Явление электромагнитной индукции. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца. Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля.

Раздел долгосрочного плана: «Электр и магнетизм»		Колледж: КГКП «Колледж транспорта»
Дата:		ФИО учителя: Дюсупова Макпал Талгатовна
Курс:1		Количество присутствующих:	отсутствующих:
Тема урока		Урок №42. Явление электромагнитной индукции.Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.Явление самоиндукции. Индуктивность.Энергия магнитного поля.
Цели обучения		10.3.5. 2 – применять закон электромагнитной индукции при решении задач; 10.3.5.3 — проводить аналогии между механической и магнитной энергии
Цели урока		Учащиеся должны: — объяснять явления электромагнитной индукции и самоиндукции; — применять закон электромагнитной индукции при решении задач ; — применять правило Ленца при определении направления индукционного тока; — проводить аналогии между механической и магнитной энергии; — рассчитывать энергию магнитного поля, зная индуктивность контура и силу тока в нем.
Критерии успеха		Учащийся достиг цели, если — объясняет явление электромагнитной индукции и самоиндукции; — применяет правило Ленца для определения направления индукционного тока; — применяет закон электромагнитной индукции при решении задач -привести аналогии между механической и магнитной энергии; — рассчитать энергию магнитного поля, зная индуктивность контура и силу тока в нем.
Языковые цели		Учащиеся могут Предметная лексика и терминология – электромагнитная индукция, самоиндукция, индукционный ток, правило Ленца, индуктивность, закон Фарадея для электромагнитной индукции, магнитный поток, скорость изменения магнитного потока, скорость изменения силы тока. Серия полезных фраз для диалога — если магнитный поток уменьшается, то ЭДС индукции… Если скорость изменения силы тока … 0, то ЭДС самоиндукции . .. Для определения направления индукционного тока используют …..
Привитие ценностей		-Привитие ценностей осуществляется посредством/через привитие основ уважения и сотрудничества при совместном планировании эксперимента при работе в группах, а также в ходе выслушивания и анализа идей других групп. — Расширять кругозор учащихся, — Развивать ответственности и самостоятельности в своем обучении уважение и сотрудничество — Привитие ценностей осуществляется посредством работы в парах и в группе.
Межпредметные связи		Математика
Навыки использования ИКТ		Презентация
Предварительные знания		8 класс: магнитные поля; представление полей силовыми линиями; поля постоянных магнитов и зависимость от потоков в проводах 8 класс: электрические уравнения: U=IR, P =IU 10 класс: магнитные поля; плотность магнитного потока и тесла
Ход урока
этапы урока	Запланированная деятельность на уроке			Ресурсы

Начало урока	I. Организационный момент. Приветствие, проверка присутствующих, озвучивание темы, цели урока Физический диктант 1 вариант 2 вариант 1.Запишите все что ВЫ знаете о плотности магнитного потока 1.Запишите все что ВЫ знаете о магнитном потоке 2.Какое явление называется явлением электромагнитной индукции? 2.Запишите закон электромагнитной индукции 3.Приведите пример явления электромагнитной индукции и объясните причину возникновения индукционного тока Выступление учащегося с коротким докладом Жизнедеятельность Майкла Фарадея.			Презентация
Середина урока	Представление учащимся экспериментов. Учащиеся анализируют и объясняют результат эксперимента. Эксперимент 1 Магнитную стрелку на подставке поднесли к нижнему, а затем к верхнему концу штатива. Почему стрелка поворачивается к нижнему концу штатива с любой стороны южным полюсом, а к верхнему концу — северным концом? (Все железные предметы находятся в магнитном поле Земли. Под действием этого поля они намагничиваются,, причем нижняя часть предмета обнаруживает северный магнитный полюс, а верхняя — южный.) Эксперимент 2 В большой корковой пробке сделайте небольшой желобок для куска проволоки. Пробку опустите в воду, а сверху положите проволоку, располагая ее по параллели. При этом проволока вместе с пробкой поворачивается и устанавливается по меридиану. Почему? (Проволока была намагничена и устанавливается в поле Земли как магнитная стрелка.) Представление учащимся темы урока. Формулирование цели совместно с учащимися Формирование понятия магнитного потока. Объяснение концепции магнитного потока через презентацию и эксперименты: Эксперимент 1 Гальванометр подсоединяем к катушке, и будем выдвигать из нее постоянный магнит. Наблюдаем отклонение стрелки гальванометра, появился ток (индукционный). Ток в проводнике возникает, когда проводник оказывается в области действия переменного магнитного поля. Переменное магнитное поле Фарадей представлял как изменение числа силовых линий, пронизывающих поверхность, ограниченную данным контуром. Это число зависит от индукции В магнитного поля, от площади контура S и его ориентации в данном поле. Ф = BScosα — магнитный поток. Ф [Вб] Вебер. Индукционный ток может иметь разные направления, которые зависят от того, убывает или возрастает магнитный поток, пронизывающий контур. Правило, позволяющее определить направление индукционного тока, было сформулировано в 1833 г. Э. X. Ленцем. Эксперимент 2 В легкое алюминиевое кольцо вдвигаем постоянный магнит. Кольцо отталкивается от него, а при выдвигании притягивается к магниту. Результат не зависит от полярности магнита. Отталкивание и притягивание объясняется возникновением в нем индукционного тока. При вдвигании магнита магнитный поток через кольцо возрастает: отталкивание кольца при этом показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, при котором вектор индукции его магнитного поля противоположен по направлению вектору индукции внешнего магнитного поля. Объясняет физический смысл полного магнитного потока соленоида. Демонстрация явления электромагнитной индукции. Формулировка законов электромагнитной индукции. Пояснение правила Ленца с помощью демонстрации. Если за малое время Δt магнитный поток меняется на ΔФ, то скорость изменения потока Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, если на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. При изменении магнитного потока появляются сторонние силы, действие которых характеризует ЭДС. Сопротивление зависит от изменения магнитного потока. Закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС. Индивидуальная работа. Задание1. Заполните таблицу аналогий физических величин

