Legea lui Lenz a inducției electromagnetice abstractă. Fenomenul inducției electromagnetice

ElectricŞi câmpuri magnetice sunt generate de aceleași surse – sarcini electrice, deci putem presupune că există o anumită legătură între aceste câmpuri. Această presupunere a găsit confirmare experimentală în 1831 în experimentele remarcabilului fizician englez M. Faraday. A deschis fenomen de inducție electromagnetică.

Fenomenul inducției electromagnetice stă la baza funcționării generatoarelor cu inducție de curent electric, care reprezintă toată energia electrică generată în lume.

• Fluxul magnetic

O caracteristică cantitativă a procesului de modificare a câmpului magnetic printr-o buclă închisă este o mărime fizică numită flux magnetic. Fluxul magnetic (F) printr-o buclă închisă cu aria (S) este o mărime fizică egală cu produsul dintre mărimea vectorului de inducție magnetică (B) cu aria buclei (S) și cosinusul unghiului întrevector B și normal la suprafață: Φ = BS cos α. Unitate de flux magnetic F - weber (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 m 2.

perpendicular maxim.

Dacă vectorul de inducție magnetică paralel zona conturului, apoi fluxul magnetic egal cu zero.

• Legea inducției electromagnetice

Legea inducției electromagnetice a fost stabilită experimental: fem indusă într-un circuit închis este egală ca mărime cu viteza de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de circuit: Această formulă se numește legea lui Faraday .

Demonstrația clasică a legii fundamentale a inducției electromagnetice este primul experiment al lui Faraday. În ea, cu cât mișcați mai repede magnetul prin spirele bobinei, cu atât mai mare apare curentul indus în ea și, prin urmare, fem indus.

• regula lui Lenz

Dependența direcției curentului de inducție de natura schimbării câmpului magnetic printr-o buclă închisă a fost stabilită experimental în 1833 de către fizicianul rus E.H. Conform regula lui Lenz , curentul indus care apare într-un circuit închis cu câmpul său magnetic contracarează modificarea fluxului magnetic prin care acesta numit. Mai pe scurt, această regulă poate fi formulată după cum urmează: curentul indus este dirijat astfel încât să prevină motivul care o cauzează. Regula lui Lenz reflectă faptul experimental că au întotdeauna semne opuse (conectează minus Formula lui Faraday).

Lenz a proiectat un dispozitiv format din două inele de aluminiu, solide și tăiate, montate pe o bară transversală de aluminiu. Se puteau roti în jurul unei axe ca un balansoar. Când un magnet a fost introdus într-un inel solid, acesta a început să „fugă” de magnet, rotind balansoarul în consecință. Când magnetul a fost scos din inel, acesta a încercat să „atingă din urmă” magnetul. Când magnetul s-a deplasat în interiorul inelului tăiat, nu a avut loc nicio mișcare. Lenz a explicat experimentul prin faptul că câmpul magnetic al curentului indus a căutat să compenseze modificarea fluxului magnetic extern.

Regula lui Lenz are un sens fizic profund - ea exprimă legea conservării energiei.

Lecție de fizică în clasa a XI-a pe tema:

„Inducție electromagnetică. regula lui Lenz"

Obiectivul lecției:

educativ: introduceți elevii în fenomenul inducției electromagnetice, reproduceți experimentele lui Faraday, arătați că curentul indus apare atunci când fluxul magnetic care trece prin circuit se modifică; deduceți formula și înțelegeți sensul fizic al legii inducției electromagnetice; formulează regula lui Lenz.

educativ: să dezvolte abilități de lucru în echipă în combinație cu independența elevului, să cultive nevoile cognitive și interesul pentru subiect;

dezvoltarea: dezvoltarea capacității de a percepe rapid informațiile și de a îndeplini sarcini practice; dezvolta gândirea și atenția logică, capacitatea de a analiza, de a compara rezultatele obținute și de a trage concluzii adecvate.

Planul lecției:

Curent de inducție.

Inducția electromagnetică în tehnologia modernă

Consolidarea temei: Lucrări de laborator „Inducție electromagnetică”

Rezumând lecția eu . Stabilirea unei sarcini de învățare.

Am abordat subiectul „Câmp magnetic”. Astăzi trebuie să aflăm cum ați învățat acest material. Ne vom generaliza cunoștințele despre câmpul magnetic și vom continua să ne îmbunătățim abilitățile în explicarea fenomenelor magnetice.

II. Implementarea cunoștințelor de referință.

Pentru a face acest lucru, trebuie să răspundem la câteva întrebări.

Ce este curentul electric?

Ce este necesar pentru existența curentului electric?

Ce creează un câmp magnetic?

Cum poate fi detectat un câmp magnetic?

Ce valoare caracterizează câmpul magnetic în fiecare punct?

În ce unități se măsoară inducția magnetică?

Cu ce ​​este egal 1T?

Ce valoare caracterizează câmpul magnetic într-o anumită regiune a spațiului?

În ce unități se măsoară fluxul magnetic?

Cu ce ​​este egal 1 Wb?

Ce determină fluxul magnetic care pătrunde în zona unui circuit plat plasat într-un câmp magnetic uniform?

