Site Loader

Содержание

Интерактивный образовательный ресурс «Электромагнитные явления»

Содержание слайда

Управляющие кнопки

Титульный слайд

Название образовательного ресурса, баннер портала, ФИО автора.

На ФИО автора настроена гиперссылка, которая ведёт на слайд 73 «визитная карточка».

Переход на следующий слайд настроен по щелчку.

Объект SmartArt представляет содержание образовательного ресурса

По страницам учебника

На службе человека

В свободную минуту

Переход по разделам в произвольном порядке

 На каждый раздел информации настроена гиперссылка. По щелчку на название раздела происходит переход на распределительные слайды. Гипрессылка По страницам учебника – переход на распределительный слайд 3. Гипрессылка На службе человека – переход на распределительный слайд 21. Гиперссылка В свободную минуту – переход на слайд 61.

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд 74 «Информационные источники».

По щелчку на управляющую кнопку  – выход из режима показа слайда.

По страницам учебника

Объект SmartArt представляет распределительный слайд:

Из истории физики

Структурно-логическая схема темы «Электромагнитные явления»

Проверьте знания

Игра «Графическое изображение магнитного поля»

Переход по разделам, на которые настроены гиперссылки, в произвольном порядке.

На каждый раздел информации настроена гиперссылка. По щелчку на название раздела происходит переход на слайды соответствующей тематики.

Гиперссылка Из истории физики – переход на слайд 4.

Гиперссылка Структурно-логическая схема темы «Электромагнитные явления»

– переход на слайд 14.

Гиперссылка Проверьте знания

– переход на слайд 38.

Гиперссылка Игра «Графическое изображение магнитного поля» – переход на слайд 46.

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Содержание.

Лента времени

На даты установлены гиперссылки.

Переход по датам в произвольном порядке.

Учитель:

«Рассмотрим начало изучения электромагнитных явлений, используя ленту времени. Первые упоминания о магнитах в IV веке до нашей эры. Далее изучение, систематизирование знаний и создание теории электромагнитных явлений».

На каждую дату настроена гиперссылка. По щелчку на дату происходит переход на слайд с основными знаниями об электромагнитных явлениях на данный момент времени.

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд По страницам учебника

Дата

VI веке до нашей эры – переход на слайд 5

Дата 1269 год – переход на слайд 6

Дата 1600 год – переход на слайд 7

Дата 1820 год – переход на слайд 8

Дата 1825 год – переход на слайд 11

Дата 1831 год – переход на слайд 12

Дата 1852год – переход на слайд 13.

Первые упоминания о магнитах

Информационный материал.

Учитель:

«Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто магнитом. Но известно и другое предание о том, что слово «магнит» произошло от названия местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в IV веке до нашей эры греческий физик и философ Фалес Милетский. Он писал о «душе магнита». Свойства магнитов описывали и пытались объяснять также Анаксагор, Эмпедокл, Демокрит, Эпикур и другие. Тит Лукреций Кар в своём сочинении «О природе вещей» описал «бушующее движение железных опилок и колец», производимое магнитом».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

Первые научные попытки описания свойств магнита

Информационный материал.

Учитель:

«Первое научное изучение свойств магнита предпринято в XII веке в трактате Пьетро Перегрино из Марикура. Работа «Послание о магните Пьера де Марикур, по прозванию Перегрина, к рыцарю Сигеру де Фукокур» представляет собой письмо, написанное в военном лагере. Пьетро Перегрино

впервые ввёл обозначение полюсов (северного и южного), описал взаимодействие (притяжение и отталкивание), указал на невозможность отделения полюсов, на потерю магнетизма при нагревании, установил факты намагничивания железа на расстоянии».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

Сочинение «О магните»

Информационный материал.

Учитель:

«Вильям Гильберт родился в 1540 г. Став доктором медицины. Свою первую работу написал о магнитах. К известным уже фактам Гильберт добавил важные наблюдения: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании, попытался объяснить земной магнетизм. Изготовив из магнетита шар-терреллу («маленькую Землю»), Гильберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам сильно напоминает Землю. У терреллы так же, как и терры (Земли), оказались северный и южный полюсы, экватор, изолинии, магнитное наклонение. Эти свойства позволили Гильберту провозгласить Землю «большим магнитом». Гильберт открыл, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Эта идея была запатентована лишь через 250 лет после смерти Гильберта».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

Установлена взаимосвязь между электричеством и магнетизмом

Информационный материал.

Учитель:

«Датский физик Ганс Христиан Эрстед на лекции попытался продемонстрировать своим ученикам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из слушателей, он был буквально «ошарашен», увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Большой заслугой Эрстеда является то, что он оценил значение своего наблюдения и повторил опыт.

Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включен ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток».

Переход на следующий слайд по щелчку.

Опыты Д.Ф. Араго

Информационный материал.

Учитель:

«Узнав об открытии Эрстеда, французский физик Доминик Франсуа Араго начал серию опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только замкнули электрическую цепь, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Араго рассматривал проводник, по которому течёт ток, как магнит».

Переход на следующий слайд по щелчку.

Опыты А. Ампера по взаимодействию проводников с током

Информационный материал.

Учитель:

«Правильное объяснение явления, наблюдаемого в опыте Араго, было дано после исследований французского физика Андре Ампера. На простом приборе (его стали называть «станком Ампера») учёный доказал, что токи взаимодействуют между собой, подобно магнитам. Ампер убедился, что два параллельных проводника, по которым идёт ток одного направления, взаимно притягиваются, а противоположного – отталкиваются.

Ампер предложил рассматривать магнетизм как явление, обязанное круговым токам. Он считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи.

Стал понятен и опыт Араго со стеклянной трубкой, обмотанной медным проводом. Вдвинутый в неё железный стержень стал магнитом потому, что вокруг него шёл ток. Это был электромагнит».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

В. Стерджен изготовил первый электромагнит

Информационный материал.

Учитель:

«Английский инженер Вильям Стерджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции

Информационный материал.

Учитель:

«В 1820 году Эрстед показал, что протекающий по цепи электрический ток вызывает отклонение магнитной стрелки. Если электрический ток порождает магнетизм, то с магнетизмом должно быть связано появление электрического тока. Эта идея захватила английского учёного Майкла Фарадея. «Превратить магнетизм в электричество», – записал он в 1822 году в своём дневнике. Многие годы настойчиво ставил он различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 года наступил триумф: он открыл явление электромагнитной индукции.

Один из опытов Фарадея: если катушку А с током перемещать относительно катушки В, то в цепи катушки В возникнет ток.

Важнейший закон, который удалось открыть М.Фарадею, состоял в том, что магнитное поле должно быть движущимся, или меняющимся по значению, чтобы возникал электрический ток в цепи, расположенной в этом поле».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

М. Фарадей ввёл понятие магнитного поля

Информационный материал.

Учитель:

«Фарадей исследовал пространство вокруг магнитных полюсов и токов. Покрыв плоский магнит листом бумаги, и насыпав, на него железные опилки, Фарадей наблюдал, как опилки располагались по кривым линиям между обоими полюсами магнита. Учёный предположил, что эти линии не только указывают на направление действия сил в различных точках полученного магнитного поля, но и соответствуют каким-то изменениям в той среде, через которую передаются магнитные действия. Таким образом, в физику было введено понятие магнитного поля».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Лента времени.

На слайде представлена

структурно-логическая схема темы «Электромагнитные явления».

При создании слайдов использован технологический приём «Экран».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Электромагнитные явления» появится в правом нижнем углу слайда текст «Электромагнитные явления обусловлены взаимосвязью между электрическими и магнитными явлениями».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Магнитное поле» появится в правом нижнем углу слайда текст «Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между магнитами и токами».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Свойства» появится в правом нижнем углу слайда текст «1. Создаётся

электрическими токами

и магнитами.2. Обнаруживается по

действию на токи и магниты. 3. С удалением от источника ослабевает».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Действие» появится в правом нижнем углу слайда текст «1. Действует на проводник с током. 2. Действует на

Движущуюся заряженную частицу».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Изображение» появится в правом нижнем углу слайда текст «Осуществляется магнитными линиями – это воображаемые линии, вдоль которых в магнитном поле установились бы оси маленьких магнитных стрелок».

При нажатии на прямоугольник с текстом «Электромагнитная индукция» появится в правом нижнем углу слайда текст «Явление возникновения индукционного тока при изменении числа магнитных линий, пронизывающих замкнутый контур».

Схема составлена исходя из методики изучения темы в школьном курсе физики. В ходе обсуждения схема «наполняется содержанием».

В правой нижней части слайда появляется расшифровка содержания схемы по щелчку по элементу схемы.

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд По страницам учебника.

По страницам учебника

Проверьте знания

Проверьте знания

Назовите учёных и виды магнитных взаимодействий, которые они установили. Портреты учёных соответственно – Гильберт, Эрстед, Ампер.

При создании слайда использован приём «шторка» с анимацией выхода по щелчку. В ходе последовательных щелчков открываются закрытые элементы таблицы.

По щелчку открывается закрытый элемент таблицы.

Переход на следующий слайд по щелчку.

Проверьте знания

Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы.

Слайд создан с использованием анимации перемещения и выхода по щелчку.

По щелчку происходит установление соответствия и исчезновение одного лишнего физического явления.

Переход на следующий слайд по щелчку.

Проверьте знания

Завершите предложения. Представленное задание позволяет повторить материал об электромагнитах.

Слайд создан с использованием анимации перемещения.

По щелчку происходит перемещение соответствующих слов, завершающих предложение.

Переход на следующий слайд по щелчку.

Проверьте знания

Выполнение тестового задания с выбором одного правильного ответа на взаимодействие магнитов.

Слайд создан с использованием триггеров. Настроена анимация выхода на изображения, констатирующие правильность или ошибку выбора.

По щелчку на прямоугольник с вариантом ответа появляется изображение «смайл весёлый» при правильном ответе или «смайл грустный» при неверном ответе.

По щелчку на управляющую кнопку переходим на следующий слайд.

Проверьте знания

Выполнение тестового задания с выбором одного правильного ответа на магнитные свойства вещества.

Слайд создан с использованием триггеров. Настроена анимация «изменение цвета заливки», констатирующая правильность или ошибку выбора.

По щелчку на прямоугольник с вариантом ответа фигура заливается красным цветом при правильном ответе и серым цветом при неправильном ответе.

По щелчку на управляющую кнопку  переходим на следующий слайд.

Проверьте знания

Выполнение тестового задания с выбором одного правильного ответа на определение полюсов магнита по направлению магнитных линий и взаимодействию магнитов.

Настроена анимация «изменение цвета заливки», констатирующая правильность или ошибку выбора.

По щелчку на рисунок при неправильном ответе он пропадает и затем появляется, при правильном ответе полюса магнита и магнитной стрелки окрашиваются.

По щелчку на управляющую кнопку  переходим на следующий слайд.

Проверьте знания

Выполнение тестового задания с выбором одного правильного ответа на определение направления электрического тока и взаимодействию проводников с током.

Слайд создан с использованием триггеров. Настроена анимация выхода на изображения, констатирующие правильность или ошибку выбора.

По щелчку на рисунок появляется изображение «смайл весёлый» при правильном ответе или «смайл грустный» при неверном ответе.

По щелчку на управляющую кнопку  переходим на следующий слайд.

Проверьте знания

Выполнение тестового задания с выбором одного правильного ответа на знание, от каких факторов зависит направление индукционного тока.

Настроена анимация «изменение цвета заливки», констатирующая правильность или ошибку выбора.

По щелчку на прямоугольник с вариантом ответа фигура заливается красным цветом при правильном ответе и серым цветом при неправильном ответе.

По щелчку на управляющую кнопку  переходим на распределительный слайд По страницам учебника.

Игра «Графическое изображение магнитного поля»

На слайдах представлен вариант игры «Лабиринт». Игра создана с использованием триггеров, гиперссылок. По окончании игры предусмотрено поощрение учеников. Это фрагмент мультфильма «Про магнит». Начало просмотра осуществляется щелчком по чёрному полю слайда.

На службе человека

Объект SmartArt представляет распределительный слайд:

На службе человека

Производство электроэнергии

Использование электромагнитных явлений

Переход по разделам, на которые настроены гиперссылки, в произвольном порядке.

На каждый раздел информации настроена гиперссылка. По щелчку на название раздела происходит переход на слайды соответствующей тематики.

Гиперссылка Производство электроэнергии – переход на слайд 22

Гиперссылка Использование электромагнитных явлений – переход на слайд 25.

Производство электроэнергии

Учитель:

«На электростанциях электроэнергию вырабатывают с помощью индукционных генераторов тока, действие которых основано на явлении электромагнитной индукции.

Поместим проволочную рамку между полюсами магнита и каждую сторону рамки соединим своим кольцом. Когда рамка вращается, в ней идёт ток. Вращающаяся рамка в магнитном поле является источником тока. При равномерном вращении рамки сила тока и направление тока будут периодически изменяться – такой ток называют переменным.

С неподвижной рамки, находящейся в переменном магнитном поле можно «снимать ток», не используя скользящие контакты. Это важное преимущество, потому что сопротивление скользящих контактов довольно велико, а значит, на них выделялось бы большое количество».

На слайде появляется увеличенное изображение рисунков. Слайд создан с использованием триггеров, установлена анимация входа и выхода.

Слайд выполнен с помощью триггеров.

Щелчок по левому рисунку — появляется модель генератора переменного тока с неподвижным магнитом и вращающейся рамкой. Щелчок по этому изображению возвращаемся на первоначальное изображение.

Щелчок по правому рисунку – модель генератора переменного тока с неподвижной рамкой и вращающимся магнитом. Щелчок по этому изображению возвращаемся на первоначальное изображение.

По щелчку на управляющую кнопку  переходим на следующий слайд.

Последствия строительства Рыбинской ГЭС

Информационный краеведческий материал.

Переход на следующий слайд по щелчку.

Карта Ярославской области

Учитель:

«Для работы гидроэлектростанций необходимо создать перепад уровней воды. Приходится перегораживать реку высокой плотиной. В результате возникают искусственные моря».

Слайд выполнен с использованием триггеров и анимации появления и выхода.

Слайд выполнен с помощью триггеров.

Щелчок по карте приводит к закрашиванию территории водохранилища.

Щелчок по карте – появление информации о затопленной территории.

Щелчок по тексту информации – возврат к карте ярославской области.

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Электроизмерительные инструменты (магнитоэлектрическая система)

Учитель:

«Принцип работы основан на взаимодействии тока, протекающего по обмотке подвижной катушки, с магнитным полем постоянного магнита. Основные детали: постоянный магнит и подвижная катушка (рамка), по которой проходит ток, пружины. При прохождении тока через рамку возникает вращающий момент, под действием которого подвижная часть прибора поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Учитель:

«Замыкая и размыкая цепь, по которой течёт небольшой ток, можно включать и выключать ток в другой цепи, сила тока в которой значительно больше. Это делают с помощью электромагнитного реле».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Магнитный сепаратор

Учитель:

«В основе работы магнитного сепаратора заложена разница между магнитными свойствами различных компонентов смеси. Суть процесса заключена в том, что из потока общей движущейся смеси выделяются отдельные металломагнитные частицы, которые изменяют свой путь в направлении действия магнитной силы».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Грузоподъёмные магниты

Учитель:

«Грузоподъёмные магниты используются на различных кранах.

Принцип действия:

  • магнит опускают на груз
  • груз, удерживаемый магнитом, переносят на нужное место
  • магнит выключается и груз освобождается».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Магниторезонансный томограф

Учитель:

«Магниторезонансная томография – метод исследования внутренних органов и тканей с помощью магнитного поля».

 

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Магнитотерапевтические приборы

Учитель:

«Магнитотерапевтические приборы

используют магнитное поле в лечебных целях. Один из лечебных эффектов – обезболивающий».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Вагон-дефектоскоп

Учитель:

«Действие вагона-дефектоскопа с магнитными искателями основано на использовании магнитного поля, возникающего в рельсе при намагничивании его движущимся постоянным магнитом. Дефект обнаруживается по изменению индукционных токов и направления движения магнитного потока, обтекающего трещину».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Индукционные печи для плавки металлов

Учитель:

«Индукционный нагрев — это нагревание материалов электрическими токами, которые индуцируются переменным магнитным полем. Электропроводящая заготовка помещается в индуктор, представляющий собой один или несколько витков провода (чаще всего медного). В индукторе с помощью специального генератора наводятся мощные токи различной частоты. В результате чего вокруг индуктора возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле наводит в заготовке вихревые токи. Вихревые токи разогревают заготовку под действием джоулева тепла».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Металлоискатель

Учитель:

 «Принцип работы основан на способности электрической катушки создавать магнитное поле.

Диск на конце металлоискателя и есть металлическая электрическая катушка в пластиковой оболочке. Источник проводит электрический импульс через катушку и создает вокруг неё магнитное поле. Переменное магнитное поле при контакте с металлом создаёт индукционный электрический ток.

Точно также и созданное катушкой магнитное поле, взаимодействуя с горсткой монет (или других металлических предметов), порождает в них электрические потоки, называемые вихревыми, или токами Фуко. В свою очередь эти потоки создают собственное магнитное поле, взаимодействующее с катушкой на конце металлоискателя, создавая обратный изначальному импульсу электрический поток. Датчики фиксируют этот обратный поток и извещают сканирующего о находке с помощью световых или звуковых сигналов».

 

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Кухонные индукционные печи

Учитель:

«Индукционная плита, по сути, является трансформатором. Под поверхностью плиты находится индукционная катушка, по которой течёт переменный ток. При нагреве еды катушка является первичной обмоткой, а посуда – вторичной обмоткой трансформатора. По этой причине сама конфорка – находящееся между посудой и катушкой стекло или керамика, подвергаться нагреву не будет. При работе индукционной плиты нагревается только посуда и пища в ней».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна»

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши»

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Поезд на магнитной подушке

Учитель:

«Поезд держится на одной сплошной монорельсе и как бы охватывает ее своими сильными клешнями, и, по сути, сойти с рельсов не может. Разгоняется поезд как обычный, на колесах, но при достижении 130 км/ч, колеса у поезда постепенно втягиваются, как шасси у авиалайнеров, и дальнейшее движение осуществляется под действием силы магнита, вдоль состава и направляющей монорельсы установлены электромагниты. Новый рекорд на магнитной тяге: поезд разогнали до 581 км/ч».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

Использование электромагнитных явлений

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Циклический ускоритель

Учитель:

«Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы используют в циклических ускорителях заряженных частиц – устройствах, в которых разогнанные электрическим полем почти до скорости света частицы движутся вдоль кольцеобразной трубы. Под действием магнитного поля направление скорости частицы всё время изменяется так, что она движется по окружности. С помощью ускорителей исследуют свойства мельчайших частиц, называемых элементарными частицами».

