Практическая работа "Самоиндукция. Индуктивность"

Практическая работа

Раздел 3. Электродинамика 

Тема 3. .4. Электромагнитная индукция

Название практической работы: Самоиндукция. Индуктивность

Учебная цель: рассмотреть возникновение самоиндукции, как частный случай явления электромагнитной индукции.

Учебные задачи:

Изучить электрическую схему с индукционной катушкой.

Выяснить, возникновение ЭДС самоиндукции и индуцированного тока в цепи.

Записывать формулы магнитного потока, ЭДС самоиндукции, индуктивности, магнитной проницаемости среды, взаимной индукции, единицы измерения величин, физический смысл входящих параметров и коэффициентов пропорциональности.

Освоить решение задач по данной теме.

Правила безопасности: правила поведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Студент должен

уметь: описывать и объяснять явление самоиндукции. Применять формулы при решении задач

знать: смысл физической величины индуктивность, практическое применение явления самоиндукции.

Обеспеченность занятия:

- методические указания по выполнению практического занятия

- тетрадь лабораторно-практическая, простой карандаш, линейка, ластик. Мультимедийный проектор. Демонстрационная установка

Порядок проведения занятия:

Для выполнения практической работы учебная группа распределяется по вариантам
Теоретическое обоснование

 В 1831 г. английский физик Майкл Фарадей доказал, что изменяющееся магнитное поле «рождает» электрический ток. В 1864 г. Джеймс Максвелл его соотечественник пришёл к выводу, что переменное магнитное поле, которое возбуждается изменяющимся током, создаёт в окружающем пространстве электрическое поле, которое возбуждает магнитное поле. Теоретически доказал существование электромагнитных волн с = 3·10⁸ м/с.

В 1887 г. экспериментально электромагнитные волны были обнаружены Г. Герцем в Берлинском университете – вибратор Герца. Явление электромагнитной индукции лежит в основе устройства генераторов электростанций, превращающих механическую энергию в электрическую. ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком «минус»: =- Знак «минус» обусловлен Правилом Ленца определяющим направление индукционного тока: магнитное поле индукционного тока в каждый момент времени противодействует изменению магнитного потока, породившего этот ток. Правило Ленца подтверждает ЗСЭ в электромагнитных процессах.

Важный частный случай электромагнитной индукции – самоиндукция.

При самоиндукции изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том проводнике, по которому течёт ток, создающий это поле.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в проводнике: Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью. Индуктивность зависит от размеров и формы проводника, от свойств среды, в которой находится проводник.

Магнитное поле без электрического, так же как электрическое без магнитного, могут существовать только в определённой системе отсчёта.

Они являются проявлением единого целого – электромагнитного поля особой формой материи. Фундаментальное свойство электромагнитного поля- изменяясь во времени, магнитное поле порождает переменное электрическое поле и наоборот.

Основные формулы

B – модуль вектора магнитной индукции, Тл

S - площадь контура, м²

I - сила тока, А

M _max – максимальный момент силы, Н·м

энергия магнитного поля тока, Дж

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1. В чём состоит явление электромагнитной индукции?

2. Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Запишите его математическое выражение.

3. Сформулируйте правило Ленца. Приведите примеры его применения.

1. Какие токи называют вихревыми (или токи Фуко). Промышленное применение. Тормозящее действие вихревых токов. Гашение колебаний стрелок в измерительных приборах. В Индукционных печах для сильного нагревания или плавления металлов, детекторах металла на входах аэровокзалов, театров. В быту СВЧ- печи. Вред вихревых токов. Потери энергии, на выделение тепла.
   Какое явление называется самоиндукцией? Математическая запись ЭДС самоиндукции, единица измерения.

2. Что такое индуктивность контура? От чего она зависит.

3. Что такое магнитная проницаемость среды, что она характеризует?

4. Как математически записать ЭДС взаимной индукции? Единица измерения

5. От чего зависит коэффициент пропорциональности взаимной индукции контуров?

6. На каком явлении основано действие трансформатора?

Содержание и Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Задание 1

Ответить на вышестоящие вопросы

Задание 2 Марон задачи

С. 192,195

Задача1в

Определить индуктивность катушки, если при уменьшении в ней силы тока на 2,8А за 62мс среднее значение ЭДС самоиндукции составляет 14В (0,31Гн)

Задача 2в (с.194 №5)

Определить индуктивность катушки L, если при изменении в ней силы тока от 2 до 10А за 0.1с в катушке возникает ЭДС самоиндукции 40 В. (0,5Гн)

Задача 3в (с.193)

Сколько витков провода должна содержать обмотка на стальном сердечнике с поперечным сечением 150 см2, чтобы в ней при изменении магнитной индукции с 0,2 до 2,2 Тл в течение 15 мс возникла ЭДС, равная 200В?

По окончанию практической работы студент должен представить:- Выполненную в рабочей тетради практическую работу в соответствии с вышеуказанными требованиями.
Список литературы: 

1. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. – М.: ИД Академия, 2013

2. Марон А. Е. Физика Материалы для подготовки к ЕГЭ, Дрофа, 2015

ПРИЛОЖЕНИЯ

Закон Ампера

Опыт Фарадея

маятник Вальтенгофена

Опыт Эрстэда