Явище електромагнітної індукції. Практичне застосування електромагнітної індукції

Радіомовлення

Змінне магнітне поле, що збуджується струмом, що змінюється, створює в навколишньому просторі електричне поле, Яке у свою чергу збуджує магнітне поле, і т.д. Взаємно породжуючи одне одного, ці поля утворюють єдине змінне електромагнітне поле – електромагнітну хвилю. Виникнувши там, де є провід зі струмом, електромагнітне поле поширюється у просторі зі швидкістю світла -300000 км/с.

Магнітотерапія

У спектрі частот різні місцязаймають радіохвилі, світло, рентгенівське випромінюваннята інші електромагнітні випромінювання. Їх зазвичай характеризують безперервно пов'язаними між собою електричними та магнітними полями.

Синхрофазотрони

В даний час під магнітним полем розуміють особливу форму матерії, що складається із заряджених частинок. У сучасній фізиці пучки заряджених частинок використовують для проникнення вглиб атомів з метою їх вивчення. Сила, з якою діє магнітне поле на заряджену частинку, що рухається, називається силою Лоренца.

Витратоміри - лічильники

Метод заснований на застосуванні закону Фарадея для провідника в магнітному полі: в потоці електропровідної рідини, що рухається в магнітному полі, наводиться ЕРС, пропорційна швидкості потоку, що перетворюється електронною частиною в електричний аналоговий/цифровий сигнал.

Генератор постійного струму

У режимі генератора якорь машини обертається під дією зовнішнього моменту. Між полюсами статора є постійний магнітний потік, що пронизує якір. Провідники обмотки якоря рухаються в магнітному полі і, отже, в них індуктується ЕРС, напрямок якої можна визначити за правилом. правої рукиПри цьому на одній щітці виникає позитивний потенціал щодо другої. Якщо до затискачів генератора підключити навантаження, то в ній піде струм.

Трансформатори

Трансформатори широко застосовуються під час передачі електричної енергіївеликі відстані, розподілі її між приймачами, соціальній та різних випрямних, підсилювальних, сигналізаційних та інших пристроях.

Перетворення енергії у трансформаторі здійснюється змінним магнітним полем. Трансформатор є сердечником з тонких сталевих ізольованих одна від одної пластин, на якому поміщаються дві, а іноді і більше обмоток (котушок) із ізольованого дроту. Обмотка, до якої приєднується джерело електричної енергії змінного струму, називається первинною обмоткою, решта обмотки - вторинними.

Якщо у вторинній обмотці трансформатора намотано втричі більше витків, ніж у первинній, то магнітне поле, створене в сердечнику первинною обмоткою, перетинаючи витки вторинної обмотки, створить у ній утричі більше напруги.

Застосувавши трансформатор із зворотним співвідношенням витків, можна так само легко і просто отримати знижену напругу.

Худолей Андрій, Хников Ігор

Практичне застосування явища електромагнітної індукції.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій, створіть собі акаунт ( обліковий запис) Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Електромагнітна індукціяв сучасної технікиВиконали учні 11 «А» класу МОУСОШ №2 міста Суворова Хників Ігор, Худолій Андрій

Явище електромагнітної індукції було відкрито 29 серпня 1831 Майклом Фарадеєм. Явище електромагнітної індукції полягає у виникненні електричного струмуу провідному контурі, який або спочиває в змінному в часі магнітному полі, або рухається в постійному магнітному полі таким чином, що кількість ліній магнітної індукції, що пронизують контур, змінюється.

ЕРС електромагнітної індукції в замкнутому контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену цим контуром. Напрямок індукційного струму (так само, як і величина ЕРС), вважається позитивним, якщо воно збігається з обраним напрямом обходу контуру.

Досвід Фарадея постійний магніт вставляють у котушку, замкнуту на гальванометр, або виймають із неї. Під час руху магніту в контурі виникає електричний струм Протягом одного місяця Фарадей досвідченим шляхом відкрив усі істотні особливості явища електромагнітної індукції. В даний час досліди Фарадея може провести кожен.

Основні джерела електро магнітного поляЯк основні джерела електромагнітного поля можна виділити: Лінії електропередач. Електропроводка (всередині будівель та споруд). Побутові електроприлади. Персональні комп'ютери Теле- та радіопередаючі станції. Супутниковий та стільниковий зв'язок (прилади, ретранслятори). Електротранспорт. Радарні установки.

