Меню

При перемещении магнита в катушке постоянного тока в ней возникает электрический ток это явление

§ 8. Открытие электромагнитной индукции

Электромагнитная индукция

До сих пор мы рассматривали электрические и магнитные поля, не изменяющиеся с течением времени. Было выяснено, что электростатическое поле создается неподвижными заряженными частицами, а магнитное поле — движущимися, т. е. электрическим током. Теперь познакомимся с электрическими и магнитными полями, которые меняются со временем.

Самый важный факт, который удалось обнаружить, — это теснейшая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями. Оказалось, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле — магнитное. Без этой связи между полями разнообразие проявлений электромагнитных сил не было бы столь обширным, каким оно наблюдается на самом деле. Не существовало бы ни радиоволн, ни света.

Открытие электромагнитной индукции

В 1821 г. М. Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена.

Не случайно первый, решающий шаг в открытии новых свойств электромагнитных взаимодействий сделан основоположником представлений об электромагнитном поле М. Фарадеем, который был уверен в единой природе электрических и магнитных явлений. Благодаря этому он и сделал открытие, вошедшее в основу устройства генераторов всех электростанций мира, превращающих механическую энергию в энергию электрического тока. (Источники, работающие на других принципах: гальванические элементы, аккумуляторы и пр., — дают ничтожную долю вырабатываемой электрической энергии.)

индукционный ток возникает при изменении силы тока

Электрический ток, рассуждал М. Фарадей, способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит, в свою очередь, вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось. Трудно было додуматься до главного, а именно: движущийся магнит, или меняющееся во времени магнитное поле, может возбудить электрический ток в катушке.

Какого рода случайности могли помешать открытию, показывает следующий факт. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. В ходе работы он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда Колладон вводил магнит, надеясь получить в ней ток, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывает тока. Стоило бы ему все время наблюдать за гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Это явление было открыто 29 августа 1831 г. Редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна так точно!

Сначала Фарадеем была открыта электромагнитная индукция в неподвижных относительно друг друга проводниках при замыкании и размыкании цепи. Затем, ясно понимая, что сближение или удаление проводников с током должно приводить к тому же результату, что и замыкание и размыкание цепи, Фарадей с помощью опытов доказал: ток возникает при перемещении катушек относительно друг друга. Знакомый с трудами Ампера, Фарадей понимал, что магнит — это совокупность маленьких токов, циркулирующих в молекулах. 17 октября, как зарегистрировано в его лабораторном журнале, был обнаружен индукционный ток в катушке во время введения (или удаления) магнита.

В течение одного месяца Фарадей опытным путем установил все главные особенности явления электромагнитной индукции. В настоящее время опыты Фарадея может повторить каждый. Для этого надо иметь две катушки, магнит, батарею элементов и достаточно чувствительный гальванометр.

В установке, изображенной на рисунке 2.1, а, индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания или размыкания электрической цепи другой катушки, неподвижной относительно первой. В других опытах индукционный ток возникает при изменении силы тока в одной из катушек с помощью реостата (рис. 2.1, б), при движении катушек относительно друг друга (рис. 2.2, а), при движении постоянного магнита относительно катушки (рис. 2.2, б).

Явление электромагнитной индукции

Уже сам Фарадей заметил то общее, от чего зависит появление индукционного тока в опытах, которые поставлены по-разному.

В замкнутом проводящем контуре возникает ток при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную этим контуром.

Читайте также:  Определите амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока если ее действующее значение 14а

изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле

И чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше возникающий индукционный ток. При этом причина изменения числа линий магнитной индукции не существенна. Это может быть и изменение числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную неподвижным проводящим контуром, вследствие изменения силы тока в соседней катушке (см. рис. 2.1, б), и изменение числа линий индукции вследствие движения контура в неоднородном магнитном поле, густота линий которого меняется в пространстве (рис. 2.3).

В проводящем замкнутом контуре возникает электрический ток, если контур находится в переменном магнитном поле или движется в постоянном во времени магнитном поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Вопросы к параграфу

1. В чем главное отличие переменных электрических и магнитных полей от постоянных?

2. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

3. Как должен двигаться замкнутый проводящий контур в однородном магнитном поле, не зависящем от времени: поступательно или вращательно, чтобы в нем возник индукционный ток?

Источник

Административная контрольная работа по физике за 1-ю четверть в 11 кл

Административная контрольная работа по физике за 1-ю четверть. 11 класс

1. При перемещении магнита в катушке постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Это явление называется .

а) электростатической индукцией; б) магнитной индукцией; в) индуктивностью г) самоиндукцией;

д) электромагнитной индукцией;

2. Плоский виток провода площадью S расположен в однородном магнитном поле с индукцией В, угол между вектором В и нормалью к плоскости витка равен α. Магнитный поток через виток равен:

a) B·S; б ) B·S·ctgα; в ) B·S·tgα; г ) B·S·cosα; д ) B·S·ctgα. hello_html_m5d2ce2bb.png

3. Две катушки медного провода намотаны на общий железный сердечник и изолированы друг от друга. Зависимость силы тока от времени в первой катушке представлена на графике. Во второй катушке возникает ЭДС индукции в интервалы времени .

а) только 0-1; б) только 1-2; в) только 2-4; г) 1-4; д) 0-1 и 2-4.

4. Скоростью изменения магнитного потока через контур определяется .

а) ЭДС индукции; б) магнитная индукция; в) индуктивность контура; г) ЭДС самоиндукции;

д) электрическое сопротивление контура.

5. Единицу измерения индуктивности называют .

а) Вольт; б) Генри; в) Тесла; г) Вебер; д) Фарад.

6. Чему равен магнитный поток Ф через контур площадью ∙10 -3 м 2 в однородном магнитном поле с индукцией В , равной 20Тл, если угол между вектором индукции В и нормалью к плоскости контура равен 45°?

а) · 10 Вб; б) 10 Вб; в) 2·10 -2 Вб; г) 10 -1 Вб; д) Вб.

7. По катушке индуктивностью 5 Гн течет ток, равный 100 мА. Какова энергия магнитного поля катушки?

а) 500 Дж; б) 2,5·10 -2 Дж; в) 20·10 -2 Дж; г) 5·10 -5 Дж; д) 2,5·10 3 Дж

8. Каким из записанных ниже выражений определяется ЭДС индукции в замкнутом контуре?

а ) ∆ Ф / ∆t; б ) L·I; в ) (L·I 2 ) / 2; г ) B·S·cosα; д ) B·n·S

9. Магнитный поток через контур за 1 с равномерно уменьшился от 10 мВб до 5 мВб. Каково значение ЭДС в контуре за это время?

а) 5·10 -3 В; б) 5 В; в) 10 В; г) 0,02 В; д) 0,05 В.

10. Колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия и предоставленные самой себе, называются .

а) вынужденными колебаниями; б) гармоническими колебаниями; в) свободными колебаниями;

г) резонансом; д) модуляцией.

11. Период свободных колебаний в контуре равен:

а) ; б) L · C · cosα ; в) LI 2 ; г) BI -2 ; д) ω 2 g .

12. Заряд конденсатора в колебательном контуре изменяется по закону q=10 -4 ∙ sin 50,24t. Максимальный заряд конденсатора равен…

а) 0. б) 10 -4 Кл. в) 50,24 Кл. г) 50,24∙10 -4 Кл.

13. Частица массой m , несущая заряд q , движется в однородном магнитном поле с индукцией В по окружности радиусом R со скоростью v . Как изменится радиус траектории, период обращения и кинетическая энергия частицы при уменьшении скорости ее движения ?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

14 . Конденсатор колебательного контура подключен к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после переведения переключателя К в положение 2 в момент времени t = 0 .

Читайте также:  Разность токов по фазам электродвигателя

Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

hello_html_bed1302.jpg

заряд левой обкладки конденсатора

энергия электрического поля конденсатора

сила тока в катушке

энергия магнитного поля катушки

Административная контрольная работа по физике за 1-ю четверть. 11 класс

1. Если из катушки вынимают постоянный магнит, то в ней возникает электрический ток. Это явление называется .

