Открытый урок "Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Ленца". Опыты фарадея электромагнитная индукция
Опыты Фарадея (электромагнитная индукция)
Электромагнитная индукция
В начале XIX столетия опыты в области электромагнетизма стали чуть ли не модой. Открытие в 1820 г. Эрстедом существование магнитного поля вокруг проводника с током вызвало небывалый резонанс в научных кругах. Проводилось множество экспериментов с электричеством.
29 августа 1831 г. Фарадеем эмпирически было открыто явление электромагнитной индукции. Первоначально данное явление Фарадей обнаружил для стационарных по отношению друг к другу проводников при замыкании и размыкании цепи. Чуть позднее ученый показал, что явление электромагнитной индукции обнаруживается при движении катушек с токами друг по отношению к другу. 17 октября Фарадей отметил в лабораторном журнале, что обнаружил индукционный ток во время введения и удаления магнита в (из) катушку. За один месяц Фарадей определил все основные особенности явления электромагнитной индукции.
Опыты Фарадея
В настоящее время классическими опытами Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции являются следующие эксперименты:
- Гальванометр замыкают на соленоид. В соленоид вдвигается (или выдвигается из него) постоянный магнит. При перемещении магнита фиксируют отклонение стрелки гальванометра, что означает возникновение индукционного тока. При увеличении скорости перемещения магнита по отношению к катушке отклонение стрелки увеличивается. Замена полюсов магнита вызывает изменение направления отклонения стрелки гальванометра. Отметим, что магнит можно оставить неподвижным и перемещать соленоид относительно магнита.
- В этом эксперименте используются две катушки. Одна вставлена в другую. Концы одной из катушек соединяют с гальванометром. Через другую катушку пропускается электрический ток. Стрелка гальванометра претерпевает отклонения, когда происходит включение (выключение) тока, его изменение (увеличение или уменьшение) или если катушки движутся относительно друг друга. Направление отклонения стрелки гальванометра противоположны при включении и выключении тока (уменьшении – увеличении силы тока).
При обобщении результатов своих экспериментов Фарадей отметил, что индукционный ток возникает всякий раз, когда происходит изменение потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. При этом величина индукционного тока не связана со способом изменения потока, а зависит от скорости его изменения. Эмпирически Фарадей доказывал, что величина угла отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита (скоростью изменения силы тока, скоростью перемещения катушек относительно друг друга).
Своими опытами Фарадей показал, что сила тока индукции в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения количества линий магнитной индукции, которые проходят через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур.
На основе опытов Фарадея Максвелл сформулировал основной закон электромагнитной индукции. В соответствии с этим законом электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока () сквозь поверхность, которую ограничивает этот контур:
где , – магнитный поток ( – угол между вектором и нормалью к плоскости контра). Минус отображает правило Ленца.
Значение опытов Фарадея заключено в том, что через явления электромагнитной индукции проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электрическое поле, которое возникает при изменении магнитного поля, имеет иную природу, нежели электростатическое поле. Оно не имеет непосредственной связи с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могул на них начинаться и заканчиваться. Эти линии поля подобны линиям магнитной индукции и являются замкнутыми линиями. Это электрическое поле является вихревым.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
План-конспект урока в 9 классе"Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция». Опыты фарадея электромагнитная индукция схемы
Опыты Фарадея (электромагнитная индукция)
Электромагнитная индукция
В начале XIX столетия опыты в области электромагнетизма стали чуть ли не модой. Открытие в 1820 г. Эрстедом существование магнитного поля вокруг проводника с током вызвало небывалый резонанс в научных кругах. Проводилось множество экспериментов с электричеством.
29 августа 1831 г. Фарадеем эмпирически было открыто явление электромагнитной индукции. Первоначально данное явление Фарадей обнаружил для стационарных по отношению друг к другу проводников при замыкании и размыкании цепи. Чуть позднее ученый показал, что явление электромагнитной индукции обнаруживается при движении катушек с токами друг по отношению к другу. 17 октября Фарадей отметил в лабораторном журнале, что обнаружил индукционный ток во время введения и удаления магнита в (из) катушку. За один месяц Фарадей определил все основные особенности явления электромагнитной индукции.
Опыты Фарадея
В настоящее время классическими опытами Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции являются следующие эксперименты:
- Гальванометр замыкают на соленоид. В соленоид вдвигается (или выдвигается из него) постоянный магнит. При перемещении магнита фиксируют отклонение стрелки гальванометра, что означает возникновение индукционного тока. При увеличении скорости перемещения магнита по отношению к катушке отклонение стрелки увеличивается. Замена полюсов магнита вызывает изменение направления отклонения стрелки гальванометра. Отметим, что магнит можно оставить неподвижным и перемещать соленоид относительно магнита.