Лінії електропередач Провід працюючої лінії електропередач створюють у прилеглому просторі (на відстанях близько десятків метрів від дроту) електромагнітне поле промислової частоти (50 Гц). Причому напруженість поля поблизу лінії може змінюватися в широких межах залежно від її електричного навантаження. Фактично межі санітарно-захисної зонивстановлюються по найбільш віддаленій від проводів граничній лінії максимальній напруженості електричного поля, що дорівнює 1 кВ/м.

Електропроводка До електропроводки належать: кабелі електроживлення систем життєзабезпечення будівель, струморозподільні дроти, а також розгалужувальні щити, силові ящики та трансформатори. Електропроводка є основним джерелом електромагнітного поля промислової частоти у житлових приміщеннях. При цьому рівень напруженості електричного поля, що випромінюється джерелом, часто відносно невисокий (не перевищує 500 В/м).

Побутові електроприлади Джерелами електромагнітних полів є всі побутові приладипрацює з використанням електричного струму. У цьому рівень випромінювання змінюється у найширших межах залежно від моделі, пристрою і конкретного режиму роботи. Також рівень випромінювання сильно залежить від споживаної потужності приладу – чим вище потужність, тим вищий рівень електромагнітного поля під час роботи приладу. Напруженість електричного поля поблизу електропобутових приладів вбирається у десятків В/м.

Персональні комп'ютери Основним джерелом несприятливого на здоров'я користувача комп'ютера є засіб візуального відображення (СВО) монітора. Крім монітора і системного блоку персональний комп'ютер може також включати велику кількість інших пристроїв (таких, як принтери, сканери, мережеві фільтри тощо). Всі ці пристрої працюють із застосуванням електричного струму, а отже є джерелами електромагнітного поля.

Електромагнітне поле персональних комп'ютерів має найскладніший хвильовий та спектральний склад і важко піддається виміру та кількісній оцінці. Воно має магнітну, електростатичну і променеву складові (зокрема, електростатичний потенціал людини, що сидить перед монітором, може коливатися від –3 до +5 В). Враховуючи ту умову, що персональні комп'ютеризараз активно використовуються у всіх галузях людської діяльності, їх вплив на здоров'я людей підлягає ретельному вивченню та контролю

Теле- і радіопередаючі станції На території Росії нині розміщується значна кількість радіотрансляційних станцій та центрів різної приналежності. Передавальні станції та центри розміщуються у спеціально відведених для них зонах і можуть займати досить великі території(До 1000 га). За своєю структурою вони включають одну або кілька технічних будівель, де знаходяться радіопередавачі, і антенні поля, на яких розташовуються до декількох десятків антенно-фідерних систем (АФС). Кожна система включає в себе випромінювальну антену і фідерну лінію, що підводить сигнал, що транслюється.

Супутниковий зв'язок Системи супутникового зв'язку складаються з передавальної станції Землі і супутників – ретрансляторів, що є орбіті. Передавальні станції супутникового зв'язку випромінюють вузьконаправлений хвильовий пучок, щільність потоку енергії в якому досягає сотень Вт/м. Системи супутникового зв'язку створюють високу напруженість електромагнітного поля на значних відстанях від антен. Наприклад, станція потужністю 225 кВт, що працює на частоті 2,38 ГГц, створює з відривом 100 км щільність потоку енергії 2,8 Вт/м2. Розсіювання енергії щодо основного променя дуже невелике і відбувається найбільше у районі безпосереднього розміщення антени.

Стільниковий зв'язок Стільникова радіотелефонія є сьогодні однією з телекомунікаційних систем, що найбільш інтенсивно розвиваються. Основними елементами системи стільникового зв'язкує базові станції та мобільні радіотелефонні апарати. Базові станції підтримують радіозв'язок з мобільними апаратами, унаслідок чого є джерелами електромагнітного поля. У роботі системи застосовується принцип розподілу території покриття на зони, або так звані "стільники", радіусом км.

Інтенсивність випромінювання базової станції визначається навантаженням, тобто наявністю власників стільникових телефоніву зоні обслуговування конкретної базової станції та їх бажанням скористатися телефоном для розмови, що, у свою чергу, докорінно залежить від часу доби, місця розташування станції, дня тижня та інших факторів. У нічний годинник завантаження станцій практично дорівнює нулю. Інтенсивність випромінювання мобільних апаратів залежить значною мірою стану каналу зв'язку «мобільний радіотелефон – базова станція» (що більше відстань від базової станції, то вище інтенсивність випромінювання апарату).