При создании слайда использован приём «Всплывающие окна».

Настройка действия гиперссылок осуществляется «по наведению указателя мыши».

По щелчку на управляющую кнопку  – переход на распределительный слайд На службе человека.

В свободную минуту


В свободную минуту

Отгадайте загадку

Слайд создан с использованием приёма анимации мозаики.

Используется анимация, переход по щелчку на следующий слайд.

В свободную минуту

Отгадайте загадку

Учитель:

«Предположительно, компас был изобретен еще в III в. до н.э. Тогда компас имел вид магнитной ложки, которая могла вертеться вокруг своей оси, и помещалась в центре прибора, являвшего собой деревянную или медную подставку, на которой ряд делений обозначал части света. Направление, которая указывала ложка, всегда было южным. Первоначальное название компаса: «ложка, управляющая миром».».

Слайд создан с использованием анимации выхода.

Используется анимация, переход по щелчку на следующий слайд.

В свободную минуту

На слайде расположен объект SmartArt. Используется анимация появления по щелчку.

Используется анимация, переход по щелчку на следующий слайд.

 

В свободную минуту

На слайдах представлен кроссворд простой с клавиатурой. Использована анимация «Выделение – мигание» и триггеры.

При создании слайдов использованы триггеры.

Переход к следующему вопросу по стрелке . По щелчку на управляющую кнопку  – переход на слайд Содержание.

Визитная карточка

Информация об авторе образовательного ресурса.

По щелчку по управляющей кнопке  переход на титульный слайд.

Информационные источники

Ссылки на Интернет-ресурсы, использованные для создания образовательного ресурса.

Ссылки на лекции и другие материалы мастер-класса.

Переход со слайдов 74, 75 по щелчку. Со слайда 76 по щелчку по управляющей кнопке  переход на слайд Содержание.

Электромагнитные явления

Электромагнитные явления
Е.Ф.Гудилина,
ПУ № 189, г. Москва
Электромагнитные явления

Театрализованный повторительно-обобщающий урок-зачет.


11-й класс. Базовый курс

Урок проводится в форме диалога отца-бизнесмена с дочерью, которая хочет сдать зачет по физике. Учащиеся заранее готовят сообщения об электрических, магнитных и электромагнитных явлениях, сами организуют опрос и подводят итоги тестирования. Задействована вся группа. Учитель лишь следит за ответами и в конце урока обоснованно выставляет каждому учащемуся оценку: за правильно выполненные тестовые задания – «удовл.», за каждый правильный ответ с места – по 1–2 балла.

Учитель. Сегодня у нас заключительный урок по теме «Электромагнитные явления». Давайте проведем его в форме игры. У меня есть знакомый бизнесмен. У него дочь – ваша ровесница. У дочери проблемы с учебой. Давайте попробуем помочь решить эти проблемы. Итак, мы в гостях у бизнесмена Трепина и его дочери.

Бизнесмен. Дочка, ты что такая грустная и серьезная? Что это у тебя?

Дочь. «Физика». Нам задали обобщить знания по теме «Электромагнитные явления» и решить несколько задач. Только я плохо понимаю тему, задачи решить не могу.

Бизнесмен. Да ты бы лучше на дискотеку сходила.

Дочь. Мне, папа, это уже не интересно. Хочется общения с интеллектуальными ребятами.

Бизнесмен. Как же ты их узна1ешь?

Дочь. По результатам выполнения тестовых заданий. (Обращается к классу.) У вас на столах – тестовые задания. Подпишите свои фамилию, группу и отметьте правильные ответы из предложенных вариантов, на работу дается 5 минут. Кто сделает, сдает работу в жюри. Первые пятеро, верно выполнившие задания, наденут шапки «умников» и займут вот эти места (показывает).

Вариант 1

1. Какая формула выражает закон электромагнитной индукции?

2. При вдвигании в катушку постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Как называется это явление?

А) электрическая индукция;
Б) магнитная индукция;
В) самоиндукция;
Г) электромагнитная индукция.

3. Единицей измерения какой физической величины является 1 вебер?

А) индукции магнитного поля;
Б) магнитного потока;
В) индуктивности;
Г) самоиндукции.

4) Какая сила действует на движущийся электрический заряд в магнитном поле?

5) Кто открыл явление электромагнитной индукции?

А) Эрстед;
Б) Кулон;
В) Фарадей;
Г) Ампер.

Вариант 2

1) Изменяясь во времени, магнитное поле порождает:

А) вихревое электрическое поле;
Б) электростатическое поле;
В) постоянное магнитное поле;
Г) гравитационное поле.

2) Каким выражением определяется связь ЭДС самоиндукции с силой тока в катушке?

3) Как называется единица измерения индуктивности?

А) Тесла;
Б)  вебер;
В)  генри;
Г)  фарад.

4) Значение силы, действующей на проводник с током в магнитном поле:

А) F = IBsin a;
Б) F = IB e sin a;
В) F = qvBsin a;
Г) F = IВl sin a.

5) Сила тока 1А создает в контуре магнитный поток 1 Вб. Какова индуктивность контура?

А) 1 гаусс;
Б) 1 генри;
В) 1 вебер;
Г) 1 тесла.

Преподаватель собирает тесты, сдает в жюри на проверку.

Коды правильных ответов

 Бизнесмен. А где в жизни применяются электромагнитные явления? («Умники» поочередно называют применения.)

Дочь. Да, вот, пап, смотри!

Включает с помощью пульта видеомагнитофон. Начинается просмотр картины «Физическая картина мира», в процессе которого бизнесмен, останавливая пленку, задает классу вопросы: Что называется полем? Какова его природа? Какие виды полей существуют? Учащиеся отвечают с места. Поднимает руку один из «умников».

Бизнесмен. Что вы хотите сказать?

1-й умник. У нас есть интересные сообщения. Давайте прослушаем их.

  • Луиджи Гальвани возглавил кафедру анатомии в Болонье в 1759 г., когда ему было всего 22 года, и долгие годы исследовал строение скелета птиц. Лишь через 12 лет он начал интересоваться электрическими явлениями и только в 1790 г., когда ему исполнилось 53 года, сделал удивительное наблюдение, благодаря которому его имя сохранилось в истории науки.
    Рассказывают, что открытие Гальвани — целая цепь случайностей: его заболевшей жене прописали целительный бульон из лягушачьих лапок, и ученый сам готовил этот бульон. Вот как описывает он свое открытие в статье «Об электрических силах при мускульных движениях», опубликованной в 1791 г.: «Когда один из моих помощников случайно чуть-чуть коснулся концом скальпеля внутреннего бедренного нерва лягушки, мышцы ее конечностей вдруг сократились, как будто от сильной судороги». Гальвани соединил скальпель с «электрической машиной»: сокращения мышц многократно увеличиваются. Впечатление такое, что лягушка ожила!
  • В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются генераторы электрического тока, электродвигатели и трансформаторы. Основными частями генератора являются статор и ротор. Под действием струи пара, газа или воды ротор быстро вращается, и в проводниках статора благодаря электромагнитной индукции возникает электрический ток. В электродвигателях происходит другое превращение: переменный электрический ток, протекая через проводники статора, заставляет ротор вращаться. С помощью механических приспособлений движение ротора можно передать ленте транспортера, эскалатору метро, зубчатым или ременным передачам станка или другого механического устройства.
  • Трансформаторы – электрические устройства, состоящие из сердечника и двух катушек с разным числом витков – обмоток. Если через обмотку катушки с бо1льшим числом витков пропустить переменный электрический ток, то в обмотке катушки с малым числом витков наведется ток большей силы, но напряжение на ее концах будет меньше, чем на концах первичной обмотки. Ведь в электрической сети жилой квартиры лучше иметь напряжение пониженное, безопасное для жизни… и спиралей электрических лампочек. А свет лампочки, как справедливо заметил Владимир Маяковский, для нас столь же важен, как «хороший стих и букварь».
  • Прекрасно работают разнообразные электрические устройства, и нам сейчас было бы трудно представить себе жизнь без электрического тока. У физиков родилась мысль заменить ротор струей раскаленных газов, плазменной струей, состоящей из свободных электронов и ионов. Если пропустить такую струю между полюсами сильного магнита, то, по закону электромагнитной индукции, в ней обязательно возникнет электрический ток, – ведь струя-то заряжена и движется. Новый тип электрической машины получил название магнитогидродинамического генератора (МГД-генератора).
  • С помощью микроскопических однородно намагниченных областей (доменов) в ферромагнитных материалах можно «запоминать» форму и характер электрических сигналов. В виде таких сигналов можно записывать голоса, музыку, пение. Всем известна магнитофонная лента, представляющая собой тонкую ферромагнитную пленку на полимерной основе. Она способна долго сохранять записанную информацию. Сейчас информацию записывают в цифровом виде, в виде набора двоичных цифр, причем запоминают не только звук, но и свет, цвет, видимое изображение.
  • Магнитное поле Земли время от времени изменяет свою ориентацию, совершая и вековые колебания (длительностью 5–10 тыс. лет), и полностью переориентируясь, т.е. меняя местами магнитные полюсы (2–3 раза за миллион лет). На это указывают «вмороженное» в осадочные и вулканические породы магнитное поле отдаленных эпох. Поведение геомагнитного поля нельзя назвать хаотичным, оно подчиняется своеобразному «расписанию».
  • Направление и величина геомагнитного поля задаются процессами, происходящими в ядре Земли. Характерное время переполюсовки, определяемое внутренним твердым ядром, составляет от 3 до 5 тыс. лет, а определяемое внешним жидким ядром – около 500 лет. Этими временами и может обьясняться наблюдаемая динамика геомагнитного поля. Компьютерное моделирование с учетом различных внутриземных процессов (конвекции, возникающей в результате разделения тяжелого и легкого вещества ядра в гравитационном поле, приливов, вызываемых переменным растяжением вращающейся Земли под воздействием притяжения небесных тел (Луны и Солнца), отклонения масс в жидком ядре в направлении, перпендикулярном оси вращения Земли, под действием силы Кориолиса) показало возможность переполюсовки магнитного поля примерно за 5 тыс. лет.

Бизнесмен. Спасибо! Это интересно. А что мы называем магнитным полем? (Ответ с места.) Как изображают силовые линии? (Ответ с места.) Каковы основные свойства силовых линий? (Ответ с места.) Какая физическая величина характеризует магнитное поле? (Ответ с места.)

2-й умник. Предлагаю послушать сообщения об истории открытия электромагнитных явлений.

  • Среди последователей славного болонского анатома нашелся один внимательный физик Алессандро Вольта, заметивший одну незначительную деталь опытов с «животным электричеством», на которую не обратил внимания сам Гальвани: когда к лягушке присоединяли провода из разнородных металлов, мышечные сокращения становились сильнее. Вольта решил, что два металла, разделенные телом, в котором много воды, хорошо проводящей электрический ток (лягушка, без сомнений, может быть отнесена к таким телам), рождают свою собственную электрическую силу. Смелое и неожиданное предположение! Решающий эксперимент Вольта провел… на самом себе. «Я накладываю на глазное яблоко конец оловянного листочка, беру в рот серебряную монету или ложку и затем привожу обе эти обкладки в соприкосновение при помощи двух металлических острий, – описывал ученый свой оригинальный физический опыт. – Это оказывается достаточным, чтобы тотчас же или каждый раз, как производится соприкосновение, получить явление света или преходящей молнии в глазу».
    20 марта 1800 г. в письме к сэру Джозефу Бэнксу, президенту Лондонского Королевского общества, Вольта подробно рассказывает об изобретенном им новом источнике электричества: «… я взял несколько дюжин круглых медных пластинок, а еще лучше серебряных, диаметром примерно в один дюйм и такое же количество оловянных или лучше цинковых пластинок. Затем из пористого материала, который может впитывать и удерживать много влаги (картон, кожа), я вырезал достаточное количество кружков. Все эти пластинки я расположил таким образом, что металлы накладывались друг на друга всегда в одном и том же порядке и что каждая пара пластинок отделялась от следующей влажным кружком из картона или кожи…» Электрохимические батареи, которые сначала назывались «вольтовыми столбами», начали свое победное шествие по земному шару. Из лабораторий ученых они проникли повсюду, в самые отдаленные уголки Земли, – ведь удобные переносные радиоприемники, магнитофоны, телевизоры работают там, где нет знакомой электрической розетки, благодаря маленьким и емким электрохимическим батарейкам, а автомобили трогаются в путь, получив сильный импульс электрического тока от большой стартерной электрохимической батареи. Набрав достаточное количество монет из разных сплавов и картонных кружков, каждый школьник может составить источник тока по рецепту Вольты.
    В декабре 1801 г. Алессандро Вольта после доклада во Французской академии наук получает из рук Наполеона Большую золотую медаль, присуждаемую за выдающиеся достижения в науке. Вольте в это время 56 лет, он опровергает своей судьбой устоявшееся мнение, что открытия в физике совершаются только до 30. Наполеон всегда помнил о Вольте, питая к нему, видимо, не только глубокое уважение, но и сердечную привязанность. Когда первооткрыватель нового источника электрической энергии хотел оставить университетскую кафедру, то Наполеон сказал: «… добрый генерал должен умереть на поле чести», – и просил передать Вольте, что если чтение лекций отвлекает его от исследовательской работы, то «…если хочет, пусть читает одну лекцию в год». Вольта остался в университете.
    В 1821 г. немецким физиком Т.Зеебеком был изобретен еще один источник тока – термоэлектрический. Оказалось, что, нагревая теплом руки, пламени свечи или керосиновой лампы спай двух проволочек из разных металлов, можно получить заметное электрическое напряжение.
    Сам Вольта скромно именовал свое изобретение «искуственным электрическим органом» и предложил в честь Гальвани называть электрохимические батарейки «гальваническими элементами». Вольта подал своим многочисленным потомкам в науке пример, достойный подражания. И не потому ли так часто до сих пор используется термин гальванические элементы, который давно уже пишется без кавычек…
  • Первый важный закон электричества был установлен французским физиком Шарлем Кулоном в 1785 г. – задолго до изобретения гальванических элементов. Формулировкой закон Кулона удивительно напоминает закон всемирного тяготения: сила взаимодействия двух точечных неподвижных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Как же сумел Кулон открыть этот точный физический закон, практически не обладая привычным нам лабораторным оборудованием?
    Использованный прием лишний раз доказывает, что изобретательность человеческого ума не знает границ… Расстояние и силу взаимодействия между зарядами французский ученый определял с помощью тех же крутильных весов, которыми пользовался Кавендиш для исследования силы тяготения между двумя телами. А как Кулон с помощью какого прибора сумел найти величину зарядов?
    Он просто этого не делал, справедливо решив, что для его исследований не нужно знать абсолютную величину электрического заряда, достаточно иметь два одинаковых или определить, во сколько раз один заряд больше другого. Зарядив один металлический шарик трением о сухую ткань, можно поднести к нему другой, незаряженный: при соприкосновении двух шариков заряды должны разделиться поровну между ними. Если к одному из них будет поднесен шарик из того же металла, то от первоначального заряда останется только четвертая часть. Вот так, остроумно и легко, делил Кулон электрические заряды на равные части, что и позволило ему открыть закон, который подтвердили точнейшие современные измерения!
    Следует вспомнить, что все это происходило в те далекие времена, когда большинство ученых разделяли электричество на два вида: стеклянное и смоляное. Основание было очень «серьезным»: стеклянная палочка, потертая о шелк, притягивалась к янтарю, который электризовали с помощью меховой шкурки, но две заряженные стеклянные палочки отталкивались друг от друга! Значит, существуют два типа зарядов: отрицательные, «любящие» янтарную смолу, и положительные, оседающие на стекле. Опыты Кулона тоже, казалось бы, подтверждали такой вывод: шарики, заряженные разными способами, вели себя подобно стеклянным палочкам и кусочкам янтаря…
  • Как показали экспериментальные исследования английских ученых, микроорганизмы, обитающие в воде плавательных бассейнов, уничтожаются гораздо интенсивнее, если перед введением в воду хлора предварительно обработать ее магнитным полем. Их опыты проводились так. Два аквариума вместимостью 25 л были наполнены водой из бассейна. Один из них служил контрольным, а в другой вода попадала, пройдя сначала через трубу с закрепленными на ней тремя постоянными магнитами. Проанализировав пробу этой воды и сравнив ее с контрольной, исследователи установили, что омагниченная вода сама по себе не оказала на микроорганизмы никакого действия. Но когда в нее добавили хлор в такой же концентрации, как в контрольном аквариуме, то кишечных палочек оказалось на треть меньше. Кроме того, уровень содержания хлора падал в обычной воде на 20% быстрее, чем в омагниченной. Сейчас ученые выясняют причину этих явлений.
  • Эксперименты французских ученых показали, что импульсным магнитным полем можно стерилизовать пищевые продукты. Интенсивное магнитное поле, проникая через стеклянную, картонную и пластиковую упаковку, уничтожает микроорганизмы либо делает их неактивными. Причины такого действия пока неизвестны. Вкус и пищевая ценность продуктов при этом не страдают, а срок хранения в герметичной таре значительно увеличивается.

Бизнесмен. Как определить направления вектора магнитной индукции? (Ответ с места.)

3-й умник. Предлагаю продолжить экскурс в историю открытия.

