При каких условиях в катушке возникает индукционный ток: «При каком условии в катушке возникает индукционный ток?» — Яндекс.Кью

Помогите с решением!!! Лабораторная работа № 4 Физика 9 класс Перышкин

Цель работы: Изучить явление электромагнитной индукции.
Оборудование: Миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, провода соединительные, модель генератора электрического тока (одна на класс).
Указания к работе:
1.    Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2.    Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в неё (рис. 196). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки.
 
Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки.
4.     На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.
5.     Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков
ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.)
6.     О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра.
Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от неё одного и того же полюса магнита.
 
4.      Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.
Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.
При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее?
При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку сила тока в ней была больше?
На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этукатушку.
5.      Соберите установку для опыта по рисунку 197.
6.      Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:
а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;
б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;
в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону движка реостата.
10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?
11. Пронаблюдайте возникновение электрического тока в модели генератора (рис. 198). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.
  Рис. 196

 
 Рис. 197                                                                               Рис. 198
 

При каком условии в катушке возникает индукционный ток? Электромагнитная индукция.

Опыты Х. Эрстеда и А. Ампера (см. § 1) показали, что электрический ток создает магнитное поле. А можно ли сделать наоборот, то есть с помощью магнитного поля получить электрический ток? После более чем 16 тысяч опытов английский физик и химик Майкл Фарадей 29 августа 1831 г. получил электрический ток с помощью магнитного поля постоянного магнита. Какие же опыты проводил Фарадей и какое значение имело его открытие?

воспроизводим опыты Фарадея

Замкнем катушку на гальванометр и будем вводить в катушку постоянный магнит. Во время движения магнита стрелка гальванометра отклонится, а это означает, что в катушке возник электрический ток (рис. 8.1, а).

Чем быстрее двигать магнит, тем больше будет сила тока; если движение магнита прекратить, прекратится и ток — стрелка вернется на нулевую отметку (рис. 8.1, б). Вынимая магнит из катушки, видим, что стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону (рис. 8.1, в), а после прекращения движения магнита снова возвращается на нулевую отметку.

Если оставить магнит неподвижным, а двигать катушку (или приближать ее к магниту, или удалять от него, или поворачивать вблизи полюса магнита), то снова будем наблюдать отклонение стрелки гальванометра.

Теперь возьмем две катушки — А и В — и наденем их на один сердечник (рис. 8.2). Катушку В через реостат присоединим к источнику тока, а катушку А замкнем на гальванометр. Если передвигать ползунок реостата, то в катушке А будет идти электрический ток. Ток будет возникать как при увеличении, так и при уменьшении силы тока в катушке В. А вот направление

Рис. 8.2. Если разомкнуть или замкнуть цепь катушки B или изменить в ней силу тока, в катушке A возникнет ток

Рис. 8.1. Возникновение тока в катушке фиксируется гальванометром: а — если магнит вводить в катушку, стрелка гальванометра отклоняется вправо; б — если магнит неподвижен, ток не возникает и стрелка не отклоняется; в — если выводить магнит из катушки, стрелка гальванометра отклоняется влево

тока будет разным: при увеличении силы тока стрелка гальванометра будет отклоняться в одну сторону, а при уменьшении — в другую. Ток в катушке А будет возникать также в момент замыкания и в момент размыкания цепи катушки В.

Возникнет ли ток в катушке А (см. рис. 8.2), если ее двигать относительно катушки В?

Все рассмотренные опыты — это современный вариант тех, которые на протяжении 10 лет проводил Майкл Фарадей и благодаря которым он пришел к выводу: в замкнутом проводящем контуре возникает

электрический ток, если количество линий магнитной индукции, пронизывающих ограниченную контуром поверхность, изменяется.

Рис. 8.3. Возникновение индукционного тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих контур: а — контур приближают к магниту; б — ослабляют магнитное поле, в котором расположен контур

Данное явление было названо электромагнитной индукцией, а электрический ток, возникающий при этом, — индукционным (наведенным) током (рис. 8.3).

Возникнет ли в замкнутой рамке индукционный ток, если рамку поступательно (не поворачивая) передвигать между полюсами электромагнита (рис. 8.4)?

выясняем причины возникновения индукционного тока

Вы узнали, когда в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток. А что является причиной его возникновения? Рассмотрим два случая.

1. Проводящий контур движется в магнитном поле (рис. 8.3, а). В данном случае свободные заряженные частицы внутри проводника движутся вместе с ним в определенном направлении. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы с определенной силой, и под действием этой силы частицы начинают направленное движение вдоль проводника, — в проводнике возникает индукционный электрический ток.

2. Неподвижный проводящий контур расположен в переменном магнитном поле (рис. 8.3, б). В этом случае силы, действующие со стороны магнитного поля, не могут сделать направленным хаотичное движение заряженных частиц внутри проводника. Почему же в контуре возникает индукционный ток? Дело в том, что переменное магнитное поле всегда сопровождается возникновением в окружающем пространстве вихревого электрического поля (силовые линии такого поля являются замкнутыми). Таким образом, не магнитное, а электрическое поле, действуя на свободные заряженные частицы в проводнике, придает им направленное движение, тем самым создавая индукционный ток.

Определяем направление индукционного тока

Чтобы определить направление индукционного тока, воспользуемся замкнутой катушкой. Если изменять пронизывающее катушку магнитное поле (например, приближать или удалять магнит), то в катушке возникает индукционный ток и она сама становится магнитом. Опыты показывают: 1) если магнит приближать к катушке, то катушка будет отталкиваться от магнита; 2) если магнит удалять от катушки, то катушка будет притягиваться к магниту.

Это означает:

Рис. 8.5. Направление индукционного тока в замкнутой катушке: а — магнит приближают к катушке; б — магнит удаляют от катушки

Рис. 8.6. Если вращать рамку в магнитном поле, в рамке возникает индукционный ток

1) если количество линий магнитной индукции, пронизывающих катушку, увеличивается (магнитное поле внутри катушки усиливается), то в катушке возникает индукционный ток такого направления, что катушка будет обращена к магниту одноименным полюсом (рис. 8.5, а).

2) если количество линий магнитной индукции, пронизывающих катушку, уменьшается, то в катушке возникает индукционный ток такого направления, что катушка будет обращена к магниту разноименным полюсом (рис. 8.5, б).

Зная полюсы катушки и воспользовавшись правой рукой (см. § 3), можно определить направление индукционного тока. Аналогично поступают и в случае, когда две катушки надеты на общий сердечник (см. пункт 5 § 8).

Знакомимся с промышленными источниками электрической энергии

Явление электромагнитной индукции используют в электромеханических генераторах, без которых невозможно представить современную электроэнергетику.

Электромеханический генератор — устройство, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую.

Выясним принцип действия электромеханического генератора. Возьмем рамку, состоящую из нескольких витков провода, и будем вращать ее в магнитном поле (рис. 8.6). При вращении рамки число пронизывающих ее магнитных линий то увеличивается, то уменьшается. В результате в рамке возникает ток, наличие которого доказывает свечение лампы.

Промышленные генераторы электрического тока устроены практически так же, как электродвигатели, однако по принципу действия генератор — это электрический двигатель «наоборот». Как и электродвигатель, генератор состоит из статора и ротора (рис. 8.7). Массивный неподвижный статор (1) представляет собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого размещен толстый

медный изолированный провод — обмотка статора (2). Внутри статора вращается ротор (3). Он, как и ротор электродвигателя, представляет собой большой цилиндр, в пазы которого вложена обмотка ротора (4). Эта обмотка питается от источника постоянного тока. Ток течет по обмотке ротора, создавая магнитное поле, которое пронизывает обмотку статора.

Под действием пара (на тепловых и атомных электростанциях) или падающей с высоты воды (на гидроэлектростанциях) ротор генератора начинает быстро вращаться. Вследствие этого число линий магнитной индукции, пронизывающих витки обмотки статора, изменяется и в обмотке возникает индукционный ток. После ряда преобразований этот ток подают потребителям электрической энергии.

Учимся решать задачи Задача. Катушка и алюминиевое кольцо надеты на общий сердечник (рис. 1). Определите направление индукционного тока в кольце при замыкании ключа. Как будет вести себя кольцо в момент замыкания ключа? через некоторое время после замыкания ключа? в момент размыкания ключа?

Анализ физической проблемы, решение

1) Ток в катушке направлен по ее передней стенке вверх (от «+» к «-»). Воспользовавшись правой рукой, определим полюсы катушки (направление магнитных линий внутри катушки): ближе к кольцу будет южный полюс катушки (рис. 2).

2) В момент замыкания ключа сила тока в катушке увеличивается, поэтому магнитное поле внутри кольца усиливается.

3) В кольце возникает индукционный ток такого направления, что кольцо будет обращено к катушке одноименным полюсом (южным) и оттолкнется от нее.

4) Воспользовавшись правой рукой, определим направление индукционного тока в кольце (оно будет противоположно направлению тока в катушке).

Почти сразу после замыкания ключа ток в катушке будет постоянным, магнитное поле внутри кольца не будет изменяться и индукционного тока в кольце не будет. Кольцо изготовлено из магнитослабого материала, поэтому оно почти не будет взаимодействовать с катушкой.

В момент размыкания ключа сила тока в катушке быстро уменьшается, созданное катушкой магнитное поле ослабляется. В кольце возникает индукционный ток такого направления, что кольцо будет обращено к катушке разноименным полюсом и на короткое время притянется к ней (рис. 3).

Как определить направление индукционного тока (алгоритм)

1. Определяем направление магнитной индукции внешнего магнитного поля (B).

2. Выясняем, усиливается или ослабляется внешнее магнитное поле (увеличивается или уменьшается число линий магнитной индукции, пронизывающих контур).

3. Определяем направление магнитного поля, созданного индукционным током (B).

4. Определяем направление индукционного тока.

Подводим итоги

В замкнутом проводящем контуре при изменении количества линий магнитной индукции, пронизывающих контур, возникает электрический ток. Такой ток называют индукционным, а явление возникновения тока — электромагнитной индукцией.

Одна из причин возникновения индукционного тока заключается в том, что переменное магнитное поле всегда сопровождается возникновением в окружающем пространстве электрического поля. Электрическое поле действует на свободные заряженные частицы в проводнике, и те начинают двигаться направленно — возникает индукционный ток.

Контрольные вопросы

1. Опишите опыты М. Фарадея. 2. В чем состоит явление электромагнитной индукции? 3. Какой ток называют индукционным? 4. Каковы причины возникновения индукционного тока? 5. Работа каких устройств основана на явлении электромагнитной индукции? Какие преобразования энергии в них происходят? 6. Опишите устройство и принцип действия генераторов электрического тока.

Упражнение № 8

1. Две неподвижные катушки расположены так, как показано на рис. 1. Миллиамперметр, подключенный к одной из катушек, регистрирует наличие тока. При каком условии это возможно?

2. На рис. 2 изображено устройство, которое называют «кольца Ленца». Устройство состоит из двух алюминиевых колец (сплошного и разрезанного),

закрепленных на алюминиевом коромысле, которое может легко вращаться вокруг вертикальной оси.

1) Как будет вести себя сплошное кольцо устройства, если: а) приближать к нему магнит? б) удалять от него магнит? в) приближать к нему магнит южным полюсом?

2) Для каждого случая а-в в пункте 1 определите направление индукционного тока в сплошном кольце и направление индукции магнитного поля, созданного этим током.

3) Что будет происходить, если магнит приближать к разрезанному алюминиевому кольцу?

3. Две катушки надеты на один сердечник (рис. 3). Определите направление индукционного тока в катушке А, если: 1) замкнуть цепь; 2) разомкнуть цепь; 3) передвинуть ползунок реостата влево; 4) передвинуть ползунок реостата вправо.

4. Составьте задачу, обратную задаче, рассмотренной в пункте 5 § 8. Решите составленную задачу.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Тема. Наблюдение явления электромагнитной индукции.

Цель: исследовать условия возникновения индукционного тока в замкнутой катушке; выяснить факторы, от которых зависят сила и направление индукционного тока.

Оборудование: миллиамперметр, два полосовых или два подковообразных магнита, проволочная катушка-моток на каркасе, маркер.

указания к работе

подготовка к эксперименту

1. Перед выполнением работы вспомните:

1) требования безопасности при работе с электрическими цепями;

2) правила, которые необходимо соблюдать при измерении силы тока амперметром;

3) как зависит сила индукционного тока от скорости изменения магнитного поля;

4) от чего зависит направление индукционного тока.

2. Выполните задание. На рис. 1-4 изображены полосовой магнит, катушка-моток, присоединенная к миллиамперметру, и указано направление скорости движения магнита. Перенесите рисунки в тетрадь и для каждого случая: 1) укажите магнитные полюсы катушки; 2) определите и покажите направление индукционного тока в катушке.

3. Соберите электрическую цепь, присоединив провода катушки к клеммам миллиамперметра.

4. На одном из торцов катушки поставьте маркером метку.

Строго придерживайтесь инструкции по безопасности (см. форзац). Эксперимент 1

Выяснение условий возникновения индукционного тока в замкнутом проводнике и факторов, от которых зависит направление индукционного тока.

Удерживая катушку и магнит в руках, последовательно выполните опыты, перечисленные в табл. 1. Заполните табл. 1.

Обратите внимание! Магнит нужно вводить в катушку и выводить из нее только со стороны того торца катушки, на котором поставлена метка.

Таблица 1

Анализ результатов эксперимента 1

Проанализируйте табл. 1 и сформулируйте вывод, в котором укажите:

1) при каких условиях в замкнутой катушке возникает индукционный ток;

2) как изменяется направление индукционного тока при изменении направления движения магнита;

3) как изменяется направление индукционного тока при изменении полюса магнита, который приближают или удаляют от катушки.

Эксперимент 2

Выяснение факторов, от которых зависит значение индукционного тока. Удерживая катушку и магнит в руках, последовательно выполните опыты, перечисленные в табл. 2. Каждый раз снимайте показания миллиамперметра и заносите их в табл. 2.

Таблица 2

Анализ результатов эксперимента 2

Проанализируйте табл. 2 и сформулируйте вывод, в котором укажите:

1) как зависит сила индукционного тока от скорости относительного движения магнита и катушки;

2) как зависит сила индукционного тока от значения индукции внешнего магнитного поля, изменение которого послужило причиной возникновения тока в катушке.

Творческое задание

Продумайте и запишите план проведения экспериментов по исследованию условий возникновения индукционного тока в замкнутой катушке для случаев, когда две катушки надеты на общий сердечник (см. рис. 5-7). По возможности проведите эксперименты. Сформулируйте выводы. Для каждой катушки укажите полюсы и направление тока.

ПОДВОДИМ итоги РАЗДЕЛА I «Магнитное поле»

1. Изучая раздел I, вы выяснили, что сначала человек узнал о постоянных магнитах и начал их использовать; значительно позже были созданы электромагниты.

2. Вы узнали, что около намагниченного тела, подвижной заряженной частицы, и проводника с током существует магнитное поле.

магнитное поле

форма материи, которая существует около намагниченных тел, проводников с током и движущихся заряженных тел или частиц и действует на другие намагниченные тела, проводники с током и движущиеся заряженные тела или частицы, расположенные в этом поле

3. Вы узнали, что в магнитном поле все вещества намагничиваются, но по-разному.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ

4. Вы выяснили, что на проводник с током, размещенный в магнитном поле, действует сила Ампера.

СИЛА АМПЕРА

Практическое применение силы Ампера

5. Вы воспроизвели опыты М. Фарадея и ознакомились с явлением электромагнитной индукции.

ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Опыты Фарадея

Промышленное получение тока

Когда количество линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутую катушку, изменяется, в катушке возникает индукционный электрический ток

Электромеханический генератор —

устройство, в котором благодаря электромагнитной индукции механическая энергия преобразуется в электрическую

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К РАЗДЕЛУ I «Магнитное поле»

Задания 1, 2, 5-7 содержат только один правильный ответ.

1. (1 балл) Южный магнитный полюс стрелки компаса обычно указывает:

а) на северный географический полюс Земли;

б) южный магнитный полюс Земли;

в) южный географический полюс Земли;

г) экватор Земли.

2. (1 балл) Магнитное поле катушки с током ослабевает, если:

а) в катушку ввести железный сердечник; в) уменьшить силу тока;

б) увеличить число витков в обмотке; г) увеличить силу тока.

А Опыты А. Ампера Б Опыт В. Гильберта В Опыт Х. Эрстеда Г Опыт Ш. Кулона Д Опыты М. Фарадея

3. (2 балла) Установите соответствие между научным фактом и опытами, благодаря которым этот факт был выявлен.

1 Около проводника с током существует магнитное поле

2 Около планеты Земля существует магнитное поле

3 Два проводника с током взаимодействуют

4 Переменное магнитное поле создает электрическое поле

4. (2 балла) Укажите все правильные утверждения.

