Jaka jest istota zasady lenistwa? Zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Strumień magnetyczny. Prawo indukcji elektromagnetycznej. Reguła Lenza. Poruszanie obwodu lub jego części w stałym polu magnetycznym

Wstecz Naprzód

Uwaga! Podglądy slajdów służą wyłącznie celom informacyjnym i mogą nie odzwierciedlać wszystkich funkcji prezentacji. Jeśli jesteś zainteresowany tą pracą, pobierz pełną wersję.

Cel: badanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej (EMI).

Edukacyjny:

• badać zjawisko my;
• Zapoznanie uczniów z regułą Lenza.
• Zapoznanie uczniów z wykorzystaniem zjawiska em.

Edukacyjny:

• na przykładzie faktów biograficznych z życia M. Faradaya ukazać determinację i ciężką pracę naukowca;

Edukacyjny:

• rozwój logicznego myślenia w celu wyjaśnienia wyników eksperymentów;
• rozwój umiejętności intelektualnych uczniów (obserwacja, zastosowanie zdobytej wiedzy w nowej sytuacji, analiza, wyciąganie wniosków);

Sprzęt:

• portret Faradaya.
• przyrządy do wykazywania indukcji elektromagnetycznej (dwa galwanometry, źródła prądu: VS-24, RNSh;
• transformator demontowalny i akcesoria,
• magnesy paskowe - 2 szt., klucz, reostat 15 Ohm,
• zamknięty pierścień aluminiowy, pierścień dzielony),
• EOR „Klasy fizyki 7-11. Biblioteka pomocy wizualnych” - 1C.

Edukacja- Sekcja elektrodynamiki.

Plan lekcji:

1. Moment organizacyjny.
2. Powtórzenie.
3. Etap motywacyjny.
4. Nauka nowego materiału.
5. Konsolidacja.
6. Podsumowanie lekcji.

Postęp lekcji

1. Moment organizacyjny. <слайд 1>, <слайд 2>

Witam chłopaki. Dziś na zajęciach poznamy EMI, lub będziemy ją pieszczotliwie nazywać Emichką. Co oznacza indukcję elektromagnetyczną.

2. Powtórzenie. <слайд 3>

Co to jest strumień magnetyczny?

Jakie są sposoby zmiany strumienia magnetycznego?

Obwód zamknięty zwykle znajduje się w polu magnetycznym.

Co stanie się ze strumieniem magnetycznym, gdy obwód zostanie obrócony o 180°?

Co to jest prąd elektryczny?

Jakie są warunki jego istnienia?

3. Etap motywacyjny: <слайд 4>

Nauczyciel zadaje klasie pytanie: Czy w przewodniku może płynąć prąd bez źródła prądu?

(uczniowie podają swoje domysły)

Eksperyment: podłącz dwa galwanometry demonstracyjne.

Obracając uchwyt jednego, obserwujemy ugięcie igły na drugim galwanometrze. (Rysunek 1.)

Problem: skąd wziął się prąd w galwanometrze?

Ryż. 2

4. Nauka nowego materiału:

Eksperyment: wprowadzenie (wyjęcie) magnesu paskowego z obwodu zamkniętego połączonego z galwanometrem. (ryc. 2)

Problem:Skąd wziął się prąd w zamkniętej pętli?

(założeń uczniów)

Jeśli masz jakiekolwiek trudności, możesz zadać uczniom kilka pytań pomocniczych: <слайд 12>

Co to jest obwód? (odpowiedź: obwód zamknięty)

Co istnieje wokół magnesu sztabkowego? (odpowiedź: wokół magnesu istnieje pole magnetyczne)?

Co pojawia się po wprowadzeniu (usunięciu) magnesu do obwodu? (odpowiedź: strumień magnetyczny przenika przez zamkniętą pętlę)

Co dzieje się ze strumieniem magnetycznym, gdy magnes zostanie wprowadzony (usunięty) do zamkniętej pętli? (odpowiedź: zmiany strumienia magnetycznego)

Wniosek: Przyczyna występowania prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym - zmiana strumienia magnetycznego przenikającego obwód zamknięty.

