Тема: Электромагнитная индукция

Цель – Ввести понятие электромагнитная индукция

Задачи – 1. Изучить тему

2. Закрепить материал в ходе решения задач

Изучить лекцию, составить краткий конспект:

Науку часто смешивают с знанием.

Это глубокое недоразумение.

Наука есть не только знание,

но и сознание, т.е. умение

пользоваться знанием.

Василий Осипович Ключевский

Магнитная индукция – это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

В прошлых темах говорилось о том, что вокруг проводника с током всегда существует магнит­ное поле.

После открытий Эрстеда и Ампера стало ясно, что электричество обладает магнитной силой. Теперь необходимо было подтвердить влияние магнитных явлений на электрические.

Такую задачу в начале XIX в. пытались решить многие ученые. Поставил ее перед собой и английский ученый Майкл Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество » — так записал в своем дневнике эту задачу Фарадей в 1822 г. Почти 10 лет он ставил различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф. После напряженных исканий, затра­тив много труда и изобретательности, он пришел к выводу: только меняющееся со временем магнитное поле может породить электричес­кий ток.

Опыты Фарадея состояли в следующем. Если постоянный магнит вдви­гать внутрь катушки, к которой присоединен гальванометр, то в цепи возникает электрический ток.

Если магнит выдвигать из катушки, гальванометр также показыва­ет ток, но противоположного на­правления.

Опыт можно видоизменить. На неподвижный магнит будем надевать катушку и снимать ее. И опять можно обнаружить, что во время движения катушки относительно магнита в цепи снова появляется ток. Но, как только движение пре­кращается, ток тотчас же исчеза­ет.

Проделаем еще один опыт. Поместим в магнитное поле плоский контур из проводника, концы которого соединим с гальванометром. При повороте контура гальванометр отмечает появление в нем индукционного тока. Ток будет появляться и в том случае, если рядом с контуром или внутри него вращать магнит.

Нетрудно заметить, что ток в катушке возникает всякий раз, когда изменяется магнитный по­ток, пронизывающий катушку.

Однако не при всяком движе­нии магнита (или катушки) воз­никает электрический ток. Если вращать магнит вокруг вертикаль­ной оси, ток не возникает.

Таким образом, при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока. В этом и заключается явление электромагнитной индукции.

Полученный таким способом ток называется индукционным током (от латинского «наведенный»).

Как показывает опыт, значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока:

– изменяется ли площадь, ограниченная контуром,

– его ориентация в пространстве,

– изме­няется ли индукция магнитного поля при перемещении его источников

– за счет изменения среды.

Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока (так, стрелка гальванометра в опытах Фарадея отклоняется тем больше, чем быстрее вдвигается магнитв катушку).

На основании явления электромагнитной индукции были созданы мощные генераторы электрической энергии, в разработке которых принимали участие ученые и техники разных стран. Среди них были и наши отечественные ученые: Эмилий Христианович Ленц, Борис Семенович Якоби, Михаил Иосифович Доливо-Добровольский и другие, внесшие большой вклад в развитие электротехники.

Основные выводы:

– Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

– Полученный таким способом ток называется индукционным током.

– Значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока: изменяется ли площадь, ограниченнаяконтуром, или его ориентация в пространстве, изме­няется ли индукция магнитного поля при перемещении его источников или за счет изменения среды. Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока.

Прослушать лекцию https://www.youtube.com/watch?v=FzciOj6RgdA

Решение задач

Сведём в таблицу основные формулы по рассматриваемой теме. (распечатать и вклеить)

Формула	Описание формулы
	Магнитный поток через контур площадью S, где B – модуль вектора магнитной индукции, a – угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к плоскости контура.
	ЭДС индукции, возникающая в контуре при изменении магнитного потока на величину DF за промежуток времени D t.
	ЭДС индукции, возникающая в движущемся со скоростью проводнике длиной , где a – угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением вектора скорости.
	Коэффициент самоиндукции (индуктивность) контура.
	ЭДС самоиндукции, возникающая в контуре при изменении силы тока на величину D I за промежуток времени D t.
	Индуктивность соленоида объёмом V, где m – магнитная проницаемость среды, m 0 – магнитная постоянная Гн/м, n – число витков на единицу длины.
	Энергия магнитного поля катушки с индуктивностью L, где I – сила тока, F – магнитный поток.
	Энергия магнитного поля соленоида объёмом V, где B — модуль вектора магнитной индукции.