Siswa kelas 7-9 terkadang menemukan konsep ggl dalam soal. Dan langsung muncul pertanyaan: “Apa ini?”

Jika Anda mengambil sumber arus apa pun: baterai (sel volta), catu daya, dll., Anda akan melihat, misalnya, tulisan “4,5 V” di atasnya. Anda menyebut ini sumber tegangan. Namun sebenarnya, ini adalah EMF - gaya gerak listrik. Dilambangkan dengan ℰ, diukur dalam volt (V).

Jika hambatan listrik sumber dapat diabaikan (yaitu, rumusan masalah tidak menyebutkan apa pun tentang hambatan ini atau ditulis bahwa sumber ideal), maka ggl dan tegangan sumber adalah sama.

Dengan demikian,

EMF merupakan salah satu ciri sumber arus.

Biasanya ini cukup untuk menyelesaikan soal di kelas 7-9.

Tingkat A

Di sekolah menengah, konsep EMF memerlukan pertimbangan yang lebih detail.

Kekuatan luar

Mari kita lihat dua contoh.

1. Bola bermassa M diperbaiki pada suatu saat A di atas tabel (Gbr. 1, a).

2. Bola bermuatan Q 1 (dan massa kecil) tetap di beberapa titik A pada jarak dekat dari muatan tetap kedua Q 2 (Gbr. 1, b).

Beras. 1

Apa yang terjadi pada bola jika dilepaskan??

1. Bola bermassa M akan mulai jatuh, dan jika Anda tidak menangkapnya, ia akan jatuh ke atas meja. Bola dibuat bergerak karena gravitasi. Dalam hal ini, mereka mengatakan bahwa gravitasi (atau medan gravitasi) melakukan kerja.

2. Bola bermuatan Q 1 akan mulai bergerak menuju muatan Q 2, dan jika tidak tertangkap, akan bertabrakan dengannya. Bola dipaksa bergerak karena gaya tarik menarik ke arah bola kedua ( gaya Coulomb). Dalam hal ini, gaya Coulomb (atau medan listrik) dikatakan melakukan usaha.

Apakah mungkin mengembalikan bola ke titik A??

Bisa saja, namun hal ini membutuhkan kekuatan tambahan.

Pada contoh pertama kita bisa melempar bola ke atas. Kami akan mengeluarkan energi kami sendiri untuk membuat bola bergerak ke arah yang benar.

Mari kita lihat contoh kedua secara lebih rinci. Bola dapat dibuat bergerak ke kiri dengan muatan lain Q 3, nilainya lebih besar dari muatannya Q 2. Tapi itu juga akan menjadi gaya Coulomb. Bisa juga diterapkan kekuatan mekanis, Anda dapat memberikan energi tambahan pada bola (misalnya cahaya, bahan kimia, dll.) sehingga dapat mengatasi gaya tarik-menarik muatan Q 2 .

Gaya-gaya yang bekerja pada suatu muatan, kecuali gaya Coulomb, disebut pihak ketiga. Di dalam sumber arus mana pun, muatan bergerak di bawah pengaruh gaya luar.

Dalam semua kasus, jika suatu gaya menyebabkan suatu benda bergerak ke arah yang diinginkan, maka benda tersebut melakukan usaha. Artinya gaya luar juga melakukan usaha untuk memindahkan muatan, yang disebut pihak ketiga.

EMF

Perbandingan kerja gaya luar untuk menggerakkan suatu muatan dengan besar muatan tersebut adalah EMF (gaya gerak listrik).

Mari kita tunjukkan pekerjaan kekuatan eksternal - A ct, biaya yang ditransfer - Q, maka dari definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa ggl

Berdasarkan rumus ini dapat diberikan definisi lain:

EMF adalah besaran skalar fisika, yang secara numerik sama dengan kerja gaya luar untuk memindahkan satuan muatan positif.

Dengan demikian, EMF mencirikan aksi kekuatan eksternal dan bukan merupakan kekuatan dalam arti kata yang biasa. Di sini sekali lagi, terminologi yang digunakan tidak terlalu berhasil, tetapi terminologi yang sudah mapan secara historis.

Dari rumus ini jelas bahwa EMF diukur dalam Volt (V).

