Siła prądu indukcyjnego. Siła prądu indukcyjnego zależy od szybkości zmian strumienia magnetycznego: im szybciej zmienia się strumień magnetyczny, tym większa jest siła prądu indukcyjnego.

Zdjęcie 23 z prezentacji „Odkrywanie Indukcja elektromagnetyczna» na lekcje fizyki na temat „Indukcja elektromagnetyczna”

Wymiary: 960 x 720 pikseli, format: jpg. Aby pobrać zdjęcie za darmo lekcja fizyki, kliknij obraz prawym przyciskiem myszy i kliknij „Zapisz obraz jako...”. Aby wyświetlić zdjęcia na lekcji, możesz także bezpłatnie pobrać prezentację „Badanie indukcji elektromagnetycznej.ppt” w całości wraz ze wszystkimi zdjęciami w archiwum zip. Rozmiar archiwum wynosi 950 KB.

Pobierz prezentację

Indukcja elektromagnetyczna

„Samoindukcja i indukcyjność” - Manifestacja zjawiska samoindukcji. Zjawisko występowania pola elektromagnetycznego. Samoindukowane emf. Ogrom. Konduktor. Jednostki. Wniosek z elektrotechniki. Aktualna energia pola magnetycznego. Indukcyjność. Strumień magnetyczny w obwodzie. Energia pola magnetycznego. Indukcyjność cewki. Samoindukcja. Strumień magnetyczny.

„Indukcja elektromagnetyczna Faradaya” – rozwiązywanie problemów struktura liniowa. Wygląd generator Zasada działania generatora. Usystematyzuj wiedzę. Czas ruchu magnesu. Odkryty przez Faradaya. Pytania. Prąd indukcyjny. Minuta wychowania fizycznego. Zjawisko EMR. Doświadczenie. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

„Indukcja elektromagnetyczna” – Michael Faradaya. Fragment wideo. Igła magnetyczna. Konduktor. Fabuła. Alternator. Sinkwine. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Bezdotykowe ładowanie baterii. Arkusz testowy z zadaniami. Północny wierzchołek strzałki. Indukcja elektromagnetyczna i urządzenie. Stopień. Poziom. Materiał. Eksperymenty Faradaya.

„Fizyka „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej”” – Prądy Foucaulta (prądy wirowe). Indukowany prąd jest spowodowany zmianą strumienia wektora indukcji magnetycznej. Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Indukowany emf występuje w sąsiednim obwodzie. Indukcyjność wzajemna dwóch cewek - transformatora. Płyta prawie się zatrzyma. Praca polegająca na przemieszczaniu ładunku jednostkowego po obwodzie zamkniętym.

„Badanie indukcji elektromagnetycznej” - Pytania i zadania. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Kierunek prądu indukcyjnego. Siła prądu indukcyjnego. Prawo indukcji elektromagnetycznej. Siła prądu indukcyjnego zależy od szybkości zmian strumienia magnetycznego. Oświadczenie. Portret Michaela Faradaya. Samoindukcja. Asystent Faradaya. Pole elektryczne.

„Badania zjawiska indukcji elektromagnetycznej” – Pole wypadkowe. Siła Lorentza. Wirowe pole elektryczne. Silnik elektryczny. Zwiększanie przepływu. Zmienne pole magnetyczne. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Różnice między wirami pole elektryczne od elektrostatycznego. Siła działająca na elektron. Prądy (prądy Foucaulta) mają zamkniętą objętość. Reguła Lenza.

W sumie odbyło się 18 prezentacji

Temat 11. ZJAWIsko INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ.

11.1. Eksperymenty Faradaya. Prąd indukcyjny. Reguła Lenza. 11.2. Wielkość indukowanego emf.

11.3. Charakter indukowanego emf.

11.4. Cyrkulacja wektora natężenia pola elektrycznego wiru.

11,5. Betatron.

11.6. Toki Fuko.

11.7. Efekt skóry.

11.1. Eksperymenty Faradaya. Prąd indukcyjny. Reguła Lenza.

Z Od czasu odkrycia związku pola magnetycznego z prądem (co potwierdza symetrię praw natury) podejmowano liczne próby uzyskania prąd za pomocą pola magnetycznego. Problem został rozwiązany przez Michaela Faradaya w 1831 roku. (Amerykanin Joseph Henry również odkrył, ale nie zdążył opublikować swoich wyników. Ampere również przyznał się do odkrycia, ale nie był w stanie przedstawić swoich wyników).

Michael Faraday (1791 - 1867) - słynny angielski fizyk. Badania z zakresu elektryczności, magnetyzmu, magnetooptyki, elektrochemii. Stworzył laboratoryjny model silnika elektrycznego. Otworzył dodatkowe prądy podczas zamykania i otwierania obwodu i ustalił ich kierunek. Odkrył prawa elektrolizy, jako pierwszy wprowadził pojęcia pola i stałej dielektrycznej, a w 1845 roku użył terminu „pole magnetyczne”.

