Abstrakt i ligjit të Lenz-it për induksionin elektromagnetik. Fenomeni i induksionit elektromagnetik

elektrike Dhe fusha magnetike gjenerohen nga të njëjtat burime - ngarkesa elektrike, kështu që mund të supozojmë se ekziston një lidhje e caktuar midis këtyre fushave. Ky supozim gjeti konfirmim eksperimental në 1831 në eksperimentet e fizikanit të shquar anglez M. Faraday. Ai hapi fenomeni i induksionit elektromagnetik.

Fenomeni i induksionit elektromagnetik qëndron në themel të funksionimit të gjeneratorëve të rrymës elektrike me induksion, të cilët përbëjnë të gjithë energjinë elektrike të prodhuar në botë.

• Fluksi magnetik

Një karakteristikë sasiore e procesit të ndryshimit të fushës magnetike përmes një laku të mbyllur është një sasi fizike e quajtur fluksi magnetik. Fluksi magnetik (F) përmes një laku të mbyllur me sipërfaqe (S) është një sasi fizike e barabartë me produktin e madhësisë së vektorit të induksionit magnetik (B) nga sipërfaqja e lakut (S) dhe kosinusit të këndit. ndërmjetvektori B dhe normal me sipërfaqen: Φ = BS cos α. Njësia e fluksit magnetik F - weber (Wb): 1 Wb = 1 T · 1 m 2.

pingul maksimale.

Nëse vektori i induksionit magnetik paralele zona e konturit, pastaj fluksi magnetik e barabartë me zero.

• Ligji i induksionit elektromagnetik

Ligji i induksionit elektromagnetik u krijua eksperimentalisht: emf i induktuar në një qark të mbyllur është i barabartë në madhësi me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga qarku: Kjo formulë quhet Ligji i Faradeit .

Demonstrimi klasik i ligjit themelor të induksionit elektromagnetik është eksperimenti i parë i Faradeit. Në të, sa më shpejt ta lëvizni magnetin nëpër kthesat e spirales, aq më e madhe shfaqet rryma e induktuar në të, dhe rrjedhimisht emf i induktuar.

• Rregulli i Lenz-it

Varësia e drejtimit të rrymës së induksionit nga natyra e ndryshimit të fushës magnetike përmes një laku të mbyllur u vendos eksperimentalisht në 1833 nga fizikani rus E.H. Sipas Rregulli i Lenz-it , rryma e induktuar që lind në një qark të mbyllur me fushën e saj magnetike kundërvepron ndryshimin e fluksit magnetik me të cilin ai thirrur. Më shkurt, ky rregull mund të formulohet si më poshtë: rryma e induktuar drejtohet ashtu që të parandalojë arsyeja që e shkakton atë. Rregulli i Lenz-it pasqyron faktin eksperimental se ata gjithmonë kanë shenja të kundërta (minus shenjë në Formula e Faradeit).

Lenz projektoi një pajisje të përbërë nga dy unaza alumini, të forta dhe të prera, të montuara në një shirit alumini. Ata mund të rrotullohen rreth një boshti si një rrotullues. Kur një magnet u fut në një unazë të fortë, ai filloi të "ikte" nga magneti, duke e kthyer krahun rrotullues në përputhje me rrethanat. Kur magneti u hoq nga unaza, ai u përpoq të "kapte hapin" me magnetin. Kur magneti lëvizte brenda unazës së prerë, nuk ndodhi asnjë lëvizje. Lenz shpjegoi eksperimentin duke thënë se fusha magnetike e rrymës së induktuar kërkonte të kompensonte ndryshimin në fluksin magnetik të jashtëm.

Rregulli i Lenz-it ka një kuptim të thellë fizik - shprehet ligji i ruajtjes së energjisë.

Mësimi i fizikës në klasën e 11-të me temën:

“Induksioni elektromagnetik. Rregulli i Lenz-it"

Objektivi i mësimit:

arsimore: njohin nxënësit me dukurinë e induksionit elektromagnetik, riprodhojnë eksperimentet e Faradeit, tregojnë se rryma e induktuar shfaqet kur ndryshon fluksi magnetik që kalon nëpër qark; nxjerrin formulën dhe kuptojnë kuptimin fizik të ligjit të induksionit elektromagnetik; formulojnë rregullën e Lenz-it.

arsimore: për të zhvilluar aftësitë e punës në grup në kombinim me pavarësinë e nxënësve, për të kultivuar nevojat njohëse dhe interesin për lëndën;

duke zhvilluar: të zhvillojë aftësinë për të perceptuar shpejt informacionin dhe për të kryer detyra praktike; zhvilloni të menduarit logjik dhe vëmendjen, aftësinë për të analizuar, krahasuar rezultatet e marra dhe për të nxjerrë përfundime të përshtatshme.

Plani i mësimit:

Rryma e induksionit.

Induksioni elektromagnetik në teknologjinë moderne

Përforcimi i temës: Punë laboratori “Induksioni elektromagnetik”

Duke përmbledhur mësimin I . Vendosja e një detyre mësimore.

Ne kemi trajtuar temën "Fusha magnetike". Sot duhet të zbulojmë se si e mësuat këtë material. Ne do të përgjithësojmë njohuritë tona për fushën magnetike dhe do të vazhdojmë të përmirësojmë aftësitë tona në shpjegimin e fenomeneve magnetike.

II. Zbatimi i njohurive referuese.

Për ta bërë këtë, duhet t'u përgjigjemi disa pyetjeve.

Çfarë është rryma elektrike?

Çfarë është e nevojshme për ekzistencën e rrymës elektrike?

Çfarë krijon një fushë magnetike?

Si mund të zbulohet një fushë magnetike?

Cila vlerë karakterizon fushën magnetike në secilën pikë?

Në cilat njësi matet induksioni magnetik?

Me çfarë është e barabartë 1T?

Çfarë vlere karakterizon fushën magnetike në një zonë të caktuar të hapësirës?

Me cilat njësi matet fluksi magnetik?

Me çfarë është e barabartë 1 Wb?