.

Dalam pelajaran ini kita akan melihat lebih dekat mekanisme penyediaan arus listrik jangka panjang. Mari kita perkenalkan konsep “sumber tenaga”, “gaya luar”, jelaskan prinsip kerjanya, dan juga perkenalkan konsep gaya gerak listrik.

Topik: Hukum arus searah
Pelajaran: Gaya gerak listrik

Pada salah satu topik sebelumnya (Kondisi Adanya Arus Listrik), sudah disinggung persoalan perlunya sumber tenaga listrik untuk menjaga keberadaan arus listrik dalam jangka waktu yang lama. Arusnya sendiri tentunya bisa didapat tanpa sumber listrik seperti itu. Misalnya, kapasitor habis saat kamera berkedip. Namun arus seperti itu akan terlalu cepat berlalu (Gbr. 1).

Beras. 1. Arus jangka pendek selama pelepasan timbal balik dari dua elektroskop yang bermuatan berlawanan ()

Gaya Coulomb selalu berusaha menyatukan muatan-muatan yang berlawanan, sehingga menyamakan potensial di seluruh rangkaian. Dan, seperti yang Anda ketahui, untuk adanya medan dan arus, diperlukan beda potensial. Oleh karena itu, tidak mungkin dilakukan tanpa adanya gaya lain yang memisahkan muatan dan mempertahankan beda potensial.

Definisi. Gaya pihak ketiga adalah gaya yang berasal dari non-listrik yang bertujuan untuk mengencerkan muatan.

Kekuatan-kekuatan ini dapat berbeda sifatnya tergantung pada jenis sumbernya. Mereka menggunakan baterai asal kimia, di generator listrik - magnetis. Mereka menjamin keberadaan arus, sejak bekerja kekuatan listrik sepanjang loop tertutup selalu nol.

Tugas kedua sumber energi, selain mempertahankan beda potensial, adalah mengisi kembali kehilangan energi akibat tumbukan elektron dengan partikel lain, akibatnya partikel kehilangan energi kinetik, dan energi internal konduktor meningkat.

Gaya asing di dalam sumber bekerja melawan gaya listrik, menyebarkan muatan ke arah yang berlawanan dengan jalur alaminya (saat bergerak dalam rangkaian eksternal) (Gbr. 2).

Beras. 2. Skema aksi kekuatan pihak ketiga

Analog dari tindakan sumber listrik dapat dianggap sebagai pompa air, yang melepaskan air melawan aliran alaminya (dari bawah ke atas, ke apartemen). Sebaliknya, air secara alami mengalir ke bawah di bawah pengaruh gravitasi, tetapi agar pasokan air ke apartemen dapat terus berfungsi, diperlukan pengoperasian pompa yang terus-menerus.

Definisi. Gaya gerak listrik adalah perbandingan kerja gaya luar untuk menggerakkan suatu muatan dengan besar muatan tersebut. Penamaan - :

Satuan pengukuran:

Menyisipkan. EMF rangkaian terbuka dan tertutup

Perhatikan rangkaian berikut (Gbr. 3):

Beras. 3.

Dengan sakelar terbuka dan voltmeter ideal (resistansi sangat tinggi), tidak akan ada arus dalam rangkaian, dan hanya kerja pemisahan muatan yang akan dilakukan di dalam sel galvanik. Dalam hal ini voltmeter akan menunjukkan nilai EMF.

Ketika kunci ditutup maka arus akan mengalir melalui rangkaian, dan voltmeter tidak lagi menunjukkan nilai EMF, melainkan akan menunjukkan nilai tegangan, sama seperti pada ujung-ujung resistor. Dengan loop tertutup:

Di sini: - tegangan pada sirkuit eksternal (pada kabel beban dan suplai); - tegangan di dalam sel galvanik.

Pada pelajaran selanjutnya kita akan mempelajari hukum Ohm untuk rangkaian lengkap.

Bibliografi

  1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fisika (tingkat dasar) - M.: Mnemosyne, 2012.
  2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fisika kelas 10. - M.: Ilexa, 2005.
  3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fisika. Elektrodinamika. - M.: 2010.
  1. ens.tpu.ru().
  2. buku fisika.ru ().
  3. elektrodinamika.narod.ru ().