а) Полюс магнита — это участок поверхности магнита, где магнитное действие проявляется сильнее всего.

б) Линии индукции однородного магнитного поля могут быть искривлены.

в) Единица магнитной индукции в СИ — тесла.

г) Ротор — это неподвижная часть двигателя.

5. (2 балла) В каком случае (рис. 1) направление линий индукции магнитного поля прямого проводника с током указано правильно?

правильно?

7. (2 балла) Прямолинейный проводник длиной 0,6 м расположен в однородном магнитном поле индукцией 1,2 мТл под углом 30° к линиям магнитной индукции поля. Определите силу Ампера, действующую на проводник, если сила тока в нем 5 А.

а) 1,8 мН; б) 2,5 мН; в) 3,6 мН; г) 10 мН.

8. (2 балла) Прежде чем зерно попадает на жернова мельницы, его пропускают между полюсами сильного электромагнита. Для чего это делают?

9. (3 балла) Магнитная стрелка установилась в магнитном поле катушки с током (рис. 3). Определите полюсы источника тока.

10. (3 балла) Рамка поворачивается в магнитном поле постоянного магнита (рис. 4). Определите полюсы источника тока, к которому подключена рамка.

11. (3 балла) Проводник с током расположен в магнитном поле подковообразного магнита (рис. 5). Определите полюсы магнита.

12. (3 балла) Отклонится ли магнитная стрелка от направления «север — юг», если к ней поднести железный брусок? медный брусок?

13. (4 балла) Определите полюсы электромагнита на рис. 6. Как изменится подъемная сила электромагнита, если ползунок реостата передвинуть влево?

14. (4 балла) Определите направление индукционного тока в замкнутом проводящем кольце в момент замыкания ключа (рис. 7).

15. (4 балла) Стальной стержень длиной 40 см и массой 50 г лежит перпендикулярно горизонтальным рельсам (рис. 8). Вдоль рельсов направлено однородное магнитное поле индукцией 0,25 Тл. По стержню пропускают электрический ток силой 2 А. С какой силой стержень давит на рельсы?

Сверьте ваши ответы с приведенными в конце учебника. Отметьте задания, которые вы выполнили правильно, и подсчитайте сумму баллов. Затем эту сумму разделите на три. Полученный результат будет соответствовать уровню ваших учебных достижений.

Тренировочные тестовые задания с компьютерной проверкой вы найдете на электронном образовательном ресурсе «Интерактивное обучение».

От звезд к «летающим» лягушкам, или Зачем нужны сверхмощные магниты

У большинства людей магниты ассоциируются с компасом. Инженеры вспомнят об их применении в электродвигателях и генераторах электрического тока. Но все эти конструкции уже давно известны. Значит, дальнейшее изучение магнитных явлений уже не нужно?

Не спешите с ответом, вспомните, например, о поездах «без трения». Рельсами для таких поездов является магнитное поле. Два магнита, один из которых размещен в опорах, а второй — в самом поезде, обращены друг к другу одноименными полюсами, а значит, отталкиваются. В результате поезд словно «летит» над дорогой. О преимуществах такого технического решения было подробно рассказано на «Энциклопедической странице» учебника для 7 класса. Для движения поездов «без трения» примененяют сверхмощные магниты. А какие магниты называют сверхмощными и где еще их используют?

Для начала сравним индукции магнитных полей, создаваемых различными объектами. В приведенной таблице указано, во сколько раз индукция В магнитного поля данного объекта отличается от индукции В 3 магнитного поля Земли. Магнитное поле Земли сравнительно слабое, тем не менее оно может повлиять на точность ряда экспериментов, и ученые научились экранировать его (снижать) в специально оборудованных помещениях — магнитоэкранированных комнатах. Индукция магнитного поля в такой комнате в 10 миллионов раз меньше, чем на поверхности Земли.

Как видим из таблицы, создан магнит, индукция магнитного поля которого больше индукции магнитного поля Земли в 200 000 раз. Для чего нужны такие мощные магниты?

Относительные величины магнитных полей

Прежде всего сверхмощные магниты нужны для удержания пучков заряженных частиц в ускорителях. На рис. 1 изображен один из самых больших в мире ускорителей. По гигантскому кольцу диаметром в несколько километров движутся заряженные частицы. Чтобы частицы «не выплескивались» на стенки, и нужны сверхмощные магниты (рис. 2).

Широко известно применение сверхмощных магнитов в медицине: с их помощью получают изображения внутренних органов человека (рис. 3, 4). В отличие от диагностики с помощью рентгеновских лучей, метод магнитного резонанса значительно безопаснее.

И наконец приведем еще один пример применения сверхмощных магнитов. Инженеры уже заставили «летать» тяжелые поезда, а можно ли научить летать человека или животное?

Оказывается, все дело в материалах. В конструкции поезда для усиления магнитного поля можно использовать ферромагнетики, а вот вещества, из которых состоит организм, таких свойств не имеют. Не вживлять же в тело «железки»!

На пути овладения левитацией помогли сверхмощные магниты. Выяснилось, что при наличии очень сильных магнитных полей даже слабого магнетизма организма достаточно для обеспечения нужной силы отталкивания. Ученым удалось заставить «летать» лягушку, поместив ее во время эксперимента над сверхмощным магнитом (рис. 5). По словам исследователей, после полета испытательница чувствовала себя нормально. Дело за «малым»: нужно увеличить магнитное поле в 10-100 раз — и человек познает пьянящее ощущение полета.

Ориентировочные темы проектов

1. Магнитные материалы и их использование.

2. Магнитная запись информации.

3. Проявление и применение магнитных взаимодействий в природе и технике.

4. Геомагнитное поле Земли.

5. Магнитные бури и их влияние на здоровье человека.

6. Различные электромагнитные устройства.

7. Генераторы электрического тока.

Темы рефератов и сообщений

1. Влияние магнитного поля на качество и скорость прорастания семян.

2. Влияние магнитного поля на жизнь и здоровье человека.

3. Сила Лоренца. Проявления силы Лоренца в природе, применение в технике.

4. История изучения магнетизма.

5. Магнитные моменты атома и его составных частей.

6. Антимагнитные вещества и их применение.

7. Вклад украинских ученых в изучение магнетизма.

8. М. Фарадей и Дж. Максвелл — основатели теории электромагнитного поля.

9. Магнитные бури в атмосфере планет-гигантов Сатурна и Урана.

10. Никола Тесла — человек, опередивший свое время.

11. Как работают ускорители заряженных частиц.

12. Что такое магнитный сепаратор и для чего он предназначен.

13. МГД -генератор: что он генерирует и как работает.

14. Что такое петля гистерезиса и как она связана с намагничиванием и перемагничиванием.

15. Магнитная жидкость: уникальные свойства, примеры применения.

темы экспериментальных исследований

1. Изучение свойств постоянных магнитов.

2. Исследование магнитного поля Земли.

3. Измерение магнитной индукции магнитного поля катушки с током; магнитного поля подковообразного магнита.

4. Изготовление генератора электрического тока.

5. Исследование явления электромагнитной индукции.

6. Изготовление магнитной жидкости, исследование ее свойств.

7. Изготовление электродвигателя.

Это материал учебника

Подробности
Категория: Электричество и магнетизм
Опубликовано 24.05.2015 20:43
Просмотров: 6301

Электрические и магнитные явления тесно связаны. И если ток порождает магнетизм, то должно существовать и обратное явление — появление электрического тока при движении магнита. Так рассуждал английский учёный Майкл Фарадей , в 1822 г. сделавший в своём лабораторном дневнике следующую запись: «Превратить магнетизм в электричество».

Этому событию предшествовало открытие явления электромагнетизма датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом, обнаружившим возникновение магнитного поля вокруг проводника с током. Много лет Фарадей проводил различные эксперименты, но первые опыты не принесли ему удачи. Основная причина была в том, что учёный не знал, что лишь переменное магнитное поле способно создать электрический ток. Реальный результат удалось получить лишь в 1831 г.

Опыты Фарадея

Нажать на картинку

В опыте, проделанном 29 августа 1931 г. , учёный обмотал витками проводов противоположные стороны жел
езного кольца. Один провод он соединил с гальванометром. В момент подключения второго провода к батарее стрелка гальванометра резко отклонялась и возвращалась в исходное положение. Такая же картина наблюдалась и при размыкании контакта с батареей. Это означало, что в цепи появлялся электрический ток. Он возникал в результате того, что силовые линии магнитного поля, созданного витками первого провода, пересекали витки второго провода и генерировали в них ток.

Опыт Фарадея

Через несколько недель был проведен опыт с постоянным магнитом. Фарадей подключил гальванометр к катушке из медной проволоки. Затем резким движением втолкнул внутрь магнитный стержень цилиндрической формы. В этот момент стрелка гальванометра также резко качнулась. Когда стержень извлекался из катушки, стрелка качнулась также, но в противоположную сторону. И так происходило каждый раз, когда магнит вталкивался или выталкивался из катушки. То есть ток появлялся в контуре при движении магнита в нём. Так Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество».

Фарадей в лаборатории

Ток в катушке появляется также, если вместо постоянного магнита внутри неё перемещать другую катушку, подключенную к источнику тока.

Во всех этих случаях
происходило изменение магнитного потока, пронизывающего контур катушки, что приводило к появлению электрического тока в замкнутом контуре. Это явление навали электромагнитной индукцией

, а ток – индукционным током

.

Известно, что ток в замкнутом контуре существует, если в нём поддерживает разность потенциалов с помощью электродвижущей силы (ЭДС). Следовательно, при изменении магнитного потока в контуре такая ЭДС в нём и возникает. Она называется ЭДС индукции

.

Закон Фарадея

Майкл Фарадей

Величина электромагнитной индукции не зависит от того, по какой причине меняется магнитный поток – изменяется ли само магнитное поле или контур движется в нём. Она зависит от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

где ε

–
ЭДС, действующая вдоль контура;

Ф В

–
магнитный поток.

На величину ЭДС катушки в переменном магнитном поле влияет число витков в ней и величина магнитного потока. Закон Фарадея в этом случае выглядит так:

где
N

–

число витков;

Ф В

– магнитный поток через один виток;

Ψ

– потокосцепление, или суммарный магнитный поток, сцепляющийся со всеми витками катушки.

Ψ =

N

·Ф

i

Ф

i

– поток, проходящий через один виток.

Даже слабый магнит может создать большой ток индукции, если скорость движения этого магнита высока.

Так как индукционный ток возникает в проводниках при изменении магнитного потока, пронизывающего их, то в проводнике, который движется в неподвижном магнитном поле, он появится тоже. Направление тока индукции в этом случае зависит от направления движения проводника и определяется по правилу правой руки: «Если расположить ладонь правой руки таким образом, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый на 90 0 большой палец показывал бы направление движения проводника, то вытянутые 4 пальца укажут направление индуцированной ЭДС и направление тока в проводнике
».

Правило Ленца

Эмилий Христианович Ленц

Направление тока индукции определяется по правилу, которое действует во всех случаях, когда такой ток возникает. Это правило сформулировал российский физик балтийского происхождения
Эмилий Христианович Ленц: «Индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток противодействует изменению того магнитного потока, который этот ток вызвал.

Нужно заметить, что такой вывод был сделан учёным на основании результатов опытов. Ленц создал прибор, состоящий из свободно вращающейся алюминиевой пластинки, на одном конце которой было закреплено сплошное кольцо из алюминия, а на другом – кольцо с надрезом.

Если магнит приближали к сплошному кольцу, оно отталкивалось и начинало «убегать».

Нажать на картинку

При отдалении магнита кольцо стремилось догнать его.

Нажать на картинку

Ничего подобного не наблюдалось с разрезанным кольцом.

Ленц объяснил это тем, что в первом случае индукционный ток создаёт магнитное поле, линии индукции которого направлены противоположно линиям индукции внешнего магнитного поля. Во втором случае линии индукции магнитного поля, созданного индукционным током, совпадают по направлению с линиями индукции поля постоянного магнита. В разрезанном кольце ток индукции не возникает, поэтому оно не может взаимодействовать с магнитом.

Согласно правилу Ленца при увеличении внешнего магнитного потока индукционный ток будет иметь такое направление, что созданное им магнитное поле будет препятствовать такому увеличению. Если же внешний магнитный поток уменьшается, то магнитное поле индукционного тока будет поддерживать его и не давать ему уменьшаться.

Генератор электрического тока

Генератор переменного тока

О
ткрытие Фарадеем электромагнитной индукции позволило использовать это явление на практике.

Что произойдёт, если вращать катушку с большим количеством витков из металлической проволоки в неподвижном магнитном поле? Магнитный поток, пронизывающий контур катушки, будет постоянно меняться. И в ней возникнет ЭДС электромагнитной индукции. Значит, такая конструкция может вырабатывать электрический ток. На этом принципе основана работа генераторов переменного тока .

Генератор состоит из 2 частей – ротора и статора. Ротор — это подвижная часть. В генераторах малой мощности чаще всего вращается постоянный магнит. В мощных генераторах вместо постоянного магнита используют электромагнит. Вращаясь, ротор создаёт изменяющийся магнитный поток, который и генерирует электрический ток индукции в витках обмотки, расположенной в пазах неподвижной части генератора – статоре. Ротор приводят во вращение двигателем. Это может быть паровая машина, водяная турбина и др.

Трансформатор

Это, пожалуй, самые распространённое устройство в электротехнике, предназначенное для преобразования электрического тока и напряжения. Трансформаторы используются в радиотехнике и электронике. Без них невозможна передача электроэнергии на большие расстояния.

Простейший трансформатор состоит из двух катушек, имеющих общий металлический сердечник. Переменный ток, подаваемый на одну из катушек, создаёт в ней переменное магнитное поле, которое усиливается сердечником. Магнитный поток этого поля, пронизывая витки второй катушки, создаёт в ней индукционный электрический ток. Так как величина ЭДС индукции зависит от числа витков, то меняя их соотношение в катушках, можно менять и величину тока. Это очень важно, например, при передаче электроэнергии на большие расстояния. Ведь при транспортировке происходят большие потери, из-за того, что провода нагреваются. Уменьшив с помощью трансформатора ток, эти потери снижают. Но при этом напряжение увеличивается. На конечном этапе с помощью понижающего трансформатора снижают напряжение и увеличивают ток. Конечно, такие трансформаторы устроены гораздо сложнее.

Нельзя не сказать о том, что не только Фарадей пытался создать индукционный ток. Подобные эксперименты проводил также известный американский физик Джозеф Генри. И ему удалось добиться успеха практически одновременно с Фарадеем. Но Фарадей опередил его, опубликовав сообщение о сделанном им открытии раньше Генри.

ИНДУКЦИОННЫЙ ТОК — это электрический ток, возникающий при изменении потока магнитной индукции в замкнутом проводящем контуре. Это явление носит название электромагнитной индукции. Хотите узнать какое направление индукционного тока? Росиндуктор — это торговый информационный портал, где вы найдете информацию про ток.

Определяющее направление индукционного тока правило звучит следующим образом: «Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван». Правая рука развернута ладонью навстречу магнит¬ным силовым линиям, при этом большой палец направлен в сторону движения проводника, а четыре пальца по-казывают, в каком направлении будет течь индукционный ток. Перемещая проводник, мы перемещаем вместе с проводчиком все электроны, заключенные в нем, а при перемещении в магнитном поле электрических зарядов на них будет действовать сила по правилу левой руки.

Направление индукционного тока, как и его величина, определяется правилом Ленца, в котором говорится, что направление индукционного тока всегда ослабляет действие фактора, возбудившего ток. При изменении потока магнитного поля через контур направление индукционного тока будет таким, чтобы скомпенсировать эти изменения. Когда магнитное поле возбуждающее ток в контуре создается в другом контуре, направление индукционного тока зависит от характера изменений: при увеличении внешнего тока индукционный ток имеет противоположное направление, при уменьшении — направлен в ту же сторону и стремиться усилить поток.

Катушка с индукционным током имеет два полюса (северный и южный), которые определяются в зависимости от направления тока: индукционные линии выходят из северного полюса. Приближение магнита к катушке вызывает появление тока с направлением, отталкивающим магнит. При удалении магнита ток в катушке имеет направление, способствующее притягиванию магнита.

Индукционный ток возникает в замкнутом контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Контур может быть как неподвижным (помещенным в изменяющийся поток магнитной индукции), так и движущимся (движение контура вызывает изменение магнитного потока). Возникновение индукционного тока обуславливает вихревое электрическое поле, которое возбуждается под воздействием магнитного поля.

О том, как создать кратковременный индукционный ток можно узнать из школьного курса физики.