а) электростатической индукцией; б) магнитной индукцией; в) самоиндукцией; г) электромагнитной индукцией; д) индуктивностью.

2. Плоский виток провода площадью S расположен в однородном магнитном поле с индукцией В, угол между вектором В и плоскостью витка равен α. Магнитный поток через виток равен:

a) B·S; б ) B·S·cosα; в ) B·S·tgα; г ) (B·S)sinα; д ) (B·S) / cosα; hello_html_1826a7b5.png

3. Две катушки медного провода намотаны на общий железный сердечник и изолированы друг от друга. Зависимость силы тока от времени в первой катушке представлена на графике. Во второй катушке возникает ЭДС индукции в интервалы времени .

а) только 0-1; б) только 1-2; в) только 2-4; г) 0-1 и 2-4; д) 1-4.

4. ЭДС индукции в контуре определяется .

а) магнитной индукцией в контуре; б) магнитным потоком через контур; в) индуктивностью контура;

г) электрическим сопротивлением контура; д) скоростью изменения магнитного потока через контур.

5. Единицу измерения магнитного потока называют .

а) Тесла; б) Вебер; в) Джоуль; г) Ньютон; д) Фарад.

6. Чему равен магнитный поток Ф через контур площадью 20 см 2 в однородном магнитном поле с индукцией В , равной 40 Тл, если угол между вектором индукции В и нормалью к плоскости контура равен 60°?

а) 4 Вб; б) 4·10 -3 Вб; в) 10Вб; г) 10π Вб; д) 4 ·10 -2 Bб.

7. По катушке индуктивностью 8 Гн течет ток, равный 0,1А. Какова энергия магнитного поля катушки?

а) 500 Дж; б) 4·10 -2 Дж; в) 8·10 2 Дж; г) 4·10 2 Дж; д) 40·10 -2 Дж

8. Каким из записанных ниже выражений определяется энергия магнитного поля тока?

а ) (L·I 2 ) / 2; б ) LI; в ) ∆ Ф / ∆t; г ) B·S·cosα; д ) B·n·S

9. Магнитный поток через контур за 2 с равномерно уменьшился от 20 мВб до 10 мВб. Каково значение ЭДС в контуре за это время?

а) 5·10 -3 В; б) 5 В; в) 10 В; г) 0,02 В; д) 0,05 В.

10. Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются .

а) электромагнитной индукцией; б) электромагнитными колебаниями; в) электрическим током;

г) самоиндукцией; д) электромагнитным потоком.

11. Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, записывается в следующем виде:

а ) Ф =B·S·cosα; б) ∆ Ф / ∆t; в ) q»=-q / (LC); г) (L·I 2 ) / 2; д) B·S·cosα;

12. Сила тока в колебательном контуре изменяется по закону i =0,01 cos 5πt. Амплитуда силы тока в контуре равна…

а) 0. б) 5π А. в) 0,01А. г) 5π∙0,01А.

13 . Частица массой m , несущая заряд q , движется в однородном магнитном поле с индукцией В по окружности радиусом R со скоростью v . Что произойдет с радиусом орбиты, периодом обращения и кинетической энергией частицы при увеличенни заряда частицы , если ее скорость не изменилась?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

14 . Конденсатор колебательного контура подключен к источнику постоянного напряжения (см. рисунок). Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после переведения переключателя К в положение 2 в момент времени t = 0.

Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Источник

Электромагнитная индукция.

1831 г. — М. Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает так называемый индукционный ток. (Индукция, в данном случае, — появление, возникновение).

Электромагнитная индукция

Индукционный ток в катушке возникает при

перемещении постоянного магнита относительно катушки;

Читайте также:  Физика как рассчитать силу тока

при перемещении электромагнита относительно катушки;

при перемещении сердечника относительно электромагнита, вставленного в катушку;

при регулировании тока в цепи электромагнита;

при замыкании и размыкании цепи

Появление тока в замкнутом контуре при изменении магнит­ного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции).

Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля (потока), пронизывающего контур, назы­вается электромагнитной индукцией.

Или: явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля (потока), называется электромагнитной индукцией.

