Правило ленца эдс индукции. Правило ленца. Направление индукционного тока

Цель урока : сформировать понятие об индукционном токе, выработать умение определять направление индукционного тока с помощью правила Ленца.

Ход урока

Проверка домашнего задания

- Как было открыто явление электромагнитной индукции М. Фарадеем?

Показать опыты Фарадея по обнаружению электромагнитной индукции.

Сделать выводы и пояснить, что это за явление – электромагнитная индукция?

От чего зависит величина индукционного тока в контуре?

Что называется магнитным потоком?

На доске сделать чертеж и вывести формулу для вычисления магнитного потока.

Изучение нового материала

Если к катушке, в которой может возникнуть индукционный ток, подсоединить гальванометр, то можно заметить, что стрелка отклоняется в разные стороны в зависимости от того приближается магнит к катушке или удаляется; зависит отклонение стрелки гальванометра и от полюса магнита.

Значит, индукционный ток меняет свое направление. Катушка с протекающим током подобна магниту с южным и северным полюсом. Можно предсказать когда катушка будет притягивать магнит, а когда отталкивать.

Взаимодействие магнита с индукционным током.

Для того чтобы сблизить магнит и катушку надо совершить работу. Так как при приближении магнита к катушке на ближайшем конце у катушки возникает одноименный полюс, то магнит с катушкой отталкиваются. Если бы они притягивались, то был бы нарушен закон сохранения энергии. Доказать это положение. Подтвердить вывод с помощью прибора, изображенного на рисунке. Хорошо видно, как при приближении магнита к замкнутому кольцу, оно будет отталкиваться от магнита. При удалении магнита от кольца оно начинает притягиваться к магниту.

С разрезанным кольцом ничего не происходит, так как в нем не создается индукционный ток.

Отталкивает или притягивает катушка магнит, зависит от направления индукционного тока.

На основании закона сохранения энергии получили правило, позволяющее определять направление индукционного тока.

На первом рисунке видим, что при приближении магнита к катушке магнитный поток пронизывающий витки катушки увеличивается, а во втором случае – уменьшается.

На первом рисунке вновь созданные линии индукции выходят из верхнего конца катушки (катушка отталкивает магнит), на втором рисунке все наоборот.

Правило Ленца. Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Закрепление изученного материала.

Как определить направление индукционного тока?

Что произойдет в кольце, когда в него введут магнит, если кольцо сделано из: а) не проводника;

Б) проводника; в) сверхпроводника?

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.
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 (рис. 4.20.1).

Рисунок 4.20.1.
Магнитный поток через замкнутый контур. Направление нормали и выбранное положительное направление обхода контура связаны правилом правого буравчика.
Определение магнитного потока нетрудно обобщить на случай неоднородного магнитного поля и неплоского контура. Единица магнитного потока в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м2:

1 Вб = 1 Тл · 1 м2.

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции Eинд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

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.).
Рис. 4.20.2 иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции которого увеличивается во времени.

Рисунок 4.20.2.
Иллюстрация правила Ленца. В этом примере а инд < 0. Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура.
Правило Ленца отражает тот экспериментальный факт, что инд и всегда имеют противоположные знаки (знак «минус» в формуле Фарадея). Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.
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. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле. Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.
Рассмотрим в качестве примера возникновение ЭДС индукции в прямоугольном контуре, помещенном в однородное магнитное поле перпендикулярное плоскости контура. Пусть одна из сторон контура длиной l скользит со скоростью по двум другим сторонам (рис. 4.20.3).

Рисунок 4.20.3.
Возникновение ЭДС индукции в движущемся проводнике. Указана составляющая силы Лоренца, действующей на свободный электрон.
На свободные заряды на этом участке контура действует сила Лоренца. Одна из составляющих этой силы, связанная с переносной скоростью зарядов, направлена вдоль проводника. Эта составляющая указана на рис. 4.20.3. Она играет роль сторонней силы. Ее модуль равен

Работа силы FЛ на пути l равна

A = FЛ · l = eυBl.

