Урок № 45-169 Обучающий модуль №4 «Электромагнитная индукция».

Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Электромагнитная индукция - Явление электромагнитной индукции- явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока. Контур покоится в переменном во времени магнитном поле или движется в постоянном магнитном поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Способы получения индукционного тока:

- перемещение магнита и катушки относительно друг друга;

- перемещение одной катушки относительно другой;

- изменение силы тока в одной из катушек;

- замыкание и размыкание цепи;

- перемещение сердечника.

Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S -

величина, равная произведению мо­дуля вектора магнитной индукции В

на площадь S и косинус утла α между векторами В и п: Ф = В S оsα

Физический смысл: Поток магнитной индукции ха­рактеризует

распределение магнит­ного поля по поверхности, ограни­ченной

замкнутым контуром. Единица магнитного потока - Вебер. 1 Вб = Тл∙м²

Магнитный поток в 1 вебер (1 Вб) создается однород­ным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м², расположенную перпендику­лярно вектору магнитной индукции.

Направление индукционного тока.

1. Прямолинейный проводник

Направление индукционного тока определяется по правилу правой руки:

Если поставить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, отставленный на 90° большой палец указывал направление вектора скорости, то выпрямленные 4 пальца покажут направление индукционного тока в проводнике.

2. Замкнутый контур

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применение правила Ленца:

1.Устанавливают направление линий магнитной индукции

внешнего магнитного поля. Вектор выходит из северного

полюса N и входит в южный S

2. Определить увеличивается или уменьшается магнитный поток через

контур. Если магнит приближается, то магнитный поток увеличивается, если магнит удаляется – уменьшается.

3. Показать направление вектора магнитного поля индукционного тока. Если магнитный поток увеличивается: и- противоположно направлены, если магнитный поток уменьшается, то и- направлены одинаково.

4. По правилу буравчика определить направление индукционного тока в контуре.

Закон Электромагнитной индукции Фарадея.

М. Фарадеем было установлено, что сила ин­дукционного тока пропорциональна скорости из­менения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: I_i ~

Возникновение тока в замкнутом контуре озна­чает наличие сторонних сил, работа которых по перемещению единичного заряда в контуре назы­вается электродвижущей силой (ЭДС). Это означа­ет, что при изменении потока через поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в контуре возникает ЭДС ε_i, которую называют ЭДС индук­ции. Согласно закону Ома для замкнутой цепи

I_i = . Следовательно, ЭДС индукции пропорциональна , поскольку сопротивление R не за­висит от изменения магнитного потока.

Закон электромагнитной индукции формулиру­ется так:

ЭДС индукции ε_i в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: ε_i =

Применение правила Ленца к замкнутому кон­туру с положительной нормалью приводит к вы­ражению: ε_i = – (*) Эта формула (*) выражает основной закон элек­тромагнитной индукции.

Задачи

№ 1. Катушка замкнута на гальванометр. В каких из перечисленных случаев в ней возникает электри­ческий ток?

1).В катушку вдвигают постоянный магнит.

2).Катушку надвигают на постоянный магнит.
А. Только 1. Б. Только 2. В. В обоих случаях.

Г. Ни в одном из перечисленных случаев.

№ 2. Проволочная рамка находится в однородном маг­нитном поле. В каких случаях в ней возникает электрический ток?

А. Рамку двигают вдоль линий индукции магнитного поля.

Б. Рамку двигают поперек линий индукции маг­нитного поля.

В. Рамку поворачивают вокруг одной из ее сторон.
Г. Во всех трех случаях.

№ 3. Постоянный магнит вдвигают в алюминиевое кольцо один раз северным полюсом, другой раз южным полюсом. При этом алюминиевое кольцо...

А....оба раза отталкивается от магнита.

Б. ...оба раза притягивается к магниту.

В. ...первый раз притягивается, второй раз отталкивается.

Г. ...первый раз отталкивается, второй раз притягивается.

Д. ...магнит на алюминиевое кольцо не действует.

№ 4. На рисунке представлены различные случаи электромагнитной индукции.

а), г) — определить направление индукционного тока;

б), д) — определить направление движения проводника с током в магнитном поле;

в) — определить положение магнитных полюсов;

ж) — определить знаки на клеммах соленоида.

Задачи трех уровней. Электромагнитная индукция. Магнитный поток. Правило Ленца.

1. В соленоиде из 200 витков проволоки магнитный поток за 5мс равномерно изменился с 6∙10^-3 Вб до 3∙10^-3 Вб. Определить ЭДС индукции.

2. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.

3. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нём ЭДС индукции 120В.

4. Какой заряд q пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого R=0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на 12мВб?

5. В витке, выполненном из алюминиевого провода длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1,4мм², скорость изменения магнитного потока 10 мВб/с. Найти силу индукционного тока. Плотность алюминия 2,8∙10^-8 Ом∙м.

6. Магнитный поток через контур проводника, сопротивлением 3∙10^-2 Ом за 2с изменился на 1,2∙10^-2 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

7. Катушка диаметром 10см, имеющая 400 витков, находится в магнитном поле, индукция которого увеличивается от 3 до 5Тл в течение 0,1с. Определить значение ЭДС индукции в катушке, если плоскость витков перпендикулярна к силовым линиям.

8. В обмотке на стальном сердечнике с площадью поперечного сечения 100 см ² в течение 0,01с возбуждается ЭДС индукции 150В при изменении магнитной индукции от 0,3Тл до 1,3Тл. Сколько витков провода в данной обмотке?

9. Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 15 и 5 см расположена в однородном магнитном поле перпендикулярно к силовым линиям. Определить индукцию этого поля, если при его исчезновении за 0,015 с в рамке наводится средняя ЭДС 4,5∙10^-3 В.

http://rusevents.pro/

3