Vrtložno električno polje. Vrtložno električno polje – Hipermarket znanja Provjera domaćeg zadatka

ELEKTRIČNO POLJE Razlog za pojavu električne struje u nepokretnom provodniku je električno polje. Svaka promjena magnetskog polja stvara induktivno električno polje, bez obzira na prisustvo ili odsustvo zatvorenog kola, a ako je provodnik otvoren, tada na njegovim krajevima nastaje razlika potencijala; Ako je provodnik zatvoren, tada se u njemu opaža indukovana struja.

Vrtložno polje. Induktivno električno polje je vrtložno. Smjer vrtložnih linija električnog polja poklapa se sa smjerom indukcijske struje. Induktivno električno polje ima potpuno drugačija svojstva u odnosu na elektrostatičko polje.

Električno polje je vrtložno polje. elektrostatičko polje 1. stvoreno stacionarnim električnim naelektrisanjem 2. linije polja su otvorene - - potencijalno polje 3. izvori polja su električni naboji 4. rad sila polja za pomeranje probnog naboja duž zatvorene putanje = 0. indukciono električno polje ( vrtložno električno polje) 1. uzrokovano promjenama u magnetskom polju 2. linije sile su zatvorene - - vrtložno polje 3. izvori polja se ne mogu specificirati 4. rad sila polja za pomicanje probnog naboja duž zatvorene putanje = inducirana emf

Predmet. Zakon elektromagnetne indukcije

Svrha časa: upoznati učenike sa zakonom elektromagnetne indukcije.

Vrsta lekcije: lekcija o učenju novog gradiva.

PLAN LEKCIJE

Kontrola znanja		1. Fluks magnetne indukcije. 2. Fenomen elektromagnetne indukcije. 3. Lenzovo pravilo.
Demonstracije		1. Ovisnost inducirane emf o brzini promjene magnetskog fluksa. 2. Fragmenti video filma “Fenomen elektromagnetne indukcije”.
Učenje novog gradiva		1. Zakon elektromagnetne indukcije. 2. Vrtložno električno polje. 3. Indukciona emf u pokretnim provodnicima.
Učvršćivanje naučenog materijala		1. Kvalitativna pitanja. 2. Učenje rješavanja problema.

UČENJE NOVOG MATERIJALA

Odakle dolaze strane sile koje djeluju na naboje u kolu? U slučaju provodnika koji miruje u odnosu na posmatrača, uzrok pojave stranih sila je naizmjenično 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 magnetskim poljem događa se čak i tamo gdje nema vodećeg kola i ne nastaje električna struja. Kao što vidimo, magnetsko polje ne može samo prenositi magnetske interakcije, već i uzrokovati pojavu drugog oblika materije - električnog polja.

Međutim, električno polje koje stvara naizmjenično magnetno polje značajno se razlikuje od polja koje stvaraju nabijene čestice.

Električno polje koje stvara naizmjenično magnetsko polje je vrtložno, odnosno njegove linije sile su zatvorene.

Vrtložno električno polje ima neke karakteristike:

1) polje se manifestuje dejstvom sile na naelektrisane 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 elektrostatičkog polja, rad vrtložnog električnog polja duž zatvorene putanje nije nula (vrtložno električno polje je nepotencijalno).

Razmotrimo provodnik dužine l koji se translatorno kreće u jednoličnom magnetskom polju sa indukcijom brzinom usmjerenom pod uglom u odnosu na linije magnetske indukcije polja.

