Явление электромагнитной индукции: опыт Фарадея, выводы

 

Изучением явления электромагнитной индукции занялся вплотную первым Майкл Фарадей. Точнее сказать, он установил и исследовал это явление в поисках способов превратить магнетизм в электричество.

У него на решение такой задачи ушло десять лет, мы же сейчас пользуемся плодами его труда повсеместно, и не представляем себе современную жизнь без применения электромагнитной индукции. В 8 классе, мы уже рассматривали эту тему, в 9 классе это явление рассматривается уже более детально, но вывод формул относится к курсу 10 класса. По этой ссылке вы можете перейти для ознакомления со всеми аспектами данного вопроса.

Явление электромагнитной индукции: рассмотрим опыт

Мы рассмотрим, что представляет собой явление электромагнитной индукции. Можно провести опыт, для которого понадобится гальванометр, постоянный магнит и катушка. Соединив гальванометр с катушкой, мы вдвигаем внутрь катушки постоянный магнит. При этом гальванометр покажет изменение тока в цепи.

Так как никакого источника тока у нас в цепи нет, то логично предположить, что ток возникает вследствие появления магнитного поля внутри катушки. Когда мы будем вытаскивать магнит обратно из катушки, мы увидим, что снова изменятся показания гальванометра, но его стрелка при этом отклонится в противоположную сторону. Мы опять получим ток, но уже направленный в другую сторону.

Теперь проделаем похожий опыт с теми же элементами, только при этом мы зафиксируем магнит неподвижно, а надевать на магнит и снимать с него мы теперь будем саму катушку, подсоединенную к гальванометру. Мы получим те же результаты стрелка гальванометра будет показывать нам появление тока в цепи. При этом, когда магнит неподвижен, тока в цепи нет стрелка стоит на ноле.

Можно провести измененный вариант такого же опыта, только постоянный магнит заменить электрическим, который можно включать и выключать. Мы получим схожие с первым опытом результаты при движении магнита внутри катушки. Но, кроме того, при выключении и выключении неподвижного электромагнита, он будет вызывать кратковременное появление тока в цепи катушки.

Катушку можно заменить проводящим контуром и проделать опыты по перемещению и вращению самого контура в постоянном магнитном поле, либо же магнита внутри неподвижного контура. Результаты будут те же появление тока в цепи при движении магнита или контура.

Изменение магнитного поля вызывает появление тока

Из всего этого следует вывод, что изменение магнитного поля вызывает появление электрического тока в проводнике. Ток этот ничем не отличается от тока, который мы можем получить от батареек, например. Но чтобы указать причину его возникновения, такой ток назвали индукционным.

Во всех случаях у нас менялось магнитное поле, а точнее, магнитный поток через проводник, вследствие чего и возникал ток. Таким образом, можно вывести следующее определение:

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

Вот это и есть явление электромагнитной индукции, на основе которой созданы самые различные генераторы электроэнергии.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Магнитный поток: определение, направление и количество + пример
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspПолучение переменного электрического тока: что это и как получить

Опыты Фарадея

В 1820 году было произведено открытие магнитного пола вокруг проводника Эрстедом. В то время производилось много опытов и экспериментов, связанных с электричеством. Фарадей эмпирически открыл явление электромагнитной индукции 29 августа 1831 года. Он обнаружил явление у стационарных проводников при замыкании и размыкании цепи.

Позже было доказано, что явление электромагнитной индукции появляется при движении катушек с токами друг с другом. Еще 17 октября из лабораторного журнала было видно обнаружение индукционного тока во время введения и удаления магнита из катушки. В течение месяца все особенности изучил Фарадей.

Именно он сумел объяснить явления диа- и парамагнетизма, объясняя это тем, что материалы, располагаемые в пределах магнитного поля ведут себя по-разному: ориентируются по полю, как пара- и ферромагнетики, или поперек, как диамагнетики.

Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция

Опыты Фарадея известны из школьного курса, наглядно представленные на рисунке.

Рисунок 3.1. Возникновение электрического тока при поднесении или вытягивании катушки с левой стороны и возникновение электрического тока с двумя близко расположенными катушками справа.

Рисунок 3.2. Возникновение электрического тока при соединении катушек сердечником.

Определение 1

На данный момент опыты Фарадея называют классическими и применяют для обнаружения электромагнитной индукции:

1. Замыкание гальванометра на соленоиде. В соленоид опускается постоянный магнит, перемещая который, фиксируются отклонения стрелки гальванометра. Это говорит о наличии индукционного тока. Если увеличить скорость перемещения магнита относительно катушки, тогда стрелка гальванометра отклонится еще сильнее. Это говорит о том, что произошла замена полей. Магнит может быть неподвижным или передвижение соленоида происходит относительно магнита.
2. Две катушки. Производится установка одной в другую. Концы одной из них подключаются с гальванометром. Другая катушка подвергается прохождению тока. При его подаче и отключении стрелка гальванометра изменяет свое положение. В этом случае катушки должны находиться в движении относительно друг друга. Стрелка гальванометра уменьшает значение при его включении.

Определение 2

При изменении потока вектора индукции, пронизывающего проводящий контур, происходит возникновение электрического тока, что называется явлением электромагнитной индукции, а такой ток – индукционным.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Явление электромагнитной индукции и опыты

Обобщив все результаты, Фарадей выявил, что возникновение индукционного тока возможно при изменении потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. Тогда величина индукционного тока не имеет связи с изменением потока, а только со скоростью его изменения. Фарадей доказал, что величина отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита относительно друг друга.

Определение 3

Исходя из 2 опытов Майкла Фарадея, Максвелл сумел описать и сформулировать основной закон электромагнитной индукции.

Основываясь на нем, электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равняется скорости изменения магнитного потока dΦdt через поверхность, которая ограничена контуром εi=-dΦdt.

Из формулы следует, что Φ=BS →cos α — магнитный поток, а α — угол, расположенный между вектором B→ и нормалью к плоскости контура. Знак минуса характеризует правило Ленца.

Суть опытов Фарадея в том, что с помощью явления электромагнитной индукции видна связь электрического и магнитного полей. Появление электрического поля возможно при изменении магнитного.

Определение 4

Его природа отличается от электростатического тем, что не имеет связи с электрическими зарядами, а линии напряженности не могут заканчиваться или начинаться. Их считают замкнутыми

, а такое образовавшееся поле вихревым.

Открытый урок «Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Ленца»

Задачи урока:

• изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения;
• рассмотреть историю вопроса о связи магнитного поля и электрического;
• показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции, раскрыть отношения явления и его сущности при постановке опытов;
• продолжить формирование изменений, наблюдать, выделять главное, объяснять увиденное.

Оборудование: разборный школьный трансформатор, гальванометр, постоянный магнит, аккумулятор, источник переменного тока, реостат, ключ, замкнутый виток с низковольтной лампой, соединительные провода, стержень с двумя алюминиевыми кольцами на концах, одно из которых сплошное, другое с разрезом, портрет М.Фарадея, телевизор, в/ф «Явление электромагнитной индукции», карточки-задания, кроссворды, ребус, криптограмма, оборудование для опытов.

I. Оргмомент.

II. Мотивация учебной деятельности

Учитель. Мы с вами прошли тему «Электромагнетизм». Сегодня нам предстоит выяснить, как вы усвоили этот материал. Обобщим знания о магнитном поле, будет совершенствовать умения объяснять магнитные явления. Раскроем особенные и общие черты магнитного и электрического полей, проведем контроль знаний, продолжим формирование умений наблюдать, обобщать, синтезировать изученное.

III. Практическая работа -КМД-

Класс делится на 4 группы. Они работают так:

Первая группа – пишет физический диктант. (Приложение 1.)
Вторая группа – решает кроссворд. (Приложение 2.)
Третья группа – решает качественные задачи. (Приложение 3.)

И получают баллы за каждую работу. Потом обмениваются между собой заданиями.

Четвертая группа – четверо играют в карты.

Пока они готовятся, желающие получить жетоны, правильно отвечают на поставленные вопросы:

– В каком месте Земли магнитная стрелка обоими концами показывает на юг? (На северном географическом полюсе)

– Если поднести несколько раз к часам сильный магнит, то показания часов будут неправильными. Как объяснить это? (Стальная пружина и другие стальные детали часов, намагничиваясь, взаимодействуют друг с другом, вследствие чего правильный ход часов нарушается)

– Где ошибка?

– Правильно ли указано направление тока?

Учитель. А вот, что написал о магнитных явлениях Д.И. Менделеев, мы сможем сказать, если расшифруем, что здесь написано. (Приложение 3). К доске идет…

Решение задач.

IV. Изучение нового материала

Учитель. Ранее в электродинамике изучались явления, связанные или обусловленные существованием постоянных во времени (статических и стационарных) электрических и магнитных полей. Появляются ли новые явления при наличии переменных полей? Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831году М.Фарадей. Он решал ПРОБЛЕМУ: может ли магнитное поле вызвать появление электрического тока в проводнике? А теперь посмотрим опыты и послушаем объяснение их.

По итогам зачета объявляются оценки и комментируются.

Учитель. А сейчас переходим к изучению новой темы. Цель урока мы узнаем, если разгадаем ребус. (Приложение 2) Да, да! Именно эти слова записал Майкл Фарадей в своем дневнике в 1822 году. «Превратить магнетизм в электричество». После открытия Эрстедом в 1820 году магнитного поля, было установлено, что магнитное поле и эл.ток всегда существуют одновременно. Фарадей, зная о тесной связи между током и магнитном полем, был уверен, что с помощью магнитного поля можно создать в замкнутом проводнике эл.ток. Он провёл многочисленные опыты и доказал это, открыв в 1831году явление электромагнитной индукции.
С биографией М.Фарадея нас познакомит студент …

V. Демонстрация опытов Фарадея.

Учитель. Рассмотрим опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции.