  • Девятнадцатый век, видимо, в назидание двадцатому, веку узкой научной специализации, перенимает прекрасную традицию восемнадцатого и оставляет нам память об удивительно разносторонних ученых.
    Ханс Кристиан Эрстед получил золотую медаль при окончани Копенгагенского университета за литературное эссе «Границы поэзии и прозы», представив одновременно химическое исследование о свойствах щелочей. Диссертация, за которую Эрстед был удостоен звания доктора философии, посвящена медицине, свои самостоятельные исследования он начал в университете на кафедре фармацевтики, где изучали лекарства, а стал профессором по кафедре физики. Возникновение тепла при прохождении тока от гальванических элементов через тонкую платиновую проволочку не давало Эрстеду покоя. «Электричество и тепло взаимосвязаны, – думал он, – но, возможно, имеется нечто общее между другими разнородными и внешне непохожими явлениями, например между электричеством и магнетизмом?» Говорят, чтобы постоянно помнить об этой проблеме, Эрстед все время носил в кармане небольшой магнит…
    В 1813 г. Эрстед пишет в своем труде «Исследование идентичности химических и электрических сил», вышедшем из печати во Франции: «Следует испробовать, не производит ли электричество… каких-либо действий на магнит…» Проходит семь лет. Весной 1820 г. Эрстед впервые замечает, что при прохождении электрического тока лежащая рядом с проводом магнитная стрелка начинает отклоняться. После семи лет обдумываний следуют три недели лихорадочных экспериментов. Обнаруживается, что на повороты стрелки влияет ее удаленность от провода и электрическое напряжение гальванического элемента; материал провода значения не имеет. Эрстед отмечает странную вещь: сила, действующая между магнитом и электрическим током, направлена не по прямой, соединяющей их, а перпендикулярно к ней! Вскоре он разошлет ведущим ученым Европы статью на четырех страничках, называемую, по обычаю того времени, мемуаром, в которой опишет свои опыты. В мемуаре Эрстеда найдет отражение и тонкое наблюдение, что «магнитный эффект электрического тока имеет круговое движение вокруг него». Будто провод окольцован магнитными силами…
    Ученый секретарь Французской академии наук Франсуа Араго знакомится с опытами Эрстеда в Женеве и 4 сентября 1820 г. делает в Париже на заседании Академии устное сообщение о них. Опыты Эрстеда поразили Араго. Ведь он сам уже много лет собирает сведения о связи атмосферных электрических явлений с поведением магнитных веществ и готовится ставить лабораторные эксперименты по проверке своих предположений. Участвуя в работе экспертной комиссии по выяснению причин кораблекрушений, Араго замечал, что у кораблей после сильного шторма на море стрелки компасов показывали в разные стороны, а железные предметы на борту сильно намагничивались. Вызвать это могла только молния…
    Волнение Араго передалось членам академии. Они просят Араго на заседании, намеченном на 22 сентября 1820 г., продемонстрировать им опыты Эрстеда. Внимательно слушает Араго выдающийся математик Андре Мари Ампер. У него рождается проницательная мысль: если проводник тока всегда окружен магнитными силами, то «электрический конфликт» (пользуясь выражением Эрстеда) должен возникать не только между проводом и магнитной стрелкой, но и между двумя проводами, по которым течет ток! В течение этого знаменательного заседания глубокий теоретик превращается в увлеченного экспериментатора. За семь дней Ампер конструирует оригинальный электрический прибор и на следующих заседаниях академии, 11 и 18 сентября, демонстрирует присутствующим взаимодействие двух проводников с током! Если в обоих проводниках электрические токи текут параллельно друг другу в одном направлении, то они притягиваются; эти же проводники отталкиваются, когда токи в них проходят во взаимно противоположных направлениях. Затем Ампер выведет простую формулу, которая позволит рассчитать силу взаимодействия двух проводников в том случае, когда они установлены под углом друг к другу. Формула будет названа впоследствии законом Ампера…
    Ампер продолжает свои опыты. Свернув проводники в виде двух спиралей, получивших название соленоидов, он доказывает, что соленоиды, установленные рядом, при пропускании тока ведут себя подобно двум магнитам. Ампер исследует влияние магнитного поля Земли на движение проводника, соленоида и металлической рамки с током.
    Он высказывает опережающую время мысль о том, что магнит, в свою очередь, представляет собой совокупность токов. В магните, считает Ампер, есть множество элементарных круговых токов, текущих перпендикулярно к его оси. Так и кажется, что французский ученый уже знает о непрерывном движении заряженных частиц внутри каждого вещества, об открытии электрона, о планетарном строении атома, доказанном Резерфордом через столетие. Свои сообщения на заседании академии Ампер заключил словами: «В связи с этим я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам».
    Пройдет много лет, и открытия Ампера лягут в основу метода определения единицы электрического тока. На IX Международной конференции по мерам и весам в 1948 г. будет решено считать основной электрической единицей 1 ампер – силу тока, при которой два параллельных проводника длиной в 1 м взаимодействуют друг с другом с силой в 0,000 000 2 Н. От силы тока 1 ампер произойдет единица количества электричества, названная кулоном, единица напряжения, которая получит наименование вольта, единица сопротивления, именуемая омом.
    Очевидцы рассказывали, что идеи Ампера были столь новы, что многие члены Французской академии просто не поняли их революционного научного смысла. «Что же, собственно, нового в том, что вы нам сообщили? – спросил на заседании один из них, обращаясь к Амперу. – Само собой ясно, что если два тока оказывают действие на магнитную стрелку, то они оказывают действие и друг на друга?» За Ампера его оппоненту мгновенно ответил Араго. Он вынул из кармана два ключа и сказал: «Вот каждый из них тоже оказывает действие на стрелку, однако же они никак не действуют друг на друга…»
  • В Германии создан новый тип аккумулятора. В нем вместо раствора кислоты, в который погружены электроды, применена паста, электродами служат листы фольги, а корпусом – пластмассовый мешочек. Новый аккумулятор легок и настолько компактен, что может разместиться в пластиковой карте для банкомата; кроме того, ему можно придать любую форму, а по электрическим параметрам он превосходит наиболее распространенные ныне литиевые аккумуляторы. И, что тоже немаловажно, новый аккумулятор безопасен в эксплуатации как для обслуживающего персонала, так и для окружающей среды. Первый действующий образец уже изготовлен.
  • Даже на стреляных гильзах и патронах сохраняются отпечатки пальцев человека, вложившего их в оружие, – они могут быть выявлены по методике, разработанной специалистами Саратовского юридического института. Поместив гильзу или патрон в электрическое поле в качестве электрода, напыляют на него в вакууме тонкую металлическую пленку, и на ней становятся отчетливо видны отпечатки, которые вполне можно идентифицировать. Этот способ дает криминалистам возможность надежно установить личность преступника в достаточно сложных ситуациях, когда другие улики отсутствуют или сомнительны.

Бизнесмен. Выходит, электрические и магнитные явления тесно связаны между собой? А что произойдет, если проводник с током поместить в магнитное поле? (Ответ с места о действии силы Ампера и о правиле левой руки.)

4-й умник (поднимает руку). Можно мне рассказать о ряде исторических фактов, а также о последних достижениях, связанных с электромагнитными явлениями?

  • Гэмфри Дэви стал профессором в 23 года. За свою долгую жизнь в науке он успел сделать очень много: открыл несколько новых химических элементов, сумел с помощью электрического тока выделить из расплава солей их составные части, в том числе очень чистые металлы, изобрел шахтерскую взрывобезопасную лампу, обнаружил обезболивающие свойства закиси азота и предложил применять ее во время хирургических операций, доказал, как полезно заменять воду в гальванических элементах кислотой, – это в несколько раз увеличивает силу электрического тока, получаемого от гальванического элемента, изобретеннного Алессандро Вольтой. Дэви заслужил много научных и общественных наград, был избран президентом Лондонского Королевского общества.
    Но на вопрос о самом большом открытии в жизни он ответил: «Самым великим моим открытием было открытие Фарадея». И он, несомненно, прав.
    Один из историков науки справедливо писал: «… работу других ученых – Кулона, Гальвани, Эрстеда, Араго, Ампера – представляли собой отдельные “пики”, тогда как Фарадей воздвиг “горную цепь” из взаимосвязанных работ». Фарадей сумел значительно опередить свое время не только сутью сделанных им открытий, но и цельным подходом к научному творчеству. Он считал, что необходимо искать общность разных процессов в природе, изучать «точки соприкосновения» областей знания, ибо на стыке наук можно обнаружить совершенно новые закономерности исследуемого явления.
    На стыке физики и химии сделаны работы Фарадея по изучению влияния электрического тока на осаждение и разложение веществ и были установлены два основополагающих закона электролиза. Изучая сходство и различие оптических и электрических явлений, Фарадей показал, что электрический ток может усиливать и ослаблять свет. И конечно, главное – Фарадей доказал окончательно, что электричество и магнетизм неразрывно связаны.
    Одиннадцать лет после открытий Эрстеда и Ампера размышлял Фарадей над этой проблемой. Электричество явно обладает магнитной силой, и теперь осталось подтвердить влияние магнитных явлений на электрические. Физическая природа их так близка! 29 августа 1831 г., как зафиксировано в лабораторном журнале Фарадея, был выполнен исторический эксперимент. На большую деревянную катушку ученый навил две электрические спирали, изолированные друг от друга хлопчатобумажной нитью. По одной из спиралей пропускался ток, который Фарадей резко включал и выключал, а другая была соединена с гальванометром – прибором, отмечавшим появление тока во второй спирали. «При замыкании цепи, – записал Фарадей в журнале, – удавалось заметить внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить… действия на гальванометр…»
    Спирали из проводников, как доказал Ампер, подобны по своим свойствам магнитам, и Фарадей продолжал свои опыты, заменив одну из спиралей на магнит. Сильные всплески тока возникали, когда Фарадей двигал магнит в катушке со спиралью или, наоборот, перемещал катушку относительно магнита. Фарадей заметил основные особенности явления: ток возникает только при движении катушки и магнита относительно друг друга; направление тока, возникающего в момент, когда магнит входит в катушку, изменяется на противоположное при выходе магнита из катушки.
    Обнаруженное Фарадеем явление получило название электромагнитной индукции. Его недаром относят к наиболее выдающимся открытиям XIX в., ведь работа миллионов электродвигателей и генераторов электрического тока во всем мире основана на явлении электромагнитной индукции.
    Фарадей глубоко верил в единство электрических и магнитных явлений. Первым из ученых он предложил понятия об электрическом и магнитном полях, окружающих магниты и проводники с током. Эти поля переносят в пространство, как считал Фарадей, электромагнитные сигналы. Эта мысль оказалась настолько важной для всего последующего развития физики, что Альберт Эйнштейн назвал человека, которого она впервые посетила, «избранником».
    Несколько десятилетий спустя Джеймс Кларк Максвелл разовьет идею Фарадея, облечет ее в ясную и точную математическую форму, и электромагнитное поле займет положенное ему по праву важнейшее место во всех разделах физики.
  • В тех регионах России, где бывают сильные морозы, зимой возникает проблема слива нефтепродуктов из железнодорожных цистерн, ибо их вязкость при низкой температуре слишком мала. Для того чтобы извлечь из цистерны прилипшую к ее стенкам массу, приходится пользоваться паром. Но это дорого: для разогрева одного железнодорожного резервуара сжигается до 15 т топлива. Ученые дальневосточных институтов разработали технологию электроиндукционного нагрева цистерн, позволяющую значительно сократить энергозатраты. С небольшими изменениями эта технология эффективна для извлечения замерзших нефтепродуктов из резервуаров океанских танкеров. Для аварийных ситуаций, когда замерзают ситемы отопления и водоснабжения, разработан ручной электроиндукционный инструмент, обеспечивающий быстрый разогрев трубопроводов и высокую безопасность работ. Технология защищена патентом РФ.
  • Там, где происходит торговля с лотков, в палатках, возникает необходимость в подключении осветительных, нагревательных или охладительных электроприборов. И вот от ближайших домов к лоткам и киоскам тянутся провода, нарушая опрятный вид улиц и мешая продавцам, покупателям, прохожим. Чтобы избежать этого, французская фирма «Стев Инженери» предложила прокладывать под площадкой, предназначенной для торговли, электрокабель, к которому через определенные промежутки подключены индукционные катушки, представляющие собой первичные обмотки трансформаторов. Торговец ставит на асфальт над такой катушкой небольшую портативную колонку с катушкой, служащей вторичной обмоткой, и через розетку получает обычное сетевое напряжение. Такая распределительная система позволяет получать «через асфальт» электрический ток мощностью до 4 кВт.

Бизнесмен. А какие явления сопровождают протекание электрического тока?

5-й умник просит слова для сообщения о действии электромагнитных полей на человека и об их применении.

  • Наука накапливает все больше данных о влиянии переменных магнитных полей на человека и животных. Установлено, например, что к действию этих полей чувствителен эпифиз – расположенная в мозге железа, вырабатывающая мелатонин – вещество, регулирующее, в частности, обмен веществ и адаптацию организма к неблагоприятным условиям. Исследования показали, что после воздействия переменных магнитных полей, как естественного (магнитные бури), так и искусственного происхождения, уровень мелатонина в крови снижается. У некоторых особо чувствительных людей такой эффект наступает даже после длительного лежания под электроодеялом. Между тем уменьшение мелатонина нарушает его нормальную функцию в организме и увеличивает риск появления некоторых недугов. Переменные магнитные поля естественного и искусственного происхождения могут нарушать и биоритмы организма (они в какой-то мере контролируются эпифизом). Ученые предполагают, что в организме человека и животных эпифиз – не единственный орган, подверженный влиянию магнитных полей, но пока о магниточувствительности этого и других органов известно очень мало.
  • Состояние биосферы во многих регионах таково, что грядущая экологическая планетарная катастрофа кажется неизбежной. «И Весна… и Весна встретит новый рассвет, не заметив, что нас уже нет», – эти знаменитые строки Р.Брэдбери настраивают на серьезный лад, побуждая разобраться в окружающей действительности. Развитие мобильных средств радиотелефонной и космической связи, сети персональных компьютеров приводит к тому, что все большее число людей подвергается воздействию электромагнитных излучений. Ученые предупреждают об электромагнитной опасности для человека, предполагая, что техногенные электромагнитные излучения могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Электромагнитное излучение – физический фактор загрязнения окружающей среды. Пока данных мало, проблема требует изучения. Особое внимание следует уделить влиянию электромагнитных полей и излучений, создаваемых дисплеем компьютера и сотовыми телефонами, т.к. эти источники широко распространены.
  • Физики никогда не успокаиваются. Новые особенности обнаруживаются не только в движении планет, новыми свойствами наделен и космический вакуум. Привычное для нас представление о вакууме как о совершенной пустоте сменилось вполне обоснованной гипотезой, что вакуум при определенных условиях может рождать на свет элементарные частицы.
  • Кристаллы различных веществ, пристально рассмотренные под ярким «светом» частиц высоких энергий, оказались отнюдь не похожими на холодное царство неподвижно застывших геометрически правильных рядов атомов. Под влиянием вводимых примесей, температуры, давления, электрического и магнитного полей в столь «невозмутимых» внешне кристаллах могут происходить удивительные превращения: например, в одних при увеличении температуры исчезают металлические свойства, в других наблюдается обратная картина – изолятор становится металлом. Советский физик Э.Л.Нагаев теоретически предсказал, что при определенных условиях только отдельные области кристаллов будут изменять свои свойства. Некоторые полупроводники становятся при этом похожими на… пудинги с изюмом: изюминки – проводящие шарики – разделены диэлектрическими прослойками, и в целом такой кристалл не пропускает электрический ток. Тепло и магнитное поле могут заставить шарики соединяться друг с другом, изюминки будто растворяются в пудинге – кристалл превращается в проводник электрического тока. Эксперименты вскоре подтвердили возможность осуществления в кристаллах подобных переходов…
  • Не все удается предсказать и рассчитать заранее. Часто толчком для создания новых теорий служат непонятные результаты экспериментов или странные явления, которые внимательному наблюдателю удается подметить в природе.
  • Очень важное свойство роднит физику с философией, из которой она вышла, – физика может убедительно, с помощью цифр и фактов, ответить на вопрос любознательного человека: велик или мал мир, в котором мы живем? Философия отвечает на вопрос-близнец: велик или мал человек? Блез Паскаль называл человека «мыслящим тростником», подчеркивая, что человек хрупок, слаб и беззащитен перед явно превосходящими силами неживой природы; единственное оружие и защита человека – его мысль. Вся история физики убеждает, что обладание этим неосязаемым и невидимым оружием дает возможность проникнуть необычайно глубоко в мир бесконечно малых элементарных частиц и достичь самых далеких уголков нашей необъятной Вселенной. Физика показывает, как велик и в то же время близок мир, в котором мы живем. Физика позволяет почувствовать человеку свое величие, необыкновенную силу мысли, которая делает его самым могущественным существом на свете.

«Я не становлюсь богаче, сколько бы ни приобретал земель… – писал Паскаль, – а вот с помощью мысли я охватываю Вселенную».

К доске выходит художник и показывает всем свою картину – как он представляет электромагнитные явления, – рассказывает о грозе, читает стихи А.С.Пушкина:

Последняя туча рассеянной бури!
Одна ты несешься по ясной лазури,
Одна ты наводишь унылую тень,
Одна ты печалишь ликующий день.

Ты небо недавно кругом облетала,
И молния грозно тебя обвивала,
И ты издавала таинственный гром
И алчную землю поила дождем.

Учащийся. А у меня стихи о грозе Ф.И.Тютчева, но более жизнерадостные, ведь не всегда в грозу бывает страшно.

Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом.

Гремят раскаты молодые,
Вот дождик брызнул, пыль летит,
Повисли перлы дождевые,
И солнце нити золотит.

Бизнесмен. А вот вам загадка: «Гаркнул гусь на всю Русь». Что это? (Ответ с места. Гром.)

Учащиеся (загадывают загадки):

  • Нашумела, нагремела, все промыла и ушла. И сады, и огороды всей округи полила. (Ответ. Гроза.)
  • Два брата родных: одного всяк видит, да не слышит; другого все слышат да не видят. (Ответ. Гром и молния.)
  • Летит огненная стрела, никто ее не поймает: ни царь, ни царица, ни красная девица. (Ответ. Молния.)

Бизнесмен. Спасибо. Молодцы!

Дочь. Папа, теперь я поняла, как делается обобщение по электромагнитным явлениям и как решить задачу.

  • Как вынуть стальной шарик из бутылки, не опрокидывая бутылки? (Ответ. Магнитом.)