- В этом эксперименте используются две катушки. Одна вставлена в другую. Концы одной из катушек соединяют с гальванометром. Через другую катушку пропускается электрический ток. Стрелка гальванометра претерпевает отклонения, когда происходит включение (выключение) тока, его изменение (увеличение или уменьшение) или если катушки движутся относительно друг друга. Направление отклонения стрелки гальванометра противоположны при включении и выключении тока (уменьшении – увеличении силы тока).
При обобщении результатов своих экспериментов Фарадей отметил, что индукционный ток возникает всякий раз, когда происходит изменение потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. При этом величина индукционного тока не связана со способом изменения потока, а зависит от скорости его изменения. Эмпирически Фарадей доказывал, что величина угла отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита (скоростью изменения силы тока, скоростью перемещения катушек относительно друг друга).
Своими опытами Фарадей показал, что сила тока индукции в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения количества линий магнитной индукции, которые проходят через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур.
На основе опытов Фарадея Максвелл сформулировал основной закон электромагнитной индукции. В соответствии с этим законом электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока () сквозь поверхность, которую ограничивает этот контур:
где , – магнитный поток ( – угол между вектором и нормалью к плоскости контра). Минус отображает правило Ленца.
Значение опытов Фарадея заключено в том, что через явления электромагнитной индукции проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электрическое поле, которое возникает при изменении магнитного поля, имеет иную природу, нежели электростатическое поле. Оно не имеет непосредственной связи с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могул на них начинаться и заканчиваться. Эти линии поля подобны линиям магнитной индукции и являются замкнутыми линиями. Это электрическое поле является вихревым.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Опыты Фарадея
Всем со школы знаком знаменитый опыт на уроке физики – опыт Фарадея. Как известно, он заключался в том, что в катушку индуктивности опускался постоянный магнит, при этом стрелка гальванометра, подключенного к этой катушке, отклонялась. Аналогичное явление происходило и при вынимании магнита из катушки, с тем лишь исключением, что стрелка отклонялась в другую сторону.
Почему так происходит? Почему стрелка не остается в том же положении, когда магнит уже опущен? Почему стрелка отклоняется в разные стороны? Все просто, но сначала немного истории.
В девятнадцатом столетии, некий английский физик Майкл Фарадей проводил опыты с магнитным полем. В то время было известно, что вокруг проводника с током, существует магнитное поле. Фарадей, как и многие другие физики того времени старался доказать обратное, то есть то, что магнитное поле, может создать электрический ток. Он, на протяжении 10 лет ставил всем известный опыт, но по закону подлости, гальванометр был вне зоны видимости в момент, когда он опускал магнит. Существует мнение, что однажды, его помощник обратил внимание на гальванометр, когда Фарадей опускал магнит, и заметил отклонение, но это лишь неподтвержденные сведения. Так или иначе, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции.
Закон электромагнитной индукции гласит, что переменное магнитное поле пронизывающее проводник, индуцирует в нем электрический ток. Причем, чем быстрее изменяется магнитное поле, тем сильнее индуцируемый ток.
Именно поэтому, стрелка не отклоняется, когда магнит находится в покое, ведь вместе с ним и магнитное поле остается неизменным. Отклонение стрелки в разные стороны объясняется изменением направления индукционного тока, который в свою очередь зависит от направления магнитного потока.
Явление электромагнитной индукции подтверждает то, что все законы физики симметричны. Без открытия этого явления, человечество никогда бы не продвинулось так далеко в электричестве и в жизни в целом.
electroandi.ru
Лабораторная работа № 6. Измерение поверхностного натяжения жидкости
Лабораторная работа № 6
Тема: «ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ»
Цель: определить коэффициент поверхностного натяжения воды методом отрыва капель.
Оборудование: сосуд с водой, шприц, сосуд для сбора капель.
Теория.
Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией молекул, находящихся внутри жидкости
Как и любая механическая система, поверхностный слой жидкости стремится уменьшить потенциальную энергию и сокращается. При этом совершается работа А:
где σ - коэффициент поверхностного натяжения. Единицы измерения Дж/м2 или Н/м
или
где F – сила поверхностного натяжения, l – длина границы поверхностного слоя жидкости.
Поверхностное натяжение можно определять различными методами. В лабораторной работе используется метод отрыва капель.
