Закон электромагнитной индукции. Генераторы тока.

Цель урока: сформулировать закон электромагнитной индукции; показать практическое применение закона электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания.

II. Изучение нового материала.

Закон электромагнитной индукции

Магнитный поток наглядно истолковывается как число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью S.

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. При изменении маг­нитного потока появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС: .

Сопротивление не зависит от изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС.

Законом в таком виде можно пользоваться при равномерном изменении маг­нитного потока; в противном случае ε_i = - Ф.

Генераторы тока

В генераторе переменного тока механическая энергия вращения преобразуется в электростатическую энергию переменного тока. Состоит генератор из индуктора (электромагнита или магнита, создающего магнитное поле), якоря обмотки, в которой возникает ЭДС. Его действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Пусть магнит вращается вокруг рамки с постоянной частотой х. За время t он совершает N = х · t оборотов. Каждому обороту соответствует 360° или 2 м. За время вращения магнитной поверхности: - цикли­ческая частота вращения.

Рамка будет пронизываться магнитным потоком:

.

Из-за постоянного изменения угла, пронизывающего рамку, магнитный по­ток тоже меняется:

Если изменить устройство, потребляющее энергию, то:

В рассмотренной модели вращающейся частью (ротором) был магнит, а не­подвижной (статором) - рамка. Но может быть наоборот. Причиной появления тока будет действие на электроны, движущиеся вместе с рамкой магнитной силы Лоренца. Аналогичным образом устроен и генератор постоянного тока.

IV. Решение задач.

1. За какой промежуток времени магнитный поток изменится на 0,004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 15 В. (Ответ: t = 2,5 мс.)

2. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиде за 5 мс магнитный поток равномерно изменится от 3 мВб до 1,5 мВб. (Ответ: 0,3 В.)

3- В обмотке на стальном сердечнике с помощью поперечного сечения 100 см² в течение 0,01 с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении магнитной индукции от 0,3 Тл до 13 Тл. Сколько витков в обмотке? (Ответ: 150.)

4. Проволочная прямоугольная рамка со сторонами 18 см 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 ЭДС = 4,5 · 10^-3 В. (Ответ: ΔВ = 7,5 · 10^-3 Тл.)

5. Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 3 · 10^-3 Ом за 2 с изменится на 1,2 · 10^-2 Вб. Какова сила тока, протекающего по проводнику, если изменения происходят равномерно? (Ответ: I = 0,2 А.)

6. Соленоид, состоящий из 80 витков и имеющий диаметр 8 см, находится в однородном магнитном поле, индукция которого 60,3 Тл. Соленоид поворачива­ют на 180° в течение 0,2 с. Найти среднее значение ЭДС, возникающей в солено­иде, если его ось до и после поворота направлена вдоль поля. (Ответ: Е = 0,24 В.)

Далее решение задач 407-411 (с. 356-257).

Домашнее задание. § 88-89 (с. 257-264), задачи 396-400, 412 (с. 354-355, 357).

Цель урока: рассказать о явлении самоиндукции.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания.

II. Изучение нового материала.

Если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется.

Поэтому возникает ЭДС индукции в том же самом проводнике, по которому идет переменный ток. Это явление называют самоиндукцией.

Эксперимент 1

С обери схему (рис. 16).

При замыкании ключа первая лампа вспыхивает сразу, вторая с заметным опозданием.

ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего значения.

Эксперимент 2

Собери схему (рис. 17).

При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток. В результате в момент размыкания через гальванометр течет ток, направленный против начального тока до размыкания.

Сила тока при размыкании цепи может превосходить силу тока, проходящего через гальванометр при замкнутом ключе.

Магнитный поток Ф пропорционален индукции магнитного поля В, эта индукция пропорциональна силе тока в цепи.

Ф ~ I; Ф = LI, где L - коэффициент пропорциональности, зависящий лишь от формы и размеров проводящего контура и магнитной проницаемости среды, и которой находится (L [Гн] Генри).

Возникающее при самоиндукции вихревое электрическое поле характеризует­ся электродвижущей силой.

В данном случае ЭДС самоиндукции (Es):

Магнитная энергия проводника с током:

Объемная плотность энергии:

III. Закрепление.

1. Что называют самоиндукцией?

2. Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока?

3. Что называется индуктивностью?

4. Что принимают за единицу индуктивности в СИ?

5. Чему равен ЭДС самоиндукции?

6. Почему для создания тока источник должен затратить энергию?

7. Чему равна энергия электрического поля?

IV. Решение задач.

1. Магнитное поле катушки с индуктивностью 95 мГн обладает энергией 0,19 Дж. Чему равна сила тока в катушке. (Ответ: 2 А.)

2. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого 0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на 12 мВб? (Ответ: q = 0,4 Кл)

3. Какова скорость изменения силы тока в обмотке реле с индуктивностью 3,5 Гн, если в ней возбуждается ЭДС самоиндукции 105 В. (Ответ: 30)

4. Катушку с ничтожно малым сопротивлением и индуктивностью 3 Гн присоединяют к источнику тока с ЭДС 15 В и ничтожно малым внутренним сопротивлением . Через какой промежуток времени сила тока в катушке достигнет 50 А. (Ответ: t = 10 с)

Домашнее задание. § 90 (с. 264-267), задачи 413-416 (с. 357).