Меню

Индукционный ток это физика 9 класс



Направление индукционного тока

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его, возникает электродвижущая сила (ЭДС), приводящая к возникновению индукционного тока.

Возникновение индукционного тока впервые обнаружил М. Фарадей в своих опытах. Если подключить катушку к гальванометру, и внутри нее двигать постоянный магнит, гальванометр будет отмечать появление индукционного тока:

Опыт Фарадея, катушка, постоянный магнит

Рис. 1. Опыт Фарадея, катушка, постоянный магнит.

Взаимодействие магнита и катушки

Если в опыте Фарадея двигающийся постоянный магнит будет связан с динамометром, то при движении динамометр будет фиксировать возникновение дополнительной силы. Происходит это потому, что возникающий в катушке индукционный ток, как и любой другой ток, приводит к появлению собственного магнитного поля, которое начинает взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита. Силу такого взаимодействия и будет фиксировать динамометр.

При движении магнита внутрь катушки сила будет направлена на выталкивание магнита. Однако, если мы начнем вынимать магнит из катушки, эта сила наоборот, начнет притягивать магнит, не давая его вынимать из катушки. То есть, возникающее магнитное поле в катушке в этих двух случаях имеет разное направление, а значит, и порождающий его ток также течет в разных направлениях.

Правило Ленца

Взаимодействие контура тока и магнитного поля изучалось русским физиком Э.Ленцем.

Он установил правило, которое было впоследствии названо его именем:

Индукционный ток, возникающий в контуре, всегда направлен так, чтобы препятствовать причине, его породившей.

И действительно, в соответствии с этим правилом, когда магнит вводится в катушку, возникающий в катушке ток создает такое магнитное поле, которое сопротивляется введению магнита. И наоборот – при выведении магнита из катушки, в ней возникает индукционный ток такого направления, чтобы препятствовать выведению магнита.

Обоснование правила Ленца

Для объяснения правила Ленца достаточно вспомнить закон сохранения энергии.

Возникающий в контуре ток, проходя по сопротивлению контура, совершает работу, которая тратится на нагревание провода катушки. Энергия для этого как раз и возникает при движении магнита. И, поскольку магнит должен при этом совершать положительную механическую работу – магнитное поле катушки должно быть направлено против поля самого магнита, в какую бы сторону он не двигался.

Только в этом случае магнит будет совершать положительную работу, энергия которой будет двигать заряды внутри контура, порождая индукционный ток, а индукционный ток, в свою очередь, будет совершать работу по нагреванию провода катушки (и отклонения стрелки гальванометра).

Направление индукционного тока

Рис. 3. Направление индукционного тока.

Что мы узнали?

Для определения направления индукционного тока используется правило, открытое Э. Ленцем. Индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы сопротивляться причине, его порождающей. Это правило является следствием законов сохранения.

Источник

Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции

Урок 37. Физика 9 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Направление индукционного тока. Правило Ленца. Явление самоиндукции»

«Я мог бы расколоть земной шар,

но никогда не сделаю этого.

Моей главной целью было указать

на новые явления и распространить идеи,

которые и станут отправными

точками для новых исследований»

Никола Тесла

В прошлых темах рассматривались опыты по получению индукционного тока, а также установили причины его возникновения.

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

Полученный таким способом ток называется индукционным током.

Значение индукционного тока не зависит от причины изменения магнитного потока. Существенное значение имеет лишь скорость изменения магнитного потока.

Как направлен индукционный ток?

Для ответа на этот вопрос воспользуемся следующим прибором — это узкая алюминиевая пластина с алюминиевыми кольцами на концах. Одно кольцо сплошное, а другое имеет разрез. Пластинка с кольцами помещена на стойку и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.

Возьмем полосовой магнит и внесем его в кольцо с разрезом — кольцо остается на месте. Если же попытаться этот же магнит внести в сплошное кольцо, то ничего не получится. Сплошное кольцо будет «убегать» от магнита, поворачивая при этом всю пластинку. Результат будет точно таким же, если магнит повернуть к кольцам не северным, а южным полюсом.