Completați următoarele definiții:

A) Forța Lorentz este...

B) Forța amperului este..

B) Temperatura Curie este...

D) Permeabilitatea magnetică a mediului caracterizează..

13. Scrieți formule pentru calcule:

A) Forțele Lorentz

B) Forțele de amperi

B) Modul vectorial de inducție magnetică

D) Fluxul magnetic

D) permeabilitatea magnetică a mediului

14. Se aplică forța amperului..

15. Se folosește forța Lorentz..

III. Învățarea de materiale noi

Deci, după rezumarea cunoștințelor despre câmpul magnetic, vom continua să ne îmbunătățim abilitățile în explicarea fenomenelor magnetice.

Astăzi, în cadrul lecției, vom descoperi un nou fenomen, care este una dintre cele mai remarcabile realizări științifice din prima jumătate a secolului al XIX-lea, care a determinat apariția și dezvoltarea rapidă a ingineriei electrice și radio. Deci, mergeți înainte pentru cunoștințe!

Tema lecției este „Inducția electromagnetică. regula lui Lenz"

Secvența de prezentare a noului material

Istoria descoperirii fenomenului de inducție electromagnetică.

Demonstrarea experimentelor lui Faraday privind inducția electromagnetică.

Curent de inducție.

Cauzele curentului de inducție.

Direcția curentului de inducție. regula lui Lenz

Legea inducției electromagnetice.

Lucrări de laborator „Inducție electromagnetică”

Anterior, în electrodinamică, au fost studiate fenomene legate de sau cauzate de existența câmpurilor electrice și magnetice constante în timp (statice și staționare). Apar fenomene noi în prezența câmpurilor variabile?

Istoria descoperirii fenomenului de inducție electromagnetică.

Pe ecran este un portret al lui M. Faraday (1791 - 1867).

Informaţii bibliografice: M. Faraday

Demonstrarea experimentelor lui Faraday privind inducția electromagnetică, analiza experimentelor

Experiența 1. Introducerea (scoaterea) unui magnet de bandă dintr-un circuit închis conectat la un galvanometru.

Experiența 2. Când cheia este închisă (deschisă) sau motorul reostatului este mișcat, câmpul magnetic care pătrunde în bobină se modifică și în ea apare un curent.

Curentul care apare într-o bobină atunci când un magnet permanent se mișcă în raport cu acesta se numește inducție. Acest curent din bobină este indus, adică indus de un magnet în mișcare. .Un câmp magnetic care nu se modifică nu creează un curent de inducție .

Experiența 3. Rotiți cadrul într-un câmp magnetic.

Un curent indus într-un circuit are loc dacă și numai dacă conductorul traversează liniile câmpului magnetic.

Curent de inducție.

Am analizat modalități de a obține curent de inducție:

mișcarea magnetului față de bobină;

mișcarea bobinei în raport cu magnetul;

închiderea și deschiderea circuitului;

rotația cadrului în interiorul magnetului;

deplasarea cursorului reostatului;

mișcarea unei bobine față de alta.

Cauzele curentului de inducție:

numai atunci când fluxul magnetic care străpunge zona acoperită de conductor se schimbă (când magnetul și bobina se mișcă unul față de celălalt);

din cauza modificărilor intensității curentului în circuit (la închiderea și deschiderea circuitului);

datorită modificării orientării circuitului în raport cu liniile de inducție magnetică.

Concluzie: Doar un câmp magnetic alternativ poate crea un curent (curent de inducție). Deformarea acului galvanometrului indică prezența unui curent indus în circuitul bobinei. Imediat ce mișcarea se oprește, curentul se oprește.

Ce am învățat astăzi? Fenomen. Care? Fenomenul de apariție a curentului de inducție într-un circuit închis. Acesta este fenomenul de inducție electromagnetică. Condiția pentru apariția sa este o modificare a numărului de linii de inducție magnetică prin suprafața delimitată de contur.

În toate cazurile, se poate observa că un curent electric apare atunci când câmpul magnetic se modifică, adică atunci când se modifică numărul de linii de forță care străpunge bobina. Trecând la limbajul mărimilor fizice, cauza comună a apariției curentului poate fi numită o modificare a fluxului magnetic care pătrunde în circuit. Alte studii cantitative au confirmat acest lucru fenomenul de inducție electromagnetică este apariția curentului într-un circuit închis atunci când fluxul magnetic prin circuit se modifică. Curentul care ia naștere se numește curent indus.

