và dA có một sự mơ hồ dấu hiệu; để có được những dấu hiệu chính xác, các quy tắc bên tay phải được sử dụng, như đã giải thích trong bài viết lý Kelvin-Stokes. Đối với một bề mặt phẳng Σ, một dℓ yếu tố tích cực của đường cong ∂Σ được xác định bởi các quy tắc bên tay phải là một mà chỉ với các ngón tay của bàn tay phải khi các điểm ngón tay cái trong sự chỉ đạo của n bình thường đến Σ bề mặt. tích xung quanh ∂Σ được gọi là một con đường không thể tách rời hoặc tích phân đường.
đang được dịch, vui lòng đợi..