Електротранспорт Електротранспорт (тролейбуси, трамваї, поїзди метрополітену тощо) є потужним джерелом електромагнітного поля у діапазоні частот Гц. При цьому в ролі головного випромінювача в переважній більшості випадків виступає тяговий електродвигун (для тролейбусів і трамваїв повітряні струмоприймачі за напруженістю електричного поля, що випромінюється, змагаються з електродвигуном).

Радарні установки Радіолокаційні та радарні установки зазвичай мають антени рефлекторного типу («тарілки») і випромінюють вузьконаправлений радіопромінь. Періодичне переміщення антени у просторі призводить до просторової уривчастості випромінювання. Спостерігається також тимчасова уривчастість випромінювання, обумовлена ​​цикличністю роботи радіолокатора на випромінювання. Вони працюють на частотах від 500 МГц до 15 ГГц, однак окремі спеціальні установки можуть працювати на частотах до 100 ГГц і більше. Внаслідок особливого характеру випромінювання вони можуть створювати біля зони з високою щільністю потоку енергії (100 Вт/м2 і більше).

Металодетектори Технологічно, принцип дії металодетектора заснований на явищі реєстрації електромагнітного поля, що створюється навколо будь-якого металевого предмета при розміщенні його в електромагнітному полі. Це вторинне електромагнітне поле відрізняється як за напруженістю (силою поля), так і за іншими параметрами. Ці параметри залежать від розміру предмета та його провідності (у золота та срібла провідність набагато краща, ніж, наприклад, у свинцю) і природно – від відстані між антеною металодетектора та самим предметом (глибини залягання).

Вищенаведена технологія зумовила склад металодетектора: він складається з чотирьох основних блоків: антени (іноді випромінююча і приймаюча антени розрізняються, а іноді - це та сама антена), електронного обробного блоку, блоку виведення інформації (візуальної - РК-дисплей або стрілочний індикатор і аудіо - динаміка або гнізда для навушників) та блоку живлення.

Металодетектори бувають: Пошукові Оглядові Для будівельних цілей

Пошукові Даний металодетектор призначений для пошуку усіляких металевих предметів. Як правило - це найбільші за розміром, вартістю і природно за функціями моделі, що виконуються. Це зумовлено тим, що іноді потрібно знаходити предмети на глибині до кількох метрів у товщі землі. Потужна антена здатна створювати великий рівень електромагнітного поля та з високою чутливістю виявляти навіть найменші струми на великій глибині. Наприклад пошуковий металодетектор, виявляє металеву монету на глибині 2-3 метри в товщі землі, яка може навіть утримувати залізисті геологічні сполуки.

Доглядові Використовується спецслужбами, митниками та співробітниками охорони різних організацій для пошуку металевих предметів (зброї, дорогоцінних металів, проводів вибухових пристроїв тощо), захованих на тілі та в одязі людини. Ці металодетектори відрізняють компактність, зручність в обігу, наявність таких режимів, як беззвучна вібрація рукоятки (щоб обшукувана людина не дізналася, що співробітник, який шукає щось знайшов). Дальність (глибина) виявлення рублевої монети у таких металодетекторах сягає 10-15 див.

Також широке розповсюдженняотримали арочні металодетектори, які зовні нагадують арку та вимагають проходження людини через неї. Вздовж них вертикальних стінпрокладено надчутливі антени, які виявляють металеві предмети всіх рівнях зростання людини. Їх зазвичай встановлюють перед місцями культурно-масових розваг, банках, установах тощо. Головна особливістьаркових металодетекторів - висока чутливість (налаштовується) і велика швидкість обробки потоку людей.

Для будівельних цілей Цей класметалодетекторів за допомогою звукової та світлової сигналізації допомагає будівельникам відшукати металеві труби, елементи конструкцій або приводу, розташовані як у товщі стін, так і за перегородками та фальш-панелями. Деякі металодетектори для будівельних цілей часто поєднують в одному приладі з детекторами дерев'яні конструкції, детекторами напруги на струмопровідних проводах, детекторами протікання тощо

Словом «індукція» у російській мові означає процеси збудження, наведення, створення чогось. У електротехніці цей термін застосовується вже понад два століття.