Să explicăm motivul apariției curentului de inducție

Curentul de inducție apare sub influența unui câmp electric creat de o modificare a câmpului magnetic. Ca orice câmp electric, funcționează pentru a muta sarcina într-un circuit. Câmpul electric care apare în timpul procesului de modificare a câmpului magnetic nu este asociat cu nicio distribuție a sarcinilor electrice. Un câmp magnetic alternativ este indisolubil legat de acest câmp electric și, prin urmare, ei spun că în acest caz avem de-a face cu un câmp electromagnetic. Liniile de câmp electric asociate cu un câmp magnetic alternativ nu au început și sfârșit - sunt închise ca liniile de câmp magnetic. Un astfel de câmp se numește câmp vortex. Câmpul electric vortex care apare în timpul procesului de inducție electromagnetică creează un curent electric într-un conductor închis, prin urmare, este capabil să provoace circulația sarcinilor electrice. În acest sens, este necesar să se introducă o caracteristică energetică specială a câmpului electric vortex: forța electromotoare de inducție (abreviată ca emf de inducție). FEM indusă se notează cu litera ε i. Forța electromotoare a inducției este raportul dintre munca efectuată de câmpul de vortex atunci când se deplasează o sarcină electrică de-a lungul unui circuit închis la modulul sarcinii deplasate:

ε i =A vortex /q

FEM de inducție, ca și tensiunea, este exprimată în volți. Conform legii lui Ohm pentru un circuit închis I i = ε i /R

unde R este rezistența întregului circuit închis. Experimentele lui Faraday au arătat că puterea curentului indus I i într-un circuit conductor este direct proporțională cu rata de modificare a numărului de linii de inducție magnetică care pătrund în suprafața delimitată de acest circuit.

Experiența 4: introducerea (scoaterea) unui magnet într-un circuit închis, mai întâi cu un magnet, apoi cu doi magneți.

Concluzie: Mărimea curentului depinde de mărimea inducției magnetice.

Dacă introduceți același magnet permanent într-o bobină (vezi fig. 1), dar la viteze diferite, veți observa că atunci când magnetul se mișcă rapid, puterea curentului este mai mare decât atunci când se mișcă lent.

Experiența 5: Introducem magnetul mai întâi încet, apoi rapid.

Concluzie: Mărimea curentului depinde de viteza cu care este introdus magnetul.

Prin urmare, puterea curentului de inducție este proporțională cu viteza de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața limitată de contur: I i ~ ∆Ф /∆ t

Deoarece R nu depinde de ∆Ф atunci emf indus ε i ~ ∆Ф /∆ t

Astfel, concluzionăm: fem-ul indus este proporțional cu rata de modificare a câmpului magnetic care pătrunde în bobină.

Experiența 6. Dependența EMF de numărul de spire din bobină.

Concluzie: Puterea curentului indus și, prin urmare, emf indus, este proporțională cu numărul de spire ale bobinei secundare la aceeași rată de modificare a câmpului magnetic.

ε i ~ N ·∆Ф /∆ t

FEM indusă coincide în direcție cu curentul indus.

Astfel, din experimentele efectuate concluzionăm: fem-ul indus este proporțional cu viteza de modificare a câmpului magnetic care pătrunde în bobină și cu numărul de spire pe aceasta. Experimentele lui Faraday au arătat că puterea curentului indus I i într-un circuit conductor este direct proporțională cu rata de modificare a numărului de linii de inducție magnetică care pătrund în suprafața delimitată de acest circuit.

Direcția curentului de inducție

Experiența 7: introducerea (scoaterea) unui magnet mai întâi cu polul nord, apoi cu polul sud.

Concluzie: Direcția curentului depinde de direcția câmpului magnetic.

Experiența 8. demonstrați dependența direcției curentului de închiderea sau deschiderea circuitului bobinei primare.

După ce a studiat toate cele mai importante aspecte ale inducției electromagnetice în 1831, Faraday a stabilit mai multe reguli pentru determinarea direcției curentului de inducție în diferite cazuri, dar nu a putut găsi o regulă generală. A fost înființată mai târziu, în 1834, de către academicianul din Sankt Petersburg Emil Christianovich Lenz și de aceea îi poartă numele.

regula lui Lenz.

Cercetând fenomenul inducției electromagnetice, E. H. Lenz în 1833 a stabilit o regulă generală pentru determinarea direcției curentului de inducție: curentul de inducție are întotdeauna o astfel de direcție încât să interfereze cu cauza care a provocat acest curent cu câmpul său magnetic.

Experiența 9. Demonstrație a experienței lui Lenz. În instalare, aduceți magnetul pe inelul solid. Ei văd: inelul este respins de la polul magnetului. Dacă puneți un inel pe un magnet și apoi trageți magnetul din el, inelul trage în spatele magnetului. După cum se poate observa, curentul indus în inel împiedică apropierea magnetului în primul caz, iar în al doilea - îndepărtarea acestuia.

Pe baza unor observații similare, omul de știință rus E. H. Lenz a propus următoarea regulă pentru determinarea direcției curentului indus într-un conductor: curentul indus este întotdeauna dirijat în așa fel încât câmpul său magnetic să contracareze modificarea câmpului magnetic care provoacă acest lucru. actual.

Direcția curentului de inducție este determinată de regula gimletului, de regula mâinii drepte.

Profesor: Pentru a determina direcția curentului de inducție într-un circuit închis, se folosește regula lui Lenz: Curentul indus are o astfel de direcție încât fluxul magnetic pe care îl creează prin suprafața delimitată de contur împiedică modificarea fluxului magnetic care a provocat acest curent.

Sarcina experimentală: Un circuit închis cu un bec este introdus în miezul de oțel al unui transformator conectat la o tensiune de 220V (RNSh). De ce se aprinde lumina?

