Obiectiv: studiu experimental al fenomenului de verificare a inducției magnetice a regulii lui Lenz.
Partea teoretica: Fenomen inductie electromagnetica se află în apariţie curent electricîntr-un circuit conductor, care fie este în repaus într-un câmp magnetic variabil în timp, fie se mișcă într-un câmp magnetic constant, astfel încât numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund în circuit se modifică. În cazul nostru, ar fi mai rezonabil să schimbăm câmpul magnetic în timp, deoarece acesta este creat de un magnet în mișcare (liber). Conform regulii lui Lenz, curentul inductiv care apare într-un circuit închis contracarează cu câmpul său magnetic modificarea fluxului magnetic prin care este cauzat. În acest caz, putem observa acest lucru prin deviația acului miliampermetrului.
Echipament: Miliampermetru, sursă de alimentare, bobine cu miez, magnet arcuat, întrerupător cu buton, fire de legătură, ac magnetic (busolă), reostat.

Comandă de lucru

I. Aflarea condiţiilor de apariţie a curentului de inducţie.

1. Conectați bobina-bobina la clemele miliametrului.
2. Observând citirile miliampermetrului, observați dacă a apărut un curent de inducție dacă:

* introduceți un magnet în bobina fixă,
* scoateți magnetul din bobina fixă,
* plasați magnetul în interiorul bobinei, lăsându-l nemișcat.

3. Aflați cum v-ați schimbat flux magnetic F pătrunzând în bobină în fiecare caz. Faceți o concluzie despre condiția în care a apărut curentul inductiv în bobină.
II. Studiul direcției curentului de inducție.

1. Direcția curentului din bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero.
Verificați dacă direcția curentului de inducție va fi aceeași dacă:
* introduceți în bobină și scoateți magnetul cu polul nord;
* introduceți magnetul în bobina magnetului cu polul nord și polul sud.
2. Aflați ce s-a schimbat în fiecare caz. Faceți o concluzie despre ceea ce determină direcția curentului de inducție. III. Studiul mărimii curentului de inducție.

1. Apropiați magnetul de bobina fixă ​​încet și cu viteză mai mare, notând câte diviziuni (N 1 , N 2 ) săgeata miliametrului deviază.

2. Apropiați magnetul de bobină cu polul nord. Observați câte diviziuni N 1 acul miliametrului deviază.

Atașați polul nord al magnetului bară de polul nord al magnetului arcuit. Aflați câte diviziuni N 2, săgeata miliametrului deviază atunci când doi magneți se apropie simultan.

3. Aflați cum s-a schimbat fluxul magnetic în fiecare caz. Faceți o concluzie despre ce depinde mărimea curentului de inducție.

Răspunde la întrebările:

1. Mai întâi rapid, apoi împingeți încet magnetul în bobina de sârmă de cupru. Este aceeași sarcină electrică transferată prin secțiunea de sârmă a bobinei?
2. Va exista un curent de inducție în inelul de cauciuc atunci când se va introduce un magnet în el?

• " onclick="window.open(this.href,"win2","status=no,toolbar=nu,scrollbars=yes,titlebar=nu,menubar=nu,resizable=yes,width=640,height=480,directore =nu,locatie=nu"); return false;" > Print
• E-mail

Laboratorul #9

Studierea fenomenului de inducție electromagnetică

Obiectiv: pentru a studia condițiile de apariție a curentului de inducție, EMF de inducție.

Echipamente: bobină, două bare magneți, miliampermetru.

Teorie

Conexiunea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice a fost stabilită de remarcabilul fizician englez M. Faraday în 1831. El a descoperit fenomenul inductie electromagnetica.

Numeroase experimente ale lui Faraday arată că cu ajutorul lui camp magnetic puteți obține un curent electric în conductor.

Fenomenul inducției electromagneticeconstă în apariţia unui curent electric într-un circuit închis la modificarea fluxului magnetic care pătrunde în circuit.

Curentul care apare în timpul fenomenului de inducție electromagnetică se numește inducţie.