Після знайомства з публікаціями 1821 року, що описують досліди датського вченого Ерстеда про відхилення магнітної стрілки біля провідника з електричним струмом, Майкл Фарадей поставив перед собою завдання: перетворити магнетизм на електрику.

Через 10 років досліджень він сформулював основний закон електромагнітної індукції, пояснивши, що всередині будь-якого замкнутого контуру наводиться електрорушійна сила. Її величина визначається швидкістю зміни магнітного потоку, що пронизує аналізований контур, але взяту зі знаком мінус.

Передача електромагнітних хвиль на відстань

Перший здогад, який осяяв мозок вченого, не увінчався практичним успіхом.

Він розташував поруч два замкнуті провідники. Біля одного встановив магнітну стрілку як індикатор струму, а в інший провід подав імпульс від потужного гальванічного джерела того часу: вольтова стовпа.

Дослідник припускав, що при імпульсі струму в першому контурі магнітне поле, що змінюється в ньому, наведе в другому провіднику струм, який відхиляє магнітну стрілку. Але результат виявився негативним - індикатор не спрацював. Точніше, йому не вистачило чутливості.

Мозок вченого передбачав створення та передачу електромагнітних хвиль на відстань, які зараз використовуються у радіомовленні, телебаченні, бездротовому управлінні, Wi-Fi технологіях та подібних пристроях. Його просто підвела недосконала елементна база вимірювальних пристроївтого часу.

Виробництво електроенергії

Після проведення невдалого досвіду Michael Faraday змінив умови експерименту.

Для досвіду Фарадей використовував дві котушки із замкнутими контурами. У першому контурі він подавав електричний струм від джерела, а в другому спостерігав за появою ЕРС. Струм, що проходить по витках обмотки №1, створював навколо котушки магнітний потік, що пронизує обмотку №2 і утворює в ній електрорушійну силу.

Під час експерименту Фарадей:

• включав імпульс подачу напруги в ланцюг при нерухомих котушках;
• при поданому струмі вводив у нижню котушку верхню;
• закріплював стаціонарно обмотку №1 та вводив до неї обмотку №2;
• змінював швидкість переміщення котушок щодо один одного.

У всіх цих випадках він спостерігав прояв ЕРС індукції у другій котушці. І лише при проходженні постійного струму по обмотці №1 та нерухомих котушках наведення електрорушійної сили не було.

Вчений визначив, що наведена в другій котушці ЕРС залежить від швидкості, з якою змінюється магнітний потік. Вона пропорційна його величині.

Ця ж закономірність повністю проявляється при проходженні замкнутого витка крізь Під дією ЕРС у дроті утворюється електричний струм.

Магнітний потік у цьому випадку змінюється в контурі Sк, створеному замкненим ланцюгом.

Таким способом створена Фарадеєм розробка дозволила помістити в магнітне поле струмопровідну рамку, що обертається.

Її потім зробили з великої кількостівитків, закріпили у підшипниках обертання. По кінцях обмотки вмонтували струмознімальні кільця та щітки, що ковзають по них, а через виводи на корпусі підключили навантаження. Вийшов сучасний генераторзмінного струму.

Його більше проста конструкціястворилася тоді, коли обмотку закріпили на стаціонарному корпусі, а стали обертати магнітну систему. І тут спосіб утворення струмів з допомогою ніяк не порушувався.

Принцип роботи електродвигунів

Закон електромагнітної індукції, який ґрунтував Michael Faraday, дозволив створити різні конструкціїелектричні двигуни. Вони мають подібний пристрій з генераторами: рухомий ротор і статор, які взаємодіють між собою за рахунок електромагнітних полів, що обертаються.

Трансформація електроенергії

Майкл Фарадей визначив виникнення наведеної електрорушійної сили та індукційного струму в розташованій обмотці при зміні магнітного поля в сусідній котушці.

Струм усередині прилеглої обмотки наводиться при комутаціях ланцюга вимикача в котушці 1 і завжди присутній під час роботи генератора на обмотку 3.

На цій властивості, що отримала назву взаємоіндукції, засновано роботу всіх сучасних трансформаторних пристроїв.

