Закон електромагнітної індукції

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

3. Електромагнітне поле

УРОК 7/34

Тема. Закон електромагнітної індукції

Мета уроку: ознайомити учнів із законом електромагнітної індукції.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

4 хв.

1. Потік магнітної індукції.

2. Явище електромагнітної індукції.

3. Правило Ленца.

Демонстрації

5 хв.

1. Залежність ЕРС індукції від швидкості зміни магнітного потоку.

2. Фрагменти відеофільму “Явище електромагнітної індукції”.

Вивчення нового матеріалу

24 хв.

1. Закон електромагнітної індукції.

2. Вихрове електричне поле.

3. ЕРС індукції в рухомих провідниках.

Закріплення вивченого матеріалу

12 хв.

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Закон електромагнітної індукції

Як відомо, електричний струм існує в замкнутому контурі, якщо виконуються дві умови: наявність вільних заряджених частинок і наявність електричного поля. Але в дослідах Фарадея в колі котушки, замкнутої на гальванометр, немає електричного поля, створеного електричними зарядами (але струм є!). Це може означати тільки одне: в разі зміни магнітного потоку, що пронизує провідний контур, у контурі виникають сторонні (не кулонівські) сили, які переміщають електричні заряди уздовж контуру, виконуючи при цьому роботу.

Роботу сторонніх сил (ACT) з переміщення одиничного позитивного заряду називають ЕРС індукції Закон електромагнітної індукції

Закон електромагнітної індукції

Цю величину можна виміряти, використовуючи закон Ома для повного кола, відповідно до якого Закон електромагнітної індукції де Iінд – сила індукційного струму, R – опір контуру. Дослідним шляхом було встановлено закон електромагнітної індукції:

O ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку, що пронизує цей контур: Закон електромагнітної індукції

Для виникнення індукційного струму провідник повинен бути замкнутим, при цьому сила струму залежить не тільки від швидкості зміни магнітного потоку, але й від опору провідника:

Закон електромагнітної індукції

Для котушки, що складається з N витків, поміщеної в змінне магнітне поле, ЕРС індукції буде в N раз більше:

Закон електромагнітної індукції

З урахуванням правила Ленца закон електромагнітної індукції записують у вигляді Закон електромагнітної індукції

Таким чином, ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через цей контур, узятий із протилежним знаком.

2. Вихрове електричне поле

Звідки ж беруться сторонні сили, які діють на заряди в контурі? У випадку нерухомого щодо спостерігача провідника причина появи сторонніх сил – змінне магнітне поле. Справа в тому, що змінне магнітне поле породжує в навколишньому просторі електричне поле – саме воно діє на вільні заряджені частинки в провіднику. Але породження електричного поля магнітним полем відбувається навіть там, де немає провідного контуру й не виникає електричний струм. Як бачимо, магнітне поле може не тільки передавати магнітні взаємодії, але й бути причиною появи іншої форми матерії – електричного поля.

Однак електричне поле, породжене змінним магнітним полем, має істотну відмінність від поля, утвореного зарядженими частинками.

Електричне поле, утворене змінним магнітним полем, є вихровим, тобто його силові лінії є замкнутими.

Вихрове електричне поле має деякі особливості:

1) поле проявляє себе через силову дію на заряджені частинки, тому основною характеристикою вихрового електричного поля є напруженість Закон електромагнітної індукції;

2) на відміну від електростатичного поля, лінії напруженості вихрового електричного поля є замкнутими. Напрямок цих ліній можна визначити за допомогою, наприклад, лівої руки, як показано на рисунку:

Закон електромагнітної індукції

3) на відміну від електростатичного поля, робота вихрового електричного поля по замкнутій траєкторії не дорівнює нулю (вихрове електричне поле є непотенціальним).

3. ЕРС індукції в рухомих провідниках

Розглянемо провідник завдовжки l, що рухається поступально в однорідному магнітному полі з індукцією Закон електромагнітної індукції зі швидкістю Закон електромагнітної індукції, напрямленою під кутом Закон електромагнітної індукції до ліній магнітної індукції поля.

Закон електромагнітної індукції

На електрони, що рухаються разом із провідником у магнітному полі, діє сила Лоренца, напрямлена уздовж провідника. Її модуль

Закон електромагнітної індукції

Де q0 – заряд вільної зарядженої...