Механическая величина	Электромагнитная величина

Задание2:

1. По обмотке соленоида индуктивностью L=0,2 Гн течет ток I=10 А. Определить энергию W магнитного поля соленоида.

10 Дж

2. Индуктивность L катушки (без сердечника) равна 0,1 мГн. При какой силе тока I энергия W магнитного поля равна 100 мкДж?

1,41 А

3. Соленоид содержит N=1000 витков. Сила тока I в его обмотке равна 1 А, магнитный поток Ф через поперечное сечение соленоида равен 0,1 мВб. Вычислить энергию…

50 мДж

Презентация

Конец урока

Рефлексия

Вопросы:

1.На уроке я работал….
  2.Своей работой на уроке я…….
  3.Урок для меня показался……..
  4.За урок я………….

Домашнее задание:§74, Стр. 166,№ 2

Презентация

Урок правило ленца. Урок на тему «Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции»

Урок правило ленца. Урок на тему «Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон электромагнитной индукции»

Цели урока:

• обучающие: изучить явление электромагнитной индукции и условия его возникновения; показать причинно-следственные связи при наблюдении явления электромагнитной индукции; раскрыть сущность явления при постановке опытов, изучить правило Ленца (правила для определения направления индукционного тока), разъяснить закон электромагнитной индукции.
• развивающие: развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы, представлять результаты проделанной работы, развивать общую культуру речи, навыки групповой работы.
• воспитательные: вызвать заинтересованность к изучаемой теме с точки зрения получаемой профессии, способствовать самостоятельному получению знаний.

Тип урока: изучение нового материала

Методы обучения:

Метод проблемного изложения, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности:

• Групповая
• Фронтальная

Оборудование: электронная доска, презентация, мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В. Акопяна), полосовой магнит, соединительные провода, гальванометр, миллиамперметр, катушки, источник тока, ключ, проволочные мотки, магнит дугообразный, прибор для демонстрации правила Ленца.

План урока

Этапы урока	Время, мин	Приемы и методы
Создание проблемной ситуации, исторические сведения	8 мин	Создание проблемной ситуации преподавателем. Демонстрации, подводящие к цели урока.
Изучение нового материала в ходе экспериментальной работы в группах (явление ЭМИ, правило Ленца)	2 мин	Эксперимент. Наблюдение. Выделение главного. Формулировка выводов.
Изучение нового материала (правила определения направления индукционного тока, закон электромагнитной индукции).	20 мин	Беседа. Ответы на вопросы.
Подведение итогов. Домашнее задание.	5 мин	Выделение главного. Оценивание (взаимооценивание) “Цепочка”.

Ход урока

1. Создание проблемной ситуации (дальняя перспектива)

Здравствуйте, ребята! На слайде (Слайд 1) презентации изображены опоры ЛЭП в разных странах: в Финляндии, например в виде оленей. Но опоры не меняют содержание: все ЛЭП предназначены для передачи электрического тока на большие расстояния, и все ЛЭПы – высоковольтные.

Почему все линии электропередачи высоковольтные?

(Ответы обучающихся, как правило — “Течет ток высокого напряжения” ).

Зачем повышают напряжение? (Слайд 2). Посмотрите на схему передачи электроэнергии: трансформатор повышает и без того высокое напряжение, а в быту, в осветительной сети необходимо всего 220В! Так зачем повышают напряжение? (Ответы обучающихся)

Пока мы вели с вами беседу через проволочный моток протекал электрический ток.

Демонстрация 1: Проволочный моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток.

(Ответы обучающихся, как правило — “Проводник, по которому течет ток нагревается. Это тепловое действие тока” ).

Молодцы, верно! Ток, текущий по ЛЭП, нагревает линию (провод) происходит потеря энергии: часть электрической энергии превращается в тепловую. Потери тепловой энергии необходимо минимизировать. (Слайд 3) Давайте вспомним закон Джоуля-Ленца: уменьшить тепловые потери можно уменьшив, например, силу тока. Прибор, который уменьшает силу тока и одновременно с этим повышает напряжение во столько же раз (и наоборот), практически без потери мощности был изобретен в 1878 году русским ученым П.Н. Яблочковым и был назван трансформатором.

Давайте подведем небольшой итог: чтобы уменьшить тепловые потери при передаче электроэнергии на большие расстояния необходимо понизить силу тока, а эту роль выполнит повышающий трансформатор, но одновременно с этим он во столько же раз повысит напряжение. Вот почему все линии электропередач высоковольтные.

2. Создание проблемной ситуации (ближняя перспектива)

Но на каком принципе построена работа трансформатора?