По определению ЭДС

В других неподвижных частях контура сторонняя сила равна нулю. Соотношению для инд можно придать привычный вид. За времы Δt площадь контура изменяется на ΔS = lυΔt. Изменение магнитного потока за это время равно ΔΦ = BlυΔt. Следовательно,

Для того, чтобы установить знак в формуле, связывающей инд и нужно выбрать согласованные между собой по правилу правого буравчика направление нормали и положительное направление обхода контура как это сделано на рис. 4.20.1 и 4.20.2. Если это сделать, то легко прийти к формуле Фарадея.
Если сопротивление всей цепи равно R, то по ней будет протекать индукционный ток, равный Iинд = инд/R. За время Δt на сопротивлении R выделится джоулево тепло (см. § 4.11)

Возникает вопрос: откуда берется эта энергия, ведь сила Лоренца работы не совершает! Этот парадокс возник потому, что мы учли работу только одной составляющей силы Лоренца. При протекании индукционного тока по проводнику, находящемуся в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, связанная с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Эта составляющая ответственна за появление силы Ампера. Для случая, изображенного на рис. 4.20.3, модуль силы Ампера равен FA = IBl. Сила Ампера направлена навстречу движения проводника; поэтому она совершает отрицательную механическую работу. За время Δt эта работа Aмех равна

Движущийся в магнитном поле проводник, по которому протекает индукционный ток, испытывает магнитное торможение. Полная работа силы Лоренца равна нулю. Джоулево тепло в контуре выделяется либо за счет работы внешней силы, которая поддерживает скорость проводника неизменной, либо за счет уменьшения кинетической энергии проводника.
2. Вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. В этом случае возникновение ЭДС индукции уже нельзя объяснить действием силы Лоренца. Электроны в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике. Следовательно, электрическое поле, порожденное изменяющимся магнитным полем, не является потенциальным. Его называют вихревым электрическим полем. Представление о вихревом электрическом поле было введено в физику великим английским физиком Дж. Максвеллом (1861 г.).
Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой Фарадея. Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной: в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца; в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Урок по физике в 11 классе на тему:

«Электромагнитная индукция. Правило Ленца»

Цель урока:

образовательные : познакомить учащихся с явлением электромагнитной индукции, воспроизвести опыты Фарадея, показать, что индукционный ток появляется при изменении магнитного потока, пронизывающего контур; вывести формулу и уяснить физический смысл закона электромагнитной индукции; сформулировать правило Ленца.

воспитательные: формировать навыки коллективной работы в сочетании с самостоятельностью учащихся, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;

развивающие: развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять практические задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

План урока:

Индукционный ток.

Электромагнитная индукция в современной технике

Закрепление темы: Лабораторная работа «Электромагнитная индукция»

Подведение итогов урока I . Постановка учебной задачи.

Мы с вами прошли тему «Магнитное поле». Сегодня нам предстоит выяснить, как вы усвоили этот материал. Обобщим знания о магнитном поле и продолжим совершенствовать умения объяснять магнитные явления.

II . Реализация опорных знаний.

Для этого мы должны с вами ответить на некоторые вопросы.

Что такое электрический ток?

Что необходимо для существования электрического тока?

Чем создается магнитное поле?

Как можно обнаружить магнитное поле?

Какая величина характеризует магнитное поле в каждой точке?

В каких единицах измеряют магнитную индукцию?

Чему равна 1Тл?

Какая величина характеризует магнитное поле в определенной области пространства?

В каких единицах измеряют магнитный поток?

Чему равен 1 Вб?

От чего зависит магнитный поток, пронизывающий площадь плоского контура, помещенного в однородное магнитное поле?

Дополните следующие определения:

А) Сила Лоренца-это..

Б) Сила Ампера –это..

В) Температура Кюри-это..

Г) Магнитная проницаемость среды характеризует..