Для этого есть несколько способов:

• — перемещение постоянного магнита или электромагнита относительно катушки,
• — перемещение сердечника относительно вставленного в катушку электромагнита,
• — замыкание и размыкание цепи,
• — регулирование тока в цепи.

Основной закон электродинамики (закон Фарадея) гласит, что сила индукционного тока для любого контура равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через контур, взятой со знаком минус. Сила индукционного тока носит название электродвижущей силы.

>> Направление индукционного тока. Правило Ленца

Присоединив катушку, в которой возникает индукционный ток, к гальванометру, можно обнаружить, что направление этого тока зависит от того, приближается ли магнит к катушке (например, северным полюсом) или удаляется от нее (см. рис. 2.2, б).

Возникающий индукционный ток
того или иного направления как-то взаимодействует с магнитом (притягивает или отталкивает его). Катушка с проходящим по ней током подобна магниту с двумя полюсами — северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса (линии магнитной индукции выходят из него). На основе закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать его.

Взаимодействие индукционного тока с магнитом.
Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, что магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту. Одноименные же полюса отталкиваются.

При удалении магнита, наоборот, в катушке возникает ток такого направления, чтобы появилась притягивающая магнит сила.

В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих витки катушки, или, что то же самое, магнитный поток, увеличивается (рис. 2.5, а), а во втором случае уменьшается (рис. 2.5, б). Причем в первом случае линии индукции магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 2.5 изображены черным цветом. В случае а катушка с током аналогична магниту, северный полюс которого находится сверху, а в случае б — снизу.

Аналогичные выводы можно сделать с помощью опыта, показанного на рисунке 2.6. На концах стержня, который может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, закреплены два проводящих алюминиевых кольца. Одно из них с разрезом. Если поднести магнит к кольцу без разреза, то в нем возникнет индукционный ток и направлен он будет так, что это кольцо оттолкнется от магнита и стержень повернется. Если удалять магнит от кольца, то оно, наоборот, притянется к магниту. С разрезанным кольцом магнит не взаимодействует, так как разрез препятствует возникновению в кольце индукционного тока. Отталкивает или притягивает катушка магнит, это зависит от направления индукционного тока в ней. Поэтому закон сохранения энергии позволяет сформулировать правило, определяющее направление индукционного тока.

Теперь мы подошли к главному: при увеличении магнитного потока через витки катушки индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует усилению магнитного потока через витки катушки. Ведь линии индукции этого поля направлены против линий индукции поля, изменение которого порождает электрический ток. Если же магнитный поток через катушку ослабевает, то индукционный
ток создает магнитное поле с индукцией , увеличивающее магнитный поток через витки катушки.

В этом и состоит сущность общего правила определения направления индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Э. X. Ленцем .

Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Более кратко это правило можно сформулировать следующим образом: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.

Применять правило Ленца для нахождения направления индукционного тока в контуре надо так:

1. Определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.
2. Выяснить, увеличивается ли поток вектора магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (Ф > 0), или уменьшается (Ф 3. Установить направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока. Эти линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям магнитной индукции при Ф > 0 и иметь одинаковое с ними направление при Ф 4. Зная направление линий магнитной индукции , найти направление индукционного тока, пользуясь правилом буравчика.

Направление индукционного тока определяется с помощью закона сохранения энергии. Индукционный ток во всех случаях направлен так, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока, вызывающего данный индукционный ток
.

1. Как определяется направление индукционного тока?
2. Возникнет ли в кольце с разрезом электрическое поле, если подносить к нему магнит!

Содержание урока



конспект урока

опорный каркас
презентация урока
акселеративные методы
интерактивные технологии
Практика


задачи и упражнения
самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников
Иллюстрации



аудио-, видеоклипы и мультимедиа

фотографии, картинки
графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты
Дополнения



рефераты

статьи
фишки для любознательных
шпаргалки
учебники основные и дополнительные
словарь терминов
прочие



Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике

обновление фрагмента в учебнике
элементы новаторства на уроке
замена устаревших знаний новыми
Только для учителей



идеальные уроки

календарный план на год
методические рекомендации
программы
обсуждения
Интегрированные уроки

Возникновение в проводнике ЭДС индукции

Если поместить в проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет , называемая ЭДС индукции
.

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС
в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией
.

Электромагнитная индукция — это обратный процесс, т. е. превращение механической энергии в электрическую.

Явление электромагнитной индукции нашло широчайшее применение в . На использовании его основано устройство различных электрических машин.

Величина и направление ЭДС индукции

Рассмотрим теперь, каковы будут величина и направление индуктированной в проводнике ЭДС.

Величина ЭДС индукции зависит от количества силовых линий поля, пересекающих проводник в единицу времени, т. е. от скорости движения проводника в поле.

Величина индуктированной ЭДС находится в прямой зависимости от скорости движения проводника в магнитном поле.

Величина индуктированной ЭДС зависит также и от длины той части проводника, которая пересекается силовыми линиями поля. Чем большая часть проводника пересекается силовыми линиями поля, тем большая ЭДС индуктируется в проводнике. И, наконец, чем сильнее магнитное поле, т. е. чем больше его индукция, тем большая ЭДС возникает в проводнике, пересекающем это поле.

Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = Blv,

где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.

Следует твердо помнить, что в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, ЭДС индукции возникает только в том случае, если этот проводник пересекается магнитными силовыми линиями поля.
Если же проводник перемещается вдоль силовых линий поля, т. е. не пересекает, а как бы скользит по ним, то никакой ЭДС в нем не индуктируется. Поэтому приведенная выше формула справедлива только в том случае, когда проводник перемещается перпендикулярно магнитным силовым линиям поля.

Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.

Если держать ладонь правой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец указывал бы направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление действия индуктированной ЭДС и направление тока в проводнике.

Правило правой руки

ЭДС индукции в катушке

Мы уже говорили, что для создания в проводнике ЭДС индукции необходимо перемещать в магнитном поле или сам проводник, или магнитное поле. В том и другом случае проводник должен пересекаться магнитными силовыми линиями поля, иначе ЭДС индуктироваться не будет. Индуктированную ЭДС, а следовательно, и индукционный ток можно получить не только в прямолинейном проводнике, но и в проводнике, свитом в катушку.

При движении внутри постоянного магнита в ней индуктируется ЭДС за счет того, что магнитный поток магнита пересекает витки катушки, т. е. точно так же, как это было при движении прямолинейного проводника в поле магнита.

Если магнит опускать в катушку медленно, то возникающая в ней ЭДС будет настолько мала, что стрелка прибора может даже не отклониться. Если же, наоборот, магнит быстро ввести в катушку, то отклонение стрелки будет большим. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от скорости движения магнита, т. е. от того, насколько быстро силовые линии поля пересекают витки катушки. Если теперь поочередно вводить в катушку с одинаковой скоростью сначала сильный магнит, а затем слабый, то можно заметить, что при сильном магните стрелка прибора будет отклоняться на больший угол. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от величины магнитного потока магнита.

И, наконец, если вводить с одинаковой скоростью один и тот же магнит сначала в катушку с большим числом витков, а затем со значительно меньшим, то в первом случае стрелка прибора отклонится на больший угол, чем во втором. Значит, величина индуктируемой ЭДС, а следовательно, и сила тока в катушке зависят от числа ее витков. Те же результаты можно получить, если вместо постоянного магнита применять электромагнит.

Направление ЭДС индукции в катушке зависит от направления перемещения магнита. О том, как определять направление ЭДС индукции, говорит закон, установленный Э. X. Ленцем.

Закон Ленца для электромагнитной индукции

Всякое изменение магнитного потока внутри катушки сопровождается возникновением в ней ЭДС индукции, причем чем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем большая ЭДС в ней индуктируется.

Если катушка, в которой создана ЭДС индукции, замкнута на внешнюю цепь, то по виткам ее идет индукционный ток, создающий вокруг проводника магнитное поле, в силу чего катушка превращается в соленоид. Получается таким образом, что изменяющееся внешнее магнитное поле вызывает в катушке индукционный ток, которой, в свою очередь, создает вокруг катушки свое магнитное поле — поле тока.

Изучая это явление, Э. X. Ленц установил закон, определяющий направление индукционного тока в катушке, а следовательно, и направление ЭДС индукции. ЭДС индукции, возникающая в катушке при изменении в ней магнитного потока, создает в катушке ток такого направления, при котором магнитный поток катушки, созданный этим током, препятствует изменению постороннего магнитного потока.

Закон Ленца справедлив для всех случаев индуктирования тока в проводниках, независимо от формы проводников и от того, каким способом достигается изменение внешнего магнитного поля.

При движении постоянного магнита относительно проволочной катушки, присоединенной к клеммам гальванометра, или при движении катушки относительно магнита возникает индукционный ток.

Индукционные токи в массивных проводниках

Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти так называемые распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем.

Сердечники трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники трансформаторов делают не массивными, а состоящими из тонких листов, изолированных один от другого бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь распространения вихревых токов по массе проводника.

Но иногда на практике вихревые токи используются и как токи полезные. На использовании этих токов основана, например, работа , и так называемых магнитных успокоителей подвижных частей электроизмерительных приборов.

Электромагнитная индукция

План-конспект
урока

«Электромагнитная
индукция»

1. Предмет   
ФИЗИКА

2. Класс    
9

3.Тема и номер урока в теме  
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ( 5 урок)

4. Базовый учебник  «Физика.
9 класс», А.В. Пёрышкин., Е.М. Гутник, М., Дрофа, 2008 г.

5.Цели  урока: 

Деятельностная: научить
детей определять направление индукционного тока с помощью правила Ленца

Содержательная:
расширить знания учеников о представлении электромагнитного поля за счёт
включения новых знаний о возникновении электрического тока при изменении
магнитного поля; научить видению нового знания в структуре общего курса, его
связи с уже  приобретённым опытом и его значения для последующего обучения.

6. Планируемые результаты

-предметные:
ученик научится распознавать явление электромагнитной индукции и объяснять на
основе имеющихся знаний условия протекания этого явления;

ученик получит возможность научиться
определять направление индукционного тока;

ученик получит возможность определять
полюса соленоида ( катушки).

 — метапредметные:

регулятивные:
ученик научится самостоятельно ставить цели и планировать пути их достижения;
самостоятельно контролировать своё время и управлять им; принимать решения в
проблемной ситуации на основе переговоров;

ученик получит возможность научиться
адекватно оценивать свои возможности для достижения цели в различных сферах
самостоятельной деятельности;

коммуникативные: ученик
научится достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли; осуществлять
взаимный контроль и оказывать в сотрудничестве необходимую взаимопомощь,
организовывать и планировать учебное сотрудничество с учителем и сверстниками;

ученик получит возможность научиться
учитывать разные мнения и интересы и обосновывать собственную позицию;
оказывать поддержку и содействие тем, от кого зависит достижение цели в
совместной деятельности.

познавательные:
ученик научится получать индукционный ток с помощью магнитного поля,  давать
определения понятиям.

ученик получит возможность научиться
самостоятельно проводить исследование на основе применения методов наблюдения 
и эксперимента.

     -личностные:
ученик получит возможность для формирования устойчивой  учебно – познавательной
мотивации, готовности к самообразованию и самовоспитанию.

7.Тип урока:
урок «открытия» нового знания.

Используемые методы обучения: урок
построен с использованием  метода проблемно-диалогического обучения
и элементами исследовательской деятельности.

Методы: словестный,
наглядно- иллюстративный, практический.

8.Формы работы учащихся:  
индивидуальная, фронтальная, работа в  группах.

9.Необходимое техническое оборудование:
компьютер, проектор, учебник, экран, электронная презентация «Электромагнитная
индукция», раздаточный материал (задачи для самостоятельного решения, алгоритм
исследований, памятка для определения направления индукционного тока),
гальванометр, катушки, полосовые магниты,  реостат, миллиамперметры, ключи, соединительные
провода, источник питания , штатив. Видеоролик « Проверка  правила Ленца»

10. Используемая литература:

«Физика. 9 класс», А.В. Пёрышкин., Е.М.
Гутник, М., Дрофа, 2008 г

О. И. Громцева « Контрольные и
самостоятельные работы по физике 9», издательство «Экзамен», М., 2010

«Материалы ГИА 2013» под редакцией Е.Е.
Камзеевой, издательство « национальное образование», М., 2012

Блудов М.И. «Беседы по физике». ч2.Учебное
пособие для учащихся/ Под ред. Л. В. Тарасова.- 3-е изд., перераб. И доп.- М.:
Просвещение, 1985.

Интернет  ресурсы:

Видеоролик « Правило Ленца» https://www.youtube.com/watch?v=wJmAFdd9Xm8

Сайт http://www.fipi.ru/cont

Структура и ход урока

I 
Организационный момент  ( слайд № 1)

-приветствие;

-определение
отсутствующих;

-проверка
готовности учащихся к уроку;

-организация 
внимания.

II.
Мотивация к учебной деятельности 

Благодаря
открытию,  о котором сегодня пойдёт речь,  фактически сформировалась основа
всей энергетики нашей планеты. Вся электроэнергия, вырабатываемая на нашей планете,
процентов 99, вырабатывается за счёт явления, к изучению которого мы с вами
приступаем- это явление называется электромагнитная индукция. ( слайд 1)

-Запишем тему урока:  «
Явление электромагнитной индукции».

III
Актуализация
опорных (Слайд № 3)

В
1820г  Эрстед, а затем Ампер показали, что магнетизм может быть получен с
помощью электрического тока. Ампер создаёт прибр, названный гальванометром.
Опыты Эрстеда и Ампера легко воспроизводились в различных лабораториях мира,
никому и нигде при этом не удавалось наблюдать обратного эффекта- получения
электрического тока с помощью магнетизма.

Физики
верят в то, что явления в природе обратимы, если А порождает В, то и В должно
порождать А.Примеров можно привесьти много.

Возьмём,
например,
механическую  работу и тепловую энергию. Механическую работу можно
преобразовывать в тепло. Например:  потереть ладошки, и вы почуствуете это
тепло. За счёт работы силы трения увеличивается внутренняя энергия ладони А
тепло в работу может переходить?

—
Может.

—
На пример в том же самом паровозе. Внутренняя энергия топлива преобразуется в
механическую работу.

IV.
Локализация затруднений (создание проблемной ситуации)

Отсутствие
симметрии между этими двумя явлениями показались Фарадею « весьма необычным». И
вот Майкл Фарадей начинает  искать способ получения электричество из магнетизма.(
слайд № 4) Если можно получить магнитное поле из электричества, то почему
же нельзя из магнитного поля получить электричество. Фарадей был не
единственным физиком, работающим над этой проблемой. Параллельно ему эту же
задачу пытался решить Ампер. Шли они одинаковыми путями, но Фарадей открыл
всё-таки явление,  о котором пойдёт речь, а Ампер нет.

10
лет он искал способ получения электрического тока из магнитного поля.

Для
того чтобы обнаружить электрический ток,  нужен гальванометр. Гальванометры в
то время были очень капризными , деликатными приборами. При малейшем сотрясении
нарушалась их работа. Поэтому гальванометр должен быть хорошо защищён от
внешних воздействий. И Ампер и Фарадей гальванометр поместили в отдельную
комнату. У нас гальванометр более современный, тем более школьный. Он не боится
тряски. В другой комнате находилась катушка с проводом. И Ампер и Фарадей
подключили катушку с проводом к гальванометру. Ампер и Фарадей делали одно и то
же. Ампер делал всё в одиночку, он вообще человек был малообщительный. Поэтому
Ампер помещал магнит в катушку, а потом шёл в другую комнату, где находился
гальванометр и смотрел на стрелку гальванометра. Гальванометр на нуле.
Вытаскивал магнит из катушки, снова шёл в другую комнату и снова гальванометр
на нуле.

А
у Фарадея был помощник, артиллерийский сержант по фамилии Андерсен. Он 40 лет
помогал Фарадею проводить опыты. И в тот момент, когда Фарадей в одной комнате
вставлял магнит, то из  другой комнаты донёсся радостный крик:  « Сэр,
гальванометр показывает ток» . Если мы вставляем в катушку магнит, то пока он
движется,  электрический ток течёт. Если мы вытаскивает магнит, ток тоже течёт,
но меняется направление тока.  При движении магнита и катушки
относительно друг друга возникает электрический ток, который называют
индукционным.

 (
слайд №5)  29 августа 1831 года эта задача была решена Фарадеем.

Вот
так. Работать нужно в коллективе.

V. Самоопределение
деятельности. Целеполагание.

Как
вы думаете, чем мы с вами будем заниматься на уроке?

—
получать электрический ток из магнита.

—
Совершенно верно

VI.
Построение проекта выхода из затруднения

В
течение одного месяца  Фарадей опытным путём открыл все существенные
особенности явления электромагнитной индукции. В настоящее время опыты Фарадея
может  повторить каждый. Для этого надо иметь две катушки, магнит, батарею
элементов и достаточно чувствительный гальванометр.

