Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в результате изменения во времени магнитного потока, который пронизывает замкнутый проводящий контур, в контуре возникает электрический ток. Открыто это явление было физиком из Великобритании Максом Фарадеем в 1831 году.

Введем обозначения, необходимые нам для записи формулы. Для обозначения магнитного потока используем букву Ф, площади контура – S , модуля вектора магнитной индукции – B , α – это угол между вектором B → и нормалью n → к плоскости контура.

Магнитный поток, который проходит через площадь замкнутого проводящего контура, можно задать следующей формулой:

Φ = B · S · cos α ,

Проиллюстрируем формулу.

Рисунок 1 . 20 . 1 . Магнитный поток через замкнутый контур. Направление нормали n → и выбранное положительное направление l → обхода контура связаны правилом правого буравчика.

За единицу магнитного потока в С И принят 1 вебер (В б) . Магнитный поток, равный 1 В б, может быть создан в плоском контуре площадью 1 м 2 под воздействием магнитного поля с индукцией 1 Т л, которое пронизывает контур по направлению нормали.

1 В б = 1 Т л · м 2

Закон Фарадея

Изменение магнитного потока приводит к тому, что в проводящем контуре возникает ЭДС индукции δ и н д. Она равна скорости, с которой происходит изменение магнитного потока через ограниченную контуром поверхность, взятой со знаком минус. Впервые экспериментально установил это Макс Фарадей. Он же записал свое наблюдение в виде формулы ЭДС индукции, которая теперь носит название Закона Фарадея:

Определение 1

Закон Фарадея:

δ и н д = - ∆ Φ ∆ t

Правило Ленца

Определение 2

Согласно результатам опытов, индукционный ток, который возникает в замкнутом контуре в результате изменения магнитного потока, всегда направлен определенным образом. Создаваемое индукционным током магнитное поле препятствует изменению вызвавшего этот индукционный ток магнитного потока. Ленц сформулировал это правило в 1833 году.

Проиллюстрируем правило Ленца рисунком, на котором изображен неподвижный замкнутый проводящий контур, помещенный в однородное магнитное поле. Модуль индукции увеличивается во времени.

Пример 1

Благодаря правилу Ленца мы можем обосновать тот факт, что в формуле электромагнитной индукции δ и н д и ∆ Φ ∆ t противоположны по знакам.

Если задуматься о физическом смысле правила Ленца, то это частный случай Закона сохранения энергии.

Причин, по которым может происходить изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, две:

1. Изменение магнитного потока вследствие перемещения всего контура или отдельных его частей в магнитном поле, которое не изменяется со временем;
2. Изменение магнитного поля при неподвижном контуре.

Перейдем к рассмотрению этих случаев подробнее.

Перемещение контура или его частей в неизменном магнитном поле

При движении проводников и свободных носителей заряда в магнитном поле возникает ЭДС индукции. Объяснить возникновение δ и н д можно действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца здесь – это сторонняя сила.

Пример 2

На рисунке мы изобразили пример индукции, когда прямоугольный контур помещен в однородное магнитное поле B → направленное перпендикулярно плоскости контура. Одна из сторон контура перемещается по двум другим сторонам с некоторой скоростью.

Рисунок 1 . 20 . 3 . Возникновение ЭДС индукции в движущемся проводнике. Отражена составляющая силы Лоренца, которая действует на свободный электрон

На свободные заряды подвижной части контура воздействует сила Лоренца. Основная составляющая силы Лоренца в данном случае направлена вдоль проводника и связана с переносной скоростью зарядов υ → . Модуль этой сторонней силы равен:

F Л = e υ → B .

Работа силы F Л на пути l равна:

A = F Л · l = e υ B l .

По определению ЭДС:

δ и н д = A e = υ B l .

Значение сторонней силы для неподвижных частей контура равно нулю. Для соотношения δ и н д можно записать другой вариант формулы. Площадь контура с течением времени изменяется на Δ S = l υ Δ t . Соответственно, магнитный поток тоже будет с течением времени изменяться: Δ Φ = B l υ Δ t .

Следовательно,

δ и н д = ∆ Φ ∆ t .

