Индуциране на ток в проводник

Да кажем, че имам едно магнитно поле, изскачащо от този видео екран. Тези малки кафяви кръгчета ни показват върховете на векторите, които изскачат от екрана ни. И в това магнитно поле имам този проводник, този мръснобял проводник. И върху този мръснобял проводник имам заряд с големина Q. Нека запиша другите неща. Това е магнитното поле B, излизащо навън. Да кажем, че взема този целия проводник. И да кажем, че проводникът се припокрива с магнитното полe за разстояние L. Да кажем, че магнитното поле спира тук и спира тук. И да кажем, че това разстояние тук е L. Начертах го малко странно, но схващаш идеята. L е оттук до тук. И този заряд стои върху някакъв вид кабел, който можем да приемем за проводник. И магнитното поле бута навън от страницата. В този вид, да кажем, че нямам никакво напрежение в този проводник. Какво ще се случи? Ако имам неподвижен заряд, стоящ в едно магнитно поле, нищо няма да се случи. Понеже знаем, че силата от магнитното поле е равна на заряда по векторното произведение на скоростта на заряда и магнитното поле. Ако тези жици са неподвижни и няма напрежение по това, т.н., скоростта на този заряд ще е 0. Ако скоростта е 0, знаем, че големината на едно векторно произведение е същото нещо като – Q е, това е просто скаларна величина – тоест това е просто Q – по големината на скоростта по големината на В по синус тита. И в тези ситуации, при които всичко, което става в тази равнина, ще е перпендикулярно на това магнитно поле – Ъгълът между магнитното поле и коя да е скорост – ако имаше някаква такава в тази равнина – ще е 90 градуса. Не е нужно да се тревожиш за синус тита прекалено. Но виждаме, ако скоростта е 0, или големината на скоростта е 0, големината на скоростта е 0, няма да има сумарна сила от магнитното поле върху този заряд. И нищо интересно няма да се случи. Но нека направим малък експеримент. Какво се случва, ако преместя този проводник, ако я преместя наляво със скорост v? Взимам този проводник и го премествам наляво със скорост v. Целият проводник се премества наляво. Ако целият проводник се премества наляво, този заряд стои на този проводник, така че този заряд също ще се премести наляво със скорост v. И сега нещата стават интересни. Зарядът се мести наляво със скорост v, така че сега можем да приложим първата формула за магнетизма, която научихме. Можем да приложим тази формула. Какво ще се случи с този заряд? Силата на заряда ще е заряда по големината на векторното произведение на скоростта и вектора на магнитното поле. Знаем, че ще има някаква сумарна сила. Това сега не е 0. И приемаме, че това не е 0. И приемаме, че зарядът не е 0. В каква посока ще е силата? Нека използваме правилото за дясната ръка при векторното произведение. v векторно умножено по В ще ни даде посоката. Насочваш показалеца си в посоката на скоростта. Трябва да погледна ръката си, за да се уверя, че го правя правилно. Насочваш показалеца си в посоката на скоростта. Насочваш средния си пръст в посоката на магнитното поле. Магнитното поле изскача от страницата, така че средният ти пръст ще изскача от страницата. Следващите ти два пръста ще са ето така. Приблизително е все едно стреляш с пистолет. И какво ще направи палецът ти? Палецът ти ще сочи право нагоре. Това е дланта на – това е палецът ти. Това трябва да е нокътят на палеца ти, нокътят на средния ти пръст. Това е посоката на скоростта. Нека избера подходящ цвят. Скоростта е насам. Магнитното поле изскача от страницата. Силата върху частицата – върху тази заредена частица, или заряд – от магнитното поле ще е в посоката на палеца ти. Посоката на силата е в тази посока. Какво ще се случи? Ще има сумарна сила върху заряда в тази посока. И зарядът ще се премести нагоре. Когато започнеш да имаш движещ се – можеш да си представиш също, че имаш множество заряди. Ако тук имаш множество заряди и местиш целият проводник, всички тези заряди ще се движат нагоре. Какво е другото име за множество движещи се по един проводник заряди? То е ток, в зависимост от това колко заряд се движи в секунда. Поне в качествен смисъл, виждаш, че когато придвижиш един проводник през едно магнитно поле, или когато движиш едно магнитно поле при един проводник – понеже това е почти същото нещо, става въпрос за сравнително движение – но ако преместиш един проводник през едно магнитно поле, това ще индуцира ток в проводника. Ще индуцира ток в проводника и така се създават генераторите на електричество. Ще направя поредица видеа за това как, ако използваш въглища, или пара, или водна сила, как това задейства тези генератори и се генерира ток. И така получаваме електричество от всички тези източници, които карат турбините да се въртят. Но нека се върнем към това, което правихме. Нека ти задам един въпрос. Ако тази частица – и това е с цел – ако тази частица започне от началото... Да кажем, че частицата е ето тук. Започва точно където магнитното поле започва да влияе на проводника. И колко работа ще бъде извършена от магнитното поле върху частицата? Какво е работата? Работата е равна на силата по разстоянието, като