Презентация для урока на тему: «Электромагнитная индукция» Дисциплина «Физика»

Презентация для урока на тему:
«Электромагнитная индукция»
Дисциплина «Физика»
Над презентацией работали
студенты 1 курса группы КМС-12:
Абдулов Эльвир и Бикметов Рустам
Руководитель Алеева Зульфира
Фандузовна – преподаватель физики
Республика Башкортостан
г. Уфа
Содержание:
Электромагнитная индукция
3
Направление индукционного тока
6
Магнитный поток
13
Закон электромагнитной индукции
15
Вихревое электрическое поле
16
ЭДС индукции в движущихся
проводниках
19
Сила индукционного тока
21
Электродинамический микрофон
21
Самоиндукция
22
Индуктивность
26
Энергия магнитного поля тока
29
Электрическое поле
30
Электромагнитное поле
33
Заключение
35
Интернет ресурсы и литература
36
2 из 36
Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция- возникновение электрического тока в
проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени
магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом,
что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. [1]
Она была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года.
В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий
магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.
3 из 36
Майкл Фарадей (1791 -1867)
Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года
британский физик, химик. Заложил основы учения об
электромагнитном поле. В 1824 году стал членом Лондонского
королевского обществ
Основные достижения: в 1820 году провел ряд опытов с
выплавкой никеле содержащей стали. В 1821 году Фарадей
создает первую модель электродвигателя. Ученым был открыт
закон
электролиза,
введены
термины
«электроды»,
«электролиз», «ионы».
Ввел термин «магнитное поле», открыл диамагнетизм,
парамагнетизм, исследовал процесс получения бензола.
У него не было среднего образования, и был самоучкой.
Переписывался
с
Чарльзом
Диккенсом,
активно
интересовался литературой и театром.
Талисманом Фарадея был магнит, который он долгие годы носил в кармане.
Почетный член 72 научных обществ.
Практически до самой смерти читал публичные лекции, отказываясь их отменять
даже при обострении болезни.
25 августа 1867 года Майкл Фарадей умер. Его нашли в кресле за рабочим столом.[2]
4 из 36
Опыты Фарадея по индукции
При движении
магнитного сердечника
внутри при включении или
выключении проволочной
катушки тока водной
обмотке
в ней возникает ток
«Трансформатор Фарадея»
Диск Фарадея
Основные опыты состоялись в период 29 августа — 4 ноября 1831 года,
главными из них стали два:
1. При движении магнитного сердечника внутри проволочной катушки в последней
возникал электрический ток.
2. Включение или выключение тока в проволочной катушке приводило к
появлению тока во вторичной катушке, чьи витки чередуются с витками первой.[3]
5 из 36
Направление
индукционного тока
Правило Ленца
Возникающий
в
замкнутом
контуре
индукционный ток своим магнитным полем
противодействуют
тому
изменению
магнитного потока, которым он вызван.
[4]
Э.Х. Ленц
1804 – 1865 г.
академик, ректор
Петербургского
Университета
6 из 36
Ленц
Эмилий Христианович
(1803-1863)
Выдающийся русский физик,
один из создателей учения об
электричестве и теоритических
основ электротехники.
Долгие
годы
возглавлял
кафедру физики и физической
географии
в
Петербургском
университете, а с 1863 г. Был
ректором университета.
В курсе физике основные
выводы Ленца известны как
«Правило Ленца» и «Закон
Джоуля-Ленца» [5]
7 из 36
Нахождение направления
индукционного тока в контуре
1. Установить направление линий
магнитной
индукции
B
внешнего
магнитного поля.
2. Выяснить, увеличивается ли поток
магнитной индукции через поверхность,
ограниченную контуром (∆Ф>0), или
уменьшается (∆Ф<0).
3. Установить направление линий
магнитной индукции В′, магнитного поля
индукционного тока. Эти линии должны
быть
согласно
правилу
Ленца
направлены в противоположно линиям
B при ∆Ф>0 и иметь одинаковые с ними
направление при ∆Ф<0.
4.
Зная
направление
линий
магнитной
индукции
В′,
найти
направление
индукционного
тока,
пользуясь правилом буравчика
8 из 36
Направление индукционного тока
ОПЫТ №1
В
Ii
В0
9 из 36
Направление индукционного тока
ОПЫТ №2
В
В0
Ii
10 из 36
Направление индукционного тока
ОПЫТ №3
В
Ii
В0
11 из 36
Направление индукционного тока
ОПЫТ №4
В0
Ii
В
12 из 36
Магнитный поток
Магнитный поток через
поверхность:
n
B