6. Legea inducției electromagnetice

Am stabilit că E.M.F. inducția în orice circuit este direct proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic ∆ t– timpul în care fluxul magnetic se modifică. Semnul minus arată că atunci când fluxul magnetic scade ( ∆Ф– negativ), e.m.f. creează un curent de inducție care crește fluxul magnetic și invers. Legea inducției electromagnetice a fost stabilită experimental de M. Faraday. Fizicianul și naturistul german G. Helmholtz a arătat că legea de bază a inducției electromagnetice ε i = – ∆Ф/∆t este o consecință a legii conservării energiei. FEM indusă într-o buclă închisă este egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic care trece prin buclă, luată cu semnul opus.

Expresie ε i = – ∆Ф/∆t (1) , numită legea lui Faraday, este universală: este valabilă pentru toate cazurile de inducție electromagnetică. Pentru o bobină cu N, legea inducției electromagnetice are forma:

ε i = – N ∆Ф/∆t, Ф=BS [T m 2 V b], 1 Wb= 1V 1s

Semnul minus arată că fem-ul indus E i este direcționat astfel încât câmpul magnetic al curentului indus să prevină modificarea fluxului de inducție magnetică ∆Ф. Dacă debitul crește (∆Ф > 0), atunci E i< 0 и поле индукционного тока направлено навстречу потоку. Если же поток уменьшается (∆Ф < 0), то Е i >0 şi direcţia curgerii şi câmpurile curentului indus coincid fenomen electromagnetic constă în apariția (dirijarea) unei forțe electromotoare într-un circuit conductor situat într-un câmp magnetic în cazul unei modificări a mărimii fluxului magnetic care trece prin suprafața delimitată de acest circuit. Expresie ε i = – N ·∆Ф/∆t(1) reprezintă una dintre notațiile matematice legea inducției electromagnetice - FEM indusă în circuitul unui circuit electric este egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic care trece prin suprafața delimitată de acest circuit, luată cu semnul opus.

7. Inducția electromagnetică în tehnologia modernă

Fenomenul de inducție electromagnetică stă la baza funcționării generatoarelor de inducție de curent electric, care reprezintă aproape toată energia electrică generată în lume.

Exemple de utilizare a fenomenului de inducție electromagnetică în tehnologia modernă:

detectoare speciale pentru detectarea obiectelor metalice;

tren cu levitație magnetică;

cuptoare electrice pentru topirea metalelor

cuptoare cu microunde de uz casnic.

Consolidarea celor învățate: Lucrări de laborator „Studiul fenomenului inducției electromagnetice”

Rezumând lecția

9. Tema pentru acasă: § 8-11.

În 1831, fizicianul englez M. Faraday a descoperit fenomenul în experimentele sale inducție electromagnetică. Apoi, omul de știință rus E.Kh a studiat acest fenomen. Lenz şi B. S. Jacobi.

În prezent, multe dispozitive se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice, de exemplu într-un motor sau generator de curent electric, în transformatoare, receptoare radio și multe alte dispozitive.

Inductie electromagnetica- acesta este fenomenul de apariție a curentului într-un conductor închis atunci când un flux magnetic trece prin acesta. Adică, datorită acestui fenomen, putem transforma energia mecanică în energie electrică - și acest lucru este minunat. La urma urmei, înainte de descoperirea acestui fenomen, oamenii nu știau despre metodele de producere a curentului electric, cu excepția galvanizării.

Când un conductor este expus unui câmp magnetic, în el apare o fem, care poate fi exprimată cantitativ prin legea inducției electromagnetice.

Legea inducției electromagnetice

Forța electromotoare indusă într-un circuit conductor este egală cu viteza de schimbare a cuplarii fluxului magnetic la acel circuit.

Într-o bobină care are mai multe spire, FEM total depinde de numărul de spire n:

Dar, în cazul general, se utilizează formula EMF cu legătură generală de flux:

EMF excitat în circuit creează un curent. Cel mai simplu exemplu de apariție a curentului într-un conductor este o bobină prin care trece un magnet permanent. Direcția curentului indus poate fi determinată folosind regulile lui Lenz.

regula lui Lenz

Curentul indus atunci când câmpul magnetic care trece prin circuit se modifică, câmpul său magnetic împiedică această modificare.

În cazul în care introducem un magnet în bobină, fluxul magnetic în circuit crește, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus, conform regulii lui Lenz, este direcționat împotriva creșterii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să vă uitați la magnetul de la polul nord. Din această poziție vom înșuruba brațul în direcția câmpului magnetic al curentului, adică spre polul nord. Curentul se va deplasa în sensul de rotație al gimletului, adică în sensul acelor de ceasornic.

În cazul în care scoatem magnetul din bobină, fluxul magnetic din circuit scade, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus este direcționat împotriva scăderii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să deșurubați brațul; sensul de rotație al brațului va indica direcția curentului în conductor - în sens invers acelor de ceasornic.

Obiectivele lecției:

Educațional:

studiază legea inducției electromagnetice.

Dezvoltare:

1) formarea competenţelor informaţionale;

2) dezvoltarea abilităților pentru munca independentă cu un manual;

3) îmbunătățirea abilităților intelectuale și a abilităților de gândire ale elevilor.