(Обучающиеся затрудняются с ответом)

Его работа основана на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году и является величайшим открытием ХIХ века. (Слайд 4)

На этом явлении построен принцип работы индукционных печей (ОМД, сталеплавильное производство) и лагов, индукционных варочных панелей (Технолог), металлодетекторов, трансформаторов(Сварщик) и генераторов переменного тока(Техническое обслуживание электрического и электромеханического оборудования).

Ваша будущая профессия (специальность) неразрывно связана с этим явлением: без электрического тока вырабатываемого генераторами на ЭС невозможна работа станков (Станочник), электромагнитов (Машинист крана), электрических печей и плит (Технолог) и т.д.

Демонстрация 2. Моток закреплен в лапке штатива, по нему пропускают электрический ток, подносят магнит.

Какое действие электрического тока можно заметить?

(Ответы обучающихся, как правило — “Магнитное. Если по проводнику течет ток, то вокруг проводника возникает магнитное поле” ). Молодцы!

Верно. Если электрический ток порождает собой магнитное поле, то не может ли в свою очередь, магнитное поле породить электрический ток?

В 1821 году этим вопросом был озадачен Майкл Фарадей. “Превратить магнетизм в электричество” было написано у него в дневнике. Через 10 лет, 29 августа 1831 года эта задача была решена.

Запишите тему урока. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА. ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

Давайте экспериментально установим, при каких условиях магнитное поле может породить электрический ток в проводнике (контуре).

(Обучающиеся выполняют экспериментальные задания по группам).

• 1 группа: Приложение 1
• 2 группа: Приложение 2
• 3 группа: Приложение 3

Подведем итоги работы наших групп:

1 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 5) (ответы обучающихся 1 группы дополняются ответами обучающихся из других групп)

Вывод: В проводящем замкнутом контуре возникает

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

Из истории вопроса: Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. При работе он пользовался гальванометром, легкая магнитная стрелка которого помещалась внутри катушки прибора. Чтобы магнит не оказывал непосредственного влияния на стрелку, концы катушки, куда вводили магнит, были выведены в соседнюю комнату и там присоединены к гальванометру. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр не показывал тока. Стоило бы ему все время находится рядом с гальванометром, а кого-нибудь попросить заняться магнитом, замечательное открытие было бы сделано. Но этого не случилось. Покоящийся относительно катушки магнит не вызывает в ней тока.

Введем понятие магнитного потока. (Слайд 6)

Магнитный поток — физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции B на площадь S косинус угла? между векторами и

1 Вб = 1 Тл*1м 2

Магнитный поток в 1 Вебер создается магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м 2 , расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Ток, возникающий в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют индукционным током.

2 группа (Ответы обучающихся).

Вывод: Величина индукционного тока зависит (Слайд 7)

• сила индукционного тока зависит не от скорости изменения магнитной индукции, а от скорости изменения потока магнитной индукции (от скорости изменения магнитного потока)
• от числа витков в контуре

Общий вывод работы 1 и 2 группы:

Явление возникновения индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, называют явлением электромагнитной индукции.

3 группа (Ответы обучающихся). (Слайд 8). Правило Ленца.

Исследуя явление электромагнитной индукции, Э. X. Ленц в 1833 г. установил общее правило для определения направления индукционного тока:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван.

Направление индукционного тока.

Правило правой руки

Если правую руку расположить так, чтобы вектор B входил в ладонь, а отогнутый на 90 о большой палец был направлен по движению проводника, то четыре пальца руки укажут направление индукционного тока проводнике.

При объяснении материала можно использовать мультимедийный курс Физика: полный курс.7-11 классы (под ред. В.Акопяна) (урок “Явление электромагнитной индукции”)

Закон электромагнитной индукции

Известно, что в цепи появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работу этих сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой. Следовательно, при изменении магнитного потока, через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемой ЭДС индукции.

~ и =, то = — для 1 витка = * N- для N витков

В соответствии с правилом Ленца:

= — *N — для N витков

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Ребята, сегодня мы познакомились с явлением электромагнитной индукции (ЭМИ). Работа многих приборов основана на этом явлении, особенную роль следует отвести генераторам переменного тока, в которых механическая энергия превращается в электрическую. Без электрического тока жизнь современного человека представить практически невозможно, так же как и Вашу будущую работу: индукционные варочные панели – Технолог, индукционные печи — ОМД, трансформатор – Сварщик и т.д.

Подведем итог урока, ответим на вопросы:

Вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2. Что называют магнитным потоком?

3. Как связана работа станочника (машиниста крана, машиниста локомотива и т. д.) с явлением ЭМИ?

4. Почему закон электромагнитной индукции формулируется для ЭДС, а не для силы тока? Сформулируйте закон ЭМИ.

5. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак “минус”?

6. Как определить направление индукционного тока?

Сегодня мы плодотворно работали, проводили опыты, ребята оцените работу каждой группы: работу своей группы и работу студентов в других группах.

(Обсуждение, диалог обучающихся)

3. Домашнее задание:

8-11, конспект, стр. 27 (привести примеры возникновения индукционного тока, используя две катушки на общем сердечнике), подготовить сообщения (Металлодетекторы, поезд на магнитной подушке, индукционные печи, индукционные варочные панели).

Цепочка:

Как обычно, выходим из класса по “цепочке” (необходимо назвать физическую величину и единицы измерения физической величины).

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Конспект урока по физике в 8 классе.

Тема. Правило Ленца.

