У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Электромагнитная индукция. Магнитный поток
Посмотрев этот видеоурок, ребята узнают, может ли магнитное поле вызывать направленное движение электрических зарядов. Познакомятся с явлением электромагнитной индукции. Узнают, что называют потоком вектора магнитной индукции и в каких единицах СИ он измеряется. А также выяснят, какой ток называется индукционным и при каких условиях он возникает.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Электромагнитная индукция. Магнитный поток»
На прошлых уроках мы с вами говорили о магнитном поле и его характеристиках. Давайте вспомним, что магнитное поле — это силовое поле, возникающее при движении электрических зарядов независимо от рода проводника или среды, в которой эти заряды движутся.
Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, направление которого в данной точке совпадает с направлением силовой магнитной линии, проходящей через эту точку:
Магнитная индукция характеризует магнитное поле в конкретной точке пространства. А для характеристики магнитного поля во всех точках пространства, ограниченного замкнутым контуром, вводят физическую величину, называемую магнитным потоком (или потоком магнитной индукции).
Что мы понимаем под потоком в обычной жизни? Кто-то подумает о потоках воды в реке, а кто-то о ветре — потоках воздуха.
Аналогично и с магнитным потоком, который можно рассматривать как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через площадь, ограничивающую некоторую поверхность.
Итак, магнитным потоком через плоскую поверхность, находящуюся в однородном магнитном поле, называют скалярную физическую величину, равную произведению модуля индукции магнитного поля, площади поверхности, ограниченной контуром, и косинуса угла между направлениями нормали к этой поверхности и магнитной индукции:
В системе СИ за единицу магнитного потока принят вебер, названный так в честь немецкого учёного Вильгельма Эдуарда Вебера, главные работы которого посвящены изучению магнитных явлений и электричества.
1 Вб — это магнитный поток однородного магнитного поля индукцией 1 Тл через плоскую поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно линиям индукции магнитного поля:
Но вернёмся к определению магнитного потока. Его анализ показывает, что изменить магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром, можно тремя способами:
изменяя индукцию магнитного поля, в котором находится контур;
размеры этого контура;
а также ориентацию контура в магнитном поле. При этом очевидно, что в случаях, когда линии магнитной индукции перпендикулярны плоскости контура, магнитный поток достигает своего максимума. А в случае, когда плоскость контура параллельна линиям индукции, магнитный поток равен нулю.
Теперь, для примера, давайте с вами решим такую задачу. Линии магнитной индукции направлены перпендикулярно к плоскости, в которой с частотой 0,3 Гц вращается прямоугольная рамка с током. Определите время, за которое магнитный поток через рамку уменьшится в два раза?
После опытов Эрстеда и Ампера стало понятно, что электрические и магнитные поля имеют одни и те же источники — движущиеся электрические заряды. Это навело многих учёных на мысль о том, что электрические и магнитные поля должны быть как-то взаимосвязаны друг с другом. Великий английский учёный Майкл Фарадей, в декабре 1821 года в своём дневнике оставил такую запись: «Превратить магнетизм в электричество!»
Учёный рассуждал примерно так: раз электрический ток может намагнитить железный проводник, то не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока в проводнике?
Спустя 10 лет, а именно 29 августа 1831 года фундаментальная задача была решена. В течение месяца Майкл Фарадей провёл серию опытов, позволивших ему сделать величайшее открытие того времени. Рассмотрим некоторые из них.
Итак, для начала давайте с вами соберём чувствительную цепь, состоящую из источника тока, двух катушек разного диаметра, гальванометра и ключа.
Одну катушку мы подключим к источнику тока, а концы второй катушки соединим с гальванометром. Вставим одну катушку внутрь второй. Наблюдая за гальванометром, замкнём ключ — стрелка отклоняется на несколько делений, а затем возвращается в исходное положение. Движение стрелки говорит нам о том, что по виткам внутренней катушки прошёл кратковременный электрический ток. А теперь разомкнём цепь — по катушке вновь протекает ток, но уже в обратном направлении.
Повторим опыт, но теперь оставим ключ в замкнутом положении, а катушку, соединённую с гальванометром, будем перемещать относительно первой катушки.
Не трудно заметить, что при движении катушки в цепи протекает ток. Фарадей также заметил, что если перемещать катушку, соединённую с источником тока, оставляя вторую катушку неподвижной, то результат будет тот же.