Пап, теперь я не получу двойку!

Бизнесмен. Я рад за тебя. Видишь, мы с ребятами смогли тебе помочь. Всем спасибо.

Учитель. Мы помогли господину Трепину и его дочери, а заодно сдали зачет по электромагнитным явлениям. Подведем итоги урока.

Литература

Детская энциклопедия. Т. 3. – М.: Детская литература, 1966.
М.Колтун. Мир физики. – М.: Детская литература, 1987.
Я.Перельман. Занимательная физика.
Т. 1, 2. – Домодедово, 1994.
Энциклопедический словарь юного физика. – М.: Детская литература, 1984.

Примеры физических явлений

Все физические тела состоят из вещества, и со всеми физическими телами происходят различные физические явления. Физические явления бывают: механическими, тепловыми, звуковыми, оптическими, электрическими и магнитными. Бывают и другие физические явления.

К механическим физическим явлениям относятся различные движения и взаимодействия тел. Человек может идти, мяч сталкиваться с поверхностью Земли и отскакивать, планеты двигаться по орбитам вокруг своих звезд, автомобили набирать скорость (ускоряться), лифт подниматься и опускаться.

Тепловые явления связаны с изменением температуры тел и возникающими в следствие этого изменениями их физического состояния. Так тела способны нагреваться и охлаждаться. Некоторые при этом плавятся (как железо на заводе или воск свечи при ее горении), другие испаряются (вода при нагревании), третьи переходят из газа в жидкое состояние или из жидкого в твердое (кислород при сильном охлаждении может сжижаться, вода превращается в лед).

К звуковым относят явления, связанные с распространением звука в различных средах (где быстрее распространяется звук, в воде или воздухе?), поведением звуковых волн при столкновении с препятствиями (что такое эхо?) и другие явления, связанные со звуком.

Оптические явления связаны со светом. Способность видеть у животных (в том числе и человека) возникла благодаря тому, что в природе есть свет. Под воздействием света растения синтезируют органические вещества (однако это не оптическое явление!). Такой раздел физики как оптика изучает, как свет распространяется, отражается от предметов, преломляются, проходя через различные среды.

Электрические и магнитные явления связаны друг с другом, поэтому изучаются совместно. Мы привыкли к электричеству и часто даже не задумываемся, с чем связано это явление. Оно связано с существованием электрически заряженных частиц. Открытие и изучение электрических явлений в недалеком прошлом позволили нам уже сейчас пользоваться электрическим освещением, превращать электричество в движение тел, изобрести телевидение и компьютеры. Магнитные явления можно наблюдать, когда постоянные магниты взаимодействуют между собой (Земля и компас) или притягивают железные предметы.

Интересные материалы по физике — 8 класс :: Класс!ная физика

Интересные материалы к урокам физики
по темам 8 класса:

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ


….Температура и тепловое движение……….смотреть…… загрузить
….Внутренняя энергия……….смотреть…… загрузить
….Способы изменения внутренней энергии тела……….смотреть…… загрузить
….Теплопроводность……….смотреть…… загрузить
….Конвекция……….смотреть…… загрузить
….Излучение……….смотреть…… загрузить
….Количество теплоты……….смотреть…… загрузить
….Удельная теплоемкость. Расчет количества теплоты при нагревании и охлаждении ……….смотреть…… загрузить
….Энергия топлива. Удельная теплота сгорания……….смотреть…… загрузить
….Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых явлениях ……….смотреть…… загрузить

ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА


….Агрегатные состояния вещества……….смотреть…… загрузить
….Плавление и отвердевание кристаллических тел……….смотреть…… загрузить
….Удельная теплота плавления. Плавление аморфных тел……….смотреть…… загрузить
….Испар.ение и конденсация. Насыщенный пар……….смотреть…… загрузить
….Кипение. Удельная теплота парообразования……….смотреть…… загрузить
….Влажность воздуха……….смотреть…… загрузить
….Принципы работы тепловых двигателей……….смотреть…… загрузить
….Двигатель внутреннего сгорания(ДВС)……….смотреть…… загрузить
….Паровая турбина……….смотреть…… загрузить
….Реактивный двигатель……….смотреть…… загрузить
….Устройство и принцип действия холодильника……….смотреть…… загрузить
….Экологические проблемы использования тепловых машин……….смотреть…… загрузить

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ


….Электризация тел. Электрический заряд……….смотреть…… загрузить
….Электроскоп. Проводники и диэлектрики……….смотреть…… загрузить
….Делимость электрического заряда. Электрон.смотреть…… загрузить
….Строение атомов. Ионы……….смотреть…… загрузить
….Объяснение электризации. Закон сохранения заряда……..смотреть…… загрузить
….Электрическое поле……….смотреть…… загрузить
….Электрические явления в природе и технике……….смотреть……… загрузить
…..Электрический ток. Источники электрического тока……….смотреть…… загрузить
….Электрический ток в различных средах……….смотреть…… загрузить
….Электрическая цепь. Направление электрического тока……….смотреть…… загрузить
….Действия электрического тока……….смотреть……… загрузить
….Сила тока. Измерение силы тока……….смотреть……… загрузить
….Электрическое напряжение. Измерение напряжения……….смотреть……… загрузить
….Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления……….смотреть……… загрузить
….Расчет сопротивления. Удельного сопротивление. Реостаты……….смотреть……… загрузить
….Закон Ома для участка цепи……….смотреть……… загрузить
….Последовательное соединение проводников……….смотреть……… загрузить
….Параллельное соединение проводников……….смотреть……… загрузить
….Работа и мощность электрического тока……….смотреть……… загрузить
….Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца……….смотреть……… загрузить

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ


….Магнитное поле прямого проводника с током. Магнитные линии……….смотреть…… загрузить
….Магнитное поле катушки с током. Электромагниты……….смотреть…… загрузить
….Постоянные магниты……….смотреть…… загрузить
….Магнитное поле Земли……….смотреть…… загрузить
….Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели……….смотреть…… загрузить

ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ


….Свет. Источники света……….смотреть…… загрузить
….Распространение сета в однородной среде……….смотреть…… загрузить
….Отражение света. Законы отражения света……….смотреть…… загрузить
….Плоское зеркало……….смотреть…… загрузить
….Преломление сета. Законы преломления света……….смотреть…… загрузить
….Линзы. Оптическая сила линзы……….смотреть…… загрузить
….Построение изображений, даваемых линзами……….смотреть…… загрузить
….Глаз как оптическая система……….смотреть…… загрузить

Устали? — Отдыхаем!

3. Электрические и магнитные явления

В данной работе вы познакомитесь с основными понятиями электростатики, такими как электрический заряд, наэлектризованность тел, а также узнаете о сходстве и различиях между зарядами («положительный» и «отрицательный», сообщенный и наведенный). Поработаете с простейшим оборудованием для создания и регистрации электрического заряда (высоковольтный источник напряжения, электрофорная машина, электроскоп). На практике проверите закон сохранения зарядов, а также утверждение о дискретности заряда.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 8, 9, 10 классов.

Подробнее…

Ознакомление с методом зеркального заряда и устройством крутильных весов Кулона. С использованием экспериментально полученных значений заряда и силы, входящих в основной закон электростатики, нужно рассчитать значение диэлектрической постоянной.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Исследование зависимости напряженности электрического поля между пластинами конденсатора от разности потенциалов, подаваемой на пластины, и расстояния между пластинами. Экспериментальное решение задачи по определению диэлектрической проницаемости материала, помещенного между пластинами конденсатора.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Данная лабораторная работа направлена на ознакомление с правилами Кирхгофа: на нескольких примерах Вы научитесь применять правила Кирхгофа при расчете токов в электрических цепях разной степени сложности.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 8 классов.

Подробнее…

Мост Уитсона, это электрическая схема, позволяющая, измерять сопротивление методом сравнения его величины с величиной эталонного сопротивления (в полной аналогии со взвешиванием на рычажных весах). Настоящая работа позволяет вам в полной мере оценить достоинства и недостатки данного метода, разобраться с тем, от чего зависит точность проводимых измерений и как её можно повысить. В качестве основного задания по результатам измерения сопротивления нескольких образцов проволок различной толщины предлагается вычислить удельное сопротивление константана (сплава меди никеля и марганца).

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Получение характерных зависимостей тока, проходящего через элемент электрической цепи от подаваемого на него напряжения для резистора, лампы накаливания, диода.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

В данной работе вы узнаете о том, каким образом изменение температуры влияет на электрические характеристики проводников и полупроводников и приборов на их основе. Ядром экспериментальной установки является термостат, позволяющий удерживать температуру исследуемых образцов в диапазоне 25-90 ̊С В качестве объектов изучения зависимости сопротивления резистивных элементов от температуры вам предлагается исследовать образцы медной проволоки, проволоки из сплава меди с никелем, углеродного и металлопленочного резисторов и двух термисторов различных типов. Для полупроводниковых приборов, в качестве образцов которых выступают диод и стабилитрон, исследуется температурная зависимость падения напряжения на элементе при постоянном токе.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

 

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Работа посвящена изучению одного из трех видов электрических машин — генератора. Рассматриваются четыре вида генераторов: генератор переменного тока с вращающимися магнитными полюсами постоянного магнита и неподвижным статором, генератор переменного тока с неподвижными магнитными полюсами постоянных магнитов и вращающимся якорем, генератор переменного и постоянного тока с возбуждением от внешнего источника. Исследуются их характеристики.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Цель данной работы – экспериментальная проверка теории, описывающей временные зависимости в процессе зарядки и разрядки конденсатора. Для её достижения вам предстоит собрать электрическую схему, позволяющую заряжать от источника постоянного напряжения и разряжать конденсатор, регистрируя временную зависимость тока при помощи амперметра и секундомера.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

В настоящей работе вы познакомитесь с мостовым методом измерения сопротивления переменному току, и научитесь определять активное, индуктивное и емкостное сопротивления на примере нескольких предложенных образцов конденсаторов, резисторов и катушек индуктивности.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Выпрямитель, это электрическая схема, предназначенная для преобразования электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. В настоящей работе у вас есть возможность теоретически и экспериментально познакомиться с работой основных наиболее простых типов цепей с выпрямителями, построенных с использованием полупроводниковых элементов: однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, цепь со стабилитроном и умножитель напряжения.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Данная работа позволяет подробно изучить работу электротрансформатора. Вам предстоит собрать схему и исследовать работу трансформатора в трех основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и режим работы под нагрузкой, варьируя входное напряжение, число витков в катушках и тип сердечника и сравнивая полученный результат с теоретическим расчетом.  

Теоретический минимум: трансформатор, первичная и вторичная обмотка, сердечник, коэффициент трансформации, повышающий трансформатор, понижающий трансформатор, ток, напряжение, сопротивление, мощность, переменное напряжение, индуктивность, магнитное поле, магнитный поток, закон электромагнитной индукции, закон Фарадея, токи Фуко, электрическая схема, режим холостого хода, режим короткого замыкания, рабочий режим трансформатора.

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9 классов.

Подробнее…

В работе проводится исследование магнитного поля, возникающего вокруг прямого проводника с током, а также магнитного поля двух параллельных проводников с током, протекающим в одном и противоположных направлениях.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

В работе экспериментально исследуются зависимости индукции магнитного поля, возникающего внутри соленоида при прохождении через него электрического тока, от различных параметров: силы тока, диаметра витка проводника, количества витков, длины соленоида, положения вдоль оси соленоида.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Для создания однородного магнитного поля, необходимого для проведения различных физических экспериментов в лабораторных условиях, часто используют катушки Гельмгольца.  Целью работы является экспериментальное исследование распределения магнитной индукции в области, заключенной между двумя катушками.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

В этой работе вы экспериментально определите элементы земного магнитного поля: склонение, наклонение и числовое значение горизонтальной составляющей, которые полностью характеризуют магнитное поле Земли в данном месте.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Цель работы: исследование зависимости вращающего магнитного момента, действующего на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле, от величины магнитного поля, угла между магнитным полем и плоскостью контура и геометрических характеристик контура.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Лабораторная работа поможет ближе познакомиться с явлением электромагнитной индукции. Классический эксперимент, демонстрирующий возникновение электродвижущей силы на обмотках катушки, внутрь которой вводится полосовой магнит, дополняется возможностью измерения скорости изменения потока магнитной индукции.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Целью данной работы является изучение магнитных свойств ферромагнетиков и знакомство с явлением магнитного гистерезиса. Для достижений этой цели вам предстоит собрать экспериментальную установку, ядром которой является сопряженный с аналого-цифровым преобразователем датчик Холла, и снять кривую намагничивания для целого и набранного из пластин сердечников. Построенная по результатам эксперимента петля гистерезиса позволит определить коэрцитивную силу и остаточную намагниченность для исследуемых сердечников.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Настоящая работа посвящена исследованию движения электрона в магнитном поле. Вам предстоит наглядно убедиться в том, что, попадая в однородное магнитное поле, направленное ортогонально вектору скорости, благодаря действию силы Лоренца электрон начнет двигаться по круговой траектории. Наглядно, поскольку, наша экспериментальная установка позволяет визуально наблюдать траекторию движения пучка электронов, создаваемого электронной пушкой в колбе, наполненной неоном. Измерение основных параметров, дополненное теоретической моделью эксперимента, позволит вам определить одну из базовых физических констант – удельный заряд электрона (отношение заряда электрона к его массе).

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы многих устройств: для записи и воспроизведения информации, в радиовещании, в металлоискателях, в бытовых счетчиках, в поездах на магнитной подушке и т.д. В работе предлагается познакомиться с возникновением электромагнитной индукции в катушке индуктивности при изменении внешнего магнитного поля.

Теоретический минимум: 

Лабораторная работа рекомендуется для учащихся __ классов.

Подробнее…

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Код и классификация направлений подготовки Код группы образовательной программы Наименование групп образовательных программ Количество мест
8D01 Педагогические науки   
8D011 Педагогика и психология D001 Педагогика и психология 45
8D012 Педагогика дошкольного воспитания и обучения D002 Дошкольное обучение и воспитание 5
8D013 Подготовка педагогов без предметной специализации D003 Подготовка педагогов без предметной специализации 22
8D014 Подготовка педагогов с предметной специализацией общего развития D005 Подготовка педагогов физической культуры 7
8D015 Подготовка педагогов по естественнонаучным предметам D010 Подготовка педагогов математики 30
D011 Подготовка педагогов физики (казахский, русский, английский языки) 23
D012 Подготовка педагогов информатики (казахский, русский, английский языки) 35
D013 Подготовка педагогов химии (казахский, русский, английский языки) 22
D014 Подготовка педагогов биологии (казахский, русский, английский языки) 18
D015 Подготовка педагогов географии 18
8D016 Подготовка педагогов по гуманитарным предметам D016 Подготовка педагогов истории 17
8D017 Подготовка педагогов по языкам и литературе D017 Подготовка педагогов казахского языка и литературы 37
D018 Подготовка педагогов русского языка и литературы 24
D019 Подготовка педагогов иностранного языка 37
8D018 Подготовка специалистов по социальной педагогике и самопознанию D020 Подготовка кадров по социальной педагогике и самопознанию 10
8D019 Cпециальная педагогика D021 Cпециальная педагогика 20
    Всего 370
8D02 Искусство и гуманитарные науки   
8D022 Гуманитарные науки D050 Философия и этика 20
D051 Религия и теология 11
D052 Исламоведение 6
D053 История и археология 33
D054 Тюркология 7
D055 Востоковедение 10
8D023 Языки и литература D056 Переводческое дело, синхронный перевод 16
D057 Лингвистика 15
D058 Литература 26
D059 Иностранная филология 19
D060 Филология 42
    Всего 205
8D03 Социальные науки, журналистика и информация   
8D031 Социальные науки D061 Социология 20
D062 Культурология 12
D063 Политология и конфликтология 25
D064 Международные отношения 13
D065 Регионоведение 16
D066 Психология 17
8D032 Журналистика и информация D067 Журналистика и репортерское дело 12
D069 Библиотечное дело, обработка информации и архивное дело 3
    Всего 118
8D04 Бизнес, управление и право   
8D041 Бизнес и управление D070 Экономика 39
D071 Государственное и местное управление 28
D072 Менеджмент и управление 12
D073 Аудит и налогообложение 8
D074 Финансы, банковское и страховое дело 21
D075 Маркетинг и реклама 7
8D042 Право D078 Право 30
    Всего 145
8D05 Естественные науки, математика и статистика      
8D051 Биологические и смежные науки D080 Биология 40
D081 Генетика 4
D082 Биотехнология 19
D083 Геоботаника 10
8D052 Окружающая среда D084 География 10
D085 Гидрология 8
D086 Метеорология 5
D087 Технология охраны окружающей среды 15
D088 Гидрогеология и инженерная геология 7
8D053 Физические и химические науки D089 Химия 50
D090 Физика 70
8D054 Математика и статистика D092 Математика и статистика 50
D093 Механика 4
    Всего 292
8D06 Информационно-коммуникационные технологии   
8D061 Информационно-коммуникационные технологии D094 Информационные технологии 80
8D062 Телекоммуникации D096 Коммуникации и коммуникационные технологии 14
8D063 Информационная безопасность D095 Информационная безопасность 26
    Всего 120
8D07 Инженерные, обрабатывающие и строительные отрасли   
8D071 Инженерия и инженерное дело D097 Химическая инженерия и процессы 46
D098 Теплоэнергетика 22
D099 Энергетика и электротехника 28
D100 Автоматизация и управление 32
D101 Материаловедение и технология новых материалов 10
D102 Робототехника и мехатроника 13
D103 Механика и металлообработка 35
D104 Транспорт, транспортная техника и технологии 18
D105 Авиационная техника и технологии 3
D107 Космическая инженерия 6
D108 Наноматериалы и нанотехнологии 21
D109 Нефтяная и рудная геофизика 6
8D072 Производственные и обрабатывающие отрасли D111 Производство продуктов питания 20
D114 Текстиль: одежда, обувь и кожаные изделия 9
D115 Нефтяная инженерия 15
D116 Горная инженерия 19
D117 Металлургическая инженерия 20
D119 Технология фармацевтического производства 13
D121 Геология 24
8D073 Архитектура и строительство D122 Архитектура 15
D123 Геодезия 16
D124 Строительство 12
D125 Производство строительных материалов, изделий и конструкций 13
D128 Землеустройство 14
8D074 Водное хозяйство D129 Гидротехническое строительство 5
8D075 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) D130 Стандартизация, сертификация и метрология (по отраслям) 11
    Всего 446
8D08 Сельское хозяйство и биоресурсы   
8D081 Агрономия D131 Растениеводство 22
8D082 Животноводство D132 Животноводство 12
8D083 Лесное хозяйство D133 Лесное хозяйство 6
8D084 Рыбное хозяйство D134 Рыбное хозяйство 4
8D087 Агроинженерия D135 Энергообеспечение сельского хозяйства 5
D136 Автотранспортные средства 3
8D086 Водные ресурсы и водопользование D137 Водные ресурсы и водопользования 11
    Всего 63
8D09 Ветеринария   
8D091 Ветеринария D138 Ветеринария 21
    Всего 21
8D11 Услуги   
8D111 Сфера обслуживания D143 Туризм 11
8D112 Гигиена и охрана труда на производстве D146 Санитарно-профилактические мероприятия 5
8D113 Транспортные услуги D147 Транспортные услуги 5
D148 Логистика (по отраслям) 4
8D114 Социальное обеспечение D142 Социальная работа 10
    Всего 35
    Итого 1815
    АОО «Назарбаев Университет» 65
    Стипендиальная программа на обучение иностранных граждан, в том числе лиц казахской национальности, не являющихся гражданами Республики Казахстан 10
    Всего 1890

Урок по физике по теме: » Физические явления. Наблюдения и опыты». 7-й класс | План-конспект урока по физике (7 класс) на тему:

Урок по физике по теме:

» Физические явления. Наблюдения и опыты». 7-й класс

Учитель: Дорошенко Ольга Всеволодовна, МБОУ «СОШ №27» г. Симферополя

Цели урока:

Сформировать представление о физическом явлении. Ознакомить учащихся с методами исследования физических явлений.

