Ανάπτυξη του μαθήματος "Πειράματα Faraday. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή"

" onclick="window.open(this.href,"win2","status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,κατάλογοι =όχι,τοποθεσία=όχι"); επιστροφή ψευδής;" > Εκτύπωση
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ

Μελέτη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Στόχος της εργασίας: μελετήστε τις συνθήκες για την εμφάνιση επαγόμενου ρεύματος, επαγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος.

Εξοπλισμός: πηνίο, μαγνήτες δύο λωρίδων, χιλιοστά.

Θεωρία

Η αμοιβαία σχέση μεταξύ ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου καθιερώθηκε από τον εξαιρετικό Άγγλο φυσικό M. Faraday το 1831. Ανακάλυψε το φαινόμενο ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Πολλά πειράματα Faraday δείχνουν ότι με τη βοήθεια μαγνητικό πεδίοδιαθέσιμος ηλεκτρική ενέργειαστον Explorer.

Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγήςσυνίσταται στην εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή που διέρχεται από το κύκλωμα.

Το ρεύμα που προκύπτει από το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ονομάζεται επαγωγή.

Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα (Εικόνα 1), εμφανίζεται ένα επαγόμενο ρεύμα εάν υπάρχει κίνηση του μαγνήτη σε σχέση με το πηνίο ή αντίστροφα. Η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής εξαρτάται τόσο από την κατεύθυνση κίνησης του μαγνήτη όσο και από τη θέση των πόλων του. Δεν υπάρχει επαγόμενο ρεύμα εάν δεν υπάρχει σχετική κίνηση του πηνίου και του μαγνήτη.

Εικόνα 1.

Αυστηρά μιλώντας, όταν ένα κύκλωμα κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, δεν δημιουργείται ένα συγκεκριμένο ρεύμα, αλλά ένα ορισμένο e. δ.σ.

Σχήμα 2.

Ο Faraday το διαπίστωσε πειραματικά όταν η μαγνητική ροή αλλάζει σε ένα αγώγιμο κύκλωμα, προκύπτει ένα επαγόμενο emf E ind, ίσο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το κύκλωμα, που λαμβάνεται με το πρόσημο μείον:

Αυτός ο τύπος εκφράζει Ο νόμος του Faraday:μι. δ.σ. η επαγωγή είναι ίση με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το περίγραμμα.

Το σύμβολο μείον στον τύπο αντικατοπτρίζεται Ο κανόνας του Lenz.

Το 1833, ο Lenz απέδειξε πειραματικά μια δήλωση που ονομάζεται Ο κανόνας του Lenz: το ρεύμα επαγωγής που διεγείρεται σε έναν κλειστό βρόχο όταν αλλάζει η μαγνητική ροή κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί να εμποδίζει την αλλαγή στη μαγνητική ροή που προκαλεί το επαγόμενο ρεύμα.

Με αυξανόμενη μαγνητική ροήФ>0, και ε ινδ< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его магнитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

Όταν η μαγνητική ροή μειώνεταιφά<0, а ε инд >0, δηλ. το μαγνητικό πεδίο του επαγόμενου ρεύματος αυξάνει τη φθίνουσα μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος.

Ο κανόνας του Lenzέχει βαθιά φυσική έννοια – εκφράζει το νόμο της διατήρησης της ενέργειας: εάν το μαγνητικό πεδίο μέσω του κυκλώματος αυξάνεται, τότε το ρεύμα στο κύκλωμα κατευθύνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό του πεδίο να κατευθύνεται ενάντια στο εξωτερικό και εάν το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο μέσω του κυκλώματος μειωθεί, τότε το ρεύμα κατευθύνεται προς με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό του πεδίο να υποστηρίζει αυτό το μειούμενο μαγνητικό πεδίο.

Το επαγόμενο EMF εξαρτάται από διάφορους λόγους. Εάν σπρώξετε έναν ισχυρό μαγνήτη στο πηνίο μία φορά και έναν αδύναμο την άλλη φορά, τότε οι ενδείξεις της συσκευής στην πρώτη περίπτωση θα είναι υψηλότερες. Θα είναι επίσης υψηλότερα όταν ο μαγνήτης κινείται γρήγορα. Σε κάθε ένα από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε αυτήν την εργασία, η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής καθορίζεται από τον κανόνα του Lenz. Η διαδικασία για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του ρεύματος επαγωγής φαίνεται στο σχήμα 2.