1. Возьмем соленоид, соединенный с гальванометром (рис. 1), и будем вдвигать в него постоянный магнит. Оказывается, что при движении магнита стрелка гальванометра отклоняется. Если же магнит останавливается, то стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. То же самое получается при выдвижении магнита из соленоида или при надевании соленоида на неподвижный магнит. Такие опыты показывают, что индукционный ток возникает в соленоиде только при относительном перемещении соленоида и магнита.

Рис. 1

2. Будем опускать в соленоид В катушку с током А (рис. 2). Оказывается, что и в этом случае в соленоиде В возникает индукционный ток только при относительном перемещении соленоида В и катушки А.

Рис. 2

3. Вставим катушку А в соленоид В и закрепим их неподвижно (рис. 3). При этом тока в соленоиде нет. Но в моменты замыкания или размыкания цепи катушки А в соленоиде В появляется индукционный ток. То же самое

Рис. 3

Рис. 4

получается в моменты усиления или ослабления тока в катушке А с помощью изменения сопротивления R.
В дальнейшем цепь катушки А, соединенную с источником электрической энергии, будем называть первичной, а цепь соленоида В, в которой возникает индукционный ток, – вторичной. Эти же названия будем применять и к самим катушкам.

4. Включим первичную катушку в сеть переменного тока, а вторичную катушку соединим с лампой накаливания (рис. 4). Оказывается, лампа непрерывно горит, пока в первичной катушке течет переменный ток.
Нетрудно заметить, что общим для всех описанных опытов является изменение магнитного поля в соленоиде, которое и создает в нем индукционный ток.
Выясним теперь, всякое ли изменение магнитного поля вокруг замкнутого контура наводит в нем индукционный ток. Возьмем плоский контур в виде рамки, соединенной с гальванометром. Поместим рядом с рамкой магнит так, чтобы его линии индукции не проходили внутри рамки, а находились в ее плоскости (рис. 5а).

Рис. 5

Оказывается, что при перемещении рамки или магнита вдоль плоскости рисунка стрелка гальванометра не отклоняется. Если же рамку поворачивать вокруг оси 00′ (рис. 5б), то в ней возникает индукционный ток.

На основании описанных опытов можно сделать следующий вывод: индукционный ток (и э. д. с. индукции) в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проводит через площадь, охваченную контуром.
С помощью этого явления может получится эл. ток практически любой мощности, а это позволяет широко использовать эл. энергию в промышленности. Получается она в основном с помощью индукционных генераторов, принцип работы которых основан на явлении эл-магнитной индукции. Поэтому Фарадей по праву считается одним из основателей электротехники.

Рассмотрим подробнее явление электромагнитной индукции.

Пусть в однородном магнитном поле с индукцией В находится прямолинейный металлический проводник длиной L.
Приведем этот проводник в движение со скоростью так, что бы угол между векторами В и составлял 90 градусов, то вместе с проводником будут направленно двигаться и его собственные электроны, так как их движение происходит в магнитном поле, то на них должна действовать сила Лоренца.
С помощью правила левой руки можно установить, что свободные электроны будут смещаться к концу А. И тогда между А и В возникает напряжение U , которое создаст в нем эл. силу Fэл., которая уравновесит Fл. Fэл.= Fл., в этом случае смещение электронов прекратится.
Fэл.= Е ^. q = U/L ^. q, а Fл.= В ^{. .} q ^. sinU/L ^. q = В ^{. .} q ^. sinU = В ^{. .} L ^. sin, но напряжение на полюсах при разомкнутой цепи = Е.
Еинд.= В ^{. .} L ^. sin

Рис. 6

А если проводник включить в цепь, то в ней возникает индукционный ток.

Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется по правилу правой руки (рис. 7): если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

Рис. 7

VI. Закон Ленца.

Учитель. В катушке, замкнутой на гальванометр, при перемещении магнита, возникает индукционный ток. Как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки? (А переломов не бойтесь!) Давайте определим это!
Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Связь между направлением индукционного тока в контуре и индуцирующим магнитным полем была установлена Ленцем.
Пусть имеется катушка, вокруг катушки существует изменяющееся магнитное поле и оно пронизывает витки другой катушки. А при всяком изменении магнитного поля, пронизывающего контур замкнутого проводника, в нем наводится индукционный ток. А как определить направление индукционного тока? По правилу правой руки?
Обратимся к опыту. Почему кольцо отталкивается от магнита? А с прорезью нет? (U – тока нет.)

Значит в кольце возник ток (инд.), магнитное поле. И можно определить поле. Поменяем полюса магнита. И видим: что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита. Ленцу удалось обобщить эту закономерность: эту связь называют законом Ленца.

Определение: индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует причине его вызывающей.

Eщё раз повторим правило Ленца.

Вернемся к опыту. Стрелка гальванометра отклоняется тем дальше, чем быстрее вдвигается в соленоид магнит или катушка с током.

Э.д.с. индукции, возникающая в какой-либо цепи, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока – время, за которое происходит изменение магнитного потока. Знак минус показывает, что когда магнитный поток уменьшается ( – отриц.), э.д.с. создает индукционный ток, увеличивающий магнитный поток и наоборот.
Исходя из формулы:

1B_б = 1В 1с

VII. Закрепление материала.

Просмотр видеофильма «Электромагнитная индукция». Решение задач.

VIII. Задание на дом.

§ 23(2-6). № 18.10, № 18.12, № 14. Повторить «Эл.ток в газах»

IX. Итог урока.

Учитель. Спасибо вам за урок!.

Приложение 1.

Физический диктант

1. Напишите формулы для расчетов:

а) силы Лоренца;
б) магнитной проницаемости среды;
в) модуля вектора магнитной индукции;
г) магнитного потока;
д) силы Ампера;

2. Дополните следующие определения:

а) сила Лоренца – это …
б) сила Ампера – это …
в) температура Кюри – это …
г) магнитная проницаемость среды характеризует …

3. Какая физическая величина измеряется в теслах? Чему равна 1Тл?

4. Какими способами можно получить магнитное поле?

5. Какие величины характеризуют это поле?

6. Какую физическую величину измеряют в веберах? Чему равен 1Вб?

7. Дополните предложения:

а) У диамагнетиков они обладают свойством …
б) У ферромагнетиков их отличительные свойства …
в) У парамагнетиков для них характерно …
г) Сила Ампера применяется …
д) Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы состоят из ……………..,  действуют они так:
е) Сила Лоренца используется …

–

Приложение 2.

КРОССВОРД “ДОГАДАЙТЕСЬ”

По вертикали в выделенных клетках: катушка проводов с железным сердечником внутри. В каждую клетку включая нумерованную напишите по букве так чтобы по горизонтали получить слова:

1. Ученый, впервые обнаруживший взаимодействие электрического тока и магнитные стрелки.
2. Место магнита, где наблюдаются наиболее сильные магнитные действия.
3. Устройство, работающее на слабых токах, при помощи которого можно управлять электрической цепью с сильными токами.
4. Изобретатель первого в мире телеграфного аппарата, печатающего буквы.
5 и 6. Приборы, совместное пользование которыми позволяет передавать звук на далекие расстояния.
7. Изобретатель электромагнитного телеграфа и азбуки из точек и тире.
8. Ученый, объяснивший намагниченность молекул железа электрическим током.
9. Прибор, служащий для ориентации на местности, основной частью которого является магнитная стрелка.
10. Русский ученый, который изобрел электрический телеграф с магнитными стрелками.
11. Одна из основных частей приборов 5 и 6, названных выше.
12. Приемник тока, служащий для превращения электрической энергии в механическую.
13. Вещество, из которого делают постоянные магниты.

Приложение 3.

РЕБУС

Рис. 8

Прочитайте слова английского физика, которыми он определил поставленную перед собой задачу. Назовите ученого, год, когда эта задача была решена, и явление которое им было открыто.

КАКОЕ СЛОВО?

Отгадайте слово по буквам, каждую из которых надо определить, решив задачу

Рис. 9

1. Мысленно поставьте стрелку по направлению тока на участке проводника НМ.
2. Каков номер в алфавите второй буквы слова, покажет после включения тока северный конец магнитной стрелки.
3. Поставьте знак направления тока в кружке изображающем сечение проводника, и из двух подсчетов выберите тот, который содержит этот знак.
4. Мысленно поставьте стрелку, указывающую направление магнитных линий внутри катушки с током.
5. Нужная буква стоит у северного конца магнитной стрелки.
6. Выберите букву, которая стоит у положительного полюса источника тока.

ПРОЧТИ ФРАЗУ

Рис. 10

Опыты Фарадея (электромагнитная индукция)

Электромагнитная индукция

В начале XIX столетия опыты в области электромагнетизма стали чуть ли не модой. Открытие в 1820 г. Эрстедом существование магнитного поля вокруг проводника с током вызвало небывалый резонанс в научных кругах. Проводилось множество экспериментов с электричеством.

29 августа 1831 г. Фарадеем эмпирически было открыто явление электромагнитной индукции. Первоначально данное явление Фарадей обнаружил для стационарных по отношению друг к другу проводников при замыкании и размыкании цепи. Чуть позднее ученый показал, что явление электромагнитной индукции обнаруживается при движении катушек с токами друг по отношению к другу. 17 октября Фарадей отметил в лабораторном журнале, что обнаружил индукционный ток во время введения и удаления магнита в (из) катушку. За один месяц Фарадей определил все основные особенности явления электромагнитной индукции.