Задачи урока.

Обучающие: повторение и закрепление понятий о разных видах физических явлений. Обучение применению полученных знаний для объяснения изучаемых явлений.

Развивающие: Развитие мыслительных способностей и творческой активности.

Воспитывающие:  Воспитание уважительного отношения к точке зрения одноклассников, умения отстаивать свою точку зрения.

Ресурсы: линза, свеча, экран,, манометр демонстрационный, плитка, теплоприемник, камертон, молоточек, резонаторный ящичек, бумажные лебеди, кювета с водой, эбонитовая палочка, кусок меха, железные стружки, гвоздь, батарейка, провода, 10 монет, лист гладкой бумаги.

Тип урока: усвоение новых знаний

Ход урока.

  1. Организационный момент.
  2. Актуализация знаний.

Фронтальный опрос.

-Что изучает физика?

-Для чего нужны полученные знания?

-Назовите известных ученых — физиков.

Работа учащихся в тетради с взаимопроверкой.

— В предлагаемую таблицу напишите, какие из перечисленных слов обозначают физическое тело, какие — вещество и какие – явление: свинец, раскаты грома, рельсы, ветер, алюминий, рассвет, Луна, ножницы, кипение воды в чайнике, самолет, фарфор, птица, бензин, наводнение, стол.

Тело

Вещество

Явление

  1. Изучение нового материала.

Физическое явление-любое изменение в природе, происходящее без изменения состав вещества.

Демонстрации (учителем). Различные физические явления.

Колонка в таблице «Характерные проявления» заполняется в ходе обсуждения.

Задание учащимся. Впишите в таблицу примеры физических явлений.

Физическое явление. Демонстрационный эксперимент

Характерные проявления

Примеры

Механические

Опыт: с листом, подложенным под монеты (явление инерции)

Связаны с движением тел

Падает камень, прыгает мяч, взлетает ракета, кружит муха, идет человек, Земля вращается вокруг Солнца

Звуковые

Опыт: молоточком ударяем по камертону и слышим звук.

Связаны с распространением звука

Шелестит листва, гремит гром, пение птиц

Тепловые

Опыт: изменение уровня жидкости в манометре под действием излучения

Изменение агрегатного состояния вещества или изменение температуры в данном агрегатном состоянии

Круговорот воды в природе, кипение воды в чайнике

Электрические

Опыт: бумажные лебеди, плавающие в небольшой кювете по действием наэлектризованной палочки.

Взаимодействие электрически заряженных тел или частиц вещества

Молния, электрическое освещение

Магнитные

Опыт: с железными стружками и намагниченным гвоздем

Взаимодействие постоянных магнитов

Притяжение магнитом железных и стальных предметов, движение стрелки компаса, северное сияние

Световые (оптические)

Опыт: получение изображения с помощью линзы

Связаны с распространением света

Просмотр фильма, образование тени, радуга

А сейчас подумаем вместе над таким вопросами: “Как изучают физику? Какими методами пользуются для этого?”

– Можно наблюдать за явлением, что мы и делали на уроке.

– Можно самим проводить опыты и эксперименты. При этом физики используют свое главное “оружие” – физические приборы. Назовем некоторые из них: часы, линейка, термометр, барометр.

– Можно применять математические знания

– Обязательно нужно делать обобщения

  1. Закрепление изученного материала.
  1. В предлагаемую таблицу напишите, какие из перечисленных явлений механические, звуковые, тепловые, электрические, световые: шар катится, свинец плавится, слышны раскаты грома, звезды мерцают, наступает рассвет, эхо, шелестит листва, маятник часов колеблется, расческа, которой причесали волосы, притягивает к себе кусочки бумаги, похолодание, плывет бревно.

Механические явления

Звуковые явления

Тепловые явления

Электрические явления

Световые явления

2) Юля пытается прикрепить рисунок к стене кнопкой, прикладывая различные усилия и используя различные материалы. Маша держит рюкзак подружки и следит за ее действиями. Как с точки зрения физики называются действия Юли и Маши?

5. Подведение итогов урока.

 Учащимся предлагается поочередно, по возможности избегая повторов, продолжить следующую фразу: О мире физических явлений я знаю…

6.Рефлексия.

Что понравилось на уроке? Почему?

Что было сложным?

7. Домашнее задание. 

§ 1 учебник О. Ф. Кабардин. Физика 7 класс .Ответить на вопросы. Мини-проект «Физические явления в моей жизни»

Электромагнитные волны и их свойства

Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла составляют основу классической электродинамики, оптики и электрических цепей.

Цели обучения

Объясните значение и важность уравнений Максвелла

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Четыре уравнения Максвелла описывают, как электрические заряды и токи создают электрические и магнитные поля и как они влияют друг на друга.
  • Закон Гаусса связывает электрическое поле с зарядом (ами), который его создает.
  • Закон Гаусса для магнетизма гласит, что не существует «магнитных зарядов», аналогичных электрическим зарядам, и что магнитные поля вместо этого генерируются магнитными диполями.
  • Закон Фарадея описывает, как изменяющееся во времени магнитное поле (или поток) индуцирует электрическое поле. Принцип, лежащий в основе этого явления, используется во многих электрических генераторах.
  • Закон
  • Ампера изначально гласил, что магнитное поле создается электрическим током.Максвелл добавил, что изменяющийся электрический поток также может генерировать магнитное поле.
Ключевые термины
  • дифференциальное уравнение : уравнение, включающее производные функции.
  • flux : Количественное описание переноса заданной векторной величины через поверхность. В этом контексте мы имеем в виду электрический поток и магнитный поток.

Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла — это набор из четырех дифференциальных уравнений в частных производных, которые вместе с законом силы Лоренца составляют основу классической электродинамики, классической оптики и электрических цепей.

Названные в честь уважаемого физика Джеймса Клерка Максвелла, уравнения описывают создание и распространение электрических и магнитных полей. По сути, они описывают, как электрические заряды и токи создают электрические и магнитные поля и как они влияют друг на друга.

Уравнения Максвелла можно разделить на два основных подмножества. Первые два, закон Гаусса и закон Гаусса для магнетизма, описывают, как поля возникают от зарядов и магнитов соответственно. Два других, закон Фарадея и закон Ампера с поправкой Максвелла, описывают, как индуцированные электрические и магнитные поля циркулируют вокруг соответствующих источников.

Каждое из уравнений Максвелла можно рассматривать с «микроскопической» точки зрения, которая имеет дело с полным зарядом и полным током, и с «макроскопической» системы, которая определяет два новых вспомогательных поля, которые позволяют выполнять вычисления, не зная микроскопических данных, таких как атомные -уровневые сборы.

Закон Гаусса

Закон Гаусса связывает электрическое поле с зарядами, которые его создают. Поле (E) указывает на отрицательные заряды и в сторону от положительных зарядов, а с микроскопической точки зрения оно связано с плотностью заряда (ρ) и диэлектрической проницаемостью вакуума (ε 0 , или диэлектрической проницаемостью свободного пространства) как:

[латекс] \ nabla \ cdot \ bf \ text {E} = \ frac {\ rho} {\ epsilon_0} [/ latex]

Закон Гаусса в основном гласит, что чистое количество заряда, содержащегося в области пространства, будет генерировать электрическое поле, которое исходит через поверхность, окружающую эту область.

Пример закона Гаусса : положительный заряд, содержащийся в области пространства, создает электрическое поле, которое исходит от поверхности этой области.

Закон Гаусса для магнетизма

Закон Гаусса для магнетизма гласит, что не существует «магнитных зарядов (или монополей)», аналогичных электрическим зарядам, и что магнитные поля вместо этого генерируются магнитными диполями . Такие диполи можно представить как петли тока, но во многом они похожи по внешнему виду на положительные и отрицательные «магнитные заряды», которые неразделимы и, следовательно, не имеют формального чистого «магнитного заряда».”

Силовые линии магнитного поля образуют петли, так что все силовые линии, входящие в объект, в какой-то момент покидают его. Таким образом, полный магнитный поток через поверхность, окружающую магнитный диполь, всегда равен нулю.

Силовые линии, создаваемые магнитным диполем : силовые линии, создаваемые этим магнитным диполем, либо образуют петли, либо тянутся бесконечно.

Дифференциальная форма закона Гаусса для магнетизма:

[латекс] \ набла \ cdot \ bf \ text {B} = 0 [/ латекс]

Закон Фарадея

Закон Фарадея описывает, как изменяющееся во времени магнитное поле (или поток) индуцирует электрическое поле.Принцип, лежащий в основе этого явления, используется во многих электрических генераторах. И макроскопические, и микроскопические дифференциальные уравнения одинаковы, связывая электрическое поле (E) с частной производной магнитного поля (B) по времени:

[латекс] \ nabla \ times \ bf \ text {E} = — \ frac {\ partial \ bf \ text {B}} {\ partial \ text {t}} [/ latex]

Циркулярный закон Ампера (с поправкой Максвелла)

Изначально закон

Ампера гласил, что магнитное поле может быть создано электрическим током.Максвелл добавил в свою поправку второй источник магнитных полей: изменяющееся электрическое поле (или поток), которое индуцирует магнитное поле даже в отсутствие электрического тока. Он назвал изменяющееся электрическое поле «током смещения».

Поправка Максвелла показывает, что самоподдерживающиеся электромагнитные волны (свет) могут распространяться через пустое пространство даже в отсутствие движущихся зарядов или токов, причем каждый компонент электрического поля и компонент магнитного поля постоянно изменяются, и каждый сохраняет друг друга.

Электромагнитные волны : Электрические (красные) и магнитные (синие) волны распространяются в фазе синусоидально и перпендикулярно друг другу.

Микроскопический подход к закону Ампера с поправкой Максвелла связывает магнитное поле (B) с плотностью тока (Дж, или ток на единицу площади поперечного сечения) и частной производной электрического поля по времени (E):

[латекс] \ nabla \ times \ bf \ text {B} = \ mu_0 \ bf \ text {J} + \ mu_0 \ epsilon_0 \ frac {\ partial \ bf \ text {E}} {\ partial \ text {t }} [/ latex]

Производство электромагнитных волн

Электромагнитные волны — это комбинация волн электрического и магнитного поля, создаваемых движущимися зарядами.

Цели обучения

Объясните самовоспроизводящееся поведение электромагнитной волны

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Электромагнитные волны состоят из волн электрического и магнитного поля. Эти волны колеблются в перпендикулярных плоскостях относительно друг друга и находятся в фазе.
  • Создание всех электромагнитных волн начинается с колеблющейся заряженной частицы, которая создает колеблющиеся электрические и магнитные поля.
  • Находясь в движении, электрическое и магнитное поля, создаваемые заряженной частицей, являются самовоспроизводящимися: зависящие от времени изменения в одном поле (электрическом или магнитном) порождают другое.
Ключевые термины
  • электромагнитная волна : Волна колеблющегося электрического и магнитного полей.
  • фаза : Волны считаются «синфазными», когда они начинаются в одной и той же части (например, пике) своих соответствующих циклов.

Электромагнитные волны

Электромагнитное излучение — это форма энергии, излучаемой движущимися заряженными частицами.Когда он путешествует в пространстве, он ведет себя как волна и имеет колеблющуюся составляющую электрического поля и колеблющееся магнитное поле. Эти волны колеблются перпендикулярно друг другу и синфазно.

Электромагнитная волна : Электромагнитные волны — это самораспространяющаяся поперечная волна колеблющихся электрических и магнитных полей. Направление электрического поля обозначено синим цветом, магнитное поле — красным, а волна распространяется в положительном направлении оси x.Обратите внимание, что волны электрического и магнитного поля находятся в фазе.

Создание всех электромагнитных волн начинается с заряженной частицы. Эта заряженная частица создает электрическое поле (которое может воздействовать на другие близлежащие заряженные частицы). Когда она ускоряется как часть колебательного движения, заряженная частица создает рябь или колебания в своем электрическом поле, а также создает магнитное поле (как предсказывают уравнения Максвелла).

Находясь в движении, электрическое и магнитное поля, создаваемые заряженной частицей, являются самовоспроизводящимися — зависящие от времени изменения в одном поле (электрическом или магнитном) порождают другое.Это означает, что электрическое поле, которое колеблется как функция времени, будет создавать магнитное поле, а магнитное поле, которое изменяется как функция времени, будет создавать электрическое поле. И электрическое, и магнитное поля в электромагнитной волне будут колебаться во времени, заставляя одно изменять другое.

Электромагнитные волны распространены по природе (то есть свет) и используются в современных технологиях — AM и FM-радио, беспроводных и сотовых телефонах, механизмах открывания гаражных ворот, беспроводных сетях, радарах, микроволновых печах и т. Д.Эти и многие другие подобные устройства используют электромагнитные волны для передачи данных и сигналов.

Все вышеперечисленные источники электромагнитных волн используют простой принцип движущегося заряда, который можно легко смоделировать. Прикосновение монеты к обоим клеммам 9-вольтовой батареи создает электромагнитные волны, которые можно обнаружить, поместив антенну радиоприемника (настроенную на станцию, генерирующую статическое электричество) в пределах нескольких дюймов от точки контакта.

Энергия и импульс

Электромагнитные волны обладают энергией и импульсом, которые связаны с их длиной и частотой.

Цели обучения

Связать энергию электромагнитной волны с частотой и длиной волны

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Макс Планк доказал, что энергия фотона (поток которого представляет собой электромагнитную волну) квантована и может существовать в количестве, кратном «постоянной Планка» (обозначается как h, приблизительно равна 6,626 × 10 -34 Дж · с. ).
  • [latex] \ text {E} = \ text {hf} = \ frac {\ text {hc}} {\ lambda} [/ latex] описывает энергию (E) фотона как функцию частоты (f) , или длина волны (λ).
  • [латекс] \ text {p} = \ frac {\ text {E}} {\ text {c}} = \ frac {\ text {hf}} {\ text {c}} = \ frac {\ text { h}} {\ lambda} [/ latex] описывает импульс (p) фотона как функцию его энергии, частоты или длины волны.
Ключевые термины
  • фотон : Квант света и другой электромагнитной энергии, рассматриваемый как дискретная частица, имеющая нулевую массу покоя, отсутствие электрического заряда и неопределенно долгое время жизни.
  • длина волны : длина одного цикла волны, измеряемая расстоянием между одним пиком или впадиной волны и следующим; в физике он часто обозначается как λ и соответствует скорости волны, деленной на ее частоту.
  • частота : Частное от числа n периодических явлений, происходящих в течение времени t, в течение которого они происходят: f = n / t.

Электромагнитное излучение по существу можно описать как потоки фотонов. Эти фотоны строго определены как безмассовые, но имеют как энергию, так и, что удивительно, учитывая отсутствие массы, импульс, который можно вычислить по их волновым свойствам.

Волны были плохо изучены до 1900-х годов, когда Макс Планк и Альберт Эйнштейн разработали современные поправки к классической теории.

Планк предположил, что «черные тела» (тепловые излучатели) и другие формы электромагнитного излучения существуют не в виде спектров, а в дискретной, «квантованной» форме. Другими словами, электромагнитная волна могла иметь только определенные энергии. В своей работе он разработал то, что сейчас известно как «постоянная Планка», которая приблизительно равна 6,626 × 10 -34 Дж · с.

Энергия

Энергия (E) фотона может быть связана с его частотой (f) постоянной Планка (h):

[латекс] \ text {E} = \ text {hf} = \ frac {\ text {hc}} {\ lambda} [/ latex]

Отношение скорости света (c) к длине волны (λ) можно подставить вместо f, чтобы получить одно и то же уравнение для энергии в разных терминах.Обратите внимание, что энергия не может иметь никакого значения: она может существовать только в приращениях частоты, умноженной на постоянную Планка (или постоянную Планка, умноженную на c, деленную на длину волны). Таким образом, энергия волны «квантуется». ”

Длина волны : Длина волны синусоидальной функции представлена ​​λ.

Импульс

Импульс классически определяется как произведение массы и скорости и, таким образом, интуитивно кажется неуместным при обсуждении электромагнитного излучения, которое одновременно является безмассовым и состоит из волн.

Однако Эйнштейн доказал, что свет может действовать как частицы при некоторых обстоятельствах и что существует дуальность волна-частица. И, учитывая связь между энергией и массой (E = mc 2 ), становится более вероятным, что волна (которая имеет значение энергии) не только имеет уравнение для массы, но также и для количества движения.