Educațional:

formarea calităților comunicative ale indivizilor.

Echipament:

1. Fișe cu întrebări pentru fiecare grup.
2. Testați sarcini pentru fiecare grup.
3. Instrumente pentru demonstrație: galvanometru, bobină, magnet.

Scurt rezumat al lecției

1. Moment organizatoric

Sarcină : crearea unei dispoziții psihologice favorabile.

1. Actualizarea cunoștințelor de referință

Sarcină : repetați și aprofundați cunoștințele necesare pentru a învăța material nou.

Metoda de predare este conversația euristică;

Forme de organizare a activității cognitive (FODA) – frontală;

Metoda de predare este reproductivă.

Repetarea conceptelor de bază pe tema „Inducție electromagnetică, regula lui Lenz, flux magnetic”.

În 1821, marele om de știință englez scria în jurnalul său: „Transformați magnetismul în electricitate”. După 10 ani, această problemă a fost rezolvată.

Cum se numea fenomenul fizic descoperit de Faraday?

Vom lucra în grupuri de 2-3 persoane, fiecare dintre ele primind o sarcină.

1-2 minute pentru reflecție, după care reprezentanții grupului raportează despre repetare.

Sarcină : revizuiți conceptele de bază.

• FOPD – lucru independent în grup.
• Metoda de predare – cercetare, inductivă

Card #1:

Când și de către cine a fost descoperit fenomenul inducției electromagnetice?

Care este fenomenul inducției electromagnetice?

Card #2:

Experimentul Faraday: instalare, demonstrație.

În ce condiții apare curentul într-un conductor închis?

Card #3:

regula lui Lenz.

Card #4:

Ce mărime fizică caracterizează câmpul magnetic în fiecare punct al spațiului?

Ce mărime fizică caracterizează distribuția câmpului magnetic pe o suprafață delimitată de un contur închis?

Formula, unitate de măsură.

Cardul nr. 5-6:

Determinați direcția curentului de inducție într-o buclă închisă.

Rapoarte de grup.

Sarcini:

• dezvolta cultura vorbirii, capacitatea de a generaliza materialul, evidenția principalul lucru.
• să cultive calitățile morale ale individului asociate relațiilor în echipa de clasă.

Metoda de predare – inductivă

Recepția instruirii - conversație euristică

1. Învățarea de materiale noi

Rezumați concluziile la care au ajuns grupurile.

Plan:

1. Ce determină puterea curentului de inducție într-un conductor închis?
2. Cum se numește fem indusă?
3. Formularea legii inducției electromagnetice.
4. De ce este formulată legea pentru CEM și nu pentru curent?
5. Ce înseamnă semnul (-) în lege?
6. Cum se scrie legea inducției electromagnetice folosind conceptul de derivată?

Plan generalizat de studiere a fenomenului:

• Semne externe ale fenomenului;
• Condiția apariției sale;
• Reproducerea experimentală a fenomenului;
• Mecanismul fenomenului;
• Caracteristicile cantitative ale fenomenului;
• Explicația sa se bazează pe teorii;
• Aplicarea practică a fenomenelor;
• Influența fenomenului asupra oamenilor și naturii.

Pentru a repeta și a studia fenomenul inducției electromagnetice, am folosit metoda cunoașterii științifice. Bazele sale au fost puse la mijlocul secolului al XVI-lea de Galileo Galilei.

Diagrama metodei:

• acumulare de fapte;
• clădire teorie;
• demonstrarea experimentală a ipotezei;
• aplicarea practică a teoriilor.

Metoda cunoașterii științifice ne permite să reflectăm în mod obiectiv realitatea nu numai în fizică, ci și în alte domenii ale științei.

1. Rezolvarea problemelor.

La examenul de stat unificat:

Sarcini grafice (partea A)

Probleme de calcul (partea B, C)

Sarcină: obţine informaţii despre gradul de stăpânire a materialului.

FOPD – individual

Metoda de antrenament – ​​exerciții

Sarcină:

Figura 1-3 prezintă cadre conductoare închise plasate într-un câmp magnetic, ale căror linii de inducție magnetică sunt îndreptate spre noi, perpendicular pe planul desenului. Are curent indus în cadru?

1. Reflecţie:

Am învățat...

am aflat...

Am înțeles …

1. Teme pentru acasă (diferențiate):

1. Culegere de probleme de G.N. Stepanova nr. 1128, 1129

Manual de fizică, clasa a 11-a (Myakishev G.Ya.) §11.

2. Fie compuneți 2 probleme similare părților A și B, fie găsiți-le în manuale, rezolvați și explicați. Slide 2

Cardul nr. 1: Când și de către cine a fost descoperit fenomenul inducției electromagnetice? Care este fenomenul inducției electromagnetice?

Cardul nr. 2: Experimentul Faraday: instalare, demonstrație. În ce condiții apare curentul într-un conductor închis?

Cartea #3: Regula lui Lenz

Cardul nr. 4: Ce mărime fizică caracterizează câmpul magnetic în fiecare punct din spațiu? Ce mărime fizică caracterizează distribuția câmpului magnetic pe o suprafață delimitată de un contur închis? Formula, unitate de măsură.