Na elektrone koji se kreću zajedno s vodičem u magnetskom polju djeluje Lorentzova sila usmjerena duž provodnika. Njegov modul

gdje je q 0 naboj slobodne nabijene čestice. Pod uticajem ove sile dolazi do razdvajanja naelektrisanja - slobodne naelektrisane čestice će se pomeriti na jedan kraj provodnika, a na drugom kraju će doći do njihovog nedostatka, odnosno preći će naelektrisanje suprotnog predznaka. . Stoga je u ovom slučaju vanjska sila Lorentzova sila. Razdvajanje naelektrisanja će dovesti do pojave električnog polja, koje će sprečiti dalje razdvajanje naelektrisanja. Ovaj proces će se zaustaviti kada se Lorentzova sila i sila = q 0 uravnoteže. Posljedično, unutar provodnika je jakost električnog polja E = B sin, a razlika potencijala na krajevima provodnika je U = El = B lsin. Pošto razmatramo otvoreni krug, razlika potencijala na krajevima vodiča jednaka je indukovanoj emf u ovom vodiču. dakle,

Ako je takav provodnik kratko spojen, električna struja će teći u krug. Dakle, provodnik koji se kreće u magnetskom polju može se smatrati vrstom izvora struje koji karakteriše indukovana emf.

PITANJA UČENICIMA TOKOM PREZENTACIJE NOVOG MATERIJALA

Prvi nivo

1. Zašto nastaje indukovana struja u stacionarnim provodnicima koji se nalaze u naizmjeničnom magnetskom polju?

2. Koji je razlog za pojavu indukovane struje kada se provodnik kreće u konstantnom magnetskom polju?

3. Koje su karakteristike vrtložnog električnog polja?

Drugi nivo

1. Kakva je priroda vanjskih sila koje uzrokuju pojavu indukovane struje u nepokretnom provodniku?

2. Zašto je zakon elektromagnetne indukcije formulisan za EMF, a ne za struju?

3. Kakva je priroda inducirane emf u provodniku koji se kreće u magnetskom polju?

KONSTRUKCIJA NAUČENOG MATERIJALA

) . Kvalitativna pitanja

1. Zašto osigurači ponekad pregore od udara groma čak i kada je uređaj isključen?

2. Zašto je za detekciju induktivne struje bolje uzeti zatvoreni provodnik u obliku zavojnice, a ne u obliku ravne žice?

) . Učenje rješavanja problema

1. Koristeći fleksibilne žice, pravi provodnik dužine 60 cm povezan je sa izvorom jednosmerne struje sa emf od 12 V i unutrašnjim otporom od 0,5 Ohma. Provodnik se kreće u jednoličnom magnetskom polju sa indukcijom od 1,6 Tesla brzinom od 12,5 m/s okomito na linije magnetne indukcije. Odredite jačinu struje u vodiču ako je otpor vanjskog kola 2,5 Ohma.

Slajd 2

Provjera domaćeg

Izvještaj o E.H. Lenze (učenik pripremljen)

Slajd 3

Fizički diktat:

1. Šta je fenomen elektromagnetne indukcije? 2. Pod kojim uslovima nastaje struja u zatvorenom provodnom kolu? 3.-4 Nastavite fraze: 3. Magnetni tok kroz površinu površine S je veličina... 4. Prema Lenzovom pravilu, indukovana struja koja nastaje u zatvorenom kolu...

Slajd 4

5. Formulirajte zakon elektromagnetne indukcije. 6. 7. 8. S N V Provodnik se kreće preko linija magnetnog polja s desna na lijevo. Odredite smjer indukcijske struje. V Odrediti smjer vektora magnetske indukcije i polaritet trajnog magneta. S Odredite polaritet indukcijskog napona.

Slajd 5

Vrtložno električno polje.

Kada se javlja indukovana emf? Inducirana emf javlja se ili u stacionarnom vodiču smještenom u polju koje se mijenja s vremenom, ili u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, koje se ne može promijeniti s vremenom.

Slajd 6

Slajd 7

MAXWELL James Clerk (1831-79), engleski fizičar, tvorac klasične elektrodinamike, jedan od osnivača statističke fizike, organizator i prvi direktor (od 1871) Laboratorije Cavendish. Razvijajući ideje M. Faradaya, stvorio je teoriju elektromagnetnog polja (Maxwellove jednačine); uveo koncept struje pomaka, predvidio postojanje elektromagnetnih valova i iznio ideju o elektromagnetnoj prirodi svjetlosti. Uspostavio statističku distribuciju nazvanu po njemu. Proučavao je viskozitet, difuziju i toplotnu provodljivost gasova. Pokazali su da se Saturnovi prstenovi sastoje od pojedinačnih tijela. Radi na viziji boja i kolorimetriji (Maxwell disk), optici (Maxwell efekt), teoriji elastičnosti (Maxwell-ova teorema, Maxwell-Cremona dijagram), termodinamici, historiji fizike itd.

