Электромагнитная индукция

Дата:11 «А» 5.10.19 г

11 «Б» 5.10.19 г

Тема урока: «ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ИНДУКЦИИ. ЗАКОН ФАРАДЕЯ».

Цель урока: познакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции,

Образовательная: вывести формулу и уяснить физический смысл закона электромагнитной индукции; сформулировать правило Ленца

Воспитательная: воспитывать интерес к предмету с помощью применения информационных технологий (с использованием компьютера);

Развивающая: Развивать потребность изучать природу наблюдаемых явлений, умение объяснять и анализировать их.

Требования государственного стандарта

Знания: Знать закон Фарадея, правило Ленца

Умения: Уметь применять правило Ленца для нахождения направления индукционного тока в контуре Навыки: отработать практические навыки при решении задач.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Оборудование: учебник 11 класс, ПК, мультимедийный проектор, презентация

Ход урока.

I.Организационный момент.

Приветственное слово учителя. Отмечание отсутствующих

II.Повторение изученного материала

1. Что наблюдается в опыте Эрстеда?

1. проводник с током действует на электрические заряды;

2. магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током;

3. магнитная стрелка поворачивается заряженного проводника

2. Движущийся электрический заряд создает:

1. только электрическое поле;

2. как электрическое поле, так и магнитное поле;

3. только магнитное поле.

3. Магнитные поля создаются:

1. как неподвижными, так и движущимися электрическими зарядами;

2. неподвижными электрическими зарядами;

3. движущимися электрическими зарядами.

4. Магнитное поле оказывает воздействие:

1. только на покоящиеся электрические заряды;

2. только на движущиеся электрические заряды;

3. как на движущиеся, так и на покоящиеся электрические заряды.

5. Поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током объясняется тем, что на нее действует:

1. магнитное поле, созданное движущимися в проводнике зарядами;

2. электрическое поле, созданное зарядами проводника;

3. электрическое поле, созданное движущимися зарядами проводника.

6. Движущийся электрический заряд создает:

1. только электрическое поле;

2. как электрическое поле, так и магнитное поле;

3. только магнитное поле.

III.Изучение нового материала

Тема нашего урока – явление электромагнитной индукции. Электромагнитная индукция – это физическое явление.

Закон электромагнитной индукции был открыт Фарадеем в 1831 году. Он объясняет образование индукционного тока в проводящем контуре и определяет величину ЭДС индукции – величины, тесно связанной с электромагнитной индукцией

В своих опытах Майкл Фарадей показал, что всякий раз, когда проис­ходит изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток; возникновение индукционного тока указывает на наличие в цепи электродвижущей силы, называемой электродвижущей силой электро­магнитной индукции.

Руководствуясь результатами своих опытов, М. Фарадей пришел к формулировке закона электромагнитной индукции.

Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим кон­туром, возникающая в контуре э.д.с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока сквозь площадь поверхности, ограниченную этим контуром:

Знак минус показывает, что увеличение потока вызывает э.д.с. Е_i вызывает Е_i 0, т.е. направления потока и поля индукционного тока совпадают. Знак минус в формуле определяется правилом Ленца. - общим правилом для нахождения направления индукционного тока, выведенного в 1833 г.

Правило Ленца гласит: индукционный ток в контуре имеет всегда такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшему этот индукционный ток.

Э.д.с. электромагнитной индукции выражается в вольтах. Покажем это. Учитывая, что единицей магнитного потока является вебер (Вб), получим

.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную некоторым контуром, в нем возникает ЭДС индукции ε, выражаемая законом Фарадея (законом электромагнитной индукции):

где ΔФ — изменение магнитного потока, Δt — промежуток времени, за которое это изменение произошло.

Знак «минус» отражает правило Ленца, которое утверждает, что при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в последнем возникает индукционный ток такого направления, что магнитное поле этого тока противодействует изменению магнитного потока. В большинстве задач этот знак может быть опущен.

Электромагнитная индукция- явление возникновения в замкнутом проводнике электрического тока, обусловленного изменением магнитного поля. Создаваемый при этом источник тока стали называть ЭДС индукции, а возникающий ток- индукционным. Направление тока можно определить по правилу правой руки: В- входит в ладонь, u (направление движения проводника)- большой палец, I- другие пальцы.

Магнитный поток Ф через поверхность, ограниченную контуром, прямо пропорционален силе тока I в контуре: Ф = LI, где L — коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью. Индуктивность зависит от формы и размеров контура и магнитных свойств среды, в которой он находится. Тогда ЭДС самоиндукции выражается через изменение силы тока в цепи ΔI следующей формулой:

где Δt — время, за которое это изменение произошло. Энергия магнитного поля W выражается формулой:

Какова же природа э.д.с. электромагнитной индукции?

Если проводник движется в постоянном магнитном поле, то сила Лоренца, действующая на заряды внутри проводника, движущиеся вместе с проводником будет направлена противоположно току, т.е. она будет создавать в проводнике индукционный ток противоположного направления (за направление электрического тока, принимается движение положительных зарядов). Таким образом, возбуждение э.д.с. индукции при движении контура в постоянном магнитном поле объясняется действием силы Лоренца, возникающей при движении проводника.

Как определять направление индукционного тока?

Из ряда опытов следует, что в различных случаях направление индукционного тока может быть различным: отброс стрелки гальванометра в некоторых опытах происходило в одну сторону, а в других — в противоположную. Найдем общее правило, по которому определяем направление индукционного тока.

