Scopul lucrării: studiu experimental al fenomenului de inducție magnetică, verificarea regulii lui Lenz.
Partea teoretica:
Fenomen inducție electromagnetică constă în apariția unui curent electric într-un circuit conductor, care fie este în repaus într-un câmp magnetic variabil în timp, fie se mișcă într-un câmp magnetic constant în așa fel încât numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund în circuit se modifică. În cazul nostru, ar fi mai rezonabil să schimbăm câmpul magnetic în timp, deoarece este creat de un magnet în mișcare (liber). Conform regulii lui Lenz, curentul indus care apare într-un circuit închis contracarează această modificare cu câmpul său magnetic flux magnetic prin care este cauzată. ÎN în acest caz, Putem observa acest lucru prin devierea acului miliampermetrului.
Echipament: Miliampermetru, alimentare, bobine cu miez, magnet în formă de arc, întrerupător cu buton, fire de legătură, ac magnetic (busolă), reostat.
Comanda de lucru
I. Clarificarea condiţiilor de apariţie a curentului de inducţie.1. Conectați bobina la clemele miliametrului.
2. Observând citirile miliampermetrului, observați dacă a apărut un curent indus dacă:
* introduceți un magnet într-o bobină staționară,
* scoateți un magnet dintr-o bobină staționară,
* plasați magnetul în interiorul bobinei, lăsându-l nemișcat.
3. Aflați cum s-a modificat fluxul magnetic F care trece prin bobină în fiecare caz. Trageți o concluzie despre condiția în care a apărut un curent indus în bobină.
II. Studierea direcției curentului de inducție.
1. Direcția curentului în bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero.
Verificați dacă direcția curentului indus este aceeași dacă:
* introduceți și scoateți un magnet cu polul nord în bobină;
* Introduceți magnetul în bobina magnetului cu polul nord și polul sud.
2. Află ce s-a schimbat în fiecare caz. Trageți o concluzie despre ce depinde direcția curentului de inducție. III. Studierea mărimii curentului de inducție.
1. Apropiați magnetul de bobina staționară încet și cu o viteză mai mare, notând câte diviziuni (N 1, N 2) acul miliametrului se deviază.
2. Apropiați magnetul de bobină cu polul său nord. Observați câte diviziuni N 1 Acul miliampermetrului se deviază.
Atașați polul nord al unui magnet în bandă la polul nord al magnetului în formă de arc. Aflați câte diviziuni N 2, acul miliampermetrului se deviază atunci când doi magneți se apropie simultan.
3. Aflați cum s-a schimbat fluxul magnetic în fiecare caz. Trageți o concluzie despre ce depinde mărimea curentului de inducție.
Răspunde la întrebările:
1. Un magnet este mai întâi împins rapid și apoi încet într-o bobină de sârmă de cupru. Este la fel sarcina electrica este transferat prin secțiunea transversală a firului bobinei?
2. Va apărea un curent de inducție în inelul de cauciuc atunci când este introdus un magnet în el?
Scopul lucrării: Studierea fenomenului de inducție electromagnetică.
Echipament: miliampermetru, bobină-bobină, magnet în formă de arc, sursă de alimentare, bobină cu miez de fier dintr-un electromagnet demontabil, reostat, cheie, fire de legătură, model de generator de curent electric (unul pe clasă).
Instructiuni de lucru:
1. Conectați bobina la clemele miliametrului.
2. Observând citirile miliametrului, aduceți unul dintre polii magnetului la bobină, apoi opriți magnetul pentru câteva secunde, apoi aduceți-l din nou mai aproape de bobină, împingându-l în el (Fig. 196). Înregistrați dacă un curent indus a apărut în bobină în timp ce magnetul se mișca față de bobină; în timp ce este oprit.
Notați dacă fluxul magnetic F care trece prin bobină s-a modificat în timpul mișcării magnetului; în timp ce este oprit.
4. Pe baza răspunsurilor dumneavoastră la întrebarea anterioară, trageți și notați o concluzie despre condiția în care a apărut un curent indus în bobină.
