ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

В 1824 году французом Араго было обнаружено, что колебания свободно подвешенной магнитной стрелки
затухают значительно быстрее, если под ними находится магнитная пластина. Более поздние опыты показали, что при быстром вращении медной пластины, расположенная над ней магнитная стрелка начинает колебаться в том же направлении.
Объяснение этому было дано англичанином Фарадеем
(1831). Он исходил из того что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, и если вокруг проводника с
электрическим током возникает магнитное, то справедливо и обратное: ВОЗНИКНОВЕНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ЗАМКНУТОМ ПРОВОДНИКЕ,
ПОД ДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Фарадей провел ряд опытов. На немагнитный
1
стержень намотаны два куска медного про- К
вода. Один(1) подсоединен к батарее Б втоБ
рой (2)к гальванометру Г. При постоянном
токе в проводе 1 стрелка гальванометра не
Г
отклоняется,и это значит, тока в проводе 2 нет. 2
При замыкании и размыкании ключа К стрелка гальванометра слегка отклонялась и быстро
возвращалась в исходное положение, что показывало
возникновение в цепи 2 кратковременного тока названного ИНДУКЦИОННЫМ ТОКОМ. Направление этого
тока при размыкании и замыкании ключа было противоположным. Было неясным, что является причиной
возникновения индукционного тока: изменение исходного тока или магнитного поля.

Если к катушке К₂ с гальванометром Г K₁ I
S
1
подвести катушку К₁ с батареей Б
Б
создающей ток I 1 , то в К₂ возникнет
N
ток I 2 . При удалении катушки К₁ от
К₂ ток I 2 возникает, но направлен K₂ I
2
противоположно.
Г
Индукционный ток возникает, так же
если к катушке с гальванометром
подвести магнит и перемещать его вдоль катушки.
Направление индукционного тока зависит от того каким концом был обращен магнит к катушке, и от того
приближался ли он или удалялся.
Причиной появления индукционного тока I 2 является
изменение магнитного поля создаваемого катушкой
К₁ или магнитом.

ЗАКОН ФАРАДЕЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Открытое Фарадеем явление получило название:
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ – возникновение
электродвижущей силы в проводнике движущемся в
магнитном поле, или в замкнутом проводящем контуре при изменении его потокосцепления. (вследствие
движения контура в магнитном поле или изменения
самого поля).
Возникновение индукционного тока в цепи указывает на
наличие в цепи электродвижущей силы (ЭДС), называемой электродвижущей силой электромагнитной
индукции (ЭДС индукции Ei).
Значение индукционного тока, а значит и ЭДС индукции
определяются только скоростью изменения магнитного потока.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ФАРАДЕЯ

ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения
магнитного потока сквозь поверхность ограниченную
этим контуром.
Закон универсален Ei не зависит от способа изменения
магнитного потока.
d
Ei
dt
ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Единица измерения Ei - В (вольт).
Вб
Тл м 2
Н м2
Дж
А В с
d
В
dt
с
с
А
м
с
А
с
А
с

ПРАВИЛО ЛЕНЦА

Знак «-» – показывает что увеличение потока d dt 0
вызывает ЭДС индукции меньше нуля d dt 0 Ei 0
то есть поле индукционного тока направлено навстречу потоку, и наоборот, d dt 0 Ei 0 то есть направление потока и поля индуцированного тока совпали.
Знак «-» – математическое выражение ПРАВИЛА ЛЕНЦА
– общего правила для нахождения направления индукционного тока.
Индукционный ток в контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока вызвавшего этот
индукционный ток.

