Cilj: eksperimentalno proučavanje fenomena magnetske indukcije verifikacije Lenzovog pravila.
Teorijski dio: Fenomen elektromagnetna indukcija leži u pojavi električna struja u provodnom kolu, koji ili miruje u vremenski promjenjivom magnetskom polju, ili se kreće u konstantnom magnetskom polju na takav način da se mijenja broj linija magnetske indukcije koje prodiru u kolo. U našem slučaju bi bilo razumnije magnetsko polje mijenjati u vremenu, jer ga stvara pokretni (slobodno) magnet. Prema Lenzovom pravilu, induktivna struja koja se javlja u zatvorenom kolu suprotstavlja se svojim magnetskim poljem promjeni magnetskog fluksa kojom je uzrokovana. U ovom slučaju to možemo uočiti po odstupanju igle miliampermetra.
Oprema: Miliampermetar, napajanje, kalemovi sa jezgrom, lučni magnet, prekidač na dugme, spojne žice, magnetna igla (kompas), reostat.

Radni nalog

I. Pronalaženje uslova za nastanak indukcione struje.

1. Spojite kalem-kalem na stezaljke miliampermetra.
2. Posmatrajući očitanja miliampermetra, zabilježite da li je došlo do indukcijske struje ako:

* umetnite magnet u fiksnu zavojnicu,
* uklonite magnet sa fiksne zavojnice,
* postavite magnet unutar zavojnice, ostavljajući ga nepomičnom.

3. Saznajte kako ste se promijenili magnetni fluks F prodire u zavojnicu u svakom slučaju. Donesite zaključak o stanju pod kojim se induktivna struja pojavila u zavojnici.
II. Proučavanje smjera indukcijske struje.

1. Smjer struje u zavojnici može se suditi prema smjeru u kojem igla miliampermetra odstupa od nulte podjele.
Provjerite da li će smjer indukcijske struje biti isti ako:
* ubacite u zavojnicu i uklonite magnet sa sjevernim polom;
* umetnite magnet u zavojnicu magneta sa sjevernim i južnim polom.
2. Saznajte šta se promijenilo u svakom slučaju. Donesite zaključak o tome šta određuje smjer indukcijske struje. III. Proučavanje veličine indukcijske struje.

1. Polako i sa većom brzinom pomjerite magnet bliže fiksnoj zavojnici, bilježeći koliko podjela (N 1 , N 2 ) strelica miliampermetra odstupa.

2. Približite magnet zavojnici sa sjevernim polom. Obratite pažnju na koliko je podjela N 1 igla miliampermetra odstupa.

Pričvrstite sjeverni pol šipkastog magneta na sjeverni pol lučnog magneta. Saznajte koliko je odjeljenja N 2, strelica miliampermetra odstupa kada se dva magneta istovremeno približavaju.

3. Saznajte kako se magnetni fluks promijenio u svakom slučaju. Donesite zaključak o čemu ovisi veličina indukcijske struje.

Odgovori na pitanja:

1. Prvo brzo, a zatim polako gurnite magnet u zavojnicu bakarne žice. Da li se isti električni naboj prenosi kroz žičani dio zavojnice?
2. Da li će u gumenom prstenu postojati indukciona struja kada se u njega unese magnet?

• " onclick="window.open(this.href,"win2","status=ne,toolbar=ne,scrollbars=yes,titlebar=ne,menubar=ne,resizable=yes,width=640,height=480,direktoriji =ne,lokacija=ne"); return false;" > Print
• Email

Laboratorija #9

Proučavanje fenomena elektromagnetne indukcije

Cilj: proučavati uslove za nastanak indukcijske struje, indukcijske EMF.

Oprema: kalem, dva magneta, miliampermetar.

Teorija

Međusobnu vezu električnog i magnetskog polja uspostavio je izvanredni engleski fizičar M. Faraday 1831. godine. Otkrio je fenomen elektromagnetna indukcija.

Brojni Faradejevi eksperimenti pokazuju da uz pomoć magnetsko polje možete dobiti električnu struju u vodiču.

Fenomen elektromagnetne indukcijesastoji se u nastanku električne struje u zatvorenom kolu kada se magnetni tok koji prodire u kolo promijeni.

Struja koja se javlja tokom pojave elektromagnetne indukcije naziva se indukcija.

U električnom kolu (slika 1), indukcijska struja nastaje ako dođe do pomicanja magneta u odnosu na zavojnicu, ili obrnuto. Smjer indukcijske struje ovisi i o smjeru kretanja magneta i o lokaciji njegovih polova. Nema indukcijske struje ako nema relativnog kretanja zavojnice i magneta.

Slika 1.

Strogo govoreći, kada se kolo kreće u magnetskom polju, ne stvara se određena struja, već određeni e. d.s.

Slika 2.

Faraday je to eksperimentalno otkrio kada se magnetni fluks promijeni u provodnom kolu, nastaje EMF indukcije E ind, jednak brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu krugom, uzeta sa predznakom minus:

Ova formula izražava Faradejev zakon:e. d.s. indukcija je jednaka brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu konturom.

Znak minus u formuli odražava Lenzovo pravilo.

Godine 1833. Lenz je eksperimentalno dokazao izjavu tzv Lenzovo pravilo: indukcijska struja pobuđena u zatvorenom kolu kada se magnetski tok promijeni uvijek je usmjerena tako da magnetsko polje koje stvara sprječava promjenu magnetskog fluksa koja uzrokuje indukcijsku struju.

Sa povećanjem magnetnog fluksa F>0, i ε ind< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

Sa opadajućim magnetnim fluksom F<0, а ε инд >0, tj. magnetsko polje induktivne struje povećava opadajući magnetni tok kroz kolo.

Lenzovo pravilo ima duboku fizičko značenje – izražava zakon održanja energije: ako se magnetsko polje kroz kolo poveća, tada je struja u kolu usmjerena tako da je njegovo magnetsko polje usmjereno prema vanjskom, a ako se vanjsko magnetsko polje kroz kolo smanji, tada je struja usmjerena tako da je njegovo magnetsko polje polje podržava ovo opadajuće magnetsko polje.

Indukcijska emf ovisi o različitim razlozima. Ako se jak magnet jednom gurne u zavojnicu, a drugi put slab, tada će očitanja uređaja u prvom slučaju biti veća. Oni će također biti veći kada se magnet brzo kreće. U svakom od eksperimenata izvedenih u ovom radu, smjer indukcijske struje je određen Lenzovim pravilom. Postupak određivanja smjera indukcijske struje prikazan je na slici 2.

Na slici su linije sile magnetskog polja trajnog magneta i linije magnetskog polja indukcijske struje označene plavom bojom. Linije magnetnog polja su uvijek usmjerene od N do S - od sjeverni pol to Južni pol magnet.

Prema Lenzovom pravilu, induktivna električna struja u vodiču, koja nastaje kada se magnetski tok promijeni, usmjerena je na takav način da se njeno magnetsko polje suprotstavlja promjeni magnetskog fluksa. Stoga je u zavojnici smjer linija magnetskog polja suprotan od linija sile stalnog magneta, jer se magnet kreće prema zavojnici. Smjer struje pronalazimo prema pravilu gimleta: ako se gilet (sa desnim navojem) uvrne tako da se kretanje napred koincidira sa smjerom indukcijskih vodova u zavojnici, tada se smjer rotacije ručke gimlet-a poklapa sa smjerom indukcijske struje.

Dakle, struja kroz miliampermetar teče s lijeva na desno, kao što je prikazano na slici 1 crvenom strelicom. U slučaju kada se magnet odmakne od zavojnice, linije magnetskog polja induktivne struje poklopit će se u smjeru sa linijama sile trajnog magneta, a struja će teći s desna na lijevo.

Radni proces.

Pripremite tabelu za izvještaj i popunite je dok se eksperimenti izvode.

	Radnje sa magnetom i zavojnicom	Indikacije miliampermetar,	Smjerovi otklona igle miliampera (desno, lijevo ili bez luka)	Smjer indukcijske struje (prema Lenzovom pravilu)
	Brzo umetnite magnet u zavojnicu sa sjevernim polom
	Ostavite magnet u zavojnici da miruje nakon iskustva 1
	Brzo izvucite magnet iz zavojnice
	Brzo pomaknite zavojnicu na sjeverni pol magneta
	Ostavite zavojnicu nepomično nakon eksperimenta 4
	Brzo povucite zavojnicu dalje od sjevernog pola magneta
	Polako umetnite magnet sjevernog pola u zavojnicu

LABORATORIJSKI RAD "PROUČAVANJE FENOMENA ELEKTROMAGNETNE INDUKCIJE" Svrha 6. časa je proučavanje fenomena elektromagnetne indukcije. Oprema: miliampermetar, kalem-kalem, izvor napajanja, zavojnica sa gvozdenim jezgrom od sklopivog elektromagneta, reostat, ključ, spojne žice, magnet. Tok rada 1. Spojite kalem-kalem na stezaljke miliampermetra. 2. Gledajući očitanja miliampermetra, dovedite jedan od polova magneta na zavojnicu, zatim zaustavite magnet na nekoliko sekundi, a zatim ga ponovo približite zavojnici, krećući se u nju. 3. Zapišite da li se u zavojnici pojavila indukciona struja tokom kretanja magneta u odnosu na zavojnicu? Tokom njegovog zaustavljanja? 4. Zapišite da li se magnetni fluks F, koji prodire u kalem, menjao tokom kretanja magneta? Tokom njegovog zaustavljanja? 5. Na osnovu odgovora na prethodno pitanje nacrtajte i zapišite pod kojim se stanjem pojavila indukciona struja u zavojnici. 6. Zašto se magnetni fluks koji prodire u ovu zavojnicu promijenio kada se magnet približi zavojnici? (da biste odgovorili na ovo pitanje, zapamtite, prvo, od kojih veličina zavisi magnetni fluks F i, drugo, je li modul vektora magnetne indukcije B magnetnog polja stalnog magneta blizu ovog magneta i dalje od njega.) 7 O smjeru struje u zavojnici može se suditi prema smjeru u kojem igla miliampermetra odstupa od nulte podjele. Provjerite da li će smjer indukcijske struje u zavojnici biti isti ili drugačiji kada se isti pol magneta približi i udalji od njega. 8. Približite pol magneta zavojnici takvom brzinom da igla miliampermetra ne odstupa više od polovine granične vrijednosti svoje skale. Ponovite isti eksperiment, ali pri većoj brzini magneta nego u prvom slučaju. Sa većom ili manjom brzinom kretanja magneta u odnosu na zavojnicu, da li se magnetni tok F koji prodire u ovu zavojnicu brže mijenjao? Uz brzu ili sporu promjenu magnetskog toka kroz zavojnicu, da li se u njemu pojavila veća struja? Na osnovu vašeg odgovora na posljednje pitanje napravite i zapišite zaključak o tome kako modul jačine indukcijske struje koja se javlja u zavojnici zavisi od brzine promjene magnetskog fluksa F, oko

150.000₽ nagradni fond 11 počasnih dokumenata Dokaz o objavljivanju u medijima

Već znate da oko električne struje uvijek postoji magnetsko polje. Električna struja i magnetno polje su neodvojivi jedno od drugog.

Ali ako se kaže da električna struja "stvara" magnetno polje, zar ne postoji suprotno? Da li je moguće "stvoriti" električnu struju uz pomoć magnetnog polja?

Takav zadatak u početkom XIX in. pokušali riješiti mnogi naučnici. Pred njega je to stavio i engleski naučnik Michael Faraday. “Pretvorite magnetizam u elektricitet” – ovako je Faraday napisao ovaj problem u svom dnevniku 1822. godine. Naučniku je trebalo skoro 10 godina teškog rada da ga riješi.

Michael Faraday (1791-1867)
engleski fizičar. Otkrio je fenomen elektromagnetne indukcije, dodatne struje pri zatvaranju i otvaranju

Da bismo razumjeli kako je Faraday uspio "pretvoriti magnetizam u elektricitet", hajde da izvedemo neke od Faradejevih eksperimenata koristeći moderne instrumente.

Slika 119, a pokazuje da ako se magnet umetne u zavojnicu zatvorenu za galvanometar, tada igla galvanometra odstupa, što ukazuje na pojavu indukcijske (inducirane) struje u kolu zavojnice. Indukcijska struja u vodiču je isto uređeno kretanje elektrona kao i struja primljena iz galvanske ćelije ili baterije. Naziv "indukcija" samo ukazuje na razlog njenog nastanka.

Rice. 119. Pojava induktivne struje kada se magnet i zavojnica pomiču jedan u odnosu na drugi

Kada se magnet ukloni sa zavojnice, strelica galvanometra opet odstupa, ali u suprotnom smjeru, što ukazuje na pojavu struje u zavojnici u suprotnom smjeru.

Čim prestane kretanje magneta u odnosu na zavojnicu, struja prestaje. Stoga struja u kolu zavojnice postoji samo za vrijeme kretanja magneta u odnosu na zavojnicu.

Iskustvo se može promijeniti. Stavićemo zavojnicu na fiksni magnet i ukloniti ga (Sl. 119, b). I opet, možete otkriti da se tijekom kretanja zavojnice u odnosu na magnet u krugu ponovo pojavljuje struja.

Slika 120 prikazuje zavojnicu A uključenu u strujni krug izvora. Ovaj kalem se ubacuje u drugi kalem C povezan sa galvanometrom. Kada se sklop zavojnice A zatvori i otvori, u zavojnici C nastaje indukcijska struja.

Rice. 120. Pojava induktivne struje pri zatvaranju i otvaranju električnog kola

Možete izazvati pojavu indukcijske struje u zavojnici C i promjenom jačine struje u zavojnici A ili pomicanjem ovih zavojnica jedan u odnosu na drugi.

Uradimo još jedan eksperiment. Postavimo ravnu konturu provodnika u magnetsko polje čije krajeve ćemo spojiti na galvanometar (slika 121, a). Kada se krug okreće, galvanometar bilježi pojavu indukcijske struje u njemu. Struja će se pojaviti i ako se magnet rotira u blizini ili unutar kola (slika 121, b).

Rice. 121. Kada se kolo rotira u magnetskom polju (magnet u odnosu na kolo), promjena magnetskog fluksa dovodi do pojave indukcijske struje

U svim razmatranim eksperimentima, indukcijska struja je nastala kada se promijenio magnetni tok koji prodire u područje pokriveno vodičem.

U slučajevima prikazanim na slikama 119 i 120, magnetski fluks se promijenio zbog promjene indukcije magnetskog polja. Zaista, kada su se magnet i zavojnica pomjerali jedan u odnosu na drugi (vidi sliku 119), zavojnica je pala u polje sa većom ili manjom magnetskom indukcijom (pošto polje magneta nije jednolično). Prilikom zatvaranja i otvaranja kruga zavojnice A (vidi sliku 120), indukcija magnetskog polja koju stvara ovaj kalem promijenila se zbog promjene jačine struje u njemu.

Kada se žičani krug rotirao u magnetskom polju (vidi sliku 121, a) ili magnet u odnosu na kolo (vidi sliku 121, b "), magnetni tok se promijenio zbog promjene orijentacije ovog kola u odnosu na na linije magnetne indukcije.

dakle,

• sa bilo kojom promjenom magnetskog fluksa koja prodire u područje ograničeno zatvorenim vodičem, u ovom vodiču nastaje električna struja koja postoji tokom cijelog procesa promjene magnetskog fluksa

Ovo je fenomen elektromagnetne indukcije.

Otkriće elektromagnetne indukcije jedno je od najistaknutijih naučnih dostignuća prvog polovina XIX in. To je izazvalo nastanak i brzi razvoj elektrotehnike i radiotehnike.

Na osnovu fenomena elektromagnetne indukcije stvoreni su moćni generatori električne energije u čijem su razvoju učestvovali naučnici i tehničari. različite zemlje. Među njima su bili i naši sunarodnici: Emil Kristijanovič Lenc, Boris Semjonovič Jakobi, Mihail Iosifović Dolivo-Dobrovolski i drugi koji su dali veliki doprinos razvoju elektrotehnike.

Pitanja

1. Koja je bila svrha eksperimenata prikazanih na slikama 119-121? Kako su oni izvedeni?
2. Pod kojim je uslovima u eksperimentima (vidi slike 119, 120) nastala indukciona struja u zavojnici zatvorenoj za galvanometar?
3. Šta je fenomen elektromagnetne indukcije?
4. Koja je važnost otkrivanja fenomena elektromagnetne indukcije?

Vježba 36

1. Kako stvoriti kratkotrajnu indukcijsku struju u zavojnici K 2 prikazanoj na slici 118?
2. Žičani prsten je postavljen u jednolično magnetno polje (Sl. 122). Strelice prikazane pored prstena pokazuju da se u slučajevima a i b prsten kreće pravolinijski duž indukcionih linija magnetskog polja, au slučajevima c, d i e rotira oko ose OO. U kojem od ovih slučajeva može nastati indukcijska struja u ringu?

Svrha rada: Proučiti fenomen elektromagnetne indukcije.
Oprema: miliampermetar, zavojnica, lučni magnet, izvor napajanja, zavojnica sa gvozdenom jezgrom od sklopivog elektromagneta, reostat, ključ, spojne žice, model generatora električne struje (po jedan po klasi).
Uputstvo za rad:
1. Spojite kalem-kalem na stezaljke miliampermetra.
2. Gledajući očitanja miliampermetra, dovedite jedan od polova magneta na zavojnicu, zatim zaustavite magnet na nekoliko sekundi, a zatim ga ponovo približite kalemu, uvlačeći ga u njega (Sl. 196). Zapišite da li je došlo do indukcione struje u zavojnici tokom kretanja magneta u odnosu na zavojnicu; tokom njegovog zaustavljanja.

Zapišite da li se magnetni fluks F, koji prodire u zavojnicu, promenio tokom kretanja magneta; tokom njegovog zaustavljanja.
4. Na osnovu odgovora na prethodno pitanje izvucite i zapišite zaključak pod kojim uslovima je nastala indukciona struja u zavojnici.
5. Zašto se magnetni fluks koji prodire u ovu zavojnicu promijenio kada je magnet prišao kalemu? (Da biste odgovorili na ovo pitanje, zapamtite, prvo, od kojih veličina zavisi magnetni tok F i, drugo, isti je
da li je modul vektora indukcije B magnetskog polja stalnog magneta blizu ovog magneta i dalje od njega.)
6. Smjer struje u zavojnici može se suditi prema smjeru u kojem igla miliampermetra odstupa od nulte podjele.
Provjerite da li će smjer indukcijske struje u zavojnici biti isti ili različit kada mu se isti pol magneta približi i udalji od njega.

4. Približite se polu magneta zavojnici takvom brzinom da igla miliampermetra ne odstupa više od polovine granične vrijednosti svoje skale.
Ponovite isti eksperiment, ali pri većoj brzini magneta nego u prvom slučaju.
Sa većom ili manjom brzinom kretanja magneta u odnosu na zavojnicu, da li se magnetni tok F koji prodire u ovu zavojnicu brže mijenjao?
Uz brzu ili sporu promjenu magnetskog toka kroz zavojnicu, je li jačina struje u njemu bila veća?
Na osnovu vašeg odgovora na posljednje pitanje napravite i zapišite zaključak kako modul jačine indukcijske struje koja se javlja u zavojnici ovisi o brzini promjene magnetskog fluksa F koji prodire u ovu zavojnicu.
5. Sastavite postavku za eksperiment prema slici 197.
6. Provjerite postoji li indukcijska struja u zavojnici 1 u sljedećim slučajevima:
a) pri zatvaranju i otvaranju strujnog kruga u koji je uključen kalem 2;
b) kada kroz kalem 2 teče jednosmerna struja;
c) sa povećanjem i smanjenjem jačine struje koja teče kroz kalem 2, pomeranjem klizača reostata na odgovarajuću stranu.
10. U kom se od slučajeva navedenih u stavu 9 mijenja kalem 1 koji prožima magnetni tok? Zašto se mijenja?
11. Promatrajte pojavu električne struje u modelu generatora (Sl. 198). Objasnite zašto se indukcijska struja javlja u okviru koji se rotira u magnetskom polju.
Rice. 196