Объясним наблюдаемые явления. При приближении к кольцу магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом ток циркулировать не может.

Отталкивание сплошного кольца показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, что линии индукции магнитного поля, порожденного индукционным током, направлены противоположно линиям индукции внешнего поля магнита. Т.е., кольцо и магнит будут обращены друг к другу одноименными полюсами.

При уменьшении магнитного потока (выдвигание магнита), индукционный ток имеет в нем такое направление, что линии индукции его магнитного поля совпадают по направлению с линиями индукции внешнего магнитного поля. Т.е., кольцо и магнит будут обращены друг к другу разноименными полюсами.

Таким образом, проследив за взаимодействием между кольцом и магнитом во всех случаях и сравнив его с направлением движения магнита, можно видеть, что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита.

Читайте также:  Соединение схема сила тока напряжение сопротивление последовательное параллельное смешанное

В 1833 году Эмилию ХристиановичуЛенцу удалось обобщить эти закономерности и сформулировать общее правило. Найденную им связь называют правилом Ленца: электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

С помощью правила Ленца всегда можно определить направление индукционного тока. Для этого необходимо:

1) Выяснить причину возникновения индукционного тока (увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур);

2) Определить направление вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля;

3) Найти направление индукции магнитного поля индукционного тока (если изменение магнитного потока больше нуля, то вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля и поля созданного индукционным токомпротивоположно направлены; если изменение магнитного потока меньше нуля, то вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля и поля созданного индукционным токомсо направлены);

4) По направлению вектора магнитной индукции индукционного тока определить, пользуясь правилом буравчика, направление индукционного тока.

Теперь разберем частный случай электромагнитной индукции: возникновение индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем.

Для этого рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и проводника, силу тока в котором можно менять с помощью реостата. Как известно, вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое зависит от силы тока в цепи. При изменении силы тока произойдет изменение магнитной индукции этого поля, в результате чего в этом же проводнике возникнет индукционный ток. Такое явление называется самоиндукцией.

Таким образом, явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем. При этом возникающий индукционный ток называется током самоиндукции.

Как известно, электрический ток, проходящий по контуру, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток через контур этого проводника (его также называют собственным магнитным потоком) пропорционален модулю индукции магнитного поля внутри контура, а индукция магнитного поля в свою очередь пропорциональна силе тока в контуре. Следовательно, собственный магнитный поток через контур прямо пропорционален силе тока в контуре.

Коэффициент пропорциональности между силой тока в контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током, называется индуктивностью контура. Эта физическая величина введена для оценивания способности проводника противодействовать изменению силы тока в нем.

Индуктивность контура зависит от размеров и формы контура, а также от магнитных свойств среды, в которой находится контур.

Единицей индуктивности в СИ является Гн (Генри), названная в честь американского ученого Джозефа Генри.

Индуктивность контура равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А магнитный поток через контур равен 1 Вб.

Явление самоиндукции можно наглядно продемонстрировать на опыте.

Соберем цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп. Последовательно с первой лампой включим реостат, а со второй — катушку с железным сердечником.

При замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием. Нарастанию тока в части цепи с катушкой препятствует возникающий ток самоиндукции, который, согласно правилу Ленца, препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока в ней при выключении.

Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции.

Основные выводы:

Правило Ленца гласит: электромагнитная индукция создает в контуре индукционный токтакого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в проводнике при изменении силы тока в нем.

– При этом возникающий индукционный ток называется током самоиндукции.

Источник

Конспект урока по физике на тему «Направление индукционного тока. Правило Ленца» (9 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Родомановская средняя школа»

Гагаринского района Смоленской области

Конспект урока по физике
в 9 классе

«Правило Ленца»

Учитель физики и информатики

Полтев Виктор Семенович

Название предмета: физика

Класс: 9

УМК: Физика. 9 класс: учебник / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. М.: Дрофа,2016

Уровень обучения: базовый

Тема урока: Направление индукционного тока. Правило Ленца

Тип урока: урок открытия нового знания

Цель урока: создать условия для осознания и осмысления сущности правила Ленца.