S
Φ = B · S · cos α
Единица измерения
магнитного потока в систем
СИ - 1 Вебер (1 Вб):
1 Вб = 1 Тл · 1 м2
Магнитный
поток
через
n - единичный вектор.
контур
максимален,
если
α - угол между вектором
плоскость контура перпендимагнитной индукции.
кулярна магнитному полю.
В - модуль вектора индукции, Тл
Значит угол α равен 00:
S - площадь, м2
Φmax = B · S
[6]
13 из 36
Магнитный поток
Магнитный поток- это произведение индукции
магнитного поля, пронизывающей поперечное
сечение контура, на площадь этого контура. [7]
[8]
14 из 36
Закон электромагнитной индукции.
i 
Сила индукционного
тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную
контуром.
Ф
t
ЭДС
индукции
в
замкнутом
контуре
равна
по
модулю
скорости изменения
магнитного потока
через
поверхность,
ограниченную контуром.
15 из 36
Вихревое электрическое поле
•Одним из условий существования тока
является наличие электрического поля.
•В замкнутом проводящем контуре возникает
электрический ток при изменении магнитного
потока, пронизывающего этот контур.
Переменное во времени магнитное
поле порождает электрическое поле.
Порождаемое электрическое поле
является вихревым. [9]
16 из 36
Индукционные токи в массивных проводниках.
Особенно большой величины индукционные токи достигают в
массивных проводниках, из-за того что их сопротивление мало.
Эти токи, называемые токами Фуко, по имени исследовавшего
их французского физика, можно использовать для нагревания
проводников. На этом принципе основано устройство
индукционных печей. Особенно широкое применение эти печи
получили для плавки металлов в вакууме.
Однако
во
многих
распространенных
устройствах
возникновение токов Фуко приводит к бесполезным потерям
энергии на выделение теплоты. Поэтому железные сердечники
трансформаторов, электродвигателей, генераторов и т. д.
делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин,
изолированных друг от друга. Поверхности пластин должны
быть перпендикулярны направлению вектора напряженности
вихревого электрического поля. Сопротивление электрическому
току пластин будет при этом максимальным.
17 из 36
Применение ферритов
Радиоэлектронная аппаратура работает в области очень высоких
частот. Здесь применение сердечников катушек из отдельных пластин
уже не дает нужного эффекта, так как большие токи Фуко возникают в
каждой пластине.
Существуют
магнитные
изоляторы-ферриты.
При
перемагничивании в ферритах не возникают вихревые токи. В
результате потери энергии на выделение теплоты в них сводятся к
минимуму. Поэтому из ферритов делают сердечники высокочастотных
трансформаторов, магнитные антенны транзисторов и др.
Ферритовые сердечники изготовляют из смеси порошков исходных
веществ. Смесь прессуется и подвергается термической обработке.
Очень существенно, кроме того, что при быстром изменении
магнитного поля в обычном ферромагнетике возникают индукционные
токи, магнитное поле которых по правилу Ленца препятствует
изменению магнитного потока в сердечнике катушки. Из-за этого
поток магнитной индукции практически не меняется и сердечник не
перемагничивается. В ферритах вихревые токи очень малы, и поэтому
их можно очень быстро перемагничивать.
18 из 36
ЭДС индукции в движущихся проводниках
Сила, с которой магнитное поле действует на
движущуюся заряженную частицу
FЛ  q B sin 
Направлена эта сила вдоль проводника MN.
Работа силы Лоренца на пути l положительна и
составляет
A  FЛ l  q Bl sin 
Электродвижущая сила индукции в проводнике
MN равна по определению отношению работы по
перемещению заряда q к этому заряду
A
 i   Bl sin 
q
19 из 36
ЭДС индукции в движущихся проводниках