Pekerjaan rumah

  1. Apa kekuatan eksternal, apa sifatnya?
  2. Bagaimana tegangan pada kutub terbuka suatu sumber arus berhubungan dengan EMF-nya?
  3. Bagaimana energi diubah dan ditransfer dalam rangkaian tertutup?
  4. *GGL baterai senter adalah 4,5 V. Akankah bola lampu yang dirancang untuk 4,5 V menyala dengan intensitas penuh dari baterai ini? Mengapa?

Di ujung konduktor, dan oleh karena itu arus, diperlukan adanya gaya eksternal yang bersifat non-listrik, yang dengannya muatan listrik dipisahkan.

Oleh kekuatan luar adalah gaya apa pun yang bekerja pada partikel bermuatan listrik dalam suatu rangkaian, kecuali gaya elektrostatis (yaitu Coulomb).

Gaya pihak ketiga menggerakkan partikel bermuatan di dalam semua sumber arus: di generator, pembangkit listrik, sel galvanik, baterai, dll.

Ketika suatu rangkaian tertutup, medan listrik tercipta di semua konduktor rangkaian. Di dalam sumber arus, muatan bergerak di bawah pengaruh gaya luar melawan gaya Coulomb (elektron berpindah dari elektroda bermuatan positif ke elektroda negatif), dan di seluruh rangkaian, elektron digerakkan oleh medan listrik (lihat gambar di atas).

Pada sumber arus, selama proses pemisahan partikel bermuatan, terjadi transformasi jenis yang berbeda energi menjadi listrik. Berdasarkan jenis energi yang dikonversi, jenis gaya gerak listrik berikut ini dibedakan:

- elektrostatis- dalam mesin elektrofor, di mana energi mekanik diubah menjadi energi listrik melalui gesekan;

- termoelektrik- dalam termoelemen - energi internal dari sambungan panas dua kabel yang terbuat dari logam berbeda diubah menjadi energi listrik;

- fotovoltaik- dalam fotosel. Di sini terjadi konversi energi cahaya menjadi energi listrik: ketika zat tertentu disinari, misalnya selenium, tembaga (I) oksida, silikon, terjadi hilangnya muatan listrik negatif;

- bahan kimia- dalam sel galvanik, baterai dan sumber lain di mana energi kimia diubah menjadi energi listrik.

Gaya gerak listrik (EMF)— karakteristik sumber arus. Konsep EMF diperkenalkan oleh G. Ohm pada tahun 1827 untuk rangkaian arus searah. Pada tahun 1857, Kirchhoff mendefinisikan EMF sebagai kerja gaya eksternal selama perpindahan satuan muatan listrik sepanjang sirkuit tertutup:

ɛ = Sebuah st /q,

Di mana ɛ — EMF dari sumber saat ini, Sebuah st- kerja kekuatan luar, Q- jumlah biaya yang ditransfer.

Gaya gerak listrik dinyatakan dalam volt.

Kita dapat berbicara tentang gaya gerak listrik di setiap bagian rangkaian. Ini adalah kerja spesifik gaya luar (usaha untuk memindahkan satu muatan) tidak di seluruh rangkaian, tetapi hanya di area tertentu.

Resistansi internal dari sumber arus.

Misalkan ada rangkaian tertutup sederhana yang terdiri dari sumber arus (misalnya sel galvanik, baterai atau generator) dan resistor dengan resistansi R. Arus dalam rangkaian tertutup tidak terputus dimanapun, oleh karena itu arus juga ada di dalam sumber arus. Sumber apa pun mewakili hambatan terhadap arus. Ini disebut hambatan dalam dari sumber arus dan ditunjuk dengan surat itu R.

Di generator R- ini adalah resistansi belitan, dalam sel galvanik - resistansi larutan elektrolit dan elektroda.