Задачи урока:

Образовательные:

— выяснить, как направлен индукционный ток в контуре;

— познакомить учащихся с правилом Ленца;

— проверить усвоение изученного материала.

Развивающие:

-развитие логического мышления для объяснения результатов опытов;

-развитие интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, анализировать, делать выводы).

Воспитательные:

— формирование интереса к предмету, ответственного отношения к учению, готовность ксаморазвитию и самообразованию.

Планируемые результаты:

Метапредметные:

регулятивные УУД: планирование решения учебной задачи: выстраиватьпоследовательность необходимых операций (алгоритм действий);

познавательные УУД: рефлексия способов иусловий действия; контроль и оценка процесса и результатов деятельности;

коммуникативные УУД:совершенствование правил делового сотрудничества: учатся сравнивать разные точки зрения; считаться с мнением другого человека.

Личностные:

способность к самоорганизации своей деятельности и ее самооценке

Предметные:

могут воспроизвести формулировку закона, объяснить его физический смысл; привестипримеры его применения на практике.

Читайте также:  Ток короткого замыкания отрицательный

Техническое обеспечение урока: учебник, сборник задач; компьютер, мультимедийный проектор, презентация «Правило Ленца»; демонстрационный гальванометр, катушка, магнит; прибор Петроевского; лабораторное оборудование: катушка, миллиамперметр, полосовой магнит.

Орг. момент

I . Подготовка к усвоению нового материала (мотивация и формулировка цели урока).

Наша жизнь, как и жизнь всех людей на Земле, в современное время неразрывно связана с электричеством. Электрическую энергию человечество потребляет в огромных количествах, начиная с домашних бытовых приборов и заканчивая огромными производственными комплексами. А откуда люди получают такое количество электроэнергии? ( с электростанций ). А с помощью, каких устройств на электростанциях получают электричество? ( с помощью генераторов ). А электрическая энергия в генераторах возникает благодаря явлению электромагнитной индукции, законы которой мы с вами продолжаем изучать на наших уроках физики.

Тема нашего урока: Направление индукционного тока. Правило ленца.

Цель сегодняшнего урока: Определить направление индукционного тока; закрепить наши знания о явлениях электромагнитной индукции.

II . Актуализация опорных знаний учащихся.

Учитель: Но прежде всего, давайте вспомним ранее изученный материал и ответим на следующие вопросы.

С какой целью ставились опыты, изображенные на рисунках? Как они проводились?

hello_html_m72d448aa.png

Кто и когда открыл явление электромагнитной индукции?

При каком условии в данных опытах в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?

В чем заключается явление электромагнитной индукции?

hello_html_75994d80.png

В чём важность открытия явления электромагнитной индукции?

Как можно создать индукционный ток в катушке В изображенной на рисунке?

hello_html_m5bdd9e47.png

III . Освоение нового материала:

И так. Мы уже знаем, как можно получить электрический ток в замкнутом контуре с помощью магнитного поля.

Как же направлен индукционный ток? Для ответа на этот вопрос проведём следующий опыт.

Опыт №1. Введение магнита в разомкнутое и замкнутое кольца.

Вопросы к классу. 1. Что происходит с рамкой в 1-м и во 2-м случае? ( она неподвижна, и она двигается — отталкивается );

2. Как вы думаете, почему магнит при введении в разорванное кольцо не действует на рамку, а при введении в замкнутое кольцо, возникает взаимодействие? ( в замкнутом кольце возникает индукционный ток ).

3. Движется – значит, взаимодействует с магнитным полем магнита, а что способно вызвать это взаимодействие, если рамка не магнитная? ( магнитное поле индукционного тока ).