У них для покращення проходження магнітного потоку ізольовані обмотки надіті на загальний сердечник, який має мінімальний магнітний опір. Його виготовляють із спеціальних сортівсталі та формують набірними тонкими листамиу вигляді секцій певної форми, називають магнітопроводом.

Трансформатори передають за рахунок взаємоіндукції енергію змінного електромагнітного поля з однієї обмотки в іншу так, що при цьому відбувається зміна, трансформація величини напруги на вхідних та вихідних клемах.

Співвідношення кількості витків в обмотках визначає коефіцієнт трансформації, А товщина дроту, конструкція та об'єм матеріалу сердечника - величину пропускної потужності, робочий струм.

Робота індуктивностей

Прояв електромагнітної індукції спостерігається в котушці під час зміни в ній величини струму, що протікає. Цей процес отримав назву самоіндукції.

При включенні вимикача на схемі індукційний струм видозмінює характер прямолінійного наростання робочого струму в ланцюгу, як і під час відключення.

Коли ж до провідника, змотанного в котушку, прикладається не постійна, а змінна напруга, через неї протікає зменшене індуктивним опором значення струму. Енергія самоіндукції зрушує по фазі струм щодо прикладеної напруги.

Це використовується в дроселях, які призначені для зменшення великих струмів, що виникають за певних умов роботи обладнання. Такі пристрої, зокрема, використовуються.

Конструктивна особливістьмагнитопровода у дроселя - розріз пластин, який створюється додаткового підвищення магнітного опору магнітному потоку з допомогою утворення повітряного зазору.

Дроселі з розрізним і регульованим положенням магнітопроводу використовуються в багатьох радіотехнічних і електричних пристроях. Досить часто їх можна зустріти у конструкціях зварювальних трансформаторів. Ними зменшують величину електричної дуги, що пропускається через електрод, до оптимального значення.

Індукційні печі

Явище електромагнітної індукції проявляється у проводах і обмотках, а й усередині будь-яких масивних металевих предметів. Наведені в них струми прийнято називати вихровими. При роботі трансформаторів та дроселів вони викликають нагрівання магнітопроводу та всієї конструкції.

Для запобігання цьому явищу сердечники виготовляють із тонких металевих листіві ізолюють між собою шаром лаку, що перешкоджає проходженню наведених струмів.

В обігрівальних конструкціях вихрові струми не обмежують, а створюють для їх проходження найбільше сприятливі умови. широко застосовуються в промисловому виробництвістворення високих температур.

Електротехнічні вимірювальні пристрої

У енергетиці продовжує працювати великий клас індукційних приладів. Електричні лічильникиз обертовим алюмінієвим диском, аналогічні конструкції реле потужності, заспокійливі системи стрілочних вимірювальних приладівфункціонують з урахуванням принципу електромагнітної індукції.

Газові магнітні генератори

Якщо замість замкнутої рамки в полі магніту переміщувати струмопровідний газ, рідину або плазму, то заряди електрики під дією магнітних силових лінійстануть відхилятися в певних напрямах, формуючи електричний струм. Його магнітне поле на змонтованих електродних контактних пластинах наводить електрорушійну силу. Під її дією у підключеному ланцюзі до МГД-генератору створюється електричний струм.

Так закон електромагнітної індукції проявляється у МГД-генераторах.

Тут немає таких складних частин, що обертаються, як ротор. Це спрощує конструкцію, дозволяє значно підвищувати температуру. робочого середовища, а, заразом і ефективність вироблення електроенергії. МГД-генератори працюють як резервні або аварійні джерела, здатні виробляти значні потоки електроенергії в малі проміжки часу.

Таким чином, закон електромагнітної індукції, обґрунтований Майклом Фарадеєм, свого часу продовжує залишатися актуальним у наші дні.

Явище електромагнітної індукції є феномен, який полягає у виникненні електрорушійної сили або напруги в тілі, що знаходиться в магнітному полі, яке постійно змінюється. Електрорушійна сила в результаті електромагнітної індукції також виникає, якщо тіло рухається в статичному і неоднорідному магнітному полі або обертається в магнітному полі так, що його лінії, що перетинають замкнутий контур, змінюються.

Індукований електричний струм

Під поняттям "індукція" мається на увазі виникнення будь-якого процесу внаслідок дії іншого процесу. Наприклад, електричний струм може бути індукований, тобто може з'явитися внаслідок дії особливим чином на провідник магнітного поля. Такий електричний струм називається індукованим. Умови утворення електричного струму внаслідок явища електромагнітної індукції розглядаються далі у статті.