Опыт осуществляют со
xn----7sbeb3bupph.xn--p1ai
Опыты Фарадея. Индукционный ток. Правило Ленца
С момента открытия связи магнитного поля с током (что является подтверждением симметрии законов природы), делались многочисленные попытки получить ток с помощью магнитного поля. Задача была решена Майклом Фарадеем в 1831 г. (Американец Джозеф Генри тоже открыл, но не успел опубликовать свои результаты. Ампер также претендовал на открытие, но не смог представить свои результаты).
| Фарадей Майкл (1791–1867) – знаменитый английский физик. Исследования в области электричества, магнетизма, магнитооптики, электрохимии. Создал лабораторную модель электродвигателя. Открыл экстратоки при замыкании и размыкании цепи и установил их направление. Открыл законы электролиза, первый ввел понятия поля и диэлектрической проницаемости, в 1845 г. употребил термин «магнитное поле». Кроме всего прочего, М. Фарадей открыл явления диа- и парамагнетизма. Он установил, что все материалы в магнитном поле ведут себя по-разному: ориентируются по полю (пара- и ферромагнетики) или поперек поля – диамагнетики. |
Из школьного курса физики опыты Фарадея хорошо известны (рис 3.1,рис 3.2, рис 3.3).
Рис. 3.1 Рис. 3.2
Рис. 3.3
Если подносить постоянный магнит к катушке или наоборот (рис.3.1), то в катушке возникнет электрический ток. То же самое происходит с двумя близко расположенными катушками: если к одной из катушек подключить источник переменного тока, то в другой также возникнет переменный ток (рис. 3.2), но лучше всего этот эффект проявляется, если две катушки соединить сердечником (рис. 3.3).
По определению Фарадея общим для этих опытов является следующее: если поток вектора индукции, пронизывающий замкнутый, проводящий контур, меняется, то в контуре возникает электрический ток.
Это явление называют явлением электромагнитной индукции, а ток – индукционным. При этом явление совершенно не зависит от способа изменения потока вектора магнитной индукции.
Итак, получается, что движущиеся заряды (ток) создают магнитное поле, а движущееся магнитное поле создает (вихревое) электрическое поле и собственно индукционный ток.
Для каждого конкретного случая Фарадей указывал направление индукционного тока.
В 1833 г. русский физик Э.Х. Ленц установил общее правило нахождения направления тока: индукционный ток всегда направлен так, что магнитное поле этого тока препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение носит название правило Ленца.
Заполнение всего пространства однородным магнетиком приводит, при прочих равных условиях, к увеличению индукции в µ раз. Этот факт подтверждает то, что индукционный ток обусловлен изменением потока вектора магнитной индукции , а не потока вектора напряженности .
ens.tpu.ru
Явление электромагнитной индукции: опыт Фарадея, выводы
Изучением явления электромагнитной индукции занялся вплотную первым Майкл Фарадей. Точнее сказать, он установил и исследовал это явление в поисках способов превратить магнетизм в электричество.
У него на решение такой задачи ушло десять лет, мы же сейчас пользуемся плодами его труда повсеместно, и не представляем себе современную жизнь без применения электромагнитной индукции. В 8 классе, мы уже рассматривали эту тему, в 9 классе это явление рассматривается уже более детально, но вывод формул относится к курсу 10 класса. По этой ссылке вы можете перейти для ознакомления со всеми аспектами данного вопроса.
Явление электромагнитной индукции: рассмотрим опыт
Мы рассмотрим, что представляет собой явление электромагнитной индукции. Можно провести опыт, для которого понадобится гальванометр, постоянный магнит и катушка. Соединив гальванометр с катушкой, мы вдвигаем внутрь катушки постоянный магнит. При этом гальванометр покажет изменение тока в цепи.
Так как никакого источника тока у нас в цепи нет, то логично предположить, что ток возникает вследствие появления магнитного поля внутри катушки. Когда мы будем вытаскивать магнит обратно из катушки, мы увидим, что снова изменятся показания гальванометра, но его стрелка при этом отклонится в противоположную сторону. Мы опять получим ток, но уже направленный в другую сторону.
Теперь проделаем похожий опыт с теми же элементами, только при этом мы зафиксируем магнит неподвижно, а надевать на магнит и снимать с него мы теперь будем саму катушку, подсоединенную к гальванометру. Мы получим те же результаты стрелка гальванометра будет показывать нам появление тока в цепи. При этом, когда магнит неподвижен, тока в цепи нет стрелка стоит на ноле.
Можно провести измененный вариант такого же опыта, только постоянный магнит заменить электрическим, который можно включать и выключать. Мы получим схожие с первым опытом результаты при движении магнита внутри катушки. Но, кроме того, при выключении и выключении неподвижного электромагнита, он будет вызывать кратковременное появление тока в цепи катушки.