Dengan demikian, sumber arus dicirikan oleh nilai EMF dan resistansi internal, yang menentukan kualitasnya. Misalnya, mesin elektrostatik memiliki EMF yang sangat tinggi (hingga puluhan ribu volt), tetapi resistansi internalnya sangat besar (hingga ratusan megohm). Oleh karena itu, mereka tidak cocok untuk menghasilkan arus yang tinggi. Sel galvanik mempunyai EMF hanya sekitar 1 V, namun resistansi internalnya juga rendah (kira-kira 1 Ohm atau kurang). Hal ini memungkinkan mereka memperoleh arus yang diukur dalam ampere.

Arus listrik tidak mengalir dalam kawat tembaga dengan alasan yang sama seperti air tetap diam dalam pipa horizontal. Jika salah satu ujung pipa dihubungkan ke reservoir sedemikian rupa sehingga terjadi perbedaan tekanan, cairan akan mengalir keluar dari salah satu ujungnya. Demikian pula, untuk mempertahankan arus konstan, diperlukan gaya eksternal untuk menggerakkan muatan. Efek ini disebut gaya gerak listrik atau EMF.

Antara akhir tanggal 18 dan awal abad ke-19 karya berabad-abad yang dilakukan oleh para ilmuwan seperti Coulomb, Lagrange dan Poisson landasan matematika penentuan besaran elektrostatis. Kemajuan dalam memahami kelistrikan dalam hal ini panggung sejarah jelas. Franklin telah memperkenalkan konsep “jumlah zat listrik”, namun sejauh ini baik dia maupun penerusnya belum mampu mengukurnya.

Setelah eksperimen Galvani, Volta mencoba menemukan bukti bahwa "cairan galvanik" hewan tersebut memiliki sifat yang sama dengan listrik statis. Dalam pencariannya akan kebenaran, ia menemukan bahwa ketika dua elektroda dari logam berbeda bersentuhan melalui elektrolit, keduanya menjadi bermuatan dan tetap bermuatan meskipun rangkaiannya ditutup oleh beban. Fenomena ini tidak sesuai dengan gagasan yang ada tentang kelistrikan karena muatan elektrostatis dalam kasus seperti itu mereka harus bergabung kembali.

Volta memperkenalkan definisi baru tentang gaya yang bekerja dalam arah pemisahan muatan dan mempertahankannya dalam keadaan tertentu. Dia menyebutnya gerak listrik. Penjelasan tentang deskripsi pengoperasian baterai ini tidak sesuai dengan landasan teori fisikawan pada waktu itu. Dalam paradigma Coulomb sepertiga pertama abad ke-19. d.s. Volta ditentukan oleh kemampuan beberapa benda untuk menghasilkan listrik pada benda lain.

Ohm memberikan kontribusi paling penting dalam penjelasan pengoperasian rangkaian listrik. Hasil serangkaian percobaan membawanya pada konstruksi teori konduktivitas listrik. Dia memperkenalkan besaran “tegangan” dan mendefinisikannya sebagai perbedaan potensial pada kontak. Seperti Fourier yang dalam teorinya membedakan jumlah panas dan suhu dalam perpindahan panas, Ohm menciptakan model dengan analogi yang menghubungkan jumlah muatan yang ditransfer, tegangan dan konduktivitas listrik. Hukum Ohm tidak bertentangan dengan akumulasi pengetahuan tentang listrik elektrostatis.

Kemudian, berkat Maxwell dan Faraday, model penjelasan terkini diperoleh teori baru bidang. Hal ini memungkinkan pengembangan konsep energi terkait medan untuk potensial statis dan gaya gerak listrik. Tanggal utama evolusi konsep EMF:

  • 1800 - pembuatan baterai galvanik Volta;
  • 1826 - Ohm merumuskan hukumnya untuk rantai lengkap;
  • 1831 - penemuan induksi elektromagnetik Faraday.

Definisi dan makna fisik

Menerapkan beberapa beda potensial antara kedua ujung konduktor akan menciptakan aliran elektron dari satu ujung ke ujung lainnya. Namun hal ini tidak cukup untuk menjaga aliran muatan dalam konduktor. Penyimpangan elektron menyebabkan penurunan potensial hingga seimbang (arus berhenti). Oleh karena itu, untuk menciptakan arus searah, diperlukan mekanisme yang secara terus menerus mengembalikan sistem yang dijelaskan ke konfigurasi aslinya, yaitu mencegah agregasi muatan akibat pergerakannya. Untuk tujuan ini, perangkat khusus yang disebut catu daya digunakan.

