11 класс Урок №11 Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции.

11 класс
Урок №11
Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции.
Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля.
Почему эта тема важна?
«Превратить магнетизм в электричество», написал в своём дневнике Майкл Фарадей в 1821 году
Электрический ток действует на магнитную стрелку – установил опытно
Эрстед в 1820 году, значит электрическое и магнитное поля взаимосвязаны.
Но этот опыт раскрывает лишь одну сторону взаимосвязи – порождение
магнитного поля электрическим током. А возможна ли обратная связь? –
поставил перед собой вопрос М. Фарадей, записав в своём дневнике:
«Превратить магнетизм в электричество». Поиски Фарадея длились с 1821 по
1831 год. Он проделал большую работу и проявил изобретательность,
настойчивость и упорство, пока получил электрический ток с помощью
магнитного поля.
Открытие М. Фарадея имеет огромное значение для всего человечества.
Это выражено в словах Гельмгольца: «Пока люди будут пользоваться
благами электричества, они будут помнить имя Фарадея». Генераторы
электростанций мира работают по принципу открытия Фарадея.
Изложение нового материала.
Эл. поле
 Маг. поле
Маг. поле  Эл. поле
29 августа 1831 год – открытие явления электромагнитной индукции М.
Фарадеем.
Опыты Фарадея (одновременно с Колладоном): катушка, магнит и
гальванометр. 10 лет работал Фарадей над превращением магнитного поля в
электричество. Суть его опытов описана на стр. 119 и 120 ваших учебников.
Электромагнитная индукция («индуцировать» - наводить) – это
возникновение электрического тока с помощью переменного магнитного
поля, т.е. при меняющемся потоке линий магнитной индукции. Именно это
явление лежит в основе работы генераторов электростанций.
3 способа получения электрического тока с помощью магнитного поля
 путём перемещения проводника в магнитном поле;
 путём перемещения источников магнитного поля относительно
неподвижного проводника;
 путём изменения магнитного поля за счёт изменения силы тока.
При любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур
проводника, в нём возникают сторонние силы, характеризуемые
электродвижущей силой индукции. Если контур замкнут, то в нём возникает
ток, называемый индукционным.
Опыты Фарадея показали, что сила индукционного тока в контуре
пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность,
ограниченную контуром. Ток появляется при наличии сторонних сил, а
работа этих сторонних сил – это и есть ЭДС индукции (энергетическая
характеристика индукционного эл. поля)
ЭДС è = -
Ô
t
ЭДС индукции равна по модулю скорости изменения магнитного потока
через площадь контура проводника.
В этом и состоит суть закона электромагнитной индукции.
Для катушки, состоящей из N витков, помещённой в переменное маг.
поле, ЭДС индукции будет в N раз больше:
ЭДС è = - N
Ô
t
Знак «минус» указывает на то, что ЭДС индукции и изменение
магнитного потока через контур имеют разные знаки, согласно правилу
Ленца. Т.о. увеличение магнитного потока, пронизывающего контур,
приводит к возникновению индукционного тока направленного так, что
созданный им магнитный поток препятствует дальнейшему увеличению
первоначального магнитного потока. Напротив, при уменьшении магнитного
потока маг. поле индукционного тока внутри катушки усиливает
первоначальный магнитный поток. Математическое выражение правила
Ленца и состоит в знаке «минус».
Опыт: лампочка после выключения на мгновение вспыхивает ярким
светом. Почему это происходит? После размыкания ключа ток уменьшается,
т.е. маггнитное поле ослабевает. При этом происходит процесс
самоиндукции, благодаря которому создаётся кратковременная, но довольно
значительная ЭДС, под действием которой через лампочку протекает в
течение очень короткого времени большой ток, заставляющий лампочку
вспыхнуть.
Самоиндукция – это явление возникновения сторонних сил в проводящем
контуре при изменении маг. поля, созданного изменяющимся током в этом
же проводнике.
ЭДС ñè = - L
I
t
ЭДС самоиндукции равна скорости изменения силы тока с
противоположным знаком.
L – индуктивность (характеристика катушки, зависящая от размеров
катушки, густоты обмотки, а так же от маг. свойств сердечника)
L=
 o N 2 S
l
 - магнитная проницаемость;
 o - магнитная постоянная;  o = 1,257  10 6 Гн/м
N – количество витков катушки;
S – площадь поперечного сечения проводника;
l – длина провода в катушке.
L = 1Гн (генри)
Генри – это индуктивность проводника, в котором возникает ЭДС
самоиндукции 1 вольт при изменении силы тока в нём на 1 ампер за 1
секунду.
Энергия магнитного поля катушки с током:
W ìàã =
LI 2
2
Wìàã  = 1 Дж (джоуль)
Закрепление материала. Решение задачи.
1). В обмотке на стальном сердечнике с площадью поперечного сечения
100 см 2 в течение 0,01с возбуждается ЭДС индукции 150 В при изменении
магнитной индукции от 0,3 Тл до 1,3 Тл. Сколько витков провода в данной
обмотке?
Дано
СИ
Решение
2
S = 100 см
Домашнее задание
Выучить параграф 27, 28, 30,31; решить задачу упр. 17 №1 (стр. 136).