Давайте
и вы поработаете в коллективе. Сейчас мы с вами создадим 4 группы. Цель работы
в трёх группах – это исследовать,  при каких условиях возникает ток, а
четвёртая группа, а назову их « лирики» ,  займётся несколько иной работой. На
всю работу я вам даю 5 минут. Через 5 минут вы продемонстрируете свои опыты и
расскажете нам о полученных результатах. Но прежде, чем приступить к работе я
напомню вам ТБ при сборке электрических цепей.

(
работа в группах)

Обсуждение результатов:

Первым
слово даю « Лирикам». Им было предложен прочитать историческую справку и
выбрать самые интересные моменты из жизни Фарадея и  рассказать нам. ( рассказывают).

Слушаем
отчёты групп ( ребята демонстрируют свой опыт, делают выводы)

Выводы:

 1. Ток в катушке
возникает только тогда, когда магнит движется относительно катушки. Чем быстрее
движется магнит, тем больший ток возникает. При смене в опыте полюсов магнита
направление тока также меняется. (Слайд №6 )

2.  Для получения
индукционного тока можно оставлять магнит неподвижным, тогда нужно относительно
магнита перемещать катушку. Сила тока тем больше, чем больше скорость движения
катушки относительно магнита. (Слайд № 7)

3.  Индукционный ток
появляется во второй катушке в  моменты замыкания и размыкания цепи.  (Слайд
№ 8)

В.
Что объединяет проведённые опыты?

(
Обсуждение)

О.
В катушке возникает электрический ток при изменении магнитного поля, пронизывающего
катушку. ( слайд № 9)

 А
явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при
изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной
индукцией.

VII.
Первичная проверка знаний

( слайд № 10,11) Проведём
проверку первичных знаний по данной теме. Я предлагаю вам ответить на пять
вопросов теста, а потом проверить себя- насколько вы усвоили материал.

Уже
сам Фарадей уловил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в
опытах, которые внешне выглядят по- разному. ( слайд №12)

Присоеденив
катушку, в которой возникает индукционный ток, к гальванометру, можно
обнаружить, что направление этого тока зависит от того приближается ли магнит к
катушке или удаляется.

Возникающий
индукционный ток того или иного направления как- то взаимодействует с магнитом
( притягивает его или отталкивает). Катушка с протекающим по ней током подобна
магниту с двумя полюсами – северным и южным. Направление индукционного тока
определяет, какой конец катушки играет роль северного полюса( линии магнитной
индукции выходят из него), а какой южного.

 (
слайд №13) Вернёмся к первому опыту. При приближении магнита северным полюсом к
катушке число линий магнитной  индукции, пронизывающих витки катушки, или, что
то же самое, магнитный поток, увеличивается, а во втором случае- уменьшается.
Магнитное поле, созданное индукционным током,  ведёт себя несколько иначе.
Магнитное поле катушки противодействует тому изменению магнитного потока,
которым он вызван, то есть в первом случае силовые линии магнитного поля будут
выходить из катушки, а во втором случае ,-  входить.

(
слайд №13)Справедливость этого вывода можно продемонстрировать с помощью
прибора « Индукционное коромысло». Давайте посмотрим видеоролик.

(
слайд №14)Русский учёный  Эмий Христианович Ленц сформулировал правило
определения направления индукционного тока:

Возникающий
в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует
тому изменению магитного потока, которым он вызван.

Чтобы
это правило лучше вами запомнилось, группа «Лириков» приготовила ещё одно
задание: моделирование поведения проводящего кольца при взаимодействии с
магнитом. Прошу.( показывают сценки).

(
слайд №15)  Применять провило Ленца для нахождения направления индукционного
тока в контуре надо так:

1.Установить
направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.

2.Выяснить,
увеличивается или уменьшается магнитный поток через поверхность, ограниченную
контуром.

3.Установить
направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока. Эти
линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям
магнитной индукции внешнего поля, если изменение магнитного потока
увеличивается и иметь одиноковое с ним направление, если изменение магнитного
потока внешнего поля уменьшается.

4.Зная
направление линий магнитной индукции катушки ( витка),  найти направление
индукционного тока можно найти с помощью правила правой руки.

Правило правой руки:

Если
обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в
витках, то отставленный большой палец укажет нам направление магнитных линий
внутри соленоида.

VIII.
Включение в систему знаний и повторение.

—
Давайте подведём итог. Чем мы сегодня с вами занимались на уроке?

—
Изучили явление электромагнитной индукции;

—
научились определять с помощью правила Ленца направление индукционного тока. 

—
Молодцы! Всё верно. Дело в том , что то чем мы с вами занимались сегодня на
уроке- это очень важно. Во- первых таким образом вы действительно тренируете
свой мозг и умение аналитически мыслит вам пригодится. Во- вторых, данная тема
проверяется во время проведения итоговой аттестации за курс основной и средней
школы.

 Чтобы
закрепить полученный результат, я  вам предлагаю самостоятельную работу по
вариантам. Ответы у меня есть, поэтому мы сразу сможем проверить.

Проведение
самостоятельной работы по вариантам. При проведении данного этапа используется
индивидуальная форма работы: учащиеся самостоятельно выполняют тест и
осуществляют  самопроверку

IХ. Домашнее
задание

( учитель даёт пояснение
к выполнению домашней работы) (Слайд №18, 19)

         1
уровень. §48, 49 перессказ

         2
 уровень. 
§48, 49 домашняя самостоятельная работа      

Подготовить
презентацию «Применение электромагнитной индукции в промышленности»

X.
Рефлексия учебной деятельности на уроке (итог).

—
Ну а теперь оценки за урок……

Учитель
подводит итоги урока, акцентирует внимание на конечных результатах учебной
деятельности. Выставляет оценки за урок.

Учитель
предлагает учащимся продолжить предложение:

Я
узнал…

Я
научился…

Теперь
я могу…

Я
затруднялся…

Меня
удивило…

Мне
понравилось…

—
У нас осталось несколько минут и мне бы хотелось узнать ваше мнение об уроке. У
вас в этих папках есть кружочки разного цвета:

Зеленая
— Я удовлетворен уроком, урок был полезен для  меня, я много, с пользой работал
на уроке, получил заслуженную оценку, я понимал все, о чем говорилось на уроке.
Желтая — Урок был интересен, я принимал в нем активное участие, урок был
в определенной степени полезен для меня, я отвечал с места, я сумел выполнить
ряд заданий, мне было на уроке достаточно комфортно.
Красная — Пользы от урока я получил мало, я не очень понимал, о чем идет
речь, мне это не очень нужно, домашнее задание я не буду выполнять, к ответам
на уроке я не был готов.

Выберите
свой и подойдите к доске, и повесьте свой кружочек. По ним мы буду знать,  как
мы с вами поработали.

—
Спасибо за урок. До свидания.

Скачано с www.znanio.ru

Урок ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. 9 класс

Тема урока: ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. 9 класс

Цели урока:

Дидактическая: изучение практической направленности знаний физических законов и формирование умений их применить на практике.

Образовательная: познакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции, установить связь между магнитными и электрическими полями, показать значение этого явления для физики и техники. Воспроизвести опыты Фарадея, показать, что индукционный ток появляется при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника.

Развивающая: создать условия для развития исследовательских и творческих навыков, навыков общения и совместной деятельности. Способствовать развитию умения выдвигать гипотезы, проверять их в процессе эксперимента, анализировать результаты, делать выводы;

Воспитательная: на примере великих ученых показать нравственные и культурные ценности человеческой жизни, идеалы и принципы творческой личности. Формировать умение высказывать свою точку зрения, выступать перед аудиторией, поддерживать интерес учащихся к предмету.

Оборудование:

Приборы и материалы: трансформатор, источник питания, лампочка на подставке, ключ, соединительные провода, миллиамперметры, катушка-моток, полосовой магнит, дугообразный магнит, реостат, штатив, катушка, модель электродвигателя.

компьютер, мультимедийный проектор, планшеты с выходом в Интернет у детей (смартфоны)

Наглядные пособия: интерактивная презентация к уроку выполненная в программе Nearpod (https://nearpod.com/ доступ к ресурсу открыт по коду XEZDR, до 29 июня) рабочие листы.

На интерактивной доске (или ноутбуках у детей) установить приложение «Лаборатория Фарадея», код для скачивания файла виртуальной лабораторной среды PIET https://phet.colorado.edu/en/simulation/legacy/faraday

Тип урока: урок изучения нового материала.

Ход урока

слайд 1

Организационный момент.

Здравствуйте, ребята! Для работы просьба подключить ваши планшеты (смартфоны) к интерактивной презентации по коду, ввести ваши фамилии.

На прошлом уроке мы познакомились с физической величиной, характеризующей магнитное поле – магнитный поток. Давайте проверим, как вы усвоили данное понятие.

Школьники проходят в индивидуальном режиме тест по теме «Магнитный поток» с последующей самопроверкой и комментированием правильности написанного ответа.

Вопросы теста:

Вопрос 1. Что представляет собой магнитный поток?

Ответ: множество векторов магнитной индукции, пронизывающих замкнутый контур Правильно, это то множество векторов, которые входят внутрь контура, пронизывая его.

Вопрос 2. Какой буквой обозначается магнитный поток?

Ответ: магнитный поток обозначается буквой Ф

Вопрос 3. В каких единица в системе СИ измеряется магнитный поток ( обозначение)?

Ответ: магнитный поток измеряется в Веберах (Вб)

Вопрос 4. От чего зависит магнитный поток?

Ответ: от индукции магнитного поля, от площади контура, от ориентации контура в пространстве.

Всё правильно.

слайд 3

Вопрос 5 (вопрос с открытым ответом)

Линии магнитной индукции лежат в плоскости замкнутого контура. Как изменится магнитный поток, если модуль вектора магнитной индукции увеличится в 3 раза?

Ответ: магнитный поток увеличится в 3 раза

Кратко подведение итогов теста

3. Выход на тему урока.

слайд 4. Видеоролик.

Почему алюминиевая тарелка парит в воздухе? Почему загорелись лампочки в светильнике?

( школьники пытаются предположить , дать ответы на поставленные вопросы)

Фронтальный эксперимент1.

Собирается цепь: Батарейка, лампа, ключ. При замыкании цепи лампочка загорается.

Почему загорелась лампочка?

Для ответа на вопрос учащиеся называют условия существования электрического тока в цепи: а. Наличие заряженных частиц; б. Наличие источника тока; в. Замкнутость цепи.

Учитель: т.е., если не выполняется, хотя бы одно из условий, ток в цепи возникнуть не может?

Давайте рассмотрим следующий эксперимент.

Опыт 2. Лампочка подключена к модели электродвигателя, вращаем ручку двигателя, батарейки нет, но лампочка горит. Почему загорелась лампочка без источника тока?

Учитель: При каких условиях происходит загорание лампочки? В магнитном поле катушки с током вращается замкнутый контур, и в нём возникает ток. Получается, что магнитное поле может порождать электрический ток.???? (проблема)

слайд 5

Этот вопрос поставили перед собой многие учёные 19 века, в их числе был и английский учёный Майкл Фарадей. В 1822 году он поставил перед собой задачу: «Превратить магнетизм в электричество!» — записал он в своём дневнике. Шёл он к своей цели почти десять лет. Как напоминание о том, над чем ему всё время следует думать, он даже носил в кармане магнит. И такая связь им была установлена в 1831 году 29 августа.

Впоследствии это явление было названо ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ, что и является темой нашего урока. Запишите в тетрадь.

Слайд 6.

Такую же задачу: «Превратить магнетизм в электричество!» поставим перед собой и мы. Только на решение этой задачи нам отводится гораздо меньше времени.

Итак, давайте мысленно мы переместимся в те далёкие времена, воспроизведём опыты Фарадея и установим при каком условии в замкнутом контуре можно получить электрический ток.

Для этого мы разбились на 5 групп. Каждая группа получит задание, на выполнение которого отводится 15 минут. Затем представитель группы отчитается о проделанной работе и познакомит всех остальных с полученными выводами вывод.

Первая группа наблюдает возникновение электрического тока в катушке – мотке при внесении и вынесении из неё магнита; вторая группа наблюдает возникновение электрического тока в катушке – мотке при замыкании и размыкании цепи; третья группа наблюдает возникновение электрического тока в катушке – мотке при изменении силы тока реостатом; четвёртая группа наблюдает возникновение электрического тока в катушке – мотке при внесении и вынесении её из магнита; пятая группа наблюдает возникновение электрического тока в катушке – мотке при вращении её внутри магнита с использование виртуальной лабораторной среды PIET

ГРУППА 1. ЗАДАНИЕ. Наблюдение возникновения электрического тока в катушке –мотке при внесении и вынесении из неё магнита.

Цель: выяснить, при каком условии в катушке возникает электрический ток.

Оборудование: катушка – моток, полосовой магнит, миллиамперметр.

Соберите электрическую цепь, состоящую из миллиамперметра и катушки.

ГРУППА 2. ЗАДАНИЕ . Наблюдение возникновения электрического тока в катушке –мотке при замыкании и размыкании электрической цепи.

Цель: выяснить, при каком условии в катушке возникает электрический ток.

Оборудование: миллиамперметр, катушка – моток, катушка с железным сердечником, ключ, соединительные провода, источник питания.

Соберите установку для опыта по рисунку.

ГРУППА 3. ЗАДАНИЕ . Наблюдение возникновения электрического тока в катушке –мотке при изменении силы тока с помощью реостата.

Цель: выяснить, при каком условии в катушке возникает электрический ток.

Оборудование: миллиамперметр, катушка – моток, катушка с железным сердечником, ключ, реостат, соединительные провода, источник питания.

Соберите установку для опыта по рисунку.

ГРУППА 4. ЗАДАНИЕ. Наблюдение возникновения электрического тока в катушке –мотке при внесении и вынесении её из магнита.

Цель: выяснить, при каком условии в катушке возникает электрический ток.

Оборудование: катушка – моток, полосовой магнит, миллиамперметр, штатив.

Соберите электрическую цепь, состоящую из миллиамперметра и катушки. Закрепите магнит на штативе.

ГРУППА 5. ЗАДАНИЕ. Наблюдение возникновения электрического тока в катушке –мотке при вращении внутри ее магнита, с использование виртуальной лаборатории.

Цель: выяснить, при каком условии в катушке возникает электрический ток.

Оборудование: ноутбук с установленным приложением.

Каждая группа знакомит класс с экспериментом и результатом, формулирует вывод.

Если ученики затрудняются, то учитель корректирует и помогает сформулировать вывод.

Слайд 7

Перечислим еще раз, когда же мы можем наблюдать данное явление.

Главный вывод из всех опытов: изменение магнитного потока вызывает возникновение тока в замкнутом контуре.

Данное явление – появление электрического тока и есть явление электромагнитной индукции (ЭМИ)

Слайд 8.

Переставьте слова в данном тексте, чтобы у вас получилось определение явления ЭМИ.

Ток, возникающий в результате этого явления, получил название индукционный.

Ребята, а вы не находите ничего необычного во всех этих опытах?

Правильно!!!! Ток существует, не смотря на отсутствие источника тока!

А ещё как видно из опытов этот ток меняет своё направление, такой ток называется переменным. Именно такой ток у нас вырабатывается в розетках.

А теперь, давайте, вернёмся к нашему опыту с лампочкой и моделью электродвигателя. Попробуем объяснить возникновение в ней тока.

Ответ: катушка вращается в переменном магнитном поле, значит, изменяется магнитный поток, следовательно, в цепи появился индукционный ток и лампочка загорелась.

Вернемся к опыту в видеоролике. Какое явление стало причиной загорания лампочек?

Ответ: явление ЭМИ

Открытие этого явления сыграло решающую роль в техническом прогрессе современного общества. На сегодняшний день явление электромагнитной индукции имеет важнейшее значение для нашей современной жизни, ведь львиная доля электроэнергии вырабатывается на основе этого явления.

Слайд 9

Хотя польза превращения магнетизма в электричество выявилось не сразу, лишь много лет спустя. Приведу вам такой исторический факт. Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошёл богатый коммерсант, оказывающий обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:

— Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, а где эта магнитная индукция нужна!?

— А для чего годится только что родившийся ребёнок? – ответил рассердившийся Фарадей. На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели. Явление электромагнитной индукции получило применение не только в промышленных масштабах, но и в быту.

Слайд 10

Перед вами карточки с различными приборами . Попробуйте разложить их на где группы.

Какое устройство вам незнакомо?

Слайд 11-12

Тест с выбором ответа

Какой из приведённых ниже процессов объясняется явлением электромагнитной индукции?

A. отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током

B. появление тока в замкнутой катушке при опускании в неё постоянного магнита

C. возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

В катушке, соединенной с гальванометром, перемещают магнит. Величина индукционного тока зависит

А. от того, вносят магнит в катушку или его выносят из катушки

Б. от скорости перемещения магнита

Слайд 13

Рефлексия. Подведём итог нашего урока.

Напишите ваши пожелания и отзывы к уроку (можно отправить смайлик, свою фотографию и т.д.)

Домашнее задание:

Оформить краткий конспект в тетради «Явление электромагнитной индукции» используя материал учебника.

Лабораторная работа № 2. Наблюдение явления электромагнитной индукции

Физика. 9 класс. Барьяхтар

Цель: исследовать условия возникновения индукционного тока в замкнутой катушке; выяснить факторы, от которых зависят сила и направление индукционного тока.

Оборудование: миллиамперметр, два полосовых или два подковообразных магнита, проволочная катушка-моток на каркасе, маркер.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ

Подготовка к эксперименту

1. Перед выполнением работы вспомните:

• 1) требования безопасности при работе с электрическими цепями;
• 2) правила, которые необходимо соблюдать при измерении силы тока амперметром;
• 3) как зависит сила индукционного тока от скорости изменения магнитного поля;
• 4) от чего зависит направление индукционного тока.

2. Выполните задание. На рис. 1-4 изображены полосовой магнит, катушка-моток, присоединенная к миллиамперметру, и указано направление скорости движения магнита. Перенесите рисунки в тетрадь и для каждого случая: 1) укажите магнитные полюсы катушки; 2) определите и покажите направление индукционного тока в катушке.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

3. Соберите электрическую цепь, присоединив провода катушки к клеммам миллиамперметра.

4. На одном из торцов катушки поставьте маркером метку.

Строго придерживайтесь инструкции по безопасности (см. форзац).

Эксперимент 1

Выяснение условий возникновения индукционного тока в замкнутом проводнике и факторов, от которых зависит направление индукционного тока.

Удерживая катушку и магнит в руках, последовательно выполните опыты, перечисленные в табл. 1. Заполните табл. 1.

Обратите внимание! Магнит нужно вводить в катушку и выводить из нее только со стороны того торца катушки, на котором поставлена метка.

Таблица 1

Анализ результатов эксперимента 1

Проанализируйте табл. 1 и сформулируйте вывод, в котором укажите:

• 1) при каких условиях в замкнутой катушке возникает индукционный ток;
• 2) как изменяется направление индукционного тока при изменении направления движения магнита;
• 3) как изменяется направление индукционного тока при изменении полюса магнита, который приближают или удаляют от катушки.

Эксперимент 2

Выяснение факторов, от которых зависит значение индукционного тока.

Удерживая катушку и магнит в руках, последовательно выполните опыты, перечисленные в табл. 2. Каждый раз снимайте показания миллиамперметра и заносите их в табл. 2.

Таблица 2

Анализ результатов эксперимента 2

Проанализируйте табл. 2 и сформулируйте вывод, в котором укажите:

• 1) как зависит сила индукционного тока от скорости относительного движения магнита и катушки;
• 2) как зависит сила индукционного тока от значения индукции внешнего магнитного поля, изменение которого послужило причиной возникновения тока в катушке.

Творческое задание

Продумайте и запишите план проведения экспериментов по исследованию условий возникновения индукционного тока в замкнутой катушке для случаев, когда две катушки надеты на общий сердечник (см. рис. 5-7). По возможности проведите эксперименты. Сформулируйте выводы. Для каждой катушки укажите полюсы и направление тока.

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

ГДЗ к учебнику можно найти тут.



Урок 38. Лабораторная работа № 09 «Изучение явления электромагнитной индукции»

Лабораторная работа № 9

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы:  изучить условия возникновения индукционного тока, ЭДС индукции.  

Оборудование: катушка, два полосовых магнита, миллиамперметр.  

 Теория

   Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Он открыл явление электромагнитной индукции.

   Многочисленные опыты Фарадея показывают, что с помощью магнитного поля можно получить электрический ток в проводнике.

   Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

   Ток, возникающий при явлении электромагнитной индук­ции, называют индукционным.

   В электрической цепи (рисунок 1) возникает индукционный ток, если есть движение магнита относительно катушки, или наоборот. Направление индукционного тока зависит как от направления движения магнита, так и от расположения его полюсов. Индукционный ток отсутствует, если нет относительного перемещения катушки и магнита.

Рисунок 1.

   Строго говоря, при движении контура в магнит­ном поле генерируется не определенный ток , а определенная э. д. с.

Рисунок 2.

   Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции E_инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

   Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром. 

   Знак минус в формуле отражает правило Ленца.

   В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

   При возрастании магнитного потока Ф>0, а ε_инд < 0, т.е.   э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

   При уменьшении магнитного потока Ф<0, а ε_инд > 0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

   Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии: если магнитное поле через контур увеличивается, то ток в контуре направлен так, что его магнитное поле направлено против внешнего, а если внешнее магнитное поле через контур уменьшается, то ток направлен так, что его магнитное поле поддерживает это убывающее магнитное поле.

   ЭДС индукции зависит от разных причин. Если вдвигать в катушку один раз сильный магнит, а в другой — слабый, то показания прибора в первом случае будут более высокими. Они будут более высокими и в том случае, когда магнит движется быстро. В каждом из проведённых в этой работе опыте направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Порядок определения направления индукционного тока показан на рисунке 2. 

   На рисунке синим цветом обозначены силовые линии магнитного поля постоянного магнита и линии магнитного поля индукционного тока. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от N к S – от северного полюса к южному полюсу магнита.

   По правилу Ленца индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Поэтому в катушке направление силовых линий  магнитного поля противоположно силовым линиям постоянного магнита, ведь магнит движется в сторону катушки. Направление тока находим по правилу буравчика: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать так, чтобы его поступательное движение совпало с направлением линий индукции в катушке, тогда направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением индукционного тока.

   Поэтому ток через миллиамперметр течёт слева направо, как показано на рисунке 1 красной стрелкой. В случае,  когда магнит отодвигается от катушки, силовые линии магнитного поля индукционного тока будут совпадать по направлению с силовыми линиями постоянного магнита, и ток будет течь справа налево.

Ход работы.

Подготовьте для отчета таблицу и по мере проведения опытов заполните её.

   Записать общий вывод по работе на основе проведённых наблюдений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
2. Какой ток называют индукционным?
3. Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой формулой он описывается?
4. Как формулируется правило Ленца?
5. Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

     Презентация для демонстрации студентам (с решением): скачать с Яндекс-Диск 

«Изучение явления электромагнитной индукции». Явление электромагнитной индукции Почему меняется магнитный поток пронизывающий катушку 1

Вы уже знаете, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Но если электрический ток, как говорят, «создаёт» магнитное поле, то не существует ли обратного явления? Нельзя ли с помощью магнитного поля «создать» электрический ток?

Такую задачу в начале XIX в. пытались решить многие учёные. Поставил её перед собой и английский учёный Майкл Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так записал в своём дневнике эту задачу Фарадей в 1822 г. Почти 10 лет упорной работы потребовалось учёному для её решения.

Майкл Фарадей (1791-1867)

Английский физик. Открыл явление электромагнитной индукции, экстратоки при замыкании и размыкании

Чтобы понять, как Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество», выполним некоторые опыты Фарадея, используя современные приборы.

На рисунке 119, а показано, что если в катушку, замкнутую на гальванометр, вдвигается магнит, то стрелка гальванометра при этом отклоняется, указывая на появление индукционного (наведённого) тока в цепи катушки. Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от гальванического элемента или аккумулятора. Название «индукционный» указывает только на причину его возникновения.

Рис. 119. Возникновение индукционного тока при движении магнита и катушки относительно друг друга

При извлечении магнита из катушки снова наблюдается отклонение стрелки гальванометра, но в противоположную сторону, что указывает на возникновение в катушке тока противоположного направления.

Как только движение магнита относительно катушки прекращается, прекращается и ток. Следовательно, ток в цепи катушки существует только во время движения магнита относительно катушки.

Опыт можно изменить. На неподвижный магнит будем надевать катушку и снимать её (рис. 119, б). И опять можно обнаружить, что во время движения катушки относительно магнита в цепи снова появляется ток.

На рисунке 120 изображена катушка А, включённая в цепь источника тока. Эта катушка вставлена в другую катушку С, подключённую к гальванометру. При замыкании и размыкании цепи катушки А в катушке С возникает индукционный ток.

Рис. 120. Возникновение индукционного тока при замыкании и размыкании электрической цепи

Можно вызвать появление индукционного тока в катушке С и путём изменения силы тока в катушке А или движением этих катушек относительно друг друга.

Проделаем ещё один опыт. Поместим в магнитное поле плоский контур из проводника, концы которого соединим с гальванометром (рис. 121, а). При повороте контура гальванометр отмечает появление в нём индукционного тока. Ток будет появляться и в том случае, если рядом с контуром или внутри него вращать магнит (рис. 121, б).

Рис. 121. При вращении контура в магнитном поле(магнита относительно контура) изменение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока

Во всех рассмотренных опытах индукционный ток возникал при изменении магнитного потока, пронизывающего охваченную проводником площадь.

В случаях, изображённых на рисунках 119 и 120, магнитный поток менялся за счёт изменения индукции магнитного поля. Действительно, при движении магнита и катушки относительно друг друга (см. рис. 119) катушка попадала в области поля с большей или меньшей магнитной индукцией (так как поле магнита неоднородное). При замыкании и размыкании цепи катушки А (см. рис. 120) индукция создаваемого этой катушкой магнитного поля менялась за счёт изменения силы тока в ней.

При вращении проволочного контура в магнитном поле (см. рис. 121, а) или магнита относительно контура (см. рис. 121, б») магнитный поток менялся за счёт изменения ориентации этого контура по отношению к линиям магнитной индукции.

Таким образом,

• при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, ограниченную замкнутым проводником, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока

В этом и заключается явление электромагнитной индукции.

Открытие электромагнитной индукции принадлежит к числу самых замечательных научных достижений первой половины XIX в. Оно вызвало появление и бурное развитие электротехники и радиотехники.

На основании явления электромагнитной индукции были созданы мощные генераторы электрической энергии, в разработке которых принимали участие учёные и техники разных стран. Среди них были и наши соотечественники: Эмилий Христианович Ленц, Борис Семёнович Якоби, Михаил Иосифович Доливо-Добровольский и другие, внёсшие большой вклад в развитие электротехники.

Вопросы

1. С какой целью ставились опыты, изображённые на рисунках 119-121? Как они проводились?
2. При каком условии в опытах (см. рис. 119, 120) в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?
3. В чём заключается явление электромагнитной индукции?
4. В чём важность открытия явления электромагнитной индукции?

Упражнение 36

1. Как создать кратковременный индукционный ток в катушке К 2 , изображённой на рисунке 118?
2. Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле (рис. 122). Стрелочки, изображённые рядом с кольцом, показывают, что в случаях а и б кольцо движется прямолинейно вдоль линий индукции магнитного поля, а в случаях в, г и д — вращается вокруг оси ОО». В каких из этих случаев в кольце может возникнуть индукционный ток?

Контрольные вопросы

1.Что такое электроемкость?

2. Дайте определение следующих понятий: переменный ток, амплитуда, частота, циклическая частота, период, фаза колебаний

Лабораторная работа 11

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы:
изучить явление электромагнитной индукции.

Оборудование:
миллиамперметр; катушка-моток; магнит дугообразный; источник питания; катушка с железным сердечником от разборного электромагнита; реостат; ключ; провода соединительные; модель генератора электрического тока (одна).

Ход работы

1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в нее (рис). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки.

3. Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки.

4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него. )

6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра.
Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

7. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.

Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.

При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее?

При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку в ней возникал больший по модулю ток?

На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку.

8.Соберите установку для опыта по рисунку.

9. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:

a. при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;

b. при протекании через катушку 2 постоянного тока;

c. при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путем перемещения в соответствующую сторону движка реостата.

10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку? Почему он меняется?

11. Пронаблюдайте возникновение электрического тока в модели генератора (рис.). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

2. Кем и когда был сформулирован закон электромагнитной индукции?

Лабораторная работа 12

Измерение индуктивности катушки

Цель работы:
Изучение основных закономерностей электрических цепей переменного тока и знакомство с простейшими способами измерения индуктивности и емкости.

Краткая теория

Под действием переменной электродвижущей силы (ЭДС) в электрической цепи, в ней возникает переменный ток.

Переменным называется такой ток, который изменяется по направлению и по величине. В данной работе рассматривается только такой переменный ток, величина которого изменяется периодически по синусоидальному закону.

Рассмотрение синусоидального тока вызвано тем обстоятельством, что все крупные электростанции вырабатывают переменные токи, весьма близкие к синусоидальным токам.

Переменный ток в металлах представляет собой движение свободных электронов то в одном, то в противоположном направлении. При синусоидальном токе характер этого движения совпадает с гармоническими колебаниями. Таким образом, синусоидальный переменный ток имеет период Т
 время одного полного колебания и частоту v
 число полных колебаний за единицу времени. Между этими величинами имеется зависимость

Цепь переменного тока, в отличие от цепи постоянного тока, допускает включение конденсатора.

https://pandia.ru/text/80/343/images/image073.gif» alt=»http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image443.gif»>,

называемая полным сопротивлением
или импедансом
цепи. Поэтому выражение (8) называют законом Ома для переменного тока.

В данной работе активное сопротивление R
катушки определяется при помощи закона Ома для участка цепи постоянного тока.

Рассмотрим два частных случая.

1. В цепи отсутствует конденсатор
. Это значит, что конденсатор отключается и вместо него цепь замыкается проводником, падение потенциала на котором практически равно нулю, то есть величина U
в уравнении (2) равна нулю..gif» alt=»http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image474.gif»>.

2. В цепи отсутствует катушка
: следовательно .

При из формул (6), (7) и (14) соответственно имеем

Учитель физики ГБОУ СОШ №58 г. Севастополя Сафроненко Н.И.

Тема урока:

Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция.

Лабораторная работа «Исследование явления электромагнитной индукции»

Цели урока

: Знать/понимать: определение явления электромагнитной индукции. Уметь описывать и объяснять электромагнитную индукцию,
уметь проводить наблюдения природных явлений, использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений.

— развивающая:

развивать логическое мышление, познавательный интерес, наблюдательность.

— воспитательная:

Формировать убеждённость в возможности познания природы,
необходимость

разумного использования достижений науки для дальнейшего развития человеческого общества, уважения к творцам науки и техники
.

Оборудование

:

Электромагнитная индукция: катушка с гальванометром, магнит, катушка с сердечником, источник тока, реостат, катушка с сердечником по которой течет переменный ток, сплошное и кольцо с прорезью, катушка с лампочкой. Фильм о М.Фарадее.

Тип урока:

комбинированный урок

Метод урока:

частично-поисковый, объяснительно-иллюстративный

Домашнее задание:

§21(стр.90-93), устно отвечать на вопросы стр.90, тест 11 стр.108

Лабораторная работа

Исследование явления электромагнитной индукции

Цель работы

: выяснить

1)при каких условиях в замкнутом контуре (катушке) возникает индукционный ток;

2)от чего зависит направление индукционного тока;

3)от чего зависит сила индукционного тока.

Оборудование

: миллиамперметр, катушка, магнит

Ход урока.

Соедините концы катушки с клеммами миллиамперметра.

1.

Выясните, что
электрический ток (индукционный) в катушке возникает при изменении магнитного поля внутри катушки.





Изменения магнитного поля внутри катушки можно вызвать, вдвигая магнит в катушку или удаляя его из неё.

А)Введите магнит южным полюсом в катушку, а затем удалите.

Б) Введите магнит северным полюсом в катушку, а затем удалите.

При движении магнита появился ток (индукционный) в катушке? (При изменении магнитного поля внутри катушки появился индукционный ток?)

2.

Выясните, что



направление индукционного тока зависит от направления движения магнита относительно катушки (вносят магнит или удаляют) и от того каким полюсом вносят или удаляют магнит.

А)Введите магнит южным полюсом в катушку, а затем удалите. Пронаблюдайте, что происходит со стрелкой миллиамперметра в обоих случаях.

Б) Введите магнит северным полюсом в катушку, а затем удалите. Пронаблюдайте, что происходит со стрелкой миллиамперметра в обоих случаях. Нарисуйте направления отклонения стрелки миллиамперметра:

Полюса магнита

В катушку

Из катушки

Южный полюс

Северный полюс

3.

Выясните, что
сила индукционного тока зависит от скорости движения магнита (скорости изменения магнитного поля в катушке).

Медленно вводите магнит в катушку. Пронаблюдайте за показаниями миллиамперметра.