În circuitul electric (Figura 1), apare un curent de inducție dacă există o mișcare a magnetului față de bobină sau invers. Direcția curentului de inducție depinde atât de direcția de mișcare a magnetului, cât și de locația polilor acestuia. Nu există curent de inducție dacă nu există o mișcare relativă a bobinei și magnetului.

Poza 1.

Strict vorbind, atunci când circuitul se mișcă într-un câmp magnetic, nu se generează un anumit curent, ci un anumit e. d.s.

Figura 2.

Faraday a descoperit experimental că atunci când fluxul magnetic se modifică în circuitul conductor, apare un EMF de inducție E ind, egal cu rata de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de circuit, luată cu semnul minus:

Această formulă exprimă Legea lui Faraday:e. d.s. inducția este egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de contur.

Semnul minus din formulă reflectă regula lui Lenz.

În 1833, Lenz a demonstrat experimental o afirmație numită Regula lui Lenz: curentul de inducție excitat într-un circuit închis atunci când fluxul magnetic se modifică este întotdeauna direcționat astfel încât câmpul magnetic pe care îl creează să prevină o modificare a fluxului magnetic care provoacă curentul de inducție.

Odată cu creșterea fluxului magneticФ>0 și ε ind< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

Cu scăderea fluxului magnetic F<0, а ε инд >0, adică câmpul magnetic al curentului inductiv mărește fluxul magnetic descrescător prin circuit.

regula lui Lenz are o adâncime sens fizic – exprimă legea conservării energiei: dacă câmpul magnetic prin circuit crește, atunci curentul din circuit este direcționat astfel încât câmpul său magnetic să fie direcționat împotriva celui extern, iar dacă câmpul magnetic extern prin circuit scade, atunci curentul este direcționat astfel încât câmp susține acest câmp magnetic în scădere.

FEM de inducție depinde de diverse motive. Dacă un magnet puternic este împins o dată în bobină și unul slab cealaltă dată, atunci citirile dispozitivului în primul caz vor fi mai mari. De asemenea, vor fi mai mari atunci când magnetul se mișcă rapid. În fiecare dintre experimentele efectuate în această lucrare, direcția curentului de inducție este determinată de regula Lenz. Procedura pentru determinarea direcției curentului de inducție este prezentată în Figura 2.

În figură, liniile de forță ale câmpului magnetic al magnetului permanent și liniile câmpului magnetic al curentului de inducție sunt indicate cu albastru. Liniile de câmp magnetic sunt întotdeauna îndreptate de la N la S - de la polul Nord la polul Sud magnet.

Conform regulii lui Lenz, curentul electric inductiv din conductor, care apare atunci când fluxul magnetic se modifică, este dirijat în așa fel încât câmpul său magnetic să contracareze modificarea fluxului magnetic. Prin urmare, în bobină, direcția liniilor de forță ale câmpului magnetic este opusă liniilor de forță ale magnetului permanent, deoarece magnetul se deplasează spre bobină. Găsim direcția curentului după regula brațului: dacă brațul (cu filet pe dreapta) este înșurubat astfel încât mișcare înainte a coincis cu direcția liniilor de inducție din bobină, apoi sensul de rotație al mânerului girlet coincide cu direcția curentului de inducție.

Prin urmare, curentul prin miliampermetru curge de la stânga la dreapta, așa cum se arată în figura 1 de săgeata roșie. În cazul în care magnetul se îndepărtează de bobină, liniile câmpului magnetic ale curentului inductiv vor coincide în direcția cu liniile de forță ale magnetului permanent, iar curentul va curge de la dreapta la stânga.

Progres.

Pregătiți un tabel pentru raport și completați-l pe măsură ce se desfășoară experimentele.