Для объяснения возникновения ЭДС индукции в неподвижных проводниках Максвелл предположил, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в
проводнике.
Циркуляция вектора напряженности этого поля E B по любому неподвижному контуру L представляет собой
ЭДС электромагнитной индукции.
d
Ei Е В dl
dt
L

ВРАШЕНИЕ РАМКИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Пусть рамка равномерно вращаетω
S
ся с угловой скоростьюw const ,
α
в однородном магнитном поле
В
с индукцией В const .
Магнитный поток сцепленный с
рамкой в любой момент времени t будет равен:
Bn S BS cos BS cos t
t – угол поворота рамки в момент времени t .
При вращении рамки в ней будет возникать ЭДС индукции Ei d dt BS sin t изменяющаяся по гармоническому закону.
Ei max BS Ei Ei max sin t

Если в однородном магнитном поле вращается рамка, то
в ней возникает переменная ЭДС изменяющаяся по
гармоническому закону.
Явление электромагнитной индукции явилось основой,
на базе которой были созданы электрические двигатели, генераторы и трансформаторы.
ГЕНЕРАТОРЫ – применяются для преобразования одного
вида энергии в другой.
Простейший генератор, преобразующий механическую
энергию в энергию электрического поля – рассмотренная выше рамка вращающаяся в однородном магнитном поле. Процесс преобразования механической
энергии в электрическую обратим. На этом принципе
основано действие электродвигателей, превращающих электрическую энергию в механическую энергию.

ВИХРЕВЫЕ ТОКИ (ТОКИ ФУКО)

Индукционный ток возникает не только в
тонких проводах, но и в массивных сплошных проводниках помещенных в переменное магнитное поле. Эти токи оказываются замкнутыми в толще проводника и
называются вихревыми или токами Фуко.
Токи Фуко подчиняются правилу Ленца: их
магнитное поле направлено так, что бы
противодействовать изменению магнитного потока индуцирующего вихревые
токи.
Вихревые токи возникают в проводах по которым течет переменный ток.
Направление токов Фуко можно опреде-
dI
0
dt
I
dI
0
dt
I

лить по правилу Ленца: если первичный ток I увеличивается (dI dt 0) то токи Фуко направлены против направления I , а если убывает (dI dt 0) то по направлению.
Направление вихревых токов такого, что они препятствуют изменению первичного тока внутри проводника
и способствуют его изменению вблизи поверхности.
Это проявления скин-эффекта или поверхностного эффекта.
Так как токи высокой частоты практически текут в тонком
поверхностном слое, то провода для них делают
полыми.

ИНДУКТИВНОСТЬ КОНТУРА САМОИНДУКЦИЯ ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ

ИНДУКТИВНОСТЬ. САМОИНДУКЦИЯ

Электрический ток текущий в контуре создает вокруг себя электромагнитное поле, индукция которого пропорциональна току. Поэтому, сцепленный с контуром
магнитный поток пропорционален току в контуре.
LI
L – индуктивность контура (коэффициент индукции)
При изменении силы тока в контуре будет изменяться
так же и скрепленный с ним магнитный поток, а значит в контуре будет индуцироваться ЭДС.
Возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре,
при изменении в нем силы тока называется –
САМОИНДУКЦИЕЙ.

Единица измерения индуктивности – Генри (Гн).
1 Гн – индуктивность такого контура, магнитный поток
самоиндукции которого при токе 1 А равен 1 Вб.
Для бесконечно длинного соленоида полный магнитный поток (потокосцепление) будет равен:
N 2I
N 0
S
l
Значит, индуктивность бесконечно длинного контура:
N 2S
L 0
l
Индуктивность соленоида зависит от числа витков N ,
длины l , площади соленоида S и магнитной проницаемости вещества из которого изготовлен соленоид.

ЭДС САМОИНДУКЦИИ

Индуктивность контура зависит в общем случае только
от геометрической формы, размеров и магнитной про
ницаемости окружающей среды контура, и, можно
сказать, что индуктивность контура это аналог электрической емкости уединенного проводника.
Применяя к самоиндукции закон Фарадея (Ei d dt)
получим:
d
d
dL
dI
Es
LI L I
dt
dt
dt
dt
Если контур не деформируется (L const) , и магнитная
проницаемость окружающей среды не изменяется
следовательно:
dI
Es L
dt

Знак «-» показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нём.
Если со временем ток возрастает, то ES 0 и dI dt 0 то
есть ток самоиндукции направлен навстречу току, обусловленному внешним источником, и тормозит его
возрастание.
Если со временем ток убывает ES 0 и dI dt 0 , то индукционный ток имеет такое же направление, как и
убывающий ток в контуре и замедляет его убывание.
Контур обладая определенной индуктивностью приобретает электрическую инертность: любое изменение
тока тормозится тем сильнее, чем больше индуктивность контура.

