Явление электромагнитной индукции

Ханс Кристиан Эрстед
14.08.1777 -09.03.1851

Опыт Эрстеда
магнитная стрелка и проводник.

А. Ампер

Опыт А. Ампера 1820 г.:

Магнитное поле – это особая форма материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами

Характеристики магнитного поля

Можно ли изменить магнитный поток через площадь,
ограниченную замкнутым контуром?

Проводник показанный на рис. притягивается к магниту. Почему?
на проводник действует сила Ампера

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
ТОК
МАГНИТНОЕ
ПОЛЕ

ОТКРЫТИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ
ИНДУКЦИИ
29 августа 1831 года, Майкл Фарадей:
«Превратить магнетизм в электричество»

ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ

ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ

Опыты Фарадея:
Ввод и вывод магнита.
Движение катушки относительно другой катушки
3. Изменение силы тока в цепи с помощью реостата
4. Замыкание и размыкание электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой.

Электромагнитная индукция - это явление возникновения индукционного тока в катушке при любом изменении магнитного поля, пронизывающего площадь его витков.

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ II
Изменение магнитного потока →
возникновение вихревого электрического поля →
возникновение ЭДСi →
перемещение зарядов
(индукционный ток)

ХАРАКТЕРИСТИКИ II
Направление индукционного тока зависит от ориентации полюсов магнита
направление индукционного тока зависит от изменения магнитного потока.
Величина тока зависит от скорости изменения числа линий магнитной индукции, пронизывающий контур. И не зависит от способа этого изменения.

Ленц Эмилий Христианович
В 1883 г. сформулировал правило для определения направления
индукционного тока

Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток.
Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

S
N
Отталкиваются

S
N
Притягиваются

N
S
Отталкиваются

S
N
Притягиваются

ОПРЕДЕЛИТЬ НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА В ЗАМКНУТОМ КОНТУРЕ.

ПЛАН РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ на правило ЛЕНЦА
1. Определить направление вектора В внешнего магнитного поля
2.Определить, как изменяется магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром
3. Определить направление вектора
Вi поля индукционного тока:
а) если магнитный поток уменьшается, то векторы сонаправлены
б) если магнитный поток увеличивается, то векторы противоположно направлены.
4.Пользуясь правилом буравчика,
определить направление индукционного тока
в контуре.
V
I

РЕШИМ ЗАДАЧУ
V
Определим направление вектора В внешнего поля
(входит в южный полюс)
Магнит удаляется от кольца
Значит вектор магнитного поля индукционного тока сонаправлен
с вектором В
По правилу буравчика определим
направление индукционного тока
( т.е. магнитный поток уменьшается)
B
Bi
I

Видеомагнитофон.
Жесткий диск компьютера.
Детектор полицейского.
Детектор металла в аэропортах
Поезд на магнитной подушке
Применение электромагнитной индукции

ЗАКРЕПЛЕНИЕ
Можно ли изменить магнитный поток через площадь, ограниченную замкнутым контуром?
В чём заключается явление ЭМИ?
Причина возникновения Ii.
Описать серии опытов Фарадея по исследованию явления ЭМИ.
Характеристики Ii.

ЭКСПРЕСС - ОПРОС
«Электромагнитная индукция»

1. Один раз полосовой магнит падает сквозь неподвижное металлическое кольцо южным полюсом вниз, а второй раз – северным полюсом вниз. Ток в кольце
а) возникает в обоих случаях
б) не возникает ни в одном из случаев
в) возникает только в первом случае
г) возникает только во втором случае

2. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?
а) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током
б) взаимодействие двух проводников с током
в) появление тока в замкнутой катушке при опускании в нее постоянного магнита
г) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

3. Виток провода, подключенный к гальванометру, находится в магнитном поле. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику. В какой промежуток времени гальванометр покажет наличие тока в витке?
а) от 0 до 1 с
б) от 1с до 3 с
в) от 3с до 4 с
г) от 0 до 4 с

4. От чего зависит направление индукционного тока в катушке?
а) от скорости движения магнита
б) от количества витков в катушке
в) от полюса магнита
г) от силы магнита

5 Определить направление индукционного тока

ИТОГИ УРОКА
Обнаружили наличие электрического тока в катушке при взаимодействии ее с магнитом
Установили, от каких параметров зависит величина этого тока
Установили, от чего зависит направление этого тока
Сформулировали закон электромагнитной индукции
Превратили магнетизм в электричество

Ленц Эмилий Христианович
В 1883 г. сформулировал правило для определения направления
индукционного тока

Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток.
Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

S
N
Отталкиваются

S
N
Притягиваются

N
S
Отталкиваются

S
N
Притягиваются

ОПРЕДЕЛИТЬ НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА В ЗАМКНУТОМ КОНТУРЕ.