Cardul nr. 5-6: Determinați direcția curentului de inducție într-o buclă închisă

Plan: Ce determină puterea curentului de inducție într-un conductor închis? Cum se numește fem indusă? Formularea legii inducției electromagnetice. De ce este formulată legea pentru CEM, și nu pentru curent? Ce înseamnă semnul (-) în lege? Cum se scrie legea inducției electromagnetice folosind conceptul de derivată?

Plan generalizat de studiere a fenomenului: Semne externe ale fenomenului; Condiția apariției sale; Reproducerea experimentală a fenomenului; Mecanismul fenomenului; Caracteristicile cantitative ale fenomenului; Explicația sa se bazează pe teorii; Aplicarea practică a fenomenelor; Influența fenomenului asupra oamenilor și naturii.

Schema metodei: acumularea faptelor, construirea teoriilor, demonstrarea experimentală a unei ipoteze, aplicarea practică a teoriilor

Problemă: Figura 1-3 prezintă cadre conductoare închise plasate într-un câmp magnetic, ale căror linii de inducție magnetică sunt îndreptate spre noi, perpendicular pe planul desenului. Are curent indus în cadru? 1) 2) 3)

Reflecție: Am învățat... Am învățat... Am înțeles...

LEGEA INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE. REGULA LUI LENZ

În 1831, fizicianul englez M. Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice. Apoi, omul de știință rus E.Kh a studiat acest fenomen. Lenz şi B. S. Jacobi.

În prezent, multe dispozitive se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice, de exemplu într-un motor sau, în transformatoare, radiouri și multe alte dispozitive.

Inductie electromagnetica- acesta este fenomenul de apariție a curentului într-un conductor închis atunci când un flux magnetic trece prin acesta.

Adică datorită acestui fenomen putem transforma energia mecanică în energie electrică. Înainte de descoperirea acestui fenomen, oamenii nu știau despre alte metode de producție decât galvanizarea.

Când un conductor este expus unui câmp magnetic, în el apare o fem, care poate fi exprimată cantitativ prin legea inducției electromagnetice.

Legea inducției electromagnetice

Forța electromotoare indusă într-un circuit conductor este egală cu viteza de schimbare a cuplarii fluxului magnetic la acel circuit.

Într-o bobină care are mai multe spire, FEM total depinde de numărul de spire n:

EMF excitat în circuit creează un curent. Cel mai simplu exemplu de apariție a curentului într-un conductor este o bobină prin care acesta trece. Direcția curentului indus poate fi determinată folosind regula lui Lenz.

regula lui Lenz

Curentul indus de o modificare a câmpului magnetic care trece prin circuit previne această modificare cu câmpul său magnetic.

În cazul în care introducem un magnet în bobină, fluxul magnetic în circuit crește, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus, conform regulii lui Lenz, este direcționat împotriva creșterii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să vă uitați la magnetul de la polul nord. Din această poziție vom înșuruba brațul în direcția câmpului magnetic al curentului, adică spre polul nord. Curentul se va deplasa în sensul de rotație al gimletului, adică în sensul acelor de ceasornic.

În cazul în care scoatem magnetul din bobină, fluxul magnetic din circuit scade, ceea ce înseamnă că câmpul magnetic creat de curentul indus este direcționat împotriva scăderii câmpului magnetului. Pentru a determina direcția curentului, trebuie să deșurubați brațul; sensul de rotație al brațului va indica direcția curentului în conductor - în sens invers acelor de ceasornic.

Generator electric- acesta este un dispozitiv în care se transformă tipuri de energie neelectrică (mecanică, chimică, termică).

Clasificarea generatoarelor electromecanice

După tipul motorului principal:

Cu înfășurări în stea incluse

Cu înfășurări triunghiulare incluse

După metoda excitaţiei

Emoționat de magneții permanenți

Cu excitație externă

Autoexcitat

Cu excitație secvențială

Cu excitație paralelă

Cu entuziasm amestecat

Conform principiului de funcționare generatoarele pot fi sincrone sau asincrone.

Generatoare asincrone Sunt simple din punct de vedere structural și ieftin de fabricat, mai rezistente la curenții de scurtcircuit și suprasarcini. Un generator electric asincron este ideal pentru alimentarea sarcinilor active: lămpi cu incandescență, încălzitoare electrice, electronice, arzătoare electrice etc. Dar chiar și suprasarcina pe termen scurt este inacceptabilă pentru ei, prin urmare, atunci când se conectează motoare electrice, mașini de sudură neelectronice, scule electrice și alte sarcini inductive, există o rezervă de putere ar trebui să fie de cel puțin trei ori și, de preferință, de patru ori.

Generator sincron Perfect pentru consumatorii inductivi cu curenți mari de pornire. Ele sunt capabile să reziste la o suprasarcină de cinci ori mai mare timp de o secundă.

Principiul de funcționare al generatorului de curent

Generatorul funcționează pe baza legii lui Faraday a inducției electromagnetice - forța electromotoare (EMF) este indusă într-o buclă dreptunghiulară (cadru de sârmă) care se rotește într-un câmp magnetic uniform.

EMF apare, de asemenea, într-un cadru dreptunghiular staționar dacă un magnet este rotit în el.