(опыт с противоположным полюсом магнита

При приближении к кольцу любого полюса магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом тока не будет.

Ток в сплошном кольце создает в пространстве магнитное поле, благодаря чему кольцо приобретает свойство магнита. Взаимодействуя с приближающимся полосовым магнитом, кольцо отталкивается от него.

Отодвигаясь от приближающегося магнита, кольцо противодействует увеличению проходящего сквозь него внешнего магнитного потока.

4. А каким полюсом направлено это поле к магниту? ( одноимённым ).

При приближении магнита к кольцу, кольцо и магнит обращены друг к другу одноименными полюсами, а векторы магнитной индукции ( B k и B м ) их полей направлены в противоположные стороны.

5. Зная направление магнитных линий поля, можно ли определить направление электрического тока создавшего это поле? ( да ).

6. Какое правило необходимо для этого применить? ( правило правой руки ).

( вспомнить правило правой руки стр. 151)

Сформулируем обратное правило ( Если отставленный в сторону большой палец правой руки направить по направлению линий магнитного поля соленоида (направление северного полюса) , то четыре пальца согнутые в кулак покажут направление тока в соленоиде ).

Воспользовавшись этим правилом, определим направление тока в замкнутом кольце.

(Если магнит вводим в кольцо северным полюсом, то ток направлен против часовой стрелки смотря со стороны магнита, если южным, по часовой стрелке)

Опыт №2. Удаление магнита из замкнутого кольца.

Вопросы к классу. 1. Как в этом случае двигалась рамка? ( следовала за магнитом ).

2. Как вы сможете объяснить это поведение рамки? ( магнитное поле созданное током в рамке направлено к магниту противоположным полюсом ).

(опыт с противоположным полюсом магнита)

Значит кольцо и магнит обращены друг к другу разноименными полюсами, а векторы магнитной индукции их полей направлены в одну сторону. При одинаковом направлении В к и В м векторов магнитной индукции, магнитное поле тока будет противодействовать уменьшению внешнего магнитного потока, проходящего сквозь кольцо.

3. Определите направление индукционного тока в рамке, пользуясь правилом правой руки. ( Если магнит обращён к кольцу северным полюсом, то ток направлен по часовой стрелке смотря со стороны магнита, если южным, против часовой стрелки ).

На основании результатов рассмотренных опытов, было, сформулировано правило, которое в современной формулировке звучит так:

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

Первым кто обратил на данное явление внимание и сформулировал для него правило в 1834 г. был российский ученый Эмилий Христианович Ленц , в связи, с чем правило получило название правило Ленца.

IV . Закрепление нового материала.

Ответьте на вопросы:

Возникнет ли в кольце с разрезом электрический ток, если подносить к нему магнит?

Читайте также:  Потребляемый ток у матиза

Объясните явления, происходящие при приближении магнита к сплошному кольцу; при удалении магнита.

Как определить направление индукционного тока в кольце?

Сформулируйте правило Ленца.

Как вы думаете, почему прибор, который мы использовали в опытах, изготовлен из алюминия? Как проходил бы опыт, если бы прибор был железным; медным?

Упражнение 37, №2, стр. 169

V . Рефлексия в форме неоконченных фраз и вопросов .

Источник

§ 39. Явление электромагнитной индукции

Майкл Фарадей

Вы уже знаете, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Но если электрический ток, как говорят, «создаёт» магнитное поле, то не существует ли обратного явления? Нельзя ли с помощью магнитного поля «создать» электрический ток?

Такую задачу в начале XIX в. пытались решить многие учёные. Поставил её перед собой и английский учёный Майкл Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так записал в своём дневнике эту задачу Фарадей в 1822 г. Почти 10 лет упорной работы потребовалось учёному для её решения.

Чтобы понять, как Фарадею удалось «превратить магнетизм в электричество», выполним некоторые опыты Фарадея, используя современные приборы.