Появление тока в замкнутом контуре при изменении магнит­ного поля, пронизывающего контур, свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции)

Закон электромагнитной индукции

При всяком изменении магнитного потока через проводящий замкнутый контур в этом контуре возникает электрический ток. I зависит от свойств контура (сопротивление): При всяком изменении магнитного потока через проводящий замкнутый контур в этом контуре возникает электрический ток. I зависит от свойств контура (сопротивление). e не зависит от свойств контура: Закон электромагнитной индукции.

ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром.

Закон электромагнитной индукции

Основные применения электромагнитной индукции: генерирование тока (индукционные генераторы на всех электростанциях, динамомашины), трансформаторы.

Правило Ленца

Возникновение индукционного тока — следствие закона сохранения энергии!

В случае 1: При приближении магнита, увеличении тока, замыкании цепи: ; Магнитный поток Ф ­ → ΔФ>0 .Чтобы компенсировать это изменение (увеличение) внешнего поля, необходимо магнитное поле, направленное в сторону, противоположную внешнему полю: , где — т.н. индукционное магнитное поле.

В случае 2: при удалении магнита, уменьшении тока, размыкании цепи: . Магнитный поток ФΔФ . Чтобы компенсировать это изменение (уменьшение), необходимо магнитное поле, сонаправленное с внешним полем: .

Источником магнитного поля является ток. Поэтому:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсиро­вать то изменение потока магнитной индукции, которое вызывает данный ток (правило Ленца).

Ток в контуре имеет отрицательное направление (),еслипротивоположно (т.е. ΔΦ>0). Ток в контуре имеет положительное направление (), если совпа­дает с , (т.е. ΔΦ ).

Поэтому с учетом правила Ленца (знака) выражение для закона электромагнитной индукции записывается: .

Данная формула справедлива для СИ (коэффициент пропорциональности равен 1). В других системах единиц коэффициент другой.

Если контур (например, катушка) состоит из нескольких витков, то Если контур (например, катушка) состоит из нескольких витков,,

где n – количество витков. Все предыдущие формулы справедливы в случае линейного (равномерного) изменения магнитного потока. В произвольном случае закон записывается через производную: , где e – мгновенное значение ЭДС индукции.

Источник



При перемещении магнита в катушке постоянного тока в ней возникает электрический ток это явление

После того как Эрстед обнаружил, что электрические токи создают магнитные поля, было много попыток обнаружить обратный эффект. Может ли сильное магнитное поле вызвать каким-либо образом электрический ток? Исследователи, помещая проводники разной формы и разной природы в магнитные поля, с помощью чувствительных приборов пытались обнаружить слабые токи, которые могли бы при этом возникнуть. Но все попытки заканчивались неудачей. И только в 1831 г. Майклом Фарадеем было сделано одно из наиболее фундаментальных открытий в электродинамике – он доказал явление электромагнитной индукции. Оно заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, который называется индукционным током.

Рассмотрим некоторые опыты, иллюстрирующие явление электромагнитной индукции. Воспользуемся катушкой с большим числом витков, концы которой присоединены к чувствительному гальванометру (рис. 6.1а). При перемещении внутри катушки постоянного магнита стрелка гальванометра отклоняется, то есть в катушке возникает электрический ток (рис. 6.1б). Как только магнит останавливается, ток исчезает (рис. 6.1в). Если магнит движется в обратном направлении, в катушке снова возникает электрический ток, но направление тока будет противоположно первому (рис. 6.1г). Ток возникает и в том случае, когда движется катушка, а магнит находится в покое.

Таким образом, ток возникает только тогда, когда проводники и магнитные поля находятся в относительном движении, причем при сближении катушки и магнита и при удалении их друг от друга возникающие токи имеют противоположные направления. Кроме того, сила индукционного тока тем больше, чем больше скорость относительного движения магнита и катушки. Вместо магнита можно взять другую катушку, соединенную с источником тока. И вновь при вдвигании одной катушки в другую или выдвигании катушки гальванометр будет регистрировать электрический ток. Если катушки неподвижны относительно друг друга, то ток не возникает.

Источник