M. Faraday odkrył między innymi zjawiska dia i paramagnetyzmu. Odkrył, że wszystkie materiały w polu magnetycznym zachowują się inaczej: są zorientowane wzdłuż pola (para i ferromagnesy) lub w poprzek

pola są diamagnetyczne.

Eksperymenty Faradaya są dobrze znane ze szkolnych zajęć z fizyki: cewka i trwały magnes(Rys. 11.1)

Ryż. 11.1 Ryc. 11.2

Jeśli zbliżysz magnes do cewki lub odwrotnie, wówczas a Elektryczność. To samo dotyczy dwóch blisko siebie rozmieszczonych cewek: jeśli do jednej z cewek zostanie podłączone źródło prądu przemiennego, wówczas w drugiej cewce pojawi się również prąd przemienny

(Rys. 11.2), ale efekt ten najlepiej objawia się, gdy dwie cewki zostaną połączone rdzeniem (Rys. 11.3).

Zgodnie z definicją Faradaya wspólną cechą tych eksperymentów jest to, że: jeśli przepływ

Gdy wektor indukcji przenikający do zamkniętego, przewodzącego obwodu zmienia się, w obwodzie pojawia się prąd elektryczny.

Zjawisko to nazywa się zjawisko indukcji elektromagnetycznej, a prąd jest indukcją . Ponadto zjawisko jest całkowicie niezależne od sposobu zmiany strumienia wektora indukcji magnetycznej.

Okazuje się więc, że poruszające się ładunki (prąd) wytwarzają pole magnetyczne, a poruszające się pole magnetyczne wytwarza (wirowe) pole elektryczne, a w rzeczywistości prąd indukowany.

Dla każdego konkretnego przypadku Faradaya wskazał kierunek prądu indukcyjnego. W 1833 Lenz mianował generała zasada znajdowania kierunku prądu:

prąd indukowany jest zawsze kierowany w taki sposób, aby pole magnetyczne tego prądu zapobiegało zmianie strumienia magnetycznego wywołującej prąd indukowany. To stwierdzenie nazywa się regułą Lenza.

Wypełnienie całej przestrzeni jednorodnym magnesem prowadzi, przy innych założeniach, do wzrostu indukcji µ razy. Ten fakt to potwierdza

indukowany prąd jest spowodowany zmianą strumienia wektora indukcji magnetycznej B, a nie strumienia wektora natężenia H.

11.2. Wielkość indukowanego emf.

Aby wytworzyć prąd w obwodzie, musi istnieć siła elektromotoryczna. Zatem zjawisko indukcji elektromagnetycznej wskazuje, że gdy zmienia się strumień magnetyczny w obwodzie, powstaje elektromotoryczna siła indukcji E i. Nasz

zadanie, korzystając z zasad zachowania energii, znajdź wartość E i znajdź ją

Rozważmy ruch ruchomej sekcji 1 - 2 obwodu z prądem w polu magnetycznym

B (ryc. 11.4).

Niech najpierw nie będzie pola magnetycznego B. Tworzy się bateria o emf równym E 0

prąd I 0 . W czasie dt akumulator działa

dA = E I0 dt(11.2.1)

– praca ta zamieni się w ciepło, które można znaleźć zgodnie z prawem Joule’a-Lenza:

Q = dA = E 0 I0 dt = I0 2 Rdt,

tutaj I 0 = E R 0, R jest całkowitą rezystancją całego obwodu.

Umieśćmy obwód w jednolitym polu magnetycznym o indukcji B. LinieB ||n i są powiązane z kierunkiem prądu zgodnie z regułą świdra. StrumieńF powiązany z obwodem jest dodatni.r

Na każdy element konturu działa siła mechaniczna d F . Na ruchomą stronę ramy działa siła F 0 . Pod wpływem tej siły sekcja 1 – 2

będzie się poruszał z prędkością υ = dx dt. W tym przypadku strumień magnetyczny również ulegnie zmianie.

wprowadzenie.

Następnie, w wyniku indukcji elektromagnetycznej, prąd w obwodzie zmieni się i stanie

wynikły). Siła ta wytworzy pracę dA w czasie dt: dA = Fdx = IdФ.

Podobnie jak w przypadku, gdy wszystkie elementy ramy są nieruchome, źródłem pracy jest E 0 .

