Vrtložno električno polje. EMF indukcija u pokretnim vodičima Sažetak lekcije
Stvara se izmjenično magnetsko polje induciranog električnog polja. Ako je magnetsko polje konstantno, tada inducirano električno polje neće nastati. Stoga, inducirano električno polje nije povezano s nabojima, kao što je slučaj u slučaju elektrostatičkog polja; njegove linije sile ne počinju niti završavaju na nabojima, već su zatvorene same po sebi, slično linijama magnetskog polja. To znači da induciranog električnog polja, poput magnetskog, je vrtlog.
Ako se nepomični vodič stavi u izmjenično magnetsko polje, tada se u njemu inducira e. d.s. Elektrone pokreće usmjereno gibanje pomoću električnog polja induciranog izmjeničnim magnetskim poljem; induciran struja. Vodič je u ovom slučaju samo indikator induciranog električnog polja. Polje pokreće slobodne elektrone u vodiču i time se otkriva. Sada možemo reći da čak i bez vodiča ovo polje postoji, posjeduje rezervu energije.
Suština fenomena elektromagnetska indukcija sastoji se ne toliko u pojavi inducirane struje, koliko u pojavi vrtložnog električnog polja.
Ovo temeljno stajalište elektrodinamike utvrdio je Maxwell kao generalizaciju Faradayeva zakona elektromagnetske indukcije.
Za razliku od elektrostatskog polja, inducirano električno polje je nepotencijalno, budući da je rad u induciranom električnom polju pri gibanju jediničnog pozitivnog naboja po zatvorenom krugu jednak e. d.s. indukcija, a ne nula.
Smjer vektora intenziteta vrtložnog električnog polja utvrđuje se u skladu s Faradayevim zakonom elektromagnetske indukcije i Lenzovim pravilom. Smjer linija sile vrtložnog elektrika. polje poklapa se sa smjerom indukcijske struje.
Budući da vrtložno električno polje postoji u odsutnosti vodiča, može se koristiti za ubrzavanje nabijenih čestica do brzina usporedivih s brzinom svjetlosti. Upravo na korištenju ovog principa temelji se rad akceleratora elektrona - betatrona.
Induktivno električno polje ima potpuno drugačija svojstva u odnosu na elektrostatičko polje.
Razlika između vrtložnog električnog polja i elektrostatskog
1) Nije povezano s električni naboji;
2) Linije sile ovog polja uvijek su zatvorene;
3) Rad sila vrtložnog polja za pomicanje naboja duž zatvorene putanje nije jednak nuli.
|
elektrostatičko polje |
indukcijsko električno polje |
| 1. stvoren stacionarnim električnim. naknade | 1. uzrokovana promjenama magnetskog polja |
| 2. linije polja su otvorene – potencijalno polje | 2. linije sile su zatvorene – vrtložno polje |
| 3. Izvori polja su električni. naknade | 3. Izvori polja ne mogu se specificirati |
| 4. rad sila polja za pomicanje ispitnog naboja duž zatvorene putanje = 0. | 4. rad sila polja za pomicanje ispitnog naboja duž zatvorene putanje = inducirana emf |
Slajd 2
Provjera domaće zadaće
Izvještaj o E.H. Lenze (pripremio student)
Slajd 3
Fizički diktat:
1. Što je pojava elektromagnetske indukcije? 2. Pod kojim uvjetom u zatvorenom vodljivom krugu nastaje struja? 3.-4 Nastavite fraze: 3. Magnetski tok kroz površinu površine S je veličina... 4. Prema Lenzovom pravilu, inducirana struja koja nastaje u zatvorenom krugu...
Slajd 4
5. Formulirajte zakon elektromagnetske indukcije. 6. 7. 8. S N V Vodič se giba preko silnica magnetskog polja s desna na lijevo. Odredite smjer indukcijske struje. V Odredite smjer vektora magnetske indukcije i polaritet trajnog magneta. S Odredite polaritet indukcijskog napona.
Slajd 5
Vrtložno električno polje.
Kada nastaje inducirana emf? Inducirana emf javlja se ili u stacionarnom vodiču postavljenom u polje koje se mijenja s vremenom ili u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, koje se ne mora mijenjati s vremenom.
Slajd 6
Slajd 7
MAXWELL James Clerk (1831.-79.), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od utemeljitelja statističke fizike, organizator i prvi direktor (od 1871.) Cavendish Laboratorija. Razvijajući ideje M. Faradaya, stvorio je teoriju elektromagnetskog polja (Maxwellove jednadžbe); uveo pojam struje pomaka, predvidio postojanje Elektromagnetski valovi, iznio je ideju o elektromagnetskoj prirodi svjetlosti. Uspostavio je statističku distribuciju nazvanu po njemu. Proučavao je viskoznost, difuziju i toplinsku vodljivost plinova. Pokazao je da se Saturnovi prstenovi sastoje od pojedinačnih tijela. Bavi se vidom i kolorimetrijom boja (Maxwellov disk), optikom (Maxwellov efekt), teorijom elastičnosti (Maxwellov teorem, Maxwell-Cremona dijagram), termodinamikom, povijesti fizike itd.