13. Напишите формулы для расчетов:

А) Силы Лоренца

Б) Силы Ампера

В) Модуля вектора магнитной индукции

Г) Магнитного потока

Д) магнитной проницаемости среды

14. Сила Ампера применяется..

15. Сила Лоренца используется..

III . Изучение нового материала

Итак, после обобщения знаний о магнитном поле и продолжим совершенствовать умения объяснять магнитные явления.

Сегодня на уроке мы откроем новое явление, которое принадлежит к числу самых замечательных научных достижений первой половины 19 века, которое вызвало появление и бурное развитие электротехники и радиотехники. Итак, вперёд за знаниями!

Тема урока «Электромагнитная индукция. Правило Ленца»

Последовательность изложения нового материала

История открытия явления электромагнитной индукции.

Демонстрация опытов Фарадея по электромагнитной индукции.

Индукционный ток.

Причины возникновения индукционного тока.

Направление индукционного тока. Правило Ленца

Закон электромагнитной индукции.

Лабораторная работа «Электромагнитная индукция»

Ранее в электродинамике изучались явления, связанные или обусловленные существованием постоянных во времени (статических и стационарных) электрических и магнитных полей. Появляются ли новые явления при наличии переменных полей?

История открытия явления электромагнитной индукции.

На экране портрет М. Фарадея (1791 - 1867).

Библиографические сведения: М. Фарадей

Демонстрация опытов Фарадея по электромагнитной индукции, анализ опытов

Опыт 1. Внесение (вынесение) полосового магнита из замкнутого контура, соединенного с гальванометром.

Опыт 2. При замыкании (размыкании ключа), перемещении движка реостата, происходит изменение магнитного поля, пронизывающего катушку, в ней возникает ток.

Ток, который возникает в катушке, когда относительно нее движется постоянный магнит, назвали индукционным. Этот ток в катушке индуцируется, т. е. наводится движущимся магнитом. .Магнитное поле, которое не меняется индукционного тока не создает.

Опыт 3. Поворот рамки в магнитном поле.

Индукционный ток в контуре возникает тогда и только тогда, когда проводник пересекает силовые линии магнитного поля.

Индукционный ток.

Мы рассмотрели способы получения индукционного тока:

движение магнита относительно катушки;

движение катушки относительно магнита;

замыкание и размыкание цепи;

вращение рамки внутри магнита;

перемещение бегунка реостата;

движение одной катушки относительно другой.

Причины возникновения индукционного тока :

только при изменении магнитного потока, пронизывающего охваченную проводником площадь (при движении магнита и катушки относительно друг друга);

за счёт изменения силы тока в цепи (при замыкании и размыкании цепи);

за счёт изменения ориентации контура по отношению к линиям магнитной индукции.

Вывод: Только переменное магнитное поле может создать ток (индукционный ток). Отклонение стрелки гальванометра указывает на наличие индукционного тока в цепи катушки. Как только движение прекращается, прекращается и ток.

Что же мы сегодня изучили? Явление. Какое? Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре. Это и есть явление электромагнитной индукции . Условие его возникновения – изменение числа линий магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром.

Во всех случаях можно отметить, что электрический ток возникает при изменении магнитного поля, т.е при изменении числа силовых линий, пронизывающих катушку. Переходя на язык физических величин, общей причиной возникновения тока можно назвать изменение магнитного потока, пронизывающего контур. Дальнейшие количественные исследования подтвердили, что явление электромагнитной индукции – это возникновение тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур . Возникающий при этом ток называют индукционным током .