Untuk mengilustrasikan cara kerjanya, akan lebih mudah untuk mempertimbangkan loop resistansi tertutup dan sumber daya galvanik (baterai). Jika kita berasumsi bahwa tidak ada arus di dalam baterai, maka masalah penggabungan muatan yang dijelaskan masih belum terselesaikan. Namun dalam rangkaian dengan sumber listrik nyata, elektron terus bergerak. Hal ini terjadi karena aliran ion juga mengalir di dalam baterai dari elektroda negatif ke elektroda positif. Sumber energi yang menggerakkan muatan-muatan ini di dalam baterai adalah reaksi kimia. Energi ini disebut gaya gerak listrik.

EMF adalah karakteristik sumber energi apa pun yang mampu mengendalikan pergerakan muatan listrik dalam rantai. Dianalogikan dengan rangkaian hidrolik tertutup, kerja sumber energi. d.s. sesuai dengan pengoperasian pompa untuk menciptakan tekanan air. Oleh karena itu, simbol yang mewakili perangkat ini tidak dapat dibedakan pada diagram hidrolik dan kelistrikan.

Terlepas dari namanya, gaya gerak listrik sebenarnya bukanlah gaya dan diukur dalam volt. Nilai numeriknya sama dengan usaha memindahkan muatan sepanjang sirkuit tertutup. Emf sumber dinyatakan dengan rumus E=A/q, di mana:

  • E - gaya gerak listrik dalam volt;
  • A adalah kerja gaya luar untuk memindahkan muatan dalam joule;
  • q adalah muatan yang dipindahkan dalam coulomb.

Dari rumus EMF ini dapat disimpulkan bahwa gaya gerak listrik bukanlah sifat rangkaian atau beban, melainkan kemampuan generator listrik untuk memisahkan muatan.

Gaya gerak listrik dan beda potensial dalam suatu rangkaian sangat mirip besaran fisis, karena keduanya diukur dalam volt dan ditentukan oleh usaha yang dilakukan untuk memindahkan muatan. Salah satu perbedaan semantik utama adalah e. d.s. (E) disebabkan oleh perubahan sebagian energi menjadi energi listrik, sedangkan beda potensial (U) mengubah energi listrik menjadi bentuk lain. Perbedaan lainnya terlihat seperti ini:

  • E mentransfer energi ke seluruh rangkaian. U adalah ukuran energi antara dua titik pada diagram.
  • E menyebabkan U, tetapi tidak sebaliknya.
  • E diinduksi dalam medan listrik, magnet, dan gravitasi.
  • Konsep e. d.s. hanya berlaku untuk medan listrik, sedangkan beda potensial berlaku untuk medan magnet, gravitasi, dan listrik.

Tegangan pada terminal catu daya biasanya berbeda dengan ggl sumber. Hal ini terjadi karena adanya hambatan internal sumber (elektrolit dan elektroda, belitan generator). Rumus yang menghubungkan beda potensial dan ggl sumber arus adalah U=E-Ir. Dalam ungkapan ini:

  • U adalah tegangan pada terminal sumber;
  • r adalah resistansi internal sumber;
  • I adalah arus pada rangkaian tersebut.

Dari rumus gaya gerak listrik berikut e. d.s. sama dengan tegangan bila tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian. Sumber EMF yang ideal menciptakan perbedaan potensial terlepas dari beban (arus yang mengalir) dan tidak memiliki hambatan internal.

Di alam, tidak mungkin ada sumber dengan daya tak terhingga ketika terminalnya dihubung pendek, sama seperti material dengan konduktivitas tak terhingga. Sumber ideal digunakan sebagai model matematika abstrak.

Inti dari sumber EMF adalah mengubah jenis energi lain menjadi energi listrik dengan bantuan gaya luar. Dari sudut pandang fisika penyediaan e. d.dua jenis sumber utama berikut ini dibedakan:

  • galvanik;
  • elektromagnetik.