l I

В
20 из 36
Электродинамический микрофон
Микрофоны широко применяются
в
радиовещании,
телевидении, системах усиления звука и звукозаписи, для
телефонной связи.
Действие одного из самых
распространенных микрофонов
— электродинамического —
основано на электромагнитной
индукции.
Этот
микрофон
устроен следующим образом.
Диафрагма 2 из тонкой полистирольной пленки или алюминиевой
фольги жестко связана со звуковой катушкой 1 из тонкой проволоки.
Катушка помещается в кольцевом зазоре сильного постоянного
магнита 3. Линии магнитной индукции перпендикулярны к плоскости
витков катушки.
21 из 36
САМОИНДУКЦИЯ
Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции
в контуре при изменении электрического тока в этом же
контуре.
ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке
постоянным значением индуктивности, равна :
с
ЭДС
самоиндукции
прямо
пропорциональна
индуктивности катушки и скорости изменения силы тока
в ней.
22 из 36
Джозеф Генри (1797 – 1878)
Джозеф
Генри
(1797 – 1878)
Джозеф Генри (17 декабря 1797 — 13
мая 1878) — американский физик, первый
секретарь Смитсоновского института. Генри
считался одним из величайших американских
учёных со времён Бенджамина Франклина.
Создавая магниты, Генри открыл новое явление в
электромагнетизме
—
самоиндукцию.
Независимо
от
Фарадея
Генри
обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше
опубликовал свои результаты.
Генри входил в число первых 50 выдающихся
ученых, включенных президентом Линкольном в
состав Национальной Академии наук США(1863), и
с 1868 года до конца жизни был её бессменным
президентом. В честь Джозефа Генри названа
единица индуктивности в Международной системе
единиц (СИ) — «генри». [10]
23 из 36
Опыт № 1
Схема параллельного соединения
двух одинаковых ламп. Одну из них
подключают к источнику через
резистор R а вторую последовательность с катушкой L с
железным
сердечником.
При
замыкании ключа первая лампа
вспыхивает практически сразу а
вторая
с
запозданием.
ЭДС
самоиндукции в цепи этой лампы
велика и сила тока не сразу
достигает
своего
максимального
значения.
R
L
1
2
24 из 36
Опыт №2
При размыкании ключа в
катушке
L
возникает
ЭДС
самоиндукции подерживающая
первоначальный
ток.
В
результате в момент размыкания
через гальванометр течет ток
(синяя стрелка) направленный
против начального тока до
размыкания (черная стрелка).
Сила тока при размыкании цепи
может превосходить силу тока
проходящего через гальванометр
при замкнутом ключе.
L
R
A
25 из 36
Индуктивность
Индуктивность — это физическая величина, численно равная
ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы
тока на 1 А за 1 с.
Индуктивность микрополосковой
линии является распределенной и
характеризуется значением
индуктивности на единицу длины.
[11]
Катушка индуктивности.
26 из 36
Закон электромагнитной индукции для
самоиндукции
Ф
 is  
t
Так как Ф=LI, то
Ф
LI
 is  

t
t
L— коэффициентов самоиндукции.
t — время, с
Ф — магнитный поток, Вб
—ЭДС самоиндукции, Гн
 is
27 из 36
Катушки
28 из 36
Энергия магнитного поля тока
Если самоиндукция аналогична
инерции, то индуктивность в процессе
создания тока должна играть ту же
роль, что и масса при увеличении
скорости тела в механике. Роль
скорости тела в электродинамике
играет сила тока как величина,
характеризующая
движение
электрических зарядов.
Если это так, то энергию тока WM можно считать величиной,
подобной кинетической энергии тела в механике, и записать в виде:
LI 2
WB 
2
29 из 36
Источники электрического поля
электростатического
Положительные
и отрицательные
электрические заряды
вихревого
Переменное во времени
магнитное поле
R
Ii
30 из 36
Направление линий напряженности
электрического поля
электростатическое
вихревое
B
0
t
правый винт
Е
Е
B
0
t
левый винт
Е
31 из 36
Работа поля по замкнутому контуру
электрического поля
электростатическое
Е
+ 1
2
-
вихревое


F  qE
A  Fd
Aв ихр  A12  A21
2 Е
1
В
A12  0
A21  0
Aст  A12  A21
A12  0
A21  0
Aст  0
Ав ихр  0
32 из 36
Электромагнитное поле
 Переменное во времени электрическое
поле порождает магнитное поле.
Е
0
t
правый винт
В
Е
0
t
левый винт
В
33 из 36
Электромагнитное поле
 Переменное во времени магнитное поле
порождает электрическое поле.
B
0
t
правый винт
Е
B
0
t
левый винт
Е
34 из 36
Заключение
 Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29
августа 1831 года. Он обнаружил, что электродвижущая сила,
возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна
скорости изменения магнитного потока через поверхность,
ограниченную этим контуром. Величина электродвижущей силы(ЭДС)
не зависит от того, что является причиной изменения потока —
изменение самого магнитного поля или движение контура (или его
части) в магнитном поле .Электрический ток, вызванный этой ЭДС,
называется индукционным током.
35 из 36
Интернет ресурсы
1.http://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EB%E5%EA%F2%F0%EE%EC%E0%E3%ED%E8%F2
%ED%E0%FF_%E8%ED%E4%F3%EA%F6%E8%FF
2 http://ru.wikipedia.org/wiki/%D4%E0%F0%E0%E4%E5%E9,_%CC%E0%E9%EA%EB
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D4%E0%F0%E0%E4%E5%E9,_%CC%E0%E9%EA%EB
4. http://www.youtube.com/watch?v=KVN1m-dPMPw
5.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%BD%D1%86,_%D0%AD%D0%BC%D
0%B8%D0%BB%D0%B8%D0%B9_%D0%A5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0
%B8%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87
6. http://www.nvtc.ee/e-oppe/Baksejeva/elmagn/_2.html
7.http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%E3%ED%E8%F2%ED%EE%E5_%EF%EE%EB%E
5
8. http://fizmat.by/kursy/jelektromagnt/magnit_potok
9. http://www.phyzika.ru/VihrevoeElectrPole.html
10.http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E5%ED%F0%E8,_%C4%E6%EE%E7%E5%F4
11.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82%D0
%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
Литература:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика: учебн. для 11 кл., 2012г.
36 из 36