Закономерности явления ЭМИ
Опытные факты
Ii~N витков в катушке
Ii ~ N вносимых (выносимых) магнитов
Ii ~ скорости внесения (вынесения) магнитов
Анализ формулы
N витков в контуре меняет его S
N вносимых (выносимых) магнитов меняет численное значение B
Скорость внесения (вынесения) магнитов в контур влияет на быстроту изменения Ф
Сила индукционного тока
зависит от скорости изменения магнитного потока

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ II
Изменение магнитного потока →
возникновение вихревого электрического поля →
возникновение ЭДСi →
перемещение зарядов
(индукционный ток)

ЭДС ИНДУКЦИИ ( ƐI )-ЭТО…
Работа сил вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура
[Ɛi] = вольт (В), вольтметр

ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
МАКСВЕЛЛ, 1855 Г.
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром:
ε = - ∆ Ф/ ∆t

Закон электромагнитной индукции
– сила индукционного тока зависит от
скорости:
…изменения магнитного потока
…изменения
силы тока
Ei = Bvℓsinβ …движения проводника

Способы получения индукционного тока
(магнитное поле создано постоянным магнитом)

ПРИМЕР №1
Круговой проволочный виток площадью 2·10-3 м2 находится в однородном магнитном поле, индукция которого изменяется на 0,1 Тл за 0,4 с. Плоскость витка перпендикулярна линиям индукции. Чему равна ЭДС, возникающая в витке?

ПЛАН РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ на правило ЛЕНЦА
1. Определить направление вектора В внешнего магнитного поля
2.Определить, как изменяется магнитный поток через поверхность, ограниченную контуром
3. Определить направление вектора
Вi поля индукционного тока:
а) если магнитный поток уменьшается, то векторы сонаправлены
б) если магнитный поток увеличивается, то векторы противоположно направлены.
4.Пользуясь правилом буравчика,
определить направление индукционного тока
в контуре.
V
I

РЕШИМ ЗАДАЧУ
V
Определим направление вектора В внешнего поля
(входит в южный полюс)
Магнит удаляется от кольца
Значит вектор магнитного поля индукционного тока сонаправлен
с вектором В
По правилу буравчика определим
направление индукционного тока
( т.е. магнитный поток уменьшается)
B
Bi
I

+
_
R
B
A
Пользуясь правилом Ленца, определите
направление индукционного тока в кольце В
в следующих случаях:
1. При замыкании ключа в цепи кольца А
против часовой стрелки
2.При размыкании ключа в цепи кольца А
( выполнить дома)
3.При замкнутом ключе скользящий
контакт реостата передвигают вправо
по часовой стрелке
4.При замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают влево
(выполнить дома)
B
Bi
Ii
Дома: п.10, задачи по рисунку.
K
B

ТЕСТ
«Электромагнитная индукция»

1. Один раз полосовой магнит падает сквозь неподвижное металлическое кольцо южным полюсом вниз, а второй раз – северным полюсом вниз. Ток в кольце
а) возникает в обоих случаях
б) не возникает ни в одном из случаев
в) возникает только в первом случае
г) возникает только во втором случае

2. Какой процесс объясняется явлением электромагнитной индукции?
а) отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током
б) взаимодействие двух проводников с током
в) появление тока в замкнутой катушке при опускании в нее постоянного магнита
г) возникновение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

3. Виток провода, подключенный к гальванометру, находится в магнитном поле. Магнитная индукция поля меняется с течением времени согласно графику. В какой промежуток времени гальванометр покажет наличие тока в витке?
а) от 0 до 1 с
б) от 1с до 3 с
в) от 3с до 4 с
г) от 0 до 4 с

5. От чего зависит направление индукционного тока в катушке?
а) от скорости движения магнита
б) от количества витков в катушке
в) от полюса магнита
г) от силы магнита

6. ПРИМЕНИМ ПРАВИЛО ЛЕНЦА ДЛЯ СЛЕДУЮЩИХ СЛУЧАЕВ:
1
2
3
4
Ответ 1 и 2
Ответ 3 и 4

ОТВЕТ 1 И 2
назад

ОТВЕТ 3 И 4
назад

Видеомагнитофон.
Жесткий диск компьютера.
Детектор полицейского.
Детектор металла в аэропортах
Поезд на магнитной подушке
Применение электромагнитной индукции