Цели:

образовательные:

Сформулировать правило Ленца для определения направления индукционного тока;

Сформировать навыки применения правила Ленца;

развивающие:

Развивать умения наблюдать, сопоставлять, сравнивать и обобщать результаты экспериментов;

Развивать умение находить решение проблемы;

воспитательные:

— воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету;

Расширять кругозор учащихся.

Оборудование: прибор для демонстрации правила Ленца, полосовой и дугообразный магниты, гальванометр, катушка, экран, ноутбук, проектор, раздаточный материал (карточки-задания), презентация.

Ход урока.

I. Организационный момент.

Английский философ Герберт Спенсер когда-то сказал: «Дороги не те знания, которые откладываются в мозгу, как жир, дороги те, которые превращаются в умственные мышцы!»

Эти слова будут эпиграфом к уроку, на котором нам предстоит поработать «мозговыми мышцами».

II. Проверка домашнего задания.

Экспресс-тест.

Явление электромагнитной индукции.

1. При вдвигании магнита северным полюсом в катушку…

2. При выдвигании магнита северным полюсом из катушки…

В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток

3. При выдвигании магнита южным полюсом из катушки…

А. в катушке не возникает индукционный ток

Б. в катушке возникает индукционный ток

В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток

4. При вдвигании магнита южным полюсом в катушку…

А. в катушке возникает индукционный ток

Б. в катушке не возникает индукционный ток

В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток

5. Если магнит неподвижен относительно катушки…

А. в катушке не возникает индукционный ток

Б. в катушке возникает индукционный ток

В. в катушке в некоторых случаях возникает индукционный ток

6. Если двигать катушку относительно недвижного магнита…

А. в катушке возникает индукционный ток

Б. в катушке не возникает индукционный ток

В. в катушке иногда возникает индукционный ток

7. Сила индукционного тока больше…

А. медленно вдвигать магнит в катушку

Б. быстро выдвигать магнит из катушки

В. медленно выдвигать магнит из катушки

А. направления движения магнита относительно катушки (вносят магнит или удаляют)

Б. от того, каким полюсом вносят или удаляют магнит

В. направления движения магнита относительно катушки (вносят магнит или удаляют) и от того, каким полюсом вносят или удаляют магнит

9. Явление электромагнитной индукции…

А. это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении внешнего магнитного поля внутри катушки

Б. это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре

В. это явление возникновения магнитного поля в замкнутом контуре

10. Явление электромагнитной индукции обнаружил…

А. Эрстед

В. Фарадей

Работа в парах: взаимопроверка.

(каждый учащийся ответы дает в двух экземплярах: один — для взаимопроверки, второй сдают для проверки учителем).

10 верных ответов — «5», 8-9 — «4», 7 — «3», 6 — «3-», 5 и меньше — «2».

Психологическая разрядка — здоровьесбережение.

«Пятерки» — похлопали в ладоши.

«Четверки» — похлопали в ладоши.

«Тройки» — вздохнули.

«Двойки» — глубоко вздохнули.

III . Мотивация учебной деятельности.

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц — немецкий физик об открытии Майкла Фарадея сказал: «До тех пор, пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея».

Фарадей указал причину возникновения индукционного тока — это изменяющееся магнитное поле. Кроме того, для каждого конкретного случая (для каждого опыта) указывал направление индукционного тока.

Как вы думаете, если причина возникновения тока одна, то существует общий подход к определению направления индукционного тока, а не каждого случая?

Возможный ответ. Существует.

Действительно, есть правило, определяющее направление индукционного тока.

IV . Целеполагание.

Какую цель мы ставим перед собой на уроке?

Возможный ответ. Изучить правило, которое позволит определять направление индукционного тока.

V. Сообщение темы урока.

(записали в тетрадь)

VI . Изучение нового материала.

После открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции ряд ученых предложили довольно сложные «правила», позволяющие в частных случаях определять направление индукционного тока.

Внимательно изучив все работы в этой области, российский физик, один из основоположников электротехники, Эмилий Христианович Ленц в 1832 г. поставил ряд оригинальных опытов, а в ноябре 1833-го выступил в Академии наук с докладом «Об определении направления гальванических токов, возбуждаемых электродинамической индукцией».

Мы с вами тоже можем установить это правило при помощи несложного опыта.

Прибор представляет собой два алю­ми­ни­е­вых коль­ца со­еди­нен­ы алю­ми­ни­е­вой пе­ре­кла­ди­ной. Одно из этих колец имеет раз­рез (не за­мкну­тое), вто­рое коль­цо сплош­ное. Пе­ре­кла­ди­на уста­нов­ле­на на острие иглы, ко­то­рая за­креп­ле­на на под­став­ке.

Опыт 1. Внести магнит в кольцо с разрезом.

Что наблюдаете?

Ответ. Никаких изменений не наблюдается.

Опыт 2. Внести магнит северным полюсом в сплошное кольцо.

Что наблюдаете?

Ответ. Кольцо уходит от магнита.

Опыт 3. Вытянуть магнит из сплошного кольца.

Что наблюдаете?

Ответ. Кольцо следует за магнитом.

Опыты 4-5. Повторить опыт вдвигая и выдвигая магнит из сплошного кольца южным полюсом.

Что наблюдаете?

При внесении магнита южным полюсом в сплошное кольцо удаляется от магнита. При вынесении магнита из кольца кольцо следует за ним.