ТОКИ ПРИ РАЗМЫКАНИИ И ЗАМЫКАНИИ ЦЕПИ

При всяком изменении силы тока в проводящем контуре
возникает ЭДС самоиндукции, в результате чего в контуре возникают дополнительные токи называемые
ЭКСТРАТОКАМИ САМОИНДУКЦИИ. Согласно правилу
Ленца, они всегда направлены так, что бы препятствовать изменению тока в цепи (противоположно току от
R
E
К
источника тока).
Рассмотрим цепь имеющую источник тоL
ка с ЭДС E , резистор сопротивления R ,катушку индуктивности L . Под действием внешней ЭДС в цепи
течет постоянный ток I 0 E R.
В момент времени t=0 отключили источник тока. Ток через катушку L станет уменьшаться. Что вызовет появление ЭДС самоиндукции Es L dI dt препятствующей

по правилу Ленца уменьшению
тока. В каждый момент времени
ток определяется законом Ома:
ES
dI
dI
R
I
IR L
dt
R
dt
I
L
I
I0
замыкание
размыкание
t
Интегрируя это выражение по I (изменяя от I 0 до I) и
по t (изменяя от 0 до t) получим:
I
Rt
ln
I0
L
I I 0e
t
Ток в момент времени t после выключения источника.
L
– постоянная время релаксации (время за котоR
рое сила тока убывает в е раз).
Чем больше индуктивность цепи и меньше сопротивление, тем меньше,а значит тем медленнее уменьша

ется ток в цепи при размыкании.
При замыкании цепи помимо внешней ЭДС E ,возникает
ЭДС самоиндукции Es L dI dt препятствующая возрастанию тока. Согласно закону Ома:
dI
IR E Es E - L
dt
du
dt
Пусть u IR E
u
В момент замыкания цепи сила тока I 0 и u E , значит интегрируя по u (от E до IR E) и по t (от 0 до t)
IR E t
получим
ln
E
t
I I 0 (1 e)
E
Ток в момент времени t после включения. (I 0).
R

ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ

Рассмотрим два неподвижных конI1 1 I 2 2
тура 1 и 2 расположенных близко
друг от друга. В контуре 1 течет
ток I1 и магнитный поток, создаваемый этим контуром, пропорционален I1.
Обозначим 21 ту часть магнитного потока которая пронизывает контур 2. 21 L21 I1 (L21 – коэффициент пропорциональности).
Если ток I1 изменяется, то в контуре 2 индуцируетсяEi 2
ЭДС, которая по закону Фарадея равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного
потока 21 созданного током в первом контуре и пронизывающий контур 2.

d 21
dI1
Ei 2
L21
dt
dt
Аналогично, при протекании в контуре 2 тока получим:
12 L12 I 2
d 12
dI 2
Ei1
L12
dt
dt
Явление возникновения ЭДС в одном из контуров, при
изменении силы тока в другом называется
ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИЕЙ.
L12 и L21 – взаимная индуктивность контуров, зависят
от геометрической формы размеров, взаимного расположения контуров и магнитнной проницаемости
окружающей среды. Единица измерения – Генри (Гн).
L12 L21
Опыты показали что:

Рассчитаем взаимную индуктивность
l
двух катушек, намотанных на об- I
1
N2
щий тороидальный сердечник.
N1
S
Магнитная индукция поля, создаваемая первой катушкой, с числом витков N1 , током I 1 и
магнитной проницаемостью сердечника длиной l
N1 I 1
равна:
B 0
l
Магнитный поток через один виток второй катушки:
N1 I 1
2 BS 0
S
l
Полный магнитный поток (потокосцепление) сквозь
вторичную обмотку содержащуюN 2 витков:
N1 N 2
N 2 2 0
I1 S
l

Так как потокосцепление создается током I 1 то:
N1 N 2
L21 0
S
I1
l
Если вычислить магнитный поток создаваемый катушкой 2 сквозь катушку 1, то для индуктивности L12 аналогично получим то же самое значение. Значит
взаимная индуктивность двух катушек намотанных на
общий тороидальный сердечник:
N1 N 2
L12 L21 0
S
I1
l