Slajd 8

Promjenjujući se tokom vremena, magnetsko polje stvara električno polje

Slajd 9

Slajd 10

Rad vrtložnog električnog polja pri kretanju jednog pozitivnog naboja duž zatvorenog nepokretnog vodiča numerički 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. septembar 1819, Pariz - 11. februar 1868, - francuski fizičar i astronom, član Pariške akademije nauka Foucault Currents Primjena indukcijskih peći U mnogim slučajevima, Foucaultove struje su nepoželjne, pa se moraju poduzeti posebne mjere poduzeti za njihovo smanjenje. Ove struje posebno uzrokuju zagrijavanje feromagnetnih jezgara transformatora i metalnih dijelova električnih strojeva. Da bi se smanjili gubici električne energije zbog pojave vrtložnih struja, jezgre transformatora nisu napravljene od čvrstog komada feromagneta, već od pojedinačnih metalnih ploča izoliranih jedna od druge dielektričnim slojem.

Lekcija 15. Vrtložno električno polje. EMF indukcija u pokretnim provodnicima

Svrha: saznati uslove za nastanak EMF-a u pokretnim provodnicima.

Tokom nastave

I. Organizacioni momenat

II. Ponavljanje

Šta je fenomen elektromagnetne indukcije?

Koji su uslovi neophodni za postojanje fenomena elektromagnetne indukcije?

Kako je smjer indukovane struje određen Lenzovim pravilom?

Koja se formula koristi za određivanje inducirane emf i koje je fizičko značenje znaka minus u ovoj formuli?

III. Učenje novog gradiva

Uzmimo transformator. Povezivanjem jednog od namotaja na AC mrežu, dobijamo struju u drugom namotu. Na slobodna naelektrisanja utiče električno polje.

Elektrone u stacionarnom provodniku pokreće električno polje, a električno polje direktno generiše naizmenično magnetno polje. Promjenjujući se tokom vremena, magnetsko polje stvara električno polje. Polje pokreće elektrone u vodiču i time se otkriva. Električno polje koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni ima drugačiju strukturu od elektrostatičke. To nije povezano s naplatom, nigdje ne počinje i nigdje ne završava. Predstavlja zatvorene linije. Zove se vrtložno električno polje. Ali za razliku od stacionarnog električnog polja, rad vrtložnog polja duž zatvorene putanje nije nula.

Indukcijska struja u masivnim provodnicima naziva se Foucaultove struje.

Primjena: topljenje metala u vakuumu.

Štetno dejstvo: nepotreban gubitak energije u jezgri transformatora i generatora.

EMF kada se provodnik kreće u magnetskom polju

Prilikom pomicanja džemperaULorentzova sila djeluje na elektrone i radi. Elektroni se kreću od C do L. Džamper je izvor emf, dakle,

Formula se koristi u bilo kojem vodiču koji se kreće u magnetskom polju akoAko između vektoraje ugao α, tada se koristi formula:

JerTo

Uzrok EDC- Lorencova sila. Znak e se može odrediti pravilom desne ruke.

IV. Učvršćivanje naučenog materijala

Koje polje se naziva indukcijsko ili vrtložno električno polje?

Šta je izvor induktivnog električnog polja?

Šta su Foucaultove struje? Navedite primjere njihove upotrebe. U kojim slučajevima se morate nositi s njima?

Koja karakteristična svojstva ima induktivno električno polje u poređenju sa magnetnim poljem? Stacionarno ili elektrostatičko polje?

V. Sumiranje lekcije

Zadaća

stav 12; 13.