Опыты Фарадея

В настоящее время классическими опытами Фарадея по обнаружению явления электромагнитной индукции являются следующие эксперименты:

1. Гальванометр замыкают на соленоид. В соленоид вдвигается (или выдвигается из него) постоянный магнит. При перемещении магнита фиксируют отклонение стрелки гальванометра, что означает возникновение индукционного тока. При увеличении скорости перемещения магнита по отношению к катушке отклонение стрелки увеличивается. Замена полюсов магнита вызывает изменение направления отклонения стрелки гальванометра. Отметим, что магнит можно оставить неподвижным и перемещать соленоид относительно магнита.
2. В этом эксперименте используются две катушки. Одна вставлена в другую. Концы одной из катушек соединяют с гальванометром. Через другую катушку пропускается электрический ток. Стрелка гальванометра претерпевает отклонения, когда происходит включение (выключение) тока, его изменение (увеличение или уменьшение) или если катушки движутся относительно друг друга. Направление отклонения стрелки гальванометра противоположны при включении и выключении тока (уменьшении – увеличении силы тока).

При обобщении результатов своих экспериментов Фарадей отметил, что индукционный ток возникает всякий раз, когда происходит изменение потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. При этом величина индукционного тока не связана со способом изменения потока, а зависит от скорости его изменения. Эмпирически Фарадей доказывал, что величина угла отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита (скоростью изменения силы тока, скоростью перемещения катушек относительно друг друга).

Своими опытами Фарадей показал, что сила тока индукции в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения количества линий магнитной индукции, которые проходят через поверхность, которую ограничивает рассматриваемый контур.

На основе опытов Фарадея Максвелл сформулировал основной закон электромагнитной индукции. В соответствии с этим законом электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока () сквозь поверхность, которую ограничивает этот контур:

   

где , – магнитный поток ( – угол между вектором и нормалью к плоскости контра). Минус отображает правило Ленца.

Значение опытов Фарадея заключено в том, что через явления электромагнитной индукции проявляется взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электрическое поле, которое возникает при изменении магнитного поля, имеет иную природу, нежели электростатическое поле. Оно не имеет непосредственной связи с электрическими зарядами, и его линии напряженности не могул на них начинаться и заканчиваться. Эти линии поля подобны линиям магнитной индукции и являются замкнутыми линиями. Это электрическое поле является вихревым.

Примеры решения задач

20. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея–Максвелла

Содержание опытов Фарадея можно пояснить следующими рисунками. Разместим на одном сердечнике две проводящие катушки (рис.6.1, а). Одну из них замкнем на гальванометр, а другую будем подключать к источнику тока при помощи ключа К. В момент замыкания (или размыкания) цепи ключом К гальванометр будет давать показания, т.е. в цепи второй катушки будет возникать электрический ток. Итак, по результатам такого опыта можно сделать вывод, что первая катушка электрически влияет на вторую. Однако, что было причиной появления тока в катушке 2: возникновение (или исчезновение) тока в катушке 1 или магнитного поля этого тока?

Для ответа на этот вопрос поставим второй опыт (рис. 6.1, б). Теперь катушка 1 постоянно подключена к источнику, а поэтому ток в ней неизменен. Однако в процессе смещения катушек друг относительно друга гальванометр дает показания, т.е. причиной появления тока в катушке 2 является изменение магнитного поля, в котором она находилась.

Чтобы подтвердить этот вывод, Фарадей проводит третий опыт (рис.6.1, в), в котором первая катушка заменяется постоянным магнитом. Результаты опыта при смещении магнита относительно катушки 2 полностью аналогичны предыдущим. Однако в этом случае видно, что причиной всех электрических явлений в катушке 2 является исключительно поведение магнитного поля, в которое она помещена, а источник создания магнитного поля никак не влияет на результат наблюдений.

Общим для всех трех опытов было то, что при осуществлении действий, описанных выше, изменялся магнитный поток через вторую катушку, в которой создавался (индуцировался) электрический ток. Важно также и то, что появление тока наблюдалось только в процессе изменения магнитного потока. Как только изменение магнитного потока прекращалось (полностью замыкался ключ, прекращалось относительное смещение катушек или останавливался магнит), стрелка гальванометра занимала нулевое положение. Если гальванометр заменить вольтметром, то он аналогично будет показывать появление разности потенциалов на концах катушки 2.

Наблюдаемое явление Фарадей назвал электромагнитной индукцией, т.е. явлением возникновения ЭДС индукции (а также индукционного тока в замкнутом контуре) при любом изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Экспериментально обнаружено, что величина возбуждаемой ЭДС определяется только скоростью изменения магнитного потока через контур и не зависит от способа его изменения. Напомним, что, согласно определению магнитного потока (5.18), его величина может изменяться при изменении модуля индукции в точках поверхности, ограниченной контуром, при изменении ориентации контура относительно линий магнитной индукции поля, при изменении площади контура.

Выведем количественные соотношения, описывающие содержание явления электромагнитной индукции.

1 способ (на основе закона сохранения энергии). Рассмотрим схему, аналогичную предыдущей. На рис.6.4 показан проводящий контур, образованный двумя параллельными проводниками, замкнутыми свободно двигающейся по ним перемычкой. В контур включен источник тока с ЭДС E и резистор сопротивлением R. Поместим контур в однородное магнитное поле с индукцией . Поскольку в контуре существует электрический ток, то на перемычку будет действовать сила Ампера, что вызовет движение перемычки вправо. Поэтому площадь контура будет возрастать, а, следовательно, магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, также будет увеличиваться. Это будет причиной появления электромагнитной индукции.

Согласно закону сохранения энергии работа, совершенная источником тока за время , равна работе сил магнитного поля по перемещению перемычки и выделившемуся в контуре за это время количеству теплоты:, т.е.

,

где – заряд, перенесенный источником за время. Поскольку, то

,

откуда сила тока в контуре

.

Поскольку, согласно закону Ома, числитель последнего выражения должен определять суммарную ЭДС в контуре, то, следовательно, второе слагаемое выражает ЭДС индукции, возникшую в нем:

. (6.1)

2 способ (на основе электронных представлений). Рассмотрим процессы, происходящие внутри перемычки (рис.6.5, а). Поскольку все свободные электроны двигаются вместе с ней вправо, то со стороны магнитного поля на них действует магнитная составляющая силы Лоренца (5.29). Ее действие приводит к смещению электронов к нижнему краю перемычки, в результате чего происходит разделение зарядов внутри нее. Между разделенными зарядами возникает электрическое поле напряженностью, которое действует на электроны с силой(рис.6.5,б). В стационарном режиме . Следовательно,, т.е.. Найдем разность потенциалов между концами перемычки:

,

поскольку – площадь, очерчиваемая проводником за времяпри движении (рис.6.5,в). Перемычка играет роль источника индукционного тока, а положительным направлением тока внутри источника считается направление от “–” к “+”. Поэтому ЭДС индукции, возникшая при движении перемычки, определится как

. (6.2)

Мы видим, что оба рассмотрения приводят к одному и тому же результату. Обобщим его на произвольный случай движения контура во внешнем магнитном поле (рис.6.6). Поскольку ЭДС – это удельная работа сторонних сил по переносу заряда вдоль контура, а роль сторонней силы выполняет , то. Преобразуем это выражение, используя свойства смешанного произведения векторов:

.

Поменяем местами сомножители в векторном произведении, изменив знак произведения:

.

Поскольку (см. п.5.5), то

. (6.3)

Итак, при движении замкнутого проводящего контура во внешнем магнитном поле в нем возникает ЭДС индукции, равная скорости изменения магнитного потока через площадь поверхности, ограниченной контуром. Полученный вывод и соотношение (6.3) выражают основной закон электромагнитной индукции, названный законом Фарадея–Максвелла. Знак “–“ в соотношении (6.3) показывает, что индукционный ток, возникающий в контуре, своим магнитным полем компенсирует изменение магнитного потока, вызвавшего появление индукционного тока.

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Электромагнитные колебания и волны

1. Явление электромагнитной индукции было открыто английским ученым Майклом Фарадеем. Если соединить катушку с гальванометром и внести в катушку полосовой магнит северным полюсом, то стрелка гальванометра отклонится, что свидетельствует о существовании в катушке электрического тока. Когда магнит остановится в катушке, то ток прекратится (рис. 95). При выдвижении магнита из катушки в ней вновь появится электрический ток, но он будет иметь противоположное направление. Причиной возникновения электрического тока в катушке, является изменение магнитного поля, пронизывающего эту катушку, которое происходит при движении магнита.

Возможны различные способы изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника. Можно, например, перемещать не магнит, а катушку, т.е. надевать её на магнит. При этом также возникнет индукционный ток. Можно в большую катушку вставить малую катушку. Большую катушку соединить с гальванометром, а малую — с источником постоянного тока. При замыкании и размыкании цепи малой катушки можно наблюдать отклонение стрелки гальванометра. Таким образом, при любом изменении магнитного поля пронизывающего замкнутый проводник, в нём возникает индукционный ток.

Эти и другие опыты показывают, что ток появляется только при изменении магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводник.

Явление возникновения тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, пронизывающего контур проводника, называется электромагнитной индукцией. Ток, возникающий в этом случае в цепи, называют индукционным током.

Таким образом, направление индукционного тока в катушке зависит от направления движения магнита.

2. Направление индукционного тока зависит от того, каким полюсом вносят магнит в катушку или выносят из нее, т.е. от направления магнитного поля. Если вносить магнит в катушку не северным полюсом, как это делалось в опыте, описанном выше, а южным полюсом, то стрелка гальванометра отклонится в сторону, противоположную той, в которую она отклонялась при внесении магнита северным полюсом. Направление индукционного тока будет разным в зависимости от того, вносят магнит в катушку или выносят его из катушки. Таким образом, направление индукционного тока зависит от направления движения магнита относительно катушки.