Yang pertama adalah sumber elektrokimia berdasarkan keterlibatannya reaksi kimia proses transfer elektron. Dalam kondisi normal interaksi kimia disertai dengan pelepasan atau penyerapan panas, namun terdapat banyak reaksi yang menghasilkan pembangkitan energi listrik.

Proses elektrokimia dalam banyak kasus bersifat reversibel, karena energi arus listrik dapat digunakan untuk menyebabkan zat bereaksi satu sama lain. Peluang ini memungkinkan terciptanya sumber galvanik terbarukan - baterai.

Pada generator arus e. d.s. diciptakan dengan cara yang berbeda. Pemisahan muatan terjadi melalui fenomena induksi elektromagnetik, yang terdiri dari perubahan besaran atau arah Medan gaya menciptakan ggl. Menurut hukum Faraday, temuan e. d.s. induksi dimungkinkan dari ekspresi E=-dФ/dt. Dalam rumus ini:

  • F - fluks magnet;
  • t - waktu.

GGL induksi juga diukur dalam volt. Tergantung pada cara terjadinya perubahan fluks magnet, ada:

  • Diinduksi secara dinamis. Ketika sebuah konduktor bergerak dalam medan magnet stasioner. Khas untuk generator.
  • Diinduksi secara statis. Ketika perubahan fluks terjadi karena perubahan medan magnet di sekitar konduktor diam. Beginilah cara kerja transformator.

Ada juga sumber e. d.s. tidak berdasarkan elektrokimia atau induksi magnet. Perangkat tersebut termasuk fotosel semikonduktor, potensial kontak, dan kristal piezo. Konsep EMF miliki penggunaan praktis terutama sebagai parameter pemilihan sumber tenaga listrik untuk keperluan tertentu. Untuk mendapatkan efek maksimal dari perangkat di sirkuit, Anda perlu mengoordinasikan kemampuan dan karakteristiknya. Pertama-tama, resistansi internal sumber gaya EMF dengan karakteristik beban yang terhubung.

Pada materi kita akan memahami konsep ggl induksi dalam situasi terjadinya. Kami juga akan mempertimbangkan induktansi sebagai parameter kunci terjadinya fluks magnet ketika medan listrik muncul dalam suatu konduktor.

Induksi elektromagnetik adalah pembangkitan arus listrik oleh medan magnet yang berubah seiring waktu. Berkat penemuan Faraday dan Lenz, pola dirumuskan menjadi hukum, yang memperkenalkan simetri ke dalam pemahaman aliran elektromagnetik. Teori Maxwell menyatukan pengetahuan tentang arus listrik dan fluks magnet. Berkat penemuan Hertz, umat manusia belajar tentang telekomunikasi.

Medan elektromagnetik muncul di sekitar konduktor yang membawa arus listrik, tetapi fenomena sebaliknya juga terjadi secara paralel - induksi elektromagnetik. Mari kita perhatikan fluks magnet dengan menggunakan contoh: jika suatu kerangka yang terbuat dari suatu penghantar ditempatkan dalam medan listrik dengan induksi dan digerakkan dari atas ke bawah sepanjang garis gaya magnet atau kiri dan kanan tegak lurus terhadapnya, maka fluks magnet yang melewati kerangka tersebut. akan menjadi nilai konstan.

Ketika bingkai berputar pada porosnya, maka setelah beberapa waktu fluks magnet akan berubah dengan jumlah tertentu. Akibatnya muncul ggl induksi pada rangka dan timbul arus listrik, yang disebut induksi.

emf yang diinduksi

Mari kita pahami secara detail apa itu konsep ggl induksi. Ketika sebuah konduktor ditempatkan dalam medan magnet dan bergerak dengan perpotongan garis-garis medan, gaya gerak listrik yang disebut ggl induksi muncul pada konduktor. Hal ini juga terjadi jika konduktor tetap diam, dan medan magnet bergerak dan memotong konduktor dengan garis gaya.

Ketika konduktor tempat terjadinya EMF ditutup ke rangkaian luar, karena adanya EMF ini, arus induksi mulai mengalir melalui rangkaian. Induksi elektromagnetik melibatkan fenomena induksi EMF pada suatu konduktor pada saat konduktor tersebut dilintasi oleh garis-garis medan magnet.