Zjawisko to po raz pierwszy odkrył Michael Faradaya w 1820 roku. Nazwano to zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej.

Nauczyciel: teraz posłuchajmy wiadomości o M. Faradaya ( wiadomość studencka) <слайд 5>

Nauczyciel: Indukcja elektromagnetyczna- zjawisko fizyczne polegające na pojawieniu się wirowego pola elektrycznego, które powoduje przepływ prądu elektrycznego w obwodzie zamkniętym, gdy zmienia się strumień indukcji magnetycznej przez powierzchnię ograniczoną przez ten obwód.

() <слайд 6>

Nauczyciel: Nazywa się prąd powstający w obwodzie zamkniętym wprowadzenie.

(uczniowie piszą w swoich zeszytach)

Nauczyciel: Rozważmy wszystkie przypadki wystąpienia prądu indukowanego w obwodzie zamkniętym. Aby to zrobić, pokazuję serię eksperymentów; uczniowie muszą spróbować wyjaśnić i wskazać przyczynę wystąpienia prądu indukowanego.

Eksperyment 1: wprowadzenie (usunięcie) magnesu paskowego z obwodu zamkniętego połączonego z galwanometrem.

Przyczyna prądu: zmiana liczby linii indukcji magnetycznej.

Eksperyment 2: obracanie ramy jednego galwanometru połączonego z drugim galwanometrem.

Przyczyną prądu jest obrót ramy w polu magnetycznym.

Montujemy obwód elektryczny składający się ze źródła prądu (VS-24M, reostat 15 Ohm, klucz, demontowalny transformator, galwanometr - patrz rys. 3)

Doświadczenie 3 : zamykanie (otwieranie) klucza (rys. 3)

Powód występowania prądu: zmiana natężenia prądu w jednym obwodzie prowadzi do zmiany indukcji magnetycznej.

Eksperyment 4: przesuwanie suwaka reostatu. (ryc. 3)

Powód pojawienia się prądu: zmiana rezystancji w pierwszym obwodzie prowadzi do zmiany natężenia prądu i odpowiednio do zmiany indukcji magnetycznej Ryc. 3.

Nauczyciel: Co decyduje o wielkości i kierunku prądu indukcyjnego?

Eksperyment: wprowadzenie (usunięcie) magnesu najpierw z bieguna północnego, potem z bieguna południowego. (ryc. 4)

Wniosek: Kierunek prądu zależy od kierunku pola magnetycznego i kierunku ruchu magnesu.

Doświadczenie: wprowadzenie (usunięcie) magnesu do obwodu zamkniętego, najpierw jednym magnesem, potem dwoma magnesami. (ryc. 5)

Ryż. 5

Wniosek: wielkość prądu zależy od wielkości indukcji magnetycznej. ryż. 5

Doświadczenie: najpierw wprowadzaj magnes powoli, potem szybko.

Wniosek: wielkość prądu zależy od prędkości, z jaką wprowadzany jest magnes.

Nauczyciel: Aby określić kierunek prądu indukcyjnego w obwodzie zamkniętym, stosuje się go Reguła Lenza : Prąd indukowany ma taki kierunek, że strumień magnetyczny, który wytwarza przez powierzchnię ograniczoną konturem, zapobiega zmianie strumienia magnetycznego, który spowodował ten prąd. ( uczniowie piszą w swoich zeszytach) <слайд 7>

Eksperyment: demonstracja reguły Lenza (z pierścieniem zamkniętym i przeciętym)

(objaśnienia z rysunkami na tablicy)

5. Konsolidacja. <слайд 8>, <слайд 13,14>

Nauczyciel: Zastosujmy tę regułę do następujących przypadków: (ryc. 6)

(nauczyciel sam bada dwie sprawy, zapisując na tablicy plan rozwiązania, pozostałe dwie sprawy uczniowie uzupełniają samodzielnie w zeszytach, można wezwać do tablicy dwóch uczniów lub zaproponować wzajemną kontrolę).