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Впервые трансформаторы были
R1
сконструированы русскими эле- E1 N1
N 2E2
ктротехником П.Н. Яблочковым
(1847-1894) и физиком И.Ф. Усагиным (1855-1919).
Принцип действия трансформаторов, применяемых для
повышения или понижения напряжения переменного
тока, основан на явлении взаимной индукции.
Пусть первичная и вторичная катушки (обмотки) имеющие соответственно N1 и N 2витков укреплены на замкнутом железном сердечнике. Концы первой обмотки
прикреплены к источнику ЭДСE1 , в ней возникает переменный ток I 1 , создающий в сердечнике трансформатора переменный магнитный поток, практически

полностью локализованный в железном сердечнике,
а значит, целиком пронизывающий витки вторичной
обмотки. Изменение этого потока вызывает во вторичной обмотке появление ЭДС взаимной индукции,
а в первичной ЭДС самоиндукции.
Ток I 1 первичной обмотки определяется с помощью закона Ома где R1 сопротивление первичной обмотки.
d N1
E1
I1 R1
dt
Падение напряжения I1 R1 на сопротивлении R1 при быстропеременных полях мало, по сравнению с каждой
из ЭДС, и можно считать что:
d
E1 N1
dt

ЭДС взаимной индукции возникающая во вторичной обмотке:
d (N)
d
E2
N 2
dt
dt
Сравнив значения ЭДС взаимной E2 и самоиндукций E1
2
получим:
N2
E2
E1
N1
E2 – ЭДС возникающая во второй обмотке, знак «-» по-
казывает, что ЭДС в первой и второй обмотке противоположны по фазе.
N2
– коэффициент трансформации, показывает во скоN1
лько раз ЭДС во вторичной обмотке больше (меньше)
чем в первичной.

Пренебрегая потерями энергии (примерно 2 %), и применяя закон сохранения энергии, можно считать что
E2 I 2 E1 I1
Следовательно:
N2
1
N1
E2
I1 N 2
E1 I 2 N1
– повышающий трансформатор увеличивающий
переменную ЭДС и понижающий ток (применяется
для передачи электроэнергии на большие расстояния)
N2
1 – понижающий трансформатор уменьшающий
N1ЭДС и повышающий ток (применяется при электросварке, где требуется большой ток при низком напряжении).

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• Образовательные – раскрыть сущность явления электромагнитной индукции; разъяснить учащимся правило Ленца и научить их пользоваться им для определения направления индукционного тока; разъяснить закон электромагнитной индукции; научить учащихся производить расчет ЭДС индукции в простейших случаях.
• Развивающие – развивать познавательный интерес учащихся, умение логически мыслить и обобщать. Развивать мотивы учения и интерес к физике. Развивать умение видеть связь между физикой и практикой.
• Воспитательные – воспитывать любовь к ученическому труду, умение работать в группах. Воспитывать культуру публичных выступлений.

Оборудование:

• Учебник «Физика – 11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин.
• Г.Н. Степанова.
• «Физика – 11». Поурочные планы к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. автор – составитель Г.В. Маркина.
• Компьютер и проектор.
• Материал «Библиотека наглядных пособий».
• Презентация к уроку.

План урока:

Этапы урока	Время мин.	Методы и приемы
1. Организационный момент: Введение Исторические сведения		Сообщение учителем темы, целей и задач урока. Слайд 1. Жизнь и деятельность М.Фарадея. (Сообщение учащегося). Слайды 2, 3, 4.
2. Объяснение нового материала Определение понятий «электромагнитная индукция», «индукционный ток». Введение понятия магнитного потока. Связь магнитного потока с числом линий индукции. Единицы магнитного потока. Правило Э.Х.Ленца. Изучение зависимости индукционного тока (и ЭДС индукции) от числа витков в катушке и скорости изменения магнитного потока. Применение ЭМИ на практике.		1. Демонстрация опытов по ЭМИ, анализ опытов, просмотр видеофрагмента «Примеры электромагнитной индукции», Слайды 5, 6. 2. Беседа, просмотр презентации. Слайд 7. 3. Демонстрация справедливости правила Ленца. Видеофрагмент «Правило Ленца». Слайды 8, 9. 4. Работа в тетрадях, выполнение рисунков, работа с учебником. 5. Беседа. Эксперимент. Просмотр видеофрагмента «Закон электромагнитной индукции». Просмотр презентации. Слайды 10, 11. 6. Просмотр презентации Слайд 12.
3. Закрепление изученного материала	10	1. Решение задач № 1819,1821(1.3.5) (Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова)
4. Подведение итогов	2	2.Обобщение изученного материала учащимися.
5. Домашнее задание	1	§ 8-11 (учить), Р. №902(б,г,е),911 (письменно в тетрадях)

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

1. Электрические и магнитные поля порождаются одними и теми же источниками – электрическими зарядами. Поэтому можно сделать предположение о том, что между этими полями существует определенная связь. Это предположение нашло экспериментальное подтверждение в 1831 году в опытах выдающегося английского физика М. Фарадея, в которых он открыл явление электромагнитной индукции. (слайд 1).

Эпиграф:

«Счастливая случайность
выпадает лишь на одну долю
подготовленного ума».

Л.Пастернак

2. Краткий исторический очерк о жизни и деятельности М.Фарадея. (Сообщение учащегося). (Слайды 2, 3).

II. Впервые явление, вызванное переменным магнитным полем, наблюдал в 1831 году М.Фарадей. Он решил проблему: может ли магнитное поле вызывать появление электрического тока в проводнике? (Слайд 4).

Электрический ток, рассуждал М.Фарадей, может намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит, или меняющееся магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке. (Слайд 5).
(просмотр видеофрагмента «Примеры электромагнитной индукции» ). (Слайд6).

Вопросы:

1. Как вы думаете, что приводит к возникновению электрического тока в катушке?
2. Почему ток был кратковременным?
3. Почему тока нет, когда магнит находится внутри катушки (Рисунок 1), когда не перемещается ползунок реостата (Рисунок 2), когда одна катушка перестает двигаться относительно другой?

Вывод: ток появляется при изменении магнитного поля.

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 случае изменяющегося магнитного поля его основная характеристика В – вектор магнитной индукции может меняться по величине и направлению. Но явление электромагнитной индукции наблюдается и при магнитном поле с постоянной В.

Вопрос: Что же при этом меняется?

Изменяется площадь, которую пронизывает магнитное поле, т.е. изменяется число силовых линий, которые пронизывают эту площадь.

Для характеристики магнитного поля в области пространства вводят физическую величину – магнитный поток – Ф (Слайд 7).

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют величину, равную произведения модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и n .

Ф = ВS cos

Произведение В cos = В n представляет собой проекцию вектора магнитной индукции на нормаль n к плоскости контура. Поэтому Ф = В n S.

Единица магнитного потока – Вб (Вебер).

Магнитный поток в 1 вебер (Вб) создается однородным магнитным полем с индукцией 1Тл через поверхность площадью 1м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.
Главное в явлении электромагнитной индукции состоит в порождении электрического поля переменным магнитным полем. В замкнутой катушке возникает ток, что и позволяет регистрировать явление (Рисунок 1).
Возникающий индукционный ток того или иного направления как-то взаимодействует с магнитом. Катушка с проходящим по ней током подобно магниту с двумя полюсами – северным и южным. Направление индукционного тока определяет, какой конец катушки выполняет роль северного полюса. На основании закона сохранения энергии можно предсказать, в каких случаях катушка будет притягивать магнит, а в каких отталкивать.
Если магнит приближать к катушке, то в ней появляется индукционный ток такого направления, магнит обязательно отталкивается. Для сближения магнита и катушки нужно совершить положительную работу. Катушка становится подобной магниту, обращенному одноименным полюсом к приближающемуся к ней магниту. Одноименные полюса отталкиваются. При удалении магнита наоборот.