Induksi elektromagnetik adalah proses kebalikan dari transformasi energi mekanik menjadi arus listrik. Konsep ini dan hukum-hukumnya banyak digunakan dalam teknik kelistrikan, sebagian besar mesin listrik didasarkan pada fenomena ini.

Hukum Faraday dan Lenz

Hukum Faraday dan Lenz mencerminkan pola terjadinya induksi elektromagnetik.

Faraday menemukan bahwa efek magnetik muncul sebagai akibat dari perubahan fluks magnet dari waktu ke waktu. Saat ini konduktor melintasi variabel arus magnet, gaya gerak listrik muncul di dalamnya, yang mengarah pada timbulnya arus listrik. Dapat menghasilkan arus magnet permanen, dan elektromagnet.

Ilmuwan menentukan bahwa intensitas arus meningkat seiring dengan perubahan yang cepat banyaknya garis bidang yang memotong kontur. Artinya, EMF induksi elektromagnetik berbanding lurus dengan kecepatan fluks magnet.

Menurut hukum Faraday, rumus ggl induksi didefinisikan sebagai berikut:

Tanda minus menunjukkan hubungan antara polaritas ggl induksi, arah aliran dan perubahan kecepatan.

Menurut hukum Lenz, gaya gerak listrik dapat dicirikan berdasarkan arahnya. Setiap perubahan fluks magnet dalam kumparan menyebabkan munculnya ggl induksi, dan dengan perubahan yang cepat, peningkatan ggl diamati.

Jika sebuah kumparan yang terdapat ggl induksi mempunyai hubungan pendek dengan rangkaian eksternal, maka arus induksi mengalir melaluinya, akibatnya medan magnet muncul di sekitar konduktor dan kumparan memperoleh sifat-sifat solenoida. Akibatnya terbentuk medan magnet tersendiri di sekitar kumparan.

E.H. Lenz menetapkan pola yang menentukan arah arus induksi dalam kumparan dan ggl induksi. Hukum menyatakan bahwa ggl induksi dalam kumparan, ketika fluks magnet berubah, membentuk arus dalam kumparan dengan arah di mana fluks magnet tertentu pada kumparan memungkinkan untuk menghindari perubahan fluks magnet asing.

Hukum Lenz berlaku untuk semua situasi induksi arus listrik dalam konduktor, terlepas dari konfigurasinya dan metode perubahan medan magnet luar.

Pergerakan kawat dalam medan magnet

Nilai ggl induksi ditentukan tergantung pada panjang konduktor yang dilintasi garis medan. Dengan semakin banyaknya saluran listrik maka besarnya ggl induksi semakin besar. Ketika medan magnet dan induksi meningkat, nilai EMF yang lebih besar terjadi pada konduktor. Jadi, nilai ggl induksi pada suatu penghantar yang bergerak dalam medan magnet berbanding lurus dengan induksi medan magnet, panjang penghantar dan kecepatan geraknya.

Ketergantungan ini tercermin dalam rumus E = Blv, dimana E adalah ggl induksi; B adalah nilai induksi magnet; I adalah panjang konduktor; v adalah kecepatan pergerakannya.

Perhatikan bahwa pada konduktor yang bergerak dalam medan magnet, ggl induksi hanya muncul ketika melintasi garis medan magnet. Jika konduktor bergerak sepanjang garis gaya, maka tidak ada ggl yang diinduksi. Oleh karena itu, rumus ini hanya berlaku jika pergerakan konduktor diarahkan tegak lurus terhadap garis gaya.

Arah ggl induksi dan arus listrik pada suatu penghantar ditentukan oleh arah gerak penghantar itu sendiri. Untuk mengidentifikasi arah, aturan tangan kanan telah dikembangkan. Jika telapak tangan kanan dipegang sedemikian rupa sehingga garis medan masuk ke arahnya, dan ibu jari menunjukkan arah gerak konduktor, maka keempat jari lainnya menunjukkan arah ggl induksi dan arah ggl induksi. arus listrik pada konduktor.