6. Praca domowa.(na kartach) <слайд 9>

W stalowy rdzeń transformatora podłączonego do napięcia 220V (RNSh) włożony jest obwód zamknięty z żarówką. Dlaczego w takim przypadku zapala się lampka? Wyjaśnij za pomocą rysunku. ryż. 7.

Nauczyciel: Zjawisko indukcji elektromagnetycznej znalazło szerokie zastosowanie w technice: transformatory, magnetyczne pociągi lewitujące, wykrywacze metali (wykrywacze metali), zapisywanie informacji na nośnikach magnetycznych i odczytywanie z nich. <слайд 10>

Pokaz filmów o zastosowaniu zjawiska indukcji elektromagnetycznej: wykrywacz metali, zapisywanie informacji na nośnikach magnetycznych i odczytywanie z nich - dysk „Fizyka klasy 7-11. Biblioteka pomocy wizualnych” Kompleksy edukacyjne.

7. Podsumowanie lekcji. <слайд 11>

1) Na czym polega zjawisko EMR?

2) Przypomnijmy eksperymenty, które pozwalają nam zaobserwować to zjawisko.

3) Kto odkrył zjawisko EMR?

4) Co ustaliliśmy korzystając z reguły Lenza?

5) Zastosowanie PEM.

E.H. Lenz ustalił prawo, które pozwala określić kierunek prądu indukcyjnego. Otrzymawszy informację o odkryciu przez M. Faradaya zjawiska indukcji elektromagnetycznej, Lenz przeprowadził serię eksperymentów w celu uzyskania ilościowych praw indukcji. Uważał, że „moc chwilowego prądu” działa jak cios. Siłę tego uderzenia mierzy się prędkością, co wskazuje strzałka wskaźnika prądu elektrycznego. Lenz doszedł do wniosku, że pojawienie się prądu indukcyjnego zależy od szybkości „oddzielenia” cewki od magnesu, pole elektromagnetyczne wzbudzone w cewce jest proporcjonalne do liczby zwojów i jest równe powstałemu polu elektromagnetycznemu wzbudzonemu w cewce. każdym zwoju, przy czym nie ma na to wpływu materiał i średnica uzwojeń twornika. Jednak najważniejszym odkryciem Lenza było prawo (często nazywane regułą) dotyczące kierunku prądu indukcyjnego. Przed nim sam Faraday i wielu innych naukowców zaproponowali bardzo złożone zasady, które umożliwiły określenie kierunku prądu indukcyjnego w szczególnych przypadkach.

Sformułowanie prawa Lenza

Prąd indukowany jest zawsze skierowany w taki sposób, aby jego skutek był przeciwny do działania przyczyny, która spowodowała ten prąd.

Prawo Lenza obowiązuje, gdy przewodniki się poruszają, a pole magnetyczne jest stałe, a także gdy przewodniki są nieruchome, a pole magnetyczne (natężenie prądu) jest zmienne. Prądy indukowane zawsze wytwarzają pole, które ma tendencję do przeciwdziałania zmianom pola zewnętrznego, które wywołały prądy.

Prawo Lenza jest konsekwencją prawa zachowania energii. Zatem prądy indukcyjne, jak każdy inny prąd, wykonują pewną pracę. Oznacza to, że gdy zamknięty przewodnik porusza się w polu magnetycznym, siły zewnętrzne muszą wykonać dodatkową pracę. Praca ta pojawia się, ponieważ prądy indukcyjne oddziałują z polem magnetycznym i powodują siły skierowane w kierunku przeciwnym do ruchu (czyli utrudniają ruch).

Jeśli zapiszemy prawo indukcji elektromagnetycznej w sformułowaniu Maxwella:

gdzie jest indukowanym emf, F jest strumieniem magnetycznym. Znak minus we wzorze (1) odpowiada prawu Lenza.

Załóżmy, że dodatni kierunek normalnej pokrywa się z kierunkiem indukcji magnetycznej. W tym przypadku przepływ przez pętlę jest dodatni. Jeżeli w rozpatrywanym przypadku pole magnetyczne wzrośnie (czyli title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="22" width="54" style="vertical-align: -6px;">), то в соответствии (1), а это значит, что сила тока . Получается, что направление тока индукции является противоположным к избранному нами положительному направлению.!}

Zasadę odwracalności maszyn elektrycznych uważa się za konsekwencję prawa Lenza:

Maszyna elektryczna jest odwracalna, to znaczy może pracować zarówno jako generator, jak i silnik.