И действительно, Эйнштейн доказал, что импульс (p) фотона — это отношение его энергии к скорости света.

[латекс] \ text {p} = \ frac {\ text {E}} {\ text {c}} = \ frac {\ text {hf}} {\ text {c}} = \ frac {\ text { h}} {\ lambda} [/ latex]

Замена E на hc / λ отменяет члены c, делая импульс также равным простому отношению постоянной Планка к длине волны.

Скорость света

Скорость света в вакууме — одна из самых фундаментальных констант в физике, играющая ключевую роль в современной физике.

Цели обучения

Связать скорость света с показателем преломления среды

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Максимально возможное значение скорости света — это скорость света в вакууме, и эта скорость используется в качестве константы во многих областях физики.
  • c — это символ, используемый для обозначения скорости света в вакууме, его значение составляет 299 792 458 метров в секунду.
  • Когда свет проходит через среду, его скорость ограничивается показателем преломления этой среды. Его фактическая скорость может быть найдена с помощью: v = \ frac {c} {n}.
Ключевые термины
  • специальная теория относительности : теория, которая (игнорируя эффекты гравитации) согласовывает принцип относительности с наблюдением, что скорость света постоянна во всех системах отсчета.
  • показатель преломления : отношение скорости света в воздухе или вакууме к скорости света в другой среде.

Скорость света

Скорость света обычно является точкой сравнения, чтобы выразить, что что-то быстро. показывает в масштабе время, необходимое лучу света, чтобы достичь Луны с Земли. Но какова именно скорость света?

Свет, идущий с Земли на Луну : Луч света изображен движущимся между Землей и Луной за время, необходимое световому импульсу для перемещения между ними: 1.2 [/ латекс],

, где E = энергия и m = масса. Это известно как эквивалент массы и энергии, и в нем используется скорость света для установления взаимосвязи между пространством и временем. Это не только объясняет энергию, содержащуюся в массивном теле, но также и то, что масса препятствует скорости.

Есть много применений скорости света в вакууме, например, в специальной теории относительности, которая утверждает, что c — это естественный предел скорости, и ничто не может двигаться быстрее этого. Однако из нашего понимания физики (и предыдущих атомов) мы знаем, что скорость, с которой что-то движется, также зависит от среды, через которую оно движется.Скорость, с которой свет распространяется через прозрачные материалы (воздух, стекло и т. Д.), Зависит от показателя преломления этого материала, n:

[латекс] \ text {v} = \ frac {\ text {c}} {\ text {n}} [/ latex],

где v = фактическая скорость света, движущегося через среду, c = скорость света в вакууме и n = показатель преломления среды. Показатель преломления воздуха составляет около 1.0003, и из этого уравнения мы можем найти, что скорость видимого света в воздухе примерно на 90 км / с меньше, чем c.

Как упоминалось ранее, скорость света (обычно света в вакууме) используется во многих областях физики. Ниже приведен пример применения константы c.

Фактор Лоренца

Быстро движущиеся объекты обладают некоторыми свойствами, которые противоречат здравому смыслу с точки зрения классической механики. Например, длина движущихся объектов сокращается, а время увеличивается (замедляется). Эффекты обычно незначительны, но заметны на достаточно высоких скоростях.{-1/2} [/ латекс].

При низких скоростях отношение v 2 / c 2 достаточно близко к 0, так что γ составляет приблизительно 1. Однако, когда скорость приближается к c, γ быстро увеличивается к бесконечности.

Эффект Доплера

Эффект Доплера — это изменение воспринимаемой частоты волны в результате движения источника, наблюдателя и среды.

Цели обучения

Приведите примеры ежедневных наблюдений за эффектом Доплера

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Эффект Доплера очень часто наблюдается в действии.
  • Эффект Доплера можно наблюдать в видимом изменении высоты тона сирены на транспортном средстве скорой помощи, согласно стационарному наблюдателю.
  • Наблюдатель заметит эффект Доплера на высоте тона стационарной сирены при движении относительно ее шага или если среда движется, когда наблюдатель неподвижен.
Ключевые термины
  • эффект Доплера : Кажущееся изменение частоты волны, когда наблюдатель и источник волны движутся относительно друг друга.

Эффект Доплера

Эффект Доплера — это периодическое изменение частоты события для наблюдателя, движущегося относительно источника события. Обычно это периодическое событие — волна.

Большинство людей испытали эффект Доплера в действии. Представьте, что машина скорой помощи движется и звучит сиреной. По мере приближения к наблюдателю высота звука (его частота) звучит выше, чем есть на самом деле. Когда транспортное средство подъезжает к наблюдателю, высота звука воспринимается такой, какой она есть на самом деле.Когда транспортное средство продолжает удаляться от наблюдателя, высота звука воспринимается ниже, чем есть на самом деле. С точки зрения наблюдателя внутри автомобиля высота сирены постоянна.

Эффект Доплера и сирены : волны, излучаемые сиреной в движущемся транспортном средстве

Разница в воспринимаемой высоте звука в зависимости от местоположения наблюдателя может быть объяснена тем фактом, что положение сирены изменяется, когда она излучает волны. Каждую миллисекунду движущийся автомобиль излучает звуковую волну.Автомобиль «преследует» каждую волну в одном направлении. К тому времени, когда излучается следующая волна, она ближе (относительно наблюдателя впереди автомобиля) к предыдущей волне, чем можно было бы предположить по частоте волны. Относительно наблюдателя позади транспортного средства вторая волна находится дальше от первой волны, чем можно было бы ожидать, что предполагает более низкую частоту.

Эффект Доплера может быть вызван любым движением. В приведенном выше примере сирена перемещалась относительно неподвижного наблюдателя. Если наблюдатель движется относительно неподвижной сирены, наблюдатель заметит эффект Доплера на высоте звука сирены.Наконец, если среда, в которой распространяются волны, движется, эффект Доплера будет заметен даже для неподвижного наблюдателя. Пример этого явления — ветер.

Количественно эффект Доплера можно охарактеризовать, связав воспринимаемую частоту (f) со скоростью волн в среде (c), скоростью приемника относительно среды (v r ), скоростью источника относительно среды (v s ), а фактическая излучаемая частота (f 0 ):

[латекс] \ text {f} = (\ frac {\ text {c} + \ text {v} _ \ text {r}} {\ text {c} + \ text {v} _ \ text {s} }) \ text {f} _0 [/ latex]

Эффект Доплера : изменение длины волны из-за движения источника

Передача импульса и атом радиационного давления

Радиационное давление — это давление, оказываемое на любую поверхность, подверженную электромагнитному (ЭМ) излучению.

Цели обучения

Объясните образование радиационного давления

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Фотоны переносят импульс (p = E / c). Когда фотоны поглощаются или отражаются от поверхности, поверхность получает импульс. Эта передача импульса приводит к радиационному давлению.
  • Электромагнитное излучение создает давление излучения, равное интенсивности (светового луча), деленной на c (скорость света).
  • Лазерное охлаждение использует радиационное давление для удаления энергии из атомных газов.Этот метод позволяет получать холодные образцы газов с температурой 1 мК или около того.
Ключевые термины
  • эффект Доплера : Кажущееся изменение частоты волны, когда наблюдатель и источник волны движутся относительно друг друга.
  • классическая электродинамика : Раздел теоретической физики, изучающий влияние электромагнитных сил между электрическими зарядами и токами.

Радиационное давление — это давление, оказываемое на любую поверхность, подверженную электромагнитному (ЭМ) излучению.ЭМ-излучение (или фотон, который представляет собой квант света) несет импульс; этот импульс передается объекту при поглощении или отражении излучения. Возможно, одним из самых известных примеров радиационного давления могут быть хвосты комет. Комета Хейли показана на рис.

.

Комета Галлея : Когда комета приближается к внутренней части Солнечной системы, солнечное излучение заставляет летучие вещества внутри кометы испаряться и вытекать из ядра. Выброшенные таким образом потоки пыли и газа образуют атмосферу вокруг кометы (называемую комой), а сила, действующая на кому со стороны радиационного давления Солнца и солнечного ветра, вызывает образование огромного хвоста, направленного в сторону от Солнца.

Хотя радиационное давление можно понять с помощью классической электродинамики, здесь мы рассмотрим квантово-механический аргумент. С точки зрения квантовой теории свет состоит из фотонов: частиц с нулевой массой, но которые несут энергию и, что важно в этом аргументе, импульс. Согласно специальной теории относительности, поскольку фотоны лишены массы, их энергия (E) и импульс (p) связаны соотношением E = pc.

Теперь рассмотрим луч света, падающий перпендикулярно на поверхность, и предположим, что луч света полностью поглощается.Импульс, который переносят фотоны, является сохраняющейся величиной (т.е. он не может быть уничтожен), поэтому он должен быть передан поверхности; таким образом, поглощение светового луча заставляет поверхность набирать импульс. Второй закон Ньютона гласит, что сила равна скорости изменения количества движения; таким образом, в течение каждой секунды поверхность испытывает силу (или давление, поскольку давление — это сила на единицу площади) из-за импульса, передаваемого ей фотонами.

Это дает нам: давление = импульс, передаваемый в секунду на единицу площади = энергия, выделяемая в секунду на единицу площади / c = I / c, (где I — интенсивность луча света).

Лазерное охлаждение

Существует множество вариантов лазерного охлаждения, но все они используют радиационное давление для удаления энергии из атомарных газов (и, следовательно, охлаждения образца). При лазерном охлаждении (иногда называемом доплеровским охлаждением) частота света настраивается немного ниже электронного перехода в атоме. Поскольку свет расстраивается на «красный» (то есть на более низкую частоту) перехода, атомы будут поглощать больше фотонов, если они будут двигаться к источнику света из-за эффекта Доплера.Таким образом, если направить свет с двух противоположных направлений, атомы всегда будут рассеивать больше фотонов из лазерного луча, направленного противоположно направлению их движения (в типичных установках используются три противоположные пары лазерных лучей, как показано на рисунке).

Магнитооптическая ловушка : Экспериментальная установка магнитооптической ловушки (МОЛ), которая использует радиационное давление для охлаждения атомных частиц. Атомы замедляются за счет поглощения (и испускания) фотонов.

При каждом рассеянии атом теряет импульс, равный импульсу фотона.Если атом (который сейчас находится в возбужденном состоянии) самопроизвольно испускает фотон, он получит такое же количество импульса, только в случайном направлении. Поскольку начальная потеря импульса была противоположна направлению движения (в то время как последующее увеличение импульса происходило в случайном направлении), общий результат процесса поглощения и излучения заключается в уменьшении скорости атома. Если поглощение и испускание повторяются много раз, средняя скорость (и, следовательно, кинетическая энергия) атома будет уменьшена.Поскольку температура группы атомов является мерой средней случайной внутренней кинетической энергии, это эквивалентно охлаждению атомов. Простые установки лазерного охлаждения могут производить холодный образец атомарных газов с температурой около 1 мК (= 10 -3 К), начиная с газа комнатной температуры.

Каковы некоторые примеры физических явлений, в которых изменяющиеся во времени магнитные поля используются для генерации электромагнитного излучения?

Каковы некоторые примеры физических явлений, когда изменяющиеся во времени магнитные поля используются для генерации электромагнитного излучения? — Обмен физическими стеками
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться

Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 74 раза

$ \ begingroup $

Наиболее распространенный метод генерации электромагнитного излучения — использование колеблющихся зарядов, например, в антеннах.Однако я не мог придумать примера, когда изменяющиеся магнитные поля преднамеренно используются для создания электромагнитного излучения. Такие вещи, как электродвигатели постоянного тока и генераторы, производят электромагнитное излучение как случайный побочный продукт, но на самом деле это не их основная цель. Так есть ли лучший пример, в котором переменное магнитное поле в основном используется для генерации электромагнитных волн?

Чтобы быть более конкретным, я ищу примеры источников электромагнитного излучения, которые в остальном являются только источниками магнитных полей (а не электрических полей) в неподвижном состоянии.

Раскрытие информации : Этот вопрос был загадкой, заданной нашим профессором теории антенн на прошлой неделе, и я не уверен, являются ли двигатели / генераторы постоянного тока тем примером, который он ищет.

Создан 12 сен.

$ \ endgroup $ 12 $ \ begingroup $

В МРТ (магнитно-резонансной томографии) катушки, которые используются как для передачи энергии пациенту, так и для приема информации и энергии от пациента, являются антенными структурами, основная цель которых — передавать и принимать сигналы в магнитном поле.В основном они построены с использованием контуров, магнитных диполей, а не электрических диполей. Они работают в режиме RF (радиочастоты), однако, хотите ли вы называть то, что они производят, «излучением» или нет — дело вкуса. Они работают в основном в ближнем поле, при этом в дальнее поле уходит как можно меньше энергии.

Важный вклад Ампера в магнетизм и электричество побудил других ученых провести эксперименты, которые исследовали взаимосвязь между этими двумя передовыми областями физики девятнадцатого века. Например, в 1831 году Майкл Фарадей обнаружил, что изменение магнитного поля, проходящего через петлю из проволоки, создает в ней ток (см. Следующую интерактивную анимацию).Фарадей, английский физик, почти не имеющий формального математического образования, заметил, что пропускание стержневого магнита через катушку с проволокой создает электрический ток. Точно так же перемещение катушки с проволокой вблизи неподвижного магнита также приводит к возникновению электрического тока. Фарадей предположил, что магнит каким-то образом «индуцирует» ток в проводе, и назвал это явление «индукцией». Имя Фарадея до сих пор ассоциируется с этой идеей в форме «закона Фарадея», который, проще говоря, гласит, что изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле.

Сегодня принцип, лежащий в основе закона Фарадея, работает в электрических генераторах. Используя какой-либо механический источник энергии (например, ручную рукоятку, ветряную мельницу, силу падающей воды или пар из кипящей воды) для вращения турбины, магниты внутри генератора вращаются рядом с большой катушкой провода. Когда магниты вращаются, магнитное поле, проходящее через проволочную петлю, изменяется. Этот изменяющийся «магнитный поток» создает «индуцированный» ток в проводе, и механическая энергия становится электрической энергией.(См. Интерактивную анимацию простого генератора электрического тока.)

Спустя 40 лет после Фарадея Джеймс Клерк Максвелл, основываясь на чуть более чем интуитивном ощущении симметрии физических законов, предположил, что обратное закону Фарадея также должно быть верным: изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле . Когда Максвелл взял работу Ампера и Фарадея и включил свою новую идею, он смог вывести систему уравнений (первоначально было двадцать уравнений, но теперь они были упрощены до четырех), которые полностью объединили концепции электрического и магнитного поля. поля в одну математическую модель.

Контрольная точка понимания

Что из следующего описывает наведенный ток?

Электромагнитные волны

После разработки своих теперь известных уравнений Максвелл и другие физики начали исследовать их значение и проверять свои предсказания. Одно из предсказаний, сделанных на основе уравнений Максвелла, заключалось в том, что заряд, движущийся вперед и назад периодически, будет создавать колеблющееся электрическое поле.Это электрическое поле затем создало бы периодически изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, заставляло бы исходное электрическое поле продолжать свое колебание, и так далее. Эта взаимная вибрация позволяла электрическому и магнитному полям перемещаться в пространстве в форме «электромагнитной волны», как показано на Рисунке 1 и в интерактивной анимации.

Рисунок 1: Электромагнитная волна.

Поскольку эта новая математическая модель электромагнетизма описывала волну, физики могли вообразить, что электромагнитное излучение может приобретать свойства волн.Таким образом, как и все волны, электромагнитные волны Максвелла могут иметь диапазон длин волн и соответствующих частот (дополнительную информацию о волнах см. В нашем модуле волнового движения). Этот диапазон длин волн теперь известен как «электромагнитный спектр». Теория Максвелла также предсказала, что все волны в спектре распространяются с характерной скоростью примерно 300000000 метров в секунду. Максвелл смог вычислить эту скорость по своим уравнениям:

с = 1ϵ0μ0 = 2.998 × 108 м / с

где

c = скорость электромагнитной волны

ϵ0 = диэлектрическая проницаемость свободного пространства (8,854 × 10-12 Ф / м)

μ0 = проницаемость свободного пространства (4π × 10-7 Н / А2)

Максвелл вычисляет скорость электромагнитной волны, включая две важные константы: диэлектрическую проницаемость и проницаемость свободного пространства.Диэлектрическая проницаемость свободного пространства также известна как «электрическая постоянная» и описывает силу электрического взаимодействия между двумя заряженными частицами в вакууме. Проницаемость свободного пространства — магнитный аналог электрической постоянной. Он описывает силу магнитного поля на объект в магнитном поле. Таким образом, скорость электромагнитной волны напрямую связана с фундаментальным рассмотрением электричества и магнетизма.

Когда Максвелл вычислил эту скорость, он понял, что она очень близка к измеренному значению скорости света, которое веками было известно из подробных астрономических наблюдений.После того, как уравнения Максвелла стали широко известны, польско-американский физик Альберт Михельсон провел очень точное измерение скорости света, которое очень близко соответствовало предсказанному Максвеллу значению. Это было слишком много для Максвелла, чтобы принять это за совпадение, и привело его к осознанию того, что свет был электромагнитной волной и, следовательно, частью электромагнитного спектра.

Контрольная точка понимания

Все электромагнитные волны распространяются примерно на

Электромагнитный спектр

Когда ученые и инженеры начали исследовать последствия теории Максвелла, они провели эксперименты, которые подтвердили существование различных областей или групп длин волн электромагнитного спектра.По мере развития практического использования этих областей спектра они получили уже знакомые названия, такие как «радиоволны» и «рентгеновские лучи». Волны с самой длинной длиной волны, предсказанные теорией Максвелла, длиннее 1 метра, и эта полоса электромагнитного спектра известна как радиоволны. Электромагнитные волны с самой короткой длиной волны называются гамма-лучами, и их длина меньше 10 пикометров (в 1 триллион раз короче, чем радиоволны).