Таким образом, при внесении в сплошное кольцо любого полюса магнита кольцо удаляется от него, а при выдвигании магнита из кольца любым полюсом кольцо следует за магнитом.

Объясним наблюдаемые явления.

Эвристическая беседа.

Демонстрация. Что происходит, если в катушку вдвигать магнит?

Ответ. В катушке возникает индукционный ток.

Что происходит, если в кольцо вдвигать магнит?

Ответ. В кольце возникает индукционный ток.

К чему приводит возникновение индукционного тока?

Ответ. Вокруг кольца с током возникает магнитное поле.

Итак, кольцо приобретает свойства магнита, и мы наблюдали взаимодействие магнита с кольцом-магнитом.

Как взаимодействуют полюсы магнитов?

Ответ. Разноименные полюсы притягиваются, одноименные — отталкиваются.

Поскольку, кольцо отталкивается от магнита, то следует, что кольцо и магнит обращены друг к другу одноимёнными полюсами.

Демонстрация. Что скажем о направлении индукционного тока при вдвигании и выдвигании магнита из катушки?

Ответ. Возникающий ток при вдвигании магнита имеет одно направление, а при выдвигании – противоположное.

При выдвигании магнита из кольца кольцо следует за магнитом. Направление тока изменилось на противоположное, и кольцо теперь обращено противоположным с магнитом полюсом.

Физкультминутка.

На уроке дадим поработать и мышцам глаз, и мышцам пальцев, и мышцам рук.

Продолжим. Изобразим механизм происходящего.

Что собой представляют магнитные линии магнитного поля полосового магнита?

Ответ. Магнитные линии полосового магнита – замкнутые линии, выходят из северного полюса входят в южный.

Применим правило правой руки для кольца: если на­пра­вить боль­шой палец пра­вой руки по на­прав­ле­нию маг­нит­ных линий, то че­ты­ре со­гну­тых паль­ца ука­жут на­прав­ле­ние тока в коль­це.

Теперь рассмотрим, что происходит, если выдвигать магнит из кольца.

В кольце с разрезом индукционный ток не возникает, кольцо с магнитом не взаимодействует.

Отодвигаясь от приближающегося магнита, кольцо противодействует увеличению проходящего сквозь него внешнего магнитного поля. Следуя за удаляющимся магнитом, кольцо противодействует уменьшению проходящего сквозь него внешнего магнитного поля.

Таким образом, мы пришли к тому же выводу, что и в 1833 году Эмилий Христианович Ленц:

возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного поля, которое вызвало этот ток.

Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

V . Закрепление изученного материала.

Повторим этапы применения правила Ленца для определения направления индукционного тока:

1. Выясняем, приближаем или удаляем магнит от замкнутого контура. То есть, выясняем, как изменяется магнитное поле через замкнутый контур.

2. Показываем магнитные линии этого (внешнего) магнитного поля.

3. Показываем магнитные линии магнитного поля индукционного тока:

Если внешнее магнитное поле увеличивается, то магнитные линии магнитного поля индукционного тока направляем противоположно магнитным линиям внешнего магнитного поля;

Если внешнее магнитное поле уменьшается, то магнитные линии магнитного поля индукционного тока направляем как направлены магнитные линии внешнего магнитного поля.

4. Применяя правило правой руки, определяем направление индукционного тока.

VI . Домашнее задание.

§22 (учить).

Задание. Как направлен индукционный ток в кольце:

а) магнит вдвигать в кольцо южным полюсом;

б) магнит выдвигать из кольца южным полюсом.

VII . Рефлексия.

Как поработали мозговыми мышцами?

«Отлично!» — похлопали;

Почувствовали «красоту» правила Ленца?

«Все получилось!» — похлопали;

«Не очень…» — глубоко вздохнули.

Закон Фарадея об электромагнитных помехах — МАЙКЛ ФАРАДЕЙ

Закон индукции Фарадея — это основной закон электромагнетизма, предсказывающий, как магнитное поле будет взаимодействовать с электрической цепью, создавая электродвижущую силу (ЭДС) — явление, называемое электромагнитной индукцией. Это основной принцип работы трансформаторов, катушек индуктивности и многих типов электродвигателей, генераторов и соленоидов . Эксперимент Фарадея: СВЯЗЬ МЕЖДУ ЭДС ИНДУКЦИИ И ПОТОКА В этом эксперименте Фарадей берет магнит и катушку и подключает к катушке гальванометр. При запуске магнит покоится, поэтому в гальванометре нет отклонения, т.е. стрелка гальванометра находится в центральном или нулевом положении. При приближении магнита к катушке стрелка гальванометра отклоняется в одну сторону. Когда магнит удерживается неподвижно в этом положении, стрелка гальванометра возвращается обратно в нулевое положение. Теперь, когда магнит удаляется от катушки, стрелка имеет некоторое отклонение, но в противоположном направлении, и снова, когда магнит становится неподвижным, в этой точке относительно катушки стрелка гальванометра возвращается обратно в нулевое положение. Точно так же, если магнит удерживается неподвижно, а катушка перемещается в сторону и к магниту, гальванометр показывает отклонение аналогичным образом. Видно также, что чем быстрее изменяется магнитное поле, тем больше будет ЭДС индукции или напряжение в катушке. ЗАКЛЮЧЕНИЕ:  Из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда существует относительное движение между проводником и магнитным полем, потокосцепление с катушкой изменяется, и это изменение потока индуцирует напряжение на катушке. : Из этого эксперимента Фарадей пришел к выводу, что всякий раз, когда существует относительное движение между проводником и магнитным полем, потокосцепление с катушкой изменяется, и это изменение потока индуцирует напряжение на катушке. Майкл Фарадей сформулировал два закона на основе вышеуказанных экспериментов. Эти законы называются законами электромагнитной индукции Фарадея. Законы Фарадея : Первый закон : Любое изменение магнитного поля катушки с проводом вызовет ЭДС в катушке. Эта индуцированная ЭДС называется ЭДС индукции, и если цепь проводника замкнута, ток также будет циркулировать по цепи, и этот ток называется индуктивным током.  Метод изменения магнитного поля: Путем перемещения магнита к катушке или от нее.  Перемещая катушку в магнитное поле или из него. Путем изменения площади катушки, помещенной в магнитное поле. Поворотом катушки относительно магнита. Второй закон  : Он гласит, что величина ЭДС, индуцированной в катушке, равна скорости изменения потока, связанного с катушкой. Потокосцепление катушки является произведением числа витков в катушке и потока, связанного с катушкой.