Катушку можно заменить проводящим контуром и проделать опыты по перемещению и вращению самого контура в постоянном магнитном поле, либо же магнита внутри неподвижного контура. Результаты будут те же появление тока в цепи при движении магнита или контура.
Изменение магнитного поля вызывает появление тока
Из всего этого следует вывод, что изменение магнитного поля вызывает появление электрического тока в проводнике. Ток этот ничем не отличается от тока, который мы можем получить от батареек, например. Но чтобы указать причину его возникновения, такой ток назвали индукционным.
Во всех случаях у нас менялось магнитное поле, а точнее, магнитный поток через проводник, вследствие чего и возникал ток. Таким образом, можно вывести следующее определение:
При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
Вот это и есть явление электромагнитной индукции, на основе которой созданы самые различные генераторы электроэнергии.
Нужна помощь в учебе?
Предыдущая тема: Магнитный поток: определение, направление и количество + пример Следующая тема:   Получение переменного электрического тока: что это и как получитьВсе неприличные комментарии будут удаляться.
www.nado5.ru
Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея
Науку часто смешивают с знанием.
Это глубокое недоразумение.
Наука есть не только знание,
но и сознание, т.е. умение
пользоваться знанием.
Василий Осипович Ключевский
Магнитная индукция – это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.
Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.
В прошлых темах говорилось о том, что вокруг проводника с током всегда существует магнитное поле.
После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические.
Такую задачу в начале XIX в. пытались решить многие ученые. Поставил ее перед собой и английский ученый Майкл Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так записал в своем дневнике эту задачу Фарадей в 1822 г. Почти 10 лет он ставил различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф. После напряженных исканий, затратив много труда и изобретательности, он пришел к выводу: только меняющееся со временем магнитное поле может породить электрический ток.
Опыты Фарадея состояли в следующем. Если постоянный магнит вдвигать внутрь катушки, к которой присоединен гальванометр, то в цепи возникает электрический ток.
Если магнит выдвигать из катушки, гальванометр также показывает ток, но противоположного направления.
Опыт можно видоизменить. На неподвижный магнит будем надевать катушку и снимать ее. И опять можно обнаружить, что во время движения катушки относительно магнита в цепи снова появляется ток. Но, как только движение прекращается, ток тотчас же исчезает.
Проделаем еще один опыт. Поместим в магнитное поле плоский контур из проводника, концы которого соединим с гальванометром. При повороте контура гальванометр отмечает появление в нем индукционного тока. Ток будет появляться и в том случае, если рядом с контуром или внутри него вращать магнит.
Нетрудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку.
Однако не при всяком движении магнита (или катушки) возникает электрический ток. Если вращать магнит вокруг вертикальной оси, ток не возникает.
Таким образом, при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. В этом и заключается явление электромагнитной индукции.
Полученный таким способом ток называется индукционным током (от латинского «наведенный»).
Как показывает опыт, значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока:
– изменяется ли площадь, ограниченная контуром,
– его ориентация в пространстве,
– изменяется ли индукция магнитного поля при перемещении его источников
– за счет изменения среды.
Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока (так, стрелка гальванометра в опытах Фарадея отклоняется тем больше, чем быстрее вдвигается магнитв катушку).
На основании явления электромагнитной индукции были созданы мощные генераторы электрической энергии, в разработке которых принимали участие ученые и техники разных стран. Среди них были и наши отечественные ученые: Эмилий Христианович Ленц, Борис Семенович Якоби, Михаил Иосифович Доливо-Добровольский и другие, внесшие большой вклад в развитие электротехники.
Основные выводы:
– Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
– Полученный таким способом ток называется индукционным током.
– Значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока: изменяется ли площадь, ограниченнаяконтуром, или его ориентация в пространстве, изменяется ли индукция магнитного поля при перемещении его источников или за счет изменения среды. Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока.
videouroki.net
23 23 1 Явление электромагнитной индукции Опыты Фарадея
23 23. 1. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея.
Опыты Фарадея. 1. Две катушки, витки которых располагаются плотно друг к другу, но они разделены изолирующим слоем. По одной из катушек течёт сильный ток, другая катушка соединена с гальванометром. Майкл Фарадей (1791 -1867) Стрелка гальванометра не отклоняется. Следовательно, постоянный ток и постоянное магнитное поле не оказывают влияния на проводник. 2. Гальванометр слабо реагирует на включение и выключение тока. Замена гальванометра на более чувствительную магнитную стрелку, расположенную в катушке позволила установить, что стрелка намагничивалась импульсом тока при включении. При выключении тока намагничивание магнитной стрелки было противоположным
2. Токи в других проводниках наводятся не постоянным, а изменяющимся током. 3. Индукционный ток увеличивается, если катушки намотаны на железный сердечник 4. Направление индукционного тока изменяется при изменении направления движения проводника в магнитном поле. 5. При вращении проводника в магнитном поле также возникает индукционный ток и направление индукционного тока изменяется при изменении направления вращения.