Объясним причину возникновения индукционного тока

Индукционный ток возникает под действием электрического поля, создающегося за счет изменения магнитного поля. Как всякое электрическое поле, оно совершает работу по перемещению заряда в цепи. Электрическое поле, возникающее в процессе изменения магнитного поля, не связано каким-либо распределением электрических зарядов. Переменное магнитное поле неразрывно связано с этим электрическим полем, и поэтому говорят, что в этом случае мы имеем дело электромагнитным полем. Силовые линии электрического поля, связанного с переменным магнитным полем, не имеют начала и конца - они замкнуты наподобие силовых линий магнитного поля. Такое поле называется вихревым. Вихревое электрическое поле, возникающее в процессе электромагнитной индукции, создает электрический ток в замкнутом проводнике, следовательно, оно способно вызывать циркуляцию электрических зарядов. В связи с этим возникает необходимость введения специальной энергетической характеристики вихревого электрического поля: электродвижущей силы индукции (сокращенно - ЭДС индукции). Обозначается ЭДС индукции буквой ε i .Электродвижущей силой индукции называется отношение работы, совершаемой вихревым полем при перемещении электрического заряда по замкнутому контуру, к модулю перемещаемого заряда:

ε i =A вихр /q

ЭДС индукции, как и напряжение, выражается в вольтах. По закону Ома для замкнутой цепи I i = ε i /R

где R - сопротивление всей замкнутой цепи. Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Опыт 4 : внесение (вынесение) магнита в замкнутый контур сначала с одним магнитом, затем с двумя магнитами.

Вывод : величина тока зависит от величины магнитной индукции.

Если в катушку вносить один и тот же постоянный магнит (см. рис. 1), но с разной скоростью, то можно заметить, что при быстром движении магнита сила тока больше, чем при медленном.

Опыт 5: вносим магнит сначала медленно, затем быстро.

Вывод : величина тока зависит от скорости внесения магнита.

Поэтому сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: I i ~ ∆Ф /∆ t

Так как R не зависит от ∆Ф то ЭДС индукции ε i ~∆Ф /∆ t

Таким образом, делаем вывод: ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного поля, пронизывающего катушку.

Опыт 6. Зависимость ЭДС от числа витков в катушке.

Вывод: Сила индукционного тока, а следовательно, и ЭДС индукции пропорциональны числу витков вторичной катушки при одной и той же скорости изменения магнитного поля.

ε i ~N ·∆Ф /∆ t

ЭДС индукции совпадает по направлению с индукционным током.

Таким образом, из проделанных опытов мы делаем вывод: ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного поля, пронизывающего катушку, и числу витков на ней. Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока I i в проводящем контуре прямо пропорциональна скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Направление индукционного тока

Опыт 7: внесение (вынесение) магнита сначала северным полюсом, затем южным полюсом.

Вывод: направление тока зависит от направления магнитного поля.

Опыт 8. демонстрируют зависимость направления тока от замыкания или размыкания цепи первичной катушки.

Исследовав в 1831 году все важнейшие стороны электромагнитной индукции, Фарадей установил несколько правил для определения направления индукционного тока в различных случаях, однако общее правило ему найти не удалось. Оно было установлено позднее, в 1834 году петербургским академиком Эмилем Христиановичем Ленцем и носит поэтому его имя.

Правило Ленца.

Исследуя явление электромагнитной индукции, Э. X. Ленц в 1833 г. установил общее правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем препятствовать причине, вызвавшей этот ток.

Опыт 9. Демонстрация опыта Ленца. В установке, подносят магнит к сплошному кольцу. Видят: кольцо отталкивается от полюса магнита. Если же надеть кольцо на магнит и затем вытягивать магнит из него, то кольцо тянется за магнитом. Как видно, индуцируемый в кольце ток препятствует в первом случае приближению магнита, во втором - его удалению.

На основе подобных наблюдений русский учёный Э. Х. Ленц предложил следующее правило для определения направления тока, индуцируемого в проводнике: индукционный ток всегда направлен так, что его магнитное поле противодействует тому изменению магнитного поля, которое вызывает этот ток.

Направление индукционного тока определяют по правилу буравчика, по правилу правой руки.

Учитель: Для определения направления индукционного тока в замкнутом контуре используется правило Ленца : Индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Экспериментальная задача: в стальной сердечник трансформатора, подключенного к напряжению 220В (РНШ) вносят замкнутый контур с лампочкой. Почему загорается лампочка при этом?