Вносить магнит в катушку можно быстрее и медленнее. Наблюдения позволяют сделать вывод о том, что сила индукционного тока зависит от скорости движения магнита, т.е. от скорости изменения магнитного поля. Сила индукционного тока тем больше, чем больше скорость изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника.

Если в самом проводнике изменяется сила тока, то вокруг проводника существует переменное магнитное поле. Это поле порождает в проводнике индукционный ток, который называется током самоиндукции, а явление возникновения такого тока — явлением самоиндукции.

Значение открытия явления магнитной индукции заключается в том, что в этом явлении наглядно наблюдается связь электрических и магнитных явлений, электрического и магнитного полей, что позволяет говорить о существовании единого электромагнитного поля.

3. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы генератора электрического тока — устройства, которое служит источником электрического тока и в котором происходит преобразование механической энергии в электрическую. Основными частями генератора являются магнит и расположенная между его полюсами насаженная на вал рамка.

Рамка приводится во вращение, пронизывающее её магнитное поле изменяется, и в катушке возникает индукционный ток. Этот ток снимается с рамки с помощью устройства, называемого коллектором, представляющим собой два полукольца, каждое из которых присоединяется к различным концам рамки, и щёток, касающихся колец. Промышленные генераторы имеют более сложное устройство, но все они состоят из вращающейся части (ротора), обычно в промышленном генераторе это электромагнит, создающий вращающееся магнитное поле, и неподвижной части (статора) — обмотки, в которой индуцируется электрический ток.

4. Максвеллом было теоретически показано, а Герцем экспериментально доказано, что изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, в свою очередь переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т.е. в пространстве происходят изменения (колебания) характеристик электромагнитного поля.

Электромагнитные колебания происходят в колебательной системе, называемой колебательным контуром. Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности (рис. 96).

Если зарядить конденсатор и затем замкнуть его на катушку, то по цепи пойдёт электрический ток. При этом конденсатор начнёт разряжаться. Сначала сила тока в цепи будет увеличиваться, и появится ток самоиндукции, препятствующий увеличению основного тока и направленный против него. Через ½ часть периода конденсатор полностью разрядится, а сила тока в катушке станет максимальной. Затем сила тока начнет уменьшаться. Ток самоиндукции, который при этом возникнет, будет стремиться поддержать основной ток и будет направлен так же, как и он. Через ¼ часть периода ток прекратится, и конденсатор перезарядится. Затем пойдет обратный процесс.

Таким образом, в колебательном контуре происходят электромагнитные колебания, т.е. периодические изменения заряда, силы тока, электрического и магнитного полей. Колебания, происходящие в колебательном контуре, благодаря начальному запасу энергии в конденсаторе называются свободными. В процессе колебаний энергия извне в контур не поступает.

Минимальный промежуток времени, через который процесс в колебательном контуре полностью повторяется, называется периодом ​\( (T) \)​ электромагнитных колебаний. За период колебаний заряд на обкладках конденсатора изменяется от максимального значения до следующего максимального значения того же знака, или сила тока изменяется от максимального значения до следующего максимального значения при том же направлении тока.

Характеризуя электромагнитные колебания, часто говорят об их частоте. Частотой ​\( (\nu) \)​ колебаний называют число полных колебаний в одну секунду. Частота обратна периоду колебаний

Единицей частоты является 1 Гц. Частоту электромагнитных колебаний часто измеряют в килогерцах (1 кГц = 1000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).

5. Подобно тому как механические колебания распространяются в пространстве в виде механических волн, электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Многочисленные эксперименты показывают, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства возникает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле и т.д. Таким образом, можно говорить об электромагнитном поле. Это поле и распространяется в пространстве.

Процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного ноля представляет собой электромагнитные волны.

Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Они характеризуются определённой длиной волны ​\( \lambda \)​. Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний ​\( (T) \)​. ​\( \lambda=cT \)​ или \( \lambda=c/\nu \), где ​\( c \)​ — скорость распространения электромагнитной волны, ​\( \nu \)​ — частота колебаний.

6. Электрически заряженные частицы могут колебаться с различной частотой. Соответственно, излучаемые при этом электромагнитные волны имеют разную длину волны. Поэтому диапазон частот электромагнитных волн очень широк: он лежит в пределах от 0 до 10²² Гц, а длина волны — в пределах от 10^-14 м до бесконечности. По длине волны или по частоте электромагнитные волны можно разделить на восемь диапазонов. Обладая рядом общих свойств (интерференция, дифракция), волны разной частоты имеют и специфические свойства.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит

А. От скорости перемещения магнита.
Б. От того, каким полюсом вносят магнит в катушку.

Правильный ответ

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

2. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Сила индукционного тока зависит

А. от скорости перемещения магнита
Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

3. Постоянный магнит вносят в катушку, замкнутую на гальванометр (см. рисунок).

Если выносить магнит из катушки с большей скоростью, то показания гальванометра будут примерно соответствовать рисунку

4. Две одинаковые катушки замкнуты на гальванометры. В катушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают такой же полосовой магнит. В какой катушке гальванометр зафиксирует индукционный ток?

1) только в катушке А
2) только в катушке Б
3) в обеих катушках
4) ни в одной из катушек

5. В первом случае магнит вносят в сплошное эбонитовое кольцо, а во втором случае выносят из сплошного медного кольца (см. рисунок).

Индукционный ток

1) возникает только в эбонитовом кольце
2) возникает только в медном кольце
3) возникает в обоих кольцах
4) не возникает ни в одном из колец

6. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр зафиксирует индукционный ток?

А. В малой катушке выключают электрический ток.
Б. Малую катушку вынимают из большой.

1) только в опыте А
2) только в опыте Б
3) в обоих опытах
4) ни в одном из опытов

7. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вынимают из большой катушки. Третью секунду малая катушка находится вне большой катушки. В течение четвертой секунды малую катушку вдвигают в большую. В какой(-ие) промежуток(-ки) времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока?

1) только 0-1 с
2) 1 с-2 с и 3 с-4 с
3) 0-1 с и 2 с-3 с
4) только 1 с-2 с

8. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Оси катушек совпадают. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вращают относительно вертикальной оси по часовой стрелке. Третью секунду малая катушка вновь остаётся в покое. В течение четвёртой секунды малую катушку вращают против часовой стрелки. В какие промежутки времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока в катушке?

1) индукционный ток может возникнуть в любой промежуток времени
2) индукционный ток возникнет в промежутках времени 1-2 с, 3-4 с
3) индукционный ток не возникнет ни в какой промежуток времени
4) индукционный ток возникнет в промежутках времени 0-1 с, 2-3 с

9. К электромагнитным волнам относятся:

A. Волны на поверхности воды.
Б. Радиоволны.
B. Световые волны.

Укажите правильный ответ.

1) только А
2) только Б
3) только В
4) Б и В

10. Какие из приведённых ниже формул могут быть использованы для определения скорости электромагнитной волны?

A. ​\( v=\lambda\nu \)​
Б. \( v=\frac{\lambda}{\nu} \)
В. \( v=\frac{\lambda}{T} \)
Г. \( v=\lambda T \)

1) только А
2) только Б
3) А и В
4) В и Г

11. Установите соответствие между названием опыта (в левом столбце таблицы) и явлением, которое в этом опыте наблюдается (в правом столбце таблицы). В таблице под номером физической величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ВЕЛИЧИНА
A) опыты Фарадея
Б) опыт Эрстеда
B) опыт Ампера

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ
1) действие проводника с током на магнитную стрелку
2) электромагнитная индукция
3) взаимодействие проводников с током

12. Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
A) генератор электрического тока
Б) электрический двигатель
B) электромагнитное реле

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
1) взаимодействие постоянных магнитов
2) взаимодействие проводников с током
3) возникновение электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле
4) магнитное действие проводника с током
5) действие магнитного поля на проводник с током

Часть 2

13. На какую частоту нужно настроить радиоприёмник, чтобы слушать радиостанцию, которая передает сигналы па длине волны 2,825 м?

1) 106,2 кГц
2) 106,2 МГц
3) 847,5 кГц
4) 847,5 МГц

Ответы

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Электромагнитные колебания и волны

5 (100%) 1 vote

Конспект урока»Закон Фарадея.Правило Ленца. Вихревое электрическое поле»

Рыльский филиал Областного бюджетного профессионального образовательного учреждения

«Курский базовый медицинский колледж»

Методическая разработка занятия для преподавателя

по теме «Закон Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле»

Предмет «Физика»

Специальность 34.02.01.Сестринское дело

Подготовила: Ткачева Н.М.- преподаватель физики

Рыльского филиала ОБПОУ «КБМК»

Рассмотрена и утверждена

на заседании ЦМК ООД, ОГСЭ и ЕН

дисциплин

Протокол №_______

от_________________20 г.

Председатель ____________ Рыльск-2017г

Тема занятия «Закон Фарадея. Правило Ленца. Вихревое электрическое поле»

Цель занятия: формирование знаний о явлении электромагнитной индукции, опытах Фарадея; выяснение причины возникновения индукционного тока, повышение мотивации изучения предмета путём показания практической направленности и разнообразия окружающего мира.

Задачи:

Обучающие: формировать умение анализировать, сравнивать, переносить знания в новые ситуации, планировать свою деятельность при построении ответа, выполнении заданий.

Развивающие: развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов, развивать умение находить решение проблемы, делать выводы, выдвигать гипотезы, проверять результаты.

Воспитательные: показать научную и практическую важность великого открытия М.Фарадея, сообщая интересные сведения; воспитывать чувство уважения к собеседнику, индивидуальной культуры общения.