Знаки в формуле, которая связывает δ и н д и ∆ Φ ∆ t , можно установить в зависимости от того, какие направления нормали и направления контура будут выбраны. В случае выбора согласованных между собой по правилу правого буравчика направлений нормали n → и положительного направления обхода контура l → можно прийти к формуле Фарадея.

При условии, что сопротивление всей цепи – это R , то по ней будет протекать индукционный ток, который равен I и н д = δ и н д R . За время Δ t на сопротивлении R выделится джоулево тепло:

∆ Q = R I и н д 2 ∆ t = υ 2 B 2 l 2 R ∆ t

Парадокса здесь нет. Мы просто не учли воздействие на систему еще одной силы. Объяснение заключается в том, что при протекании индукционного тока по проводнику, расположенному в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, которая связана с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Благодаря этой составляющей появляется сила Ампера F А → .

Для рассмотренного выше примера модуль силы Ампера равен F A = I B l . Направление силы Ампера таково, что она совершает отрицательную механическую работу A м е х. Вычислить эту механическую работу за определенный период времени можно по формуле:

A м е х = - F υ ∆ t = - I B l υ ∆ t = - υ 2 B 2 l 2 R ∆ t

Проводник, перемещающийся в магнитном поле, испытывает магнитное торможение. Это приводит к тому, что полная работа силы Лоренца равна нулю. Джоулево тепло может выделяться либо за счет уменьшения кинетической энергии движущегося проводника, либо за счет энергии, которая поддерживает скорость перемещения проводника в пространстве.

Изменение магнитного поля при неподвижном контуре

Определение 3

Вихревое электрическое поле – это электрическое поле, которое вызывается изменяющимся магнитным полем.

В отличие от потенциального электрического поля работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому проводящему контуру равна δ и н д в неподвижном проводнике.

В неподвижном проводнике электроны могут приводиться в движение только под действием электрического поля. А возникновение δ и н д нельзя объяснить действием силы Лоренца.

Первым, кто ввел понятие вихревого электрического поля, был английский физик Джон Максвелл. Случилось это в 1861 году.

Фактически, явления индукции в подвижных и неподвижных проводниках протекают одинаково. Так что в этом случае мы тоже можем использовать формулу Фарадея. Отличия касаются физической причины возникновения индукционного тока: в движущихся проводниках δ и н д обусловлена силой Лоренца, в неподвижных – действием на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Рисунок 1 . 20 . 4 . Модель электромагнитной индукции

Рисунок 1 . 20 . 5 . Модель опытов Фарадея

Рисунок 1 . 20 . 6 . Модель генератора переменного тока

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Цель работы: экспериментальное изучение явления магнитной индукции и проверка правила Ленца.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном по времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. В нашем случае разумнее было бы менять во времени магнитное поле, так как оно создается движущимися (свободно) магнитом. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. В данном случае наблюдать это мы можем по отклонению стрелки миллиамперметра.

Пример выполнения работы

1. Вводя магнит в катушку одним полюсом (северным) и выводя ее, мы наблюдаем, что стрелка амперметра отклоняется в разные стороны. В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку (магнитный поток) растет, а во втором случае наоборот. Причем в первом случае линии индукции, созданные магнитным полем индукционного тока, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Так как стрелка амперметра отклоняется, то направление индукционного тока меняется. Именно это показывает нам правило Ленца.

Вводя магнит в катушку южным полюсом, мы наблюдаем картину, противоположную первой.

2. (Случай с двумя катушками)

В случае с двумя катушками при размыкании ключа стрелка амперметра смещается в одну сторону, а при замыкании в другую.

Это объясняется тем, что при замыкании ключа, ток в первой катушке создает магнитное поле. Это поле увеличивается, и число линий индукции, пронизывающих вторую катушку, растет. При размыкании число линий, пронизывающих катушку, уменьшается. Следовательно, по правилу Ленца в первом случае и во втором индукционный ток противодействует тому изменению, которым он вызван. Изменение направления индукционного тока нам показывает тот же амперметр, и это подтверждает правило Ленца.

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Как сказал.