Быстро вводите магнит в катушку. Пронаблюдайте за показаниями миллиамперметра.

Вывод.

Ход урока

Дорога к знаниям? Её легко понять. Ответить можно просто: «Вы ошибаетесь и ошибаетесь опять, но меньше, меньше с каждым разом. Я выражаю надежду, что сегодняшний урок будет ещё одним меньше на этой дороге знаний. Наш урок посвящён явлению электромагнитной индукции, которое открыл английский физик Майкл Фарадей 29 августа 1831 года. Редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна так точно!

Явление электромагнитной индукции – явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике (катушке) при изменении внешнего магнитного поля внутри катушки. Ток называется индукционным.

Индукция — наведение, получение.

Цель урока:

изучить явление электромагнитной индукции, т.е. при каких условиях в замкнутом контуре (катушке) возникает индукционный ток, выяснить от чего зависит направление и величина индукционного тока.

Одновременно с изучением материала будете выполнять лабораторную работу.

В начале 19 века (1820г.) после опытов датского учёного Эрстеда стало ясно, что электрический ток создаёт вокруг себя магнитное поле. Вспомним ещё раз этот опыт. (Ученик рассказывает опыт Эрстеда


). После этого встал вопрос о том, нельзя ли получить ток с помощью магнитного поля, т.е. произвести обратные действия. В первой половине 19 века учёные обратились именно к таким опытам: стали искать возможность создания электрического тока за счёт магнитного поля. М.Фарадей в своём дневнике записал: «Превратить магнетизм в электричество». И шёл к своей цели почти десять лет. Справился с задачей блестяще. Как напоминание о том, над чем ему всё время следует думать, он носил в кармане магнит. Этим уроком мы отдадим дань уважения великому учёному.

Вспомним Майкла Фарадея. Кто же он такой? (Ученик рассказывает о М.Фарадее


).

Сын кузнеца, разносчик газет, переплётчик книг, самоучка, самостоятельно изучивший физику и химию по книгам, лаборант выдающегося химика Деви и наконец учёный, проделал большую работу, проявил изобретательность, настойчивость, упорство пока не получил электрический ток с помощью магнитного поля.

Совершим путешествие в те далёкие времена и воспроизведём опыты Фарадея. Фарадея считают крупнейшим в истории физики экспериментатором.

N
S

1) 2)

S

N

Магнит вводили в катушку. При движении магнита в катушке регистрировался ток (индукционный). Первая схема была довольно простой. Во-первых, М.Фарадей использовал в опытах катушку с большим числом витков. Катушка была присоединена к прибору миллиамперметру. Нужно сказать, что в те далёкие времена не было достаточно хороших инструментов для измерения электрического тока. Поэтому пользовались необычным техническим решением: брали магнитную стрелку, располагали рядом с ней проводник, по которому протекал ток, и по отклонению магнитной стрелки судили о протекающем токе. Мы будем судить о токе по показаниям миллиамперметра.

Учащиеся воспроизводят опыт, выполняют п.1 в лабораторной работе.


Обратили внимание, что стрелка миллиамперметра отклоняется от своего нулевого значения, т. е. показывает, что в цепи появился ток тогда, когда магнит движется. Стоит магниту остановиться, как стрелка возвращается в нулевое положение, т.е.электрического тока в цепи нет. Ток появляется тогда, когда изменяется магнитное поле внутри катушки.

Пришли к тому о чём говорили в начале урока: получили электрический ток с помощью изменяющегося магнитного поля. Это первая заслуга М. Фарадея.

Вторая заслуга М. Фарадея — установил от чего зависит направление индукционного тока. Установим и мы это.
Учащиеся выполняют п.2 в лабораторной работе. Обратимся к п.3 лабораторной работы.


Выясним, что сила индукционного тока зависит от скорости движения магнита (скорости изменения магнитного поля в катушке).

Какие выводы сделал М.Фарадей?

Электрический ток появляется в замкнутой цепи тогда, когда магнитное поле изменяется (если магнитное поле существует, но не меняется, то тока нет).

Направление индукционного тока зависит от направления движения магнита и его полюсов.

Сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного поля.

Второй эксперимент М.Фарадея:

Взял две катушки на общем сердечнике. Одну подсоединил к миллиамперметру, а вторую с помощью ключа к источнику тока. Как только цепь замыкалась миллиамперметр показывал индукционный ток. Размыкалась тоже показывал ток. Пока цепь замкнута, т.е. в цепи идёт ток, миллиамперметр не показывал ток. Магнитное поле существует, но не меняется.

Рассмотрим современный вариант опытов М.Фарадея. В катушку соединённую с гальванометром вносим и выносим электромагнит, сердечник, включаем и выключаем ток, с помощью реостата меняем силу тока. На сердечник катушки, по которой течёт переменный ток надевают катушку с лампочкой.

Выяснили
условия

возникновения в замкнутой цепи (катушке) индукционного тока. А что является
причиной

его возникновения? Вспомним условия существования электрического тока. Это: заряженные частицы и электрическое поле. Дело в том, что изменяющееся магнитное поле порождает в пространстве электрическое поле (вихревое), которое действует на свободные электроны в катушке и приводит их в направленное движение, создавая таким образом индукционный ток.

Изменяется магнитное поле, изменяется количество силовых линий магнитного поля через замкнутый контур. Если вращать рамку в магнитном поле, то в ней появится индукционный ток.
Показать модель генератора.

Открытие явления электромагнитной индукции имело огромное значение для развития техники, для создания генераторов, с помощью которых вырабатывается электрическая энергия, которые стоят на энергетических промышленных предприятиях (электростанциях).
Демонстрируется фильм о М.Фарадее «От электричества до электрогенераторов» с 12.02 минуты.

На явлении электромагнитной индукции работают трансформаторы, с помощью которых передают электроэнергию без потерь.
Демонстрируется линия электропередачи.

Явление электромагнитной индукции используется в работе дефектоскопа, с помощью которого исследуют стальные балки, рельсы (неоднородности в балке искажают магнитное поле и в катушке дефектоскопа возникает индукционный ток).

Хочется вспомнить слова Гельмгольца: «Пока люди будут пользоваться благами электричества, они будут помнить имя Фарадея».

«Да будут святы те, кто в творческом пылу, исследуя весь мир, открыли в нём законы».

Я думаю, что на нашей дороге знаний ошибок стало ещё меньше.

Что нового узнали?

(Что ток можно получить с помощью изменяющегося магнитного поля. Выяснили от чего зависит направление и величина индукционного тока).

Чему научились?

(Получать индукционный ток с помощью изменяющегося магнитного поля).

Вопросы:

В металлическое кольцо в течении первых двух секунд вдвигают магнит, в течении следующих двух секунд он неподвижен внутри кольца, в течении следующих двух секунд его вынимают. В каких промежутках времени в катушке идёт ток? (От 1-2с; 5-6с).

На магнит надевают кольцо с прорезью и без. В каком возникает индукционный ток? (В замкнутом кольце)

На сердечнике катушки, которая подключена к источнику переменного тока, находится кольцо. Включают ток и кольцо подпрыгивает. Почему?

Оформление доски:

«Превратить магнетизм в электричество»

М.Фарадей

Портрет М.Фарадея

Рисунки опытов М.Фарадея.

Электромагнитная индукция – явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике (катушке) при изменении внешнего магнитного поля внутри катушки.

Этот ток называется индукционным.

План занятия

Тема занятия:
Лабораторная работа: «Изучение явления электромагнитной индукции»

Вид занятия
— смешанный.

Тип занятия
комбинированный.

Учебные цели занятия
: изучить явление электромагнитной индукции

Задачи занятия
:

Образовательная:
изучить явление электромагнитной индукции

Развивающие.
Развивать умение наблюдать, формировать представление о процессе научного познания.

Воспитательная.
Развивать познавательный интерес к предмету, вырабатывать умение слушать и быть услышанным.

Планируемые образовательные результаты: способствовать усилению практической направленности в обучении физики, формировании умений применять полученные знания в различных ситуациях.

Личностные: с
пособствовать эмоциональному восприятию физических объектов, умению слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать инициативу и активность при решении физических задач, формировать умение работать в группах.

Метапредметные: р
азвивать умение понимать и использовать средства наглядности (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом.

Предметные: о
владеть физическим языком, умением распознавать соединения параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме, собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы.

Ход занятия:

1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) — 2-5 мин.

Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель создает условия для мотивации учебной деятельности.

Освоение нового материала:

Теория.
Явление электромагнитной индукции
заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Магнитное поле в каждой точке пространства характеризуется вектором магнитной индукции В. Пусть замкнутый проводник (контур) помещаем в однородное магнитное поле (см. рис.1.)

Рисунок.1.

Нормаль
к плоскости проводника составляет угол
с направлением вектора магнитной индукции
.

Магнитным потоком
Ф через поверхность площадью S называется величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла
между векторами
и
.

Ф=В S cos α (1)

Направление индуктивного тока, возникающего в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через него определяется
правилом Ленца:
возникающий в замкнутом контуре индуктивный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применять правило Ленца надо так:

1. Установить направление линий магнитной индукции В внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (Ф
0), или уменьшается ( Ф
0).

3. Установить направление линий магнитной индукции В» магнитного поля

индуктивного тока I
пользуясь правилом буравчика.

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемые
ЭДС индукции.

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Приборы и оборудование:
гальванометр, источник питания, катушки с сердечником, дугообразный магнит, ключ, соединительные провода, реостат.

Порядок выполнения работы:

1.
Получение индукционного тока. Для этого нужно:

1. 1.
Используя рисунок 1.1., собрать схему, состоящую из 2х катушек, одна из которых подключается к источнику постоянного тока через реостат и ключ, а вторая располагаясь над первой, подключена к чувствительному гальванометру. (см. рис. 1.1.)

Рисунок 1.1.

1.2.
Замкнуть и разомкнуть цепь.

1.3.
Убедиться в том, что индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания электрической цепи катушки, неподвижной относительно первой, при этом наблюдая направление отклонения стрелки гальванометра.

1.4.
Привести в движение катушку, соединенную с гальванометром, относительно катушки, подключенной к источнику постоянного тока.

1.5.
Убедиться в том, что гальванометр обнаруживает возникновения электрического тока во второй катушке при всяком ее перемещении, при этом направление стрелки гальвонометра будет изменяться.

1.6.
Выполнить опыт с катушкой соединенной с гальванометром (см. рис. 1.2.)

Рисунок 1.2.

1.7.
Убедиться в том, что индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки.

1.8.
Сделать вывод о причине возникновения индукционного тока в проделанных опытах.

2.
Проверка выполнения правила Ленца.

2.1.
Повторить опыт из пункта 1.6.(рис.1.2.)

2.2.
Для каждого из 4х случаев данного опыта зарисовать схемы (4 схемы).

Рисунок 2.3.

2.3.
Проверить выполнения правила Ленца в каждом случае и заполнить по этим данным таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

3.
Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.

4.
Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1.
Как должен двигаться замкнутый контур в однородном магнитном поле, поступательно или вращательно, чтобы в нём возник индуктивный ток?

2.
Объясните, почему индуктивный ток в контуре имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока его вызвавшего?

3.
Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак « — »?

4.
Сквозь намагниченное кольцо вдоль его оси падает намагниченный стальной брусок, ось которого перпендикулярна плоскости кольца. Как будет изменяться ток в кольце?

Допуск к лабораторной работе 11

1.Как называется силовая характеристика магнитного поля? Её графический смысл.

2.Как определяется модуль вектора магнитной индукции?

3.Дайте определение единицы измерения индукции магнитного поля.

4.Как определяется направление вектора магнитной индукции?

5. Сформулируйте правило буравчика.

6.Запишите формулу расчета магнитного потока. Каков его графический смысл?

7.Дайте определение единицы измерения магнитного потока.

8.В чем заключается явления электромагнитной индукции?

9.Какова причина разделения зарядов в проводнике, движущемся в магнитном поле?

10.Какова причина разделения зарядов в неподвижном проводнике,находящемся в переменном магнитном поле?

11.Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Запишите формулу.

12.Сформулируйте правило Ленца.

13.Объясните правило Ленца на основе закона сохранения энергии.

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.

факторов, влияющих на индуктивность | Катушки индуктивности

Существует четыре основных фактора конструкции индуктора, определяющих величину создаваемой индуктивности. Все эти факторы определяют индуктивность, влияя на то, какой поток магнитного поля будет развиваться при заданной величине силы магнитного поля (ток через проволочную катушку индуктора):

Количество витков проволоки или «витков» в катушке

При прочих равных условиях большее число витков провода в катушке приводит к большей индуктивности; меньше витков провода в катушке приводит к меньшей индуктивности.

Объяснение: Больше витков провода означает, что катушка будет генерировать большую силу магнитного поля (измеряемую в ампер-витках!), при заданном токе катушки.

Зона катушки

При прочих равных условиях большая площадь катушки (при измерении в продольном направлении через катушку в поперечном сечении сердечника) приводит к большей индуктивности; меньшая площадь катушки приводит к меньшей индуктивности.

Объяснение: Чем больше площадь катушки, тем меньше сопротивление формированию потока магнитного поля при заданной величине силы поля (ампер-витки).

Длина катушки

При прочих равных условиях чем больше длина катушки, тем меньше индуктивность; чем короче длина катушки, тем больше индуктивность.

Объяснение: Более длинный путь для потока магнитного поля приводит к большему противодействию формированию этого потока при любой заданной величине силы поля (ампер-витки).

Основной материал

При прочих равных условиях чем больше магнитная проницаемость сердечника, вокруг которого намотана катушка, тем больше индуктивность; чем меньше проницаемость сердечника, тем меньше индуктивность.

Объяснение: Материал сердечника с большей магнитной проницаемостью приводит к большему потоку магнитного поля при любом заданном значении силы поля (ампер-витки).

Примерное значение индуктивности любой катушки провода можно найти по следующей формуле:

Следует понимать, что эта формула дает приблизительных цифр. Одной из причин этого является тот факт, что проницаемость изменяется при изменении напряженности поля (вспомните нелинейные кривые «B-H» для разных материалов).Очевидно, что если проницаемость (µ) в уравнении нестабильна, то индуктивность (L) также будет в некоторой степени нестабильной при изменении величины тока через катушку.

Если гистерезис материала сердечника значителен, это также окажет странное влияние на индуктивность катушки. Разработчики индукторов пытаются свести к минимуму эти эффекты, разрабатывая сердечник таким образом, чтобы его плотность потока никогда не приближалась к уровням насыщения, и поэтому индуктор работает на более прямолинейном участке кривой B/H.

Если индуктор сконструирован так, что любой из этих факторов может изменяться по желанию, его индуктивность будет соответственно изменяться. Переменные катушки индуктивности обычно изготавливаются путем изменения количества витков проволоки, используемых в любой момент времени, или путем изменения материала сердечника (скользящий сердечник, который можно перемещать в катушку и из нее). Пример прежней конструкции показан на этой фотографии:

В этом устройстве используются скользящие медные контакты для соединения с катушкой в ​​различных точках по ее длине.Показанный блок представляет собой индуктор с воздушным сердечником, использовавшийся в ранних разработках в области радио.

На следующей фотографии показана катушка индуктивности с фиксированным значением, еще один старинный блок с воздушным сердечником, созданный для радио. Внизу видны клеммы подключения, а также несколько витков относительно толстого провода:

Вот еще один индуктор (с большей индуктивностью), также предназначенный для радиоприложений. Его проволочная катушка намотана на белую керамическую трубку для большей жесткости:

Катушки индуктивности

также могут быть сделаны очень маленькими для приложений на печатных платах.Внимательно изучите следующую фотографию и посмотрите, сможете ли вы идентифицировать две катушки индуктивности рядом друг с другом:

.

Две катушки индуктивности на этой печатной плате обозначены L ₁ и L ₂ и расположены справа в центре платы. Два соседних компонента: R ₃ (резистор) и C< p=""> (конденсатор). Эти индукторы называются «тороидальными», потому что их проволочные катушки намотаны на сердечники в форме пончиков («тор»).