Формула закона Фарадея:
Рассмотрим магнит, приближающийся к катушке. Здесь мы рассматриваем два момента времени T1 и T2.
Потокосцепление с катушкой в ​​момент времени, T1 = NΦ1 Wb
Потокосцепление с катушкой во время, T2 = NΦ2 wb
Изменение потокосцепления = N(Φ2 — Φ1)
Пусть это изменение потокосцепления будет, Φ = Φ2 — Φ1
 Итак, Изменение потокосцепления = NΦ
Теперь скорость изменения потокосцепления = NΦ / t
Возьмем производную справа и получим
Скорость изменения потокосцепления = NdΦ/dt
Но согласно закону электромагнитной индукции Фарадея скорость изменения потокосцепление равно ЭДС индукции.
                                            E= NdΦ/dt
Учитывая закон Ленца.
                                          E= -NdΦ/dt
Где поток Φ в Wb = B.A 
B = напряженность магнитного поля
A = площадь катушки

  КАК УВЕЛИЧИТЬ ЭДС, НАВЕДЕННУЮ В КАТУШКЕ

1. увеличивается число витков катушки, увеличивается и ЭДС индукции.
2.  За счет увеличения напряженности магнитного поля, т.е. B, окружающего катушку. Математически, если магнитное поле увеличивается, увеличивается поток, а если поток увеличивается, индуцированная ЭДС также увеличивается. Теоретически, если катушка проходит через более сильное магнитное поле, будет больше силовых линий, которые катушка может разрезать, и, следовательно, будет больше индуцированной ЭДС.
3. За счет увеличения скорости относительного движения между катушкой и магнитом. Если относительная скорость между катушкой и магнитом увеличивается по сравнению с предыдущим значением, катушка будет перерезать линии потока с большей скоростью, поэтому ЭДС индукции будет больше. будет производиться.

Закон Ленца – Колледж физики

Глава 23 Электромагнитная индукция, цепи переменного тока и электрические технологии

Резюме

• Рассчитайте ЭДС, ток и магнитное поле, используя закон Фарадея.
• Объясните физические результаты закона Ленца

Опыты Фарадея показали, что ЭДС, индуцируемая изменением магнитного потока, зависит лишь от нескольких факторов. Во-первых, ЭДС прямо пропорциональна изменению потока [латекс]{\дельта\фи}[/латекс]. Во-вторых, ЭДС максимальна, когда изменение во времени [латекс]{\Delta t}[/латекс] наименьшее, то есть ЭДС обратно пропорциональна [латекс]{\Delta t}[/латекс]. Наконец, если катушка имеет [латекс]{N}[/латекс] витков, будет создаваться ЭДС, которая в [латекс]{N}[/латекс] раз больше, чем для одиночной катушки, так что ЭДС прямо пропорциональна [латекс]{N}[/латекс]. Уравнение для ЭДС, индуцированной изменением магнитного потока, имеет вид

[латекс] {\ текст {ЭДС} = -N} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {\ Delta \ phi} {\ Delta t}} [/ латекс]

Это соотношение известно как закон индукции Фарадея. Единицами ЭДС, как обычно, являются вольты.

Знак минус в законе индукции Фарадея очень важен. Минус означает, что ЭДС создает ток I и магнитное поле B, которые противодействуют изменению потока [латекс]{\дельта\фи}[/латекс] — это известно как закон Ленца . Направление (отмечено знаком минус) ЭДС настолько важен, что его называют законом Ленца в честь русского Генриха Ленца (1804–1865), который, подобно Фарадею и Генри, независимо исследовал аспекты индукции. Фарадей знал об этом направлении, но Ленц сформулировал его так ясно, что ему приписывают его открытие. (См. рис. 1.)

Рис. 1. (а) Когда этот стержневой магнит вталкивается в катушку, напряженность магнитного поля в катушке увеличивается. Ток, наведенный в катушке, создает другое поле в направлении, противоположном направлению стержневого магнита, чтобы противостоять увеличению. Это один из аспектов закона Ленца: индукция препятствует любому изменению потока. (b) и (c) — две другие ситуации. Убедитесь сами, что направление индуцированной B _{Показанная катушка} действительно противостоит изменению потока и что показанное направление тока соответствует RHR-2.