Στο σχήμα, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου ενός μόνιμου μαγνήτη και οι γραμμές μαγνητικού πεδίου του επαγόμενου ρεύματος υποδεικνύονται με μπλε χρώμα. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου κατευθύνονται πάντα από Β προς Ν - από τον βόρειο πόλο στον νότιο πόλο του μαγνήτη.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, το επαγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό, που προκύπτει όταν αλλάζει η μαγνητική ροή, κατευθύνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό του πεδίο να εξουδετερώνει την αλλαγή της μαγνητικής ροής. Επομένως, στο πηνίο η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου είναι αντίθετη από τις γραμμές δύναμης του μόνιμου μαγνήτη, επειδή ο μαγνήτης κινείται προς το πηνίο. Βρίσκουμε την κατεύθυνση του ρεύματος χρησιμοποιώντας τον κανόνα gimlet: εάν ένα όργανο (με δεξιό σπείρωμα) βιδωθεί έτσι ώστε να κίνηση προς τα εμπρόςσυμπίπτει με την κατεύθυνση των γραμμών επαγωγής στο πηνίο, τότε η φορά περιστροφής της λαβής του στελέχους συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής.

Επομένως, το ρεύμα μέσω του χιλιοστόμετρου ρέει από αριστερά προς τα δεξιά, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 με το κόκκινο βέλος. Στην περίπτωση που ο μαγνήτης απομακρύνεται από το πηνίο, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου του επαγόμενου ρεύματος θα συμπίπτουν προς την κατεύθυνση με τις γραμμές πεδίου του μόνιμου μαγνήτη και το ρεύμα θα ρέει από τα δεξιά προς τα αριστερά.

Πρόοδος.

Ετοιμάστε έναν πίνακα για την αναφορά και συμπληρώστε τον καθώς διεξάγετε πειράματα.

Δράσεις με μαγνήτη και πηνίο	Ενδείξεις χιλιοστό αμπερόμετρο,	Κατευθύνσεις εκτροπής της βελόνας του μιλιαμπερόμετρου (δεξιά, αριστερά ή δεν υποκλίνεται)	Κατεύθυνση ρεύματος επαγωγής (σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz)
Εισαγάγετε γρήγορα τον μαγνήτη στο πηνίο με τον βόρειο πόλο
Αφήστε τον μαγνήτη στο πηνίο ακίνητο μετά από εμπειρία 1
Αφαιρέστε γρήγορα τον μαγνήτη από το πηνίο
Φέρτε γρήγορα το πηνίο πιο κοντά στον βόρειο πόλο του μαγνήτη
Αφήστε το πηνίο ακίνητο μετά το πείραμα 4
Τραβήξτε γρήγορα το πηνίο μακριά από τον βόρειο πόλο του μαγνήτη
Εισαγάγετε αργά τον μαγνήτη του βόρειου πόλου στο πηνίο.

Ο Michael Faraday ήταν ο πρώτος που μελέτησε σοβαρά το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Πιο συγκεκριμένα, καθιέρωσε και μελέτησε αυτό το φαινόμενο αναζητώντας τρόπους μετατροπής του μαγνητισμού σε ηλεκτρισμό.

Του πήρε δέκα χρόνια για να λύσει αυτό το πρόβλημα, αλλά τώρα χρησιμοποιούμε τους καρπούς της δουλειάς του παντού και δεν μπορούμε να φανταστούμε τη σύγχρονη ζωή χωρίς τη χρήση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Στην 8η τάξη, εξετάσαμε ήδη αυτό το θέμα στην 9η τάξη, αυτό το φαινόμενο εξετάζεται λεπτομερέστερα, αλλά η εξαγωγή των τύπων σχετίζεται με το μάθημα της 10ης τάξης. Μπορείτε να ακολουθήσετε αυτόν τον σύνδεσμο για να εξοικειωθείτε με όλες τις πτυχές αυτού του ζητήματος.

Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής: σκεφτείτε την εμπειρία

Θα δούμε ποιο είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Μπορείτε να κάνετε ένα πείραμα για το οποίο θα χρειαστείτε ένα γαλβανόμετρο, έναν μόνιμο μαγνήτη και ένα πηνίο. Συνδέοντας το γαλβανόμετρο στο πηνίο, σπρώχνουμε έναν μόνιμο μαγνήτη μέσα στο πηνίο. Σε αυτή την περίπτωση, το γαλβανόμετρο θα δείξει τη μεταβολή του ρεύματος στο κύκλωμα.

Δεδομένου ότι δεν έχουμε καμία πηγή ρεύματος στο κύκλωμα, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι το ρεύμα προκύπτει λόγω της εμφάνισης ενός μαγνητικού πεδίου μέσα στο πηνίο. Όταν τραβήξουμε τον μαγνήτη πίσω από το πηνίο, θα δούμε ότι οι ενδείξεις του γαλβανόμετρου θα αλλάξουν ξανά, αλλά η βελόνα του θα αποκλίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Θα λάβουμε ξανά ρεύμα, αλλά αυτή τη φορά κατευθυνόμενο προς την άλλη κατεύθυνση.

Τώρα ας κάνουμε ένα παρόμοιο πείραμα με τα ίδια στοιχεία, μόνο που σε αυτή την περίπτωση θα στερεώσουμε τον μαγνήτη ακίνητο και θα βάλουμε τώρα το ίδιο το πηνίο συνδεδεμένο με το γαλβανόμετρο πάνω και έξω από τον μαγνήτη. Θα έχουμε τα ίδια αποτελέσματα Η βελόνα του γαλβανομέτρου θα μας δείξει την εμφάνιση του ρεύματος στο κύκλωμα. Ταυτόχρονα, όταν ο μαγνήτης είναι ακίνητος, δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα, το βέλος είναι στο μηδέν.

Μπορείτε να πραγματοποιήσετε μια τροποποιημένη έκδοση του ίδιου πειράματος, αντικαταστήστε μόνο τον μόνιμο μαγνήτη με έναν ηλεκτρικό, ο οποίος μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί. Θα λάβουμε αποτελέσματα παρόμοια με το πρώτο πείραμα όταν ο μαγνήτης κινείται μέσα στο πηνίο. Αλλά, επιπλέον, όταν ένας σταθερός ηλεκτρομαγνήτης ενεργοποιείται και απενεργοποιείται, θα προκαλέσει βραχυπρόθεσμη εμφάνιση ρεύματος στο κύκλωμα πηνίου.

Το πηνίο μπορεί να αντικατασταθεί με ένα αγώγιμο κύκλωμα και μπορούν να γίνουν πειράματα για τη μετακίνηση και την περιστροφή του ίδιου του κυκλώματος σε σταθερό μαγνητικό πεδίο ή ενός μαγνήτη μέσα σε ένα σταθερό κύκλωμα. Τα αποτελέσματα θα είναι τα ίδια με την εμφάνιση ρεύματος στο κύκλωμα όταν κινείται ο μαγνήτης ή το κύκλωμα.

Μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση ρεύματος

Από όλα αυτά προκύπτει ότι μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος στον αγωγό. Αυτό το ρεύμα δεν διαφέρει από το ρεύμα που μπορούμε να πάρουμε από τις μπαταρίες, για παράδειγμα. Αλλά για να δείξει τον λόγο της εμφάνισής του, ένα τέτοιο ρεύμα ονομάστηκε επαγωγή.

Σε όλες τις περιπτώσεις, το μαγνητικό μας πεδίο άλλαξε, ή μάλλον, η μαγνητική ροή μέσω του αγωγού, με αποτέλεσμα να προκύψει ρεύμα. Έτσι, μπορεί να προκύψει ο ακόλουθος ορισμός:

Με οποιαδήποτε αλλαγή στη μαγνητική ροή που διαπερνά το κύκλωμα ενός κλειστού αγωγού, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτόν τον αγωγό, το οποίο υπάρχει σε όλη τη διαδικασία αλλαγής της μαγνητικής ροής.

Σε αυτό το μάθημα θα διεξάγουμε εργαστηριακή εργασία Νο. 4 «Μελέτη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής». Σκοπός αυτού του μαθήματος θα είναι η μελέτη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Χρησιμοποιώντας τον απαραίτητο εξοπλισμό, θα πραγματοποιήσουμε εργαστηριακές εργασίες, στο τέλος των οποίων θα μάθουμε πώς να μελετάμε σωστά και να προσδιορίζουμε αυτό το φαινόμενο.