Zaplanuj wykorzystanie reguły Lenza

Na przykład regułę Lenza można zastosować, stosując następującą sekwencję działań (wygodną w przypadku zamkniętej pętli):

1. Wyznaczyć (rozważyć) kierunek wektora zewnętrznego pola magnetycznego.
2. Określ, czy strumień magnetyczny w obwodzie maleje, czy wzrasta.
3. Wskaż kierunek wektora indukcji magnetycznej pola prądu indukcyjnego. W przypadku, gdy strumień magnetyczny pola zewnętrznego maleje, wówczas wektor indukcji magnetycznej indukowanego pola prądu jest współkierunkowy z polem zewnętrznym.
4. Korzystając z reguły świdra (dla prądu kołowego) lub reguły prawej ręki dla prądu stałego, określ kierunek prądu indukcyjnego.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia	Prosty przewodnik porusza się równolegle do siebie w stałym polu magnetycznym (ryc. 1). Jak będzie skierowany prąd indukowany?
Rozwiązanie	Zakładamy, że płaszczyzna, w której porusza się przewodnik, jest prostopadła do płaszczyzny rysunku, linie pola magnetycznego leżą w płaszczyźnie rysunku (rys. 1). Kierunek prądu indukcyjnego i znak pola elektromagnetycznego określa się za pomocą prawa Lenza: prąd jest kierowany w taki sposób, że siła mechaniczna działająca na poruszający się przewodnik jest przeciwna do prędkości ruchu, to znaczy spowalnia przewodnik. Siła działająca na przewodnik z prądem to siła amperowa. Jego kierunek wyznacza się za pomocą reguły lewej ręki: linie pola magnetycznego muszą wchodzić w dłoń, cztery palce są skierowane wzdłuż prądu, kciuk zgięty o 900 wskazuje kierunek siły. Aby siła amperowa była skierowana przeciwnie do prędkości, prąd w przewodniku musi płynąć w naszą stronę.
Odpowiedź	Prąd indukcyjny jest skierowany w naszą stronę.

Ma on zawsze taki kierunek, że osłabia działanie przyczyny wzbudzającej ten prąd.

Spektakularną demonstracją reguły Lenza jest eksperyment Elihu Thomsona.

Encyklopedyczny YouTube

1 / 3

Reguła Lenza autorstwa Bezbotvy’ego

Lekcja 281. Indukcja elektromagnetyczna. Strumień magnetyczny. Reguła Lenza

Reguła Lenza. Fizyka

Napisy na filmie obcojęzycznym

Fizyczna istota reguły

mi ja n re = - re Φ re t (\ Displaystyle (\ mathcal (E)) ^ (ind) = - (\ Frac (d \ Phi) (dt)}}

gdzie znak minus oznacza, że ​​indukowany emf działa w taki sposób, że indukowany prąd zapobiega zmianie strumienia. Fakt ten znajduje odzwierciedlenie w regule Lenza.

Reguła Lenza ma charakter ogólny i obowiązuje w różnych sytuacjach fizycznych, które mogą różnić się konkretnym mechanizmem fizycznym wzbudzenia prądu indukcyjnego. Tak więc, jeśli zmiana strumienia magnetycznego jest spowodowana zmianą obszaru obwodu (na przykład w wyniku ruchu jednego z boków obwodu prostokątnego), wówczas indukowany prąd jest wzbudzany przez siłę Lorentza działając na elektrony poruszającego się przewodnika w stałym polu magnetycznym. Jeżeli zmiana strumienia magnetycznego jest związana ze zmianą wielkości zewnętrznego pola magnetycznego, wówczas prąd indukcyjny jest wzbudzany przez wirowe pole elektryczne, które pojawia się, gdy zmienia się pole magnetyczne. Jednakże w obu przypadkach indukowany prąd jest kierowany tak, aby kompensować zmianę strumienia pola magnetycznego w obwodzie.

