Изучение явления электромагнитной индукции
26.12.2022 г. 191 группа
Отделение специальности 34.02.01 «Сестринское дело»
Дисциплина: ОУД.14 «Физика»
Количество часов: 2ч
Лабораторная работа №3
Изучение явления электромагнитной индукции
Цель работы: изучить условия возникновения индукционного тока, ЭДС индукции.
Оборудование: катушка-моток, два полосовых магнита, миллиамперметр, магнит, источник тока, реостат, ключ, катушка от электромагнита, соединительные провода, модель генератора электрического тока.
Теория
Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Он открыл явление электромагнитной индукции.
Многочисленные опыты Фарадея показывают, что с помощью магнитного поля можно получить электрический ток в проводнике.
Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.
Ток, возникающий при явлении электромагнитной индукции, называют индукционным.
В электрической цепи (рисунок 1) возникает индукционный ток, если есть движение магнита относительно катушки, или наоборот. Направление индукционного тока зависит как от направления движения магнита, так и от расположения его полюсов. Индукционный ток отсутствует, если нет относительного перемещения катушки и магнита.
Рисунок 1.
Строго говоря, при движении контура в магнитном поле генерируется не определенный ток, а определенная ЭДС.
Рисунок 2.
Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции Eинд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:
Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
Знак минус в формуле отражает правило Ленца.
В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.
При возрастании магнитного потока Ф>0, а εинд < 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его магнитное поле уменьшает магнитный поток через контур.
При уменьшении магнитного потока Ф<0, а εинд > 0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.
Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии: если магнитное поле через контур увеличивается, то ток в контуре направлен так, что его магнитное поле направлено против внешнего, а если внешнее магнитное поле через контур уменьшается, то ток направлен так, что его магнитное поле поддерживает это убывающее магнитное поле.
ЭДС индукции зависит от разных причин. Если вдвигать в катушку один раз сильный магнит, а в другой — слабый, то показания прибора в первом случае будут более высокими. Они будут более высокими и в том случае, когда магнит движется быстро. В каждом из проведённых в этой работе опыте направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Порядок определения направления индукционного тока показан на рисунке 2.
На рисунке синим цветом обозначены силовые линии магнитного поля постоянного магнита и линии магнитного поля индукционного тока. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от N к S – от северного полюса к южному полюсу магнита.
По правилу Ленца индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Поэтому в катушке направление силовых линий магнитного поля противоположно силовым линиям постоянного магнита, ведь магнит движется в сторону катушки. Направление тока находим по правилу буравчика: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать так, чтобы его поступательное движение совпало с направлением линий индукции в катушке, тогда направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением индукционного тока.
Поэтому ток через миллиамперметр течёт слева направо, как показано на рисунке 1 красной стрелкой. В случае, когда магнит отодвигается от катушки, силовые линии магнитного поля индукционного тока будут совпадать по направлению с силовыми линиями постоянного магнита, и ток будет течь справа налево.
Ход работы.
Подготовьте для отчета таблицу и по мере проведения опытов заполните используя видеоурок по ссылке:
https://resh.edu.ru/subject/lesson/4908/main/96379/ , чтоб заполнить табличку воспользуйтесь ссылкой: https://yandex.ru/video/preview/3101614232165974988
| № п/п | Действия с магнитом и катушкой | Показания милли-амперметра, мА | Направления отклонения стрелки миллиамперметра (вправо, влево или не откланяется) | Направление индукционного тока (по правилу Ленца) |
| 1 | Быстро вставить магнит в катушку северным полюсом | 
| ||
| 2 | Оставить магнит в катушке неподвижным после опыта 1 | 
| ||
| 3 | Быстро вытащить магнит из катушки | 
| ||
| 4 | Быстро приблизить катушку к северному полюсу магнита | 
| ||
| 5 | Оставить катушку неподвижной после опыта 4 | 
| ||
| 6 | Быстро вытащить катушку от северного полюса магнита | 
| ||
| 7 | Медленно вставить в катушку магнит северным полюсом | 
| ||
| 8 | Медленно вытащить магнит из катушки | 
| ||
| 9 | Быстро вставить в катушку 2 магнита северными полюсами | 
| ||
| 10 | Быстро вставить магнит в катушку южным полюсом | 
| ||
| 11 | Быстро вытащить магнит из катушки после опыта 10 | 
| ||
| 12 | Быстро вставить в катушку 2 магнита южными полюсами | 
|
Записать общий вывод по работе на основе проведённых наблюдений.
Вывод по проделанной работе:
1. Вводя магнит в катушку одним полюсом (северным) и выводя ее, мы наблюдаем, что стрелка амперметра отклоняется в _______ сторону (-ы).
2. В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку (магнитный поток), ___________, а во втором случае ___________. Причем в первом случае линии индукции, созданные магнитным полем индукционного тока, __________ из верхнего конца катушки, так как катушка _____________ магнит, а во втором случае ____________.
3. Так как стрелка амперметра отклоняется, то направление индукционного тока _________. Именно на это показывает правило Ленца.
4. Вводя магнит в катушку южным полюсом, мы наблюдаем ___________________ (описать кратко, что происходит, если проделывается опыт, описанный в п.1 - п.3 только для южного полюса магнита.
5. (Случай с двумя катушками) В случае с двумя катушками при размыкании и размыкании ключа стрелка амперметра смещается _________________сторону (-ы).
6. Это объясняется тем, что при замыкании ключа, ток в первой катушке создает магнитное поле. Это поле _________, и число линий индукции, пронизывающих вторую катушку, _________.
7. При размыкании число линий ________. Следовательно, по правилу Ленца в первом случае и во втором индукционный ток противодействует тому изменению, которым он вызван.
8. Изменение направления индукционного тока нам показывает тот же амперметр, и это подтверждает правило Ленца: ________________________________ (дать определение правила Ленца и пояснить его связь с законом сохранения энергии).