В первом случае магнитный поток увеличивается (Рисунок 5), а во втором случае уменьшается. Причем в первом случае линии индукции В/ магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, т.к. катушка отталкивает магнит, а во втором случае входят в этот конец. Эти линии на рисунке изображены более темным цветом. В первом случае катушка с током аналогична магниту, северный полюс которого находится сверху, а во втором случае – снизу.
Аналогичные выводы можно сделать с помощью опыта показанного на рисунке (Рисунок 6).

(Просмотр фрагмента «Правило Ленца»)

Вывод: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым вызван. (Слайд 8).

Правило Ленца. Индукционный ток всегда имеет такое направление, при котором возникает противодействие причинам, его породившим.

Алгоритм определения направления индукционного тока . (Слайд 9)

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В (выходят из N и входят в S).
2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф>0, если выдвигается, то ∆Ф<0).
3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф>0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф<0, то линии В и В′ сонаправлены).
4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока.
Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока в проводящем контуре пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. (Слайд 10).
При всяком изменении магнитного потока через проводящий контур в этом контуре возникает электрический ток.
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.
Ток в контуре имеет положительное направление при убывании внешнего магнитного потока.

(Просмотр фрагмента «Закон электромагнитной индукции» )

(Слайд 11).

ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Открытие электромагнитной индукции внесло существенный вклад в техническую революцию и послужило основой современной электротехники. (Слайд 12).

III. Закрепление изученного

Решение задач № 1819, 1821(1.3.5)

(Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова ).

IV. Домашнее задание:

§8- 11 (учить), Р. № 902(б, г, е), № 911 (письменно в тетрадях)

Список литературы:

1. Учебник «Физика – 11» Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, В.М.Чаругин .
2. Сборник задач по физике 10-11. Г.Н. Степанова .
3. «Физика – 11». Поурочные планы к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б.Буховцева. автор-составитель Г.В. Маркина .
4. В/м и видеоматериалы. Школьный физический эксперимент «Электромагнитная индукция» (разделы: «Примеры электромагнитной индукции», «Правило Ленца», «Закон электромагнитной индукции»).
5. Сборник задач по физике 10-11. А.П.Рымкевич .

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №72»

Электродинамика Электромагнитная индукция

(1-я часть)

Презентацию подготовил

учитель физики – информатики

В.С.Дубовик

г.Саратов

Электромагнитная индукция

На этом занятии Вы должны изучить следующие вопросы:

• явление электромагнитной индукции;
• отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных;
• магнитный поток;
• направление индукционного тока;
• правило Ленца;
• закон электромагнитной индукции;
• вихревое электрическое поле;
• ЭДС индукции в движущихся проводниках;
• применение явления электромагнитной индукции.

В результате Вы должны научиться:

• определять направление индукционного тока магнитной индукции;
• вычислять магнитный поток;
• вычислять ЭДС индукции.

Для этого:

• Изучите материалы учебника ;
• Ответьте на вопросы для самоконтроля;
• Рассмотрите методику решения задач данного типа;

Открытие явления электромагнитной индукции

МАЙКЛ ФАРАДЕЙ

(1791-1867)

На гравюре: Майкл Фарадей читает лекцию с наглядными демонстрациями своих опытов в Королевском институте в Лондоне в 1830году

Наблюдение явления электромагнитной индукции

Явление возникновения ЭДС в контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называется электромагнитной индукцией.

Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину:

Φ = B · S · cos α

Единица магнитного потока в системе СИ называется вбером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м 2 .

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:

0, а ЭДС инд I инд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура. Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что ЭДС инд и ΔФ/Δt всегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии." width="640"

Направление индукционного тока. Правило Ленца

Опыт показывает, что 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. Это утверждение называется правилом Ленца (1833 г.).

Ленц Эмилий Христианович

Иллюстрация правила Ленца.

В этом примере ΔФ/ Δ t 0, а ЭДС инд I инд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.

Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что ЭДС инд и ΔФ/Δt всегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.

ЭДС индукции в движущихся проводниках

Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.

Работа силы F Л на пути l равна A = F Л · l = eυB l .