W przypadku obwodu stacjonarnego praca ta ograniczała się jedynie do wydzielania ciepła. W naszym przypadku ciepło również zostanie uwolnione, ale w innej ilości, ponieważ zmienił się prąd. Ponadto wykonywane są prace mechaniczne. Praca ogólna dla czasu dt jest równe:

E 0 Idt = I2 R dt + I dФ

Pomnóż lewą i prawą stronę tego wyrażenia przez

Dostajemy

Mamy prawo uznać powstałe wyrażenie za prawo Ohma dla obwodu, w którym oprócz źródła E 0 działa E i, co jest równe:

Indukcja pola elektromagnetycznego obwodu (E i)	równa szybkości zmiany strumienia magnetycznego

indukcja przebiegająca przez ten obwód.

To wyrażenie na indukowany emf obwodu jest całkowicie uniwersalne, niezależne od metody zmiany strumienia indukcji magnetycznej i nazywa się

Prawo Faradaya.

Podpisać (-) – wyrażenie matematyczne Reguły Lenza dotyczące kierunku prądu indukcyjnego: indukowany prąd jest zawsze skierowany tak, aby jego pole

przeciwdziałać zmianie początkowego pola magnetycznego.

Kierunek prądu indukcyjnego i kierunek d dt Ф są ze sobą powiązane zasada świdra(ryc. 11.5).

Wymiar indukowanego emf: [ E i ] =[ Ф ] =B c =B .t c

Jeśli obwód składa się z kilku zwojów, musimy zastosować tę koncepcję

połączenie strumienia (całkowity strumień magnetyczny):

Ψ = Ф·N,

gdzie N jest liczbą zwojów. Więc jeśli

mi ja = –∑						∑Ф ja
ja= 1
∑ Ф = Ψ
Ej = −

11.3. Charakter indukowanego emf.

Odpowiedzmy na pytanie: jaka jest przyczyna ruchu ładunków, przyczyna występowania prądu indukcyjnego? Rozważ rysunek 11.6.

1) Jeśli poruszasz przewodnik w jednolitym polu magnetycznym B, to pod wpływem siły Lorentza elektrony zostaną odchylone w dół, a ładunki dodatnie w górę - powstanie różnica potencjałów. Będzie to siła znajdująca się po stronie E i pod wpływem

jaki prąd płynie. Jak wiemy, dla ładunków dodatnich

fa l = q + ; dla elektronów F l = –e - .

2) Jeśli przewodnik jest nieruchomy i pole magnetyczne się zmienia, jaka siła wzbudza w tym przypadku indukowany prąd? Weźmy zwykły transformator (ryc. 11.7).

Gdy tylko zamkniemy obwód uzwojenia pierwotnego, w uzwojeniu wtórnym natychmiast pojawia się prąd. Ale siła Lorentza nie ma z tym nic wspólnego, bo działa na poruszające się ładunki, a one na początku były w spoczynku (były w ruchu termicznym - chaotycznym, ale tutaj potrzebny jest ruch skierowany).

Odpowiedzi udzielił J. Maxwell w 1860 roku: Każde zmienne pole magnetyczne wzbudza pole elektryczne (E”) w otaczającej przestrzeni. Jest to przyczyną występowania prądu indukcyjnego w przewodniku. Oznacza to, że E” występuje tylko w obecności zmiennego pola magnetycznego (transformator nie działa przy prądzie stałym).

Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej wcale nie wygląda na prąd indukcyjny (prąd pojawia się, gdy są ładunki i obwód jest zamknięty), oraz w pojawieniu się wirowego pola elektrycznego (nie tylko w przewodniku, ale także w otaczającej przestrzeni, w próżni).

Pole to ma zupełnie inną budowę niż pole tworzone przez ładunki. Ponieważ nie jest on tworzony przez ładunki, linie siły nie mogą zaczynać się i kończyć na ładunkach, jak to miało miejsce w elektrostatyce. To pole jest wirem, jego linie sił są zamknięte.

Ponieważ to pole przenosi ładunki, ma zatem siłę. Przedstawmy

wektor natężenia pola elektrycznego wiru E. Siła, z jaką to pole działa na ładunek

F „= q E”.

Kiedy jednak ładunek porusza się w polu magnetycznym, działa na niego siła Lorentza

F" = q.
Siły te muszą być równe ze względu na zasadę zachowania energii:
q mi " = - q , stąd,
mi" = - [ vr, b] .
tutaj v r jest prędkością ruchu ładunku q względem B. Ale	dla zjawiska
Szybkość zmian pola magnetycznego B jest ważna dla indukcji elektromagnetycznej. Dlatego
można zapisać:
mi " = - ,

POLE MAGNETYCZNE

Oddziaływanie magnetyczne poruszających się ładunków elektrycznych, zgodnie z koncepcjami teorii pola, wyjaśnia się w następujący sposób: każdy poruszający się ładunek elektryczny wytwarza w otaczającej przestrzeni pole magnetyczne, które może oddziaływać na inne poruszające się ładunki elektryczne.

W - wielkość fizyczna, czyli charakterystyka siły pola magnetycznego. Nazywa się to indukcją magnetyczną (lub indukcją pola magnetycznego).