Планируемые результаты : Формирование универсальных учебные действия (УУД), необходимых для развития общих компетенций

Личностные УУД:

1. Формирование ответственного отношения к учению, готовности к саморазвитию и самообразованию;

2. Формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками;

3. Формирование устойчивой учебной- познавательной мотивации и интереса к учению;

Регулятивные УУД

1. осуществление регулятивных действий самонаблюдения, самоконтроля, самооценки в процессе занятия;

2. формирование умения самостоятельно контролировать свое время и управлять им;

Коммуникативные УУД

1. организация и планирование учебного сотрудничества с преподавателем и сверстниками

2. использование адекватных языковых средств для отображения своих чувств, мыслей, мотивов и потребностей;

3. построение устных и письменных высказываний, в соответствии с поставленной коммуникативной задачей;

Познавательные УУД

1. построение логических рассуждений, включающих установление причинно- следственных связей;

2. искать наиболее эффективные средства достижения поставленной задачи

Тип занятия: изучение и первичное закрепление новых знаний

Время занятия: 90 минут (пара)

Технология обучения: деятельностная

Межпредметные связи: химия, биология, русский язык, математика

Оборудование: компьютер, экран, мультимедийный проектор.

Литература: 1 Г.Я.Мякишев , Б.Б. Буховцев, В.М.Чаругин Физика 11: учебник. – М» Просвещение», 2010г. 2. Физика 11кл, поурочные планы по учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б. Буховцева – Волгоград:Учитель, 2010. 3. Сборник задач по физике 10-11. А.П.Рымкевич

Ход урока:

Деятельность преподавателя

Деятельность обучающихся

Формируемые УУД

1.Организационный этап.

Подготовить обучающихся к работе на уроке.

Приветствие

Определение отсутствующих

Организация внимания

Приветствие

Настраиваются на урок

Дежурный докладывает об отсутствующих

Личностные: стремление к познавательной деятельности, готовность к саморазвитию.

Регулятивные: умение быстро переключаться с одного на другой вид деятельности.

Познавательные: умение воспринимать и осмысливать информацию.

2. . Актуализация знаний

Актуализировать опорные знания ранее изученной темы для изучения новой.

Следит за выполнением теста, следит за временем выполнения.

Показывает эталон теста.

Организует самопроверку теста.

Презентация

( слайды 3-13)

Выполняют проверочный тест.

Проверяют тест по эталону.

Личностные: Умение соблюдать дисциплину на занятии, уважительно относится к преподавателю и сверстникам.

Регулятивные:

— выделение и осознание студентами того, что уже усвоено, осознание качества и уровня усвоения.

Познавательные:

— использование имеющихся знаний, чтобы самостоятельно работать

Коммуникативные:

— уметь слушать и слышать, понимать речь других, формулировать собственное мнение

3 Постановка целей и задач.

Мотивация учебной деятельности обучающихся.

Организовать и направить к цели познавательную деятельность обучающихся.

Определить цели и задачи урока.

Проблемный вопрос, подводящий к определению темы урока, сообщение исторической справки.
Озвучить цель урока и мотивировать деятельность обучающихся

Презентация

(слайды 14-25)

Слушают, выполняют требования преподавателя: записывают тему в тетрадь

Личностные: стремление совершенствовать ранее приобретенные знания, развитие способности осознавать себя как личность и как часть коллектива, овладение умением работать в группе.

Познавательные: использование имеющихся знаний, самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели, поиск и выделение необходимой информации.

Регулятивные: умение ставить цели и прогнозировать результат.

Коммуникативные: умение высказывать свою точку зрения, слушать собеседника, строить речевое высказывание в соответствии с нормами языка.

4.Первичное усвоение новых знаний

Определение понятий «электромагнитная индукция», «индукционный ток».

Введение понятия магнитного потока.

Связь магнитного потока с числом линий индукции. Единицы магнитного потока.

Правило Э.Х.Ленца.

Изучение зависимости индукционного тока (и ЭДС индукции) от числа витков в катушке и скорости изменения магнитного потока.

Применение ЭМИ на практике.

Дать обучающимся конкретное представление об изучаемом явлении. Добиться от обучающихся восприятия, осознания первичного обобщения новых знаний, освоение обучающимися путей, которые привели к данному обобщению.

1.Организует работу по наблюдению опыты Фарадея

Слайды 26-27

2.Ставит проблемные вопросы. Организует фронтальную беседу, выявляющую знания о возникновении электрического тока в катушке, о времени возникновения тока.

3.Организует работу по определению понятий «электромагнитная индукция», «индукционный ток», «магнитный поток», единицы измерения физических величин. Слайд 28-29

4.Организует работу в тетрадях по выполнению рисунков.

5.Организует беседу по объяснению правила Ленца и алгоритма определения направления индукционного тока.

6.Знакомит с понятием вихревого электрического поля.

Слайды 30-35

6.Корректирует и обобщает выводы

Слайды 36-43

Наблюдают.

Просматривают презентацию.

Отвечают на вопросы, высказывают свои предположения.

Делают выводы, записывают в тетрадь основные понятия, формулы.

Личностные: осознание практической и личностной значимости учебного материала.

Регулятивные:

— определение последовательности промежуточных целей с учетом конечного результата;

— предвосхищение результата и уровня усвоения знаний, его временных характеристик.

Познавательные:

— использование имеющихся знаний, поиск и выделение необходимой информации;

— обобщение информации;

— самостоятельное создание способов решения проблем поискового характера.

Коммуникативные:

— планирование учебного сотрудничества с преподавателем и сверстниками;

— инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации;

— умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации; владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с грамматическими и синтаксическими нормами родного языка.

5. Первичная проверка понимания изученного материала

Закрепить у обучающихся первичные знания по новому материалу

1. Организует самостоятельную работу по изученному материалу

2.Анализирует ответы обучающихся

Определяют направление индукционного тока с помощью правила буравчика

Делают выводы

Объясняют

Личностные: самооценка, адекватное понимание успеха и неуспеха.

Познавательные: рефлексия способов и условий действия.

Регулятивные: умение объективно оценивать свои возможности, анализировать результаты, корректировать свои действия

Коммуникативные:

— умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

— умение отвечать за себя и других участников учебного процесса

— умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации; владение монологической и диалогической формами речи в соответствии с грамматическими и синтаксическими нормами родного языка

6. Закрепление изученного материала

Закрепить у обучающихся осознанные знания по новому материалу

Устанавливает осознанность ситуации.

Проверяет правильность выполнения заданий. Слайды 44-49

Поправляет, вносит коррективы.

Анализирует ответы обучающихся.

Оценивает обучающихся

Решают задания у доски из сборника А.П.Рымкевич №920,№921(1,3.5) и самостоятельно в тетрадях на местах.

Личностные: самооценка, адекватное понимание успеха и неуспеха.

Познавательные: рефлексия способов и условий действия.

Регулятивные: умение объективно оценивать свои возможности, анализировать результаты, корректировать свои действия

Коммуникативные:

— умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации;

— умение отвечать за себя и других участников учебного процесса

— умение с достаточной полнотой и точностью выражать свои мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации.

7. Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению

Сообщить обучающимся о домашнем задании, разъяснить методику его выполнения.

Дает инструкцию по выполнению домашнего задания.

Слайд 50

Слушают

рекомендации по домашнему заданию, записывают его в тетрадь.

Личностные:

— моральный выбор.

Регулятивные:

— постановка учебной задачи.

Познавательные: решение заданий творческого и поискового характера.

Коммуникативные:

— умение задавать вопросы по существу.

8. Рефлексия

(подведение итогов занятия)

Подведение итогов

Организует обсуждение достижений.

Озвучивает оценки обучающихся.

Предлагает определить уровень своих достижений, наметить

перспективы работы.

Слайд51

Участвуют в беседе по обсуждению достижений, отвечая на вопросы, делают выводы.

Личностные:

Умение анализировать результаты собственной деятельности; определять существующие пробелы в полученных знаниях

Регулятивные:

Организация студентами своей учебной деятельности в зависимости от обозначенных пробелов в полученных новых знаниях; умение осуществлять самоконтроль и самооценку.

Коммуникативные:

Умение слушать преподавателя и сверстников. Строить высказывания, формулировать свою позицию.

План урока

I. Организационный момент

У вас на столах лежат карточки, с изображениями человечков настроения, которыми воспользуемся в конце урока и узнаем понравился ли вам урок.

Мотивация: Давайте посмотрим друг на друга – улыбнемся, глядя друг другу в глаза. Это поможет нам в работе.

2. Актуализация знаний:

Проведение теста с последующей взаимопроверкой.

3. Постановка целей и задач. Мотивация учебной деятельности обучающихся:

Тема нашего урока «Электромагнитная индукция».Запишите, пожалуйста, тему урока в тетрадь. Озвучить цели и задачи урока. Наш урок пройдёт под девизом: «Вспоминай – смотри – делай выводы – поделись идеями».

4.Первичное усвоение новых знаний

Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Поэтому можно сделать предположение о том, что между этими полями существует определенная связь.

В 1820г. Эрстед сделал вывод: «Электричество порождает магнетизм».

— Как вы думаете: «Может ли магнетизм порождать электричество»?

Такую задачу в начале XIX века пытались решить многие учёные. Поставил её перед собой и английский учёный М.Фарадей. В 1822г. он в своём дневнике записал «Превратить магнетизм в электричество».

— Что нужно сделать, чтобы имея магнитное поле, получить электрический ток?

Выслушать высказывания учеников.

Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 году М.Фарадей. Почти 10 лет потребовалось М.Фарадею, чтобы её решить.

Опыт Фарадея: катушка, соединённая с гальванометром, к этой катушке приближаем и удаляем магнит.

— Что вы наблюдаете, когда магнит приближается к катушке?