Σκοπός – μελέτη φαινόμενα ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Εξοπλισμός:

1. Χιλιόμετρο.

2. Μαγνήτης.

3. Καρούλι-κουβάρι.

4. Τρέχουσα πηγή.

5. Ρεοστάτης.

6. Κλειδί.

7. Πηνίο από ηλεκτρομαγνήτη.

8. Καλώδια σύνδεσης.

Ρύζι. 1. Πειραματικός εξοπλισμός

Ας ξεκινήσουμε τις εργαστηριακές εργασίες συναρμολογώντας το setup. Για να συναρμολογήσουμε το κύκλωμα που θα χρησιμοποιήσουμε σε εργαστηριακές εργασίες, θα συνδέσουμε ένα κουβάρι-κουλούρα σε ένα χιλιοστόμετρο και θα χρησιμοποιήσουμε έναν μαγνήτη, τον οποίο θα τον πλησιάσουμε ή πιο μακριά από το πηνίο. Ταυτόχρονα, πρέπει να θυμόμαστε τι θα συμβεί όταν εμφανιστεί το επαγόμενο ρεύμα.

Ρύζι. 2. Πείραμα 1

Σκεφτείτε πώς να εξηγήσετε το φαινόμενο που παρατηρούμε. Πώς η μαγνητική ροή επηρεάζει αυτό που βλέπουμε, ιδιαίτερα την προέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Για να το κάνετε αυτό, δείτε το υποστηρικτικό σχήμα.

Ρύζι. 3. Γραμμές μαγνητικού πεδίου μόνιμου μαγνήτη λωρίδας

Σημειώστε ότι οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής φεύγουν από τον βόρειο πόλο και εισέρχονται στον νότιο πόλο. Επιπλέον, ο αριθμός αυτών των γραμμών και η πυκνότητά τους είναι διαφορετικοί σε διαφορετικά μέρη του μαγνήτη. Σημειώστε ότι η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου αλλάζει επίσης από σημείο σε σημείο. Ως εκ τούτου, μπορούμε να πούμε ότι μια αλλαγή στη μαγνητική ροή οδηγεί στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει σε έναν κλειστό αγωγό, αλλά μόνο όταν ο μαγνήτης κινείται, επομένως, η μαγνητική ροή που διεισδύει στην περιοχή που περιορίζεται από τις στροφές αυτού του πηνίου αλλάζει .

Επόμενο στάδιοΗ μελέτη μας για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή σχετίζεται με τον ορισμό κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. Μπορούμε να κρίνουμε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής από την κατεύθυνση στην οποία αποκλίνει η βελόνα του χιλιοστόμετρου. Ας χρησιμοποιήσουμε έναν μαγνήτη σε σχήμα τόξου και ας δούμε ότι όταν ο μαγνήτης πλησιάσει, το βέλος θα αποκλίνει προς μία κατεύθυνση. Εάν ο μαγνήτης μετακινηθεί τώρα προς την άλλη κατεύθυνση, το βέλος θα εκτραπεί προς την άλλη κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα του πειράματος, μπορούμε να πούμε ότι η κατεύθυνση της κίνησης του μαγνήτη καθορίζει επίσης την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. Ας σημειώσουμε επίσης ότι η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής εξαρτάται και από τον πόλο του μαγνήτη.

Λάβετε υπόψη ότι το μέγεθος του ρεύματος επαγωγής εξαρτάται από την ταχύτητα κίνησης του μαγνήτη και ταυτόχρονα από τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής.

Το δεύτερο μέρος της εργαστηριακής μας εργασίας θα σχετίζεται με ένα άλλο πείραμα. Ας δούμε τον σχεδιασμό αυτού του πειράματος και ας συζητήσουμε τι θα κάνουμε τώρα.

Ρύζι. 4. Πείραμα 2

Στο δεύτερο κύκλωμα, κατ' αρχήν, δεν έχει αλλάξει τίποτα όσον αφορά τη μέτρηση του ρεύματος επαγωγής. Το ίδιο χιλιοστόμετρο συνδέεται με ένα πηνίο πηνίου. Όλα παραμένουν όπως ήταν στην πρώτη περίπτωση. Αλλά τώρα θα λάβουμε μια αλλαγή στη μαγνητική ροή όχι λόγω της κίνησης ενός μόνιμου μαγνήτη, αλλά λόγω μιας αλλαγής στην ένταση του ρεύματος στο δεύτερο πηνίο.