Indukcja magnetyczna- wielkość wektorowa. Wielkość wektora indukcji magnetycznej jest równa stosunkowi maksymalnej wartości siły amperowej działającej na prosty przewodnik z prądem do natężenia prądu w przewodniku i jego długości:

Jednostka indukcji magnetycznej. W Międzynarodowym Układzie Jednostek za jednostkę indukcji magnetycznej uważa się indukcję pola magnetycznego, w którym na każdy metr długości przewodnika przy natężeniu prądu 1 A maksymalna siła Amper 1 N. Jednostka ta nazywa się tesla (w skrócie: T), na cześć wybitnego jugosłowiańskiego fizyka N. Tesli:

SIŁA LORENTZA

Ruch przewodnika z prądem w polu magnetycznym pokazuje, że pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się ładunki elektryczne. Na przewodnik działa siła amperowa F A = ​​​​IBLsin a, a siła Lorentza działa na poruszający się ładunek:

Gdzie A- kąt między wektorami B i w.

Ruch naładowanych cząstek w polu magnetycznym. W jednorodnym polu magnetycznym na naładowaną cząstkę poruszającą się z prędkością prostopadłą do linii indukcji pola magnetycznego działa siła m o stałej wielkości i skierowana prostopadle do wektora prędkości.Pod wpływem siły magnetycznej cząstka nabywa przyspieszenie, którego moduł jest równy:

W jednolitym polu magnetycznym cząstka ta porusza się po okręgu. Promień krzywizny toru, po którym porusza się cząstka, wyznaczany jest na podstawie warunku, z którego wynika,

Promień krzywizny trajektorii jest wartością stałą, ponieważ siła prostopadła do wektora prędkości zmienia tylko swój kierunek, ale nie swoją wielkość. A to oznacza, że ​​ta trajektoria jest okręgiem.

Okres obrotu cząstki w jednorodnym polu magnetycznym jest równy:

Ostatnie wyrażenie pokazuje, że okres obrotu cząstki w jednolitym polu magnetycznym nie zależy od prędkości i promienia jej trajektorii.

Jeżeli natężenie pola elektrycznego wynosi zero, wówczas siła Lorentza l jest równa sile magnetycznej m:

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej odkrył Faradaya, który ustalił, że prąd elektryczny powstaje w zamkniętym obwodzie przewodzącym przy każdej zmianie pola magnetycznego przenikającego obwód.

STRUMIEŃ MAGNETYCZNY

Strumień magnetyczny F(strumień indukcji magnetycznej) przez powierzchnię S- wartość równa iloczynowi wielkości wektora indukcji magnetycznej i powierzchni S i cosinus kąta A między wektorem a normalną do powierzchni:

Ф=BScos

W SI jednostką strumienia magnetycznego jest 1 Weber (Wb) - strumień magnetyczny przez powierzchnię 1 m2 umieszczoną prostopadle do kierunku jednolitego pola magnetycznego, którego indukcja wynosi 1 T:

Indukcja elektromagnetyczna- zjawisko występowania prądu elektrycznego w zamkniętym obwodzie przewodzącym przy dowolnej zmianie strumienia magnetycznego przenikającego ten obwód.

Powstający w obwodzie zamkniętym prąd indukcyjny ma taki kierunek, że jego pole magnetyczne przeciwdziała powodującej ją zmianie strumienia magnetycznego (reguła Lenza).

PRAWO INDUKCJI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Doświadczenia Faradaya wykazały, że siła indukowanego prądu I i w obwodzie przewodzącym jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian liczby linii indukcji magnetycznej penetrujących powierzchnię ograniczoną tym obwodem.

Zatem siła prądu indukcyjnego jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną konturem:

Wiadomo, że jeśli w obwodzie pojawi się prąd, oznacza to, że na swobodne ładunki przewodnika działają siły zewnętrzne. Praca wykonana przez te siły podczas przemieszczania ładunku jednostkowego po zamkniętej pętli nazywana jest siłą elektromotoryczną (EMF). Znajdźmy indukowany emf ε i.

Zgodnie z prawem Ohma dla obwodu zamkniętego

Ponieważ R nie zależy od , to

Indukowany emf pokrywa się w kierunku z indukowanym prądem, a prąd ten, zgodnie z regułą Lenza, jest tak kierowany, że wytwarzany przez niego strumień magnetyczny przeciwdziała zmianie zewnętrznego strumienia magnetycznego.

Prawo indukcji elektromagnetycznej

Indukowana siła emf w zamkniętej pętli jest równa szybkości zmian strumienia magnetycznego przechodzącego przez pętlę, przyjętego z przeciwnym znakiem:

SAMOINDUKCJA. INDUKCYJNOŚĆ

Doświadczenie pokazuje, że strumień magnetyczny F związany z obwodem jest wprost proporcjonalny do prądu w tym obwodzie:

Ф = L*I .