— Почему отклонилась стрелка?

— Магнит находится в катушке, что вы видите?

— Почему стрелка не отклонилась?

— Удаляем магнит от катушки, что наблюдаем? Почему стрелка отклонилась? В какую сторону стрелка отклонилась?

— Почему в катушке возникает ток?

— А можно ли изменить величину тока?

-Каким образом? Что для этого нужно сделать?

— Какой вывод можно сделать из этого опыта?

Вывод: Электрический ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих замкнутый контур.

Он решил проблему: может ли магнитное поле вызывать появление электрического тока в проводнике?

Электрический ток, рассуждал М.Фарадей, может намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось.  Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит, или меняющееся магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке. Вопросы:

1. Как вы думаете, что приводит к возникновению электрического тока в катушке?

2. Почему ток был кратковременным?

3. Почему тока нет, когда магнит находится внутри катушки (Рисунок 1), когда не перемещается ползунок реостата (Рисунок 2), когда одна катушка перестает двигаться относительно другой?

Вывод: ток появляется при изменении магнитного поля.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо  движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур меняется.
В случае изменяющегося магнитного поля его основная характеристика В – вектор магнитной индукции может меняться по величине и направлению. Но явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной В. Вопрос: Что же при этом меняется?

Изменяется площадь, которую пронизывает магнитное поле, т.е. изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь.

Для характеристики магнитного поля в области пространства  вводят физическую величину – магнитный поток – Ф 

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведения модуля вектора магнитной индукции В  на площадь S и косинус угла  между векторами В и n.

Единица магнитного потока – Вб (Вебер).
Главное в явлении электромагнитной индукции состоит в порождении электрического поля переменным магнитным полем. В замкнутой катушке возникает ток, что и позволяет регистрировать явление (Рисунок 1).
Возникающий индукционный ток того или иного направления как-то взаимодействует с магнитом. Катушка с проходящим по ней током подобно магниту с двумя полюсами – северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса. На основании закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать.
Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, 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 полюса отталкиваются. При удалении магнита наоборот.

В первом случае магнитный поток увеличивается (Рисунок 5), а во втором случае уменьшается. Причем в первом случае линии индукции В/ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, т.к. катушка отталкивает магнит, а во втором случае входят в этот конец. Эти линии на рисунке изображены более темным цветом. В первом случае катушка с током аналогична магниту, северный полюс которого находится сверху, а во втором случае – снизу.
Аналогичные выводы можно сделать с помощью опыта показанного на рисунке (Рисунок 6).

Вывод: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым вызван. Ввести понятие вихревого поля и его отличия от электростатического.

Правило Ленца. 

Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим.

Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

При всяком изменении магнитного потока через проводящий контур в этом контуре возникает электрический ток.

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

Ток в контуре имеет положительное направление при убывании внешнего магнитного потока.

Закон ЭМИ:ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

— закон ЭМ индукции

Открытие электромагнитной индукции внесло существенный вклад в техническую революцию и послужило основой современной электротехники.

4. Первичная проверка понимания изученного материала

Ответить на вопросы презентации

5. Закрепление изученного материала

Решение задач № 920,921(1.3.5)

(Сборник задач по физике 10-11.А.ПРымкевич).

6. Домашнее задание:

§8—12 (учить), Р. № 918 (письменно в тетрадях)

7. Рефлексия

Подведение итогов занятия. Оценивание обучающихся. Обсуждение результата урока и формулировка вывода о настроении обучающихся в конце урока. (карточки на столах).

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Эксперимент Фарадея по индукции магнитного поля Когда Майкл Фарадей сделал свое открытие электромагнитной индукции в 1831 году, он предположил, что изменяющееся магнитное поле необходимо для индукции тока в соседней цепи. Чтобы проверить свою гипотезу, он сделал катушку, обмотав бумажный цилиндр проволокой.Он подключил катушку к гальванометру, а затем перемещал магнит вперед и назад внутри цилиндра. Щелкните и перетащите магнит назад и вперед внутри катушки. Когда вы перемещаете магнит вперед и назад, обратите внимание, что стрелка гальванометра движется, указывая на то, что в катушке индуцируется ток. Также обратите внимание, что стрелка немедленно возвращается в ноль, когда магнит не движется. Фарадей подтвердил, что для возникновения электромагнитной индукции необходимо движущееся магнитное поле. НАЗАД К РУКОВОДСТВАМ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ И МАГНЕТИЗМУ Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо. © 1995-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами. Этот веб-сайт поддерживается нашим Команда разработчиков графики и веб-программирования в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля . Последнее изменение: пятница, 31 марта 2017 г., 10:10 Счетчик доступа с 6 сентября 1999 г .: 2175305

Что такое закон Фарадея? — Определение, эксперимент и заключение — электрические концепции

Это закон электромагнитной индукции.Единица измерения магнитного потока в системе СИ — Вебер, что эквивалентно метру Тесла ² . Закон Фарадея — это, по сути, экспериментальный результат. Фарадей провел серию экспериментов, чтобы получить упомянутый выше результат. Мы обсудим эксперимент, чтобы лучше понять, как создается ЭДС из-за изменения магнитного потока.

Эксперимент Фарадея

Необходимый материал: Токопроводящая петля, стержневой магнит и гальванометр

К гальванометру подсоединяется токопроводящая петля, и стержневой магнит медленно приближается к петле вдоль оси петли.Теперь стержневой магнит вынимается из петли, но снова по оси петли. Пожалуйста, выполните следующие шаги из симулятора ниже. Не забудьте поставить галочку напротив поля в симуляторе ниже.

• Поднесите стержневой магнит ближе к катушке.

• Отведите стержневой магнит от катушки.

• Удерживайте стержневой магнит неподвижно.

Наблюдения:

• По мере приближения стержневого магнита к петле стрелка гальванометра отклоняется.Это означает, что ток течет в контуре в определенном направлении, как показано отклонением гальванометра. Но ток может течь только при наличии некоторой ЭДС. Это означает, что должна была возникнуть некоторая наведенная ЭДС из-за движения стержневого магнита.

• Когда стержневой магнит отводится от петли, стрелка гальванометра снова отклоняется, но на этот раз в противоположном направлении. Что это значит? Это означает, что ток, протекающий в петле, имеет противоположное направление.Таким образом, направление или полярность ЭДС изменились, что привело к течению тока в противоположном направлении.

• Когда стержневой магнит удерживается в неподвижном состоянии, стрелка гальванометра не отклоняется.

Заключение и формулировка закона Фарадея

Итак, у нас есть эти три наблюдения, и нам нужно сформулировать, как Фарадей пришел к выводу. Видите, когда мы приближаем стержневой магнит к проводящей петле, напряженность магнитного поля увеличивается. Но означает ли это, что наведенная ЭДС зависит только от напряженности магнитного поля? Нет, потому что мы видели в эксперименте, что, когда стержневой магнит удерживается неподвижно рядом с петлей, ток через петлю не течет. Таким образом, наведенная ЭДС зависит не только от напряженности магнитного поля.

Затем, когда мы перемещаем стержневой магнит быстрее к петле или от нее, величина отклонения гальванометра увеличивается. Это означает, что наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитного поля, проходящего через проводящую петлю.Обратите внимание на слово «магнитное поле», проходящее через петлю. Таким образом, чем больше количество силовых линий магнитного поля проходит через петлю, тем больше будет величина наведенной ЭДС. Собственно это магнитный поток. Магнитный поток — это количество силовых линий магнитного поля, проходящих через замкнутую кривую.

Таким образом, теперь мы можем сказать, что наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока, соединяющего проводящую петлю. А как насчет отрицательного знака?

Из наблюдений (1) и (2) мы можем, по крайней мере, сказать, что наведенная ЭДС носит направленный характер и зависит от того, увеличивается или уменьшается потокосцепление через контур.Значение этого отрицательного знака объясняет Ленц в его знаменитом законе Ленца.

Лето

Таким образом, чтобы подвести итог, согласно закону Фарадея наведенная ЭДС зависит от скорости изменения магнитной связи через проводящую катушку или петлю. Следовательно, чтобы возникла наведенная ЭДС, поток через катушку должен измениться.

As Магнитный поток Ø = B.A , где жирный знак означает векторную форму. Таким образом, поток можно изменить, изменив следующее:

• Площадь поперечного сечения змеевика.

• Величина или направление магнитного поля.

• Площадь поперечного сечения и магнитное поле.

Надеюсь, вы полностью поняли закон Фарадея. Если у вас остались сомнения, напишите, пожалуйста, в поле для комментариев. Спасибо!

Законы электромагнитной индукции Фарадея: первый и второй закон

Что такое закон Фарадея

Закон электромагнитной индукции Фарадея (называемый законом Фарадея ) — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с магнитным полем. электрическая цепь для создания электродвижущей силы (ЭДС).Это явление известно как электромагнитная индукция.

Закон Фарадея гласит, что ток будет индуцироваться в проводнике, который подвергается воздействию изменяющегося магнитного поля. Закон электромагнитной индукции Ленца гласит, что направление этого индуцированного тока будет таким, что магнитное поле, создаваемое индуцированным током , противодействует начальному изменяющемуся магнитному полю, которое его породило. Направление этого тока можно определить с помощью правила правой руки Флеминга.

Закон индукции Фарадея объясняет принцип работы трансформаторов, двигателей, генераторов и индукторов. Закон назван в честь Майкла Фарадея, который провел эксперимент с магнитом и катушкой. Во время эксперимента Фарадей обнаружил, как в катушке индуцируется ЭДС при изменении потока, проходящего через катушку.

