Головна » Торгівля » Презентація на тему "Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея"

Презентація на тему "Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея"

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Цілі уроку:

Освітні- Розкрити сутність явища електромагнітної індукції; роз'яснити учням правило Ленца і навчити їх користуватися ним визначення напрями індукційного струму; роз'яснити закон електромагнітної індукції; навчити учнів проводити розрахунок ЕРС індукції у найпростіших випадках.
Розвиваючі– розвивати пізнавальний інтерес учнів, уміння логічно мислити та узагальнювати. Розвивати мотиви вчення та інтерес до фізики. Розвивати вміння бачити зв'язок між фізикою та практикою.
Виховні– виховувати любов до учнівської праці, уміння працювати у групах. Виховувати культуру громадських виступів.

Обладнання:

Підручник «Фізика - 11» Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругін.
Г.М. Степанова.
"Фізика - 11". Поурочні плани до підручника Г.Я.Мякішева, Б.Б.Буховцева. автор – укладач Г.В. Маркіна.
Комп'ютер та проектор.
Матеріал "Бібліотека наочних посібників".
Презентація до уроку

План уроку:

Етапи уроку	Час хв.	Методи та прийоми
1. Організаційний момент: Вступ Історичні відомості		Повідомлення вчителем теми, цілей та завдань уроку. Слайд 1. Життя та діяльність М.Фарадея. (повідомлення учня). Слайди 2, 3, 4.
2. Пояснення нового матеріалу Визначення понять "електромагнітна індукція", "індукційний струм". Введення поняття магнітного потоку. Зв'язок магнітного потоку із числом ліній індукції. Одиниці магнітного потоку. Правило Е.Х.Ленца. Вивчення залежності індукційного струму (і ЕРС індукції) від числа витків у котушці та швидкості зміни магнітного потоку. Застосування ЕМІ на практиці.		1. Демонстрація дослідів ЕМІ, аналіз дослідів, перегляд відеофрагменту «Приклади електромагнітної індукції», Слайди 5, 6. 2. Розмова, перегляд презентації. Слайд 7. 3. Демонстрація справедливості правила Ленца. Відеофрагмент "Правило Ленца". Слайди 8, 9. 4. Робота у зошитах, виконання малюнків, робота з підручником. 5. Розмова. Експеримент. Перегляд відеофрагменту "Закон електромагнітної індукції". Перегляд презентації. Слайди 10, 11.
6. Перегляд презентації Слайд 12.	10	1. Розв'язання задач № 1819,1821 (1.3.5) (Збірник задач з фізики 10-11. Г.М. Степанова)
4. Підбиття підсумків	2	2.Узагальнення вивченого матеріалу учнями.
5. Домашнє завдання	1	§ 8-11 (вчити), Р. №902 (б, г, е), 911 (письменно в зошитах)

ХІД УРОКУ

I. Організаційний момент

1. Електричні та магнітні поля породжуються одними й тими самими джерелами – електричними зарядами. Тому можна зробити припущення, що між цими полями існує певний зв'язок. Це припущення знайшло експериментальне підтвердження 1831 року у дослідах видатного англійського фізика М. Фарадея, у яких відкрив явище електромагнітної індукції. (слайд 1) .

Епіграф:

"Щаслива випадковість
випадає лише одну частку
підготовленого розуму».

Л.Пастернак

2. Короткий історичний нарис про життя та діяльність М.Фарадея. (повідомлення учня). (Слайди 2, 3).

ІІ.Вперше явище, викликане змінним магнітним полем, спостерігав 1831 року М.Фарадей. Він вирішив проблему: чи може магнітне поле викликати появу електричного струму у провіднику? (Слайд 4).

Електричний струм, розмірковував М.Фарадей, може намагнітити шматок заліза. Чи не може магніт, у свою чергу, спричинити появу електричного струму? Довгий час цей зв'язок виявити не вдавалося. Важко було додуматися до головного, а саме: магніт, що рухається, або магнітне поле, що змінюється, може порушити електричний струм у котушці. (Слайд 5).
(Перегляд відеофрагмента «Приклади електромагнітної індукції»). (Слайд6).

Запитання:

Як ви вважаєте, що призводить до виникнення електричного струму в котушці?
Чому струм був короткочасним?
Чому немає струму, коли магніт знаходиться всередині котушки (Малюнок 1), коли не переміщається повзунок реостата (Малюнок 2), коли одна котушка перестає рухатися щодо іншої?

Висновок:Струм з'являється при зміні магнітного поля.

Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струму в провідному контурі, який або спочиває в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі таким чином, що число ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється.
У разі змінного магнітного поля його основна характеристика - вектор магнітної індукції може змінюватися за величиною і напрямом. Але явище електромагнітної індукції спостерігається і при магнітному полі з постійною ст.

Запитання:Що ж змінюється?

Змінюється площа, яку пронизує магнітне полі, тобто. змінюється кількість силових ліній, які пронизують цю площу.

Для характеристики магнітного поля у сфері простору вводять фізичну величину – магнітний потік - Ф(Слайд 7).

Магнітним потоком Фчерез поверхню площею Sназивають величину, рівну добутку модуля вектора магнітної індукції Уна площу Sі косинус кута між векторами. Уі n.

Ф = ВS cos

твір cos = nє проекцією вектора магнітної індукції на нормаль nдо площини контуру. Тому Ф = У n S.

Одиниця магнітного потоку - Вб(Вебер).