По определению ЭДС

Соотношению для ЭДС инд можно придать привычный вид. За времы Δt площадь контура изменяется на ΔS = l υΔt. Изменение магнитного потока за это время равно

ΔΦ = BlυΔt. Следовательно,

Решение задач

Решение задач

B i

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Знак «-» можно не учитывать т.к. не задано,

как изменяется магнитный поток.

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Решение задач

Домашнее задание

§§ 11,13, Упр.2 (8,9)

Рассмотреть все задачи из пробных вариантов ЕГЭ за 2006 – 2009 г.г. по теме электромагнитная индукция.

Явление электромагнитной индукции

«Счастливая случайность выпадает лишь на одну долю подготовленного ума».

Л.Пастернак

Опыт датского учёного Эрстеда

1820 год

1777 – 1851г

Майкл Фарадей

1791 – 1867 г.г., английский физик,

Почетный член Петербургской

Академии Наук (1830),

Основоположник учения об электромагнитном поле; ввел понятия «электрическое» и «магнитное поле»;

высказал идею существования

электромагнитных волн .

1821 год: «Превратить магнетизм в электричество».

1931 год – получил электрический ток с помощью магнитного поля

«Электромагнитная индукция» -

слово латинское, означает « наведение»

Опыт М. Фарадея

«На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной в 203 фута и между витками её намотана проволока такой же длины, изолированная от первой хлопчатобумажной нитью.

Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, другая – с сильной батареей…

При замыкании цепи наблюдалось внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое действие замечалось при прекращении тока.

При непрерывном же прохождении тока через одну из спиралей не удалось обнаружить отклонения стрелки гальванометра…»

Что мы видим?

Вывод из увиденного опыта :

• Ток, возникающий в катушке (замкнутом контуре), называют

индукционным.

• Отличие полученного тока от известного нам ранее заключается в том, что для его получения не нужен источник тока.

Общий вывод Фарадея

Индукционный ток в замкнутом контуре возникает при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную контуром.

Электромагнитная индукция – это физическое явление, заключающееся 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.

Возникающий при этом ток называют индукционным .

В чём причина возникновения индукционного тока в катушке?

Рассмотрим магнит:

Что вы можете сказать о магните?

Когда мы вносим магнит в замкнутый контур катушки, что у него изменяется?

А как определить направление индукционного тока?

Мы видим, что направление индукционного тока разное в этих опытах.

Основываясь на законе сохранения энергии, русский учёный Ленц предложил правило , по которому определяется направление индукционного тока.

Русский физик Эмиль Ленц

1804 – 1865гг.

0, если выдвигается, то ∆Ф 0). 3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф 0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф 0, то линии В и В′ сонаправлены). 4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока. ∆ Ф характеризуется изменением числа линий магнитной индукции В, пронизывающих контур " width="640"

1. Определить направление линий индукции внешнего поля В(выходят из N и входят в S ).

2. Определить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур (если магнит вдвигается в кольцо, то ∆Ф 0, если выдвигается, то ∆Ф 0).

3. Определить направление линий индукции магнитного поля В′, созданного индукционным током (если ∆Ф 0, то линии В и В′ направлены в противоположные стороны; если ∆Ф 0, то линии В и В′ сонаправлены).

4. Пользуясь правилом буравчика (правой руки), определить направление индукционного тока.

∆ Ф

характеризуется изменением

числа линий магнитной индукции В,

пронизывающих контур

Математическая формула закона электромагнитной индукции

ε =  - ΔΦ/Δ t 

ΔΦ/Δ t - скорость изменения магнитного потока (единицы измерения Вб/с )

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Закон электромагнитной индукции

ЭДС электромагнитной индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.

Ток в контуре имеет положительное направление при убывании внешнего магнитного потока.

Жесткий диск компьютера.

Электромагнитная индукция в современном мире

Видеомагнитофон.

Детектор полицейского.

Детектор металла в аэропортах

Поезд на магнитной подушке

Показ видеороликов о применении явления электромагнитной индукции: детектор металлов, запись информации на магнитные носители и чтение с них – диск «Физика 7-11 классы. Библиотека наглядных пособий» Образовательные комплексы.