Стратегия решения задач по закону Ленца

Чтобы использовать закон Ленца для определения направлений индуцированных магнитных полей, токов и ЭДС:

1. Сделайте набросок ситуации для использования при визуализации и записи направлений.
2. Определить направление магнитного поля B.
3. Определите, увеличивается или уменьшается поток.
4. Теперь определите направление индуцированного магнитного поля B. Оно противодействует изменению потока путем добавления или вычитания исходного поля.
5. Используйте RHR-2 для определения направления индуцированного тока I, который отвечает за индуцированное магнитное поле B.
6. Направление (или полярность) ЭДС индукции теперь будет управлять током в этом направлении и может быть представлено как ток, выходящий из положительной клеммы ЭДС и возвращающийся к ее отрицательной клемме.

Для практики примените эти шаги к ситуациям, показанным на рисунке 1, и к другим ситуациям, которые являются частью следующего текстового материала.

Закон индукции Фарадея имеет множество применений, которые мы рассмотрим в этой и других главах. На этом этапе давайте упомянем несколько, которые связаны с хранением данных и магнитными полями. Очень важное применение связано с аудио и видео записывающими лентами . Пластиковая лента, покрытая оксидом железа, проходит мимо записывающей головки. Эта записывающая головка представляет собой круглое железное кольцо, на которое намотана катушка проволоки — электромагнит (рис. 2). Сигнал в виде переменного входного тока от микрофона или камеры поступает на записывающую головку. Эти сигналы (которые зависят от амплитуды и частоты сигнала) создают переменные магнитные поля на записывающей головке. Когда лента движется мимо записывающей головки, ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте изменяется, что приводит к записи сигнала. В режиме воспроизведения намагниченная лента проходит мимо другой головки, аналогичной по устройству записывающей головке. Различная ориентация магнитного поля молекул оксида железа на ленте индуцирует ЭДС в катушке провода в головке воспроизведения. Затем этот сигнал отправляется на громкоговоритель или видеоплеер.

Рисунок 2. Головки записи и воспроизведения, используемые с аудио- и видеомагнитофонами. (кредит: Steve Jurvetson)

Аналогичные принципы применимы и к жестким дискам компьютеров, за исключением того, что они работают гораздо быстрее. Здесь записи на вращающемся диске с покрытием. Считывающие головки исторически заставляли работать по принципу индукции. Однако входная информация передается в цифровом, а не в аналоговом виде — на вращающемся жестком диске записывается последовательность нулей или единиц. Сегодня большинство устройств считывания с жестких дисков не работают по принципу индукции, а используют метод, известный как гигантское магнитосопротивление . (Открытие того, что слабые изменения магнитного поля в тонкой пленке железа и хрома могут вызвать гораздо большие изменения электрического сопротивления, было одним из первых крупных успехов нанотехнологии.) Еще одно применение индукции можно найти в магнитной полосе на магнитной полосе. оборотная сторона вашей личной кредитной карты, используемой в продуктовом магазине или банкомате. Это работает по тому же принципу, что и упомянутая в последнем абзаце аудио- или видеокассета, в которой голова считывает личную информацию с вашей карты.

Еще одним применением электромагнитной индукции является передача электрических сигналов через барьер. Рассмотрим кохлеарный имплант , показанный ниже. Звук улавливается микрофоном снаружи черепа и используется для создания переменного магнитного поля. Ток индуцируется в приемнике, закрепленном в кости под кожей, и передается на электроды во внутреннем ухе. Электромагнитная индукция может использоваться и в других случаях, когда электрические сигналы необходимо передавать через различные среды.

Рисунок 3. Электромагнитная индукция, используемая для передачи электрических токов через среды. Устройство на голове ребенка индуцирует электрический ток в приемнике, закрепленном в кости под кожей. (кредит: Бьорн Кнетш)

Еще одна современная область исследований, в которой электромагнитная индукция успешно применяется (и имеет значительный потенциал), — это транскраниальное магнитное моделирование. Множество расстройств, включая депрессию и галлюцинации, можно отнести к нерегулярной локальной электрической активности в головном мозге. В транскраниальная магнитная стимуляция , быстро меняющееся и очень локализованное магнитное поле помещается рядом с определенными участками, идентифицированными в мозгу. В выявленных местах индуцируются слабые электрические токи, что может привести к восстановлению электрических функций в тканях головного мозга.

Апноэ во сне («остановка дыхания») поражает как взрослых, так и младенцев (особенно недоношенных детей и может быть причиной внезапной детской смерти [SID]). У таких людей дыхание может неоднократно останавливаться во время сна. Прекращение более чем на 20 секунд может быть очень опасным. Инсульт, сердечная недостаточность и усталость — вот лишь некоторые из возможных последствий для человека, страдающего апноэ во сне. Беспокойство у младенцев вызывает остановка дыхания на эти более длительные периоды времени. Один из типов мониторов для оповещения родителей о том, что ребенок не дышит, использует электромагнитную индукцию. Через провод, обернутый вокруг грудной клетки младенца, проходит переменный ток. Расширение и сжатие грудной клетки младенца, когда он дышит, изменяет площадь, проходящую через спираль. В расположенной рядом съемной катушке индуцируется переменный ток, обусловленный изменяющимся магнитным полем исходного провода. Если ребенок перестанет дышать, индуцированный ток изменится, и родитель может быть предупрежден.