Çfarë e përcakton fluksin magnetik që depërton në zonën e një qarku të sheshtë të vendosur në një fushë magnetike uniforme?

Plotësoni përkufizimet e mëposhtme:

A) Forca e Lorencit është...

B) Forca e Amperit është..

B) Temperatura e Curie është ...

D) Përshkueshmëria magnetike e mediumit karakterizon..

13. Shkruani formulat për llogaritjet:

A) Forcat e Lorencit

B) Forcat e Amperit

B) Moduli i vektorit të induksionit magnetik

D) Fluksi magnetik

D)përshkueshmëria magnetike e mediumit

14. Zbatohet forca e amperit..

15. Përdoret forca Lorentz..

III. Mësimi i materialit të ri

Pra, pas përmbledhjes së njohurive për fushën magnetike, ne do të vazhdojmë të përmirësojmë aftësitë tona në shpjegimin e fenomeneve magnetike.

Sot në mësim do të zbulojmë një fenomen të ri, i cili është një nga arritjet më të shquara shkencore të gjysmës së parë të shekullit të 19-të, i cili shkaktoi shfaqjen dhe zhvillimin e shpejtë të inxhinierisë elektrike dhe radio. Pra, shkoni përpara për njohuri!

Tema e mësimit është “Induksioni elektromagnetik. Rregulli i Lenz-it"

Sekuenca e prezantimit të materialit të ri

Historia e zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Demonstrimi i eksperimenteve të Faradeit mbi induksionin elektromagnetik.

Rryma e induksionit.

Shkaqet e rrymës së induksionit.

Drejtimi i rrymës së induksionit. Rregulli i Lenz-it

Ligji i induksionit elektromagnetik.

Puna laboratorike "Induksioni elektromagnetik"

Më parë, në elektrodinamikë, u studiuan fenomene që lidhen ose shkaktohen nga ekzistenca e fushave elektrike dhe magnetike konstante në kohë (statike dhe stacionare). A shfaqen dukuritë e reja në prani të fushave të ndryshueshme?

Historia e zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Në ekran është një portret i M. Faraday (1791 - 1867).

Informacion bibliografik: M. Faraday

Demonstrimi i eksperimenteve të Faradeit mbi induksionin elektromagnetik, analiza e eksperimenteve

Përvoja 1. Futja (heqja) e një magneti shiriti nga një qark i mbyllur i lidhur me një galvanometër.

Përvoja 2. Kur çelësi mbyllet (hapet) ose motori i reostatit lëviz, fusha magnetike që depërton në spiralen ndryshon dhe lind një rrymë në të.

Rryma që ndodh në një spirale kur një magnet i përhershëm lëviz në lidhje me të quhet induksion. Kjo rrymë në spirale është e induktuar, domethënë e induktuar nga një magnet lëvizës. .Një fushë magnetike që nuk ndryshon nuk krijon rrymë induksioni .

Përvoja 3. Rrotulloni kornizën në një fushë magnetike.

Një rrymë e induktuar në një qark ndodh nëse dhe vetëm nëse përcjellësi kalon linjat e fushës magnetike.

Rryma e induksionit.

Ne shikuam mënyrat për të marrë rrymë induksioni:

lëvizja e magnetit në lidhje me spiralen;

lëvizja e spirales në lidhje me magnetin;

mbyllja dhe hapja e qarkut;

rrotullimi i kornizës brenda magnetit;

lëvizja e rrëshqitësit të reostatit;

lëvizja e një spirale në lidhje me një tjetër.

Shkaqet e rrymës së induksionit:

vetëm kur fluksi magnetik që shpon zonën e mbuluar nga përcjellësi ndryshon (kur magneti dhe spiralja lëvizin në lidhje me njëri-tjetrin);

për shkak të ndryshimeve në fuqinë aktuale në qark (kur mbyllni dhe hapni qarkun);

për shkak të ndryshimit të orientimit të qarkut në lidhje me linjat e induksionit magnetik.

konkluzioni: Vetëm një fushë magnetike alternative mund të krijojë një rrymë (rrymë induksioni). Devijimi i gjilpërës së galvanometrit tregon praninë e një rryme të induktuar në qarkun e spirales. Sapo lëvizja ndalon, rryma ndalon.

Çfarë kemi mësuar sot? Fenomeni. Cilin? Fenomeni i shfaqjes së rrymës së induksionit në një qark të mbyllur. Ky është fenomeni i induksionit elektromagnetik. Kushti për shfaqjen e tij është një ndryshim në numrin e linjave të induksionit magnetik nëpër sipërfaqen e kufizuar nga kontura.

Në të gjitha rastet, mund të vërehet se rryma elektrike lind kur ndryshon fusha magnetike, domethënë kur ndryshon numri i linjave të forcës që shpojnë spiralen. Duke kaluar në gjuhën e sasive fizike, shkaku i zakonshëm i shfaqjes së rrymës mund të quhet një ndryshim në fluksin magnetik që depërton në qark. Studime të mëtejshme sasiore e konfirmuan këtë fenomeni i induksionit elektromagnetik është shfaqja e rrymës në një qark të mbyllur kur fluksi magnetik nëpër qark ndryshon. Rryma që lind quhet rryma e induktuar.

Le të shpjegojmë arsyen e shfaqjes së rrymës së induksionit

Rryma e induksionit ndodh nën ndikimin e një fushe elektrike të krijuar nga një ndryshim në fushën magnetike. Si çdo fushë elektrike, ajo funksionon për të lëvizur ngarkesën në një qark. Fusha elektrike që lind gjatë procesit të ndryshimit të fushës magnetike nuk shoqërohet me ndonjë shpërndarje të ngarkesave elektrike. Një fushë magnetike e alternuar është e lidhur pazgjidhshmërisht me këtë fushë elektrike, prandaj thonë se në këtë rast kemi të bëjmë me një fushë elektromagnetike. Linjat e fushës elektrike të lidhura me një fushë magnetike alternative nuk kanë fillim dhe fund - ato janë të mbyllura si linjat e fushës magnetike. Një fushë e tillë quhet fushë vorbullash. Fusha elektrike e vorbullës që lind gjatë procesit të induksionit elektromagnetik krijon një rrymë elektrike në një përcjellës të mbyllur, prandaj është në gjendje të shkaktojë qarkullimin e ngarkesave elektrike. Në këtë drejtim, ekziston nevoja për të futur një karakteristikë të veçantë energjetike të fushës elektrike të vorbullës: forca elektromotore e induksionit (shkurtuar si emf induksioni). Emf i induktuar shënohet me shkronjën ε i. Forca elektromotore e induksionit është raporti i punës së bërë nga fusha e vorbullës kur lëviz një ngarkesë elektrike përgjatë një qarku të mbyllur me modulin e ngarkesës së lëvizur.