Между этими двумя крайностями лежит крошечный диапазон длин волн от 400 до 700 нанометров.Электромагнитное излучение в этом диапазоне — это то, что мы называем «светом», но оно не отличается по форме от радиоволн, гамма-лучей или любых других электромагнитных волн, о существовании которых мы теперь знаем. Единственное, что уникально в этой части электромагнитного спектра, это то, что большая часть излучения, производимого Солнцем и попадающего на поверхность планеты Земля, попадает в этот диапазон. Поскольку люди эволюционировали на Земле в присутствии Солнца, не случайно наши собственные биологические инструменты для приема электромагнитного излучения — наши глаза — эволюционировали для обнаружения этого диапазона длин волн.У других организмов развились органы чувств, настроенные на разные части спектра. Например, глаза пчел и других насекомых чувствительны к ультрафиолетовой (УФ) части спектра (не случайно многие цветы отражают ультрафиолетовый свет), и эти насекомые используют ультрафиолетовое излучение, чтобы видеть. Однако, поскольку Солнце излучает в основном электромагнитные волны в «видимой» области света, большинство организмов эволюционировали, чтобы использовать это излучение вместо радио, гамма или других волн. Например, растения используют эту область электромагнитного спектра при фотосинтезе.Для получения дополнительной информации о различных областях электромагнитного спектра посетите страницу «Интерактивный электромагнитный спектр», указанную ниже.

Элегантные уравнения Максвелла

не только объединили концепции электричества и магнетизма, они также поместили знакомое и хорошо изученное явление света в контекст, который позволил ученым понять его происхождение и поведение. Максвелл, казалось, окончательно установил, что свет ведет себя как волна, но, что интересно, он также заложил зерно идеи, которая приведет к совершенно иному взгляду на свет.Пройдет еще тридцать лет, прежде чем молодой австрийский физик по имени Альберт Эйнштейн взрастит это семя и тем самым вызовет революцию в нашем понимании того, как устроена Вселенная.

Сводка

Изучение электричества и магнетизма было искусно объединено в теории электромагнетизма Джона Клерка Максвелла. Этот модуль исследует экспериментальную связь между электричеством и магнетизмом, начиная с работ Эрстеда, Ампера и Фарадея.Модуль дает обзор электромагнитной природы света и его свойств, предсказанных математической моделью Максвелла.

Ключевые понятия

  • В середине 1800-х годов ученые, включая Андре Ампера и Майкла Фарадея, отметили связь между электричеством и магнетизмом и провели серию экспериментов, которые показали, как они взаимодействуют.

  • Джеймс Клерк Максвелл, опираясь на работы Фарадея, разработал единую систему уравнений, определяющих как электричество, так и магнетизм, объединив эти концепции в одну теорию электромагнетизма.

  • Теперь мы знаем, что электромагнитный спектр состоит из серии волн различной длины, а видимый свет — лишь одна небольшая часть этого спектра.

Натаниэль Пейдж Стайтс, M.A./M.S. «Свет и электромагнетизм» Visionlearning Vol. PHY-1 (4), 2007.

.

Примеры и приложения электромагнетизма в повседневной жизни — Физика

Электромагнетизм — это раздел физики, который занимается объединяющей теорией полей как электричества, так и магнетизма, чтобы сформулировать одну из четырех фундаментальных сил Вселенной, известных до сих пор: электромагнетизм.Другие фундаментальные силы — это гравитация , , а также сильные и слабые ядерные взаимодействия.
Электромагнетизм — это теория поля , то есть основанная на векторных или тензорных физических величинах, которые зависят от положения в пространстве и времени. Он основан на четырехвекторных дифференциальных уравнениях (сформулированных Майклом Фарадеем и впервые разработанных Джеймсом Клерком Максвеллом, за что они были названы уравнениями Максвелла), которые позволяют совместное изучение электрических и магнитных полей, а также электрический ток, электрическая поляризация и магнитная поляризация.
С другой стороны, электромагнетизм — это макроскопическая теория . Это означает, что он изучает большие электромагнитные явления, применимые к большому количеству частиц и значительным расстояниям, поскольку на атомном и молекулярном уровнях он уступает место другой дисциплине, известной как квантовая механика.

Примеры электромагнетизма

Примеры оборудования или ситуаций, основанных на электромагнетизме, приведены ниже:

  • Кухонная микроволновая печь
  • Трансформаторы
  • Считыватели магнитных карт
  • Pendrives
  • Аппаратура МРТ для медицинских исследований
  • Микрофоны
  • Самолеты
  • Цифровые фотоаппараты
  • Сотовые телефоны
  • Термометры
  • Оптические инструменты
  • Магниты
  • Компасы
  • Утюги
  • УЗИ
  • Осциллографы
  • Масс-спектрометры
  • Модемы
  • Томографы
  • Маммографы

Характеристики

Электромагнетизм связан с описанием макроскопических физических явлений, в которых участвуют электрические заряды как в состоянии покоя, так и в движении.Таким образом, ясно, что он не описывает явления в атомарном или молекулярном масштабе; чтобы сделать это так подробно, необходимо обратиться к другим дисциплинам, например к квантовой механике.
Известно, что электромагнитные волны движутся в вакууме со скоростью света и способны переносить энергию в космосе. Количество энергии, переносимой электромагнитной волной, зависит от ее частоты.

Применения электромагнетизма

  1. Дверные звонки . Механизм этих повседневных гаджетов включает в себя циркуляцию электрического заряда с помощью электромагнита, магнитное поле которого притягивает крошечный металлический молоток к колоколу, прерывая цепь и позволяя ей снова включиться, поэтому молоток многократно ударяет по нему и производит звук, который улавливает наше внимание.
  2. Поезда с магнитной подвеской . Вместо того, чтобы катиться по рельсам, как обычные поезда, эта сверхтехнологичная модель поезда удерживается на магнитной левитации за счет мощных электромагнитов, установленных на ее нижней стороне. Таким образом, электрическое отталкивание между магнитами и металлом платформы, по которой движется поезд, поддерживает вес транспортного средства в воздухе.
  3. Электротрансформаторы . Трансформатор, те цилиндрические устройства, которые в некоторых странах мы видим на линиях электропередач, служат для управления (увеличения или уменьшения) напряжения переменного тока.Это достигается за счет катушек, расположенных вокруг железного сердечника, электромагнитные поля которого позволяют регулировать интенсивность выходящего тока.
  4. Электродвигатели . Все мы знаем, что двигатели преобразуют энергию в движение, используя комбинацию ротора и статора. Первый является мобильным и содержит серию катушек, которые расположены между фиксированными полюсами магнита, который является дросселем. Это движение поддерживается постоянным благодаря электромагнитному полю и позволяет с помощью переключателя производить поворот, который перемещает транспортное средство вперед.
  5. Мы динамо-машины . Эти устройства служат для использования преимущества вращения колес транспортного средства, такого как автомобиль, для вращения магнита и создания магнитного поля, которое подает переменный ток на катушки.
  6. Телефон . Магия этого повседневного устройства — не что иное, как способность преобразовывать звуковые волны (например, голос) в модуляцию электромагнитного поля, которое может быть передано, первоначально по кабелю, на приемник на другом конце, который способен передавать сигнал. обрабатывать и восстанавливать электромагнитные звуковые волны.
  7. Микроволновые печи . Эти приборы работают за счет генерации и концентрации электромагнитных волн на продуктах питания. Эти волны аналогичны тем, которые используются для радиосвязи, но имеют высокую частоту, которая вращает диплоиды (магнитные частицы) пищи с очень высокой скоростью, поскольку они пытаются выровняться с результирующим магнитным полем. Это движение генерирует тепло.
  8. Магнитно-резонансная томография (МРТ) . Это медицинское применение электромагнетизма стало беспрецедентным достижением в области здравоохранения, поскольку оно позволяет неинвазивным образом исследовать внутреннюю часть тела живых существ с помощью электромагнитных манипуляций с содержащимися в нем атомами водорода для создания поля, интерпретируемого специализированными компьютерами.
  9. Микрофоны. Эти устройства, столь распространенные сегодня, работают благодаря диафрагме, притягиваемой электромагнитом, чувствительность которого к звуковым волнам позволяет преобразовывать их в электрический сигнал. Позднее это можно передать и расшифровать удаленно или даже сохранить и воспроизвести позже.
  10. Масс-спектрометры . Это устройство, которое позволяет с большой точностью анализировать состав определенных химических соединений на основе магнитного разделения атомов, составляющих их, посредством их ионизации и считывания на специализированном компьютере.
  11. Осциллографы . Электронные инструменты, задачей которых является графическое представление изменяющихся во времени электрических сигналов от определенного источника. Для этого они используют координатную ось на экране, линии которой являются результатом измерения напряжений на основе определенного электрического сигнала. Они используются в медицине для измерения функций сердца, мозга или других органов.
  12. Магнитные карты . Эта технология позволяет использовать кредитные или дебетовые карты со специально поляризованной магнитной лентой для шифрования информации на основе ориентации ее ферромагнитных частиц.Вставляя в них информацию, назначенные устройства поляризуют упомянутые частицы определенным образом, так что упомянутый порядок затем может быть «прочитан» для извлечения информации.
  13. Цифровая память на магнитных лентах . Это ключ в мире вычислений и компьютеров, он позволяет хранить большие объемы информации на магнитных дисках, частицы которых поляризованы определенным образом и могут быть дешифрованы с помощью компьютеризированной системы. Эти диски могут быть съемными, как перьевые накопители или уже вымершие дискеты, или они могут быть постоянными и более сложными, как жесткие диски.
  14. Барабаны магнитные . Эта модель хранения данных, популярная в 1950-х и 1960-х годах, была одной из первых форм магнитного хранения данных. Это полый металлический цилиндр, который вращается с высокой скоростью, окруженный магнитным материалом (оксидом железа), на котором информация печатается с использованием системы кодированной поляризации. В отличие от дисков, у него не было считывающей головки, что позволяло быстро извлекать информацию.
  15. Велосипедные фары. Фары, встроенные в переднюю часть мотоциклов, которые загораются во время движения, работают благодаря вращению колеса, к которому прикреплен магнит, вращение которого создает магнитное поле и, следовательно, скромный источник переменного тока.Затем упомянутый электрический заряд подводится к лампочке и преобразуется в свет.

Связанные темы:



Вводное руководство по полевой электромагнетизме и теории

Электромагнетизм

Что такое электромагнетизм?

Как инженерная область, к электромагнетизму традиционно подходят через жаргон и устройства, принадлежащие к одной из многих областей, таких как электростатика или оптика.Устройство, используемое в электростатической установке, такое как конденсатор, может иметь очень мало общего с устройством из оптики, например оптоволокном. Несмотря на сильно различающиеся характеристики, все эти области применения в основном описываются уравнениями Максвелла. В инженерных приложениях эти уравнения почти всегда необходимо дополнять дополнительными законами, связанными с тем, как электромагнитные поля взаимодействуют со средой. Уравнения Максвелла перечислены в таблице ниже в их дифференциальной форме:

Название уравнения Дифференциальная форма
Закон Максвелла – Ампера
Закон Фарадея
Закон Гаусса
Магнитный закон Гаусса

Значение этих уравнений описано в разделах и подразделах ниже.

В реальных приложениях редко необходимо учитывать все возможные электромагнитные явления, которые могут произойти. Вместо этого более практическое понимание электромагнетизма происходит из рассмотрения ряда частных случаев, включая электростатику, установившиеся токи, магнитостатику, квазистатические переменные токи, индуктивные явления, микроволновую технику и оптику.

Электростатика

Электростатика — это подполе электромагнетизма, описывающее электрическое поле, создаваемое статическими (неподвижными) зарядами.В качестве приближения к уравнениям Максвелла электростатика может использоваться только для описания изолирующих или диэлектрических материалов, полностью характеризующихся электрической проницаемостью, иногда называемой диэлектрической проницаемостью. При проведении электростатического анализа любые проводящие материалы, обычно металлы, сначала удаляются из анализа, а металлические поверхности рассматриваются как внешние границы с точки зрения диэлектрических материалов. Типичные входы и выходы для электростатического анализа приведены ниже:

Обратите внимание, что для электростатического анализа нет входного или выходного тока, поскольку все заряды считаются стационарными.В некоторых случаях объемная плотность заряда также может быть результатом анализа.

Вид в разрезе электрического потенциала и поля во всем объеме, окружающем конденсатор с параллельными пластинами. Электрический потенциал отображается в виде закрашенных контуров с метками, указывающими уровень потенциала. Электрическое поле отображается в виде стрелок с логарифмической шкалой. На электрический потенциал также влияют окружающие среды, расположенные дальше и не показанные на рисунке.

Вид в разрезе электрического потенциала и поля во всем объеме, окружающем конденсатор с параллельными пластинами. Электрический потенциал отображается в виде закрашенных контуров с метками, указывающими уровень потенциала. Электрическое поле отображается в виде стрелок с логарифмической шкалой. На электрический потенциал также влияют окружающие среды, расположенные дальше и не показанные на рисунке.

Типичными приложениями электростатического анализа являются расчет емкости емкостных устройств и датчиков, таких как сенсорные экраны, а также оценка диэлектрической прочности изоляторов, акселерометров MEMS и гироскопов MEMS.

Установившиеся токи

Анализ установившихся токов используется для вычисления установившихся токов в материалах с высокой проводимостью, таких как металлы. Электронный ток проходит через проводник за счет разности электрических потенциалов. По соглашению и по историческим причинам ток течет от высокого потенциала к низкому значению потенциала, хотя на самом деле электроны движутся в направлении, противоположном току. Это соглашение возникло еще до открытия электрона.

Материал при анализе установившихся токов полностью характеризуется своей электропроводностью. При выполнении анализа установившихся токов любые изоляционные материалы сначала удаляются из анализа, а изолирующие поверхности рассматриваются как внешние границы с точки зрения проводящих материалов.

Типичные входы и выходы для анализа установившихся токов приведены ниже:

Плотность тока в спиральном индукторе, где между левой и правой границами приложена разность потенциалов.На картинке показаны значения величины плотности тока внутри индуктора. Синий и красный представляют соответственно низкие и высокие значения магнитуды. Стрелки показывают направление плотности тока. Тенденция тока идти по кратчайшему пути видна в виде красных участков во внутренних углах конструкции.

Плотность тока в спиральной катушке индуктивности, где между левой и правой границами приложена разность потенциалов.На картинке показаны значения величины плотности тока внутри индуктора. Синий и красный представляют соответственно низкие и высокие значения магнитуды. Стрелки показывают направление плотности тока. Тенденция тока идти по кратчайшему пути видна в виде красных участков во внутренних углах конструкции.

Типичными приложениями анализа установившихся токов являются электронные компоненты, электрические кабели, компоненты высоковольтных систем, медицинские устройства, датчики, геотехнический анализ и коррозия.

Электроквазистатика

Электроквазистатический анализ — это обобщение электростатики и установившихся токов в случаях, когда магнитными эффектами можно пренебречь. Сочетать емкостные эффекты электростатики с проводящими эффектами анализа установившихся токов можно только в том случае, если поля изменяются во времени. Можно сказать, что для статического случая уравнения Максвелла разделяются на случаи электростатики и стационарных токов, и нужно выбрать одно из них, поскольку они представляют собой взаимоисключающие явления.Однако, если есть какое-либо изменение во времени, например, напряжений на границах, полный ток является суммой тока проводимости и тока смещения. Плотность тока проводимости связана с электропроводностью, а плотность тока смещения связана с электрической проницаемостью. Электроквазистатику можно рассматривать как динамическую версию уравнений установившихся токов с дополнительным вкладом от тока смещения. Для анализа гармоник во времени, когда управляющий ток или напряжение являются синусоидальными, поля становятся комплексными, где фазовый угол представляет собой соотношение между токами проводимости и смещением.

Электроквазистатика — это обобщение электростатики и установившихся токов для переменных во времени полей, где магнитными эффектами можно пренебречь.

Электроквазистатика — это обобщение электростатики и установившихся токов для переменных во времени полей, в которых магнитными эффектами можно пренебречь.

Типичные входы и выходы для электроквазистатического анализа приведены ниже:

Траектории ионов в квадрупольном масс-спектрометре.Этот тип спектрометра сортирует частицы, используя умную комбинацию статического и гармонического во времени электрического потенциала. Путем настройки частоты гармоник (здесь 4 МГц) и напряженности статического и гармонического полей через устройство передаются только частицы определенной массы.

Траектории ионов в квадрупольном масс-спектрометре. Этот тип спектрометра сортирует частицы, используя умную комбинацию статического и гармонического во времени электрического потенциала.Путем настройки частоты гармоник (здесь 4 МГц) и напряженности статического и гармонического полей через устройство передаются только частицы определенной массы.

Типичные области применения, в которых полезен электроквазистатический анализ, включают медицинские устройства, датчики, геотехнический анализ и масс-спектрометры.

Чтобы узнать больше о теории электроквазистатики, см. Электроквазистатика, Теория.

Магнитостатика

Магнитостатика может рассматриваться как магнитное обобщение установившихся токов и используется, когда необходима информация о магнитном поле, окружающем проводник.В этом контексте анализ установившихся токов иногда используется в качестве этапа предварительной обработки, а полученные токи используются в качестве входных данных для последующего анализа магнитостатики. Это может иметь место, например, при анализе электромагнита. Основным свойством материала для проведения магнитостатического анализа является относительная проницаемость. Для нелинейного магнитостатического анализа может потребоваться более общая материальная взаимосвязь, такая как функциональная взаимосвязь между магнитным полем и плотностью магнитного потока: так называемая кривая B-H.Конечной целью магнитостатического анализа во многих случаях является вычисление взаимной индуктивности и самоиндукции системы катушек или сил и моментов в системе магнитных компонентов.

Анализ постоянных магнитов представляет собой важный частный случай магнитостатического анализа. В этом случае постоянная намагниченность является источником магнитного поля вместо электрического тока. В таких случаях важными результатами анализа являются сила и направление магнитного потока, а также силы.

Магнитостатику можно рассматривать как обобщение установившихся токов и использовать, когда необходима информация о магнитных полях.

Магнитостатика может рассматриваться как обобщение установившихся токов и используется, когда необходима информация о магнитных полях.

Типичные входы и выходы для магнитостатического анализа приведены ниже:

Линии магнитного потока, окружающие катушку индуктивности, по которой протекает постоянный ток.

Линии магнитного потока, окружающие катушку индуктивности, по которой протекает постоянный ток.