Вопросы к экзамену

Для групп АМ-11, СЗ-11, А-11 специальности:

190631 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»

270802 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Список лекций по физике за 1,2 семестр

ЖЕЛАЮ УДАЧИ!

Тестирование

Лабораторная работа № 09 «Изучение явления электромагнитной индукции»

Лабораторная работа №10

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

Оборудование : катушка, два полосовых магнита, миллиамперметр.

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.

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

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. 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.

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

Изучение явления электромагнитной индукции

Решебник по физике за 11 класс (Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, 2000 год),
задача №1
к главе «Лабораторная работа №1 ».

Цель работы: экспериментальное изучение явления магнитной индукциии проверка правила Ленца.

Теоретическая часть: 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 нашем случае разумнее было бы менять во времени магнитное поле, так как оно создается движущимися (свободно) магнитом. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. В данном случае это мы можем наблюдать по отклонению стрелки миллиамперметра.

Оборудование: Миллиамперметр, источник питания, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, выключатель кнопочный, соединительные провода, магнитная стрелка (компас), реостат.

Вывод по проделанной работе: 1. Вводя магнит в катушку одним полюсом (северным) и выводя ее, мы наблюдаем, что стрелка амперметра отклоняется в разные стороны. В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку (магнитный поток), растет, а во втором случае – наоборот. Причем в первом случае линии индукции, созданные магнитным полем индукционного тока, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Так как стрелка амперметра отклоняется, то направление индукционного тока меняется. Именно это показывает нам правило Ленца. Вводя магнит в катушку южным полюсом, мы наблюдаем картину, противоположную первой.

2. (Случай с двумя катушками) В случае с двумя катушками при размыкании ключа стрелка амперметра смещается в одну сторону, а при замыкании в другую. Это объясняется тем, что при замыкании ключа, ток в первой катушке создает магнитное поле. Это поле растет, и число линий индукции, пронизывающих вторую катушку, растет. При размыкании число линий падает. Следовательно, по правилу Ленца в первом случае и во втором индукционный ток противодействует тому изменению, которым он вызван. Изменение направления индукционного тока нам показывает тот же амперметр, и это подтверждает правило Ленца.

Лабораторная работа на тему: «Изучение явления электромагнитной индукции»

Успейте воспользоваться скидками до 60% на курсы «Инфоурок»

Лабораторная работа

изучение явления электромагнитной индукции

Цель: наблюдать явление электромагнитной индукции, проверить выполнение правила Ленца.

гальванометр, катушка, соединительные провода, магнит.

Метод выполнения работы

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении индукционного электрического тока в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, который пронизывает контур. Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца.

В этой работе наблюдается явление электромагнитной индукции. Через полость катушки перемещают магнит и определяют при этом направление индукционного тока по отклонению стрелки гальванометра.

Направление индукционного тока можно определить и по правилу Ленца. В работе его можно применить так:

1) определить направление магнитных полюсов катушки при движении магнита (к магниту обращен полюс, который препятствует его движению);

2) определить (по правилу магнитной стрелки) направление вектора В магнитного поля, созданного током в катушке;

3) определить (по правилу буравчика) направление тока в катушке.

1. Подсоединить катушку к гальванометру.

2. Передвигать магнит через полость катушки, как показано на рисунках а)-г); отметить в каждом случае отклонение стрелки гальванометра (направление тока).

3. Для одного из четырех случаев (полюса магнита и направление его движения задает преподаватель) определить направление тока в катушке по правилу Ленца, используя п. 1 – 3. Для катушки указать: полюса N и S , направление вектора В, направление тока I .

1. Что характеризует магнитная индукция В? Как вычисляется магнитная индукция? Какие величины входят в эту формулу?

2. Объясните по рисунку, как возникает ЭДС индукции в проводнике, который движется в магнитном поле?

3. При каком условии появляется вихревое электрическое поле? Каковы свойства вихревого электрического поля (объяснит его, опираясь на рисунок).

Лабораторная работа №2. «Изучение явления электромагнитной индукции»

Урок 9. Физика 11 класс

Конспект урока «Лабораторная работа №2. «Изучение явления электромагнитной индукции»»

«Человека, умеющего наблюдать и

анализировать, обмануть невозможно»

Артур Конан Дойль

Данная тема посвящена лабораторной работе по изучению явления электромагнитной индукции.