Στο πρώτο μέρος θα εξερευνήσουμε την παρουσία ρεύμα επαγωγήςκατά το κλείσιμο και το άνοιγμα του κυκλώματος. Έτσι, το πρώτο μέρος του πειράματος: κλείνουμε το κλειδί. Λάβετε υπόψη ότι το ρεύμα αυξάνεται στο κύκλωμα, το βέλος έχει αποκλίνει προς μία κατεύθυνση, αλλά σημειώστε ότι τώρα το κλειδί είναι κλειστό και το χιλιοστόμετρο δεν δείχνει ηλεκτρικό ρεύμα. Το γεγονός είναι ότι δεν υπάρχει αλλαγή στη μαγνητική ροή, έχουμε ήδη μιλήσει για αυτό. Εάν το κλειδί είναι τώρα ανοιχτό, το χιλιοστόμετρο θα δείξει ότι η κατεύθυνση του ρεύματος έχει αλλάξει.

Στο δεύτερο πείραμα θα εντοπίσουμε πώς επαγόμενο ρεύμαόταν αλλάζει το ηλεκτρικό ρεύμα στο δεύτερο κύκλωμα.

Το επόμενο μέρος του πειράματος θα είναι να παρατηρήσουμε πώς θα αλλάξει το ρεύμα επαγωγής εάν το μέγεθος του ρεύματος στο κύκλωμα αλλάξει μέσω ενός ρεοστάτη. Γνωρίζετε ότι αν αλλάξουμε την ηλεκτρική αντίσταση σε ένα κύκλωμα, τότε, ακολουθώντας το νόμο του Ohm, θα αλλάξει και το ηλεκτρικό ρεύμα. Καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα αλλάζει, το μαγνητικό πεδίο θα αλλάξει. Τη στιγμή που κινείται η ολισθαίνουσα επαφή του ρεοστάτη, αλλάζει το μαγνητικό πεδίο, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση ρεύματος επαγωγής.

Για να ολοκληρώσουμε το εργαστήριο, πρέπει να δούμε πώς δημιουργείται ένα επαγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα σε μια γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος.

Ρύζι. 5. Γεννήτρια ηλεκτρικού ρεύματος

Το κύριο μέρος του είναι ένας μαγνήτης και μέσα σε αυτούς τους μαγνήτες υπάρχει ένα πηνίο με ορισμένο αριθμό στροφών. Εάν τώρα περιστρέψετε τον τροχό αυτής της γεννήτριας, θα προκληθεί επαγωγικό ηλεκτρικό ρεύμα στην περιέλιξη του πηνίου. Το πείραμα δείχνει ότι η αύξηση του αριθμού των στροφών οδηγεί στο γεγονός ότι ο λαμπτήρας αρχίζει να καίγεται πιο φωτεινός.

Κατάλογος πρόσθετης βιβλιογραφίας:

Aksenovich L. A. Φυσική στο Λύκειο: Θεωρία. Καθήκοντα. Τεστ: Σχολικό βιβλίο. επίδομα για ιδρύματα γενικής εκπαίδευσης. περιβάλλον, εκπαίδευση / L.A. Aksenovich, N.N. Ρακίνα, Κ. Σ. Φαρίνο; Εκδ. Κ. Σ. Φαρίνο. - Μν.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - Σ. 347-348. Myakishev G.Ya. Φυσική: Ηλεκτροδυναμική. 10-11 τάξεις. Εγχειρίδιο προχωρημένης μελέτης φυσικής / Γ.Υα. Myakishev, Α.3. Sinyakov, V.A. Σλόμποντσκοφ. - Μ.: Bustard, 2005. - 476 σελ. Purysheva N.S. Η φυσικη. 9η τάξη. Σχολικό βιβλίο. / Purysheva N.S., Vazheevskaya N.E., Charugin V.M. 2η έκδ., στερεότυπο. - M.: Bustard, 2007.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΜΕΛΕΤΗΣ ΤΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗΣ» Σκοπός του μαθήματος 6 είναι η μελέτη του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Εξοπλισμός: χιλιοστόμετρο, πηνίο-πηνίο, πηγή ρεύματος, πηνίο με πυρήνα σιδήρου από αποσυναρμολογούμενο ηλεκτρομαγνήτη, ρεοστάτη, κλειδί, καλώδια σύνδεσης, μαγνήτης. Πρόοδος εργασίας 1. Συνδέστε το πηνίο στους σφιγκτήρες του χιλιοστόμετρου. 2. Παρατηρώντας τις ενδείξεις του χιλιοστόμετρου, φέρτε έναν από τους πόλους του μαγνήτη στο πηνίο, στη συνέχεια σταματήστε τον μαγνήτη για λίγα δευτερόλεπτα και μετά φέρτε τον ξανά πιο κοντά στο πηνίο, μετακινώντας τον μέσα σε αυτό. 3. Γράψτε αν προέκυψε επαγόμενο ρεύμα στο πηνίο κατά την κίνηση του μαγνήτη σε σχέση με το πηνίο; Κατά τη διάρκεια της στάσης του; 4. Γράψτε αν η μαγνητική ροή F που διέρχεται από το πηνίο άλλαξε κατά την κίνηση του μαγνήτη; Κατά τη διάρκεια της στάσης του; 5. Με βάση τις απαντήσεις σας στην προηγούμενη ερώτηση, βγάλτε και σημειώστε ένα συμπέρασμα σχετικά με την κατάσταση υπό την οποία εμφανίστηκε ένα επαγόμενο ρεύμα στο πηνίο. 6. Γιατί άλλαξε η μαγνητική ροή που διέρχεται από αυτό το πηνίο όταν ο μαγνήτης πλησίασε το πηνίο; (για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, θυμηθείτε, πρώτον, από ποιες τιμές εξαρτάται η μαγνητική ροή Ф και, δεύτερον, εάν το μέγεθος του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής Β του μαγνητικού πεδίου ενός μόνιμου μαγνήτη είναι το ίδιο κοντά σε αυτόν τον μαγνήτη και μακριά από αυτό.) 7. Σχετικά με την κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο μπορεί να κριθεί από την κατεύθυνση στην οποία η βελόνα του χιλιοστόμετρου αποκλίνει από τη μηδενική διαίρεση. Ελέγξτε εάν η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής στο πηνίο θα είναι ίδια ή διαφορετική όταν ο ίδιος μαγνητικός πόλος το πλησιάσει και απομακρύνεται από αυτό. 8. Φέρτε τον μαγνητικό πόλο πιο κοντά στο πηνίο με τέτοια ταχύτητα ώστε η βελόνα του χιλιοστόμετρου να αποκλίνει όχι περισσότερο από το μισό της οριακής τιμής της κλίμακας. Επαναλάβετε το ίδιο πείραμα, αλλά με μεγαλύτερη ταχύτητα του μαγνήτη από την πρώτη περίπτωση. Σε υψηλότερη ή χαμηλότερη ταχύτητα κίνησης του μαγνήτη σε σχέση με το πηνίο, η μαγνητική ροή F που διέρχεται από αυτό το πηνίο άλλαξε πιο γρήγορα; Με μια γρήγορη ή αργή αλλαγή της μαγνητικής ροής μέσω του πηνίου, προέκυψε μεγαλύτερο ρεύμα σε αυτό; Με βάση την απάντησή σας στην τελευταία ερώτηση, συνάψτε και γράψτε ένα συμπέρασμα σχετικά με το πώς το μέτρο της ισχύος του επαγωγικού ρεύματος που προκύπτει στο πηνίο εξαρτάται από τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής F, περίπου

Ταμείο βραβείων 150.000 ₽ 11 τιμητικά έγγραφα Πιστοποιητικό δημοσίευσης στα μέσα ενημέρωσης

Γνωρίζετε ήδη ότι υπάρχει πάντα ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Το ηλεκτρικό ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο είναι αδιαχώριστα μεταξύ τους.