Магнітний потік в 1 вебер (Вб) створюється однорідним магнітним полем з індукцією 1Тл через поверхню площею 1м 2 розташовану перпендикулярно вектору магнітної індукції.
Головне явище електромагнітної індукції полягає у породженні електричного поля змінним магнітним полем. У замкнутій котушці виникає струм, що дозволяє реєструвати явище (Малюнок 1).
Виникає індукційний струм того чи іншого напряму взаємодіє з магнітом. Котушка з струмом, що проходить по ній, подібно до магніту з двома полюсами - північним і південним. Напрямок індукційного струму визначає, який кінець котушки виконує роль північного полюса. На підставі закону збереження енергії можна передбачити, у яких випадках котушка притягуватиме магніт, а яких відштовхуватиме.
Якщо магніт наближати до котушки, то з'являється індукційний струм такого напрямку, магніт обов'язково відштовхується. Для зближення магніту та котушки потрібно здійснити позитивну роботу. Котушка стає подібною до магніту, зверненого однойменним полюсом до магніту, що наближається до неї. Одноіменні полюси відштовхуються. При вилученні магніту навпаки.

У першому випадку магнітний потік збільшується (Малюнок 5), а у другому випадку зменшується. Причому першому випадку лінії індукції В/ магнітного поля, створеного виниклим у котушці індукційним струмом, виходять із верхнього кінця котушки, т.к. котушка відштовхує магніт, а в другому випадку входять до цього кінця. Ці лінії на малюнку зображені темнішим кольором. У першому випадку котушка зі струмом аналогічна магніту, північний полюс якого знаходиться зверху, а в другому – знизу.
Аналогічні висновки можна зробити за допомогою досвіду, показаного на малюнку (Малюнок 6).

(Перегляд фрагмента "Правило Ленца")

Висновок:Виникає в замкнутому контурі індукційний струм своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку, яким викликаний. (Слайд 8).

Правило Ленца.Індукційний струм завжди має такий напрямок, при якому виникає протидія причинам, що його породили.

Алгоритм визначення напряму індукційного струму. (Слайд 9)

1. Визначити напрямок ліній індукції зовнішнього поля (виходять з N і входять до S).
2. Визначити, збільшується або зменшується магнітний потік через контур (якщо магніт всувається в кільце, то ∆Ф>0, якщо висувається, то ∆Ф<0).
3. Визначити напрямок ліній індукції магнітного поля В′, створеного індукційним струмом (якщо ∆Ф>0, то лінії В та В′ спрямовані в протилежні сторони; якщо ∆Ф<0, то линии В и В′ сонаправлены).
4. Користуючись правилом свердла (правої руки), визначити напрямок індукційного струму.
Досліди Фарадея показали, що сила індукційного струму в контурі, що проводить, пропорційна швидкості зміни числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену цим контуром. (Слайд 10).
При будь-якій зміні магнітного потоку через провідний контур у цьому контурі виникає електричний струм.
ЕРС індукції у замкнутому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через площу, обмежену цим контуром.
Струм у контурі має позитивний напрямок при зменшенні зовнішнього магнітного потоку.

(Перегляд фрагмента «Закон електромагнітної індукції»)

(Слайд 11).

ЕРС електромагнітної індукції в замкнутому контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим контуром.

Відкриття електромагнітної індукції зробило суттєвий внесок у технічну революцію і послужило основою сучасної електротехніки. (Слайд 12).

ІІІ. Закріплення вивченого

Розв'язання задач № 1819, 1821 (1.3.5)

(Збірник завдань з фізики 10-11. Г.М. Степанова).

IV. Домашнє завдання:

§8 - 11 (вчити), Р. № 902(б, г, е), № 911 (письменно у зошитах)

Список літератури:

Підручник «Фізика – 11» Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругін.
Збірник завдань із фізики 10-11. Г.М. Степанова.
"Фізика - 11". Поурочні плани до підручника Г.Я.Мякішева, Б.Б.Буховцева. автор-упорядник Г.В..
Маркіна
Збірник завдань із фізики 10-11. В/м та відеоматеріали. Шкільний фізичний експеримент "Електромагнітна індукція" (розділи: "Приклади електромагнітної індукції", "Правило Ленца", "Закон електромагнітної індукції")..

А.П.Римкевич

Включити ефекти

1 із 28

Вимкнути ефекти

Дивитись схожі

Код для вставки

ВКонтакті

Однокласники

Телеграм

Рецензії

Зареєструйтесь, щоб додати рецензію.

Презентація "Електромагнітна індукція" описує досвід Фарадея, відкриття електромагнітної індукції та закон, що її регулює, метод отримання індукційного струму та ін. Друга половина презентації містить низку завдань та завдань, які допоможуть учням підготуватися до здачі ГІА.

Досвід Фарадея;
Магнітний потік;
Закон електромагнітної індукції Фарадея;
Правило Ленца;
Одержання індукційного струму.

Формат

pptx (powerpoint)

Кількість слайдів

Попова І.А.

Аудиторія

Слова

Конспект

Присутня

Призначення

Для проведення уроку вчителем

Для проведення тесту/перевірочної роботи

Слайд 1

Слайд 2

Ціль

Повторення основних понять кінематики, видів руху, графіків та формул кінематики відповідно до кодифікатора ДІА та плану демонстраційного варіанту екзаменаційної роботи.