6. Закон электромагнитной индукции

Мы установили, что Э.д.с. индукции в какой либо цепи прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока ∆ t – время, за которое происходит изменение магнитного потока. Знак минус показывает, что когда магнитный поток уменьшается (∆Ф – отриц.), э.д.с. создает индукционный ток, увеличивающий магнитный поток и наоборот. Закон электромагнитной индукции экспериментальным путём установил М. Фарадей. Немецкий физик и естествоиспытатель Г. Гельмгольц показал, что основной закон электромагнитной индукции ε i = – ∆Ф/∆ t является следствием закона сохранения энергии. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна взятой с противоположным знаком скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.

Выражение ε i = – ∆Ф/∆ t (1) , называемое законом Фарадея, является универсальным: оно справедливо для всех случаев электромагнитной индукции. Для катушки с N закон электромагнитной индукции имеет вид:

ε i = – N · ∆Ф/∆t , Ф=BS [Тл·м 2 В б ], 1 Вб= 1В·1с

Знак минус показывает, что ЭДС индукции Е i , направлена так, что магнитное поле индукционного тока препятствует изменению потока магнитной индукции ∆Ф. Если поток увеличивается (∆Ф > 0), то Е i < 0 и поле индукционного тока направлено навстречу потоку. Если же поток уменьшается (∆Ф < 0), то Е i > 0 и направление потока и поля индукционного тока совпадают.Таким образом явление электромагнитной заключается в появлении (наведении) в проводящем контуре, находящемся в магнитном поле, электродвижущей силы в случае изменения величины магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную этим контуром . Выражение ε i = – N ·∆Ф/∆ t (1) представляет собой одну из математических записей закона электромагнитной индукции - ЭДС, наводимая в контуре электрической цепи, равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока, проходящего через поверхность, ограниченную этим контуром .

7. 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.

Закрепление изученного: Лабораторная работа « Изучение явления электромагнитной индукции»

Подведение итогов урока

9. Задание на дом : § 8-11.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применение правила Ленца

1. показать направление вектора В внешнего магнитного поля; 2. определить увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур; 3. показать направление вектора Вi магнитного поля индукционного тока (при уменьшении магнитного потока вектора В внешнего м.поля и Вi магнитного поля индукционного тока должны быть направлены одинаково, а при увеличениии магнитного потока В и Вi должны быть направлены противоположно); 4. по правилу буравчика определить направление индукционного тока в контуре.

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Эл. ток в цепи возможен, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называется ЭДС. При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в контуре появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС индукции. Учитывая направление индукционного тока, согласно правилу Ленца:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.

Почему "-" ? - т.к. индукционный ток противодействует изменению магнитного потока, ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Если рассматривать не единичный контур, а катушку, где N- число витков в катушке:

Где R - сопротивление проводника.

САМОИНДУКЦИЯ

Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции. Это явление называется самоиндукцией. Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока. Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

Проявление явления самоиндукции

Замыкание цепи При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл.поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны). В результате Л1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток (стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи. В результате Л при выключении ярко вспыхивает. Вывод в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

ИНДУКТИВНОСТЬ

От чего зависит ЭДС самоиндукции? Эл.ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике (B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I). ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника (размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник. Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью. Индуктивность - физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду. Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф - магнитный поток через контур, I - сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Индуктивность катушки зависит от: числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды (возможен сердечник).

ЭДС САМОИНДУКЦИИ

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

Ферромагнетики - вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критическойтемпературы (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик - такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d -металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er

Магнитный гистерезис - явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках - Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Колебательный контур - осциллятор, представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённыекатушку индуктивности и конденсатор. В такой цепи могут возбуждаться колебания тока (и напряжения).

Колебательный контур - простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания

Резонансная частота контура определяется так называемой формулой Томсона:

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Свойства электромагнитных волн: -распространяются не только в веществе, но и в вакууме; - распространяются в вакууме со скоростью света (С = 300 000 км/c); - это поперечные волны; - это бегущие волны (переносят энергию).

Источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся электрические заряды. Колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

Разделы: Физика

Цели урока:

• обучающие: изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения; показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции; раскрыть сущность явления при постановке опытов, изучить правило Ленца (правила для определения направления индукционного тока), разъяснить закон электромагнитной индукции.
• развивающие: развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы, представлять результаты проделанной работы, развивать общую культуру речи, навыки групповой работы.
• воспитательные: вызвать заинтересованность к изучаемой теме с точки зрения получаемой профессии, способствовать самостоятельному получению знаний.

Тип урока: изучение нового материала

Методы обучения: Метод проблемного изложения, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности:

• Групповая
• Фронтальная

Оборудование: электронная доска, презентация, мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В. Акопяна), полосовой магнит, соединительные провода, гальванометр, миллиамперметр, катушки, источник тока, ключ, проволочные мотки, магнит дугообразный, прибор для демонстрации правила Ленца.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приемы и методы
Создание проблемной ситуации, исторические сведения	8 мин	Создание проблемной ситуации преподавателем. Демонстрации, подводящие к цели урока.
Изучение нового материала в ходе экспериментальной работы в группах (явление ЭМИ, правило Ленца)	2 мин	Эксперимент. Наблюдение. Выделение главного. Формулировка выводов.
Изучение нового материала (правила определения направления индукционного тока, закон электромагнитной индукции).	20 мин	Беседа. Ответы на вопросы.
Подведение итогов. Домашнее задание.	5 мин	Выделение главного. Оценивание (взаимооценивание) “Цепочка”.

Ход урока

1. Создание проблемной ситуации (дальняя перспектива)

Здравствуйте, ребята! На слайде (Слайд 1) презентации изображены опоры ЛЭП в разных странах: в Финляндии, например в виде оленей. Но опоры не меняют содержание: все ЛЭП предназначены для передачи электрического тока на большие расстояния, и все ЛЭПы – высоковольтные.

Почему все линии электропередачи высоковольтные?

(Ответы обучающихся, как правило - “Течет ток высокого напряжения” ).

Зачем повышают напряжение? (Слайд 2). Посмотрите на схему передачи электроэнергии: трансформатор повышает и без того высокое напряжение, а в быту, в осветительной сети необходимо всего 220В! Так зачем повышают напряжение? (Ответы обучающихся)

Пока мы вели с вами беседу через проволочный моток протекал электрический ток.

Демонстрация 1: Проволочный моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток.

(Ответы обучающихся, как правило - “Проводник, по которому течет ток нагревается. Это тепловое действие тока” ).

Молодцы, верно! Ток, текущий по ЛЭП, нагревает линию (провод) происходит потеря энергии: часть электрической энергии превращается в тепловую. Потери тепловой энергии необходимо минимизировать. (Слайд 3) Давайте вспомним закон Джоуля-Ленца: уменьшить тепловые потери можно уменьшив, например, силу тока. Прибор, который уменьшает силу тока и одновременно с этим повышает напряжение во столько же раз (и наоборот), практически без потери мощности был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н. Яблочковым и был назван трансформатором.

Давайте подведем небольшой итог: чтобы уменьшить тепловые потери при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо понизить силу тока, а эту роль выполнит повышающий трансформатор, но одновременно с этим он во столько же раз повысит напряжение. Вот почему все линии электропередач высоковольтные.

2. Создание проблемной ситуации (ближняя перспектива)

Но на каком принципе построена работа трансформатора?

(Обучающиеся затрудняются с ответом)

Его работа основана на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году и является величайшим открытием ХIХ века. (Слайд 4)

На этом явлении построен принцип работы индукционных печей (ОМД, сталеплавильное производство) и лагов, индукционных варочных панелей (Технолог), металлодетекторов, трансформаторов(Сварщик) и генераторов переменного тока(Техническое обслуживание электрического и электромеханического оборудования). Ваша будущая профессия (специальность) неразрывно связана с этим явлением: без электрического тока вырабатываемого генераторами на ЭС невозможна работа станков (Станочник), электромагнитов (Машинист крана), электрических печей и плит (Технолог) и т.д.