Если в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания наблюдается отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток). Направления отклонения стрелки при вдвигании и выдвигании магнита противоположны. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки. При изменении полюсов магнита направление отклонения стрелки изменится. Для получения индукционного тока магнит можно оставлять неподвижным, а соленоид передвигать относительно магнита.
23. 2. Проводящий стержень, движущийся в магнитном поле.
Проводящий стержень, движущийся в магнитном поле. Отрезок прямолинейного проводника движется с постоянной скоростью в однородном магнитном поле с индукцией. Вместе с проводником относительно магнитного поля перемещаются с той же скоростью и заряженные частицы, входящие в состав проводника, и на каждую из этих частиц действует магнитная сила
Свободные носители под действием этой силы смещаются вдоль проводника, создавая на его концах избыточные заряды. Внутри проводника возникает электрическое поле с напряжённостью , препятствующее дальнейшему смещению свободных носителей. Со стороны электрического поля на свободные носители тока действует сила, направление которой противоположно направлению силы Лоренца. В проекциях на направление вертикальной оси на рисунке: В векторной форме: Между концами проводника возникает разность потенциалов
Считая поле внутри проводника однородным, величину разности потенциалов можно найти так: Ещё раз отметим, что в общем виде
23. 3. Контур с подвижной перемычкой в однородном магнитном поле.
Контур с подвижной перемычкой в однородном магнитном поле. 2 Пусть по двум сторонам прямоугольного п-образного проводника без потери электрического контакта скользит проводящая перемычка длиной l. Вся конструкция находится в однородном магнитном поле с индукцией B. Направление вектора магнитной индукции перпендикулярно плоскости 1 контура. Под действием силы Лоренца, возникает упорядоченное движение свободных носителей тока. Оно будет продолжаться до тех пор, пока действует сила Лоренца, то есть пока сохраняется движение проводника. Силе можно сопоставить поле, напряжённость которого равна Это поле неэлектростатическое. Циркуляция его по контуру L равна работе этого поля по перемещению единичного положительного заряда, то есть электродвижущей силе, действующей в этом контуре:
Согласно свойству векторно-скалярного произведения можно записать: Умножим правую часть уравнения на dt: - единичный вектор нормали. Следовательно,
При движении проводника в магнитном поле появляется тормозящая сила Для обеспечения равномерного движения нужно прикладывать внешнюю силу, равную по величине тормозящей силе, но противоположную по направлению. Работа по перемещению зарядов по цепи равна работе этой внешней силы. В случае контура с подвижной перемычкой в однородном магнитном поле ЭДС индукции равна В данном случае изменение магнитного потока связано с изменением площади, охватываемой контуром.
23. 4. Рамка в неоднородном магнитном поле.
Рамка в неоднородном магнитном поле. Пусть в неоднородном магнитном поле движется квадратная проводящая рамка со стороной l. Направление вектора магнитной индукции перпендикулярно плоскости рамки. Индукция магнитного поля вблизи стороны рамки (3 -4) больше индукции вблизи стороны (12). Как было показано ранее (см. п. 4. 2), между токами 3 и 4, а также точками 1 и 2 возникает разность потенциалов В результате в рамке возникает индукционный ток. Направление тока указано на следующем рисунке.
Найдём ЭДС индукции в этом случае: Интегралы по отрезкам (2 -3) и (4 -1) равны нулю. Умножим правую и левую часть уравнения на dt: величина, на которую уменьшился магнитный поток, пронизывающий рамку в результате движения стороны (1 -2) величина, на которую увеличился магнитный поток, пронизывающий рамку в результате движения стороны (3 -4)
суммарное изменение магнитного потока, пронизывающего рамку в результате её движения В случае движения рамки в неоднородном магнитном поле ЭДС индукции также равна В данном случае изменение магнитного потока связано с изменением вектора магнитной индукции.
23. 5. Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея)
Индукционный ток возникает всегда, когда происходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции. Сила индукционного тока совершенно не зависит от способа изменения потока магнитной индукции, а определяется лишь скоростью его изменения. Электромагнитная индукция явление, заключающееся в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток (индукционный ток). Возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электромагнитной индукции.
