Информационно-образовательный портал «Физика для школьников»


Логин:

Пароль:

- запомнить
Забыли пароль?
Регистрация
Свежие темы форума
Нет содержания для этого блока


Статистика



Яндекс цитирования

Важно не количество знаний, а качество их. Можно знать очень многое, не зная самого нужного. (Толстой Л. Н.)
Конспекты уроков по физике 9 класс
47 урок. Явление электромагнитной индукции.

 Основные понятия: явление электромагнитной индукции, электродвижущая сила (э.д.с.) индукции, индукционный ток, правило Ленца, явление самоиндукции.
 

            Явление электромагнитной индукции состоит в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур проводника, в проводнике возникает электродвижущая сила (э.д.с.) индукции, вызывающая появление электрического тока, который называется индукционным. Э.Д.С. индукции возникает также и в незамкнутом проводнике при его движении в магнитном поле, при котором проводник пересекает линии магнитного поля.

            Явление электромагнитной индукции было открыто М.Фарадеем в 1831 году опытным путем. При постановке опытов Фарадей основывался на предположении, что если электрический ток создает магнитное поле, то, может быть, возможно, и обратное, т.е. создание электрического тока с помощью магнитного поля.

            Опыты Фарадея по электромагнитной индукции можно разбить на три основные схемы:

1. В катушку, замкнутую на гальванометр, вдвигается магнит (рис.1) – стрелка гальванометра отклоняется. Движение магнита прекращается – стрелка гальванометра показывает нуль. Можно также надвигать катушку на неподвижный магнит.

Схема первая опытов Фарадея.           Схема вторая опытов Фарадея. 

Рис. 1. Схема первая опытов Фарадея.             Рис. 2. Схема вторая опытов Фарадея. 

2. На катушку II, включенную в цепь источника тока, надета другая катушка I, замкнутая на гальванометр (рис.2). При изменении силы тока в катушке II в катушке I возникает индукционный (наведенный) тока, направление которого зависит от того, увеличивается или уменьшается сила тока в катушке II. То же происходит при замыкании и размыкании ключа K – частные случаи изменения силы тока.

3. Схема, представленная на рис.3, демонстрирует явление самоиндукции. По катушке. По катушке, соединенной с элементом питания и гальванометром, включенным параллельно элементу питания, пропускается ток в направлении, показанном сплошными стрелками. При этом стрелка гальванометра отклоняется вправо. Если разомкнуть ток, тов катушке возникает сильный кратковременный ток того же направления, какое имел ток от элемента питания. Т.к. часть цепи, в которой находится элемент питания, разомкнута, то ток пойдет через цепь гальванометра в противоположном направлении, как показано стрелками, что вызовет отклонение стрелки гальванометра влево.

Схема третья опытов Фарадея.                                    Э.Д.С. индукции в движущемся проводнике.

                           Рис. 3. Схема третья опытов Фарадея.

 

          Рис. 4. Э.Д.С. индукции в движущемся проводнике.

₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪

Электродвижущая сила индукции. 

Опытами Фарадея было установлено, что электродвижущая сила индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур проводника:

εинд = – ΔФ / Δt. 

Знак «–» в этой формуле означает , что э.д.с. индукции вызывает индукционный ток, магнитное поле которого противодействует изменению магнитного потока, т.е. при ΔФ / Δt > 0 э.д.с. индукции εинд < 0, и наоборот.
 

Э.д.с. индукции, возникающая в прямолинейном проводнике длины L, движущемся с постоянной скоростью υ, перпендикулярной к этому проводнику, в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.4а; линии магнитного поля направлены от нас перпендикулярно к плоскости рисунка),

εинд = B L υ. 

Э.Д.С. индукции в движущемся проводнике.

Рис. 4. Э.Д.С. индукции в движущемся проводнике. 

        Если ось проводника составляет с направлением скорости его движения угол α≠900 (рис.4б), то число линий, пересекаемых проводником длины L, пропорционально не длине L, а произведению L sin α. Тогда

εинд = B L • υ • sin α. 

            Индукционные токи  возбуждаются также в сплошных массивных проводниках при изменении внутри них магнитного поля, например в сердечниках электромагнитов. В этом случае их называют токами Фуко. В хорошо проводящих телах токи Фуко могут достигать большой силы, следствием чего является выделение большого количества теплоты.

            Токи Фуко используются в металлургии, для прогрева металлических частей внутри вакуумных приборов с целью обезгаживания металла и т.д. В электромагнитах и трансформаторах токи Фуко нежелательны, т.к. они вызывают затрату электроэнергии на ненужное нагревание сердечников. Для уменьшения токов Фуко сердечники делаются составными из железных полос, вследствие чего уменьшается проводимость сердечника и соответственно – токи Фуко в нем.

₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪

Правило Ленца. 

            Направление индукционного тока определяется правилом, которое было установлено Э.Х.Ленцем. Правило Ленца гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Например, если ток вызван изменяющимся магнитным полем, то индукционный ток имеет такое направление, что его магнитное поле противодействует изменению индуцирующего магнитного поля. Магнитное поле индукционного тока тормозит движение, вызывающее электромагнитную индукцию. При перемещении магнита или проводника с током относительно другого замкнутого проводника в последнем индуцируется тока такого направления, что этот ток препятствует тому движению, которым он наводится. Это положение иллюстрируется рис. 5.

Правило Ленца

Рис. 5. Правило Ленца.

₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪₪  

Явление самоиндукции. Индуктивность.

            При изменении магнитного поля тока, идущего по проводнику, э.д.с. индукции возникает не только с соседних проводниках, но и в нем самом, поскольку этот проводник находится в том же магнитном поле (см. рис. 3). Возникновение э.д.с. в каком-либо проводнике при изменении силы тока в нем же самом называется самоиндукцией, а ток, индуцируемый в этом проводнике, - током самоиндукции. Вследствие самоиндукции при замыкании цепи сила тока не сразу достигает своего установившегося значения, а через некоторый промежуток времени; при размыкании цепи э.д.с. исчезает не сразу, вследствие чего в месте размыкания появляется искра, а если есть другой замкнутый контур, то в нем продолжает идти слабеющий ток (рис.6).

 

Изменение тока в цепи при замыкании и размыкании        Бифилярная обмотка

                                Рис. 6. Изменение тока в цепи при                 замыкании и размыкании.

                     Рис. 7. Бифилярная обмотка.

           В приборах, в которых требуется быстрое изменение тока, самоиндукция крайне нежелательна, поскольку она тормозит изменение тока. В катушках таких приборов применяется бифилярная обмотка (рис.7). Проволока, предназначенная для обмотки, складывается предварительно вдвое и в таком виде наматывается. Можно также произвести намотку на катушку половины проволоки в одном направлении, половины – в другом.

            Э.д.с. самоиндукции определяется скоростью изменения магнитного потока. Так как магнитный поток пропорционален силе тока, то э.д.с. самоиндукции определяется формулой

εсамоинд = L ∙ ΔI / Δt (1).

Знак «–» в этом выражении означает, что направление э.д.с. таково, чтобы препятствовать изменению тока.

            Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью проводника. Он зависит от геометрии проводника (т.е. от его формы и размеров), а также от магнитной проницаемости окружающей проводник среды.

            Индуктивность прямолинейного проводника невелика. Индуктивность того же проводника в форме витка значительно больше.

            Индуктивность соленоида, т.е. очень длинной однослойной катушки («очень длинной» означает , что длина катушки l во много раз больше ее диаметра d), определяется формулой

L =  μ0μn2V,

где μ – относительная магнитная проницаемость сердечника соленоида, n – число витков, приходящееся на единицу длины, т.е. n = N/l, V – объем соленоида, равный πd2l/4.

            Единицей индуктивности является генри (Гн). Индуктивностью 1 Гн обладает такой проводник, в котором при изменении тока на 1 А в 1 с возникает э.д.с. самоиндукции 1 В. Из формулы (1) следует, что 1 Гн = 1 В∙с/А.

 

               Перейти к оглавлению конспектов за 9 класс.

              Перейти к следующему уроку:  Получение переменного электрического тока


Дата 08.06.13 admin, просмотров: 21821

Комментарии

Автор Комментарий
 Skazyn
#1 Дата 08 March 2015 23:50
так что выходит нельзя сделать трансформатор повышающий или понижающий для цепи постоянного тока?, а только для переменного тока?
 admin
#2 Дата 04 November 2015 10:15
Силовые трансформаторы нельзя включать в цепь постоянного тока, так, как их обмотка имеет малое электрическое сопротивление постоянному току, и они выйдут из строя.

"Когда я родился, я плакал, а мир улыбался. И надо прожить жизнь так, чтобы умирая я улыбался, а мир плакал..."
Отредактировано: admin 16 April 2016 16:59
«Поделиться» в соцсетях

(с) 2011-2016. При копировании материалов необходима прямая ссылка на сайт ilyukhin.ru Создание сайтов.

Сайт управляется SiNG cms © 2010-2015