Цель лабораторной работы : изучение явления электромагнитной индукции, а также проверка правила Ленца.

Оборудование : соединительные провода, миллиамперметр, реостат, источник питания, ключ, полосовой или дугообразный магнит, магнитная стрелка или компас, катушки с сердечниками.

Магнитный поток через плоскую поверхность - это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией

17 октября 1831 года английский ученый Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции.

Явлением электромагнитной индукции называется явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. А полученный таким способом ток, называется индукционным.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение электродвижущей силы индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Знак минус в математической записи закона учитывает правило Ленца , согласно которому электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Подготовка к выполнению работы.

Вставьте в одну из катушек железный сердечник и закрепите его там, например гайкой.

Рядом с катушкой расположите магнитную стрелку или компас.

Замкнув ключ, определите расположение магнитных полюсов катушки с током при помощи магнитной стрелки.

Зафиксируйте, в какую сторону при этом отклониться стрелка миллиамперметра. Это поможет в дальнейшем судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.

После проделанной работы, отключите от цепи реостат и ключ, а миллиамперметр замкните на катушку, при этом сохранив порядок соединения их клемм.

Для удобства записей, можно составить следующую таблицу.

Приступаем непосредственно к выполнению лабораторной работы. При этом все данные, которые вы будите получать в процессе исследования, заносите в таблицу.

Приставив сердечник к одному из полюсов магнита (например к северному), быстро поместите его внутрь катушки, одновременно наблюдая за стрелкой миллиамперметра. По правилу Ленца определите направление индукционного тока внутри катушки.

Оставив магнит неподвижным, после первого опыта, пронаблюдайте опять за стрелкой миллиамперметра.

Быстро вытащите сердечник из катушки, не забывая наблюдать за стрелкой миллиамперметра (модуль скорости выдвижения магнита должен быть примерно таким же, как и в первом опыте). Опять, по правилу Ленца, определите направление индукционного тока внутри катушки в этом случае.

Посмотрите, как ведет себя стрелка миллиамперметра после проделанного опыта.

Повторите наблюдения, изменив полюс магнита с северного на южный.

Запишите вывод по работе на основе проведённых наблюдений. Объясните различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила Ленца.

Теперь немного видоизменим нашу установку.

Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали, и поместите их на один общий сердечник.

Первую катушку соедините с миллиамперметром, а вторую катушку через реостат соедините с источником тока.

Замыкая и размыкая ключ, проверьте возникает ли в первой катушки индукционный ток.

Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнения правила Ленца.

Также проверьте, возникает ли индукционный ток при изменении силы тока реостатом.

В конце работы, подведите ее итог, сделав общий вывод, не забыв отразить в нем условия, при которых в катушке возникал индукционный ток.

Письменно ответьте на 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?

Это интересно:

• УСЛУГИ АДВОКАТОВ В БЛАГОВЕЩЕНСКЕ Вам нужны услуги адвоката или юридическая помощь в Благовещенске? Выбор адвоката – задача не из легких. Из сотен специалистов, называющих себя адвокатами, необходимо выбрать одного, своего, которому можно полностью довериться, который сможет грамотно и в […]
• Регулирующие налоги кодекс Порядок формирования региональных и местных бюджетов характеристика доходных источников, состав и порядок формирования расходных статей, понятие минимального бюджета, оценка доли закрепленных и регулирующих налогов, обоснование нормативов налогов и платежей, […]
• Сколько стоят услуги юриста по взысканию неустойки с застройщика Застройщик КСК (Спб) задерживает срок сдачи квартиры. По договору ДДУ должен был передать 31.12.2015г. Квартира 40м2, приобретена в ипотеку. На что можно рассчитывать и сколько будут стоить услуги юриста (акта приема […]
• Когда кончается страховка Получите квалифицированную помощь прямо сейчас! Наши адвокаты проконсультируют вас по любым вопросам вне очереди. Штраф за просроченную страховку ОСАГО в 2018 году и сколько можно ездить без страховки после ее окончания У многих документов имеется срок действия, […]
• Современное состояние преступности несовершеннолетних в России Уголовная политика Российской Федерации в настоящее время продолжает оставаться нестабильной, носит несистемный характер , в стране отсутствует четкое понимание того, каким образом должно осуществляться […]
• Самозащита потребителя Возврат бытовой техники в магазин Возврат бракованной бытовой техники Почти любая бытовая техника, кроме разве что пылесосов, подходит под перечень технически сложных товаров утвержденный Постановлением Правительства РФ от 10 ноября 2011 г. N 924 в связи с этим […]
• Нормативные документы Приемная комиссия Прием по образовательным программам высшего образования - программам бакалавриата, программам специалитета прием иностранных граждан в КГМУ На нашем сайте вы найдете всю необходимую информацию о правилах поступления в наш вуз, способах и сроках […]
• Стаж имеет значение: в ПФР объяснили причины отказов в страховой пенсии Страховая пенсия по старости назначается при наличии у гражданина минимального трудового стажа и накопленных пенсионных баллов. Об этом сообщили в пресс-службе Пенсионного фонда России (ПФР). Там пояснили, что в […]