5. De ce s-a schimbat fluxul magnetic care trece prin această bobină când magnetul s-a apropiat de bobină? (Pentru a răspunde la această întrebare, amintiți-vă, în primul rând, de ce valori depinde fluxul magnetic Ф și, în al doilea rând, este același
Este modulul vectorului de inducție B câmp magnetic magnet permanent aproape de acest magnet și departe de el.)
6. Direcția curentului în bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero.
Verificați dacă direcția curentului de inducție în bobină va fi aceeași sau diferită atunci când același pol de magnet se apropie și se îndepărtează de acesta.
4. Apropiați polul magnetului de bobină cu o astfel de viteză încât acul miliampermetrului să se abate cu cel mult jumătate din valoarea limită a scalei sale.
Repetați același experiment, dar cu o viteză mai mare a magnetului decât în primul caz.
La o viteză mai mare sau mai mică de mișcare a magnetului față de bobină, s-a schimbat mai repede fluxul magnetic F care trece prin această bobină?
Când fluxul magnetic prin bobină s-a schimbat rapid sau lent, curentul din ea a fost mai mare?
Pe baza răspunsului dvs. la ultima întrebare, trageți și scrieți o concluzie despre modul în care modulul de putere a curentului de inducție care apare în bobină depinde de viteza de schimbare a fluxului magnetic F care trece prin această bobină.
5. Asamblați configurația pentru experiment conform Figura 197.
6. Verificați dacă în bobina 1 apare un curent indus în următoarele cazuri:
a) la închiderea și deschiderea circuitului în care este conectată bobina 2;
b) când curent continuu circulă prin bobina 2;
c) la creșterea și scăderea curentului care circulă prin bobina 2, prin deplasarea cursorului reostatului în partea corespunzătoare.
10. În care dintre cazurile enumerate la paragraful 9 se modifică fluxul magnetic care trece prin bobina 1? De ce se schimbă?
11. Observați apariția curentului electric în modelul generatorului (Fig. 198). Explicați de ce apare un curent indus într-un cadru care se rotește într-un câmp magnetic.
Orez. 196 
Întrebări de securitate
1.Ce este capacitatea electrică?
2. Definiți următoarele concepte: curent alternativ, amplitudine, frecvență, frecvență ciclică, perioadă, faza de oscilație
Studiul fenomenului de inducție electromagnetică
Scopul lucrării: studiază fenomenul inducției electromagnetice .
Echipament: miliampermetru; mulinetă; magnet în formă de arc; alimentare electrică; o bobină cu un miez de fier dintr-un electromagnet pliabil; reostat; cheie; fire de conectare; model de generator de curent electric (unul).
Progresul lucrărilor
1. Conectați bobina la clemele miliametrului.
2. Observând citirile miliametrului, aduceți unul dintre polii magnetului la bobină, apoi opriți magnetul pentru câteva secunde, apoi aduceți-l din nou mai aproape de bobină, împingându-l în el (Fig.). Înregistrați dacă un curent indus a apărut în bobină în timp ce magnetul se mișca față de bobină; în timp ce este oprit.
3. Notează dacă fluxul magnetic F care trece prin bobină s-a modificat în timpul mișcării magnetului; în timp ce este oprit.
4. Pe baza răspunsurilor dumneavoastră la întrebarea anterioară, trageți și notați o concluzie despre condiția în care a apărut un curent indus în bobină.
5. De ce s-a schimbat fluxul magnetic care trece prin această bobină când magnetul s-a apropiat de bobină? (Pentru a răspunde la această întrebare, amintiți-vă, în primul rând, de ce mărimi depinde fluxul magnetic Ф și, în al doilea rând, dacă mărimea vectorului de inducție B a câmpului magnetic al unui magnet permanent este aceeași lângă acest magnet și departe de acesta.)
6. Direcția curentului în bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero.
Verificați dacă direcția curentului de inducție în bobină va fi aceeași sau diferită atunci când același pol de magnet se apropie și se îndepărtează de el.
7. Apropiați polul magnetului de bobină cu o astfel de viteză încât acul miliampermetrului să se abate cu cel mult jumătate din valoarea limită a scalei sale.