Slajd 8
Mijenjajući se tijekom vremena, magnetsko polje stvara električno polje
Slajd 9
Slajd 10
Rad vrtložnog električnog polja pri pomicanju jednog pozitivnog naboja duž zatvorenog nepomičnog vodiča brojčano je jednak induciranoj emf u ovom vodiču.
Slajd 11
Slajd 12
Koja je razlika između vrtložnog električnog polja i potencijalnog?
Slajd 13
Jean Bernard Leon Foucault 18. rujna 1819., Pariz - 11. veljače 1868., - francuski fizičar i astronom, član Pariške akademije znanosti Foucaultove struje Primjena indukcijskih peći U mnogim slučajevima Foucaultove struje su nepoželjne, pa se moraju poduzeti posebne mjere poduzeti kako bi ih se smanjilo. Konkretno, te struje uzrokuju zagrijavanje feromagnetskih jezgri transformatora i metalnih dijelova električnih strojeva. Kako bi se smanjili gubici električne energije zbog pojave vrtložnih struja, jezgre transformatora nisu izrađene od čvrstog komada feromagneta, već od pojedinačnih metalnih ploča međusobno izoliranih dielektričnim slojem.
Predmet. Zakon elektromagnetske indukcije
Svrha lekcije: upoznati učenike sa zakonom elektromagnetske indukcije.
Vrsta lekcije: lekcija učenja novog materijala.
PLAN UČENJA
Kontrola znanja |
1. Tok magnetske indukcije. 2. Fenomen elektromagnetske indukcije. 3. Lenzovo pravilo. |
|
Demonstracije |
1. Ovisnost inducirane emf o brzini promjene magnetskog toka. 2. Fragmenti video filma “Fenomen elektromagnetske indukcije.” |
|
Učenje novog gradiva |
1. Zakon elektromagnetske indukcije. 2. Vrtložno električno polje. 3. EMF indukcije u pokretnim vodičima. |
|
Učvršćivanje naučenog gradiva |
1. Kvalitativna pitanja. 2. Učenje rješavanja problema. |
UČENJE NOVOG GRADIVA
Odakle dolaze strane sile koje djeluju na naboje u krugu? U slučaju da vodič miruje u odnosu na promatrača, uzrok pojave stranih sila je izmjenično magnetsko polje. Činjenica je da izmjenično magnetsko polje stvara električno polje u okolnom prostoru - to je polje koje djeluje na slobodne nabijene čestice u vodiču. Ali stvaranje električnog polja magnetsko polje javlja se čak i tamo gdje nema vodećeg kruga i nema električne struje. Kao što vidimo, magnetsko polje ne samo da može prenijeti magnetske interakcije, već i uzrokovati pojavu drugog oblika materije - električnog polja.
Međutim, električno polje koje stvara izmjenično magnetsko polje značajno se razlikuje od polja koje stvaraju nabijene čestice.
Električno polje koje stvara izmjenično magnetsko polje je vrtložno, odnosno njegove su silnice zatvorene.
Vrtložno električno polje ima neke značajke:
1) polje se manifestira djelovanjem sile na nabijene čestice, stoga je glavna karakteristika vrtložnog električnog polja intenzitet;
2) za razliku od elektrostatičkog polja, linije intenziteta vrtložnog električnog polja su zatvorene. Smjer ovih linija može se odrediti pomoću, na primjer, lijeve ruke, kao što je prikazano na slici:
3) za razliku od elektrostatskog polja, rad vrtložnog električnog polja po zatvorenoj putanji nije jednak nuli (vrtložno električno polje je bespotencijalno).
Promotrimo vodič duljine l koji se translatorno giba u jednoličnom magnetskom polju s indukcijom brzinom usmjerenom pod kutom u odnosu na linije magnetske indukcije polja.
Na elektrone koji se kreću zajedno s vodičem u magnetskom polju djeluje Lorentzova sila usmjerena duž vodiča. Njegov modul
gdje je q 0 naboj slobodne nabijene čestice. Pod utjecajem te sile dolazi do razdvajanja naboja - slobodne nabijene čestice će se pomaknuti na jedan kraj vodiča, a na drugom kraju će ih biti manjak, odnosno premašit će naboj suprotnog predznaka. . Stoga je u ovom slučaju vanjska sila Lorentzova sila. Razdvajanje naboja će dovesti do pojave električnog polja, koje će spriječiti daljnje razdvajanje naboja. Ovaj proces će se zaustaviti kada se Lorentzova sila i sila = q 0 uravnoteže. Prema tome, unutar vodiča je jakost električnog polja E = B sin, a razlika potencijala na krajevima vodiča je U = El = B lsin. Budući da razmatramo otvoreni krug, razlika potencijala na krajevima vodiča jednaka je induciranoj emf u ovom vodiču. Tako,
Ako je takav vodič kratko spojen, tada će električna struja prolaziti u krugu. Stoga se vodič koji se kreće u magnetskom polju može smatrati nekom vrstom izvora struje karakteriziran induciranom emf.