Правило Ленца необходимо для определения направления тока, который возникает в результате электромагнитной индукции. И звучит оно так: ток, который возникает в замкнутом проводнике под действием электромагнитной индукции, имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции компенсирует тот поток, который его вызвал.

Проще говоря, индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы препятствовать потоку его вызвавшему.

Проведем такой эксперимент. Возьмем замкнутый контур, состоящий из проводника. В этот контур не будет включен никакой источник тока, и он будет иметь форму соленоида. К этому соленоиду будет подключён гальванометр. Далее в этот соленоид будем вводить постоянный магнит, повернутый северным полюсом. Вследствие этого начнет, увеличивается магнитный поток пронизывающий соленоид и, следовательно, в нем возникнет индуцированный ток. Направление этого тока укажет стрелка гальванометра.

Рисунок 1 — Введение постоянного магнита в солиноид

Этот самый индуцированный ток вызовет появление магнитного поля вокруг соленоида. Поле будет сходно с полем постоянного магнита. Но направлено оно будет навстречу вводимому магниту. То есть северный полюс индуцированного поля будет направлен в сторону северного полюса постоянного магнита.

Рисунок 2 — Возникновение индуцированного поля

Исходя из того что поля направлены встречно то есть между ними возникнут силы отталкивания то ток наведенный в контуре соленоида будет иметь такое направление чтобы противодействовать введению постоянного магнита в контур.
Теперь начнем удалять постоянный магнит от контура. Стрелка гальванометра повернется в другую сторону. Таким образом, станет понятно, что ток в контуре изменил свое направление. И поле, порожденное индуцированным током, будет стремиться сохранить убывающий магнитный поток.

Рисунок 3 — Удаление постоянного магнита от солиноида

В данном опыте не обязательно перемещать магнит. Его можно вращать относительно оси, которая разделяет магнитные полюса. Также можно перемещать либо вращать соленоид. В качестве постоянного магнита можно использовать другой соленоид, к которому подключён источник тока.

Урок по теме «Правило Ленца. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля».

Цель урока : научиться определять направление индукционного тока; на примере правила Ленца сформулировать представление о фундаментальности ЗСЭ; разъяснить сущность явления самоиндукции; вывести формулу для расчета энергии магнитного поля, выяснить физический смысл этой формулы.

План урока:

Проверка домашнего задания.

Изложение нового материала.

Закрепление.

Домашнее задание.

Проверка домашнего задания .

План изложения нового материала:

1. Направление индукционного тока.
2. Правило Ленца и ЗСЭ.
3. Явление самоиндукции.
4. ЭДС самоиндукции.
5. Индуктивность.
6. Применение и учет самоиндукции в технике.
7. Энергия магнитного поля тока.

Направление индукционного тока.

Вопросы к учащимся для актуализации прежних знаний:

Назвать две серии опытов Фарадея по исследованию явления электромагнитной индукции (возникновение индукционного тока в катушке при вдвигании и выдвигании магнита или катушки с током; возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении тока в другой путем замыкания-размыкания цепи или использования реостата).