Если приближать магнит к ведущего кольца, то оно начнет отталкиваться от магнита. Это отталкивание можно объяснить только тем, что в кольце возникает индукционный ток, обусловленный ростом магнитного потока через кольцо, а кольцо с током взаимодействует с магнитом.

Иначе говоря, если магнитный поток через контур возрастает, то направление индукционного тока в контуре таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля.

В случае же удаления магнита в проводящем кольце возникает индукционный ток такого направления, что кольцо притягивается к магниту. Или иначе: если магнитный поток через контур уменьшается, то направление индукционного тока таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен так же, как вектор магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Общим в этих опытах является то, что индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать ту изменение магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Эта закономерность называется правилом Ленца, потому что она была установлена опытным путем русским физиком Ленцем через два года после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции.

Часто бывает удобнее воспользоваться другой формулировкой правила Ленца: во всех случаях электромагнитной индукции токи и силы направлены так, чтобы противодействовать причине их возникновения.

Правило Ленца: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Применение правила Ленца:

1. Определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток вектора магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (ΔФ 0), или уменьшается (ΔФ

3. Установить направление линий магнитной индукции ' магнитного поля индукционного тока. Эти линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям магнитной индукции В при ΔФ 0 и иметь одинаковое с ними направление при ΔФ

4. Зная направление линий магнитной индукции ', найти направление индукционного тока, пользуясь правилом буравчика.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл — оно выражает закон сохранения энергии. Для создания индукционного тока необходима энергия, следовательно, следует выполнить дополнительную работу внешних сил. После приближения магнита к контуру или отдаления его от контура всегда возникает сила, препятствующая движению. Чтобы преодолеть это противодействие, выполняется работа.

Электромагнитная индукция в современной технике

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы индукционных генераторов электрического тока, на которые приходится практически вся вырабатываемая в мире электроэнергия.

Примеры использования явления электромагнитной индукции в современной технике:

• специальные детекторы для обнаружения металлических предметов;

• поезд на магнитной подушке;

• электропечи для плавки металлов

• бытовые микроволновые СВЧ – печи.

ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ

• Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать ту изменение магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Правило Ленца: ЭДС индукции вызывает в замкнутом проводнике такой индукционный ток, который своим магнитным полем противодействует причине, возбуждающей ЭДС. Величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего внутри рамки. eин=-DФ/Dt

Закон электромагнитной индукции.

Индукционный ток создает собственное магнитное поле. Поле, вызвавшее появление тока, и поле, появившееся, взаимодействуют между собой.

Алгоритм решения задач

Во время решения задач на правило Ленца следует придерживаться такого алгоритма:

1) определить направление вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля;

2) из условия задачи выяснить, увеличивается или уменьшается магнитный поток, пронизывающий контур;

3) определить направление вектора ' магнитной индукции магнитного поля индукционного тока: если магнитный поток увеличивается, то ’ ; если уменьшается, то ' ;

4) определить направление индукционного тока, пользуясь правилом правой руки.

Как пример рассмотрим решение такой задачи.

Катушки A и C надели на общий сердечник. Определите направление индукционного тока в катушке A во время перемещения ползунка реостата влево.

Решения

1) Покажем направление электрического тока в катушке C и, воспользовавшись правилом левой руки, определим направление магнитной индукции внешнего магнитного поля (магнитного поля тока в катушке C).

2) После перемещения ползунка реостата влево сопротивление реостата уменьшается, следовательно, согласно закону Ома, сила тока в цепи катушки C увеличивается, поэтому увеличивается и магнитная индукция B внешнего магнитного поля, созданного этим током. Поскольку B , те и увеличивается магнитный поток, пронизывающий катушку

3) Поскольку Ф , то вектор ' магнитной индукции магнитного поля тока в катушке A направленный противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля:

4) Зная направление вектора и воспользовавшись правилом левой руки, определим направление индукционного тока в катушке A.

Ответ: индукционный ток в катушке A направленный по передней стенке вверх.

V. оценивание учащихся.

VI. Домашнее задание§ 7. Ответить на вопросы

Открытие явления электромагнитной индукции

• Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Фарадей (Faraday) Майкл

(22.09.1791–25.08.1867)

Английский физик и химик.

Явление электромагнитной индукции

• Явление электромагнитной индукции:

• заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока , пронизывающего контур.

Переменное электрическое поле

Переменное магнитное

поле

"Я превращал магнетизм в электричество"

Майкл Фарадей

Магнитный поток

• Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину
• Φ = B · S · cos α

• где B – модуль вектора магнитной индукции,

• α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура

• Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером ( Вб )

Закон электромагнитной индукции Фарадея

• Правило Ленца :

• 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:

В этом примере а и нд  I инд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.

Правило Ленца

III случай

I случай

II случай

IV случай

Изменение магнитного потока , пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум причинам:

1 . Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле.

• 2 . Изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре .

Выводы Явление электромагнитной индукции наблюдается в случаях:

• движение магнита относительно катушки (или наоборот);
• движение катушек относительно друг друга;
• изменение силы тока в цепи первой катушки ( с помощью реостата или замыканием и размыканием выключателя);
• вращением контура в магнитном поле;
• вращением магнита внутри контура.