Indukcyjność pętli L- współczynnik proporcjonalności między prądem przepływającym przez obwód a wytworzonym przez niego strumieniem magnetycznym.

Indukcyjność przewodnika zależy od jego kształtu, rozmiaru i właściwości otoczenia.

Samoindukcja- zjawisko występowania indukowanej siły elektromotorycznej w obwodzie, gdy zmienia się strumień magnetyczny, spowodowany zmianą prądu przepływającego przez sam obwód.

Samoindukcja jest szczególnym przypadkiem indukcji elektromagnetycznej.

Indukcyjność - wartość liczbowa równy emf samoindukcja, która występuje w obwodzie, gdy prąd w nim zmienia się o jeden w jednostce czasu. W SI za jednostkę indukcyjności przyjmuje się indukcyjność przewodnika, w którym przy zmianie natężenia prądu o 1 A w ciągu 1 s pojawia się samoindukcyjny emf o wartości 1 V. Jednostka ta nazywa się Henry (H):

ENERGIA POLA MAGNETYCZNEGO

Zjawisko samoindukcji jest podobne do zjawiska bezwładności. Indukcyjność odgrywa tę samą rolę przy zmianie prądu, co masa przy zmianie prędkości ciała. Analog prędkości jest aktualny.

Oznacza to, że energię pola magnetycznego prądu można uznać za wartość podobną do energia kinetyczna ciało:

Załóżmy, że po odłączeniu cewki od źródła prąd w obwodzie maleje z czasem zgodnie z prawem liniowym.

Sem samoindukcyjny ma w tym przypadku stałą wartość:

gdzie I jest początkową wartością prądu, t jest okresem czasu, w którym natężenie prądu maleje od I do 0.

W czasie t przez obwód przepływa ładunek elektryczny q = I cp t. Ponieważ I cp = (I + 0)/2 = I/2, wtedy q=To/2. Zatem praca prądu elektrycznego wynosi:

Praca ta jest wykonywana dzięki energii pola magnetycznego cewki. Zatem ponownie otrzymujemy:

Przykład. Określ energię pola magnetycznego cewki, w której przy prądzie 7,5 A strumień magnetyczny wynosi 2,3 * 10 -3 Wb. Jak zmieni się energia pola, jeśli natężenie prądu zmniejszy się o połowę?

Energia pola magnetycznego cewki wynosi W 1 = LI 1 2 /2. Z definicji indukcyjność cewki wynosi L = Ф/I 1. Stąd,

Nauczyciel fizyki, Szkoła Średnia nr 58, Sewastopol, Safronenko N.I.

Temat lekcji: Eksperymenty Faradaya. Indukcja elektromagnetyczna.

Praca laboratoryjna „Badanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej”

Cele Lekcji : Wiedzieć/rozumieć: definicja zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Potrafić opisać i wyjaśnić indukcję elektromagnetyczną,móc poczynić obserwacje Zjawiska naturalne, używaj prostych przyrządów pomiarowych do badania zjawisk fizycznych.

- rozwijanie: rozwijać logiczne myślenie, zainteresowanie poznawcze, obserwacja.

- edukacyjny: Aby wzbudzić wiarę w możliwość poznania natury,koniecznośćmądre wykorzystanie osiągnięć naukowych dla dalszy rozwój społeczeństwo ludzkie, szacunek dla twórców nauki i technologii.

Sprzęt: Indukcja elektromagnetyczna: cewka z galwanometrem, magnes, cewka z rdzeniem, źródło prądu, reostat, cewka z rdzeniem, przez który przepływa prąd przemienny, bryła i pierścień ze szczeliną, cewka ze światłem żarówka. Film o M. Faradaya.

Typ lekcji: lekcja łączona

Metoda lekcji: częściowo poszukiwania, objaśniające i ilustracyjne

Praca domowa:

§21(s.90-93), odpowiedz ustnie na pytania s.90, test 11 s.108

Praca laboratoryjna

Badanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej

Cel pracy: rozwiązać

1) w jakich warunkach w obwodzie zamkniętym (cewce) pojawia się prąd indukowany;

2) co decyduje o kierunku prądu indukcyjnego;

3) od czego zależy siła prądu indukcyjnego?

Sprzęt : miliamperomierz, cewka, magnes

Podczas zajęć.

Podłącz końce cewki do zacisków miliamperomierza.

1. Dowiedzieć się, co Prąd elektryczny (indukcja) w cewce pojawia się, gdy zmienia się pole magnetyczne wewnątrz cewki. Zmiany pola magnetycznego wewnątrz cewki mogą być spowodowane przesuwaniem magnesu do cewki lub z niej.

A) Włóż magnes z biegunem południowym do cewki, a następnie wyjmij go.