ε i =Një vorbull /q

Emf i induksionit, si voltazhi, shprehet në volt. Sipas ligjit të Ohm-it për një qark të mbyllur I i = ε i /R

ku R është rezistenca e të gjithë qarkut të mbyllur. Eksperimentet e Faradeit treguan se forca e rrymës së induktuar I i në një qark përcjellës është drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit në numrin e linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në sipërfaqen e kufizuar nga ky qark.

Përvoja 4: futja (heqja) e një magneti në një qark të mbyllur, fillimisht me një magnet, pastaj me dy magnet.

konkluzioni: madhësia e rrymës varet nga madhësia e induksionit magnetik.

Nëse futni të njëjtin magnet të përhershëm në një spirale (shih Fig. 1), por me shpejtësi të ndryshme, do të vini re se kur magneti lëviz shpejt, forca aktuale është më e madhe se kur lëviz ngadalë.

Përvoja 5: Ne futim magnetin fillimisht ngadalë, pastaj shpejt.

konkluzioni: Madhësia e rrymës varet nga shpejtësia me të cilën futet magneti.

Prandaj, forca e rrymës së induksionit është proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik nëpër sipërfaqe të kufizuar nga kontura: I i ~ ∆Ф /∆ t

Meqenëse R nuk varet nga ∆Ф atëherë emf e induktuar ε i ~ ∆Ф /∆ t

Kështu, arrijmë në përfundimin: emf i induktuar është proporcional me shpejtësinë e ndryshimit të fushës magnetike që depërton në spiralen.

Përvoja 6. Varësia e EMF nga numri i kthesave në spirale.

konkluzioni: Fuqia e rrymës së induktuar, dhe rrjedhimisht emf-ja e induktuar, është proporcionale me numrin e kthesave të spirales dytësore me të njëjtën shpejtësi të ndryshimit të fushës magnetike.

ε i ~ N ·∆Ф /∆ t

Emf i induktuar përkon në drejtim me rrymën e induktuar.

Kështu, nga eksperimentet e kryera arrijmë në përfundimin: emf i induktuar është në përpjesëtim me shpejtësinë e ndryshimit të fushës magnetike që depërton në spiralen dhe numrin e rrotullimeve në të. Eksperimentet e Faradeit treguan se forca e rrymës së induktuar I i në një qark përcjellës është drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit në numrin e linjave të induksionit magnetik që depërtojnë në sipërfaqen e kufizuar nga ky qark.

Drejtimi i rrymës së induksionit

Përvoja 7: futja (heqja) e një magneti fillimisht me polin verior, pastaj me polin jugor.

konkluzioni: Drejtimi i rrymës varet nga drejtimi i fushës magnetike.

Përvoja 8. demonstrojnë varësinë e drejtimit të rrymës nga mbyllja ose hapja e qarkut primar të spirales.

Duke studiuar të gjitha aspektet më të rëndësishme të induksionit elektromagnetik në 1831, Faraday vendosi disa rregulla për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induksionit në raste të ndryshme, por ai nuk ishte në gjendje të gjente një rregull të përgjithshëm. Ajo u krijua më vonë, në 1834, nga akademiku i Shën Petersburgut Emil Christianovich Lenz dhe për këtë arsye mban emrin e tij.

Rregulli i Lenz-it.

Duke hetuar fenomenin e induksionit elektromagnetik, E. H. Lenz në 1833 vendosi një rregull të përgjithshëm për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induksionit: rryma e induksionit ka gjithmonë një drejtim të tillë që të ndërhyjë me shkakun që e ka shkaktuar këtë rrymë me fushën e saj magnetike.

Përvoja 9. Demonstrimi i përvojës së Lenz-it. Në instalim, sillni magnetin në unazën e fortë. Ata shohin: unaza zmbrapset nga poli i magnetit. Nëse vendosni një unazë në një magnet dhe më pas nxirrni magnetin nga ai, unaza tërhiqet pas magnetit. Siç mund të shihet, rryma e induktuar në unazë parandalon afrimin e magnetit në rastin e parë, dhe në të dytën - heqjen e tij.

Bazuar në vëzhgime të ngjashme, shkencëtari rus E. H. Lenz propozoi rregullin e mëposhtëm për përcaktimin e drejtimit të rrymës së induktuar në një përcjellës: rryma e induktuar drejtohet gjithmonë në atë mënyrë që fusha magnetike e saj të kundërveprojë ndryshimin në fushën magnetike që shkakton këtë. aktuale.

Drejtimi i rrymës së induksionit përcaktohet nga rregulli i gimletit, nga rregulli i dorës së djathtë.

Mësuesi: Për të përcaktuar drejtimin e rrymës së induksionit në një qark të mbyllur, përdoret Rregulli i Lenz-it: Rryma e induktuar ka një drejtim të tillë që fluksi magnetik që krijon përmes sipërfaqes së kufizuar nga kontura pengon ndryshimin e fluksit magnetik që ka shkaktuar këtë rrymë.

Detyrë eksperimentale: Një qark i mbyllur me një llambë është futur në bërthamën e çelikut të një transformatori të lidhur me një tension prej 220 V (RNSh). Pse ndizet drita?