Эксперимент Фарадея

В этом эксперименте Фарадей берет магнит и катушку и подключает гальванометр через катушку. При запуске магнит находится в состоянии покоя, поэтому гальванометр i не прогибается.e стрелка гальванометра находится в центральном или нулевом положении. Когда магнит перемещается к катушке, стрелка гальванометра отклоняется в одном направлении.

Когда магнит удерживается в неподвижном положении в этом положении, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение. Теперь, когда магнит удаляется от катушки, наблюдается некоторое отклонение стрелки, но в противоположном направлении, и снова, когда магнит становится неподвижным в этой точке относительно катушки, стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.Точно так же, если магнит удерживается в неподвижном состоянии, а катушка движется в сторону магнита, гальванометр аналогичным образом показывает отклонение. Также видно, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет наведенная ЭДС или напряжение в катушке.

1 9000 удерживается неподвижно в том же положении (рядом с катушкой)

Положение магнита	Отклонение гальванометра
Магнит в состоянии покоя	Отсутствие отклонения гальванометра
Магнит движется к катушке	Отклонение гальванометра в одном направлении	Отсутствует отклонение гальванометра
Магнит перемещается от катушки	Отклонение гальванометра, но в противоположном направлении
Магнит остается неподвижным в том же положении ( от катушки)	В гальванометре нет отклонения

Вывод: из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение в потоке индуцирует напряжение на катушке.

Майкл Фарадей сформулировал два закона на основе описанных выше экспериментов. Эти законы называются законами электромагнитной индукции Фарадея .

Первый закон Фарадея

Любое изменение магнитного поля катушки с проволокой вызовет индукцию ЭДС в катушке. Эта индуцированная ЭДС называется индуцированной ЭДС, и если цепь проводника замкнута, ток также будет циркулировать по цепи, и этот ток называется индуцированным током.
Метод изменения магнитного поля:

1. Путем перемещения магнита по направлению к катушке или от нее
2. Путем перемещения катушки в магнитное поле или из него
3. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле
4. Вращая катушку относительно магнита

Второй закон Фарадея

Он утверждает, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, который связывается с катушкой.Потоковая связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея

Рассмотрим, магнит приближается к катушке. Здесь мы рассматриваем два момента в момент времени T ₁ и времени T ₂ .

Потоковая связь с катушкой во время,

Потоковая связь с катушкой во время,

Изменение магнитной связи,

Пусть это изменение в потокосцеплении будет,

Итак, изменение магнитной связи

Теперь скорость изменения магнитной связи

Возьмем производную в правой части и получим

Скорость изменения магнитной связи

Но согласно закону электромагнитной индукции Фарадея скорость изменения магнитной связи равна наведенной ЭДС .

С учетом закона Ленца.

Где:

• Поток Φ в Вт = BA
• B = напряженность магнитного поля
• A = площадь катушки

Как увеличить ЭДС, индуцированную в катушке

• Увеличивая количество витков в катушке катушка, то есть N, из приведенных выше формул легко увидеть, что если количество витков в катушке увеличивается, наведенная ЭДС также увеличивается.
• Путем увеличения напряженности магнитного поля, то есть B, окружающего катушку. Математически, если магнитное поле увеличивается, увеличивается поток, а если увеличивается поток, индуцированная ЭДС также увеличивается.Теоретически, если катушка проходит через более сильное магнитное поле, у катушки будет больше силовых линий, и, следовательно, будет больше индуцированной ЭДС.
• За счет увеличения скорости относительного движения между катушкой и магнитом — Если относительная скорость между катушкой и магнитом увеличивается по сравнению с предыдущим значением, катушка будет обрезать линии потока с большей скоростью, поэтому больше индуцированной ЭДС будет произведено.

Применение закона Фарадея

Закон Фарадея — один из самых основных и важных законов электромагнетизма.Этот закон находит свое применение в большинстве электрических машин, промышленности, медицины и т. Д.

• Силовые трансформаторы работают на основе закона Фарадея
• Основным принципом работы электрического генератора является закон взаимной индукции Фарадея.
• Индукционная плита — самый быстрый способ готовить. Он также работает по принципу взаимной индукции. Когда ток течет через катушку с медной проволокой, расположенную под посудой, он создает изменяющееся магнитное поле.Это переменное или изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС и, следовательно, ток в проводящем контейнере, и мы знаем, что поток тока всегда выделяет в нем тепло.
• Электромагнитный расходомер используется для измерения скорости определенных жидкостей. Когда магнитное поле прикладывается к электрически изолированной трубе, по которой протекают проводящие жидкости, в соответствии с законом Фарадея в ней индуцируется электродвижущая сила. Эта индуцированная ЭДС пропорциональна скорости течения жидкости.
• Основы теории электромагнетизма, идея Фарадея о силовых линиях используется в хорошо известных уравнениях Максвелла. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного поля вызывает изменение электрического поля, и обратное этому используется в уравнениях Максвелла.
• Он также используется в музыкальных инструментах, таких как электрогитара, электрическая скрипка и т. Д.

Эксперимент Фарадея | Научный проект

Навести ток в проводе с помощью магнита.

Что произойдет, если пропустить сильный магнит через петлю из медной проволоки?

• Стержневой магнит
• Изолированный медный провод
• Гальванометр (токомер чувствительный)
• Картонное бумажное полотенце или трубка от туалетной бумаги

1. Плотно оберните медный провод вокруг картонной трубки, чтобы образовался соленоид. Оберните столько раз, сколько сможете, и не забудьте оставить несколько дюймов на каждом конце для подключения к гальванометру.
2. Подсоедините каждый свободный конец провода к положительной и отрицательной клеммам гальванометра.
3. Включить гальванометр.
4. Вставьте магнит внутрь картонной трубки и переместите его. Что происходит? Запишите свои наблюдения.
5. Попробуйте переместить магнит быстрее или медленнее. Что происходит?
6. Выключите гальванометр и отсоедините одну из клемм.
7. Уменьшите количество оборотов соленоида.Подключите и включите гальванометр.
8. Вставьте магнит внутрь картонной трубки и снова поверните его. Что происходит? Запишите свои наблюдения. Влияет ли количество катушек на количество генерируемого тока?

Чем быстрее движется магнит, тем больше тока генерируется в контуре. То же самое и с катушками: чем больше катушек в соленоиде, тем больше генерируется ток.

В эксперименте Фарадея магнит действует на расстоянии (внутри трубки) и воздействует на электроны, перемещая их.С медной проволокой это легко сделать, потому что электроны движутся с небольшим сопротивлением (что объясняет, почему медь является таким отличным проводником). Важно, чтобы провод образовывал замкнутый контур (замкнутый контур), иначе это не сработает! Магнитное поле действует на все части петли немного по-разному из-за направления магнитного поля. Поле подталкивает ток в том или ином направлении, в зависимости от того, к какому полюсу магнита приближается. Это можно выяснить с помощью правила правой руки.

Движение «большой палец вверх» совершается управляющей рукой. Большой палец представляет направление магнитного поля, а изгиб пальцев представляет направление тока в петле.

Двигатели и генераторы используют магнитное движение для создания тока и отправки электричества для выполнения полезной работы в силовые машины. Полярные сияния в небе вызваны электрически заряженными частицами магнитным полем Земли. Электромагнетизм полезен и красив!

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Education.com предоставляет идеи проекта Science Fair для информационных только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Образование.com Политика конфиденциальности и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека.Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Электромагнитная индукция — MagLab

В 1831 году Майкл Фарадей провел множество экспериментов, чтобы доказать, что электричество может быть произведено из магнетизма. Он не только продемонстрировал электромагнитную индукцию, но и разработал хорошее представление о происходящих в ней процессах.

В 1831 году Майкл Фарадей провел многочисленные эксперименты, пытаясь доказать, что электричество может быть произведено из магнетизма.В течение нескольких недель великий экспериментатор не только ясно продемонстрировал это явление, теперь известное как электромагнитная индукция , но и разработал хорошее представление о связанных с ним процессах. В одном из экспериментов, проведенных Фарадеем в тот важный год, использовались постоянный магнит и гальванометр, подключенные к катушке с проволокой, намотанной вокруг бумажного цилиндра, подобно тем, которые показаны в этом руководстве.

Чтобы смоделировать эксперимент Фарадея, щелкните и перетащите стержневой магнит назад и вперед внутри катушки.Обратите внимание, что вольтметр , подключенный к катушке, показывает наличие тока только тогда, когда магнит действительно находится в движении, и что его стрелка отклоняется в одном направлении, когда магнит перемещается в катушку, и в противоположном направлении, когда его тянут. из катушки. Также обратите внимание на линии магнитного поля , изображенные синим цветом, исходящие от магнита, и то, как направление тока (указано черными стрелками) изменяется в зависимости от того, в каком направлении движется магнит.Как вы можете заметить, когда северный конец магнита входит в катушку, индуцируется ток, который распространяется вокруг катушки против часовой стрелки; когда магнит затем вытаскивается из катушки, направление меняется на по часовой стрелке.

Также обратите внимание, что создаваемый ток сильнее, когда магнит перемещается быстро, а не постепенно. Отрегулируйте ползунок числа витков , ползунок и снова переместите магнит внутрь и наружу катушки, чтобы определить соотношение между витками провода в катушке и током, индуцируемым в этой катушке.Как показывает вольтметр, большее напряжение может быть индуцировано в катушках, сделанных из большего числа витков провода.

Используйте синюю кнопку перекидного магнита , чтобы увидеть, как все меняется, когда южный конец магнита, демонстрирующий различные силовые линии, взаимодействует с катушками провода.

В этой демонстрации электромагнитной индукции механическая энергия движущегося магнита преобразуется в электричество, потому что движущееся магнитное поле, попадая в проводник, индуцирует ток, протекающий в проводнике.Что также происходит (хотя это не показано в этом руководстве), так это то, что ток, индуцированный в проводе, в свою очередь, создает другое магнитное поле вокруг провода. Это поле противостоит полю движущегося магнита, как объясняется Законом Ленца .