силата трябва да е в същата посока като разстоянието. Сила по разстояние, няма да се занимавам с векторите сега. Но те трябва да са в една и съща посока. Колко работа ще бъде извършена върху тази частица? Работата ще е равна на сумарната сила, приложена върху частицата, по разстоянието. Това разстояние е L. Казваме, че след като една частица стигне дотук, тук горе няма магнитно поле, тоест магнитното поле ще спре да действа върху нея. Общата извършена работа: работата е равна на силата по разстоянието, е равна на – сумарната сила е тук горе. Q – и ще оставя малко място – v векторно умножено по В по разстоянието. И разстоянието тук е просто скаларна величина, така че можем да го изнесем отпред. Q по L по v векторно умножено по В. Това е – Q, v векторно умножено по В е просто силата по разстоянието. Това е просто извършената работа. Колко работа бива извършена върху един заряд, нали така? Това е колко работа бива извършена върху този заряд. Но да кажем, че може да е имало множество заряди, така че просто искаме да знаем колко работа е извършена на заряд. Работа на заряд. Можем да разделим двете страни за заряда. Работата върху един заряд е равна на това на заряд. Това е равно на разстоянието по скоростта, с която дърпаш проводника наляво, с векторното произведение с магнитното поле. Тук нещата стават интересни. Каква е работата за единица заряд? Мерните единици за работа са енергия, нали? Джаули. И зарядът е в кулони. Какво са джаули на кулон? Това е равно на волтове. Волтовете са джаули на кулон. Тази частица, или тези заряди, ще започнат да се движат в тази посока, все едно има разлика в напрежението. Все едно има разлика в напрежението между тази точка и тази точка. Все едно това е положителният извод, а това е отрицателният извод. Ще има разлика в напрежението – или възприета разлика в напрежението – между тази точка и тази точка, която ще започне да кара тока да тече. Да кажем, че дори не знаеш, че тук имаше магнитно поле. Просто ще видиш, че този ток тече. И ще си кажеш, че тук трябва да има разлика в напрежението. Но когато работим с това – понеже, когато говорим за напрежения, това беше потенциална разлика. Това нещо – една частица или заряд има по-висока потенциална енергия и затова това се движи. Но е трудно да кажем – поне за тези цели – че имаш по-висока потенциална енергия тук. Всъщност това е създадено от магнитното поле. В този контекст хората са казали, че вместо да казваме, че това създава разлика в напрежението между тази точка и тази точка, ако магнитното поле върху движещ се проводник причинява това, хората казват, че това създава електродвижеща сила, или електромагнитна сила. Мерните единици пак са джаули на кулон, или волтове. И това е – по всеки начин, по който анализираш ел. веригите – пак същото нещо като потенциална разлика, или като разлика в напрежението. Но тъй като изглежда малко повече проактивно, изглежда това магнитно поле прилага сила върху този проводник, която кара тока да се движи, наричаме това електродвижеща сила (EMF). Можем да кажем, че EMF, електродвижещата сила – или напрежението от тук до тук, но това всъщност е същото – е равна на дължината на проводника, която е в магнитното поле, по скоростта, с която дърпаш проводника, векторно умножено по магнитното поле. Да кажем, не знам, нека просто сложим някои числа. Да кажем, че магнитното поле е – ще го направя лесно – 2 тесла. Скоростта ми наляво е 3 метра в секунда. И нека – за забавление – да дадем на това малко съпротивление, за да можем да намерим нещо. Да кажем, че съпротивлението е, не знам, да кажем, че е 6 ома. Тук има 6-омов резистор. Съпротивлението на проводника от тук до тук е 6 ома. Всички проводници имат някакво съпротивление. Първо, каква е EMF? О, и да кажем, че общото разстояние тук е 12 метра. EMF индуцирана върху – или електродвижещата сила, упражнявана върху проводника от магнитното поле ще е равна на дължината на проводника в магнитното поле – 12 метра – по... Когато просто взимаме векторното произведение, знаем, че скоростта е перпендикулярна на магнитното поле. Не е нужно да се тревожим за синус тита, понеже тита вече е 90 градуса. Просто ни интересуват дължините. Това ще е 12 метра по скоростта, която е 3 метра в секунда, по магнитното поле, или големината на магнитното поле, а тя е 2 тесла. EMF е 12*3*2. 12*6. Което е 72. Можем да кажем 72 волта, или 72 джаула на кулон. И сега имаш тази потенциална разлика, или тази електродвижеща сила, през един 6-омов резистор. Просто се връщаш към това, че напрежението е равно на I по R. Можеш да запишеш, че електродвижещата сила е равна на I по R. Електродвижещата сила, разделена на съпротивлението. Ако вземем тази EMF и я разделим на съпротивлението – делено на 6 ома – получаваме тока. EMF, разделена на съпротивлението, е равно на тока. Делиш 72 волта, или 72 джаула на кулон, на 6 ома. И после получаваш тока, протичащ през този проводник, ето тук, поради електродвижещата сила, поради магнитното поле – знам, че в този момент е много объркано – от 12 ампера. Свърши ми времето. Ще се видим в следващото видео.