Jeżeli zewnętrzne pole magnetyczne przenikające do stacjonarnego obwodu elektrycznego jest wytwarzane przez prąd płynący w innym obwodzie, wówczas prąd indukowany może być skierowany albo w tym samym kierunku co zewnętrzny, albo w kierunku przeciwnym: zależy to od tego, czy prąd zewnętrzny maleje lub wzrasta. Jeśli wzrasta prąd zewnętrzny, wówczas wytwarzane przez niego pole magnetyczne i jego strumień wzrasta, co prowadzi do pojawienia się prądu indukcyjnego, który zmniejsza ten wzrost. W tym przypadku prąd indukcyjny jest skierowany w kierunku przeciwnym do głównego. W odwrotnym przypadku, gdy prąd zewnętrzny maleje z czasem, zmniejszenie strumienia magnetycznego prowadzi do wzbudzenia prądu indukowanego, który ma tendencję do zwiększania strumienia, a prąd ten jest skierowany w tym samym kierunku co prąd zewnętrzny.

« Fizyka – klasa 11”

Kierunek prądu indukcyjnego

Kierunek prądu indukcyjnego powstającego w cewce zależy od tego, czy magnes zbliża się do cewki, czy też się od niej oddala.

Powstały indukowany prąd może przyciągać lub odpychać magnes, ponieważ cewka staje się jak magnes z dwoma biegunami - północnym i południowym.
Na podstawie prawa zachowania energii można przewidzieć, w jakich przypadkach cewka będzie przyciągać magnes, a w jakich – odpychając go.

Oddziaływanie prądu indukcyjnego cewki z magnesem.

Jaka jest różnica między tymi dwoma eksperymentami: przybliżeniem magnesu do cewki i odsunięciem go?

Jeśli magnes zostanie zbliżony do cewki

Zwiększa się liczba linii indukcji magnetycznej przebijających zwoje cewki, czyli, co za tym idzie, strumień magnetyczny.
Cewka staje się jak magnes, którego biegun o tej samej nazwie jest skierowany w stronę zbliżającego się magnesu.
Linie indukcyjne pola magnetycznego wytworzonego przez indukowany prąd generowany w cewce wychodzą z górnego końca cewki.
Indukowany prąd pojawia się w cewce w takim kierunku, że magnes jest koniecznie odpychany.
Aby zbliżyć magnes i cewkę do siebie, należy wykonać pozytywną pracę

Jeśli magnes zostanie usunięty z cewki

Zmniejsza się liczba linii indukcji magnetycznej przebijających zwoje cewki, czyli, co za tym idzie, strumień magnetyczny.
Linie indukcyjne pola magnetycznego wytworzonego przez indukowany prąd generowany w cewce wchodzą do górnego końca cewki.
Cewka przewodząca prąd staje się podobna do magnesu, którego biegun północny znajduje się na dole.
Prąd powstaje w cewce w takim kierunku, że pojawia się siła przyciągania magnesu.

Podobnie Można rozważyć eksperyment, w którym na końcach pręta mocuje się dwa przewodzące pierścienie aluminiowe (jeden z nacięciem), które mogą swobodnie obracać się wokół osi pionowej.

Magnes nie oddziałuje z wyciętym pierścieniem, ponieważ nacięcie zapobiega występowaniu prądu indukcyjnego w pierścieniu.
To, czy magnes odpycha, czy przyciąga inny pierścień, zależy od kierunku prądu indukcyjnego powstającego w pierścieniu.
Dlatego prawo zachowania energii pozwala sformułować regułę określającą kierunek prądu indukcyjnego.

Reguła Lenza

Istnieje zasada pozwalająca określić kierunek prądu indukcyjnego, która została ustalona przez rosyjskiego fizyka E. X. Lenza:

Indukowany prąd powstający w obwodzie zamkniętym z jego polem magnetycznym przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, która go powoduje.

lub krócej:

Indukowany prąd jest kierowany tak, aby zakłócać przyczynę, która go powoduje.