Поняття про магнітне поле

Перш ніж розпочати вивчення явища електромагнітної індукції, необхідно розібратися, що є магнітне поле. Говорячи простими словами, Під магнітним полем мають на увазі область простору, в якій магнітний матеріал виявляє свої магнітні ефекти та властивості. Ця область простору може бути зображена за допомогою ліній, які називаються лініями магнітного поля. Кількість цих ліній зображають фізичну величину, Яка називається магнітним потоком. Лінії магнітного поля є замкнутими, вони починаються на північному полюсі магніту та закінчуються на південному.

Магнітне поле має здатність впливати на будь-які матеріали, що мають магнітні властивості, наприклад, на залізні провідники електричного струму. Це поле характеризується магнітною індукцією, яка позначається B та вимірюється в теслах (Тл). Магнітна індукція в 1 Тл - це дуже сильне магнітне поле, яке діє із силою в 1 ньютон на точковий заряд в 1 кулон, який пролітає перпендикулярно до ліній магнітного поля зі швидкістю 1 м/с, тобто 1 Тл = 1 Н*с/( м * Кл).

Хто відкрив явище електромагнітної індукції?

Електромагнітна індукція, на принципі роботи якої засновано багато сучасних приладів, було відкрито на початку 30-х років XIX століття. Відкриття індукції прийнято приписувати Майклу Фарадею (дата відкриття – 29 серпня 1831 року). Вчений ґрунтувався на результатах дослідів данського фізика та хіміка Ханса Ерстеда, який виявив, що провідник, яким тече електричний струм, створює магнітне поле навколо себе, тобто починає проявляти магнітні властивості.

Фарадей, у свою чергу, відкрив протилежне виявлене Ерстедом явище. Він помітив, що магнітне поле, що змінюється, яке можна створити, змінюючи параметри електричного струму в провіднику, призводить до виникнення різниці потенціалів на кінцях будь-якого провідника струму. Якщо ці кінці з'єднати, наприклад, через електричну лампу, то таким ланцюгом потече електричний струм.

У результаті Фарадей відкрив фізичний процес, в результаті якого у провіднику з'являється електричний струм через зміну магнітного поля, в чому полягає явище електромагнітної індукції. При цьому для утворення індукованого струму не важливо, що рухається: магнітне поле або можна легко показати, якщо провести відповідний досвід з явища електромагнітної індукції. Так, розташувавши магніт усередині металевої спіралі, починаємо переміщувати його. Якщо з'єднати кінці спіралі через будь-який індикатор електричного струму в ланцюг, можна побачити появу струму. Тепер слід залишити магніт у спокої та переміщати спіраль вгору та вниз щодо магніту. Індикатор також покаже існування струму ланцюга.

Експеримент Фарадея

Досліди Фарадея полягали у роботі з провідником та постійним магнітом. Майкл Фарадей вперше виявив, що при переміщенні провідника всередині магнітного поля на його кінцях виникає різниця потенціалів. Провідник, що переміщається, починає перетинати лінії магнітного поля, що моделює ефект зміни цього поля.

Вчений виявив, що позитивний і негативні знакивиникає різниці потенціалів залежать від того, в якому напрямку рухається провідник. Наприклад, якщо провідник піднімати в магнітному полі, то різниця потенціалів, що виникає, матиме полярність +-, якщо ж опускати цей провідник, то ми вже отримаємо полярність -+. Ці зміни знака потенціалів, різниця яких називається електрорушійною силою (ЕРС), призводять до виникнення в замкнутому контурі змінного струму, тобто такого струму, який постійно змінює свій напрямок на протилежне.

Особливості електромагнітної індукції, відкритої Фарадеєм

Знаючи, хто відкрив явище електромагнітної індукції і чому виникає індукований струм, можна пояснити деякі особливості цього явища. Так, чим швидше переміщати провідник у магнітному полі, тим більше значення сили індукованого струму в контурі. Ще одна особливість явища полягає в наступному: чим більша магнітна індукція поля, тобто чим сильніше це поле, тим більшу різницю потенціалів вона зможе створити при переміщенні провідника в полі. Якщо ж провідник перебуває в спокої в магнітному полі, ніякого ЕРС у ньому не виникає, оскільки немає жодної зміни в лініях магнітної індукції, що перетинають провідник.