Αλλά αν ένα ηλεκτρικό ρεύμα λέγεται ότι «δημιουργεί» ένα μαγνητικό πεδίο, δεν υπάρχει το αντίθετο φαινόμενο; Είναι δυνατόν να «δημιουργηθεί» ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο;

Ένα τέτοιο έργο σε αρχές XIX V. Πολλοί επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να το λύσουν. Ο Άγγλος επιστήμονας Μάικλ Φάραντεϊ το έθεσε επίσης πριν από τον εαυτό του. "Μετατρέψτε τον μαγνητισμό σε ηλεκτρισμό" - έτσι έγραψε ο Faraday αυτό το πρόβλημα στο ημερολόγιό του το 1822. Ο επιστήμονας χρειάστηκε σχεδόν 10 χρόνια σκληρής δουλειάς για να το λύσει.

Michael Faraday (1791-1867)
Άγγλος φυσικός. Ανακαλύφθηκε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, τα επιπλέον ρεύματα κατά το κλείσιμο και το άνοιγμα

Για να κατανοήσουμε πώς ο Faraday κατάφερε να «μετατρέψει τον μαγνητισμό σε ηλεκτρισμό», ας εκτελέσουμε μερικά από τα πειράματα του Faraday χρησιμοποιώντας σύγχρονα όργανα.

Το Σχήμα 119, a δείχνει ότι εάν ένας μαγνήτης μετακινηθεί σε ένα πηνίο κλειστό σε ένα γαλβανόμετρο, η βελόνα του γαλβανόμετρου εκτρέπεται, υποδεικνύοντας την εμφάνιση ενός επαγωγικού (επαγόμενου) ρεύματος στο κύκλωμα του πηνίου. Το επαγόμενο ρεύμα σε έναν αγωγό είναι η ίδια διατεταγμένη κίνηση των ηλεκτρονίων με το ρεύμα που λαμβάνεται από ένα γαλβανικό στοιχείο ή μπαταρία. Το όνομα "επαγωγή" υποδηλώνει μόνο τον λόγο της εμφάνισής του.

Ρύζι. 119. Η εμφάνιση ρεύματος επαγωγής όταν ένας μαγνήτης και το πηνίο κινούνται μεταξύ τους

Όταν αφαιρεθεί ο μαγνήτης από το πηνίο, παρατηρείται πάλι μια εκτροπή της βελόνας του γαλβανόμετρου, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση, η οποία δείχνει την εμφάνιση ρεύματος στο πηνίο προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Μόλις σταματήσει η κίνηση του μαγνήτη σε σχέση με το πηνίο, το ρεύμα σταματά. Κατά συνέπεια, ρεύμα στο κύκλωμα του πηνίου υπάρχει μόνο όταν ο μαγνήτης κινείται σε σχέση με το πηνίο.

Η εμπειρία μπορεί να αλλάξει. Θα βάλουμε ένα πηνίο σε έναν σταθερό μαγνήτη και θα τον αφαιρέσουμε (Εικ. 119, β). Και πάλι μπορείτε να διαπιστώσετε ότι καθώς το πηνίο κινείται σε σχέση με τον μαγνήτη, το ρεύμα εμφανίζεται ξανά στο κύκλωμα.

Το Σχήμα 120 δείχνει το πηνίο Α συνδεδεμένο στο κύκλωμα πηγής ρεύματος. Αυτό το πηνίο εισάγεται σε ένα άλλο πηνίο C που είναι συνδεδεμένο με το γαλβανόμετρο. Όταν το κύκλωμα του πηνίου Α κλείσει και ανοίξει, εμφανίζεται ένα επαγόμενο ρεύμα στο πηνίο C.

Ρύζι. 120. Η εμφάνιση ρεύματος επαγωγής κατά το κλείσιμο και το άνοιγμα ηλεκτρικού κυκλώματος

Μπορείτε να προκαλέσετε την εμφάνιση ενός ρεύματος επαγωγής στο πηνίο C αλλάζοντας την ισχύ του ρεύματος στο πηνίο Α ή μετακινώντας αυτά τα πηνία το ένα σε σχέση με το άλλο.

Ας κάνουμε ένα ακόμη πείραμα. Ας τοποθετήσουμε ένα επίπεδο περίγραμμα ενός αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο, τα άκρα του οποίου θα συνδέονται με ένα γαλβανόμετρο (Εικ. 121, α). Όταν το κύκλωμα περιστρέφεται, το γαλβανόμετρο σημειώνει την εμφάνιση ενός ρεύματος επαγωγής σε αυτό. Ένα ρεύμα θα εμφανιστεί επίσης εάν ένας μαγνήτης περιστραφεί κοντά στο κύκλωμα ή μέσα σε αυτό (Εικ. 121, β).

