Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

4. МАГНІТНЕ ПОЛЕ, ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ

4.4. ЯВИЩЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

4.4.1. МАГНІТНИЙ ПОТІК. ДОСЛІДИ ФАРАДЕЯ

Потік магнітної індукції (магнітний потік) Ф — фізична величина, яка характеризує розподіл магнітного поля по замкненій поверхні та дорівнює добутку магнітної індукції В на площу S поверхні та на косинус кута ос між вектором магнітної індукції та нормаллю до поверхні (рис. 4.13):

Ф = BS cos а.

♦ Одиниця магнітного потоку в СІ — вебер (Вб):

[Ф] = Тл ∙ м2 = Вб.

Рис. 4.13

♦ Ф = 0, якщо поверхня паралельна лініям індукції магнітного поля; Ф = BS, якщо поверхня перпендикулярна до ліній індукції поля.

♦ Потік магнітної індукції можна наочно уявити як кількість ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню.

Якщо взяти провідний замкнений контур та змінювати магнітний потік, що пронизує поверхню, обмежену цим контуром, то в контурі виникатиме електричний (індукційний) струм. Досліди з отримання індукційного струму вперше провів англійський фізик М. Фарадей. Досліди Фарадея. Струм виникає, якщо:

1) рухати магніт відносно котушки, яка замкнена на гальванометр, або котушку відносно магніту (рис. 4.14, а);

2) повертати котушку відносно магніту;

3) стискати котушку, змінюючи площу контуру;

4) рухати котушку 2 відносно котушки 2, яка слугує електромагнітом (рис. 4.14, б);

5) замикати та розмикати коло котушки 1;

6) змінювати силу струму в котушці 1;

7) вводити та виводити осердя.

Рис. 4.14

4.4.2. НАПРЯМОК ІНДУКЦІЙНОГО СТРУМУ. ПРАВИЛО ЛЕНЦА

Напрямок індукційного струму залежить від того, збільшується чи зменшується магнітний потік. Цю залежність вперше встановив російський вчений Е. X. Ленц, він же сформулював правило, яке носить його ім'я.

Правило Ленца. Індукційний струм Іі, який виникає у замкненому провідному контурі, мас такий напрямок, що створений цим струмом магнітний потік перешкоджає зміні магнітного потоку, який спричинив появу індукційного струму (рис. 4.15).

Рис. 4.15

♦ Правило Ленца виражає закон збереження енергії. На створення індукційного струму потрібна енергія, отже, має бути виконана додаткова робота зовнішніх сил. Наприклад, під час наближення магніту до контуру або віддалення від нього завжди виникає сила, що перешкоджає рухові (наближаємо — створене індукційним струмом магнітне поле відштовхує магніт, віддаляємо — притягує). Щоб подолати цю протидію, й виконується робота.

4.4.3. ЯВИЩЕ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Під час зміни магнітного потоку, що пронизує провідний контур, у контурі виникають сторонні (некулонівські) сили, які переміщують по контуру електричний заряд q , виконуючи при цьому роботу.

Роботу сторонніх сил Астор з переміщення одиничного позитивного заряду називають електрорушійною силою індукції ℰінд:

інд = .

Електромагнітна індукція — це явище виникнення електрорушійної сили індукції у провіднику, контур якого перетинається змінним магнітним потоком.

♦ Якщо провідник замкнений, то в контурі виникає індукційний струм:

Ii = ,

де R — опір провідника.

♦ Якщо провідник розімкнений, то на кінцях провідника виникає різниця потенціалів:

1 - 2 = U = ℰінд .

♦ Якщо провідник замкнений та підключений до джерела струму, то в контурі одночасно діють кулонівські та сторонні сили. У цьому випадку сила струму в контурі дорівнює:

I = ,

де (R + r)— повний опір кола.

Електрорушійні сили додаються, якщо сторонні сили за напрямком збігаються з кулонівськими.

4.4.4. ПРИЧИНИ ВИНИКНЕННЯ СТОРОННІХ СИЛ. ВИХРОВЕ ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ

Провідник рухається в магнітному полі

У цьому випадку на вільні носії зарядів усе редині провідника діє сила Лоренца . Під дією заряди рухаються вздовж провідника, внаслідок чого на одному кінці провідника створюється негативний заряд, а на іншому — позитивний.

ЕРС індукції розраховується за формулою:

інд = Bvl sin а,

де В — магнітна індукція поля, v — швидкість руху провідника, І — довжина провідника, а — кут між напрямком руху провідника та напрямком магнітного поля.

♦ Якщо провідник замкнений, то у ньому виникає струм. У самому провіднику діють сторонні сили (сила Лоренца), у провіднику, що з'єднує,— кулонівські. Напрямок струму в провіднику збігається з напрямком сили Лоренца, яка діє на позитивний заряд (рис. 4.16).

Рис. 4.16

Провідник нерухомий, а магнітне поле змінюється

Змінне магнітне поле завжди супроводжується появою у навколишньому просторі вихрового електричного поля.

• Напрямок напруженості вихрового поля визначається:

• за допомогою правила лівої руки, якщо магнітна індукція збільшується (рис. 4.17, а);

• за допомогою правила правої руки, якщо магнітна індукція зменшується (рис. 4.17, б).

Рис. 4.17

♦ Особливості вихрового електричного поля:

1) Створюється не електричними зарядами, а змінним магнітним полем.

2) Лінії напруженості цього поля замкнені.

3) Робота вихрового електричного поля на замкненій траєкторії не дорівнює нулю.

♦ Якщо у змінному магнітному полі розташувати замкнений провідник, то в ньому виникне індукційний струм.

Індукційний струм виникне і тоді, коли провідник не замкнений, але масивний. У цьому випадку індукційні струми виникають по певних замкнених контурах всередині провідника. Ці струми називають струмами Фуко, які спричиняють нагрівання провідника.

Для послаблення струмів Фуко осердя генераторів, трансформаторів тощо виготовляють із тонких ізольованих пластин, які розташовують перпендикулярно до можливого виникнення вихрових струмів.

Вихрові струми Фуко використовують у індукційних печах для нагрівання і плавлення металів.

4.4.5. ОСНОВНИЙ ЗАКОН ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ (ЗАКОН ФАРАДЕЯ)

Закон Фарадея: електрорушійна сила індукції ℰінд в контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку , який пронизує поверхню, обмежену контуром:

інд = .

♦ Знак «—» у законі Фарадея відбиває правило Ленца. Під час розв'язування задач за

кон Фарадея записують так:

інд = .

♦ Якщо магнітний потік змінюється нерівномірно, то ЕРС індукції дорівнює похідній функції залежності магнітного потоку від часу:

інд =-Ф'(t).

♦ Якщо контур містить N витків проводу, то сумарна ЕРС індукції становить:

інд =-N = NФ'(t).









загрузка...

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.