	Acțiuni cu un magnet și o bobină	Indicatii miliampermetru,	Direcțiile de deviere ale acului miliampermetrului (dreapta, stânga sau fără arc)	Direcția curentului de inducție (după regula lui Lenz)
	Introduceți rapid magnetul în bobină cu polul nord
	Lăsați magnetul în bobină staționar dupa experienta 1
	Trageți rapid magnetul din bobină
	Mutați rapid bobina la polul nord al magnetului
	Lăsați bobina nemișcată după experimentul 4
	Trageți rapid bobina departe de polul nord al magnetului
	Introduceți încet magnetul de la polul nord în bobină

LUCRĂRI DE LABORATOR „STUDIAREA FENOMENULUI INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE” Scopul lecției 6 este studierea fenomenului inducției electromagnetice. Echipament: miliampermetru, bobină, sursă de alimentare, bobină cu miez de fier dintr-un electromagnet pliabil, reostat, cheie, fire de legătură, magnet. Flux de lucru 1. Conectați bobina-bobina la clemele miliametrului. 2. Urmăriți citirile miliametrului, aduceți unul dintre polii magnetului la bobină, apoi opriți magnetul pentru câteva secunde, apoi aduceți-l din nou mai aproape de bobină, deplasându-l în ea. 3. Notați dacă în bobină a apărut un curent de inducție în timpul mișcării magnetului față de bobină? În timpul opririi lui? 4. Notați dacă fluxul magnetic Ф, care pătrunde în bobină, s-a modificat în timpul mișcării magnetului? În timpul opririi lui? 5. Pe baza răspunsurilor dumneavoastră la întrebarea anterioară, desenați și notați condiția în care a apărut curentul de inducție în bobină. 6. De ce s-a schimbat fluxul magnetic care pătrunde în această bobină când magnetul s-a apropiat de bobină? (Pentru a răspunde la această întrebare, amintiți-vă, în primul rând, de ce mărimi depinde fluxul magnetic Ф și, în al doilea rând, este modulul vectorului de inducție magnetică B al câmpului magnetic al unui magnet permanent în apropierea acestui magnet și departe de acesta.) 7 Pe direcția curentului din bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero. Verificați dacă direcția curentului de inducție în bobină va fi aceeași sau diferită atunci când același pol al magnetului se apropie și se îndepărtează de acesta. 8. Apropiați polul magnetului de bobină cu o astfel de viteză încât acul miliampermetrului să devieze cu cel mult jumătate din valoarea limită a scalei sale. Repetați același experiment, dar cu o viteză mai mare a magnetului decât în ​​primul caz. Cu o viteză mai mare sau mai mică de mișcare a magnetului față de bobină, s-a schimbat mai repede fluxul magnetic Ф care pătrunde în această bobină? Cu o schimbare rapidă sau lentă a fluxului magnetic prin bobină, a apărut un curent mai mare ca magnitudine în ea? Pe baza răspunsului dumneavoastră la ultima întrebare, faceți și notați concluzia despre modul în care modulul de putere a curentului de inducție care apare în bobină depinde de viteza de schimbare a fluxului magnetic Ф, aproximativ

150.000₽ fond de premii 11 documente de onoare Dovada publicării în mass-media

Știți deja că există întotdeauna un câmp magnetic în jurul unui curent electric. Curentul electric și câmpul magnetic sunt inseparabile unul de celălalt.

Dar dacă se spune că un curent electric „creează” un câmp magnetic, nu există opusul? Este posibil să „creezi” un curent electric cu ajutorul unui câmp magnetic?

O astfel de sarcină în începutul XIXîn. a încercat să rezolve mulți oameni de știință. Omul de știință englez Michael Faraday i-a pus-o și el în față. „Transformați magnetismul în electricitate” - așa a scris Faraday această problemă în jurnalul său în 1822. Omul de știință i-a luat aproape 10 ani de muncă grea pentru a o rezolva.

Michael Faraday (1791-1867)
fizician englez. El a descoperit fenomenul de inducție electromagnetică, curenți suplimentari în timpul închiderii și deschiderii

Pentru a înțelege cum a reușit Faraday să „transforme magnetismul în electricitate”, să realizăm câteva dintre experimentele lui Faraday folosind instrumente moderne.

Figura 119, a arată că dacă un magnet este introdus într-o bobină închisă la un galvanometru, atunci acul galvanometrului se abate, indicând apariția unui curent de inducție (indus) în circuitul bobinei. Curentul de inducție într-un conductor este aceeași mișcare ordonată a electronilor ca și curentul primit de la o celulă galvanică sau o baterie. Numele „inducție” indică doar motivul apariției sale.