B) Włóż magnes z biegunem północnym do cewki, a następnie wyjmij go.

Czy kiedy magnes się porusza, w cewce pojawia się prąd (indukcja)? (Czy w cewce pojawia się prąd indukowany, gdy zmienia się pole magnetyczne?)

2. Dowiedzieć się, co kierunek prądu indukcyjnego zależy od kierunku ruchu magnesu względem cewki (magnes jest dodawany lub usuwany) oraz od tego, na którym biegunie magnes jest wkładany lub usuwany.

A) Włóż magnes z biegunem południowym do cewki, a następnie wyjmij go. Zaobserwuj, co dzieje się z igłą miliamperomierza w obu przypadkach.

B) Włóż magnes z biegunem północnym do cewki, a następnie wyjmij go. Zaobserwuj, co dzieje się z igłą miliamperomierza w obu przypadkach. Narysuj kierunek odchylenia igły miliamperomierza:

Słupy magnetyczne

Zwijać

Z rolki

biegun południowy

biegun północny

3. Dowiedzieć się, co siła prądu indukcyjnego zależy od prędkości magnesu (szybkości zmiany pola magnetycznego w cewce).

Powoli włóż magnes do cewki. Obserwuj odczyt miliamperomierza.

Szybko włóż magnes do cewki. Obserwuj odczyt miliamperomierza.

Wniosek.

Podczas zajęć

Droga do wiedzy? Łatwo ją zrozumieć. Możesz po prostu odpowiedzieć: „Popełniasz błędy i popełniasz je ponownie, ale za każdym razem mniej, mniej. Mam nadzieję, że dzisiejsza lekcja będzie o jedną mniej na tej drodze wiedzy. Nasza lekcja poświęcona jest zjawisku indukcji elektromagnetycznej, które odkrył angielski fizyk Michael Faradaya 29 sierpnia 1831 roku. Rzadko się zdarza, aby data nowego niezwykłego odkrycia była znana z tak dokładną dokładnością!

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej to zjawisko występowania prądu elektrycznego w zamkniętym przewodniku (cewce), gdy zmienia się zewnętrzne pole magnetyczne wewnątrz cewki. Prąd nazywa się indukcją. Indukcja – przewodnictwo, przyjmowanie.

Cel lekcji: badać zjawisko indukcji elektromagnetycznej, tj. w jakich warunkach pojawia się prąd indukcyjny w obwodzie zamkniętym (cewce); dowiedz się, co decyduje o kierunku i wielkości prądu indukcyjnego.

Równolegle z studiowaniem materiału będziesz wykonywać prace laboratoryjne.

Na początku XIX wieku (1820 r.) po eksperymentach duńskiego naukowca Oersteda stało się jasne, że prąd elektryczny wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Przypomnijmy sobie to przeżycie jeszcze raz. (Uczeń opowiada o eksperymencie Oersteda ). Po tym pojawiło się pytanie, czy można uzyskać prąd za pomocą pola magnetycznego, tj. wykonać czynność odwrotną. W pierwszej połowie XIX wieku naukowcy zwrócili się ku właśnie takim eksperymentom: zaczęli szukać możliwości wytworzenia prądu elektrycznego pod wpływem pola magnetycznego. M. Faraday napisał w swoim dzienniku: „Przekształć magnetyzm w elektryczność”. I przez prawie dziesięć lat szłam do celu. Z zadaniem poradził sobie znakomicie. Na pamiątkę tego, o czym zawsze powinien myśleć, nosił w kieszeni magnes. Tą lekcją złożymy hołd wielkiemu naukowcowi.

Pamiętajmy o Michaelu Faradaya. Kim on jest? (Studentka opowiada o M. Faradaya ).

Syn kowala, roznosiciela gazet, introligatora, samouka, który samodzielnie studiował fizykę i chemię z książek, asystent laboratoryjny wybitnej chemiczki Devi i wreszcie naukowiec, wykonał mnóstwo pracy, wykazał się pomysłowością , wytrwałość i wytrwałość, aż otrzymał prąd elektryczny za pomocą pola magnetycznego.

Wybierzmy się w podróż do tych odległych czasów i odtwórzmy eksperymenty Faradaya. Faradaya uważa się za największego eksperymentatora w historii fizyki.

N S

1) 2)

SN

Magnes został włożony do cewki. Kiedy magnes poruszał się w cewce, rejestrowano prąd (indukcję). Pierwszy schemat był dość prosty. Po pierwsze, M. Faraday użył cewki duża liczba obraca się. Cewkę podłączono do urządzenia miliamperomierza. Trzeba powiedzieć, że w tamtych odległych czasach nie było wystarczającej liczby dobrych przyrządów do pomiaru prądu elektrycznego. Dlatego użyliśmy niezwykłego rozwiązanie techniczne: wzięli igłę magnetyczną, umieścili obok niej przewodnik, przez który płynął prąd i na podstawie odchylenia igły magnetycznej oceniali przepływ prądu. Prąd ocenimy na podstawie odczytów miliamperomierza.