6. Ligji i induksionit elektromagnetik

Kemi vërtetuar se E.M.F. induksioni në çdo qark është drejtpërdrejt proporcional me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik ∆ t– koha gjatë së cilës ndryshon fluksi magnetik. Shenja minus tregon se kur fluksi magnetik zvogëlohet ( ∆Ф– negative), e.m.f. krijon një rrymë induksioni që rrit fluksin magnetik dhe anasjelltas. Ligji i induksionit elektromagnetik u krijua eksperimentalisht nga M. Faraday. Fizikani dhe shkencëtari gjerman G. Helmholtz tregoi se ligji bazë i induksionit elektromagnetik ε i = – ∆Φ/∆tështë pasojë e ligjit të ruajtjes së energjisë. Emf i induktuar në një lak të mbyllur është i barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik që kalon nëpër lak, marrë me shenjën e kundërt.

Shprehje ε i = – ∆Φ/∆t (1) , i quajtur ligji i Faradeit, është universal: është i vlefshëm për të gjitha rastet e induksionit elektromagnetik. Për një spirale me N, ligji i induksionit elektromagnetik ka formën:

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

Shenja minus tregon se emf E i induktuar drejtohet në mënyrë që fusha magnetike e rrymës së induktuar të parandalojë një ndryshim në fluksin e induksionit magnetik ∆Φ. Nëse rrjedha rritet (∆Φ > 0), atëherë E i< 0 и поле индукционного тока направлено навстречу потоку. Если же поток уменьшается (∆Ф < 0), то Е i >0 dhe drejtimi i rrjedhës dhe fushat e rrymës së induktuar përkojnë fenomen elektromagnetik konsiston në shfaqjen (udhëzimin) e një force elektromotore në një qark përcjellës të vendosur në një fushë magnetike në rast të një ndryshimi në madhësinë e fluksit magnetik që kalon nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark.. Shprehje ε i = – N ·∆Φ/∆t(1) paraqet një nga shënimet matematikore ligji i induksionit elektromagnetik - Emf i induktuar në qarkun e një qarku elektrik është i barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të fluksit magnetik që kalon nëpër sipërfaqen e kufizuar nga ky qark, marrë me shenjën e kundërt..

7. Induksioni elektromagnetik në teknologjinë moderne

Fenomeni i induksionit elektromagnetik qëndron në themel të funksionimit të gjeneratorëve të rrymës elektrike me induksion, të cilët përbëjnë pothuajse të gjithë energjinë elektrike të prodhuar në botë.

Shembuj të përdorimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik në teknologjinë moderne:

detektorë të veçantë për zbulimin e objekteve metalike;

tren me levitacion magnetik;

furrat elektrike për shkrirjen e metaleve

furrat me mikrovalë shtëpiake me mikrovalë.

Konsolidimi i asaj që është mësuar: Punë laboratori “Studimi i dukurisë së induksionit elektromagnetik”

Duke përmbledhur mësimin

9. Detyrë shtëpie: § 8-11.

Në vitin 1831, fizikani anglez M. Faraday zbuloi fenomenin në eksperimentet e tij induksioni elektromagnetik. Pastaj shkencëtari rus E.Kh studioi këtë fenomen. Lenz dhe B. S. Jacobi.

Aktualisht, shumë pajisje bazohen në fenomenin e induksionit elektromagnetik, për shembull në një motor ose gjenerator të rrymës elektrike, në transformatorë, marrës radio dhe shumë pajisje të tjera.

Induksioni elektromagnetik- ky është fenomeni i shfaqjes së rrymës në një përcjellës të mbyllur kur një fluks magnetik kalon nëpër të. Kjo do të thotë, falë këtij fenomeni, ne mund ta shndërrojmë energjinë mekanike në energji elektrike - dhe kjo është e mrekullueshme. Në fund të fundit, para zbulimit të këtij fenomeni, njerëzit nuk dinin për metodat e prodhimit të rrymës elektrike, përveç galvanizimit.

Kur një përcjellës ekspozohet ndaj një fushe magnetike, në të lind një emf, i cili mund të shprehet në mënyrë sasiore përmes ligjit të induksionit elektromagnetik.

Ligji i induksionit elektromagnetik

Forca elektromotore e induktuar në një qark përcjellës është e barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të bashkimit të fluksit magnetik në atë qark.

Në një spirale që ka disa rrotullime, emf total varet nga numri i kthesave n:

Por në rastin e përgjithshëm, përdoret formula EMF me lidhje të përgjithshme të fluksit:

EMF i ngacmuar në qark krijon një rrymë. Shembulli më i thjeshtë i shfaqjes së rrymës në një përcjellës është një spirale përmes së cilës kalon një magnet i përhershëm. Drejtimi i rrymës së induktuar mund të përcaktohet duke përdorur Rregullat e Lenz-it.

Rregulli i Lenz-it

Rryma e shkaktuar kur fusha magnetike që kalon nëpër qark ndryshon, fusha e saj magnetike e pengon këtë ndryshim.

Në rastin kur futim një magnet në spirale, fluksi magnetik në qark rritet, që do të thotë se fusha magnetike e krijuar nga rryma e induktuar, sipas rregullit të Lenz-it, drejtohet kundër rritjes së fushës së magnetit. Për të përcaktuar drejtimin e rrymës, duhet të shikoni magnetin nga poli verior. Nga ky pozicion do ta vidhosim gjilpërën në drejtim të fushës magnetike të rrymës, pra drejt polit verior. Rryma do të lëvizë në drejtim të rrotullimit të gimletit, domethënë në drejtim të akrepave të orës.

Në rastin kur heqim magnetin nga bobina, fluksi magnetik në qark zvogëlohet, që do të thotë se fusha magnetike e krijuar nga rryma e induktuar drejtohet kundër zvogëlimit të fushës së magnetit. Për të përcaktuar drejtimin e rrymës, duhet të zhbllokoni gemullin, drejtimi i rrotullimit të rrymës do të tregojë drejtimin e rrymës në përcjellës - në drejtim të kundërt.

Objektivat e mësimit:

Edukative:

studioni ligjin e induksionit elektromagnetik.

Zhvillimore:

1) formimi i kompetencave informative;

2) zhvillimi i aftësive për punë të pavarur me tekst shkollor;

3) përmirësimi i aftësive intelektuale dhe të të menduarit të nxënësve.