Возникновение индукционного тока при движении магнита и катушки относительно друг друга

На рисунке 119, (а) показано, что если в катушку, замкнутую на гальванометр, вдвигается магнит, то стрелка гальванометра при этом отклоняется, указывая на появление индукционного (наведённого) тока в цепи катушки. Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от гальванического элемента или аккумулятора. Название «индукционный» указывает только на причину его возникновения.

При извлечении магнита из катушки снова наблюдается отклонение стрелки гальванометра, но в противоположную сторону, что указывает на возникновение в катушке тока противоположного направления.

Как только движение магнита относительно катушки прекращается, прекращается и ток. Следовательно, ток в цепи катушки существует только во время движения магнита относительно катушки.

Опыт можно изменить. На неподвижный магнит будем надевать катушку и снимать её (рис. 119, б). И опять можно обнаружить, что во время движения катушки относительно магнита в цепи снова появляется ток.

На рисунке 120 изображена катушка А, включённая в цепь источника тока. Эта катушка вставлена в другую катушку С, подключённую к гальванометру. При замыкании и размыкании цепи катушки А в катушке С возникает индукционный ток.

При вращении контура в магнитном поле(магнита относительно контура) изменение магнитного потока приводит к возникновению индукционного тока

Можно вызвать появление индукционного тока в катушке С и путём изменения силы тока в катушке А или движением этих катушек относительно друг друга.

Проделаем ещё один опыт. Поместим в магнитное поле плоский контур из проводника, концы которого соединим с гальванометром (рис. 121, а). При повороте контура гальванометр отмечает появление в нём индукционного тока. Ток будет появляться и в том случае, если рядом с контуром или внутри него вращать магнит (рис. 121, б).

Во всех рассмотренных опытах индукционный ток возникал при изменении магнитного потока, пронизывающего охваченную проводником площадь.

В случаях, изображённых на рисунках 119 и 120, магнитный поток менялся за счёт изменения индукции магнитного поля. Действительно, при движении магнита и катушки относительно друг друга (см. рис. 119) катушка попадала в области поля с большей или меньшей магнитной индукцией (так как поле магнита неоднородное). При замыкании и размыкании цепи катушки А (см. рис. 120) индукция создаваемого этой катушкой магнитного поля менялась за счёт изменения силы тока в ней.

При вращении проволочного контура в магнитном поле (см. рис. 121, а) или магнита относительно контура (см. рис. 121, б) магнитный поток менялся за счёт изменения ориентации этого контура по отношению к линиям магнитной индукции.

Таким образом,

  • при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, ограниченную замкнутым проводником, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

В этом и заключается явление электромагнитной индукции.

Открытие электромагнитной индукции принадлежит к числу самых замечательных научных достижений первой половины XIX в. Оно вызвало появление и бурное развитие электротехники и радиотехники.

На основании явления электромагнитной индукции были созданы мощные генераторы электрической энергии, в разработке которых принимали участие учёные и техники разных стран. Среди них были и наши соотечественники: Эмилий Христианович Ленц, Борис Семёнович Якоби, Михаил Иосифович Доливо-Добровольский и другие, внёсшие большой вклад в развитие электротехники.

Вопросы

1. С какой целью ставились опыты, изображённые на рисунках 119—121? Как они проводились?
2. При каком условии в опытах (см. рис. 119, 120) в катушке, замкнутой на гальванометр, возникал индукционный ток?
3. В чём заключается явление электромагнитной индукции?
4. В чём важность открытия явления электромагнитной индукции?

Упражнение 36

Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле

1. Как создать кратковременный индукционный ток в катушке К2, изображённой на рисунке 118?

2. Проволочное кольцо помещено в однородное магнитное поле (рис. 122). Стрелочки, изображённые рядом с кольцом, показывают, что в случаях а и б кольцо движется прямолинейно вдоль линий индукции магнитного поля, а в случаях в, г и d — вращается вокруг оси ОО’. В каких из этих случаев в кольце может возникнуть индукционный ток?

Источник