частинки. Під дією цієї сили відбувається поділ зарядів – вільні заряджені частинки змістяться до одного кінця провідника, а на іншому кінці виникне їх нестача, тобто буде перевищувати заряд протилежного знака. Отже, у цьому випадку стороння сила – це сила Лоренца. Поділ зарядів призведе до появи електричного поля, що буде перешкоджати подальшому поділу зарядів. Цей процес припиниться, коли сила Лоренца й сила Закон електромагнітної індукції = q0Закон електромагнітної індукції зрівноважать одна одну. Отже, усередині провідника напруженість електричного поля буде E = BЗакон електромагнітної індукціїSinЗакон електромагнітної індукції, а різниця потенціалів на кінцях провідника U = El = BЗакон електромагнітної індукціїLsinЗакон електромагнітної індукції. Оскільки ми розглядаємо розімкнуте коло, різниця потенціалів на кінцях провідника дорівнюватиме ЕРС індукції в цьому провіднику. Таким чином,

Закон електромагнітної індукції

Якщо такий провідник замкнути, то по колу пройде електричний струм. Таким чином, рухомий у магнітному полі провідник можна розглядати як своєрідне джерело струму, що характеризується ЕРС індукції.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Чому в нерухомих провідниках, розташованих у змінному магнітному полі, виникає індукційний струм?

2. Яка причина виникнення індукційного струму під час руху провідника в постійному магнітному полі?

3. Які особливості вихрового електричного поля?

Другий рівень

1. Яка природа сторонніх сил, що зумовлюють появу індукційного струму в нерухомому провіднику?

2. Чому закон електромагнітної індукції формулюють для ЕРС, а не для сили струму?

3. Яка природа ЕРС індукції в провіднику, що рухається в магнітному полі?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чому від удару блискавки іноді перегоряють запобіжники навіть вимкненого з розетки приладу?

2. Чому для виявлення індукційного струму замкнутий провідник краще брати у вигляді котушки, а не у вигляді прямолінійного проводу?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. За допомогою гнучких проводів прямолінійний провідник довжиною 60 см приєднаний до джерела постійного струму з ЕРС 12 В і внутрішнім опором 0,5 Ом. Провідник рухається в однорідному магнітному полі індукцією 1,6 Тл зі швидкістю 12,5 м/с перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Визначте силу струму в провіднику, якщо опір зовнішнього кола дорівнює 2,5 Ом.

Закон електромагнітної індукції

Розв’язання. На заряди в провіднику діють дві сили: сила Лоренца й сила з боку електричного поля джерела струму. З урахуванням цього можна записати: Закон електромагнітної індукції Скориставшись законом Ома, можна знайти силу струму в колі:

Закон електромагнітної індукції

У рухомому провіднику ЕРС індукції Закон електромагнітної індукції

Остаточно маємо: Закон електромагнітної індукції

З’ясовуємо значення шуканої величини:

Закон електромагнітної індукції

Відповідь: сила струму в провіднику 8 А.

2. Лінії магнітної індукції однорідного магнітного поля утворюють кут 30° з вертикаллю. Модуль вектора магнітної індукції дорівнює 0,2 Тл. Який магнітний потік пронизує горизонтальне дротове кільце радіусом 10 см?

3. Провідник завдовжки 20 см рухається в однорідному магнітному полі індукцією 25 мТл перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Знайдіть ЕРС індукції в провіднику, якщо швидкість його руху 2 м/с.

4. Магнітний потік, що пронизує провідний контур опором 0,24 Ом, рівномірно змінився на 0,6 Вб так, що ЕРС індукції виявилася рівною 1,2 В. Визначте час зміни магнітного потоку й силу струму в провіднику.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Закон електромагнітної індукції: ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через цей контур, узятий із протилежним знаком.

Закон електромагнітної індукції

– Електричне поле, утворене змінним магнітним полем, є вихровим, тобто його силові лінії є замкнутими.

– ЕРС індукції в рухомих провідниках:

Закон електромагнітної індукції

Домашнє завдання

1. Підр-1: § 22; підр-2: § 12 (п. 3).

2. Зб.:

Рів1 № 8.14; 8.15; 8.16; 8.17.

Рів2 № 8.34; 8.35; 8.42; 8.43.

Рів3 № 8.55, 8.56; 8.57; 8.58.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...
Ви зараз читаєте: Закон електромагнітної індукції