Kroz kolo se može dogoditi: 1) u slučaju stacionarnog provodnog kola postavljenog u vremenski promenljivo polje; 2) u slučaju provodnika koji se kreće u magnetskom polju, koje se ne može promeniti tokom vremena. Vrijednost indukovane emf u oba slučaja određena je zakonom (2.1), ali je porijeklo ove emf različito.

Razmotrimo prvo prvi slučaj pojave indukcijske struje. Postavimo kružnu žičanu zavojnicu radijusa r u vremenski promjenjivo jednolično magnetsko polje (slika 2.8). Neka se indukcija magnetskog polja poveća, tada će se magnetski tok kroz površinu ograničenu zavojnicom povećavati s vremenom. Prema zakonu elektromagnetne indukcije, indukovana struja će se pojaviti u zavojnici. Kada se indukcija magnetskog polja mijenja prema linearnom zakonu, struja indukcije će biti konstantna.

Koje sile tjeraju naelektrisanja u zavojnici? Samo magnetsko polje, koje prodire u zavojnicu, to ne može učiniti, jer magnetsko polje djeluje isključivo na pokretne naboje (po tome se razlikuje od električnog), a provodnik sa elektronima u njemu je nepomičan.

Osim magnetnog polja, na naboje, kako pokretne tako i nepokretne, djeluje i električno polje. Ali ona polja o kojima smo do sada govorili (elektrostatička ili stacionarna) stvaraju električni naboji, a inducirana struja se pojavljuje kao rezultat djelovanja promjenjivog magnetskog polja. Stoga možemo pretpostaviti da elektrone u stacionarnom vodiču pokreće električno polje, a to polje direktno generiše promjenjivo magnetsko polje. Ovo uspostavlja novu fundamentalnu osobinu polja: mijenjajući se tokom vremena, magnetsko polje stvara električno polje . Do ovog zaključka je prvi došao J. Maxwell.

Sada se fenomen elektromagnetne indukcije pojavljuje pred nama u novom svjetlu. Glavna stvar u njemu je proces generiranja električnog polja pomoću magnetnog polja. U ovom slučaju, prisutnost provodnog kola, na primjer zavojnice, ne mijenja suštinu procesa. Provodnik sa dovodom slobodnih elektrona (ili drugih čestica) igra ulogu uređaja: omogućava samo detektovanje električnog polja koje se pojavljuje.

Polje pokreće elektrone u provodniku i time se otkriva. Suština fenomena elektromagnetne indukcije u nepokretnom vodiču nije toliko pojava indukcijske struje, već pojava električnog polja koje pokreće električne naboje.

Električno polje koje nastaje kada se magnetsko polje promijeni ima potpuno drugačiju prirodu od elektrostatičkog.

Nije direktno povezan s električnim nabojima, a njegove linije napetosti ne mogu početi i završiti na njima. One uopće ne počinju i ne završavaju nigdje, već su zatvorene linije, slične linijama indukcije magnetskog polja. Ovo je tzv vrtložno električno polje (Sl. 2.9).

Što se brže mijenja magnetna indukcija, to je veća jačina električnog polja. Prema Lenzovom pravilu, s povećanjem magnetske indukcije, smjer vektora intenziteta električnog polja formira lijevi vijak sa smjerom vektora. To znači da kada se vijak s lijevim navojem rotira u smjeru linija jakosti električnog polja, translacijsko kretanje vijka se poklapa sa smjerom vektora magnetske indukcije. Naprotiv, kada se magnetska indukcija smanji, smjer vektora intenziteta formira pravi vijak sa smjerom vektora.

Smjer zateznih linija poklapa se sa smjerom indukcijske struje. Sila koja djeluje iz vrtložnog električnog polja na naboj q (spoljna sila) je i dalje jednaka = q. Ali za razliku od slučaja stacionarnog električnog polja, rad vrtložnog polja u kretanju naboja q duž zatvorene putanje nije nula. Zaista, kada se naboj kreće duž zatvorene linije jakosti električnog polja, rad na svim dijelovima puta ima isti predznak, jer se sila i kretanje poklapaju u smjeru. Rad vrtložnog električnog polja pri kretanju jednog pozitivnog naboja duž zatvorenog nepokretnog vodiča numerički je jednak induciranoj emf u ovom vodiču.