Слайд 3

Відкриття явища електромагнітної індукції

Явище електромагнітної індукції було відкрито видатним англійським фізиком М. Фарадеєм в 1831 р. Воно полягає у виникненні електричного струму в замкнутому контурі, що проводить при зміні в часі магнітного потоку, що пронизує контур.
Фарадей (Faraday) Майкл (22.09.1791–25.08.1867)
Англійський фізик та хімік.

Слайд 4

Досвід Фарадея

Слайд 5

Явище електромагнітної індукції

Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струму в замкнутому провідному контурі при зміні в часі магнітного потоку, що пронизує контур.

Слайд 6

Явище електромагнітної індукції

Слайд 7

Магнітний потік

Магнітним потоком Φ через площу S контуру називають величину
Φ = B · S · cos α
де B - модуль вектора магнітної індукції,
α – кут між вектором та нормаллю до площини контуру
Одиниця магнітного потоку у системі СІ називається вебером (Вб)

Слайд 8

Явище електромагнітної індукції

Слайд 9

Закон електромагнітної індукції Фарадея

Правило Ленца:

При зміні магнітного потоку у провідному контурі виникає ЕРС індукції Eінд, що дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, взятою зі знаком мінус:
У цьому прикладі а інд< 0. Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.

Слайд 10

Залежність індукційного струму від швидкості зміни магнітного потоку

Слайд 11

Правило Ленца

І випадок
ІІ випадок
III випадок
IV випадок

Слайд 12

Зміна магнітного потоку

Зміна магнітного потоку, що пронизує замкнутий контур, може відбуватися з двох причин:

Магнітний потік змінюється внаслідок переміщення контуру або його частин у постійному магнітному полі.
Зміна у часі магнітного поля за нерухомого контуру.

Слайд 13

Отримання індукційного струму

Слайд 14

Генератор змінного струму

Слайд 15

Явище електромагнітної індукції спостерігається у випадках

рух магніту щодо котушки (або навпаки);
рух котушок щодо один одного;
зміна сили струму в ланцюзі першої котушки (за допомогою реостату або замиканням та розмиканням вимикача);
обертанням контуру в магнітному полі;
обертанням магніту всередині контуру.

Слайд 16

Розглянемо завдання

Добірка завдань з кінематики (із завдань ДПА 2008-2010 рр.)

Слайд 17

Завдання

При внесенні південного полюса магніту до котушки амперметр фіксує виникнення індукційного струму. Що потрібно зробити, щоб збільшити силу індукційного струму?

збільшити швидкість внесення магніту
вносити в котушку магніт північним полюсом
змінити полярність підключення амперметра
взяти амперметр із меншою ціною поділу

Слайд 18

Котушка замкнена на гальванометр. У яких із наведених випадків у ній виникає електричний струм? А) У котушку всувають електромагніт. Б) У котушці знаходиться електромагніт.

Лише А.
Лише Б.
В обох випадках.
У жодному з перелічених випадків.

Слайд 19

Дві однакові котушки А та Б замкнуті кожна на свій гальванометр. У котушку А вносять смуговий магніт, а з котушки Б виймають такий самий смуговий магніт. У яких котушках гальванометр зафіксує індукційний струм?

в жодній із
в обох котушках
тільки в котушці А
тільки в котушці

Слайд 20

Одного разу полотном магніт падає крізь нерухоме металеве кільце південним полюсом униз, другий раз північним полюсом вниз. Струм у кільці

виникає в обох випадках

Слайд 21

Струм у котушці змінюється згідно з графіком на малюнку. В які проміжки часу біля торця котушки можна знайти не тільки магнітне, а й електричне поле?

Від 0 до 2 с та від 5 до 7 с.
Лише від 0 до 2 с.
Лише від 2 до 5 с.
У всі вказані проміжки часу.

Слайд 22

У металеве кільце протягом перших двох секунд всувають магніт, протягом наступних двох секунд магніт залишають нерухомим всередині кільця, протягом наступних двох секунд виймають його з кільця. Які проміжки часу в котушці тече струм?

0-6 с
0–2 с та 4–6 с
2-4 с
лише 0–2 с

Слайд 23

Постійний магніт вводять у замкнуте алюмінієве кільце на довгому тонкому підвісі (див. малюнок). Перший раз – північним полюсом, вдруге – південним полюсом. При цьому

в обох дослідах кільце відштовхується від магніту
в обох дослідах кільце притягується до магніту
у першому досвіді кільце відштовхується від магніту, у другому – кільце притягується до магніту
у першому досвіді кільце притягується до магніту, у другому – кільце відштовхується від магніту

Слайд 24

Магніт виводять із кільця так, як показано на малюнку. Який полюс магніту ближчий до кільця?

північний
південний
негативний
позитивний

Слайд 25

На малюнку наведено демонстрацію досвіду з перевірки правила Ленца. Досвід проводиться із суцільним кільцем, а не розрізаним, тому що

суцільне кільце зроблено зі сталі, а розрізане – з алюмінію
у суцільному кільці не виникає вихрове електричне поле, а в розрізаному – виникає
у суцільному кільці виникає індукційний струм, а в розрізаному – ні
у суцільному кільці виникає ЕРС індукції, а в розрізаному – ні

Слайд 26

На малюнку показані два способи обертання рамки однорідному магнітному полі. Струм у рамці

виникає в обох випадках
не виникає в жодному з випадків
виникає лише у першому випадку
виникає лише у другому випадку

Слайд 27

На малюнку зображено момент демонстраційного експерименту з перевірки правила Ленца, коли предмети нерухомі. Південний полюс магніту знаходиться всередині суцільного металевого кільця, але не стосується його. Коромисло з металевими кільцями може вільно обертатися навколо вертикальної опори. При висуванні магніту з кільця воно буде

залишатися нерухомим
рухатися проти годинникової стрілки
робити коливання
переміщатися слідом за магнітом

Слайд 28

Література

http://сайт/

Переглянути всі слайди

Конспект

вчитель фізики

Білово 2013

Пояснювальна записка

Література

Перишкін, А. Ст, Фізика. 7 клас. Підручник для загальноосвітніх шкіл/А. В. Перишкін. - М: Дрофа, 2009. - 198 с.

