Проект выполнила: Руководитель проекта: учитель физики МБОУ ООШ № 66 г. Томска
advertisement
Проект выполнила: учитель физики МБОУ ООШ № 66 г. Томска Гринева Мария Николаевна Руководитель проекта: доцент кафедры общей и экспериментальной физики ФФ ТГУ к.п.н. Михайличенко Юрий Павлович План Реферативный обзор по теме «Электромагнитная индукция». В чем состоит явление электромагнитной индукции? Изменение каких физических величин может привести к изменению магнитного потока? В каком случае направление индукционного тока считается положительным, а в каком отрицательным? Сформулировать закон электромагнитной индукции. Записать его математическое выражение. Использование явления электромагнитной индукции в нашей жизни Демонстрация магнитного торможения. Опыт Эрстеда Ханс Кристиан Эрстед 14. 08. 1777 — 09. 03. 1851 1820 год В проекте рассматривается как “Превратить магнетизм в электричество”. Эти слова записал Фарадей в своем дневнике в 1821г. И только через 10 лет он смог решить эту задачу. Ученик заново открывает, то, что Фарадей не мог открыть 10 лет. Фарадей не мог понять одного: что только движущийся магнит вызывает ток. Покоящийся магнит не вызывает в ней тока. Ученик повторят опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление электромагнитной индукции. Проблемные вопросы: • Какова причина возникновения индукционного тока при движении контура в постоянном магнитном поле? • Какова причина возникновения индукционного тока в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле? Явление электромагнитной индукции открыто Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года Оборудование: Миллиамперметр Катушка Катушка-моток Реостат Магнит Ключ Источник питания Генератор тока Магнитный поток — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией. Опыты Фарадея 1. Соберите цепь, состоящую из катушки и миллиамперметра. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока. 2. Вынимайте магнит из катушки. Изменилось ли направление индукционного тока? 3. Возникнет ли индукционный ток. Когда магнит покоится относительно катушки. Как это можно Опыты Фарадея Закрепите магнит в штативе. Повторите опыт, перемещая катушку вдоль магнита. Как направление тока зависит от направления движения катушки? 5. Приближайте катушку к полюсу магнита с такой скоростью, чтобы стрелка гальванометра (миллиамперметра) отклонялась не более, чем на половину предельного значения его шкалы. 6. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения катушки, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения катушки 4. Магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку менялся быстрее? 5. Приближайте катушку к полюсу магнита с такой скоростью, чтобы стрелка гальванометра (миллиамперметра) отклонялась не более, чем на половину предельного значения его шкалы. Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения катушки, чем в первом случае. При большей или меньшей скорости движения катушки Магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку менялся быстрее? В каком случае возникал больший по модулю ток? Запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока от скорости изменения магнитного потока. 6. Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, второй катушки , реостата и ключа. Расположите 1-ую катушку рядом со 2-ой так, чтобы часть её входила во 2-ую катушку. А) Проверьте, возникает ли индукционный ток в 1-ой катушке при замыкании и размыкании цепи 2-ой катушки? Б) Замкните цепь. Проверьте возникает ли индукционный ток в 1-ой катушке, если силу тока во 2-ой катушке изменять с помощью реостата. Какое направление имеет индукционный ток при возрастании силы тока во 2-ой катушке? При убывании силы тока во 2-ой катушке? Правило Ленца электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток. Эмилий Христианович Ленц 24. 02. 1804 —10. 02. 1865 Алюминиевое кольцо с разрезом Сплошное алюминиевое кольцо Кольцо и магнит обращены друг к другу одноименными полюсами Кольцо и магнит обращены друг к другу разноименными полюсами Взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита Главные выводы Правило Ленца: электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток. Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем. Генератор тока Уже второй век человечество использует электрический ток в промышленных масштабах. Однако к 70-м годам 19 столетия в основных чертах уже был разработан генератор, пригодный для промышленного производства дешевой электроэнергии. В его разработке принимали участие ученые и техники разных стран. С помощью этого генератора механическая энергия превращается в электрическую. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы индукционных генераторов электрического тока, на которые приходится практически вся вырабатываемая в мире электроэнергия. Трансформатор П. Н. Яблочков 26. 09. 1847 — 31. 03. 1894 Трансформатор — устройство, служащее для преобразования силы и напряжения переменного тока при неизменной частоте. Первый трансформатор был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н.Яблочковым и усовершенствован в 1882 году другим русским ученым И.Ф.Усагиным. Вихревые токи Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля. Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами. Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольце. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца они выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их. Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это свойство используется для демпфирования подвижных частей гальванометров, сейсмографов и т. п., а также в некоторых конструкциях поездов для торможения. На основе открытого явления электромагнитной индукции Фарадей сумел дать научное объяснение явлению Араго. Фарадей совершенно правильно указал, что при вращении медного диска в поле постоянного магнита в диске наводятся токи. Эти токи взаимодействуют с магнитом известным из электродинамики образом. Поскольку индукция имеет место только при взаимных перемещениях проводников и магнитов, то становится совершенно ясным, почему медный диск и магнит не взаимодействуют в состоянии покоя. Магниторельсовые тормоза При торможении в специальные пневматические цилиндры подвески башмаков поступает сжатый воздух, таким образом преодолевается сопротивление пружин подвески и башмаки прижимаются к рельсам. Одновременно с этим на катушки индуктивности с аккумуляторной батареи подаётся электрический ток, и вокруг башмаков образуется магнитный поток, направление которого поперечно оси рельса. В результате за счет сил самоиндукции происходит прижатие каждого тормозного башмака к рельсам. Сила их прижатия через силу трения преобразуется в тормозную силу, которая через башмаки и специальные упорные кронштейны передаётся на тележку вагона или локомотива, и далее всему поезду. Индукционный нагрев и индукционная плавка металлов Индукционные плавильные печи используют при производстве литья, в том числе фасонного, из стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. Индукционный нагрев используют для поверхностной закалки железных изделий, сквозного нагрева под пластическую деформацию (ковку, штамповку, прессование и т. д.), плавления металлов, термообработки (отжиг, отпуск, нормализация, закалка), сварки, наплавки, пайки металлов. Устройство индукционного электросчетчика Схема устройства счетчика электронной энергии: 1 — обмотка тока, 2 — обмотка напряжения, 3 — червячный механизм, 4 — счетный механизм, 5 — дюралевый диск, б — магнит для притормаживания диска. Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов делает усилие, под действием которого диск крутится. Последний связан со счетным механизмом, учитывающим частоту вращения диска, т.е. расход электронной энергии. Демонстрация магнитного торможения Скорость движения цилиндра и магнита в медной трубке различна, что подтверждает наличие магнитного торможения при движении магнита в трубке. Литература: М. Фарадей «Экспериментальные исследования по электричеству». Том 1. М.- Л. Издательство академии наук СССР. 1947. Большой энциклопедический словарь. Физика. М., Научное издательство «Большая Российская энциклопедия». 1998. Бубликов С.В. Методологические основы вариативного построения содержания обучения физике в средней школе.: Дисс. … д.п.н.,- СПб, 2000. Магниторельсовый тормоз // Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Гл. ред. Н. С. Конарев. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — С. 222. — ISBN 5-85270115-7. Асадченко В. Р. 7.2. Магниторельсовые тормоза // Автоматические тормоза подвижного состава: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. H. Oostenetal. Glasers Рельсовый тормоз на постоянных магнитах // Annalen. — 1997. — № 12. — P. 613-617.