Закон Фарадея ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром: Величина ЭДС индукции не зависит от способа, которым производится изменение магнитного потока, пронизывающего контур, а определяется только скоростью изменения этого потока.
Правило Ленца: Индукционный ток всегда имеет такое направление, что своим магнитным полем препятствует причине, вызывающей этот ток.
Знак ЭДС электромагнитной индукции определяется углом между направлением магнитного момента индукционного тока и направлением вектора магнитной индукции. Поток вектора магнитной индукции убывает, индукционный ток создает поле, поддерживающее убывающий поток Поток вектора магнитной индукции возрастает; индукционный ток создает поле, уменьшаюшее растущий внешний поток.
Причины возникновения ЭДС индукции 1 2 3 1. Изменение величины вектора индукции магнитного поля, в котором находится контур. 2. Изменение площади контура, находящегося в магнитном поле (даже однородном). 3. Изменение ориентации контура относительно направления магнитного поля.
23. 6. Простейший генератор переменного тока.
Простейший генератор переменного тока Рамка вращается в однородном магнитном поле с угловой скоростью . Определим силу тока, возникающего в рамке. Согласно закону Фарадея Обозначим Сила тока
При равномерном вращении рамки в однородном магнитном поле возникает переменная ЭДС, изменяющаяся по гармоническому закону Это явление лежит в основе действия генераторов, применяемых для преобразования механической энергии в энергию электрического тока.
present5.com
Открытый урок "Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Ленца"
Разделы: Физика
Задачи урока:
- изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения;
- рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического;
- показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции, раскрыть отношения явления и его сущности при постановке опытов;
- продолжить формирование изменений, наблюдать, выделять главное, объяснять увиденное.
Оборудование: разборный школьный трансформатор, гальванометр, постоянный магнит, аккумулятор, источник переменного тока, реостат, ключ, замкнутый виток с низковольтной лампой, соединительные провода, стержень с двумя алюминиевыми кольцами на концах, одно из которых сплошное, другое с разрезом, портрет М.Фарадея, телевизор, в/ф "Явление электромагнитной индукции", карточки-задания, кроссворды, ребус, криптограмма, оборудование для опытов.
I. Оргмомент.
II. Мотивация учебной деятельности
Учитель. Мы с вами прошли тему "Электромагнетизм". Сегодня нам предстоит выяснить, как вы усвоили этот материал. Обобщим знания о магнитном поле, будет совершенствовать умения объяснять магнитные явления. Раскроем особенные и общие черты магнитного и электрического полей, проведем контроль знаний, продолжим формирование умений наблюдать, обобщать, синтезировать изученное.
III. Практическая работа -КМД-
Класс делится на 4 группы. Они работают так:
Первая группа – пишет физический диктант. (Приложение 1.) Вторая группа – решает кроссворд. (Приложение 2.) Третья группа – решает качественные задачи. (Приложение 3.)
И получают баллы за каждую работу. Потом обмениваются между собой заданиями.
Четвертая группа – четверо играют в карты.
Пока они готовятся, желающие получить жетоны, правильно отвечают на поставленные вопросы:
– В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг? (На северном географическом полюсе)
– Если поднести несколько раз к часам сильный магнит, то показания часов будут неправильными. Как объяснить это? (Стальная пружина и другие стальные детали часов, намагничиваясь, взаимодействуют друг с другом, вследствие чего правильный ход часов нарушается)
– Где ошибка?
– Правильно ли указано направление тока?
Учитель. А вот, что написал о магнитных явлениях Д.И. Менделеев, мы сможем сказать, если расшифруем, что здесь написано. (Приложение 3). К доске идет...
Решение задач.
IV. Изучение нового материала
Учитель. Ранее в электродинамике изучались явления, связанные или обусловленные существованием постоянных во времени (статических и стационарных) электрических и магнитных полей. Появляются ли новые явления при наличии переменных полей? Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831году М.Фарадей. Он решал ПРОБЛЕМУ: может ли магнитное поле вызвать появление электрического тока в проводнике? А теперь посмотрим опыты и послушаем объяснение их.
По итогам зачета объявляются оценки и комментируются.
Учитель. А сейчас переходим к изучению новой темы. Цель урока мы узнаем, если разгадаем ребус. (Приложение 2) Да, да! Именно эти слова записал Майкл Фарадей в своем дневнике в 1822 году. "Превратить магнетизм в электричество". После открытия Эрстедом в 1820 году магнитного поля, было установлено, что магнитное поле и эл.ток всегда существуют одновременно. Фарадей, зная о тесной связи между током и магнитном полем, был уверен, что с помощью магнитного поля можно создать в замкнутом проводнике эл.ток. Он провёл многочисленные опыты и доказал это, открыв в 1831году явление электромагнитной индукции. С биографией М.Фарадея нас познакомит студент ...