Uczniowie odtwarzają doświadczenie, wykonują krok 1 w pracy laboratoryjnej. Zauważyliśmy, że wskazówka miliamperomierza odbiega od wartości zerowej, tj. pokazuje, że w obwodzie pojawia się prąd, gdy magnes się porusza. Gdy tylko magnes się zatrzyma, strzałka powraca do pozycji zerowej, tj. w obwodzie nie ma prądu elektrycznego. Prąd pojawia się, gdy zmienia się pole magnetyczne wewnątrz cewki.

Doszliśmy do tego, o czym mówiliśmy na początku lekcji: otrzymaliśmy prąd elektryczny za pomocą zmiennego pola magnetycznego. To jest pierwsza zasługa M. Faradaya.

Drugą zasługą M. Faradaya jest to, że ustalił, od czego zależy kierunek prądu indukcyjnego. To też ustalimy.Studenci wykonują krok 2 w pracy laboratoryjnej. Przejdźmy do punktu 3 pracy laboratoryjnej. Przekonajmy się, że siła prądu indukcyjnego zależy od prędkości ruchu magnesu (szybkości zmiany pola magnetycznego w cewce).

Jakie wnioski wyciągnął M. Faradaya?

Prąd elektryczny pojawia się w obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się pole magnetyczne (jeśli pole magnetyczne istnieje, ale się nie zmienia, to nie ma prądu).

Kierunek prądu indukcyjnego zależy od kierunku ruchu magnesu i jego biegunów.

Siła prądu indukcyjnego jest proporcjonalna do szybkości zmian pola magnetycznego.

Drugi eksperyment M. Faradaya:

Wziąłem dwie cewki na wspólnym rdzeniu. Jeden podłączyłem do miliamperomierza, a drugi kluczem do źródła prądu. Gdy tylko obwód został zamknięty, miliamperomierz pokazał indukowany prąd. Po otwarciu pokazał też prąd. Gdy obwód jest zamknięty, tj. w obwodzie płynie prąd, miliamperomierz nie pokazał prądu. Pole magnetyczne istnieje, ale się nie zmienia.

Rozważmy współczesną wersję eksperymentów M. Faradaya. Wkładamy i wyjmujemy elektromagnes i rdzeń z cewki podłączonej do galwanometru, włączamy i wyłączamy prąd oraz za pomocą reostatu zmieniamy natężenie prądu. Na rdzeniu cewki umieszczona jest cewka z żarówką, przez którą przepływa prąd przemienny.

Dowiedziałem się warunki występowanie prądu indukcyjnego w obwodzie zamkniętym (cewce). I co jestpowód jego występowanie? Przypomnijmy warunki istnienia prądu elektrycznego. Są to: cząstki naładowane i pole elektryczne. Faktem jest, że zmienne pole magnetyczne generuje w przestrzeni pole elektryczne (wir), które działa na wolne elektrony w cewce i wprawia je w ruch kierunkowy, tworząc w ten sposób prąd indukcyjny.

Zmienia się pole magnetyczne, zmienia się liczba linii pola magnetycznego w zamkniętej pętli. Jeśli obrócisz ramkę w polu magnetycznym, pojawi się w niej indukowany prąd.Pokaż model generatora.

Odkrycie zjawiska indukcji elektromagnetycznej miało miejsce Świetna cena za rozwój technologii, za tworzenie generatorów, za pomocą których wytwarzana jest energia elektryczna, opartych na energii przedsiębiorstw przemysłowych(elektrownie).Od 12.02 minuty wyświetlany jest film o M. Faradaya „Od prądu do generatorów prądu”.

Transformatory działają na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, za pomocą której przesyłają prąd bez strat.Na wystawie widać linię energetyczną.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej wykorzystywane jest w działaniu defektoskopu, za pomocą którego badane są stalowe belki i szyny (niejednorodności wiązki zniekształcają pole magnetyczne, a w cewce defektoskopu pojawia się prąd indukcyjny).

Chciałbym pamiętać słowa Helmholtza: „Dopóki ludzie będą korzystać z dobrodziejstw elektryczności, będą pamiętać imię Faradaya”.

„Niech będą święci ci, którzy w zapałach twórczych, eksplorując cały świat, odkryli w nim prawa”.

Myślę, że na naszej drodze wiedzy błędów jest jeszcze mniej.

Czego nowego się nauczyłeś? (Prąd ten można uzyskać za pomocą zmiennego pola magnetycznego. Dowiedzieliśmy się, od czego zależy kierunek i wielkość prądu indukcyjnego).