Перишкін, А. Ст, Фізика. 8 клас. Підручник для загальноосвітніх шкіл/А. В. Перишкін. - М: Дрофа, 2009. - 196 с.

Муніципальна бюджетна нетипова загальноосвітня установа

«Гімназія №1 імені Тасірова Г.Х. Г міста Білово»

Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея Підготовка до ДПА.

Методичний посібник (презентація)

вчитель фізики

Білово 2013

Пояснювальна записка

Методичний посібник (презентація) «Електромагнітна індукція. Досліди Фарадея. Підготовка до ДІА» складена відповідно до вимог до Державної підсумкової атестації (ДІА) з фізики 2010 року та призначена для підготовки випускників основної школи до іспиту.

Короткість та наочність викладу дозволяє швидко та якісно повторити пройдений матеріал при повторенні курсу фізики у 9 класі, а також на прикладах демоверсій ГІА з фізики 2008-2010 років показати застосування основних законів та формул у варіантах екзаменаційних завдань рівня А та В.

Посібник можна використовувати і для 10-11 класів при повторенні відповідних тим, що дозволить зорієнтувати тих, хто навчається на іспит на вибір у випускні роки.

Примітка: файл фільму перевищує максимальний обсяг завантаження на порталі, при стисненні страждає якість відтворення. Тому для вставки відеофрагментів на слайди (у презентації вказані рекомендації) завантажте фільм за вказаними на слайдах адресами та вставте їх на вказані місця. При вставці встановіть "при показі слайдів відтворювати автоматично", на вкладці "Параметри" поставте галочку в полі "На весь екран"

Література

Зорін, Н.І. ДІА 2010. Фізика. Тренувальні завдання: 9 клас/Н.І. Зорін. - М.: Ексмо, 2010. - 112 с. – (Державна (підсумкова) атестація (у новій формі)).

Кабардін, О.Ф. фізика. 9 кл.: збірник тестових завдань для підготовки до підсумкової атестації за курс основної школи/О.Ф. Кабардін. - М.: Дрофа, 2008. - 219 с;

Перишкін, А. Ст, Фізика. 7 клас. Підручник для загальноосвітніх шкіл/А. В. Перишкін. - М: Дрофа, 2009. - 198 с.

Перишкін, А. Ст, Фізика. 8 клас. Підручник для загальноосвітніх шкіл/А. В. Перишкін. - М: Дрофа, 2009. - 196 с.

Завантажити конспект

Явище електромагнітної індукції

"Щаслива випадковість випадає лише на одну частку підготовленого розуму".

Л.Пастернак

Досвід датського вченого Ерстеда

1820 рік

1777 – 1851р

Майкл Фарадей

1791 - 1867 р.р., англійський фізик,

Почесний член Петербурзької

Академії наук (1830),

Основоположник вчення про електромагнітне поле; ввів поняття «електричне» та «магнітне поле»;

висловив ідею існування

електромагнітних хвиль .

1821 рік: «Перетворити магнетизм на електрику».

1931 рік – отримав електричний струм за допомогою магнітного поля

"Електромагнітна індукція" -

слово латинське, означає « наведення»

Досвід М. Фарадея

«На широку дерев'яну котушку був намотаний мідний дріт завдовжки 203 фути і між витками його намотаний дріт такої ж довжини, ізольований від першої бавовняної ниткою.

Одна з цих спіралей була з'єднана з гальванометром, інша з сильною батареєю.

При замиканні ланцюга спостерігалася раптова, але надзвичайно слабка дія на гальванометрі, і та сама дія помічалася при припиненні струму.

При безперервному проходженні струму через одну зі спіралей не вдалося виявити відхилення стрілки гальванометра ... »

Що ми бачимо?

Висновок з побаченого досвіду :

Струм, що виникає в котушці (замкнутому контурі), називають

індукційним.

Відмінність отриманого струму від відомого нам раніше у тому, що для його отримання не потрібне джерело струму.

Загальний висновок Фарадея

Індукційний струм у замкнутому контурі виникає за зміни магнітного потоку через площу, обмежену контуром.

Електромагнітна індукція- це фізичне явище, що полягає у виникненні електричного струму в провідному контурі, який або спочиває в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі таким чином, що кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється.

Виникаючий при цьому струм називають індукційним .

У чому причина виникнення індукційного струму в котушці?

Розглянемо магніт:

Що ви можете сказати про магніт?

Коли ми вносимо магніт у замкнутий контур котушки, що він змінюється?

А як визначити напрямок індукційного струму?

Ми бачимо, що напрямок індукційного струму різний у цих дослідах.

Ґрунтуючись на законі збереження енергії, російський учений Ленц запропонував правило , яким визначається напрямок індукційного струму.

Російський фізик Еміль Ленц

1804 - 1865гг.