Cel mai simplu generator este un cadru dreptunghiular plasat între 2 magneți cu poli diferiți. Pentru a elimina tensiunea din cadrul rotativ, se folosesc inele colectoare.

Generator auto este format dintr-un corp si doua capace cu orificii pentru aerisire. Rotor se rotește în 2 rulmenți și este antrenat de un scripete. În centrul său, rotorul este un electromagnet format dintr-o înfășurare. Curentul este furnizat cu ajutorul a două inele de cupru și perii de grafit, care sunt conectate la un controler electronic de releu. El este responsabil să se asigure că tensiunea furnizată de generator este întotdeauna în limitele admise de 12 Volți cu abateri admise și nu depinde de viteza de rotație a scripetelor. Regulatorul releului poate fi fie încorporat în carcasa generatorului, fie amplasat în afara acesteia.

Stator este format din trei înfăşurări de cupru interconectate într-un triunghi. La punctele lor de conectare este conectată o punte redresoare de 6 diode semiconductoare, care convertesc tensiunea de la AC la DC.

Generator electric pe benzina constă dintr-un motor și un generator de curent care îl conduc direct, care poate fi sincron sau asincron.

Motorul este echipat cu sisteme: pornire, injectie combustibil, racire, ungere, stabilizare turatie. Vibrațiile și zgomotul sunt absorbite de o eșapament, amortizoare de vibrații și amortizoare.

Curent electric alternativ

Vibrațiile electromagnetice, ca și cele mecanice, sunt de două tipuri: libere și forțate.

Oscilații electromagnetice libere, oscilații întotdeauna amortizate. Prin urmare, în practică, acestea nu sunt aproape niciodată folosite. În timp ce vibrațiile forțate sunt folosite peste tot și peste tot. În fiecare zi, tu și cu mine putem observa aceste fluctuații.

Toate apartamentele noastre sunt iluminate cu curent alternativ. Curentul alternativ nu este altceva decât oscilații electromagnetice forțate. Curentul și tensiunea se vor modifica în timp conform legii armonice. Fluctuațiile, de exemplu, ale tensiunii pot fi detectate prin aplicarea tensiunii de la o priză la un osciloscop.

O undă sinusoidală va apărea pe ecranul osciloscopului. Frecvența curentului alternativ poate fi calculată. Va fi egală cu frecvența oscilațiilor electromagnetice. Se presupune că frecvența standard pentru curentul alternativ industrial este de 50 Hz. Adică, în 1 secundă direcția curentului în priză se schimbă de 50 de ori. Rețelele industriale din SUA folosesc o frecvență de 60 Hz.

O modificare a tensiunii la capetele circuitului va determina o modificare a intensității curentului în circuitul oscilator. Încă trebuie înțeles că modificarea câmpului electric în întregul circuit nu are loc instantaneu.

Dar, deoarece acest timp este semnificativ mai mic decât perioada de oscilație a tensiunii la capetele circuitului, se crede de obicei că câmpul electric din circuit se schimbă imediat pe măsură ce tensiunea de la capetele circuitului se modifică.

Tensiunea alternativă în priză este creată de generatoarele din centralele electrice. Cel mai simplu generator poate fi considerat un cadru de sârmă care se rotește într-un câmp magnetic uniform.

Fluxul magnetic care pătrunde în circuit se va modifica în mod constant și va fi proporțional cu cosinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și normala cadrului. Dacă cadrul se rotește uniform, unghiul va fi proporțional cu timpul.

Prin urmare, flux magnetic se va modifica conform legii armonice:

Ф = B*S*cos(ω*t)

Viteza de modificare a fluxului magnetic, luată cu semnul opus, conform legii EMR, va fi egală cu fem indusă.

Ei = -Ф’ = Em*sin(ω*t).

Dacă un circuit oscilator este conectat la cadru, viteza unghiulară de rotație a cadrului va determina frecvența oscilațiilor de tensiune în diferite secțiuni ale circuitului și puterea curentului. În cele ce urmează vom lua în considerare doar oscilații electromagnetice forțate.

Ele sunt descrise prin următoarele formule:

u = Um*sin(ω*t),

u = Um*cos(ω*t)

Aici Um este amplitudinea fluctuațiilor de tensiune. Tensiunea și curentul se modifică cu aceeași frecvență ω. Dar fluctuațiile de tensiune nu vor coincide întotdeauna cu fluctuațiile curentului, deci este mai bine să folosiți o formulă mai generală:

I = Im*sin(ω*t +φ), unde Im este amplitudinea fluctuațiilor curentului, iar φ este defazarea dintre fluctuațiile curentului și ale tensiunii.

Parametrii curentului și tensiunii AC

Mărimea curentului alternativ, ca și tensiunea, se modifică constant în timp. Indicatorii cantitativi pentru măsurători și calcule folosesc următorii lor parametri:

Perioada T- timpul în care are loc un ciclu complet de schimbare a curentului în ambele direcții în raport cu zero sau valoarea medie.

Frecvența f- reciproca unei perioade, egală cu numărul de perioade dintr-o secundă.
Un ciclu pe secundă este un hertz (1 Hz)

Frecvența ciclică ω- frecventa unghiulara egala cu numarul de perioade in 2π secunde.