Czego się nauczyłeś? (Odbierz prąd indukowany za pomocą zmieniającego się pola magnetycznego).

Pytania:

Przez pierwsze dwie sekundy w metalowy pierścień wciskany jest magnes, przez kolejne dwie sekundy pozostaje on w pierścieniu nieruchomy, a przez kolejne dwie sekundy jest usuwany. W jakich odstępach czasu w cewce płynie prąd? (Od 1-2 s; 5-6 s).

Na magnesie umieszcza się pierścionek z nacięciem lub bez. Gdzie występuje prąd indukowany? (W zamkniętym kręgu)

Na rdzeniu cewki, która jest podłączona do źródła prądu przemiennego, znajduje się pierścień. Włącza się prąd i pierścień przeskakuje. Dlaczego?

Projekt płytki:

„Zamień magnetyzm w elektryczność”

M. Faradaya

Portret M. Faradaya

Rysunki eksperymentów M. Faradaya.

Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko występowania prądu elektrycznego w zamkniętym przewodniku (cewce), gdy zmienia się zewnętrzne pole magnetyczne wewnątrz cewki.

Prąd ten nazywany jest prądem indukcyjnym.

Prąd indukcyjny to prąd występujący w zamkniętym obwodzie przewodzącym znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym. Prąd ten może wystąpić w dwóch przypadkach. Jeśli istnieje obwód stacjonarny, przez który przechodzi zmienny strumień indukcji magnetycznej. Lub gdy obwód przewodzący porusza się w stałym polu magnetycznym, co powoduje również zmianę strumienia magnetycznego przenikającego obwód.

Rysunek 1 - Przewodnik porusza się w stałym polu magnetycznym

Przyczyną prądu indukcyjnego jest wirowe pole elektryczne, które jest generowane przez pole magnetyczne. To pole elektryczne działa na swobodne ładunki znajdujące się w przewodniku umieszczonym w tym wirowym polu elektrycznym.

Rysunek 2 - wirowe pole elektryczne

Tę definicję również znajdziesz. Prąd indukcyjny to prąd elektryczny powstający w wyniku działania indukcji elektromagnetycznej. Jeśli nie zagłębisz się w zawiłości prawa indukcji elektromagnetycznej, w skrócie można to opisać w następujący sposób. Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko występowania prądu w obwodzie przewodzącym pod wpływem zmiennego pola magnetycznego.

Korzystając z tego prawa, możesz określić wielkość prądu indukcyjnego. Ponieważ daje nam wartość pola elektromagnetycznego występującego w obwodzie pod wpływem zmiennego pola magnetycznego.

Wzór 1 - Pole elektromagnetyczne indukcji pola magnetycznego.

Jak widać ze wzoru 1, wielkość indukowanego emf, a co za tym idzie, indukowanego prądu, zależy od szybkości zmian strumienia magnetycznego przenikającego obwód. Oznacza to, że im szybciej zmienia się strumień magnetyczny, tym większy można uzyskać prąd indukcyjny. W przypadku, gdy mamy stałe pole magnetyczne, w którym porusza się obwód przewodzący, wielkość pola elektromagnetycznego będzie zależała od prędkości ruchu obwodu.

Do określenia kierunku prądu indukcyjnego stosuje się regułę Lenza. Który stwierdza, że ​​indukowany prąd jest skierowany w stronę prądu, który go spowodował. Stąd znak minus we wzorze na określenie indukowanego emf.

Prąd indukcyjny odgrywa ważną rolę we współczesnej elektrotechnice. Na przykład indukowany prąd generowany w wirniku silnika indukcyjnego oddziałuje z prądem dostarczanym ze źródła zasilania w jego stojanie, powodując obrót wirnika. Na tej zasadzie budowane są nowoczesne silniki elektryczne.

Rysunek 3 - silnik asynchroniczny.

W transformatorze prąd indukcyjny powstający w uzwojeniu wtórnym służy do zasilania różnych urządzeń elektrycznych. Wielkość tego prądu można ustawić za pomocą parametrów transformatora.

Rysunek 4 - transformator elektryczny.

I wreszcie, prądy indukowane mogą pojawiać się również w masywnych przewodnikach. Są to tak zwane prądy Foucaulta. Dzięki nim możliwe jest wykonanie indukcyjnego topienia metali. Oznacza to, że prądy wirowe płynące w przewodniku powodują jego nagrzewanie. W zależności od wielkości tych prądów przewodnik może nagrzać się powyżej temperatury topnienia.

Rysunek 5 - topienie indukcyjne metali.

Odkryliśmy więc, że prąd indukowany może mieć charakter mechaniczny, elektryczny i efekt termiczny. Wszystkie te efekty są szeroko stosowane w nowoczesny świat zarówno na skalę przemysłową, jak i na poziomie gospodarstw domowych.