Gulungan berputar

Pengoperasian generator arus listrik didasarkan pada putaran suatu kumparan dalam fluks magnet yang mempunyai jumlah lilitan tertentu. EMF diinduksi dalam suatu rangkaian listrik setiap kali fluks magnet melintasinya, berdasarkan rumus fluks magnet Ф = B x S x cos α (induksi magnet dikalikan luas permukaan yang dilalui fluks magnet dan kosinus sudut yang dibentuk oleh vektor arah dan tegak lurus terhadap garis bidang).

Menurut rumusnya, F dipengaruhi oleh perubahan situasi:

  • ketika fluks magnet berubah, vektor arah berubah;
  • area yang tertutup kontur berubah;
  • sudutnya berubah.

Hal ini diperbolehkan untuk menginduksi EMF dengan magnet stasioner atau arus konstan, tetapi hanya dengan memutar kumparan di sekitar porosnya di dalam medan magnet. Dalam hal ini, fluks magnet berubah ketika nilai sudut berubah. Selama rotasi, kumparan melintasi garis fluks magnet, menghasilkan ggl. Dengan rotasi seragam terjadi perubahan berkala fluks magnet. Selain itu, jumlah garis medan yang berpotongan setiap detik menjadi sama dengan nilai pada interval waktu yang sama.

Dalam prakteknya, pada generator arus bolak-balik, kumparan tetap diam, dan elektromagnet berputar mengelilinginya.

ggl yang diinduksi sendiri

Ketika arus listrik bolak-balik melewati kumparan, timbul medan magnet bolak-balik, yang ditandai dengan perubahan fluks magnet yang menginduksi ggl. Fenomena ini disebut induksi diri.

Karena fluks magnet sebanding dengan intensitas arus listrik, maka rumus ggl induksi diri adalah sebagai berikut:

Ф = L x I, di mana L adalah induktansi, yang diukur dalam H. Nilainya ditentukan oleh jumlah lilitan per satuan panjang dan ukuran penampangnya.

Saling induksi

Ketika dua kumparan ditempatkan berdampingan, ggl induktif timbal balik diamati di dalamnya, yang ditentukan oleh konfigurasi dua rangkaian dan orientasi timbal baliknya. Ketika pemisahan rangkaian meningkat, nilai induktansi timbal balik menurun, karena terjadi penurunan fluks magnet total untuk kedua kumparan.

Mari kita pertimbangkan secara rinci proses saling induksi. Ada dua kumparan, arus I1 mengalir sepanjang kawat yang satu dengan jumlah lilitan N1, yang menimbulkan fluks magnet dan melewati kumparan kedua dengan jumlah lilitan N2.

Nilai induktansi timbal balik kumparan kedua terhadap kumparan pertama:

M21 = (N2 x F21)/I1.

Nilai fluks magnet:

F21 = (M21/N2) x I1.

GGL induksi dihitung dengan rumus:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.

Pada kumparan pertama nilai ggl induksinya adalah:

E1 = - M12 x dI2/dt.

Penting untuk dicatat bahwa gaya gerak listrik yang dihasilkan oleh induksi timbal balik pada salah satu kumparan selalu berbanding lurus dengan perubahan arus listrik pada kumparan lainnya.

Maka induktansi timbal balik dianggap sama:

M12 = M21 = M.

Akibatnya, E1 = - M x dI2/dt dan E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), dimana K adalah koefisien kopling antara dua nilai induktivitas.

Induksi timbal balik banyak digunakan pada transformator, yang memungkinkan untuk mengubah nilai arus listrik bolak-balik. Perangkat ini terdiri dari sepasang kumparan yang dililitkan pada inti yang sama. Arus pada kumparan pertama membentuk fluks magnet yang berubah-ubah pada rangkaian magnet dan arus pada kumparan kedua. Dengan lebih sedikit lilitan pada kumparan pertama dibandingkan pada kumparan kedua, tegangan meningkat, dan dengan demikian, dengan lebih banyak lilitan pada belitan pertama, tegangan menurun.

Selain menghasilkan dan mentransformasikan energi listrik, fenomena induksi magnetik digunakan di perangkat lain. Misalnya, pada kereta api levitasi magnetik yang bergerak tanpa kontak langsung dengan arus di rel, tetapi beberapa sentimeter lebih tinggi karena tolakan elektromagnetik.