V. Демонстрация опытов Фарадея.
Учитель. Рассмотрим опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции.
1. Возьмем соленоид, соединенный с гальванометром (рис. 1), и будем вдвигать в него постоянный магнит. Оказывается, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если же магнит останавливается, то стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. То же самое получается при выдвижении магнита из соленоида или при надевании соленоида на неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что индукционный ток возникает в соленоиде только при относительном перемещении соленоида и магнита.
Рис. 1
2. Будем опускать в соленоид В катушку с током А (рис. 2). Оказывается, что и в этом случае в соленоиде В возникает индукционный ток только при относительном перемещении соленоида В и катушки А.
Рис. 2
3. Вставим катушку А в соленоид В и закрепим их неподвижно (рис. 3). При этом тока в соленоиде нет. Но в моменты замыкания или размыкания цепи катушки А в соленоиде В появляется индукционный ток. То же самое
Рис. 3
Рис. 4
получается в моменты усиления или ослабления тока в катушке А с помощью изменения сопротивления R. В дальнейшем цепь катушки А, соединенную с источником электрической энергии, будем называть первичной, а цепь соленоида В, в которой возникает индукционный ток, – вторичной. Эти же названия будем применять и к самим катушкам.
4. Включим первичную катушку в сеть переменного тока, а вторичную катушку соединим с лампой накаливания (рис. 4). Оказывается, лампа непрерывно горит, пока в первичной катушке течет переменный ток. Нетрудно заметить, что общим для всех описанных опытов является изменение магнитного поля в соленоиде, которое и создает в нем индукционный ток. Выясним теперь, всякое ли изменение магнитного поля вокруг замкнутого контура наводит в нем индукционный ток. Возьмем плоский контур в виде рамки, соединенной с гальванометром. Поместим рядом с рамкой магнит так, чтобы его линии индукции не проходили внутри рамки, а находились в ее плоскости (рис. 5а).
Рис. 5
Оказывается, что при перемещении рамки или магнита вдоль плоскости рисунка стрелка гальванометра не отклоняется. Если же рамку поворачивать вокруг оси 00' (рис. 5б), то в ней возникает индукционный ток.
На основании описанных опытов можно сделать следующий вывод: индукционный ток (и э. д. с. индукции) в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проводит через площадь, охваченную контуром. С помощью этого явления может получится эл. ток практически любой мощности, а это позволяет широко использовать эл. энергию в промышленности. Получается она в основном с помощью индукционных генераторов, принцип работы которых основан на явлении эл-магнитной индукции. Поэтому Фарадей по праву считается одним из основателей электротехники.
Рассмотрим подробнее явление электромагнитной индукции.
Пусть в однородном магнитном поле с индукцией В находится прямолинейный металлический проводник длиной L. Приведем этот проводник в движение со скоростью так, что бы угол между векторами В и составлял 90 градусов, то вместе с проводником будут направленно двигаться и его собственные электроны, так как их движение происходит в магнитном поле, то на них должна действовать сила Лоренца. С помощью правила левой руки можно установить, что свободные электроны будут смещаться к концу А. И тогда между А и В возникает напряжение U , которое создаст в нем эл. силу Fэл., которая уравновесит Fл. Fэл.= Fл., в этом случае смещение электронов прекратится. Fэл.= Е . q = U/L . q, а Fл.= В . . q . sinU/L . q = В . . q . sinU = В . . L . sin, но напряжение на полюсах при разомкнутой цепи = Е. Еинд.= В . . L . sin
Рис. 6
А если проводник включить в цепь, то в ней возникает индукционный ток.
Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется по правилу правой руки (рис. 7): если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.
Рис. 7
VI. Закон Ленца.
Учитель. В катушке, замкнутой на гальванометр, при перемещении магнита, возникает индукционный ток. Как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки? (А переломов не бойтесь!) Давайте определим это! Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Связь между направлением индукционного тока в контуре и индуцирующим магнитным полем была установлена Ленцем. Пусть имеется катушка, вокруг катушки существует изменяющееся магнитное поле и оно пронизывает витки другой катушки. А при всяком изменении магнитного поля, пронизывающего контур замкнутого проводника, в нем наводится индукционный ток. А как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки? Обратимся к опыту. Почему кольцо отталкивается от магнита? А с прорезью нет? (U – тока нет.)