Gdy strumień magnetyczny przez zwoje cewki wzrasta, indukowany prąd ma taki kierunek, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne zapobiega wzrostowi strumienia magnetycznego przez zwoje cewki.
Wszak linie indukcyjne tego pola są skierowane w stronę linii indukcyjnych pola, a zmiana powoduje wytwarzanie prądu elektrycznego.
Jeżeli strumień magnetyczny przez cewkę słabnie, wówczas indukowany prąd wytwarza pole magnetyczne, a indukcja „zwiększa strumień magnetyczny przez zwoje cewki.

Zastosowanie reguły Lenza:

1. Wyznacz kierunek linii indukcji magnetycznej zewnętrznego pola magnetycznego.

2. Dowiedz się, czy strumień wektora indukcji magnetycznej tego pola przez powierzchnię ograniczoną konturem rośnie (ΔФ > 0), czy maleje (ΔФ< 0).

3. Ustalić kierunek linii indukcji magnetycznej „pola magnetycznego indukowanego prądu. Linie te muszą, zgodnie z regułą Lenza, być skierowane przeciwnie do linii indukcji magnetycznej B przy ΔФ > 0 i mieć ten sam kierunek co je w ΔФ<0.

4. Znając kierunek linii indukcji magnetycznej, wyznacz kierunek indukowanego prądu korzystając z reguły świdra.

W 1831 roku angielski fizyk M. Faraday odkrył to zjawisko w swoich eksperymentach indukcja elektromagnetyczna. Następnie rosyjski naukowiec E.Kh. zbadał to zjawisko. Lenz i B. S. Jacobi.

Obecnie wiele urządzeń opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, np. w silniku lub generatorze prądu elektrycznego, w transformatorach, odbiornikach radiowych i wielu innych urządzeniach.

Indukcja elektromagnetyczna- jest to zjawisko występowania prądu w zamkniętym przewodniku, gdy przepływa przez niego strumień magnetyczny. Oznacza to, że dzięki temu zjawisku możemy zamienić energię mechaniczną w energię elektryczną – i to jest cudowne. Przecież przed odkryciem tego zjawiska ludzie nie wiedzieli o metodach wytwarzania prądu elektrycznego, z wyjątkiem galwanizacji.

Kiedy przewodnik jest wystawiony na działanie pola magnetycznego, powstaje w nim emf, który można ilościowo wyrazić za pomocą prawa indukcji elektromagnetycznej.

Prawo indukcji elektromagnetycznej

Siła elektromotoryczna indukowana w obwodzie przewodzącym jest równa szybkości zmiany strumienia magnetycznego sprzęgającego z tym obwodem.

W cewce mającej kilka zwojów całkowity emf zależy od liczby zwojów n:

Ale w ogólnym przypadku stosuje się wzór EMF z ogólnym powiązaniem strumienia:

Pole elektromagnetyczne wzbudzone w obwodzie wytwarza prąd. Najprostszym przykładem pojawienia się prądu w przewodniku jest cewka, przez którą przechodzi magnes trwały. Kierunek indukowanego prądu można określić za pomocą Reguły Lenza.

Reguła Lenza

Prąd indukowany, gdy zmienia się pole magnetyczne przechodzące przez obwód, jego pole magnetyczne zapobiega tej zmianie.

W przypadku wprowadzenia magnesu do cewki strumień magnetyczny w obwodzie wzrasta, co oznacza, że ​​pole magnetyczne wytworzone przez indukowany prąd, zgodnie z regułą Lenza, jest skierowane przeciwnie do wzrostu pola magnesu. Aby określić kierunek prądu, należy spojrzeć na magnes z bieguna północnego. Z tej pozycji będziemy kręcić świder w kierunku pola magnetycznego prądu, czyli w kierunku bieguna północnego. Prąd będzie się poruszał w kierunku obrotu świdra, czyli zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

W przypadku wyjęcia magnesu z cewki strumień magnetyczny w obwodzie maleje, co oznacza, że ​​pole magnetyczne wytworzone przez indukowany prąd jest skierowane przeciwnie do zmniejszania się pola magnesu. Aby określić kierunek prądu, należy odkręcić świder; kierunek obrotu świdra będzie wskazywał kierunek prądu w przewodniku - przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.