Подобно резисторам и конденсаторам, катушки индуктивности также могут быть упакованы как «устройства для поверхностного монтажа». На следующей фотографии показано, насколько маленьким может быть индуктор в такой упаковке:

На этой печатной плате справа и в центре можно увидеть пару катушек индуктивности, которые выглядят как маленькие черные микросхемы с номером «100», напечатанным на обеих. Метка верхнего индуктора напечатана на зеленой печатной плате как L ₅ .Конечно, эти катушки индуктивности имеют очень маленькое значение индуктивности, но это демонстрирует, насколько крошечными они могут быть изготовлены для удовлетворения определенных потребностей проектирования схем.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Катушки индуктивности ― Часть 2 Основы катушек индуктивности ②｜Азбука электроники｜Технический журнал TDK

Поведение катушки индуктивности при постоянном токе

Переходная характеристика катушки

Благодаря эффекту самоиндукции катушки (индукторы) создают электродвижущую силу (индуктивная электродвижущая сила), которая направлена ​​таким образом, чтобы противодействовать изменению тока. Следовательно, при подаче напряжения на катушку ток не сразу начинает течь, а при снятии напряжения ток не сразу прекращается. Неравномерное изменение тока или напряжения, которое происходит, например, в точке включения или выключения, называется переходной характеристикой (переходным явлением) катушки. Например, в схеме, показанной ниже, где катушка и неоновая лампа (напряжение начала разряда не менее нескольких десятков вольт) соединены параллельно, простое замыкание выключателя батареи (напряжение всего несколько вольт) не даст результата. вызвать загорание неоновой лампы.Но если переключатель разомкнуть, когда через катушку течет ток, неоновая лампа загорится. Электродвижущая сила (V), создаваемая катушкой из-за эффекта самоиндукции, пропорциональна коэффициенту изменения тока (ΔI/Δt). Когда переключатель установлен в положение ON, ток постепенно увеличивается, поэтому электродвижущая сила не превышает напряжения источника питания. Но когда переключатель установлен в положение OFF, протекающий ток мгновенно отключается, что означает, что коэффициент изменения тока велик, вызывая создание большой электродвижущей силы, достаточной для зажигания неоновой лампы.

Энергия, накопленная катушкой

В приведенной выше схеме неоновая лампа может загореться, потому что катушка накапливает энергию. Эта энергия пропорциональна индуктивности катушки и квадрату тока. Когда переключатель установлен в положение OFF, накопленная энергия мгновенно высвобождается, создавая высокую электродвижущую силу.

Поведение катушки переменного тока

Индуктивное реактивное сопротивление (XL)

Катушка (индуктор) плавно пропускает постоянный ток, но оказывает сопротивление переменному току. Сопротивление увеличивается в сторону более высоких частот. Этот эффект называется индуктивным сопротивлением (XL) катушки. Между частотой переменного тока (f) и индуктивностью (L) существует следующая зависимость.

Осциллограмма напряжения и осциллограмма тока цепи переменного тока с катушкой

Переменный ток от промышленной розетки переменного тока имеет синусоидальную форму.Когда катушка подключена к источнику переменного тока, эффект самоиндукции будет создавать электродвижущую силу, направленную таким образом, чтобы противостоять изменению тока. Таким образом, изменение тока задерживается на 90 градусов (1/4 цикла) по отношению к изменению напряжения.

Намагниченность сердечника и магнитная проницаемость

Кривая намагничивания и магнитное насыщение

Магнитный поток (Φ), создаваемый в катушке, пропорционален индуктивности (L) и протекающему току (I). Поскольку индуктивность пропорциональна магнитной проницаемости, использование магнитного материала с высокой магнитной проницаемостью и применение большого тока приведет к созданию более сильного магнитного потока. Однако существуют пределы способности магнитного материала собирать магнитный поток, и когда ток увеличивается до определенной точки, сердечник достигает магнитного насыщения. Плотность магнитного потока (B) в этой точке называется максимальной плотностью магнитного потока (Bm).

Процесс намагничивания сердечника и изменение магнитной проницаемости

По мере намагничивания сердечника магнитная проницаемость сердечника изменяется.Как показано на графике ниже, магнитная проницаемость (μ) выражается градиентом кривой намагничивания сердечника (θ). Начальный градиент вблизи начала кривой представляет собой начальную магнитную проницаемость (µ0). Эта начальная магнитная проницаемость обычно называется магнитной проницаемостью, и это также значение, которое указывается в каталогах ферритовых материалов. Увеличение тока в катушке и, следовательно, увеличение намагниченности в конечном итоге приведет к тому, что магнитная проницаемость достигнет максимально возможного значения.Это называется максимальной магнитной проницаемостью (мкм), за пределами которой значение снова падает.

Потери на вихревые токи в сердечнике

При подаче на катушку переменного тока создается электродвижущая сила, противодействующая изменению магнитного потока, и в сердечнике течет концентрический ток. Это называется вихревым током, и он лишает систему мощности RI2 (R: сопротивление, I: ток), которая выделяется в виде джоулева тепла.Это называется потерями на вихревые токи. В металлических сердечниках с низким электрическим сопротивлением потери на вихревые токи более выражены. Многослойные сердечники, используемые для силовых трансформаторов, представляют собой попытку уменьшить потери на вихревые токи. Однако потери будут увеличиваться в направлении более высоких частот, вызывая выделение большего количества тепла. Поскольку феррит имеет высокое удельное сопротивление, потери на вихревые токи малы, что делает этот материал пригодным для многих применений, таких как высокочастотные катушки и высокочастотные трансформаторы.

Индукционная катушка – обзор

12.3.3 Индукционный нагрев

Индукционный нагрев ⁶ – еще один подход к прямому нагреву подложки. Распространено заблуждение, что подложка должна быть магнитной, чтобы ее можно было использовать для индукционного нагрева. Для индукционного нагрева подложка должна проводить электричество.Технически он также должен сопротивляться потоку электричества или иметь сопротивление, но это верно для всех материалов, кроме сверхпроводников.

Принцип индукционного нагрева зависит от понимания того, что при протекании электричества создается магнитное поле, и обратное также верно. Там, где есть магнитное поле и проводник, будет течь электричество.

Индукционные нагреватели используют этот принцип. Нагреватель использует переменное электричество в катушке для создания магнитного поля.Когда кусок металла помещается близко к этой катушке (не касаясь ее), магнитное поле, создаваемое катушкой, взаимодействует с металлом, генерируя электрический ток. Этот ток называется вихревым током , который показан на рисунке 12.12. Сопротивление протеканию тока в металле приводит к потере электроэнергии, как описано основной электрической формулой (12.5).

Рисунок 12.12. Схема индукционного нагрева, показывающая магнитное поле, вихревые токи и переменный ток в катушке.

(12,5)P=i2R

В этом уравнении i — величина тока, R — сопротивление металла, а P — потери мощности или выделенное тепло. Уравнение также показывает, что удвоение тока увеличивает в четыре раза выделяемое тепло.

Поскольку в катушке используется переменный ток, магнитное поле со временем усредняется до нуля.

Сила магнитного поля падает по мере удаления от индукционной катушки. Поскольку вихревые токи связаны с силой магнитного поля, нагрев сильнее всего на поверхности.Процесс кажется простым, и в некотором смысле это так. Однако контролировать его сложно, но можно. Скорость нагрева металла под отверждаемым с помощью индукционного нагрева покрытием зависит от нескольких свойств металла подложки:

Все эти свойства подложки меняются в зависимости от температуры.Вес и форма металла подложки будут влиять на скорость нагрева. Поскольку большая часть тепла генерируется на поверхности, ближайшей к змеевику, теплопроводность подложки также будет влиять на пиковые температуры на поверхности по мере того, как тепло перемещается к более холодным участкам подложки.

На рис. 12.13 слева показана схема индукционного нагревателя, а справа — фотография катушки, нагревающей стержень. К параметрам управления индукционной катушки относятся:

1.

Мощность

2.

Частота.

Существует зависимость между частотой переменного тока и глубиной, на которую он проникает в подложку. Индуцированный ток внутри детали наиболее интенсивен на поверхности. Ток быстро затухает под поверхностью. Ближайший к поверхности металл нагревается быстрее, чем внутренний. «Толщина поверхностного слоя» детали описывается как глубина, в пределах которой производится 80% тепла в детали.Глубина скин-слоя уменьшается, когда уменьшается удельное сопротивление, увеличивается проницаемость или увеличивается частота. Высокие частоты 100–400 кГц обеспечивают неглубокое проникновение, которое обычно идеально подходит для отверждения поверхностных покрытий. Низкие частоты 5–30 кГц эффективны для более толстых материалов, требующих глубокого проникновения тепла, таких как изделия с покрытием сложной формы.

Магнитные материалы, такие как сталь, легче нагреваются, чем немагнитные материалы, такие как алюминий. Это связано с механизмом вторичного нагрева, называемым гистерезисом .Магнитные материалы естественным образом сопротивляются быстро меняющимся магнитным полям внутри индукционной катушки. Возникающее трение производит собственное дополнительное тепло — гистерезисный нагрев — в дополнение к нагреву вихревыми токами. Визуальное пояснение дано на рисунке 12.14. Говорят, что металл с высоким сопротивлением обладает высокой магнитной «проницаемостью». Проницаемость магнитных материалов может варьироваться в диапазоне от 100 до 500; немагнитные имеют проницаемость 1.

Рисунок 12.13. Схема базовой установки оборудования для индукционного нагрева и фотография работающей индукционной катушки.

Рисунок 12.14. Гистерезис в магнитных материалах. ⁵ Энергия требуется для вращения маленьких внутренних магнитов. Сопротивление этому подобно трению; материал нагревается до температуры.

Преимущества индукционного нагрева по сравнению с обычным конвекционным нагревом:

1.

Быстрое время цикла . Тепло может вырабатываться непосредственно и почти мгновенно внутри подложки, что обеспечивает гораздо более быстрый запуск, чем при обычном конвекционном нагреве.Время цикла выпечки можно значительно сократить

2.

Контролируемый направленный нагрев . Очень небольшие участки подложки могут быть нагреты, не затрагивая другие окружающие участки или крепление, удерживающее деталь. При точном контроле потребляемой мощности можно достичь требуемой температуры медленно или быстро

3.

Повторяемость . В современных системах индукционного нагрева схема нагрева всегда одинакова для данной установки, цикл за циклом и день за днем ​​

4.

Бесконтактный нагрев . Ничто не касается детали с покрытием, когда она помещается в индукционную катушку, процесс нагревает деталь, фактически не касаясь ее

5.

Энергоэффективность .

Таким образом, можно купить или приготовить фторсодержащее покрытие высочайшего качества, но если оно неправильно нанесено и запекается неправильно, оно может с треском провалиться при использовании.

Основные сведения о катушках индуктивности [Урок 1] Обзор катушек индуктивности — «Как работают катушки индуктивности?»

Направляющая индуктора

15.12.2010

Катушка индуктивности представляет собой пассивный электронный компонент, способный накапливать электрическую энергию в виде магнитной энергии.По сути, он использует проводник, намотанный в катушку, и когда электричество течет в катушку слева направо, это создает магнитное поле в направлении по часовой стрелке.

Ниже представлено уравнение, представляющее индуктивность катушки индуктивности. Чем больше витков, с которыми проводник намотан вокруг сердечника, тем сильнее создаваемое магнитное поле. Сильное магнитное поле создается также за счет увеличения площади поперечного сечения индуктора или изменения сердечника индуктора.

Теперь предположим, что через катушку индуктивности протекает переменный ток. «AC» (переменный ток) относится к току, уровень и направление которого циклически меняются с течением времени. Когда ток приближается к катушке индуктивности, магнитное поле, создаваемое этим током, пересекает другие обмотки, вызывая индуцированное напряжение и, таким образом, предотвращая любые изменения уровня тока. Если ток вот-вот резко возрастет, создается электродвижущая сила в направлении, противоположном току, т. е. в направлении, в котором ток уменьшается, предотвращая, таким образом, любое увеличение тока.И наоборот, если ток вот-вот упадет, электродвижущая сила генерируется в направлении, в котором ток увеличивается.

Эти эффекты наведенного напряжения возникают, даже если направление тока течет на противоположное. Прежде чем преодолеть наведенное напряжение, которое пытается блокировать ток, направление тока меняется на противоположное, чтобы ток не текал.

Уровень тока остается неизменным, когда на катушку индуктивности протекает постоянный ток, поэтому наведенное напряжение не создается, и можно считать, что в результате возникает короткое замыкание.Другими словами, катушка индуктивности — это компонент, который пропускает через себя постоянный ток, но не переменный ток.

• Катушка индуктивности хранит электрическую энергию в виде магнитной энергии.
• Индуктор не пропускает через себя переменный ток, но пропускает постоянный ток.

Свойства катушек индуктивности используются во множестве различных приложений. Существует множество различных типов катушек индуктивности, и в следующем уроке будут описаны области применения, для которых катушки индуктивности лучше всего подходят.

Ответственное лицо: Murata Manufacturing Co., Ltd.  T.K

Сопутствующие товары

Катушки индуктивности

Связанные статьи

15. 12.2010

Будь в курсе!

Получайте электронные письма от Murata с последними обновлениями на этом сайте.
Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень) запуск

mail_outline

Индуктивное реактивное сопротивление — MagLab

Как и сопротивление, реактивное сопротивление замедляет электрический ток.Объясняемое законом Ленца, это явление происходит только в цепях переменного тока.

Когда электрический ток течет по цепи, ему противостоят две вещи: сопротивление и реактивное сопротивление. другой, с самим материалом проводника или с резистором, предназначенным именно для этого в цепи. Реактивное сопротивление связано только с переменным током или другой формой переменного тока.Форма реактивного сопротивления, называемая индуктивным реактивным сопротивлением (с участием индукторов для создания магнитных полей), объясняется в приведенном ниже руководстве, в котором в качестве иллюстрации используется тип диммера переменного тока. (Кстати, это не то, как ваши диммеры переменного тока работают дома, но служит удобным способом объяснения концепции индуктивного сопротивления).

В приведенной выше схеме группа маленьких лампочек служит резистором, а катушка из медного провода образует индуктор. Железный сердечник можно вставлять и вынимать из катушки с помощью ползунка Положение железного сердечника для усиления магнитного поля индуктора катушки.Либо переменный ток, либо постоянный ток можно выбрать, щелкнув соответствующий переключатель. Чтобы включить рубильник в цепи и подать ток, нажмите синюю кнопку Включить  ; нажмите красную кнопку Turn Off  , чтобы поднять переключатель и отключить ток.

Обратите внимание, что когда выбран источник питания постоянного тока и цепь включена, перемещение железного сердечника не влияет на яркость светового блока. Однако это же действие приводит к затемнению ламп или их полному отключению при выборе источника питания переменного тока. Чем дальше внутрь катушки проникает сердечник, тем больше создаваемое магнитное поле и тем больше реактивная индуктивность. Это явление можно объяснить законом Ленца , который гласит, что направление индуцированного тока таково, что оно противостоит вызывающему его изменению. Другими словами, происходит вот что:

• Проводник с током создает вокруг себя круговое магнитное поле.
• Когда ток меняет направление (как это происходит десятки раз в секунду с переменным током), создаваемое им магнитное поле также изменяется.
• Это изменяющееся поле создает напряжение, которое (согласно закону Ленца) противоположно направлению первичного тока.

Таким образом, переменный ток индуцирует переменное магнитное поле в катушке, которое увеличивает сопротивление потоку тока. Это магнитное поле и возникающее из него индуктивное сопротивление усиливаются за счет наличия в катушке железного сердечника, так что электрическое сопротивление (в сочетании с сопротивлением) становится настолько большим, что на лампы поступает недостаточный ток.

Индукционная катушка и ее применение в практике инженера-электронщика

Несмотря на широкое использование цифровых схем, таких как процессоры, программируемые логические устройства и схемы SoC, которые представляют собой комбинацию этих двух элементов, иногда разработчику электроники приходится использовать «аналоговые» элементы, такие как резисторы, конденсаторы или индукционные катушки. . Что интересно, если резистор или конденсатор (с емкостью, исчисляемой в пикофарадах) относительно легко включить в структуру интегральной схемы, то сделать это с индукционной катушкой очень сложно.Вот почему в примечаниях по применению многих элементов до сих пор упоминается индукционная катушка в качестве внешнего компонента, добавляемого в набор. В данной статье представлены некоторые основные сведения об индукционных катушках и описание элементов их конструкции, влияющих на их параметры.

Структура индукционной катушки

Индукционная катушка не сложная. Он состоит из сердечника и намотанных на него изолированных проводов. Сердечник может быть как воздушным, так и магнитным.Важно, чтобы провода, намотанные на сердечник, были изолированы, поэтому для изготовления катушек используют изолированный провод, либо наматывают неизолированным проводом (например, так называемой серебряной сталью), но с воздушным зазором, обеспечивающим необходимое расстояние между отдельными витками провода. Если неизолированный провод наматывать виток за витком, то произойдет короткое замыкание и, хотя некоторая индуктивность будет присутствовать, она обязательно будет отличаться от нужной.

На практике часто происходит повреждение индукционной катушки , т.е.е. короткое замыкание между витками провода в результате пробоя изоляции, из-за превышения максимально допустимой температуры или напряжения. Поврежденную таким образом катушку необходимо перемотать или заменить на новую. Сетевые трансформаторы также повреждаются таким образом. Дальнейшее использование такого поврежденного трансформатора может привести к его перегреву, короткому замыканию в сети или даже возгоранию трансформатора или питаемого от него устройства.