Демонстрация 2. Моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток, подносят магнит.

Какое действие электрического тока можно заметить?

(Ответы обучающихся, как правило - “Магнитное. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле” ). Молодцы!

Верно. Если электрический ток порождает собой магнитное поле, то не может ли в свою очередь, магнитное поле породить электрический ток?

В 1821 году этим вопросом был озадачен Майкл Фарадей. “Превратить магнетизм в электричество” было написано у него в дневнике. Через 10 лет, 29 августа 1831 года эта задача была решена.

Запишите тему урока. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

Давайте экспериментально установим, при каких условиях магнитное поле может породить электрический ток в проводнике (контуре).

(Обучающиеся выполняют экспериментальные задания по группам).

• 1 группа: Приложение 1
• 2 группа: Приложение 2
• 3 группа: Приложение 3

Подведем итоги работы наших групп:

1 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 5) (ответы обучающихся 1 группы дополняются ответами обучающихся из других групп)

Вывод: В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток , если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Из истории вопроса: Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда вводили магнит, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывал тока. Стоило бы ему все время находится рядом с гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Введем понятие магнитного потока. (Слайд 6)

Магнитный поток - физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S косинус угла? между векторами и

1 Вб = 1 Тл*1м 2

Магнитный поток в 1 Вебер создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Ток, возникающий в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют индукционным током.

2 группа (Ответы обучающихся).

Вывод: Величина индукционного тока зависит (Слайд 7)

• сила индукционного тока зависит не от скорости изменения магнитной индукции, а от скорости изменения потока магнитной индукции (от скорости изменения магнитного потока)
• от числа витков в контуре

Общий вывод работы 1 и 2 группы:

Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют явлением электромагнитной индукции.

3 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 8). Правило Ленца.

Исследуя явление электромагнитной индукции, Э. X. Ленц в 1833 г. установил общее правило для определения направления индукционного тока:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван.

Направление индукционного тока.

Правило правой руки

Если правую руку расположить так, чтобы вектор B входил в ладонь, а отогнутый на 90 о большой палец был направлен по движению проводника, то четыре пальца руки укажут направление индукционного тока проводнике.

При объяснении материала можно использовать мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В.Акопяна) (урок “Явление электромагнитной индукции”)

Закон электромагнитной индукции

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работу этих сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока, через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

~ и =, то = - для 1 витка = * N- для N витков

В соответствии с правилом Ленца:

= - *N - для N витков

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

Ребята, сегодня мы познакомились с явлением электромагнитной индукции (ЭМИ). Работа многих приборов основана на этом явлении, особенную роль следует отвести генераторам переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Без электрического тока жизнь современного человека представить практически невозможно, так же как и Вашу будущую работу: индукционные варочные панели – Технолог, индукционные печи - ОМД, трансформатор – Сварщик и т.д.

Подведем итог урока, ответим на вопросы:

Вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Что называют магнитным потоком?

3. Как связана работа станочника (машиниста крана, машиниста локомотива и т. д.) с явлением ЭМИ?

4. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? Сформулируйте закон ЭМИ.

5. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак “минус”?

6. Как определить направление индукционного тока?

Сегодня мы плодотворно работали, проводили опыты, ребята оцените работу каждой группы: работу своей группы и работу студентов в других группах.

(Обсуждение, диалог обучающихся)

3. Домашнее задание:

8-11, конспект, стр. 27 (привести примеры возникновения индукционного тока, используя две катушки на общем сердечнике), подготовить сообщения (Металлодетекторы, поезд на магнитной подушке, индукционные печи, индукционные варочные панели).

Цепочка:

Как обычно, выходим из класса по “цепочке” (необходимо назвать физическую величину и единицы измерения физической величины).

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3