Напрямок електричного струму та правило лівої руки

Щоб визначити напрямок у провіднику електричного струму, створеного внаслідок явища електромагнітної індукції, можна скористатися так званим правилом лівої руки. Його можна сформулювати так: якщо ліву рукупоставити так, щоб лінії магнітної індукції, що починаються на північному полюсі магніту, входили в долоню, а відстовбурчений великий палецьнаправити у напрямку переміщення провідника в полі магніту, тоді чотири пальці лівої руки, що залишилися, вкажуть напрямок руху індукованого струму в провіднику.

Існує ще один варіант цього правила, він полягає в наступному: якщо вказівний палецьлівої руки направити вздовж ліній магнітної індукції, а відстовбурчений великий палець направити у напрямку руху провідника, тоді повернутий на 90 градусів до долоні середній палець вкаже напрям струму, що з'явився в провіднику.

Явище самоіндукції

Ханс Крістіан Ерстед відкрив існування магнітного поля навколо провідника чи котушки зі струмом. Також вчений встановив, що характеристики цього поля прямо пов'язані з силою струму та його напрямом. Якщо струм у котушці або провіднику буде змінним, то він породить магнітне поле, яке не буде стаціонарним, тобто змінюватиметься. У свою чергу, це змінне поле призведе до виникнення індукованого струму (явище електромагнітної індукції). Рух струму індукції буде завжди протилежно змінному струму, що циркулює по провіднику, тобто буде чинити опір при кожній зміні напрямку струму в провіднику або котушці. Цей процес отримав назву самоіндукції. Різниця, що створюється при цьому електричних потенціалівназивається ЕРС самоіндукції.

Зазначимо, що явище самоіндукції виникає як при зміні напрями струму, а й за будь-якому його зміні, наприклад, зі збільшенням рахунок зменшення опору в ланцюга.

Для фізичного описуопору, що надається будь-якій зміні струму в ланцюзі за рахунок самоіндукції, запровадили поняття індуктивності, яка вимірюється у генрі (на честь американського фізика Джозефа Генрі). Один генрі - це така індуктивність, для якої при зміні струму за 1 секунду на 1 ампер виникає ЕРС у процесі самоіндукції, що дорівнює 1 вольт.

Змінний струм

Коли котушка індуктивності починає обертатися в магнітному полі, то результаті явища електромагнітної індукції вона створює індукований струм. Цей електричний струм є змінним, тобто систематично змінює свій напрямок.

Змінний струм є більш поширеним, ніж незмінний. Так, багато приладів, які працюють від центральної електричної мережівикористовують саме цей тип струму. Змінний струм легко індукувати і транспортувати, ніж постійний. Як правило, частота побутового змінного струму становить 50-60 Гц, тобто за 1 секунду його напрямок змінюється 50-60 разів.

Геометричним зображенням змінного струму є синусоїдальна крива, яка визначає залежність напруги від часу. Повний періодсинусоїдальної кривої для побутового струму приблизно дорівнює 20 мілісекунд. По тепловому ефекту змінний струм аналогічний постійному струму, напруга якого становить U max /√2, де U max - максимальна напругана синусоїдальній кривій змінного струму.

Використання електромагнітної індукції у техніці

Відкриття явища електромагнітної індукції справило справжній бум у розвитку техніки. До цього відкриття люди могли виробляти електрику в обмежених кількостях лише з допомогою електричних батарей.

В даний час це фізичне явище використовується в електричних трансформаторів, в обігрівачах, які індукований струм переводять у тепло, а також у електричних двигунахта генераторах автомобілів.

Тема: Використання електромагнітної індукції

Цілі уроку:

Освітня:

1. Продовжити роботу над формуванням поняття про електромагнітне поле як вид матерії та докази його реального існування.
2. Удосконалювати навички вирішення якісних та розрахункових завдань.

Розвиваюча:Продовжити роботу з учнями...