Orez. 119. Apariția unui curent inductiv atunci când un magnet și o bobină se mișcă unul față de celălalt

Când magnetul este scos din bobină, săgeata galvanometrului deviază din nou, dar în sens opus, ceea ce indică apariția curentului în bobină în sens opus.

De îndată ce mișcarea magnetului față de bobină se oprește, curentul se oprește. Prin urmare, curentul din circuitul bobinei există numai în timpul mișcării magnetului față de bobină.

Experiența poate fi schimbată. Vom pune o bobină pe un magnet fix și o vom scoate (Fig. 119, b). Și din nou, puteți descoperi că în timpul mișcării bobinei în raport cu magnetul, un curent apare din nou în circuit.

Figura 120 prezintă bobina A inclusă în circuitul sursei de curent. Această bobină este introdusă într-o altă bobină C conectată la un galvanometru. Când circuitul bobinei A este închis și deschis, în bobina C apare un curent de inducție.

Orez. 120. Apariţia curentului inductiv la închiderea şi deschiderea unui circuit electric

Puteți provoca apariția unui curent de inducție în bobina C și prin modificarea puterii curentului în bobina A sau prin deplasarea acestor bobine una față de alta.

Să mai facem un experiment. Să plasăm un contur plat al unui conductor într-un câmp magnetic, ale cărui capete le vom conecta la un galvanometru (Fig. 121, a). Când circuitul este rotit, galvanometrul notează apariția unui curent de inducție în el. Curentul va apărea și dacă un magnet este rotit în apropierea sau în interiorul circuitului (Fig. 121, b).

Orez. 121. Când circuitul se rotește într-un câmp magnetic (magnetul în raport cu circuitul), o modificare a fluxului magnetic duce la apariția unui curent de inducție

În toate experimentele luate în considerare, curentul de inducție a apărut la modificarea fluxului magnetic care pătrunde în zona acoperită de conductor.

În cazurile prezentate în figurile 119 și 120, fluxul magnetic s-a modificat datorită unei modificări a inducției câmpului magnetic. Într-adevăr, când magnetul și bobina s-au deplasat unul față de celălalt (vezi Fig. 119), bobina a căzut în zone ale unui câmp cu o inducție magnetică mai mare sau mai mică (deoarece câmpul magnetului este neomogen). La închiderea și deschiderea circuitului bobinei A (vezi Fig. 120), inducerea câmpului magnetic creat de această bobină s-a schimbat din cauza unei modificări a intensității curentului în ea.

Atunci când circuitul de sârmă s-a rotit într-un câmp magnetic (vezi Fig. 121, a) sau magnetul în raport cu circuitul (vezi Fig. 121, b "), fluxul magnetic s-a modificat din cauza unei modificări a orientării acestui circuit în raport cu la liniile de inducție magnetică.

În acest fel,

• cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde în zona delimitată de un conductor închis, în acest conductor apare un curent electric, care există în timpul întregului proces de modificare a fluxului magnetic

Acesta este fenomenul de inducție electromagnetică.

Descoperirea inducției electromagnetice este una dintre cele mai remarcabile realizări științifice ale primei jumătatea anului XIXîn. A provocat apariția și dezvoltarea rapidă a ingineriei electrice și radio.

Pe baza fenomenului de inducție electromagnetică, au fost create generatoare puternice de energie electrică, la dezvoltarea cărora au participat oameni de știință și tehnicieni. tari diferite. Printre aceștia s-au numărat și compatrioții noștri: Emil Khristianovici Lenz, Boris Semyonovich Jacobi, Mihail Iosifovich Dolivo-Dobrovolsky și alții care au avut o mare contribuție la dezvoltarea ingineriei electrice.

Întrebări

1. Care a fost scopul experimentelor descrise în figurile 119-121? Cum au fost realizate?
2. În ce condiție în experimente (vezi Fig. 119, 120) a apărut un curent de inducție într-o bobină închisă la un galvanometru?
3. Care este fenomenul inducției electromagnetice?
4. Care este importanța descoperirii fenomenului de inducție electromagnetică?