Эксперимент Фарадея с электромагнитной индукцией — подробное объяснение и шаги

Что такое эксперимент с электромагнитной индукцией?

Электромагнитная индукция — это механизм, с помощью которого может протекать ток из-за перехода магнитного поля.

Эксперимент Майкла Фарадея

• Фарадей впервые обнаружил в 1831 году, что всякий раз, когда количество магнитных силовых линий в цепи изменяется, в цепи создается ЭДС, известная как индуцированная ЭДС, явление, известное как электромагнитная индукция.

• Если цепь замкнута, через нее протекает ток, известный как индуцированный ток.

• Эта наведенная ЭДС и ток длится только некоторое время, пока изменяется магнитный поток.

• Два примера того же типа, что и Фарадей и Генри.

(i) Эксперимент — 1

• На следующем рисунке показана замкнутая цепь, содержащая катушку с изолированным проводом.

• Также обратите внимание, что в схеме нет источника ЭДС, поэтому в гальванометре нет прогиба.

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

• Если мы переместим стержневой магнит по направлению к катушке, удерживая катушку в неподвижном состоянии с северным полюсом магнита, обращенным к катушке (скажем), то мы заметим отклонение стрелки гальванометр, показывающий давление тока в цепи.

• Это отклонение наблюдается только в течение периода времени, в течение которого магнит находится в движении. Теперь, если мы начнем толкать магнит в противоположном направлении, стрелка гальванометра отклонится в противоположном направлении.

• Опять же, если мы переместим магнит к катушке так, чтобы его южный полюс был обращен к катушке, отклонение теперь будет в противоположном направлении, что снова указывает на то, что ток, установленный в катушке, находится в направлении, противоположном тому, когда северный полюс обращен к проводу.

• Отклонение также наблюдается в гальванометре, когда магнит неподвижен, а цепь отодвинута от магнита.

• Также обнаружено, что движение магнита больше, отклонение стрелки гальванометра больше.

• Из этого эксперимента Фарадей предположил, что магнит, движущийся в одном направлении к катушке, имел тот же эффект, толкая катушку в другом направлении к магниту.

(ii) Эксперимент — 2

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

• Теперь мы заменили магнит из предыдущего эксперимента на катушку с током и ожидаем получить такой же эффект, что и ток — несущая катушка создает магнитное поле.

• Движение любой из катушек показывает отклонение гальванометра.

• Гальванометр также показывает внезапное отклонение в одном направлении, когда в первичной катушке начинается ток, и в противоположном направлении, когда ток прекращается.

Магнитный поток:

Число силовых линий магнитного поля, пересекающих любую поверхность, обычно называется магнитным потоком (ϕ) на этой поверхности.

ϕ = B.A cos θ

Где B — магнитное поле, A — поверхностное поле, ϕ — угол между магнитным полем и вектором площади. Единица измерения магнитного потока в системе СИ — вебер.

Объяснение эксперимента с электромагнитной индукцией

Электромагнитная индукция:

Это явление ЭДС. образование в проводнике из-за изменения связанного с ним магнитного потока. Созданная таким образом ЭДС называется наведенной ЭДС. и ток называется индуцированным током.

Закон электромагнитной индукции Фарадея:

Величина наведенной ЭДС в цепи равна скорости изменения магнитного потока в цепи во времени.Математически индуцированная ЭДС определяется выражением ε = — (dϕ / dt).

Отрицательный знак указывает, что ток, возникающий в цепи, часто течет в таком направлении, что он противодействует изменению или вызывает его противодействие изменению или вызывает изменение.

В случае плотно намотанной N-витковой катушки, изменение магнитного потока, связанное с каждым витком, одинаково. Таким образом, выражение для полной наведенной ЭДС имеет вид —

ε = — N (dϕ / dt).

Наведенную ЭДС можно улучшить, увеличив количество N витков замкнутой катушки.

Потоки можно изменить, изменив одно или несколько слов B, A и θ.

Закон Фарадея: что это такое, характеристики и объяснение

Майкл Фарадей был ученым, внесшим большой вклад в мир науки. Благодаря этому ученому, многие элементы, которые мы используем в повседневной жизни, регулируются законом Фарадея . Электромагнитная индукция — это процесс, при котором электрический ток может быть вызван изменением магнитного поля.Эта электромагнитная индукция напрямую связана с законом Фарадея.

В этой статье мы расскажем вам обо всех характеристиках и важности закона Фарадея.

основные характеристики

Существуют различные типы сил, которые заставляют заряды двигаться в магнитном поле. Сила, испытываемая проводом, проходящим через поток , является классическим примером закона Фарадея. В этом случае сила, испытываемая проводом, по которому проходит электрический ток, возникает из-за электронов, которые находятся в движении или в присутствии магнитного поля.Этот процесс также происходит наоборот. Мы можем перемещать провод через магнитное поле или изменять величину магнитного поля с течением времени, и это может вызвать протекание тока.

Самый важный закон для описания электромагнитной индукции — это закон Фарадея. Был открыт Майклом Фарадеем и позволяет количественно оценить взаимосвязь между изменяющимся магнитным полем во времени и электрическим полем, создаваемым этими изменениями. Если мы обратимся к закону Фарадея, мы увидим, что он имеет следующее утверждение:

«Индуцированное напряжение в замкнутой цепи прямо пропорционально скорости изменения во времени магнитного потока, который проходит через любую поверхность с самой цепью в качестве края.»

Демонстрация закона Фарадея

Мы собираемся показать, что говорит закон Фарадея, на примере. Рассмотрим эксперимент Фарадея. Здесь у нас есть батарея, которая отвечает за подачу электрического тока на небольшую катушку. При прохождении электрического тока через витки катушки создается магнитное поле. В катушке намотаны металлические кабели, намотанные на ее собственную ось. Когда катушка входит и выходит из более крупной катушки, в ней возникает магнитное поле, которое генерирует напряжение внутри катушки.Это напряжение можно было измерить гальванометром.

Из этого эксперимента можно сформулировать закон Фарадея и сделать многочисленные выводы. Все выводы этого эксперимента были связаны с производством электроэнергии и были ключевыми для закона Ленца, который используется для самого современного обращения с электричеством, которое мы имеем сегодня.

Давайте кратко рассмотрим историю Майкла Фарадея, благодаря которому он смог установить этот закон. Мы знаем, что этот ученый Он был создателем центральных идей, касающихся электричества и магнетизма. Он посвятил свою жизнь исследованиям в этой области науки. Он был очень взволнован, когда датский физик, известный как Эрстед, смог эмпирически продемонстрировать взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. Это произошло в 1820 году. В этом эксперименте он смог проверить, что токопроводящий провод может двигать полностью намагниченную стрелку и что они находятся внутри компаса.

Фарадей смог разработать несколько экспериментов. Один из них состоял из намотки двух проволочных соленоидов на железное кольцо.Чтобы проверить взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, он пропустил электрический ток через один из соленоидов через переключатель. В другом наведен ток. Фарадей объяснил появление электрических токов изменениями магнитного потока, происходящими с течением времени.

Следовательно, благодаря этому эксперименту Майкл Фарадей смог продемонстрировать взаимосвязь между магнитными полями и электрическими полями. Из всего этого вытекает большой объем информации, которая стала частью более поздних формулировок законов Максвелла.

Формула закона Фарадея и примеры

Чтобы установить связь между магнитными полями и электрическими полями, предлагается следующая формула.

ЭДС (Ɛ) = dϕ / dt

Где ЭДС или Ɛ представляют наведенную электродвижущую силу (напряжение), а dϕ / dt — скорость изменения магнитного потока ϕ во времени.

Предметы повседневного обихода, такие как электрические духовки, стали возможны благодаря закону Фарадея. Мы собираемся увидеть некоторые примеры применения закона Фарадея в повседневной жизни.Мы знаем, что практически вся электрическая технология, которая у нас есть сегодня, основана на законе Фарадея . Особенно это важно в отношении всех электроприборов, таких как генераторы, трансформаторы и электродвигатели. Приведем пример: чтобы создать двигатель постоянного тока, знания основывались в основном на использовании медного диска, который вращался на концах магнита. Благодаря этому вращательному движению мог генерироваться постоянный ток.

Из этого принципа происходит изобретение всех сложных объектов, таких как трансформатор, генератор переменного тока, магнитный тормоз или электрическая плита.

Связь между индукцией и магнитной силой

Мы знаем, что теоретические основы закона Фарадея довольно сложны. Знать концептуальное понимание связи, которая существует с магнитной силой, действующей на заряженную частицу, довольно просто. Например, заряд движущегося провода. Мы попытаемся объяснить связь между электрической индукцией и магнитной силой. Мы рассматриваем электрон, который может свободно перемещаться по проволоке. Затем помещаем провод в вертикальное магнитное поле и перемещаем его в направлении, перпендикулярном полю. Важно, чтобы он двигался с постоянной скоростью.

Оба конца провода будут соединены по спирали. Благодаря такому подключению мы гарантируем, что вся работа, проделанная для генерации электрического тока в проводе, будет рассеиваться в виде тепла в сопротивлении провода. Теперь предположим, что человек протягивает провод с постоянной скоростью через магнитное поле. Когда мы тянем за провод , мы должны приложить силу, чтобы постоянное магнитное поле не могло выполнять работу само по себе .Однако вы можете изменить направление силы. Часть силы, которую мы применяем, перенаправляется, вызывая электродвижущую силу на электрон, который путешествовал по проводу. Именно это отклонение устанавливает электрический ток.

No related posts.