Зависит ли направление отклонения стрелки гальванометра от направления движения магнита относительно катушки? (зависит: при приближении магнита к катушке стрелка отклоняется в одну сторону, при удалении магнита – в другую).

Чем отличается (судя по показаниям гальванометра) индукционный ток, возникающий в катушке при приближении магнита, от тока, возникающего при удалении магнита (при одинаковой скорости движения магнита)? (ток отличается направлением).

Таким образом, при движении магнита относительно катушки направление отклонения стрелки гальванометра (а, значит, и направление тока) может быть различным (слайд 5).

Сформулируем при помощи опыта Ленца правило нахождения направления индукционного тока (видеоролик «Демонстрация явления электромагнитной индукции»). Объяснение опыта Ленца (слайд 6): Если приближать магнит к проводящему кольцу, то оно начнет отталкиваться от магнита. Это отталкивание можно объяснить только тем, что в кольце возникает индукционный ток, обусловленный возрастанием магнитного потока через кольцо, а кольцо с током взаимодействует с магнитом.

Правило Ленца и закон сохранения энергии (слайд 7).

Если магнитный поток через контур возрастает, то направление индукционного тока в контуре таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Если магнитный поток через контур уменьшается, то направление индукционного тока таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля сонаправлен вектору магнитной индукции внешнего поля.

Формулировка правила Ленца (слайд 8): индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток.

Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Рассмотрим пример проявления правила Ленца в жизни (слайд 9) – парение магнита над сверхпроводящей чашей. Кратко объяснить происходящее можно так: магнит падает; возникает переменное магнитное поле; возникает вихревое электрическое поле; в сверхпроводнике возникают незатухающие кольцевые токи; согласно правилу Ленца направление этих токов таково, что магнит отталкивается от сверхпроводника; магнит «парит» над чашей.

Явление самоиндукции.

Прежде, чем рассмотреть явление самоиндукции, вспомним, в чем заключается суть явления электромагнитной индукции – это возникновение индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Рассмотрим один из вариантов опытов Фарадея (слайд 10): Если в цепи, содержащей замкнутый контур (катушку) менять силу тока, то в самом контуре возникнет ещё и индукционный ток. Этот ток также будет подчиняться правилу Ленца.

Рассмотрим опыт по замыканию цепи, содержащей катушку (слайд 11). При замыкании цепи с катушкой определенное значение силы тока устанавливается лишь спустя некоторое время.

Определение самоиндукции (слайд 12): САМОИНДУКЦИЯ – возникновение вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем; частный случай электромагнитной индукции.
Вследствие самоиндукции замкнутый контур обладает «инертностью»: силу тока в контуре, содержащем катушку, нельзя изменить мгновенно.

ЭДС самоиндукции (слайд 13). Какова формула закона электромагнитной индукции?

(ℰ i = -). Если магнитное поле создано током, то можно утверждать, что Ф ~ В ~ I , т.е. Ф ~ I или Ф= LI , где L – индуктивность контура (или коэффициент самоиндукции). Тогда закон электромагнитной индукции в случае самоиндукции примет вид: ℰ si = - = - или ℰ si = - L (формула для расчета ЭДС самоиндукции).

Индуктивность (слайд 14).

Если из формулы для расчета ЭДС самоиндукции выразить коэффициент пропорциональности L , получим: L = ℰ si / . Затем приравняем к единице значения величин, которые мы непосредственно можем задать – величину скорости изменения силы тока 1 ампер в секунду. Получим формулу, отражающую физический смысл коэффициента самоиндукции (индуктивности): индуктивность контура численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ: = 1 = 1 Гн (генри).

Применение и учет самоиндукции в технике (слайд 15).

Вследствие явления самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки со стальными сердечниками (электромагниты, двигатели, трансформаторы) создается значительная ЭДС самоиндукции и может возникнуть искрение или даже дуговой разряд. В качестве домашнего задания предлагаю (по желанию) подготовить презентацию на тему «Как устранить нежелательную самоиндукцию при размыкании цепи?».