Repetați același experiment, dar cu o viteză mai mare a magnetului decât în primul caz.
La o viteză mai mare sau mai mică de mișcare a magnetului față de bobină, s-a schimbat mai repede fluxul magnetic F care trece prin această bobină?
Cu o schimbare rapidă sau lentă a fluxului magnetic prin bobină, a apărut un curent mai mare în ea?
Pe baza răspunsului dvs. la ultima întrebare, trageți și scrieți o concluzie despre modul în care modulul de putere a curentului de inducție care apare în bobină depinde de viteza de schimbare a fluxului magnetic F care trece prin această bobină.
8.Asamblați configurația pentru experiment conform desenului.
9. Verificați dacă în bobina 1 apare un curent indus în următoarele cazuri:
o. la închiderea și deschiderea circuitului în care este conectată bobina 2;
b. când curentul continuu trece prin bobina 2;
c. la creșterea și scăderea curentului care circulă prin bobina 2, prin deplasarea cursorului reostatului în partea corespunzătoare.
10. În care dintre cazurile enumerate la paragraful 9 se modifică fluxul magnetic care trece prin bobină? De ce se schimbă?
11. Observați apariția curentului electric în modelul generatorului (Fig.). Explicați de ce apare un curent indus într-un cadru care se rotește într-un câmp magnetic.
Întrebări de securitate
1. Formulați legea inducției electromagnetice.
2. Cine și când a fost formulată legea inducției electromagnetice?
Laboratorul 12
Măsurarea inductanței bobinei
Scopul lucrării: Studiul legilor de bază ale circuitelor electrice ACși familiaritatea cu cele mai simple metode de măsurare a inductanței și capacității.
Scurtă teorie
Sub influența unei variabile forta electromotoare(EMF) în circuit electric, în el apare curent alternativ.
Un curent alternativ este un curent care își schimbă direcția și magnitudinea. În această lucrare, este luat în considerare doar un astfel de curent alternativ, a cărui valoare se modifică periodic conform unei legi sinusoidale.
Luarea în considerare a curentului sinusoidal se datorează faptului că toate centralele mari produc curenți alternativi foarte aproape de curenții sinusoidale.
Curentul alternativ în metale este mișcarea electronilor liberi într-o direcție sau în sens opus. Cu un curent sinusoidal, natura acestei mișcări coincide cu vibratii armonice. Astfel, un curent alternativ sinusoidal are o perioadă T- timpul unei oscilatii complete si frecventa v- numărul de oscilații complete pe unitatea de timp. Există o relație între aceste cantități
Circuitul AC, spre deosebire de circuitul DC, permite includerea unui condensator.
https://pandia.ru/text/80/343/images/image073.gif" alt="http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image443 .gif" width="89" height="24">,!}
|
numit impedanta sau impedanta lanţuri. Prin urmare, expresia (8) se numește legea lui Ohm pentru curent alternativ.
În această lucrare, rezistență activă R bobina este determinată folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit de curent continuu.
Să luăm în considerare două cazuri speciale.
1. Nu există condensator în circuit. Aceasta înseamnă că condensatorul este oprit și, în schimb, circuitul este închis de un conductor, căderea potențialului peste care este practic zero, adică valoarea Uîn ecuația (2) este egal cu zero..gif" alt="http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image474.gif" width="54" height="18">.!}
|
|
2. Nu există bobină în circuit: prin urmare .
Când din formulele (6), (7) și respectiv (14), avem
Michael Faraday a fost primul care a studiat fenomenul inducției electromagnetice în mod serios. Mai exact, el a stabilit și a studiat acest fenomen în căutarea modalităților de a transforma magnetismul în electricitate.
I-a luat zece ani să rezolve această problemă, dar acum folosim roadele muncii lui peste tot și nu ne putem imagina viata moderna fără utilizarea inducției electromagnetice. În clasa a VIII-a, am analizat deja acest subiect în clasa a IX-a, acest fenomen este luat în considerare mai detaliat, dar derivarea formulelor se referă la cursul clasei a X-a; Puteți accesa acest link pentru a vă familiariza cu toate aspectele acestei probleme.