Визуализация магнитного потока в системе, состоящей из подковообразного магнита и железного стержня.

Визуализация магнитного потока в системе, состоящей из подковообразного магнита и железного стержня.

Типичные приложения, в которых полезен магнитостатический анализ, включают электромагниты, постоянные магниты, катушки, индукторы и соленоиды.

Чтобы узнать больше о теории магнитостатики, см. Магнитостатика, Теория.

Магнитоквазистатика

Следствием уравнений Максвелла является то, что изменения во времени токов и зарядов не синхронизируются с изменениями электромагнитных полей. Изменения полей всегда задерживаются относительно изменений источников, отражая конечную скорость распространения электромагнитных волн. В предположении, что этим эффектом можно пренебречь, можно получить электромагнитные поля, рассматривая «стационарные токи в каждый момент времени».Это низкочастотное приближение справедливо при условии, что изменения во времени достаточно малы и исследуемая геометрия значительно меньше длины волны. Как показывает опыт, квазистатическое приближение можно использовать, когда характерный размер устройства, электрический размер, меньше 10% длины волны.

Приближение магнитоквазистатики очень важно для понимания электромагнитных компонентов в электрических сетях с частотой 50 или 60 Гц.Этот класс анализа также важен для более высоких частот и иногда сочетается с полным анализом электромагнитных волн для оценки явлений электромагнитных помех.

Для линейных свойств материала и синусоидальных токов и полей используются исследования гармоник во времени. Такие исследования очень эффективны, поскольку компоненты можно анализировать для одной частоты за раз, а полное поведение за все время фиксируется за один раз. Для компонентов с нелинейными материалами или искаженными формами волн необходим полный анализ в зависимости от времени, что может привести к длительному времени вычислений.

Возбуждение магнитоквазистатических компонентов осуществляется с помощью изменяющихся во времени напряжений или токов на границах интересующей области или в виде объемных токов катушки. Такие способы возбуждения действительны только в низкочастотном режиме. На более высоких частотах становятся важными радиационные потери и эффекты, связанные с конечной скоростью света, и может потребоваться высокочастотный анализ.

Типичные входы и выходы для магнитоквазистатического анализа приведены ниже:

Катушка переменного тока частотой 50 Гц, намотанная на ферромагнитный сердечник.

Катушка переменного тока частотой 50 Гц, намотанная на ферромагнитный сердечник.

Типичные области применения магнитоквазистатики включают кабели, линии электропередач, трансформаторы, генераторы, двигатели, реактивные балласты, индукторы и конденсаторы.

Электромагнитные волны

Джеймс Кларк Максвелл обобщил закон Ампера, добавив член для тока смещения, открыв уравнение, теперь известное как закон Максвелла – Ампера.Объединив его с законом Фарадея, он открыл волновую природу электромагнитных явлений, представленных уравнением электромагнитной волны. Есть несколько формулировок уравнения электромагнитной волны, например, в терминах электрического поля:

и аналогично для магнитного поля:

Это привело Максвелла к заключению, среди прочего, что скорость света универсальна для всех электромагнитных явлений. Скорость света связана с диэлектрической проницаемостью и проницаемостью согласно:

Континуальный подход к анализу электромагнитных явлений оказался очень успешным для многих приложений, но он имеет определенные ограничения.Для микроскопических структур, где дискретная природа материи становится важной, требуется квантово-механический подход. Для очень высоких частот электромагнитные волны можно более эффективно анализировать как лучи, а для еще более высоких частот необходимо моделировать отдельные фотоны вместе с их ионизирующим взаимодействием с веществом.

Чтобы определить подходящий метод анализа электромагнетизма, необходимо учитывать относительное соотношение между характерным размером объекта и длиной волны.Следующая диаграмма дает обзор этой взаимосвязи.

Размер объекта относительно длины волны показан вместе с предпочтительным методом анализа.

Размер объекта относительно длины волны показан вместе с предпочтительным методом анализа.

Волновая природа электромагнитных полей важна для анализа устройств, которые либо направляют, либо излучают электромагнитные волны.Сюда входят, например, коаксиальные кабели, микроволновые схемы, волноводы и антенны.

На высоких частотах становятся важными эффекты конечной скорости света, и такие величины, как напряжения, больше не являются постоянными на граничных участках и не могут использоваться непосредственно для возбуждения устройств. Вместо этого на так называемых портах или границах портов используются шаблоны полей, собственные моды, которые совместимы с уравнениями Максвелла. При правильном использовании эти типы граничных условий могут возбуждать конструкции с очень небольшими потерями и, таким образом, отражать их внутренние характеристики в идеальных условиях.

Иногда может быть удобно использовать инженерный подход с возбуждением напряжения и тока, представляющим питание от смежных электрических цепей. Их можно использовать вместе со сложными схемами преобразования в совместимые возбуждения портов. В таких случаях потери энергии неизбежны и могут представлять собой реальные потери питания устройства, потери при искусственном моделировании или и то, и другое. Подобным образом так называемые порты прослушивания используются для передачи исходящей энергии способом, который согласуется с уравнениями Максвелла.Переданная и отраженная энергия вычисляется как так называемые параметры рассеяния или S-параметры, которые представляют вход и выход энергии через различные порты.

Типичные входы и выходы для анализа электромагнитных волн приведены ниже:

Стоячая электромагнитная волна в бытовой микроволновой печи.

Стоячая электромагнитная волна в бытовой микроволновой печи.

Чтобы узнать больше о теории электромагнитных волн, см. Электромагнитные волны, Теория.

Электромагнитный обогрев

Джоулевое нагревание

Джоулева нагрева (также называемого резистивным или омическим нагревом) описывается процесс, в котором энергия электрического тока преобразуется в тепло при прохождении через сопротивление.

В частности, когда электрический ток протекает через твердое тело или жидкость с конечной проводимостью, электрическая энергия преобразуется в тепло за счет резистивных потерь в материале.Тепло генерируется в микромасштабе, когда электроны проводимости передают энергию атомам проводника посредством столкновений.

Нагревательный контур, показывающий распределение температуры в результате джоулева нагрева.

Нагревательный контур, показывающий распределение температуры в результате джоулева нагрева.

В некоторых случаях джоулев нагрев имеет отношение к конструкции электрического устройства, в то время как в других он является нежелательным эффектом.Несколько приложений, которые полагаются на джоулев нагрев, включают нагревательные плиты (напрямую) и микроклапаны для регулирования жидкости (косвенно, через тепловое расширение).

В случае, если эффект нежелателен в конструкции, можно предпринять усилия, чтобы уменьшить его. Джоулева нагревание особенно актуально для компонентов электрической системы, таких как проводники в электронике, электрические нагреватели, линии электропередач и предохранители. Нагревание этих структур может привести к их разрушению или даже расплавлению. Чтобы предотвратить перегрев компонентов и устройств, инженеры могут включить в конструкцию конвекционное охлаждение.

Ниже приведен пример механического напряжения, вызванного в нагревательном контуре за счет джоулева нагрева. При приложении напряжения к цепи электропроводящий слой над стеклянной пластиной вызывает джоулев нагрев. Это, в свою очередь, влияет на структурную целостность цепи и вызывает изгиб стеклянной пластины.

Нагревательный контур. Напряжение больше всего в красных областях. Стеклянная пластина в цепи изгибается из-за нагрева пластины и расширения цепи.

Отопительный контур. Напряжение больше всего в красных областях. Стеклянная пластина в цепи изгибается из-за нагрева пластины и расширения цепи.

Типичные входы и выходы для анализа джоулева нагрева приведены ниже:

Индукционный нагрев

Индукционный нагрев аналогичен эффекту джоулева нагрева, но с одной важной модификацией: токи, нагревающие материал, индуцируются посредством электромагнитной индукции; это бесконтактный или нелокальный процесс нагрева.

При приложении высокочастотного переменного тока к индукционной катушке создается изменяющееся во времени магнитное поле. Нагреваемый материал, известный как заготовка , помещается внутри магнитного поля, не касаясь катушки. Обратите внимание, что не все материалы можно нагревать индукцией; только те, которые обладают высокой электропроводностью (например, медь, золото и алюминий). Переменное электромагнитное поле индуцирует вихревые токи в заготовке, что приводит к резистивным потерям, которые затем нагревают материал.

Плотность наведенного тока в медной пластине при 10 Гц.

Плотность наведенного тока в медной пластине при 10 Гц.

Кроме того, высокая частота приводит к скин-эффекту . Переменный ток вынужден протекать тонким слоем к поверхности заготовки. Это, в свою очередь, приводит к увеличению сопротивления проводника, что в конечном итоге приводит к значительному увеличению теплового эффекта.

Черные металлы нагреваются за счет индукции легче, чем другие материалы. Это связано с тем, что их высокая проницаемость усиливает наведенные вихревые токи и скин-эффект. Кроме того, возникает еще один механизм нагрева. Кристаллы железа в материале намагничиваются и размагничиваются переменным магнитным полем. Это приводит к быстрому повороту магнитных доменов вперед и назад, что приводит к гистерезисным потерям , что приводит к дополнительному нагреву.

Итак, индукционный нагрев происходит без физического контакта между заготовкой и индукционной катушкой.Это делает его пригодным для процессов, в которых первостепенное значение имеет высокая степень чистоты, например, при производстве полупроводников.

Плотность магнитного потока.

Плотность магнитного потока.

Кроме того, этот метод нагрева очень эффективен, поскольку тепло генерируется внутри заготовки , а не где-то еще, а затем применяется к заготовке.Другими словами, с помощью индукционного нагрева мы можем избежать потерь тепла с поверхностей, которые будут обеспечивать электрическое соединение, тем самым повышая общую эффективность нагрева.

Индукционный нагрев включает два разных типа физики: электромагнетизм и теплопередачу. Некоторые свойства материала зависят от температуры, то есть они меняются при воздействии тепла. В этом случае вы можете рассматривать два физических явления как взаимосвязанные.

Скин-эффект: высокая плотность тока у поверхности проводника.

Скин-эффект: высокая плотность тока у поверхности проводника.

Одним из нововведений, использующих индукционный нагрев, является индукционная плита. В этой конструкции катушка расположена под плитой, и ее электромагнитные поля воздействуют на металлический горшок. Поскольку таким образом можно нагревать только материалы с высокой проводимостью, кастрюля нагревается, а если вы положите руку на плиту, она не будет горячей.

Полупроводниковая промышленность также использует этот процесс для нагрева кремния. Другие области применения включают герметизацию, термообработку и сварку.

Несмотря на то, что существует множество продуктов и процессов, которые функционируют благодаря индукционному нагреву, есть одно применение, в котором нагрев приводит к потере энергии. Когда дело доходит до трансформаторов, важно, чтобы , а не , позволяли вихревым токам течь внутри сердечников. Если вихревые токи нагревают магнитный сердечник трансформатора, энергия теряется, и могут возникнуть дополнительные проблемы, такие как структурное повреждение.

Типичные входы и выходы для анализа индукционного нагрева приведены ниже:

Микроволновое отопление

Микроволновый нагрев — это мультифизическое явление, включающее электромагнитные волны и теплопередачу. Любой материал, подвергающийся воздействию электромагнитного излучения, будет нагреваться. Быстро меняющиеся электрические и магнитные поля приводят к четырем источникам нагрева. Любое электрическое поле, приложенное к проводящему материалу, вызовет протекание тока. Кроме того, изменяющееся во времени электрическое поле заставляет диполярные молекулы, такие как вода, колебаться взад и вперед.Изменяющееся во времени магнитное поле, приложенное к проводящему материалу, также будет индуцировать ток. В некоторых типах магнитных материалов также могут быть гистерезисные потери.

Одним из очевидных примеров микроволнового нагрева является микроволновая печь. Когда вы помещаете еду в микроволновую печь и нажимаете кнопку «Пуск», в духовке колеблются электромагнитные волны с частотой 2,45 ГГц. Эти поля взаимодействуют с пищей, вызывая выделение тепла и повышение температуры.

Эффективность микроволнового нагрева зависит от свойств материала.Например, если вы поместите в микроволновую печь продукты с разным содержанием воды, они будут нагреваться с разной скоростью. На обеденной тарелке может быть немного еды, которая очень горячая, а остальная часть остается холодной. Кроме того, положение продуктов относительно друг друга также влияет на электромагнитное поле внутри духовки. Вот почему в большинстве микроволновых печей есть поворотные столики, которые позволяют вращать пищу и обеспечивать равномерное нагревание.

Еще одно приложение, использующее эффекты микроволнового нагрева, — это лечение рака, в частности гипертермической онкологии.Этот тип лечения рака включает в себя локализованное нагревание опухолевой ткани без повреждения здоровой ткани вокруг нее. Врачи, проводящие микроволновую коагуляционную терапию, вставляют тонкую микроволновую антенну прямо в опухоль и нагревают ее. При нагревании микроволнами образуется коагулированная область, убивающая раковые клетки. Этот метод лечения требует контроля пространственного распределения и мощности нагрева. Датчики температуры должны быть хорошо спроектированы и стратегически размещены, чтобы не повредить здоровые ткани.

Микроволновое нагревание ткани печени для лечения рака.

Микроволновое нагревание ткани печени для лечения рака.

Типичные входы и выходы для анализа микроволнового нагрева приведены ниже:

Электромагнитные силы

Электромагнитные силы можно разделить на категории в зависимости от их подполя электромагнетизма.Хотя фундаментальная электромагнитная сила одинакова для всех них, их характерные особенности и методы расчета совершенно разные. Наиболее важные типы электромагнитных сил приведены в таблице ниже:

Усилие Подполе Обычно действует на Как вычислить чистую силу
Электростатическая сила Электростатика Граница Интеграция на границе
Диэлектрофоретическая сила Электростатика и электроквазистатика Частица Аналитическое выражение
Магнитостатическая сила Магнитостатика Граница Интеграция на границе
Сила Лоренца Магнитоквазистатика Том Интеграция в том
Радиационное давление Электромагнитные волны Граница Интеграция на границе

Электромагнитные силы используются во многих промышленных устройствах, включая электромагнитные двигатели и генераторы, электромагниты, реле, электромагнитные клапаны, автоматические выключатели, плунжеры и контакторы.

Электромагнитные силы важны не только для твердых материалов. Например, при обработке металлов с использованием индукционных печей важно понимать электромагнитные силы, поскольку расплавленные металлы обычно обладают высокой проводимостью. Область, в которой сочетаются магнитные свойства и поток жидкости, известна как магнитогидродинамика.

Линейные электромагнитные приводы используются во многих промышленных приложениях, где требуется линейное движение, например, для открытия или закрытия, а также для толкания или тяги нагрузки.

Линейные электромагнитные приводы используются во многих промышленных приложениях, где требуется линейное движение, например, для открытия или закрытия и толкания или тяги нагрузки.

Магнитостатическая сила

Магнитостатические силы — это, пожалуй, самые известные электромагнитные силы в повседневной жизни с вездесущими постоянными магнитами. Они используются в магнитах для холодильников, защелках для сумок и кошельков, магнитных разъемах для адаптеров питания и клавиатур ноутбуков и т. Д.Классическим примером постоянного магнита является подковообразный магнит, как показано на рисунке ниже. Магнитные силы в этом случае проявляются как плотность поверхностных сил, возникающая из-за прерывистого скачка магнитной проницаемости при выходе из внутреннего пространства постоянного магнита в немагнитный окружающий воздух.

Плотность магнитостатической силы на поверхности железного стержня рядом с подковообразным постоянным магнитом. Плотность поверхностной силы отображается в виде черных стрелок.

Плотность магнитостатической силы на поверхности железного стержня рядом с подковообразным постоянным магнитом. Плотность поверхностной силы отображается в виде черных стрелок.

Электростатическая сила

Подобно магнитостатическим силам, электростатические силы часто проявляются как поверхностные силы. В устройствах MEMS важны электростатические силы, как желаемые, так и нежелательные.

Электростатические силы важны при разработке устройств MEMS, таких как акселерометры.

Электростатические силы важны при разработке устройств MEMS, таких как акселерометры.

Lorentz Force

Силы Лоренца присутствуют всякий раз, когда есть ток по известной формуле

где — плотность тока, — магнитный поток, — плотность силы.

Магнитный поток может создаваться прямо или косвенно током, но также может быть внешне генерируемым магнитным потоком.

Плотность силы Лоренца внутри двух токоведущих проводов с постоянными токами, текущими в противоположных направлениях.Плотность силы отображается на поперечном сечении проводов и окружающего воздуха черными стрелками, а магнитный поток — цветом (величиной) и контурами. Плотность силы Лоренца в одном из проводов имеет вклад как от самоиндуцированного магнитного поля, так и от магнитного поля от соседнего провода. Чистая сила здесь отталкивающая.

Параметры контура с сосредоточенными параметрами

В области электрических цепей фундаментальными величинами являются не электрические или магнитные поля, а скорее сосредоточенные параметры цепи, такие как сопротивление и импеданс.Эти параметры схемы обычно описывают отношения между напряжениями и токами и кодируют информацию об электромагнитных устройствах системного уровня.

Опубликовано: 3 апреля 2019 г.
Последнее изменение: 3 апреля 2019 г.

HS. Волны и электромагнитное излучение | Стандарты науки нового поколения

Учащиеся, демонстрирующие понимание, могут:

HS-PS4-1. [Уточнение: Примеры данных могут включать электромагнитное излучение, распространяющееся в вакууме и стекле, звуковые волны, распространяющиеся через воздух и воду, и сейсмические волны, распространяющиеся через Землю.] [ Граница оценки: оценка ограничивается алгебраическими соотношениями и их описанием отношения качественно. ]
HS-PS4-2. [Уточнение: Примеры преимуществ могут включать в себя то, что цифровая информация является стабильной, поскольку ее можно надежно хранить в памяти компьютера, легко передавать, быстро копировать и распространять.К недостаткам можно отнести проблемы легкого удаления, безопасности и кражи.]
HS-PS4-3. [Уточняющее заявление: акцент делается на том, как экспериментальные данные подтверждают это утверждение и как теория обычно модифицируется в свете новых доказательств. Примеры явления могут включать резонанс, интерференцию, дифракцию и фотоэлектрический эффект.] [ Граница оценки: оценка не включает использование квантовой теории.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.