Эти наблюдаемые Фарадеем мгновенные вторичные токи, которые вызываются влиянием первичных токов, были названы им индукционными токами, то есть наведёнными.
Но учёный не остановился на достигнутом и решил выяснить, не влияет ли на появление индукционных токов источник тока? Для этого Фарадей собрал цепь, состоящую только из катушки и гальванометра. Затем он взял постоянный полосовой магнит и начал вводить его внутрь катушки.
Какого же было удивление учёного, когда он заметил, что во время движения магнита стрелка гальванометра отклонялась, указывая на возникновение индукционного тока в цепи катушки. Это же явление можно наблюдать, если магнит оставить неподвижным, а двигать подключённую к гальванометру катушку. Но вот вращение магнита внутри катушки не вызывало появление индукционного тока.
На основании этого Фарадей пришёл к выводу о том, что «ток возникает лишь при движении магнита относительно провода, а не в силу свойств, присущих ему в покое».
Что бы убедиться в своих выводах, Фарадей проделал ещё несколько опытов. В одном из них он поместил в магнитное поле плоский контур, концы которого были соединены с гальванометром. Когда контур приводился во вращение, стрелка гальванометра отклонялась, то в одну, то в другую сторону, фиксируя появление индукционного тока. Ток возникал и тогда, когда рядом с контуром или внутри него приводился во вращение постоянный магнит.
И несмотря на то, что рассмотренные нами опыты внешне выглядят различно, Фарадей уловил в них нечто общее — то, от чего зависит возникновение индукционного тока. А именно в замкнутом проводящем контуре индукционный ток возникает только тогда, когда изменяется число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
Чуть ранее мы с вами показали, что число линий индукции, пронизывающих рамку, определяет магнитный поток. Поэтому можно сказать, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает индукционный ток, существующий в течение всего времени изменения магнитного потока.
В этом состоит суть явления электромагнитной индукции на качественном уровне. О его количественной стороне мы с вами поговорим на одном из следующих занятий.
В дневнике Майкл Фарадей записал дату открытия явления электромагнитной индукции — 29 августа 1831 года. Интересно, но почти одновременно с Фарадеем похожие эксперименты проводил и швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон. Его опыты были в целом похожи на опыт Фарадея. Однако, чтобы магнит не оказывал влияния на стрелку гальванометра, выводил концы катушки в соседнюю комнату. Поместив магнит в катушку, Колладон шёл к гальванометру и разочарованно убеждался в отсутствии тока. Интересно, кому бы принадлежало открытие такого замечательного явления, если бы свои опыты Колладон проводил с помощником?
О значимости открытого явления электромагнитной индукции долго спорил научный мир. В архивах даже сохранилась такая запись:
«Однажды после лекции Майкла Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошёл богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:
— Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?
— А для чего годится только что родившийся ребёнок? — спросил в ответ рассердившийся Фарадей».
В последующие годы на этот вопрос ответили многие учёные и изобретатели. Так Эмилий Христианович Ленц, Борис Семёнович Якоби и Михаил Иосифович Доливо-Добровольский внесли огромный вклад в развитие электротехники.
А французский изобретатель Ипполи́т Пи́кси в 1832)году первую в мире динамо-машину, которая заложила основу для промышленного производства электроэнергии.
В современном мире на явлении электромагнитной индукции работают мобильные телефоны и планшеты, компьютеры и ноутбуки, наушники и микрофоны, модные смарт-часы и фитнес-браслеты. А ведь без явления, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году, эти приборы создать было бы невозможно и по сей день.
Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца
Что нужно современному школьнику? Конечно же, компьютер или ноутбук, например, чтобы общаться в мессенджере с друзьями из других городов. Тогда нужны ещё наушники и микрофон. А кто-то скажет, что компьютер — это прошлый век, так как есть более компактные устройства — планшеты и мобильные телефоны. Но задумывался ли кто-нибудь из вас над тем, что лежит в основе работы подобных приборов? А ведь без явления, которое было открыто чуть более ста восьмидесяти пяти лет назад, эти приборы создать было бы невозможно и по сей день. Поэтому наша основная задача этого урока состоит в том, чтобы разгадать тайну работы многих из них.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца»
Прежде чем начать наш урок, давайте подумаем, что нужно современному школьнику? Конечно же компьютер или ноутбук, например, чтобы общаться в мессенджере с друзьями из других городов. Тогда нужны ещё наушники и микрофон. А кто-то из вас скажет, что компьютер — это прошлый век, так как есть более компактные устройства — планшеты и мобильные телефоны. Но задумывался ли кто-нибудь из вас над тем, что лежит в основе работы подобных приборов. А ведь без явления, которое было открыто чуть более ста восьмидесяти пяти лет назад, эти приборы создать было бы невозможно и по сей день. Поэтому сегодня наша задача разгадать тайну работы многих из них. И тема нашего урока звучит так: явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.
После опытов Эрстеда стало понятно, что электрические и магнитные поля имеют одни и те же источники — движущиеся электрические заряды. Это позволило предположить, что они каким-то образом связаны друг с другом. Фарадей был абсолютно уверен в единстве электрических и магнитных явлений. Вскоре после открытия Эрстеда в своём дневнике в декабре 1821 года он пишет: «Превратить магнетизм в электричество». На решение этой фундаментальной задачи ему понадобилось 10 лет.
Давайте и мы проведём несколько опытов, подобных опытам Фарадея, только с современными приборами. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, чувствительного гальванометра, двух катушек и ключа.
Подключим одну из катушек к источнику тока, а вторую катушку расположим так, чтобы часть её входила внутрь первой катушки. Соединив выводы второй катушки с гальванометром, замкнём ключ. Опыт показывает, что в момент замыкания ключа стрелка гальванометра отклоняется на несколько делений, а затем возвращается в исходное положение. Это говорит о том, что в течение короткого времени по виткам второй катушки протекал электрический ток.
Аналогичное явление наблюдается и при размыкании ключа, только в этом случае стрелка гальванометра отклоняется в противоположную сторону, что свидетельствует об изменении направления тока в катушке.
Проделаем другой опыт Фарадея, используя то же самое оборудование. Только на этот раз ключ оставим в замкнутом положении, а катушку, соединённую с гальванометром, будем перемещать относительно первой катушки, подключённой к источнику тока. В процессе перемещения катушки в её цепи протекает ток.
Как установил учёный, неважно, какая из катушек перемещается: можно перемещать катушку, соединённую с источником, оставляя вторую катушку неподвижной. Результат будет тот же самый — в цепи катушки, соединённой с гальванометром, появляется ток.
Эти вторичные мгновенные токи, вызываемые влиянием первичных, названы были Фарадеем индукционными, то есть наведёнными, и это название сохранилось за ними и до наших дней.
— Но как объяснить результаты опытов? Может быть здесь важную роль играет наличие источника тока?
Давайте попробуем ответить и на этот вопрос. Для чего проведём такой опыт. Соберём цепь, состоящую только из катушки и гальванометра.
Если теперь внутрь катушки вводить постоянный магнит, то стрелка гальванометра будет отклоняться, указывая на возникновение индукционного тока в цепи катушки. Это же явление можно наблюдать, если магнит оставить неподвижным, а двигать подключённую к гальванометру катушку.
Однако если мы, например, будем вращать магнит в катушке, то индукционный ток не возникнет.
Проделаем ещё несколько опытов. Поместим в магнитное поле плоский контур, концы которого соединены с гальванометром. Ели контур привести во вращение, то стрелка гальванометра начнёт отклоняться, фиксируя появление индукционного тока.
Ток также будет возникать и в случае, когда рядом с контуром или внутри него приводить во вращение постоянный магнит.
«Ток возникает лишь при движении магнита относительно провода, а не в силу свойств, присущих ему в покое», — записал Фарадей в свой научный дневник.
Хотя приведённые опыты внешне выглядят различно, Фарадей уловил нечто общее, от чего зависит возникновение индукционного тока. Именно в замкнутом проводящем контуре индукционный ток возникает только тогда, когда изменяется число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром. Поскольку число линий индукции определяет магнитный поток, то при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электрический ток, существующий в течение всего времени изменения магнитного потока.
Здесь мы сформулировали сущность явления электромагнитной индукции на качественном уровне. С количественной формулировкой закона электромагнитной индукции вы познакомитесь при дальнейшем изучении физики в старших классах.