Fenomenul inducției electromagnetice: luați în considerare experiența
Ne vom uita la ce este fenomenul inducției electromagnetice. Puteți efectua un experiment pentru care veți avea nevoie de un galvanometru, un magnet permanent și o bobină. Prin conectarea galvanometrului la bobină, împingem un magnet permanent în interiorul bobinei. În acest caz, galvanometrul va indica modificarea curentului din circuit.
Deoarece nu avem nicio sursă de curent în circuit, este logic să presupunem că curentul apare din cauza apariției unui câmp magnetic în interiorul bobinei. Când scoatem magnetul înapoi din bobină, vom vedea că citirile galvanometrului se vor schimba din nou, dar acul său se va abate în direcția opusă. Vom primi din nou un curent, dar de data aceasta îndreptat în cealaltă direcție.
Acum să facem un experiment similar cu aceleași elemente, doar că în acest caz vom fixa magnetul nemișcat, iar acum vom pune bobina în sine conectată la galvanometru pe și dezactivat magnetul. Vom obține aceleași rezultate. Acul galvanometrului ne va arăta aspectul curentului în circuit. În același timp, când magnetul este staționar, nu există curent în circuit, săgeata este la zero.
Puteți efectua o versiune modificată a aceluiași experiment, înlocuiți doar magnetul permanent cu unul electric, care poate fi pornit și oprit. Vom obține rezultate similare cu primul experiment atunci când magnetul se mișcă în interiorul bobinei. Dar, în plus, atunci când un electromagnet staționar este pornit și oprit, va provoca o apariție pe termen scurt a curentului în circuitul bobinei.
Bobina poate fi înlocuită cu un circuit conductor și se pot face experimente privind deplasarea și rotirea circuitului în sine într-un câmp magnetic constant, sau un magnet în interiorul unui circuit staționar. Rezultatele vor fi aceleași cu apariția curentului în circuit atunci când magnetul sau circuitul se mișcă.
O modificare a câmpului magnetic determină apariția unui curent
Din toate acestea rezultă că o modificare a câmpului magnetic determină apariția unui curent electric în conductor. Acest curent nu este diferit de curentul pe care îl putem obține de la baterii, de exemplu. Dar pentru a indica motivul apariției sale, un astfel de curent a fost numit inducție.
În toate cazurile, câmpul nostru magnetic a schimbat, sau mai bine zis, fluxul magnetic prin conductor, în urma căruia a apărut un curent. Astfel, se poate deduce următoarea definiție:
Cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde în circuitul unui conductor închis, a curent electric, existent pe parcursul întregului proces de modificare a fluxului magnetic.
În această lecție vom desfășura lucrările de laborator nr. 4 „Studiarea fenomenului inducției electromagnetice”. Scopul acestei lecții va fi studierea fenomenului de inducție electromagnetică. Folosind echipamentul necesar, vom efectua lucrări de laborator, la finalul cărora vom învăța cum să studiem și să determinăm corect acest fenomen.
Scop - studiu fenomene de inducție electromagnetică.
Echipament:
1. Miliametru.
2. Magnet.
3. Mulinetă-scotă.
4. Sursa curentă.
5. Reostat.
6. Cheie.
7. Bobina de la un electromagnet.
8. Fire de conectare.
Orez. 1. Echipament experimental
Să începem munca de laborator prin asamblarea configurației. Pentru a asambla circuitul pe care îl vom folosi în lucrările de laborator, vom conecta o bobină-schein la un miliampermetru și vom folosi un magnet, pe care îl vom muta mai aproape sau mai departe de bobină. În același timp, trebuie să ne amintim ce se va întâmpla când apare curentul indus.
Orez. 2. Experimentul 1
Gândiți-vă cum să explicăm fenomenul pe care îl observăm. Cum afectează fluxul magnetic ceea ce vedem, în special originea curentului electric. Pentru a face acest lucru, priviți figura de susținere.