Ρύζι. 121. Όταν ένα κύκλωμα περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο (μαγνήτης σε σχέση με το κύκλωμα), μια αλλαγή στη μαγνητική ροή οδηγεί στην εμφάνιση επαγόμενου ρεύματος

Σε όλα τα πειράματα που εξετάστηκαν, το επαγόμενο ρεύμα προέκυψε όταν άλλαξε η μαγνητική ροή που διαπερνά την περιοχή που καλύπτεται από τον αγωγό.

Στις περιπτώσεις που φαίνονται στα Σχήματα 119 και 120, η μαγνητική ροή άλλαξε λόγω μιας αλλαγής στην επαγωγή του μαγνητικού πεδίου. Πράγματι, όταν ο μαγνήτης και το πηνίο μετακινούνταν μεταξύ τους (βλ. Εικ. 119), το πηνίο έπεσε σε περιοχές πεδίου με μεγαλύτερη ή μικρότερη μαγνητική επαγωγή (καθώς το πεδίο του μαγνήτη είναι ανομοιόμορφο). Όταν το κύκλωμα του πηνίου Α (βλ. Εικ. 120) έκλεισε και άνοιξε, η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου που δημιουργήθηκε από αυτό το πηνίο άλλαξε λόγω αλλαγής της ισχύος ρεύματος σε αυτό.

Όταν ένας συρμάτινος βρόχος περιστρεφόταν σε μαγνητικό πεδίο (βλ. Εικ. 121, α) ή σε μαγνήτη σε σχέση με τον βρόχο (βλ. Εικ. 121, β"), η μαγνητική ροή άλλαξε λόγω αλλαγής στον προσανατολισμό αυτού του βρόχου. στις γραμμές μαγνητικής επαγωγής.

Ετσι,

με οποιαδήποτε αλλαγή στη μαγνητική ροή που διαπερνά την περιοχή που περιορίζεται από έναν κλειστό αγωγό, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτόν τον αγωγό, που υπάρχει σε όλη τη διαδικασία αλλαγής της μαγνητικής ροής

Αυτό είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Η ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι μια από τις πιο αξιοσημείωτες επιστημονικά επιτεύγματαπρώτα μισό του 19ου αιώνα V. Προκάλεσε την εμφάνιση και την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής μηχανικής και της ραδιομηχανικής.

Ισχυρές γεννήτριες δημιουργήθηκαν με βάση το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ηλεκτρική ενέργεια, στην ανάπτυξη του οποίου συμμετείχαν επιστήμονες και τεχνικοί διαφορετικές χώρες. Ανάμεσά τους ήταν οι συμπατριώτες μας: Emilius Khristianovich Lenz, Boris Semenovich Jacobi, Mikhail Iosifovich Dolivo-Dobrovolsky και άλλοι, οι οποίοι συνέβαλαν πολύ στην ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής μηχανικής.

Ερωτήσεις

Ποιος ήταν ο σκοπός των πειραμάτων που απεικονίζονται στις Εικόνες 119-121; Πώς πραγματοποιήθηκαν;
Κάτω από ποιες συνθήκες στα πειράματα (βλ. Εικ. 119, 120) προέκυψε ένα επαγόμενο ρεύμα σε ένα πηνίο κλειστό σε ένα γαλβανόμετρο;
Τι είναι το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;
Ποια είναι η σημασία της ανακάλυψης του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;

Άσκηση 36

Πώς να δημιουργήσετε ένα βραχυπρόθεσμο ρεύμα επαγωγής στο πηνίο K 2 που φαίνεται στο Σχήμα 118;
Ο συρμάτινος δακτύλιος τοποθετείται σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο (Εικ. 122). Τα βέλη που φαίνονται δίπλα στον δακτύλιο δείχνουν ότι στις περιπτώσεις a και b ο δακτύλιος κινείται ευθύγραμμα κατά μήκος των γραμμών επαγωγής του μαγνητικού πεδίου και στις περιπτώσεις c, d και e περιστρέφεται γύρω από τον άξονα OO." Σε ποια από αυτές τις περιπτώσεις μπορεί προκύψει επαγόμενο ρεύμα στον δακτύλιο;