Edukative:

formimi i cilësive komunikuese të individëve.

Pajisjet:

1. Flashkarta me pyetje për secilin grup.
2. Testimi i detyrave për secilin grup.
3. Instrumentet për demonstrim: galvanometër, spirale, magnet.

Përmbledhje e shkurtër e mësimit

1. Momenti organizativ

Detyrë : krijimi i një humori të favorshëm psikologjik.

1. Përditësimi i njohurive të referencës

Detyrë : përsëritni dhe thelloni njohuritë e nevojshme për të mësuar materialin e ri.

Metoda e mësimdhënies është bashkëbisedimi heuristik;

Format e organizimit të veprimtarisë njohëse (FODA) – frontale;

Metoda e mësimdhënies është riprodhuese.

Përsëritja e koncepteve bazë në temën "Induksioni elektromagnetik, rregulli i Lenz-it, fluksi magnetik".

Në 1821, shkencëtari i madh anglez shkroi në ditarin e tij: "Konvertoni magnetizmin në energji elektrike". Pas 10 vitesh, ky problem u zgjidh.

Si quhej fenomeni fizik i zbuluar nga Faraday?

Ne do të punojmë në grupe prej 2-3 personash, secili prej të cilëve merr një detyrë.

1-2 minuta për reflektim, pas së cilës përfaqësuesit e grupeve raportojnë për përsëritjen.

Detyrë : rishikoni konceptet bazë.

• FOPD – punë e pavarur në grupe.
• Metoda e mësimdhënies – kërkimore, induktive

Karta numër 1:

Kur dhe nga kush u zbulua dukuria e induksionit elektromagnetik?

Cili është fenomeni i induksionit elektromagnetik?

Karta numër 2:

Eksperimenti i Faraday: instalimi, demonstrimi.

Në çfarë kushtesh ndodh rryma në një përcjellës të mbyllur?

Karta numër 3:

Rregulli i Lenz-it.

Karta numër 4:

Çfarë sasie fizike karakterizon fushën magnetike në çdo pikë të hapësirës?

Çfarë sasie fizike karakterizon shpërndarjen e fushës magnetike mbi një sipërfaqe të kufizuar nga një kontur i mbyllur?

Formula, njësia matëse.

Karta nr. 5-6:

Përcaktoni drejtimin e rrymës së induksionit në një lak të mbyllur.

Raportet e grupit.

Detyrat:

• zhvilloni kulturën e të folurit, aftësinë për të përgjithësuar materialin, për të nxjerrë në pah gjënë kryesore.
• për të kultivuar cilësitë morale të individit që lidhen me marrëdhëniet në ekipin e klasës.

Metoda e mësimdhënies - induktive

Pritja e trajnimit - bisedë heuristike

1. Mësimi i materialit të ri

Përmblidhni përfundimet e arritura nga grupet.

Plani:

1. Çfarë e përcakton forcën e rrymës së induksionit në një përcjellës të mbyllur?
2. Si quhet emf i induktuar?
3. Formulimi i ligjit të induksionit elektromagnetik.
4. Pse ligji është formuluar për EMF, dhe jo për aktual?
5. Çfarë do të thotë shenja (-) në ligj?
6. Si të shkruhet ligji i induksionit elektromagnetik duke përdorur konceptin e derivatit?

Plani i përgjithësuar për studimin e fenomenit:

• Shenjat e jashtme të fenomenit;
• Kushti për shfaqjen e tij;
• Riprodhimi eksperimental i fenomenit;
• Mekanizmi i fenomenit;
• Karakteristikat sasiore të fenomenit;
• Shpjegimi i tij bazohet në teori;
• Zbatimi praktik i dukurive;
• Ndikimi i fenomenit tek njerëzit dhe natyra.

Për të përsëritur dhe studiuar fenomenin e induksionit elektromagnetik, kemi përdorur metodën e njohurive shkencore. Themelet e saj u hodhën në mesin e shekullit të 16-të nga Galileo Galilei.

Diagrami i metodës:

• grumbullimi i fakteve;
• ndërtimin e teorisë;
• vërtetimi eksperimental i hipotezës;
• zbatimi praktik i teorive.

Metoda e njohurive shkencore na lejon të pasqyrojmë në mënyrë objektive realitetin jo vetëm në fizikë, por edhe në fusha të tjera të shkencës.

1. Zgjidhja e problemeve.

Në Provimin e Unifikuar të Shtetit:

Detyrat grafike (pjesa A)

Problemet e llogaritjes (pjesa B, C)

Detyra: të marrë informacion për shkallën e zotërimit të materialit.

FOPD – individuale

Metoda e stërvitjes - ushtrime

Detyra:

Figura 1-3 tregon korniza përcjellëse të mbyllura të vendosura në një fushë magnetike, linjat e induksionit magnetik të së cilës janë të drejtuara drejt nesh, pingul me rrafshin e vizatimit. A ndodh rryma e induktuar në kornizë?

1. Reflektimi:

Kam mësuar...

Kam marrë vesh...

Unë e kuptoj…

1. Detyrë shtëpie (të diferencuara):

1. Përmbledhje problematikash nga G.N. Stepanova nr 1128, 1129

Teksti mësimor i fizikës, klasa 11 (Myakishev G.Ya.) §11.

2. Ose hartoni 2 problema të ngjashme me pjesët A dhe B, ose gjeni në tekste, zgjidhni dhe shpjegoni. Rrëshqitja 2

Karta nr. 1: Kur dhe nga kush u zbulua dukuria e induksionit elektromagnetik? Cili është fenomeni i induksionit elektromagnetik?

Karta nr. 2: Eksperimenti i Faradeit: instalim, demonstrim. Në çfarë kushtesh ndodh rryma në një përcjellës të mbyllur?

Karta #3: Rregulli i Lenz-it

Karta nr. 4: Çfarë sasie fizike karakterizon fushën magnetike në çdo pikë të hapësirës? Çfarë sasie fizike karakterizon shpërndarjen e fushës magnetike mbi një sipërfaqe të kufizuar nga një kontur i mbyllur? Formula, njësia matëse.