Значит в кольце возник ток (инд.), магнитное поле. И можно определить поле. Поменяем полюса магнита. И видим: что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита. Ленцу удалось обобщить эту закономерность: эту связь называют законом Ленца.
Определение: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует причине его вызывающей.
Eщё раз повторим правило Ленца.
Вернемся к опыту. Стрелка гальванометра отклоняется тем дальше, чем быстрее вдвигается в соленоид магнит или катушка с током.
Э.д.с. индукции, возникающая в какой-либо цепи, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока – время, за которое происходит изменение магнитного потока. Знак минус показывает, что когда магнитный поток уменьшается ( – отриц.), э.д.с. создает индукционный ток, увеличивающий магнитный поток и наоборот. Исходя из формулы:
1Bб = 1В 1с
VII. Закрепление материала.
Просмотр видеофильма "Электромагнитная индукция". Решение задач.
VIII. Задание на дом.
§ 23(2-6). № 18.10, № 18.12, № 14. Повторить "Эл.ток в газах"
IX. Итог урока.
Учитель. Спасибо вам за урок!.
Приложение 1.
Физический диктант
1. Напишите формулы для расчетов:
а) силы Лоренца; б) магнитной проницаемости среды; в) модуля вектора магнитной индукции; г) магнитного потока; д) силы Ампера;
2. Дополните следующие определения:
а) сила Лоренца – это ... б) сила Ампера – это ... в) температура Кюри – это ... г) магнитная проницаемость среды характеризует ...
3. Какая физическая величина измеряется в теслах? Чему равна 1Тл?
4. Какими способами можно получить магнитное поле?
5. Какие величины характеризуют это поле?
6. Какую физическую величину измеряют в веберах? Чему равен 1Вб?
7. Дополните предложения:
а) У диамагнетиков они обладают свойством ... б) У ферромагнетиков их отличительные свойства ... в) У парамагнетиков для них характерно ... г) Сила Ампера применяется ... д) Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы состоят из ................., действуют они так: е) Сила Лоренца используется ...
–
Приложение 2.
КРОССВОРД “ДОГАДАЙТЕСЬ”
По вертикали в выделенных клетках: катушка проводов с железным сердечником внутри. В каждую клетку включая нумерованную напишите по букве так чтобы по горизонтали получить слова:
1. Ученый, впервые обнаруживший взаимодействие электрического тока и магнитные стрелки. 2. Место магнита, где наблюдаются наиболее сильные магнитные действия. 3. Устройство, работающее на слабых токах, при помощи которого можно управлять электрической цепью с сильными токами. 4. Изобретатель первого в мире телеграфного аппарата, печатающего буквы. 5 и 6. Приборы, совместное пользование которыми позволяет передавать звук на далекие расстояния. 7. Изобретатель электромагнитного телеграфа и азбуки из точек и тире. 8. Ученый, объяснивший намагниченность молекул железа электрическим током. 9. Прибор, служащий для ориентации на местности, основной частью которого является магнитная стрелка. 10. Русский ученый, который изобрел электрический телеграф с магнитными стрелками. 11. Одна из основных частей приборов 5 и 6, названных выше. 12. Приемник тока, служащий для превращения электрической энергии в механическую. 13. Вещество, из которого делают постоянные магниты.
Приложение 3.
РЕБУС
Рис. 8
Прочитайте слова английского физика, которыми он определил поставленную перед собой задачу. Назовите ученого, год, когда эта задача была решена, и явление которое им было открыто.
КАКОЕ СЛОВО?
Отгадайте слово по буквам, каждую из которых надо определить, решив задачу
Рис. 9
1. Мысленно поставьте стрелку по направлению тока на участке проводника НМ. 2. Каков номер в алфавите второй буквы слова, покажет после включения тока северный конец магнитной стрелки. 3. Поставьте знак направления тока в кружке изображающем сечение проводника, и из двух подсчетов выберите тот, который содержит этот знак. 4. Мысленно поставьте стрелку, указывающую направление магнитных линий внутри катушки с током. 5. Нужная буква стоит у северного конца магнитной стрелки. 6. Выберите букву, которая стоит у положительного полюса источника тока.
ПРОЧТИ ФРАЗУ
Рис. 10
xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai
Видеоматериалы
Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше
Подробнее...С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей
Подробнее...Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе
Подробнее...Актуальные темы
ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год
Подробнее...Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год
Подробнее...
КОНТАКТЫ
360051, КБР, г. Нальчик
ул. Горького, 4
тел: 8 (8662) 40-93-82
факс: 8 (8662) 47-31-81
e-mail:
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