0 якщо висувається, то ∆Ф 0). 3. Визначити напрямок ліній індукції магнітного поля В′, створеного індукційним струмом (якщо ∆Ф 0, то лінії В та В′ спрямовані в протилежні сторони; якщо ∆Ф 0, то лінії В та В′ співспрямовані). 4. Користуючись правилом свердла (правої руки), визначити напрямок індукційного струму. ∆ Ф характеризується зміною числа ліній магнітної індукції, пронизують контур " width="640"

1. Визначити напрямок ліній індукції зовнішнього поля (виходять з N і входять до S ).

2. Визначити, збільшується або зменшується магнітний потік через контур (якщо магніт всувається в кільце, то ∆Ф 0, якщо висувається, то ∆Ф 0).

3. Визначити напрямок ліній індукції магнітного поля В′, створеного індукційним струмом (якщо ∆Ф 0, то лінії В і В спрямовані в протилежні сторони; якщо ∆Ф 0, то лінії В і В спрямовані).

4. Користуючись правилом свердла (правої руки), визначити напрямок індукційного струму.

∆ Ф

характеризується зміною

числа ліній магнітної індукції,

пронизливих контур

Математична формула закону електромагнітної індукції

ε =  - ΔΦ/Δ t 

ΔΦ/Δ t - швидкість зміни магнітного потоку (одиниці виміру Вб/с )

ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Закон електромагнітної індукції

Струм у контурі має позитивний напрямок при зменшенні зовнішнього магнітного потоку.

Жорсткий диск комп'ютера.

Електромагнітна індукція у сучасному світі

Відеомагнітофон.

Поліцейський детектор.

Детектор металу в аеропортах

Поїзд магнітною подушкою

Показ відеороликів щодо застосування явища електромагнітної індукції: детектор металів, запис інформації на магнітні носії та читання з них – диск «Фізика 7-11 класи. Бібліотека наочних посібників» Освітні комплекси.

Муніципальний загальноосвітній заклад

«Середня загальноосвітня школа №72»

ЕлектродинамікаЕлектромагнітна індукція

(1-а частина)

Презентацію підготував

вчитель фізики – інформатики

В.С.Дубовик

м.Саратів

Електромагнітна індукція

На цьому занятті Ви повинні вивчити такі питання:

явище електромагнітної індукції;
відмінність змінних електричних та магнітних полів від постійних;
магнітний потік;
напрямок індукційного струму;
правило Ленца;
закон електромагнітної індукції;
вихрове електричне поле;
ЕРС індукції в провідниках, що рухаються;
застосування явища електромагнітної індукції

В результаті Ви повинні навчитися:

визначати напрямок індукційного струму магнітної індукції;
обчислювати магнітний потік;
обчислювати ЕРС індукції.

Для цього:

Вивчіть матеріали підручника;
Дайте відповідь на питання для самоконтролю;
Розгляньте методику вирішення завдань цього типу;

Відкриття явища електромагнітної індукції

Майкл Фарадей

(1791-1867)

На гравюрі: Майкл Фарадей читає лекцію з наочними демонстраціями своїх дослідів у Королівському інституті в Лондоні у 1830 році

Спостереження явища електромагнітної індукції

Явище виникнення ЕРС у контурі при зміні магнітного потоку, що пронизує контур, називається електромагнітною індукцією.

Магнітний потік. Закон електромагнітної індукції

Магнітним потоком Φ через площу Sконтуру називають величину:

Φ = B · S· cos α

Одиниця магнітного потоку в системі СІ називається вберемо (Вб). Магнітний потік, що дорівнює 1 Вб, створюється магнітним полем з індукцією 1 Тл, що пронизує у напрямку нормалі плоский контур площею 1 м 2 .

Фарадей експериментально встановив, що при зміні магнітного потоку в контурі, що проводить, виникає ЕРС індукції E інд , Рівна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, взятої зі знаком мінус:

0, а ЕРС інд I інд тече назустріч обраному позитивному напрямку обходу контуру. Правило Ленца відбиває той експериментальний факт, що ЕРС інд і ΔФ/Δt мають протилежні знаки (знак «мінус» у формулі Фарадея). Правило Ленца має глибоке фізичне значення – воно виражає закон збереження енергії." width="640"

Напрямок індукційного струму. Правило Ленца

Досвід показує, що індукційний струм, що збуджується в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, завжди спрямований так, що магнітне поле, що створюється, перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликає індукційний струм. Це твердження називається правилом Ленца (1833).

Ленц Емілій Християнович

Ілюстрація правила Ленца.

У цьому прикладі ΔФ/ Δ t 0, а ЕРС інд I інд тече назустріч обраному позитивному напрямку обходу контуру.

Правило Ленца відбиває той експериментальний факт, що ЕРС інд і ΔФ/Δt мають протилежні знаки (знак «мінус» у формулі Фарадея). Правило Ленца має глибоке фізичне значення – воно виражає закон збереження енергії.

ЕРС індукції в провідниках, що рухаються.

Виникнення ЕРС індукції пояснюється дією сили Лоренца на вільні заряди в провідниках, що рухаються. Сила Лоренца грає у разі роль сторонньої сили.

Робота сили F Л на шляху lдорівнює A = F Л · l= eυB l .