Энергия магнитного поля (слайд 16):

Вспомним опыт, подтверждающий существование явления самоиндукции: при замыкании цепи лампочка вспыхивала не сразу, но и при размыкании цепи с катушкой лампочка вместо того, чтобы, погаснуть, на короткое время вспыхивала. Очевидно, для вспышки лампочки необходима энергия. И энергия эта запасается в катушке в виде энергии магнитного поля. Для вывода энергии магнитного поля используем аналогию между установлением в цепи электрического тока величиной I и процессом набора телом скорости V .

1. Установление в цепи тока I происходит постепенно.

1. Достижение телом скорости V происходит постепенно.

2. Для достижения силы тока I необходимо совершить работу.

2. Для достижения скорости V необходимо совершить работу.

3. Чем больше L , тем медленнее растет I .

3. Чем больше m , тем медленнее растет V .

4. W м =

4. E к =

Закрепление (слайд 17) - вопросы 1 - 8 на стр. 113 учебника.

Домашнее задание (слайд 18) - § 15

Правило Ленца позволяет определять направление индукционного тока в контуре. Оно гласит: «направление индукционного тока всегда таково, что его действие ослабляет действие причины, вызывающей этот индукционный ток».

Например, если взять подвешенное на нити небольшое кольцо из меди, и попытаться внести в него северным полюсом достаточно сильный , то по мере приближения магнита к кольцу, кольцо начнет отталкиваться от магнита.

Это выглядит так, будто бы кольцо начинает вести себя подобно магниту, повернутому одноименным (в данном примере - северным) полюсом к вносимому в него магниту, и пытается таким образом вносимый магнит как бы ослабить.

А если магнит остановить в кольце, и начать из кольца выдвигать, то кольцо наоборот последует за магнитом, словно проявляя себя как тот же магнит, но теперь - обращенный противоположным полюсом к выдвигаемому магниту (отодвигаем северный полюс магнита - притягивается южный полюс, возникающий на кольце), пытаясь на этот раз усилить ослабляемое из-за выдвижения магнита магнитное поле.

Если проделать то же самое с разомкнутым кольцом, то кольцо реагировать на магнит не станет, хотя ЭДС в нем наведется, однако поскольку кольцо не замкнуто, индукционного тока не будет, а значит и направление его определять незачем.

Что на самом деле происходит здесь? Вдвигая магнит в целое кольцо - мы увеличиваем магнитный поток, пронизывающий замкнутый контур, и значит (поскольку , генерируемая в кольце ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока) в кольце генерируется ЭДС.

А выдвигая магнит из кольца - мы тоже изменяем магнитный поток через кольцо, только теперь не увеличиваем его, а уменьшаем, и возникающая ЭДС снова будет пропорциональной скорости изменения магнитного потока, но направлена в противоположную сторону. Поскольку контур представляет собой замкнутое кольцо, то ЭДС конечно порождает в кольце замкнутый ток. А ток создает вокруг себя магнитное поле.

Направление линий индукции магнитного поля, порождаемого в кольце тока, можно определить по правилу буравчика, и они окажутся направлены именно так, чтобы препятствовать поведению линий индукции вносимого магнита: линии внешнего источника входят в кольцо, из кольца, соответственно, - выходят, линии внешнего источника покидают кольцо, в кольцо, соответственно, - направляются.

Правило Ленца в трансформаторе

Теперь вспомним как в соответствии с правилом Ленца ведет себя нагруженный . Допустим, в первичной обмотке трансформатора ток нарастает, следовательно в сердечнике магнитное поле увеличивается. Увеличивается магнитный поток, пронизывающий вторичную обмотку трансформатора.

Поскольку вторичная обмотка трансформатора замкнута через нагрузку, то генерируемая в ней ЭДС породит индукционный ток, который создаст свое собственное магнитное поле вторичной обмотки. Направление этого магнитного поля будет таковым, чтобы ослаблять магнитное поле первичной обмотки. А значит ток в первичной обмотке будет увеличиваться (поскольку увеличение нагрузки во вторичной обмотке эквивалентно уменьшению индуктивности первичной обмотки трансформатора, а значит - понижению импеданса трансформатора для сети). И сеть станет совершать работу в первичной обмотке трансформатора, величина которой будет зависеть от нагрузки во вторичной обмотке.