Orez. 3. Liniile de câmp magnetic ale unui magnet cu bandă permanentă
Rețineți că liniile de flux magnetic ies din polul nord, intra in polul sud. Mai mult, numărul acestor linii și densitatea lor sunt diferite în diferite părți ale magnetului. Vă rugăm să rețineți că direcția câmpului magnetic se schimbă și de la un punct la altul. Prin urmare, putem spune că o modificare a fluxului magnetic duce la faptul că într-un conductor închis apare un curent electric, dar numai atunci când magnetul se mișcă, prin urmare, fluxul magnetic care pătrunde în zona limitată de spirele acestei bobine se modifică. .
Următoarea etapă a studiului nostru asupra inducției electromagnetice este legată de determinare direcția curentului de inducție. Putem judeca direcția curentului de inducție după direcția în care acul miliampermetrului deviază. Să folosim un magnet în formă de arc și să vedem că atunci când magnetul se apropie, săgeata se va abate într-o direcție. Dacă magnetul este mutat acum în cealaltă direcție, săgeata se va devia în cealaltă direcție. Ca rezultat al experimentului, putem spune că direcția mișcării magnetului determină și direcția curentului de inducție. Să observăm, de asemenea, că direcția curentului de inducție depinde și de polul magnetului.
Vă rugăm să rețineți că mărimea curentului de inducție depinde de viteza de mișcare a magnetului și, în același timp, de rata de schimbare a fluxului magnetic.
A doua parte a muncii noastre de laborator va fi legată de un alt experiment. Să ne uităm la designul acestui experiment și să discutăm ce vom face acum.
Orez. 4. Experimentul 2
În al doilea circuit, în principiu, nu s-a schimbat nimic în ceea ce privește măsurarea curentului de inducție. Același miliampermetru atașat la o bobină de bobină. Totul rămâne așa cum a fost în primul caz. Dar acum vom obține o modificare a fluxului magnetic nu datorită mișcării unui magnet permanent, ci datorită unei modificări a puterii curentului în a doua bobină.
În prima parte vom explora prezența curent indus la închiderea şi deschiderea circuitului. Deci, prima parte a experimentului: închidem cheia. Vă rugăm să rețineți că curentul crește în circuit, săgeata a deviat într-o direcție, dar rețineți că acum cheia este închisă, iar miliampermetrul nu arată nici un curent electric. Faptul este că nu există nicio modificare a fluxului magnetic, despre asta am vorbit deja. Dacă acum deschideți cheia, miliampermetrul va arăta că direcția curentului s-a schimbat.
În al doilea experiment vom urmări cum curent indus când curentul electric din al doilea circuit se modifică.
Următoarea parte a experimentului va fi observarea modului în care curentul de inducție se va schimba dacă mărimea curentului din circuit este modificată cu ajutorul unui reostat. Știi că dacă ne schimbăm rezistenta electricaîn circuit, atunci, urmând legea lui Ohm, curentul electric se va schimba și el. Pe măsură ce curentul electric se schimbă, câmpul magnetic se va schimba. În momentul în care contactul de alunecare al reostatului se mișcă, câmpul magnetic se modifică, ceea ce duce la apariția unui curent de inducție.
Pentru a încheia laboratorul, trebuie să ne uităm la modul în care este creat un curent electric indus într-un generator de curent electric.
Orez. 5. Generator de curent electric
Partea sa principală este un magnet, iar în interiorul acestor magneți există o bobină cu un anumit număr de spire. Dacă rotiți acum roata acestui generator, un curent electric inductiv va fi indus în înfășurarea bobinei. Experimentul arată că o creștere a numărului de rotații duce la faptul că becul începe să ardă mai puternic.
Lista literaturii suplimentare:
Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: manual. alocație pentru instituțiile care oferă învățământ general. mediu, educație / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 347-348. Myakishev G.Ya. Fizica: electrodinamica. 10-11 clase. Manual pentru studiul avansat al fizicii / G.Ya. Myakishev, A.3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. - M.: Dropia, 2005. - 476 p. Purysheva N.S. Fizică. clasa a 9-a. Manual. / Purysheva N.S., Vazheevskaya N.E., Charugin V.M. Ed. a II-a, stereotip. - M.: Dropia, 2007.