За визначенням ЕРС

Співвідношенню для ЕРС інд можна надати звичного вигляду. За часи Δt площа контуру змінюється на ΔS = lυΔt. Зміна магнітного потоку за цей час дорівнює

ΔΦ = BlυΔt. Отже,

Вирішення задач

B i

Вирішення задач

Знак «-» не можна враховувати т.к. не задано,

як змінюється магнітний потік

Вирішення задач

Домашнє завдання

§§ 11,13, Упр.2 (8,9)

Розглянути всі завдання із пробних варіантів ЄДІ за 2006 – 2009 р.р. на тему електромагнітна індукція.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

У 1824 році французом Араго було виявлено, що коливання вільно підвішеної магнітної стрілки
загасають значно швидше, якщо під ними знаходиться магнітна пластина. Пізніші досліди показали, що при швидкому обертанні мідної пластини, розташована над нею магнітна стрілка починає коливатися в тому ж напрямку.
Пояснення цьому було дано англійцем Фарадеєм
(1831). Він виходив з того, що електричне та магнітне поля взаємопов'язані, і якщо навколо провідника з
електричним струмом виникає магнітне, то справедливе і зворотне: ВИНИКНЕННЯ
ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ У ЗАМКНУТОМУ ПРОВІДНИКУ,
ПІД ДІЄМ МАГНІТНОГО ПОЛЯ.

Фарадей провів низку дослідів. На немагнітний
1
стрижень намотані два шматки мідного про-
вода. Один(1) підключений до батареї Б втоБ
рій (2) до гальванометра Г. При постійному
струмі у дроті 1 стрілка гальванометра не
Г
відхиляється,і це означає, струму у дроті 2 немає. 2
При замиканні та розмиканні ключа К стрілка гальванометра злегка відхилялася та швидко
поверталася у вихідне становище, що показувало
виникнення в ланцюзі 2 короткочасного струму названого ІНДУКЦІЙНИМ СТРУМОМ. Напрям цього
струму при розмиканні та замиканні ключа було протилежним. Було незрозумілим, що є причиною
виникнення індукційного струму: зміна вихідного струму чи магнітного поля.

Якщо до котушки К₂ з гальванометром K K₁ I
S
1
підвести котушку К₁ з батареєю Б
Б
що створює струм I 1 , то в К₂ виникне
N
Струм I 2 . При видаленні котушки К₁ від
К₂ струм I 2 виникає, але спрямований K₂ I
2
протилежно.
Г
Індукційний струм виникає, так само
якщо до котушки з гальванометром
підвести магніт і переміщати його вздовж котушки.
Напрямок індукційного струму залежить від того, яким кінцем був звернений магніт до котушки, і від того
чи наближався він чи віддалявся.
Причиною появи індукційного струму I 2 є
зміна магнітного поля створюваного котушкою
К₁ чи магнітом.

ЗАКОН ФАРАДЕЯ

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

Відкрите Фарадеєм явище отримало назву:
ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ – виникнення
електрорушійної сили в провіднику, що рухається в
магнітному полі, або в замкнутому контурі, що проводить, при зміні його потокозчеплення. (внаслідок
руху контуру в магнітному полі або зміни
самого поля).
Виникнення індукційного струму в ланцюзі вказує на
наявність у ланцюзі електрорушійної сили (ЕРС), званої електрорушійної електромагнітної силою
індукції (ЕРС індукції Ei).
Значення індукційного струму, отже, і ЕРС індукції
визначаються лише швидкістю зміни магнітного потоку.

ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ ФАРАДЕЯ

ЕРС електромагнітної індукції в контурі чисельно дорівнює та протилежна за знаком швидкості зміни
магнітного потоку крізь поверхню обмежену
цим контуром.
Закон універсальний Ei не залежить від способу зміни
магнітного потоку.
d
Ei
dt
ОСНОВНИЙ ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ
Одиниця виміру Ei - В (вольт).
Вб
Тл м 2
Н м2
Дж
А В з
d
У
dt
з
з
А
м
з
А
з
А
з

ПРАВИЛО ЛЕНЦЯ

Знак «-» – показує, що збільшення потоку d dt 0
викликає ЕРС індукції менше нуля d dt 0 Ei 0
тобто поле індукційного струму спрямоване назустріч потоку, і навпаки, d dt 0 Ei 0 тобто напрямок потоку та поля індукованого струму збіглися.
Знак «-» – математичний вираз ПРАВИЛА ЛЕНЦЯ
- Загального правила для знаходження напрямку індукційного струму.
Індукційний струм у контурі завжди має такий напрям, що створюване ним магнітне поле перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликав цей
індукційний струм.

Для пояснення виникнення ЕРС індукції в нерухомих провідниках Максвелл припустив, що будь-яке змінне магнітне поле збуджує в навколишньому просторі електричне поле, яке є причиною виникнення індукційного струму в
провіднику.
Циркуляція вектора напруженості цього поля E B за будь-яким нерухомим контуром L являє собою
ЕРС електромагнітної індукції.
d
Ei Е В dl
dt
L

РІШЕННЯ РАМКИ У МАГНІТНОМУ ПОЛІ

Нехай рамка рівномірно обертає
S
ся з кутовою швидкістюw const ,
α
в однорідному магнітному полі
У
з індукцією У const.
Магнітний потік зчеплений з
рамкою в будь-який момент часу t дорівнюватиме:
Bn S BS cos BS cos t
t - кут повороту рамки в момент часу t.
При обертанні рамки в ній виникатиме ЕРС індукції Ei d dt BS sin t, що змінюється за гармонічним законом.
Ei max BS Ei Ei max sin t

Якщо в однорідному магнітному полі обертається рамка, то
в ній виникає змінна ЕРС, що змінюється по
гармонійного закону.
Явище електромагнітної індукції стало основою,
на базі якої були створені електричні двигуни, генератори та трансформатори.
Генератори - застосовуються для перетворення одного
виду енергії в іншій.
Найпростіший генератор, що перетворює механічну
енергію в енергію електричного поля – розглянута вище рамка, що обертається в однорідному магнітному полі. Процес перетворення механічної
енергії в електричну оборотний. На цьому принципі
засновано дію електродвигунів, що перетворюють електричну енергію на механічну енергію.

Вихрові струми (струми фуко)

Індукційний струм виникає не тільки в
тонких дротах, а й у масивних суцільних провідниках поміщених у змінне магнітне поле. Ці струми виявляються замкнутими в товщі провідника і
називаються вихровими або струмами Фуко.
Токи Фуко підкоряються правилу Ленца: їх
магнітне поле спрямоване так, щоб
протидіяти зміні магнітного потоку, що індукує вихрові
струми.
Вихрові струми виникають у проводах якими тече змінний струм.
Напрямок струмів Фуко можна визна-
dI
0
dt
I
dI
0
dt
I

лити за правилом Ленца: якщо первинний струм I збільшується (dI dt 0) то струми Фуко спрямовані проти напрямку I, а якщо зменшується (dI dt 0) то за напрямом.
Напрямок вихрових струмів такого, що вони перешкоджають зміні первинного струму всередині провідника
та сприяють його зміні поблизу поверхні.
Це прояви скін-ефекту чи поверхового ефекту.
Так як струми високої частоти практично течуть у тонкому
поверхневому шарі, то дроти для них роблять
порожнистими.

ІНДУКТИВНІСТЬ КОНТУРА САМОІНДУКЦІЯ ВЗАЄМНА ІНДУКЦІЯ ТРАНСФОРМАТОРИ

ІНДУКТИВНІСТЬ. САМОІНДУКЦІЯ

Електричний струм, що тече в контурі, створює навколо себе електромагнітне поле, індукція якого пропорційна струму. Тому, зчеплений із контуром
магнітний потік пропорційний струму в контурі.
LI
L – індуктивність контуру (коефіцієнт індукції)
При зміні сили струму в контурі змінюватиметься
так само і скріплений з ним магнітний потік, а значить у контурі індукуватиметься ЕРС.
Виникнення ЕРС індукції у провідному контурі,
при зміні у ньому сили струму називається –
САМОІНДУКЦІЄЮ.

Одиниця виміру індуктивності - Генрі (Гн).
1 Гн – індуктивність такого контуру, магнітний потік
самоіндукції якого за струму 1 А дорівнює 1 Вб.
Для нескінченно довгого соленоїда повний магнітний потік (потокосчеплення) дорівнюватиме:
N 2I
N 0
S
l
Отже, індуктивність нескінченно довгого контуру:
N 2S
L 0
l
Індуктивність соленоїда залежить від числа витків N ,
довжини l площі соленоїда S і магнітної проникності речовини з якого виготовлений соленоїд.

ЕРС САМОІНДУКЦІЇ

Індуктивність контуру залежить в загальному випадку тільки
від геометричної форми, розмірів та магнітної про
нітратності навколишнього середовища контуру, і, можна
сказати, що індуктивність контуру це аналог електричної ємності відокремленого провідника.
Застосовуючи до індукції закон Фарадея (Ei d dt)
отримаємо:
d
d
dL
dI
Es
LI L I
dt
dt
dt
dt
Якщо контур не деформується (L const) і магнітна
проникність довкілля не змінюється
отже:
dI
Es L
dt

Знак "-" показує, що наявність індуктивності в контурі призводить до уповільнення зміни струму в ньому.
Якщо з часом струм зростає, то ES 0 та dI dt 0 то
є струм самоіндукції спрямований назустріч струму, зумовленому зовнішнім джерелом, і гальмує його
зростання.
Якщо з часом струм убуває ES 0 і dI dt 0 то індукційний струм має такий же напрям, як і
спадаючий струм у контурі і уповільнює його спадання.
Контур володіючи певною індуктивністю набуває електричної інертності: будь-яка зміна
струму гальмується тим сильніше, що більша індуктивність контуру.

СТРУМИ ПРИ РОЗМИКАННІ І ЗАМИКАННІ ЛАНЦЮГУ

При будь-якій зміні сили струму в контурі, що проводить
виникає ЕРС самоіндукції, внаслідок чого в контурі виникають додаткові струми
ЕКСТРАТОКАМИ САМОІНДУКЦІЇ. Відповідно до правила
Ленца, вони завжди спрямовані так, щоб перешкоджати зміні струму в ланцюгу (протилежно від струму від
R
E
До
джерела струму).
Розглянемо ланцюг має джерело тоL
ка з ЕРС E, резистор опору R, котушку індуктивності L. Під дією зовнішньої ЕРС у ланцюгу
тече постійний струм I 0 E R.
На момент часу t=0 відключили джерело струму. Струм через котушку L зменшуватиметься. Що викликає поява ЕРС самоіндукції Es L dI dt перешкоджає

за правилом Ленца зменшення
струму. У кожний момент часу
Струм визначається законом Ома:
ES
dI
dI
R
I
IR L
dt
R
dt
I
L
I
I0
замикання
розмикання
t
Інтегруючи цей вираз по I (змінюючи від I 0 до I) та
по t (змінюючи від 0 до t) отримаємо:
I
Rt
ln
I0
L
I I 0e
t
Струм у момент часу t після вимкнення джерела.
L
– постійний час релаксації (час за котоR
рое сила струму зменшується в рази).
Чим більша індуктивність ланцюга і менше опір, тим менше, а значить, тим повільніше зменшується