PITANJA UČENICIMA TIJEKOM PREZENTACIJE NOVOG GRADIVA
Prva razina
1. Zašto nastaje inducirana struja u nepomičnim vodičima koji se nalaze u izmjeničnom magnetskom polju?
2. Koji je razlog nastanka inducirane struje pri gibanju vodiča u stalnom magnetskom polju?
3. Koje su značajke vrtložnog električnog polja?
Druga razina
1. Koja je priroda vanjskih sila koje uzrokuju pojavu inducirane struje u mirujućem vodiču?
2. Zašto je zakon elektromagnetske indukcije formuliran za EMF, a ne za struju?
3. Kakva je priroda inducirane EMF u vodiču koji se kreće u magnetskom polju?
KONSTRUKCIJA NAUČENOG GRADIVA
) . Kvalitativna pitanja
1. Zašto osigurači ponekad pregore od udara groma čak i kada je uređaj isključen iz utičnice?
2. Zašto je za detekciju indukcijske struje bolje uzeti zatvoreni vodič u obliku zavojnice, a ne u obliku ravne žice?
) . Učenje rješavanja problema
1. Savitljivim žicama ravni vodič duljine 60 cm spojen je na izvor istosmjerne struje s EMF 12 V i unutarnji otpor 0,5 Ohma. Vodič se giba u jednoličnom magnetskom polju indukcije 1,6 Tesla brzinom 12,5 m/s okomito na linije magnetske indukcije. Odredi jakost struje u vodiču ako je otpor vanjskog strujnog kruga 2,5 Ohma.
Lekcija 15. Vrtložno električno polje. Indukcija EMF u pokretnim vodičima
Svrha: utvrditi uvjete za pojavu EMF-a u pokretnim vodičima.
Tijekom nastave
II. Ponavljanje
Što je fenomen elektromagnetske indukcije?
Koji su uvjeti potrebni za postojanje pojave elektromagnetske indukcije?
Kako se Lenzovim pravilom određuje smjer inducirane struje?
Koja se formula koristi za određivanje inducirane emf i koja fizičko značenje ima znak minus u ovoj formuli?
III. Učenje novog gradiva
Uzmimo transformator. Spajanjem jednog od namota na izmjeničnu mrežu dobivamo struju u drugom svitku. Na slobodne naboje djeluje električno polje.
Elektrone u stacionarnom vodiču pokreće električno polje, a električno polje izravno stvara izmjenično magnetsko polje. Mijenjajući se tijekom vremena, magnetsko polje stvara električno polje. Polje pokreće elektrone u vodiču i time se otkriva. Električno polje koje nastaje promjenom magnetskog polja ima drugačiju strukturu od elektrostatskog. Ne povezuje se s optužbama, nigdje ne počinje i nigdje ne završava. Predstavlja zatvorene linije. Naziva se vrtložnim električnim poljem. Ali za razliku od stacionarnog električnog polja, rad vrtložnog polja duž zatvorene putanje nije jednak nuli.
Indukcijska struja u masivnim vodičima naziva se Foucaultova struja.
Primjena: taljenje metala u vakuumu.
Štetan učinak: nepotreban gubitak energije u jezgrama transformatora i generatora.
EMF kada se vodič kreće u magnetskom polju
Prilikom pomicanja skakačaULorentzova sila djeluje na elektrone i vrši rad. Elektroni se kreću od C do L. Skakač je izvor emf, dakle,
Formula se koristi u bilo kojem vodiču koji se kreće u magnetskom polju akoAko se između vektoraje kut α, tada se koristi formula:
Jer
Da
Uzrok EDC- Lorentzova sila. Predznak e može se odrediti pravilom desne ruke.
IV. Učvršćivanje naučenog gradiva
Koje polje se naziva indukcijsko ili vrtložno električno polje?
Što je izvor induktivnog električnog polja?
Što su Foucaultove struje? Navedite primjere njihove uporabe. U kojim slučajevima morate imati posla s njima?
Koja posebna svojstva ima induktivno električno polje u usporedbi s magnetskim poljem? Stacionarno ili elektrostatičko polje?
V. Sažimanje lekcije
stavak 12.; 13.
