Електромагнітна індукція

котушка

гальванометр

штабовий магніт

електромагніт

2.

Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3.

Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

Індукційний струм має такий напрямок, що створене ним індукційне магнітне поле протидіє зміні магнітного поля, яке його спричинило.1. Якщо зовнішнє магнітне поле зростає, індукційне магнітне поле, намагаючись компенсувати зростання, буде направленим йому назустріч.2. Якщо зовнішнє магнітне поле зменшується, індукційне магнітне поле буде направлене в той самий бік, компенсуючи зменшення.

Струм, який виникає при зменшенні поля.

Замкнутий виток чи котушка ніяк не реагуватиме на присутність нерухомого магніту.Якщо магніт наближати, котушка згенерує поле, яке буде направлене назустріч полю магніту, і, як наслідок, буде відштовхуватися від нього. Якщо ж віддаляти — генеруватиме поле тієї самої орієнтації та притягуватиметься, буде наздоганяти його.Щоб ефект був помітним, магніт потрібно рухати швидко.

ЕРС індукції, у замкнутому контурі, дорівнює швидкості зміни магнітного потоку Փ. Напрямок ЕРС індукції визначається законом Ленца.Якщо всі величини записати в системі СІ:

Для інших систем одиниць формула міститиме коефіцієнт пропорційності, відмінний від одиниці.Наприклад, в СГС він дорівнює 1/с.Для котушки із N витків:

Власне, магнітний потік через поверхню — це інтеграл нормальної (перпендикулярної до поверхні) компоненти магнітної індукції по цій поверхні:

Для однорідного магнітного поля, потік через плоску поверхню:

Якщо поверхня не є плоскою, то доведеться виконувати інтегрування — розбивати її на маленькі ділянки, які можна вважати плоскими та підсумовувати їх внесок.

Геометричний зміст магнітного потоку — Փ є пропорційним до кількості ліній магнітного поля, що пронизують контур.

Потік магнітного поля через замкнутий контур дорівнює нулю. Іншими словами — магнітних зарядів не існує.(Гіпотетичний магнітний монополь — магнітний заряд, не вдалося виявити у жодному із досліджень).Одиницею магнітного потоку в системі СІ є вебер, Вб = В⋅с.Прилад для вимірювання магнітного потоку називається флюксометром.

Провідник під дією зовнішньої сили рухається із швидкістю V в однорідному магнітному полі, перпендикулярно до ліній магнітної індукції, величина якої B. Разом із всіма іншими елементами кола він формує замкнений контур як на малюнку.

У більшості випадків формулювання через зміну потоку є зручнішим.

Нехай, за час Δt він проходить шлях Δx. Тоді площа контуру S за цей час змінюється на lΔx.

Де v — швидкість, Δx = vΔtДля такої простої системи отримати той самий результат можна із закону Лоренца. Вважатимемо, що умови такі:- коло розірване;- у провіднику є електрони провідності;- під час руху провідника в магнітному полі на ці електрони діє сила Лоренца, змушуючи електрони рухатися до одного з кінців провідника;- надлишок електронів на одному із кінців провідника та недостача на протилежному створюють електричне поле, яке заважає подальшому руху електронів.Рівновага настає, коли сила Лоренца та електростатична сила зрівноважуються:

Тобто, якщо e — заряд електрона, Eе — внутрішнє електричне поле, створене перерозподілом електронів:

Тоді різниця потенціалів між кінцями провідника довжиною l:

Якщо провідник рухається перпендикулярно до ліній магнітного поля:

Альтернативно, цей самий результат можна отримати, скориставшись означенням ЕРС. ЕРС — робота сторонніх сил по переміщенню зарядів. Сторонньою силою тут виступає сила Лоренца.

Підставляючи вираз для сили Лоренца, отримуємо той самий результат:

У більшості випадків формулювання через зміну потоку є зручнішим.

1.

Під'єднуємо котушку до гальванометра.

2.

Підносимо магніт до центра котушки.

3.

Розташовуємо магніт південним полюсом у центрі котушки та швидким рухом витягуємо магніт вздовж осі котушки.

4.

5.

Тримаємо магніт нерухомо і швидко наближуємо котушку до його південного полюса.

6.

Розміщуємо магніт південним полюсом у центрі котушки.Швидким рухом забираємо котушку так, щоб її вісь залишалася паралельною магніту.

7.

8.

Під'єднуємо електромагніт до блоку живлення. Визначаємо його полюси за допомогою постійного магніту.

9.

Повторюємо експерименти 2, 3 і 4 з електромагнітом із увімкнутим струмом.

10.

Розташовуємо електромагніт із вимкненим живленням північним полюсом в котушці та вмикаємо живлення.
Не змінюючи положення котушки та електромагніту, вимикаємо живлення.

11.

Повторюємо експерименти з пункту 10, помістивши в котушку південний полюс електромагніту.

1.

Під’єднуємо трансформатор без осердя однією обмоткою до джерела живлення, іншою — до гальванометра.

2.

Встановлюємо напругу 3—5 В, чекаємо кілька секунд та швидко розмикаємо коло.

3.

Відновлюємо коло та повторюємо експеримент з пункту 2.

Швидко розмикаємо коло та спостерігаємо за стрілкою гальванометра.