Karta nr. 5-6: Përcaktoni drejtimin e rrymës së induksionit në një lak të mbyllur

Plani: Çfarë përcakton fuqinë e rrymës së induksionit në një përcjellës të mbyllur? Si quhet emf i induktuar? Formulimi i ligjit të induksionit elektromagnetik. Pse ligji është formuluar për EMF, dhe jo për aktual? Çfarë do të thotë shenja (-) në ligj? Si të shkruhet ligji i induksionit elektromagnetik duke përdorur konceptin e derivatit?

Plani i përgjithësuar për studimin e dukurisë: Shenjat e jashtme të dukurisë; Kushti për shfaqjen e tij; Riprodhimi eksperimental i fenomenit; Mekanizmi i fenomenit; Karakteristikat sasiore të fenomenit; Shpjegimi i tij bazohet në teori; Zbatimi praktik i dukurive; Ndikimi i fenomenit tek njerëzit dhe natyra.

Skema e metodës: grumbullimi i fakteve, ndërtimi i teorive, vërtetimi eksperimental i një hipoteze, zbatimi praktik i teorive.

Problemi: Figura 1-3 tregon korniza të mbyllura përcjellëse të vendosura në një fushë magnetike, vijat e induksionit magnetik të së cilës janë të drejtuara drejt nesh, pingul me rrafshin e vizatimit. A ndodh rryma e induktuar në kornizë? 1) 2) 3)

Reflektimi: Mësova... Mësova... Kuptova...

LIGJI I INDUKSIONIT ELEKTROMAGNETIK. RREGULLI I LENZIT

Në vitin 1831, fizikani anglez M. Faraday zbuloi fenomenin e induksionit elektromagnetik. Pastaj shkencëtari rus E.Kh studioi këtë fenomen. Lenz dhe B. S. Jacobi.

Aktualisht, shumë pajisje bazohen në fenomenin e induksionit elektromagnetik, për shembull në një motor ose, në transformatorë, radio dhe shumë pajisje të tjera.

Induksioni elektromagnetik- ky është fenomeni i shfaqjes së rrymës në një përcjellës të mbyllur kur një fluks magnetik kalon nëpër të.

Domethënë, falë këtij fenomeni ne mund ta shndërrojmë energjinë mekanike në energji elektrike. Para zbulimit të këtij fenomeni, njerëzit nuk dinin për metodat e prodhimit të tjera përveç pllakosjes.

Kur një përcjellës ekspozohet ndaj një fushe magnetike, në të lind një emf, i cili mund të shprehet në mënyrë sasiore përmes ligjit të induksionit elektromagnetik.

Ligji i induksionit elektromagnetik

Forca elektromotore e induktuar në një qark përcjellës është e barabartë me shpejtësinë e ndryshimit të bashkimit të fluksit magnetik në atë qark.

Në një spirale që ka disa rrotullime, emf total varet nga numri i kthesave n:

EMF i ngacmuar në qark krijon një rrymë. Shembulli më i thjeshtë i paraqitjes së rrymës në një përcjellës është një spirale nëpër të cilën kalon. Drejtimi i rrymës së induktuar mund të përcaktohet duke përdorur rregullin e Lenz-it.

Rregulli i Lenz-it

Rryma e shkaktuar nga një ndryshim në fushën magnetike që kalon nëpër qark e pengon këtë ndryshim me fushën e saj magnetike.

Në rastin kur futim një magnet në spirale, fluksi magnetik në qark rritet, që do të thotë se fusha magnetike e krijuar nga rryma e induktuar, sipas rregullit të Lenz-it, drejtohet kundër rritjes së fushës së magnetit. Për të përcaktuar drejtimin e rrymës, duhet të shikoni magnetin nga poli verior. Nga ky pozicion do ta vidhosim gjilpërën në drejtim të fushës magnetike të rrymës, pra drejt polit verior. Rryma do të lëvizë në drejtim të rrotullimit të gimletit, domethënë në drejtim të akrepave të orës.

Në rastin kur heqim magnetin nga bobina, fluksi magnetik në qark zvogëlohet, që do të thotë se fusha magnetike e krijuar nga rryma e induktuar drejtohet kundër zvogëlimit të fushës së magnetit. Për të përcaktuar drejtimin e rrymës, duhet të zhbllokoni gemullin, drejtimi i rrotullimit të rrymës do të tregojë drejtimin e rrymës në përcjellës - në drejtim të kundërt.

Gjenerator elektrik- kjo është një pajisje në të cilën shndërrohen llojet e energjisë jo-elektrike (mekanike, kimike, termike).

Klasifikimi i gjeneratorëve elektromekanikë

Sipas llojit të lëvizësit kryesor:

Me mbështjellje yjesh të përfshira

Me mbështjellje trekëndëshi të përfshirë

Sipas metodës së ngacmimit

I ngacmuar nga magnetet e përhershëm

Me ngacmim të jashtëm

Vetë-ngacmuar

Me ngacmim sekuencial

Me ngacmim paralel

Me eksitim të përzier

Sipas parimit të funksionimit gjeneratorët mund të jenë sinkron ose asinkron.

Gjeneratorë asinkron Ato janë strukturore të thjeshta dhe të lira për t'u prodhuar, më rezistente ndaj rrymave të qarkut të shkurtër dhe mbingarkesave. Një gjenerator elektrik asinkron është ideal për fuqizimin e ngarkesave aktive: llambat inkandeshente, ngrohësit elektrikë, elektronika, ndezësit elektrikë, etj. Por edhe mbingarkesa afatshkurtër është e papranueshme për ta, prandaj, kur lidhni motorë elektrikë, makina saldimi jo-elektronike, vegla elektrike. dhe ngarkesa të tjera induktive, ekziston një rezervë e fuqisë duhet të jetë të paktën tre herë, dhe mundësisht katër herë.

Gjenerator sinkron E përkryer për konsumatorët induktivë me rryma të larta hyrëse. Ata janë në gjendje të përballojnë një mbingarkesë të rrymës pesëfish për një sekondë.