Установление связей: сохранение энергии

Закон Ленца является проявлением сохранения энергии. ЭДС индукции создает ток, противодействующий изменению потока, потому что изменение потока означает изменение энергии. Энергия может войти или уйти, но не мгновенно. Закон Ленца является следствием. Когда изменение начинается, закон говорит, что индукция противодействует и, таким образом, замедляет изменение. На самом деле, если бы ЭДС индукции была направлена ​​в том же направлении, что и изменение потока, существовала бы положительная обратная связь, которая давала бы нам свободную энергию без видимого источника — закон сохранения энергии был бы нарушен.

Пример 1. Расчет ЭДС: насколько велика ЭДС индукции?

Рассчитайте величину ЭДС индукции, когда магнит на рис. 1(а) вталкивается в катушку, учитывая следующую информацию: катушка с одним контуром имеет радиус 6,00 см и среднее значение [латекс]{B \ ;\text{cos} \;\theta}[/latex] (это дано, поскольку поле стержневого магнита комплексное) увеличивается с 0,0500 Тл до 0,250 Тл за 0,100 с.

Стратегия

Найти величина ЭДС, мы используем закон индукции Фарадея, как указано [латекс] {\ текст {ЭДС} = -N \ гидроразрыва {\ Delta \ phi} {\ Delta t}} [/ латекс], но без знак минус, указывающий направление:

[латекс]{\текст{ЭДС} = N}[/латекс] [латекс]{\гидроразрыва{\Delta \phi}{\Delta t}}[/латекс]

Решение

Нам дано, что [латекс]{N = 1}[/латекс] и [латекс]{\Delta t=0,100 \;\текст{s}}[/латекс], но мы должны определить изменение потока [латекс] {\ дельта \ фи} [/ латекс], прежде чем мы сможем найти ЭДС. Поскольку площадь петли фиксирована, мы видим, что 92)(0,200 \;\text{T})}{0,100 \;\text{s}}}[/latex] [латекс]{= 22,6 \; \text{мВ}}[/latex]

Обсуждение

Хотя это напряжение легко измерить, оно явно недостаточно велико для большинства практических приложений. Больше петель в катушке, более сильный магнит и более быстрое движение делают индукцию практическим источником напряжения, которым она и является.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея

Поиграйте со стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея. Переместите стержневой магнит рядом с одной или двумя катушками, чтобы лампочка загорелась. Посмотрите на линии магнитного поля. Счетчик показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Рисунок 4. Электромагнитная лаборатория Фарадея

• Закон индукции Фарадея утверждает, что ЭДС , вызванная изменением магнитного потока, равна

[латекс] {\ текст {ЭДС = -N}} [/ латекс] [латекс] {\ гидроразрыва {\ Delta \ phi} {\ Delta t}} [/ латекс]

• при изменении потока на [latex]{\Delta \phi}[/latex] за время [latex]{\Delta t}[/latex] .
  
• Если в катушке индуцируется ЭДС, [латекс]{N}[/латекс] — число витков.
• Знак минус означает, что ЭДС создает ток [латекс]{I}[/латекс] и магнитное поле [латекс]{В}[/латекс], которые препятствуют изменению потока  [латекс]{\Delta \phi}[/латекс] — это противоположность известна как закон Ленца.

Задачи и упражнения

1: Ссылаясь на рисунок 5(a), каково направление тока, индуцируемого в катушке 2: (a) Если ток в катушке 1 увеличивается? б) Если ток в катушке 1 уменьшится? в) Если ток в катушке 1 постоянен? Подробно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в стратегии решения проблем для закона Ленца.

Рис. 5. (а) Катушки лежат в одной плоскости. (b) Провод находится в плоскости катушки

2: Согласно рис. 5(b), каково направление тока, индуцируемого в катушке: (a) Если ток в проводе увеличивается? б) Если сила тока в проводе уменьшится? в) Если ток в проводе вдруг меняет направление? Подробно покажите, как вы выполняете шаги, описанные в стратегии решения проблем для закона Ленца.

3: Ссылаясь на рисунок 6, каковы направления токов в катушках 1, 2 и 3 (предположим, что катушки лежат в плоскости цепи): (a) Когда выключатель впервые замкнут ? (b) Когда переключатель был замкнут в течение длительного времени? в) Сразу после размыкания переключателя? 92}[/латекс]. Он растягивается так, чтобы через 0,100 с не оставалось площади. Каковы направление и величина ЭДС индукции, если однородное магнитное поле имеет напряженность 1,50 Тл?

7: (a) Специалист МРТ перемещает руку из области с очень низкой напряженностью магнитного поля в поле 2,00 Тл томографа, при этом его пальцы указывают в направлении поля. Найти среднюю ЭДС, индуцируемую в его обручальном кольце, если его диаметр равен 2,20 см, а время перемещения кольца в поле равно 0,250 с. (b) Обсудите, может ли этот ток значительно изменить температуру кольца.

8: Комплексные понятия

Ссылаясь на ситуацию в предыдущей задаче: (a) Какой ток индуцируется в кольце, если его сопротивление равно [латекс]{0,0100 \;\Омега}[/латекс]? б) Какая средняя мощность рассеивается? в) Какое магнитное поле индуцируется в центре кольца? (d) Каково направление индуцированного магнитного поля относительно поля МРТ?

9: ЭДС возникает при вращении 1000-витковой катушки диаметром 20,0 см в [латексном] {5,00 \times 10^{-5} \;\text{T}}[/latex] магнитном поле Земли.