ється струм у ланцюзі при розмиканні.
При замиканні ланцюга крім зовнішньої ЕРС E виникає
ЕРС самоіндукції Es L dI dt перешкоджає зростанню струму. Відповідно до закону Ома:
dI
IR E Es E - L
dt
du
dt
Нехай u IR E
u
У момент замикання ланцюга сила струму I 0 і u E означає інтегруючи по u (від E до IR E) і по t (від 0 до t)
IR E t
отримаємо
ln
E
t
I I 0 (1 e)
E
Струм у момент часу t після включення. (I 0).
R

ВЗАЄМНА ІНДУКЦІЯ

Розглянемо два нерухомі кон I1 1 I 2 2
туру 1 та 2 розташованих близько
один від одного. У контурі 1 тече
Струм I1 і магнітний потік, створюваний цим контуром, пропорційний I1.
Позначимо ту частину магнітного потоку, яка пронизує контур 2. 21 L21 I1 (L21 – коефіцієнт пропорційності).
Якщо струм I1 змінюється, то контурі 2 індукується Ei 2
ЕРС, яка за законом Фарадея дорівнює та протилежна за знаком швидкості зміни магнітного
потоку 21 створеного струмом у першому контурі і пронизливий контур 2.

d 21
dI1
Ei 2
L21
dt
dt
Аналогічно, при протіканні в контурі 2 струми отримаємо:
12 L12 I 2
d 12
dI 2
Ei1
L12
dt
dt
Явище виникнення ЕРС в одному з контурів, при
зміні сили струму в іншому називається
ВЗАЄМНОЇ ІНДУКЦІЄЮ.
L12 та L21 – взаємна індуктивність контурів, залежать
від геометричної форми розмірів, взаємного розташування контурів та магнітної проникності
довкілля. Одиниця виміру – Генрі (Гн).
L12 L21
Досліди показали що:

Розрахуємо взаємну індуктивність
l
двох котушок, намотаних на об- I
1
N2
щий тороїдальний сердечник.
N1
S
Магнітна індукція поля, створювана першою котушкою, з числом витків N1 струмом I 1 і
магнітною проникністю осердя довжиною l
N1 I 1
дорівнює:
B 0
l
Магнітний потік через один виток другої котушки:
N1 I 1
2 BS 0
S
l
Повний магнітний потік (потокосчеплення) крізь
вторинну обмотку містить N 2 витків:
N1 N 2
N 2 2 0
I1 S
l

Так як потокозчеплення створюється струмом I 1 то:
N1 N 2
L21 0
S
I1
l
Якщо обчислити магнітний потік, що створюється котушкою 2 крізь котушку 1, то для індуктивності L12 аналогічно отримаємо те саме значення. Значить
взаємна індуктивність двох котушок намотаних на
загальний тороїдальний сердечник:
N1 N 2
L12 L21 0
S
I1
l

ТРАНСФОРМАТОРИ

Вперше трансформатори були
R1
сконструйовані російськими еле-E1 N1
N 2E2
ктротехніком П.М. Яблучковим
(1847-1894) та фізиком І.Ф. Усагін (1855-1919).
Принцип дії трансформаторів, які застосовуються для
підвищення або зниження напруги змінної
струму, заснований на явищі взаємної індукції.
Нехай первинна та вторинна котушки (обмотки) мають відповідно N1 і N 2витків укріплені на замкнутому залізному сердечнику. Кінці першої обмотки
прикріплені до джерела ЭДСE1 , у ній виникає змінний струм I 1 , що створює в осерді трансформатора змінний магнітний потік, практично

повністю локалізований у залізному сердечнику,
а значить, що повністю пронизує витки вторинної
обмотки. Зміна цього потоку викликає у вторинній обмотці появу ЕРС взаємної індукції,
а в первинній ЕРС самоіндукції.
Струм I 1 первинної обмотки визначається за допомогою закону Ома де R1 опір первинної обмотки.
d N1
E1
I1 R1
dt
Падіння напруги I1 R1 на опорі R1 при швидкозмінних полях мало порівняно з кожною
з ЕРС, і можна вважати що:
d
E1 N1
dt

ЕРС взаємної індукції, що виникає у вторинній обмотці:
d(N)
d
E2
N 2
dt
dt
Порівнявши значення ЕРС взаємної E2 та самоіндукцій E1
2
отримаємо:
N2
E2
E1
N1
E2 – ЕРС, що виникає в другій обмотці, знак «-» по-
показує, що ЕРС у першій і другій обмотці протилежні фазі.
N2
- Коефіцієнт трансформації, показує в скоN1
лько разів ЕРС у вторинній обмотці більше (менше)
ніж у первинній.

Нехтуючи втратами енергії (приблизно 2%), і застосовуючи закон збереження енергії, можна вважати що
E2 I 2 E1 I1
Отже:
N2
1
N1
E2
I1 N 2
E1 I 2 N1
- Підвищуючий трансформатор збільшує
змінну ЕРС та знижувальний струм (застосовується
для передачі електроенергії на великі відстані)
N2
1 – знижуючий трансформатор, що зменшує
N1ЭРС і підвищує струм (застосовується при електрозварюванні, де потрібно великий струм при низькій напрузі).

Надрукувати