Indukcijske struje u masivnim provodnicima. Indukcijske struje dostižu posebno veliku numeričku vrijednost u masivnim vodičima, zbog činjenice da im je otpor mali.

Takve struje, nazvane Foucaultove struje po francuskom fizičaru koji ih je proučavao, mogu se koristiti za zagrijavanje provodnika. Dizajn indukcijskih peći, kao što su mikrovalne pećnice koje se koriste u svakodnevnom životu, temelji se na ovom principu. Ovaj princip se takođe koristi za topljenje metala. Osim toga, fenomen elektromagnetne indukcije koristi se u metalnim detektorima postavljenim na ulazima u zgrade aerodromskih terminala, pozorišta itd.

Međutim, u mnogim uređajima pojava Foucaultovih struja dovodi do beskorisnih, pa čak i neželjenih gubitaka energije uslijed stvaranja topline. Dakle, željezna jezgra transformatora, elektromotora, generatora itd. nisu čvrsta, već se sastoje od zasebnih ploča izoliranih jedna od druge. Površine ploča moraju biti okomite na smjer vektora jakosti električnog polja vrtloga. Otpor na električnu struju ploča će biti maksimalan, a stvaranje topline minimalno.

Primjena ferita. Elektronska oprema radi u području vrlo visokih frekvencija (milioni vibracija u sekundi). Ovdje upotreba jezgri zavojnica iz zasebnih ploča više ne daje željeni učinak, jer u kalednoj ploči nastaju velike Foucaultove struje.

U § 7 je navedeno da postoje magnetni izolatori - feriti. Tokom preokretanja magnetizacije, vrtložne struje ne nastaju u feritima. Kao rezultat toga, gubici energije zbog stvaranja topline u njima su minimizirani. Zbog toga se od ferita prave jezgre visokofrekventnih transformatora, magnetne antene tranzistora itd. Feritna jezgra se prave od mješavine prahova polaznih tvari. Smjesa se presuje i podvrgava značajnoj termičkoj obradi.

Brzom promjenom magnetskog polja u običnom feromagnetu nastaju indukcijske struje čije magnetsko polje, u skladu s Lenzovim pravilom, sprječava promjenu magnetskog fluksa u jezgri zavojnice. Zbog toga se tok magnetne indukcije praktički ne mijenja i jezgro se ne magnetizira. U feritima su vrtložne struje vrlo male, tako da se mogu brzo ponovno magnetizirati.

Uz potencijalno Kulonovo električno polje postoji i vrtložno električno polje. Linije intenziteta ovog polja su zatvorene. Vrtložno polje nastaje promjenjivim magnetskim poljem.

1. Kakva je priroda vanjskih sila koje uzrokuju pojavu indukovane struje u nepokretnom provodniku!
2. Koja je razlika između vrtložnog električnog polja i elektrostatičkog ili stacionarnog!
3. Šta su Foucaultove struje!
4. Koje su prednosti ferita u odnosu na konvencionalne feromagnete!

Myakishev G. Ya., Physics. 11. razred: vaspitni. za opšte obrazovanje institucije: osnovne i profilne. nivoi / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; uređeno od V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. izd., revidirano. i dodatne - M.: Obrazovanje, 2008. - 399 str.: ilustr.

Biblioteka sa udžbenicima i knjigama za besplatno preuzimanje na internetu, Fizika i astronomija za 11. razred preuzimanje, školski nastavni plan i program fizike, planovi za nastavu

Sadržaj lekcije beleške sa lekcija podrška okvirnoj prezentaciji lekcija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, obuke, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku, elementi inovacije u lekciji, zamjena zastarjelog znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu, metodološke preporuke, program diskusije Integrisane lekcije