Parimi i funksionimit të gjeneratorit aktual

Gjeneratori funksionon në bazë të ligjit të Faradeit të induksionit elektromagnetik - forca elektromotore (EMF) induktohet në një lak drejtkëndor (kornizë teli) që rrotullohet në një fushë magnetike uniforme.

EMF gjithashtu ndodh në një kornizë drejtkëndore të palëvizshme nëse një magnet rrotullohet në të.

Gjeneratori më i thjeshtë është një kornizë drejtkëndore e vendosur midis 2 magneteve me pole të ndryshëm. Për të hequr tensionin nga korniza rrotulluese, përdoren unaza rrëshqitëse.

Gjenerator makinash përbëhet nga një trup dhe dy mbulesa me vrima për ajrim. Rotor rrotullohet në 2 kushineta dhe drejtohet nga një rrotull. Në thelbin e tij, rotori është një elektromagnet i përbërë nga një dredha-dredha. Rryma furnizohet me të duke përdorur dy unaza bakri dhe furça grafiti, të cilat janë të lidhura me një kontrollues rele elektronik. Ai është përgjegjës për të siguruar që voltazhi i furnizuar nga gjeneratori të jetë gjithmonë brenda kufijve të lejuar prej 12 Volt me ​​devijime të lejueshme dhe të mos varet nga shpejtësia e rrotullimit të rrotullës. Rregullatori i stafetës mund të ndërtohet ose në kutinë e gjeneratorit ose të vendoset jashtë tij.

Stator përbëhet nga tre mbështjellje bakri të ndërlidhura në një trekëndësh. Një urë ndreqës prej 6 diodash gjysmëpërçuese është e lidhur me pikat e lidhjes së tyre, të cilat konvertojnë tensionin nga AC në DC.

Gjenerator elektrik me benzinë përbëhet nga një motor dhe një gjenerator i rrymës që e drejton atë drejtpërdrejt, i cili mund të jetë ose sinkron ose asinkron.

Motori është i pajisur me sisteme: fillimi, injektimi i karburantit, ftohja, lubrifikimi, stabilizimi i shpejtësisë. Dridhjet dhe zhurmat thithen nga një silenciator, amortizues dridhjesh dhe amortizues.

Rryma elektrike alternative

Dridhjet elektromagnetike, si ato mekanike, janë dy llojesh: të lira dhe të detyruara.

Lëkundje elektromagnetike të lira, lëkundje gjithmonë të amortizuara. Prandaj, në praktikë ato pothuajse nuk përdoren kurrë. Ndërsa vibrimet e detyruara përdoren kudo dhe kudo. Çdo ditë ju dhe unë mund të vëzhgojmë këto luhatje.

Të gjitha apartamentet tona janë të ndriçuara me rrymë alternative. Rryma alternative nuk është gjë tjetër veçse lëkundje elektromagnetike të detyruara. Rryma dhe voltazhi do të ndryshojnë me kalimin e kohës sipas ligjit harmonik. Luhatjet, për shembull, në tension mund të zbulohen duke aplikuar tension nga një prizë në një oshiloskop.

Një valë sinusale do të shfaqet në ekranin e oshiloskopit. Frekuenca e rrymës alternative mund të llogaritet. Do të jetë e barabartë me frekuencën e lëkundjeve elektromagnetike. Frekuenca standarde për rrymë alternative industriale supozohet të jetë 50 Hz. Kjo do të thotë, në 1 sekondë drejtimi i rrymës në prizë ndryshon 50 herë. Rrjetet industriale amerikane përdorin një frekuencë prej 60 Hz.

Një ndryshim në tension në skajet e qarkut do të shkaktojë një ndryshim në fuqinë aktuale në qarkun e qarkut oscilues. Duhet të kuptohet ende se ndryshimi në fushën elektrike në të gjithë qarkun nuk ndodh menjëherë.

Por meqenëse kjo kohë është dukshëm më e vogël se periudha e lëkundjes së tensionit në skajet e qarkut, zakonisht besohet se fusha elektrike në qark ndryshon menjëherë kur ndryshon tensioni në skajet e qarkut.

Tensioni i alternuar në prizë krijohet nga gjeneratorët në termocentralet. Gjeneratori më i thjeshtë mund të konsiderohet një kornizë teli që rrotullohet në një fushë magnetike uniforme.

Fluksi magnetik që depërton në qark do të ndryshojë vazhdimisht dhe do të jetë në përpjesëtim me kosinusin e këndit ndërmjet vektorit të induksionit magnetik dhe normales me kornizën. Nëse korniza rrotullohet në mënyrë të njëtrajtshme, këndi do të jetë proporcional me kohën.

Prandaj, fluksi magnetik do të ndryshojë sipas ligjit harmonik:

Ф = B*S*cos(ω*t)

Shkalla e ndryshimit të fluksit magnetik, e marrë me shenjën e kundërt, sipas ligjit EMR, do të jetë e barabartë me emf-në e induktuar.

Ei = -Ф’ = Em*sin(ω*t).

Nëse një qark oscilues është i lidhur me kornizën, shpejtësia këndore e rrotullimit të kornizës do të përcaktojë frekuencën e lëkundjeve të tensionit në seksione të ndryshme të qarkut dhe fuqinë aktuale. Në atë që vijon ne vetëm do të shqyrtojmë lëkundjet e detyruara elektromagnetike.

Ato përshkruhen nga formulat e mëposhtme:

u = Um*sin(ω*t),

u = Um*cos(ω*t)

Këtu Um është amplituda e luhatjeve të tensionit. Tensioni dhe rryma ndryshojnë me të njëjtën frekuencë ω. Por luhatjet e tensionit nuk do të përkojnë gjithmonë me luhatjet aktuale, kështu që është më mirë të përdorni një formulë më të përgjithshme:

I = Im*sin(ω*t +φ), ku Im është amplituda e luhatjeve të rrymës, dhe φ është zhvendosja fazore ndërmjet luhatjeve të rrymës dhe tensionit.