1. формуванням уявлень про сучасну фізичну картині світу,
2. вмінням розкривати взаємозв'язок між вивченим матеріалом та явищами життя,
3. розширенням кругозору учнів

Виховна:Навчитися бачити прояви вивчених закономірностей у навколишньому житті

Демонстрації

1. Трансформатор
2. Фрагменти CD-диску «Фізика 7-11 класи. Бібліотека наочних посібників»

1) «Вироблення електроенергії»
2) «Запис та зчитування інформації на магнітній стрічці»

3. Презентації

1) «Електромагнітна індукція – тести» (I та II частини)
2) "Трансформатор"

Хід уроку

1. Актуалізація:

Перед тим як розглядати новий матеріал, дайте відповідь, будь ласка, на наступні питання:

2. Розв'язання задачза картками, див. презентацію (Додаток 1) (відповіді: 1 Б, 2 Б, 3 В, 4 А, 5 В) – 5 хв

3. Новий матеріал.

Використання електромагнітної індукції

1) У минулому навчальному роціпри вивченні з інформатики теми «Носії інформації» ми говорили про диски, дискети тощо. Виявляється запис, і зчитування інформації з допомогою магнітної стрічки ґрунтується на застосуванні явища електромагнітної індукції.
Запис та відтворення інформації за допомогою магнітної стрічки (Фрагменти CD-диску «Фізика 7-11 класи. Бібліотека наочних посібників», «Запис та зчитування інформації на магнітній стрічці» – 3 хв) (Додаток 2)

2) Розглянемо пристрій та принципову дію такого приладу, як ТРАНСФОРМАТОР. (див. презентацію Додаток 3)
Дія трансформатора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції.

ТРАНСФОРМАТОР - апарат, що перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги при незмінній частоті.

3) У найпростішому випадку трансформатор складається із замкнутого сталевого сердечника, на який надіті дві котушки з дротяними обмотками. Та з обмоток, що підключається до джерела змінної напруги, називається первинною, а та, до якої приєднують «навантаження», тобто прилади, що споживають електроенергію, називається вторинною.

а) підвищуючий трансформатор

б) знижуючий трансформатор

При передачі енергії на велику відстань - використання трансформаторів, що знижують і підвищують.

4) Робота трансформатора (проведення досвіду).

Загоряння лампочки у вторинній котушці ( пояснення цього досвіду);
- принцип роботи зварювального апарату (Чому витки у вторинній котушці понижуючого трансформатора товщі?);
- принцип роботи печі ( Потужність в обох котушках однакова, а сила струму?)

5) Практичне застосування електромагнітної індукції

Приклади технічного використанняелектромагнітної індукції: трансформатор, генератор електричного струму – основне джерело електрики.
Завдяки відкриттю електромагнітної індукції стало можливим вироблення дешевої електричної енергії. Основою роботи сучасних електростанцій (у тому числі атомних) є індукційний генератор.
Генератор змінного струму (фрагмент диска Фрагменти CD-диску «Фізика 7-11 класи. Бібліотека наочних посібників», «Вироблення електроенергії» - 2 хв)

Індукційний генератор складається з двох частин: рухомого ротора та нерухомого статора. Найчастіше статор є магнітом (постійним або електричним), що створює вихідне магнітне поле (його називають індуктором). Ротор складається з однієї або декількох обмоток, в яких під дією магнітного поля, що змінюється, створюється індукційний струм. (Інша назва такого ротора – якір).

- виявлення металевих предметів – спеціальні детектори;
- поїзд на магнітних подушках(Див. стор 129 підручника В. А. Касьянов «Фізика - 11»)
струми Фуко (вихрові струми;)
– замкнуті індукційні струми, що виникають у масивних провідних тілах.

З'являються або внаслідок зміни магнітного поля, в якому знаходиться тіло, що проводить, або в результаті такого руху тіла, коли змінюється магнітний потік, що пронизує це тіло (або будь-яку його частину).
Як і будь-які інші струми, вихрові струми надають на провідник теплову дію: тіла, у яких виникають такі струми, нагріваються.

Приклад: пристрій електропечей для плавки металів та НВЧ – печей.

4. Висновки, оцінки.

1) Електромагнітна індукція, наведіть приклади практичного застосування електромагнітної індукції.
2) Електромагнітні хвилі– найпоширеніший вид матерії, а електромагнітна індукція – окремий випадокпрояви електромагнітних хвиль

5. Вирішення задач за картками, див.(Додаток 5) (відповіді – 1В, 2А, 3А, 4Б).

6. Будинок завдання:П.35,36 (Підручник фізики за ред. В.А.Касьянова 11 клас)