ω = 2πf = 2π/T

Utilizat în mod obișnuit în calculele de curent și tensiune sinusoidal. Apoi, în cadrul perioadei, nu se poate lua în considerare frecvența și timpul, ci se poate face calcule în radiani sau grade. T = 2π = 360°

Faza inițială ψ- valoarea unghiului de la zero (ωt = 0) la începutul perioadei. Măsurată în radiani sau grade. Prezentat în figură pentru graficul albastru al curentului sinusoidal.

Faza inițială poate fi o valoare pozitivă sau negativă, respectiv la dreapta sau la stânga lui zero pe grafic.

Valoare instantanee- mărimea tensiunii sau curentului măsurată relativ la zero la orice moment selectat t.

i = i(t); u = u(t)

Secvența tuturor valorilor instantanee în orice interval de timp poate fi considerată ca o funcție a modificării curentului sau tensiunii în timp. De exemplu, un curent sau o tensiune sinusoidal poate fi exprimat prin funcția:

i = I amp sin(ωt); u = U amp sin(ωt)

Ținând cont de faza inițială:

i = I amp sin(ωt + ψ); u = U amp sin(ωt + ψ)

Aici I amp și U amp sunt valorile amplitudinii curentului și tensiunii.

Valoarea amplitudinii- valoarea maximă modulo instantanee pentru perioadă.

I amp = max|i(t)|; U amp = max|u(t)|

Poate fi pozitiv sau negativ în funcție de poziția sa față de zero. Adesea, în locul valorii amplitudinii, se folosește termenul amplitudine curent (tensiune) - abaterea maximă de la valoarea zero. Proiectare și exploatare

Proiectare și exploatare

Generator diesel. Proiectare și exploatare

Proiectare și exploatare

Probleme de rezolvat independent

Legea inducției lui Faraday.

1. Fluxul magnetic din interiorul unei bobine cu un număr de spire egal cu 400 s-a modificat de la 0,1 Wb la 0,9 Wb în 0,2 s. Determinați fem-ul indus în bobină.

2. Determinați fluxul magnetic care trece printr-o zonă dreptunghiulară cu laturile de 20x40 cm, dacă acesta este plasat într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 5 Tesla la un unghi de 60° față de liniile de inducție magnetică ale câmpului.

3. Câte spire ar trebui să aibă bobina astfel încât atunci când fluxul magnetic din interiorul ei se schimbă de la 0,024 la 0,056 Wb în 0,32 s, să se creeze în ea o f.e.m. medie. 10 V?

EMF de inducție în conductorii în mișcare.

1. Determinați fem-ul indus la capetele aripilor aeronavei An-2, având lungimea de 12,4 m, dacă viteza aeronavei în zbor orizontal este de 180 km/h, iar componenta verticală a vectorului de inducție a câmpul magnetic al Pământului este de 0,5·10-4 T.

2. Aflați fem-ul indus pe aripile unui avion Tu-204, având lungimea de 42 m, care zboară orizontal cu viteza de 850 km/h, dacă componenta verticală a vectorului de inducție a câmpului magnetic al Pământului este 5· 10-5 T.

EMF autoindusă

1. Într-o bobină apare un flux magnetic de 0,015 Wb atunci când prin spirele ei trece un curent de 5,0 A Câte spire conține bobina dacă inductanța ei este de 60 mH?

2. De câte ori se va schimba inductanța unei bobine fără miez dacă numărul de spire din ea este dublat?

3. Care este e.m.f. autoinducția va avea loc într-o bobină cu o inductanță de 68 mH dacă în ea dispare un curent de 3,8 A în 0,012 s?

4. Determinați inductanța bobinei dacă, atunci când curentul din ea este slăbit cu 2,8 A, în bobină apare o f.e.m. medie în 62 ms. autoinducție 14 V.

5. Cât timp durează într-o bobină cu o inductanță de 240 mH pentru a crește curentul de la zero la 11,4 A, dacă apare o f.e.m. medie? autoinducție 30 V?

Energia câmpului electromagnetic

1. Un curent de 20 A circulă printr-o bobină cu o inductanță de 0,6 H. Care este energia câmpului magnetic al bobinei? Cum se va schimba această energie atunci când curentul crește cu un factor de 2? De 3 ori?

2. Cât curent trebuie să treacă prin înfășurarea unui inductor cu o inductanță de 0,5 H pentru ca energia câmpului să fie egală cu 100 J?

3. Energia câmpului magnetic a cărui bobină este mai mare și de câte ori, dacă prima are caracteristicile: I1=10A, L1=20 H, a doua: I2=20A, L2=10 H?

4. Să se determine energia câmpului magnetic al bobinei, în care, la un curent de 7,5 A, fluxul magnetic este de 2,3·10 -3 Wb. Numărul de spire în bobină este de 120.

5. Determinați inductanța bobinei dacă, la un curent de 6,2 A, câmpul ei magnetic are o energie de 0,32 J.

6. Câmpul magnetic al unei bobine cu inductanța de 95 mH are o energie de 0,19 J. Care este puterea curentului în bobină?