Parametrat e rrymës dhe tensionit AC

Madhësia e rrymës alternative, si tensioni, ndryshon vazhdimisht me kalimin e kohës. Treguesit sasiorë për matjet dhe llogaritjet përdorin parametrat e tyre të mëposhtëm:

Periudha T- koha gjatë së cilës ndodh një cikël i plotë i ndryshimit të rrymës në të dy drejtimet në lidhje me zero ose vlerën mesatare.

Frekuenca f- reciprociteti i një periudhe, i barabartë me numrin e periodave në një sekondë.
Një cikël për sekondë është një herc (1 Hz)

Frekuenca ciklike ω- frekuencë këndore e barabartë me numrin e periodave në 2π sekonda.

ω = 2πf = 2π/T

Përdoret në mënyrë tipike në llogaritjet e rrymës dhe tensionit sinusoidal. Pastaj, brenda periudhës, nuk mund të merret parasysh frekuenca dhe koha, por të bëhen llogaritjet në radianë ose gradë. T = 2π = 360°

Faza fillestare ψ- vlera e këndit nga zero (ωt = 0) deri në fillim të periudhës. Matur në radianë ose gradë. Treguar në figurë për grafikun e rrymës sinusoidale blu.

Faza fillestare mund të jetë një vlerë pozitive ose negative, përkatësisht në të djathtë ose në të majtë të zeros në grafik.

Vlera e menjëhershme- madhësia e tensionit ose e rrymës e matur në raport me zero në çdo kohë të zgjedhur t.

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

Sekuenca e të gjitha vlerave të menjëhershme në çdo interval kohor mund të konsiderohet si një funksion i ndryshimit të rrymës ose tensionit me kalimin e kohës. Për shembull, një rrymë ose tension sinusoidal mund të shprehet me funksionin:

i = amp sin(ωt); u = U amp sin(ωt)

Duke marrë parasysh fazën fillestare:

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

Këtu I amp dhe U amp janë vlerat e amplitudës së rrymës dhe tensionit.

Vlera e amplitudës- vlera maksimale e menjëhershme e modulit për periudhën.

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

Mund të jetë pozitiv ose negativ në varësi të pozicionit të tij në raport me zero. Shpesh, në vend të vlerës së amplitudës, përdoret termi amplitudë e rrymës (tensionit) - devijimi maksimal nga vlera zero. Projektimi dhe funksionimi

Projektimi dhe funksionimi

Gjenerator me naftë. Projektimi dhe funksionimi

Projektimi dhe funksionimi

Probleme për t'u zgjidhur në mënyrë të pavarur

Ligji i induksionit i Faradeit.

1. Fluksi magnetik brenda një bobine me një numër kthesash të barabartë me 400 ndryshoi nga 0,1 Wb në 0,9 Wb në 0,2 s. Përcaktoni EMF-në e induktuar në spirale.

2. Përcaktoni fluksin magnetik që kalon nëpër një zonë drejtkëndore me brinjë 20x40 cm, nëse vendoset në një fushë magnetike uniforme me induksion prej 5 Tesla në një kënd prej 60° ndaj vijave të induksionit magnetik të fushës.

3. Sa rrotullime duhet të ketë bobina që kur fluksi magnetik brenda saj të ndryshojë nga 0,024 në 0,056 Wb në 0,32 s, në të krijohet një emf mesatar. 10 V?

EMF induksioni në përçuesit lëvizës.

1. Përcaktoni EMF-në e induktuar në skajet e krahëve të avionit An-2, me gjatësi 12,4 m, nëse shpejtësia e avionit në fluturim horizontal është 180 km/h, dhe komponenti vertikal i vektorit të induksionit të Fusha magnetike e Tokës është 0,5·10-4 T.

2. Gjeni EMF-në e induktuar në krahët e një avioni Tu-204, me gjatësi 42 m, që fluturon horizontalisht me një shpejtësi prej 850 km/h, nëse komponenti vertikal i vektorit të induksionit të fushës magnetike të Tokës është 5· 10-5 T.

Emf i vetë-induktuar

1. Një fluks magnetik prej 0,015 Wb shfaqet në një spirale kur një rrymë prej 5,0 A kalon nëpër kthesat e saj Sa rrotullime përmban bobina nëse induktiviteti i saj është 60 mH?

2. Sa herë do të ndryshojë induktiviteti i një bobine pa bërthamë nëse numri i rrotullimeve në të dyfishohet?

3. Çfarë është e.m.f. Vetë-induksioni do të ndodhë në një spirale me një induktivitet prej 68 mH nëse një rrymë prej 3.8 A zhduket në të për 0.012 s?

4. Përcaktoni induktivitetin e spirales nëse, kur rryma në të dobësohet me 2,8 A, një emf mesatar shfaqet në spirale në 62 ms. vetëinduksioni 14 V.

5. Sa kohë duhet në një spirale me një induktivitet prej 240 mH për të rritur rrymën nga zero në 11,4 A, nëse ndodh një emf mesatar? vetë-induksion 30 V?

Energjia e fushës elektromagnetike

1. Një rrymë prej 20 A rrjedh nëpër një spirale me induktivitet 0,6 H. Sa është energjia e fushës magnetike të bobinës? Si do të ndryshojë kjo energji kur rryma rritet me një faktor 2? 3 herë?

2. Sa rrymë duhet të kalojë nëpër mbështjelljen e një indukti me induktivitet 0,5 H në mënyrë që energjia e fushës të jetë e barabartë me 100 J?

3. Energjia e fushës magnetike e cilës bobine është më e madhe dhe sa herë, nëse e para ka karakteristikat: I1=10A, L1=20 H, e dyta: I2=20A, L2=10 H?

4. Përcaktoni energjinë e fushës magnetike të bobinës, në të cilën, në një rrymë prej 7,5 A, fluksi magnetik është 2,3·10 -3 Wb. Numri i kthesave në spirale është 120.

5. Përcaktoni induktivitetin e spirales nëse, me një rrymë prej 6,2 A, fusha magnetike e saj ka një energji prej 0,32 J.

6. Fusha magnetike e një mbështjelljeje me induktivitet 95 mH ka energji 0,19 J. Sa është forca e rrymës në mbështjellje?