Что такое индукционная катушка?

Индукционная катушка представляет собой элемент, который накапливает энергию в виде магнитного поля в сердечнике, поэтому он преобразует энергию электрического тока в энергию магнитного поля или наоборот.Изменение тока, протекающего по обмоткам, приводит к возникновению электродвижущей силы в направлении, противодействующем этому изменению. Точно так же переменное магнитное поле, проникающее в сердечник, вызывает индукцию напряжения. Это можно показать с помощью следующей формулы:

В этой формуле:

• e — обозначает электродвижущую силу (напряжение в вольтах), создаваемую катушкой,
• dϕ/dt — изменение магнитного потока во времени,
• di/dt — текущее изменение времени,
• L — обозначает параметр катушки, называемый индуктивностью; его единица измерения — генри.

Легко заметить упомянутую ранее особенность – электродвижущая сила e имеет противоположное направление, чем напряжение, вызывающее протекание тока. Он противодействует резким изменениям тока, протекающего через катушку, и позволяет катушке выполнять одну из своих основных функций – использоваться в качестве так называемого импедера .

Индукционная катушка – основные параметры

Основными параметрами катушки являются ее индуктивность и резонансная частота. Другими словами, индуктивность — это способность катушки накапливать энергию в виде магнитного поля, вызванного протеканием тока.Индуктивность измеряется в генри и определяется как отношение временного изменения напряжения к изменению тока во времени.

Диаграммы, показывающие падение тока и напряжения на выводе индукционной катушки. Падение максимально в момент включения питания и уменьшается со временем. Падение противодействует увеличению тока, следовательно, сила тока минимальна в момент включения источника питания и увеличивается со временем. Часто говорят, что напряжение опережает ток на катушке

На рисунке выше показано, что происходит с напряжением на катушке и с током, протекающим через нее после подачи питания на ее клеммы. Сплошная красная линия иллюстрирует течение тока. Как мы можем наблюдать, ток увеличивается после подачи питания, пока не будет достигнуто его пиковое значение, определяемое законом Ома, то есть отношение напряжения на клеммах к сопротивлению катушки . Синяя пунктирная линия показывает падение напряжения на катушке. Как мы видим, это падение максимально в момент подачи питания и минимально после того, как ток достигает своего пикового значения. Это связано с упомянутым ранее фактом, что индукционное напряжение имеет противоположное направление, чем напряжение, приложенное к клеммам.

При описании параметров неидеальной катушки обсуждается резонансная частота катушки, так как она связана с паразитной емкостью.

Материал сердечника и относительная магнитная проницаемость

Очень важным элементом индукционной катушки является ее сердечник. Сердечник характеризуется типом используемого материала и связанной с ним относительной магнитной проницаемостью. Он называется относительным, потому что определяется по отношению к проницаемости вакуума.Это безразмерное число, определяемое как отношение магнитной проницаемости (абсолютное значение μ ) данной среды к магнитной проницаемости вакуума μ ₀ .

Согласно определению, магнитная проницаемость – это способность данного материала или среды изменять магнитную индукцию вместе с изменением напряженности магнитного поля. Другими словами, магнитная проницаемость — это свойство материала или среды, характеризующее его способность концентрировать линии магнитного поля.

Магнитная проницаемость, в соответствии с данными, опубликованными в 2002 г. Комитетом по данным для науки и техники (CODATA), представляет собой скаляр, который обозначается символом μ ₀ и значение которого в Международной системе единиц (SI ) составляет мк ₀ = 4·Π·10 ^-7 = ок. 12,566370614·10 ^-7 [Гн/м = В·с/А·м] .

Индуктивность катушки выражается по следующей формуле:

Символы, используемые в формуле, означают:

• L — индуктивность в генри,
• μ ₀ — магнитная проницаемость вакуума,
• μ — относительная проницаемость материала сердцевины,
• Z — количество витков провода в катушке,
• S — площадь поперечного сечения катушки,
• l — длина бухты.

Относительная проницаемость незагрязненного воздуха мало чем отличается от проницаемости вакуума, поэтому для упрощения в инженерной практике принято, что мк = 1 и формула индуктивности воздушной катушки:

Синими линиями показаны линии силы магнитного поля, направленные в соответствии с правилом Ленца (так называемое правило правой руки).

По магнитным свойствам материалы делятся на парамагнетики (материалы, которые превращаются в магниты после помещения их в магнитное поле), ферромагнитные материалы (намагничиваются в присутствии магнитного поля) и диамагнетики (ослабляющие магнитное поле). магнитное поле).Тип материала сердечника сильно влияет на параметры катушки. В идеальном вакууме нет частиц, которые могли бы повлиять на корреляцию между индуктивностью и напряженностью магнитного поля. При этом в каждой материальной среде формула индуктивности будет изменяться в зависимости от проницаемости этой конкретной среды. В случае вакуума значение проницаемости равно 1. Для парамагнетиков относительная проницаемость чуть выше 1, для диамагнетиков чуть меньше 1 — различия в обоих случаях настолько малы, что в технических приложениях ими пренебрегают. и значение принимается равным 1.

Подытожим этот абзац, перечислив параметры катушки, оказывающие наиболее существенное влияние на ее индуктивность:

• Индуктивность катушки увеличивается вместе с:

  • количество витков провода,
  • относительная проницаемость материала сердечника,
  • площадь поверхности катушки,
  • уменьшение длины катушки.

• Индуктивность катушки уменьшается, когда:

  • количество витков провода уменьшается,
  • уменьшается относительная проницаемость материала заполнителя,
  • площадь поверхности уменьшается,
  • длина катушки увеличивается.

Для чего используются сердечники? Во-первых, благодаря этому можно хранить больше энергии при меньшем количестве витков, чем в случае эквивалента с воздушным сердечником. Во-вторых, это связано с механической конструкцией катушки – сердечник является опорой для витков проволоки и обеспечивает правильную установку в целевом устройстве. Третьей важной причиной является концентрация и проводимость магнитного поля. В некоторых приложениях также будет важна возможность регулировать индуктивность катушки, изменяя положение сердечника относительно витков провода, например, вставляя или выталкивая его.

Несовершенная катушка

До сих пор мы обсуждали параметры идеальной катушки. Между тем, в реальных условиях провод обмотки будет иметь некоторое сопротивление и емкость, что повлияет на фактические параметры катушки, которые мы еще не рассматривали.

На рисунке показана эквивалентная схема постоянного тока реальной катушки. Резистор, представляющий сопротивление провода обмотки, был подключен последовательно к виткам катушки. При протекании тока через катушку это вызовет не только падение напряжения, но и потерю мощности в виде тепла, что может привести к перегреву катушки и изменению параметров сердечника.Как следствие, снижается и электрический КПД всего устройства.

Альтернативная принципиальная схема постоянного тока реальной катушки

В случае анализа переменного тока следует также учитывать паразитную емкость, создаваемую неизолированными слоями проводника, и поэтому эквивалентная схема, кроме резистора, включает также конденсатор, включенный параллельно обмотке катушки. терминалы. Так создается RLC-контур, а сама катушка до достижения резонансной частоты является индуктивной, а после ее достижения становится емкостной.Вот почему импеданс катушки увеличивается с резонансной частотой, достигая своего максимального значения в резонансе, и уменьшается после превышения частоты.

Изменение реальной катушки с индуктивной на емкостную после достижения резонансной частоты. Обозначения на эквивалентной принципиальной схеме: L – индуктивность, EPC – паразитная емкость, EPR – параллельное сопротивление, обозначающее потери мощности, ESR – последовательное сопротивление, обозначающее сопротивление сердечника обмотки)

Три вида потерь мощности в индукционных катушках

При применении катушек учитываются три основных типа потерь мощности.Первый из них уже упоминался ранее, а именно потери, происходящие в последовательном сопротивлении, т. е. в проводе обмотки. Эту потерю мощности следует особенно учитывать, когда ток, протекающий через катушку, имеет большую силу тока. Это наиболее распространенная потеря мощности в источниках питания и силовых цепях. Это вызывает перегрев катушки и, как следствие, всего устройства. Это также наиболее распространенная причина повреждения, так как высокая температура может повредить изоляцию и вызвать короткое замыкание на катушках.

Второй тип потери мощности – это потеря мощности в активной зоне. Это результат несовершенства изготовления, возникновения вихревых токов и изменения положения магнитных доменов. Такие потери являются доминирующими, когда ток, протекающий через катушку, имеет малую силу тока. Они возникают в цепях с высокой частотой, цифровых разделителях сигналов и других. Это может привести не столько к повреждению катушки, сколько к потере уровня сигнала в чувствительных цепях.

Третий вид потерь мощности возникает в результате потери магнитного потока, который может быть рассеян механическими монтажными элементами, воздушными зазорами в сердечнике или небрежным исполнением при изготовлении самой катушки.

Откройте для себя наше предложение

Заключительные замечания

Индукционная катушка является простым компонентом, и поэтому ею немного пренебрегают. Между тем, при монтаже электронной схемы, оснащенной дросселями или преобразователями, особое внимание следует уделить выбору индуктивных элементов, в том числе их резонансным частотам или параметрам материала сердечника. Используются разные ядра с текущей частотой десятки и сотни герц и разные с частотой сотни мегагерц и более.Иногда для высокочастотных сигналов достаточно ферритовой шайбы.

Индукционные катушки могут быть изготовлены по-разному. Обычно на сердечник наматывают от нескольких до нескольких сотен витков провода. В некоторых приложениях витки наматываются в виде дорожек на печатной плате, а иногда и замыкаются в ферритовом сердечнике. В настоящее время большинство катушек, в частности дросселей, используемых в силовых цепях, изготавливаются с целью монтажа SMT. Тем не менее, технологическая гонка идет жестко, и разрабатываются все новые магнитные материалы, способные сохранять свои характеристики и ограничивать потери, несмотря на повышение температуры и т. д.

Катушка, предназначенная для работы на низкой частоте, обычно имеет железный сердечник и большое количество витков, что делает ее относительно тяжелой. Вот почему во многих приложениях, особенно уязвимых к ударам и перенапряжениям, важную роль играет способ монтажа. Обычно припаять катушку недостаточно — ее сердечник нужно правильно зафиксировать с помощью зажима, держателя или винта. При выборе катушки или преобразователя для устройства стоит учитывать этот аспект.

Применение индукционных катушек в электронике

Катушки

используются для:

Блокировка протекания переменного тока в цепи
• ,
• КЗ постоянного тока (напряжения),
• измерение времени на основе спада текущего потока,
• построить колебательный контур,
• построить фильтры для определенных частот,
• пара каскадов усилителя,
• уменьшить или увеличить напряжение.

Некоторые области применения катушек аналогичны применению конденсаторов. Как мы уже знаем, катушка ведет себя как конденсатор после превышения резонансной частоты. Однако это не означает, что эти элементы могут использоваться в цепи взаимозаменяемо.

Обязательно посмотрите видео на тему индукционных катушек и их применения в электронике:

Как избежать насыщения катушки индуктивности в конструкции источника питания | Статья

АРТИКУЛ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Катушка индуктивности является важным компонентом источника питания постоянного/постоянного тока. При выборе катушки индуктивности необходимо учитывать множество соображений, таких как значение индуктивности, DCR, размер и ток насыщения. Поведение катушки индуктивности при насыщении часто понимается неправильно и может вызвать проблемы. В этой статье будет рассмотрено, как индукторы насыщаются, как насыщение влияет на схему, а также методы обнаружения насыщения индуктора.

Причины насыщения индуктора

Чтобы понять, как индуктор становится насыщенным, см. Рисунок 1 и шаги для насыщения индуктора, описанные ниже:

• Когда ток проходит через катушку на рис. 1, катушка создает магнитное поле.
• Магнитный сердечник намагничивается полем, и его внутренний магнитный домен медленно вращается.
• Когда магнитный сердечник полностью намагничен, направление магнитных доменов становится совместимым с магнитным полем. Даже если добавить внешнее магнитное поле, в ядре нет вращающихся магнитных доменов. Это означает, что индуктор насыщен.

Рисунок 1: Диаграмма насыщения дросселя

На рис. 2 показана другая перспектива насыщения индуктора, а также уравнение, показывающее, как плотность потока системы (B) и напряженность магнитного поля (H) могут влиять на индуктивность.

Когда плотность магнитного потока достигает BM, плотность магнитного потока больше не увеличивается с силой магнитного поля. Это означает, что индуктор насыщен.

Рассмотрим соотношение между индуктивностью и магнитной проницаемостью (µ). Когда индуктор насыщается, µ сильно уменьшается; поэтому индуктивность будет значительно уменьшена, и способность подавлять ток будет потеряна.

Рисунок 2: Кривая намагничивания и формулы

Советы по оценке насыщения индуктора:

Существует две категории для оценки насыщения катушки индуктивности в практических приложениях: теоретические расчеты и экспериментальные испытания. Рисунок 3 суммирует эти методы.

Рисунок 3: Методы определения насыщения катушки индуктивности

Теоретические расчеты требуют расчета максимальной плотности магнитного потока или максимального тока катушки индуктивности. С другой стороны, экспериментальные испытания в основном сосредоточены на форме волны тока индуктора и других методах предварительной оценки. Эти методы более подробно описаны ниже.

Метод 1: Расчет плотности магнитного потока

Метод 1 подходит для сценариев, в которых магнитные сердечники используются для проектирования катушек индуктивности.Например, параметры сердечника включают длину магнитного пути (lE) и эффективную площадь (AE). Тип магнитного сердечника также определяет соответствующую марку магнитного материала, а магнитный материал требует соответствующих правил по потерям в сердечнике и плотности магнитного потока насыщения (см. рис. 4) .

Рисунок 4: Параметры и характеристики катушки индуктивности

Используя эти материалы, мы можем рассчитать максимальную плотность магнитного потока в соответствии с реальным проектным сценарием. На рис. 5 показаны формулы для расчета максимальной плотности магнитного потока.

Рисунок 5: Формулы плотности магнитного потока

На практике расчет можно упростить и вместо µR использовать µI. При сравнении с плотностью потока насыщения магнитного материала можно определить, подвержена ли рассчитанная индуктивность риску насыщения.

Метод 2: расчет максимального тока дросселя

Этот метод подходит для проектирования цепей с использованием существующих катушек индуктивности.Различные топологии схемы имеют разные формулы для расчета тока индуктора.

В качестве примера возьмем импульсный преобразователь MP2145. Ток катушки индуктивности можно рассчитать по формулам, приведенным ниже, и сравнить результат расчета со значением спецификации катушки индуктивности, чтобы определить, будет ли катушка индуктивности насыщена (см. рис. 6) .

Рисунок 6: Расчет максимального тока дросселя с помощью MP2145

Способ 3: определение насыщения катушки индуктивности по форме кривой тока катушки индуктивности

Этот метод является наиболее распространенным и практичным для инженеров.

Используйте инструмент моделирования MPSmart с MP2145. Из формы сигнала моделирования мы знаем, что, когда индуктор не насыщен, ток индуктора представляет собой треугольную волну с определенным наклоном. Когда индуктор насыщается, форма волны тока индуктора имеет значительные искажения, что вызвано уменьшением значения насыщения (см. рис. 7).

Рис. 7. Форма кривой тока дросселя для MP2145

Мы можем наблюдать искажение формы волны тока катушки индуктивности, чтобы определить, когда она станет насыщенной.

На рис. 8 показана измеренная форма сигнала на оценочной плате MP2145. После насыщения катушки индуктивности наблюдается очевидное искажение, что согласуется с результатами моделирования.

Рисунок 8: Форма сигнала оценочной платы MP2145

Метод 4: Измерьте аномальное повышение температуры катушки индуктивности и прислушайтесь к звуковым сигналам

Если вы не знаете модель сердечника системы, определение тока насыщения катушки индуктивности может быть затруднено. Иногда неудобно проверять ток катушки индуктивности, так как для измерения тока может потребоваться частично снять катушку индуктивности с печатной платы.Еще одна хитрость заключается в измерении температуры индуктора с помощью тепловизионной камеры. Если температура значительно превышает расчетную, это может указывать на насыщение катушки индуктивности (см. рис. 9). Если вы поднесете ухо близко к индуктору и обнаружите, что он издает звуки, это также может свидетельствовать о его насыщении.

Рис. 9. Измерение температуры индуктора с помощью тепловизионной камеры

При проектировании источников питания с катушками индуктивности важно избегать насыщения катушки индуктивности.В этой статье объясняются некоторые физические явления, вызывающие насыщение магнетиков, и приводятся уравнения для выбора правильного значения индуктивности для вашей схемы, масштабные изображения того, как выглядят формы сигналов тока, когда индукторы становятся насыщенными, а также другие приемы наблюдения за насыщением индуктора.