Частные случаи
ЭМИ
Д/З §§9, 11, с/р №9 (с/у №1, д/у №1)

1) ЭДС индукции
в движущихся проводниках

ЭДС индукции
в движущихся проводниках
Механизм явления: пересечение движущимся проводником магнитных линий ? возникновение силы Лоренца?перемещение зарядов ?возникновение ЭДС

q=1,6*10 -19 Кл
me=9,1*10 -31 кг
m p=1,67*10 -27 кг
СИЛА ЛОРЕНЦА

ЭДС индукции
в движущихся проводниках

НАПРАВЛЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО ТОКА В ДВИЖУЩЕМСЯ ПРОВОДНИКЕ
Если правой руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции (В) входили в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.
ПРАВИЛО правой руки

2) Явление самоиндукции
Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в электрической цепи в результате изменения силы тока.

Самоиндукция
Явление открыто в
1832 г. американским физиком
Д. Генри
(1797 – 1878)

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ
ЯВЛЕНИЯ САМОИНДУКЦИИ

Опыт

МЕХАНИЗМ САМОИНДУКЦИИ

Механизм самоиндукции
Изменяется сила тока в проводнике ?изменяется магнитный поток ? происходит возникновение вихревого электрического поля → который порождает ЭДСi → в результате происходит перемещение зарядов (индукционный ток)

МАГНИТНЫЙ ПОТОК
САМОИНДУКЦИИ КОНТУРА

ЭДС САМОИНДУКЦИИ

И Н Д У К Т И В Н О С Т Ь
Индуктивность – это физическая величина, характеризующая способность проводника в с током создавать магнитное поле
Единица измерения:

ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ИНДУКТИВНОСТИ:
Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при равномерном изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В:

Характеристики индуктивности
Все проводники в переменном электромагнитном поле обладают индуктивностью.
Чем больше L проводника, тем медленнее происходит изменение силы тока в проводнике
Индуктивность проводника зависит от его формы и конструкции:
у соленоида индуктивность зависит от числа витков, чем больше n, тем больше L.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

ПРИМЕНЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ САМОИНДУКЦИИ
Работа ламп дневного света
Электрические колебания в колебательном контуре

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 25 см, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8мТл со скоростью 5 м/с под углом 30° к вектору магнитной индукции.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
2. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м, под углом 60° к линиям индукции магнитного поля, чтобы в проводнике возбуждалась ЭДС индукции 1В? Индукция магнитного поля равна 0,2 Тл.

ЗАДАЧА №3
Какова индуктивность проволочной рамки, если при силе тока 3 А в рамке возникает магнитный поток, равный 6 Вб?

ЗАДАЧА №4
На два одинаковых сердечника намотаны катушки: в первой катушке 100 витков; во второй – 200. Сравните индуктивность L1 и L2.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Электрогенераторы

Трансформаторы

Металлоискатели

Другие применения

Видеомагнитофон.
Жесткий диск компьютера.
Детектор полицейского.
Детектор металла в аэропортах
Поезд на магнитной подушке
Маглев
Электромагнитная индукция в современном мире

Видеомагнитофон.
Жесткий диск компьютера.
Детектор полицейского.
Детектор металла в аэропортах
Поезд на магнитной подушке
Маглев
Электромагнитная индукция в современном мире

Вариант 1
1. Прямолинейный проводник движется со скоростью 25 м/c в поле с индукцией 0, 0038 Тл перпендикулярно силовым линиям. Чему равна длина проводника, если на его концах имеется напряжение 0, 028 В?
2. Виток площадью 100 см2 находится в магнитном поле с индукцией 1 Тл. Плоскость витка перпендикулярна линиям поля. Определите среднее значение ЭДС индукции при выключении поля за 0, 01с
Вариант 2
1. Прямолинейный проводник длиной 120 см движется в однородном магнитном поле под углом 90° к силовым линиям со скоростью 15 м/с. Определите индукцию поля, если в проводнике создается ЭДС индукции 0, 12 В.
2. Найдите индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции 20 мВ.
Вариант 3
1. Самолет летит горизонтально со скоростью 900 км/ч. Найдите разность потенциалов, возникающую между концами крыльев самолета, если вертикальная составляющая земного магнитного поля равна 50 мкТл и размах крыльев 12 м.
2. Сколько витков должна иметь катушка, чтобы при изменении магнитного потока внутри нее от 0, 024 Вб до 0, 056 Вб за промежуток времени 0,32с в катушке возникала средняя ЭДС индукции 10 В?

Спасибо
за работу и внимание!

МОДУЛЬ ВЕКТОРА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