Exercițiul 36

1. Cum se creează un curent de inducție pe termen scurt în bobina K 2 prezentată în Figura 118?
2. Inelul de sârmă este plasat într-un câmp magnetic uniform (Fig. 122). Săgețile reprezentate lângă inel arată că în cazurile a și b inelul se mișcă rectiliniu de-a lungul liniilor de inducție a câmpului magnetic, iar în cazurile c, d și e se rotește în jurul axei OO. „În care dintre aceste cazuri poate un curent de inducție. apar in ring?

Scopul lucrării: Studierea fenomenului de inducție electromagnetică.
Echipament: miliampermetru, bobină, magnet arcuat, sursă de alimentare, bobină cu miez de fier dintr-un electromagnet pliabil, reostat, cheie, fire de legătură, model de generator de curent electric (unul pe clasă).
Instructiuni de lucru:
1. Conectați bobina-bobina la clemele miliametrului.
2. Urmăriți citirile miliampermetrului, aduceți unul dintre polii magnetului la bobină, apoi opriți magnetul pentru câteva secunde, apoi aduceți-l din nou mai aproape de bobină, alunecându-l în ea (Fig. 196). Notați dacă în bobină a apărut un curent de inducție în timpul mișcării magnetului față de bobină; în timpul opririi sale.

Notați dacă fluxul magnetic Ф, care pătrunde în bobină, s-a modificat în timpul mișcării magnetului; în timpul opririi sale.
4. Pe baza răspunsurilor dumneavoastră la întrebarea anterioară, trageți și notați concluzia în ce condiții a apărut un curent de inducție în bobină.
5. De ce s-a schimbat fluxul magnetic care pătrunde în această bobină când magnetul s-a apropiat de bobină? (Pentru a răspunde la această întrebare, amintiți-vă, în primul rând, de ce mărimi depinde fluxul magnetic Ф și, în al doilea rând, este același
dacă modulul vectorului de inducție B al câmpului magnetic al unui magnet permanent în apropierea acestui magnet și departe de acesta.)
6. Direcția curentului în bobină poate fi judecată după direcția în care acul miliampermetrului se abate de la diviziunea zero.
Verificați dacă direcția curentului de inducție în bobină va fi aceeași sau diferită atunci când același pol al magnetului se apropie de el și se îndepărtează de acesta.

4. Apropiați polul magnetului de bobină cu o astfel de viteză încât acul miliampermetrului se abate cu cel mult jumătate din valoarea limită a scalei sale.
Repetați același experiment, dar cu o viteză mai mare a magnetului decât în ​​primul caz.
Cu o viteză mai mare sau mai mică de mișcare a magnetului față de bobină, s-a schimbat mai repede fluxul magnetic Ф care pătrunde în această bobină?
Cu o schimbare rapidă sau lentă a fluxului magnetic prin bobină, puterea curentului în ea a fost mai mare?
Pe baza răspunsului dvs. la ultima întrebare, faceți și notați concluzia despre modul în care modulul de putere a curentului de inducție care apare în bobină depinde de viteza de schimbare a fluxului magnetic Ф care pătrunde în această bobină.
5. Asamblați configurația pentru experiment conform Figura 197.
6. Verificați dacă există un curent de inducție în bobina 1 în următoarele cazuri:
a) la închiderea și deschiderea circuitului în care este inclusă bobina 2;
b) la trecerea prin bobina 2 curent continuu;
c) cu creșterea și scăderea puterii curentului care circulă prin bobina 2, prin deplasarea cursorului reostatului în partea corespunzătoare.
10. În care dintre cazurile enumerate la paragraful 9 se modifică bobina de pătrundere a fluxului magnetic 1? De ce se schimba?
11. Observați apariția curentului electric în modelul generatorului (Fig. 198). Explicați de ce apare un curent de inducție într-un cadru care se rotește într-un câmp magnetic.
Orez. 196