В дневнике Майкла Фарадея записана дата открытия явления электромагнитной индукции — 29 августа 1831 года. Интересно, что почти в одно и то же время с Фарадеем эксперименты по получению электрического тока с помощью магнита проводил швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон. Для этого он использовал гальванометр с лёгкой магнитной стрелкой. Чтобы магнит не оказывал влияния на стрелку прибора, концы катушки были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вдвинув магнит в катушку, Колладон шёл в эту комнату и разочарованный убеждался, что гальванометр не показывал наличие тока в цепи.
Я думаю, вы догадались почему? Если бы он всё время наблюдал за гальванометром, а магнитом занимался бы кто-то другой, то замечательное открытие было бы сделано Колладоном.
Были попытки и у других учёных, например, американский физик Джозеф Генри также успешно проводил опыты по индукции токов в то же время, что и Майкл Фарадей. Но, по неизвестным причинам, учёный прекратил свои эксперименты и вернулся к ним лишь девять месяцев спустя. Сегодня точно известно, что открытие электромагнитной индукции Генри совершил в июне тысяча восемьсот тридцать второго года. Если бы Генри не прервал свои эксперименты. В таких случаях на ум приходит известная русская пословица: терпение и труд всё перетрут. А, как мы увидели, терпение позволило только Фарадею довести начатое дело до конца.
Однако оставался ещё один не решённый вопрос: каково направление возникающего индукционного тока?
Чтобы на него ответить проведём простой опыт. Возьмём два одинаковых алюминиевых кольца, закреплённых на концах алюминиевого коромысла.
Обратите внимание, что одно из колец сплошное, а в другом есть прорезь. Коромысло надето на иглу штатива и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Возьмём полосовой магнит и внесём его в кольцо с разрезом — никаких изменений мы не наблюдаем. А теперь внесём магнит в сплошное кольцо. Удивительно, но у нас ничего не получается — кольцо «убегает» от магнита, поворачивая при этом всю пластинку.
— Почему же так происходит?
Дело в том, что при приближении к кольцу магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом ток циркулировать не может.
Возникающий индукционный ток в сплошном кольце порождает в нём магнитное поле. При этом оно имеет такое направление, что линии индукции магнитного поля, порождённого индукционным током, направлены противоположно линиям индукции внешнего поля магнита. То есть, кольцо и магнит обращены друг к другу одноименными по́люсами.
Придержим кольцо рукой и внесём в него магнит. А теперь начнём его выдвигать из кольца — кольцо стремиться за магнитом.
Объясняется это тем, что при уменьшении магнитного потока (выдвигание магнита), индукционный ток имеет в нем такое направление, что линии индукции возникающего магнитного поля совпадают по направлению с линиями индукции внешнего магнитного поля. То есть кольцо и магнит обращены друг к другу разноимёнными полюсами.
Таким образом, проследив за взаимодействием между кольцом и магнитом во всех случаях и сравнив его с направлением движения магнита, можно видеть, что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита.
В тысяча восемьсот тридцать четвёртом году русскому учёному Эмилию Христиановичу Ленцу удалось обобщить эти закономерности и сформулировать общее правило. Найденную им связь называют правилом Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток.
Интересен, что о вопросах надобности и ненадобности открытия явления электромагнитной индукции долго спорил научный, и не только, мир. В архивах сохранилась следующая примечательная запись:
«Однажды после лекции Фарадея в Королевском обществе, где он демонстрировал свои опыты, к нему подошёл богатый коммерсант, оказывавший обществу материальную поддержку, и надменным голосом спросил:
— Всё, что вы нам здесь показывали, господин Фарадей, действительно красиво. Но теперь скажите мне, для чего годится эта магнитная индукция!?
— А для чего годится только что родившийся ребёнок? — ответил рассердившийся Фарадей.»
На вопрос коммерсанта в последующие годы ответили многие учёные и изобретатели. Среди них и были наши соотечественники: Эмилий Христианович Ленц, Борис Семёнович Якоби и Михаил Иосифович Доливо-Добровольский внёсшие незаменимый вклад в развитие электротехнике. А также французский изобретатель Ипполит Пикси, построивший в 1832 году первую динамо-машину, положившую основу для промышленного производства электроэнергии.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад