(Ф11) Лабораторная работа №2 « Изучение явления электромагнитной индукции».

(Ф11) Лабораторная работа №2 « Изучение явления электромагнитной индукции».

Цель работы: экспериментальное изучение явления магнитной индукциии проверка правила Ленца.
Теоретическая часть: Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. В нашем случае разумнее было бы менять во времени магнитное поле, так как оно создается движущимися (свободно) магнитом. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. В данном случае это мы можем наблюдать по отклонению стрелки миллиамперметра.

Оборудование: Миллиамперметр, источник питания, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, выключатель кнопочный, соединительные провода, магнитная стрелка (компас), реостат.
Вывод по проделанной работе:

1. Вводя магнит в катушку одним полюсом (северным) и выводя ее, мы наблюдаем, что стрелка амперметра отклоняется в разные стороны. В первом случае число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку (магнитный поток), растет, а во втором случае – наоборот. Причем в первом случае линии индукции, созданные магнитным полем индукционного тока, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, наоборот, входят в этот конец. Так как стрелка амперметра отклоняется, то направление индукционного тока меняется. Именно это показывает нам правило Ленца. Вводя магнит в катушку южным полюсом, мы наблюдаем картину, противоположную первой.

2. (Случай с двумя катушками) В случае с двумя катушками при размыкании ключа стрелка амперметра смещается в одну сторону, а при замыкании в другую. Это объясняется тем, что при замыкании ключа, ток в первой катушке создает магнитное поле. Это поле растет, и число линий индукции, пронизывающих вторую катушку, растет. При размыкании число линий падает. Следовательно, по правилу Ленца в первом случае и во втором индукционный ток противодействует тому изменению, которым он вызван. Изменение направления индукционного тока нам показывает тот же амперметр, и это подтверждает правило Ленца.

Следующее Предыдущее Главная страница

Подписаться на: Комментарии к сообщению (Atom)

Лабораторная работа №2.

«Изучение явления электромагнитной индукции»

 «Человека, умеющего наблюдать и

анализировать, обмануть невозможно»

Артур Конан Дойль

Данная тема посвящена лабораторной работе по изучению явления электромагнитной индукции.

Цель лабораторной работы: изучение явления электромагнитной индукции, а также проверка правила Ленца.

Оборудование: соединительные провода, миллиамперметр, реостат, источник питания, ключ, полосовой или дугообразный магнит, магнитная стрелка или компас, катушки с сердечниками.

Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией

17 октября 1831 года английский ученый Майкл Фарадей открыл явление

электромагнитной индукции.

Явлением электромагнитной индукции называется явление возникновения тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. А полученный таким способом ток, называется индукционным.

Закон электромагнитной индукции: среднее значение электродвижущей силы индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Знак минус в математической записи закона учитывает правило Ленца, согласно которому электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

Подготовка к выполнению работы.

Вставьте в одну из катушек железный сердечник и закрепите его там, например гайкой.

Далее подключите эту катушку через миллиамперметр, реостат и ключ к источнику питания.

Рядом с катушкой расположите магнитную стрелку или компас.

Замкнув ключ, определите расположение магнитных полюсов катушки с током при помощи магнитной стрелки.

Зафиксируйте, в какую сторону при этом отклониться стрелка миллиамперметра. Это поможет в дальнейшем судить о расположении магнитных полюсов катушки с током по направлению отклонения стрелки миллиамперметра.

После проделанной работы, отключите от цепи реостат и ключ, а миллиамперметр замкните на катушку, при этом сохранив порядок соединения их клемм.

Для удобства записей, можно составить следующую таблицу.

Приступаем непосредственно к выполнению лабораторной работы. При этом все данные, которые вы будите получать в процессе исследования, заносите в таблицу.

Приставив сердечник к одному из полюсов магнита (например к северному), быстро поместите его внутрь катушки, одновременно наблюдая за стрелкой миллиамперметра. По правилу Ленца определите направление индукционного тока внутри катушки.

Оставив магнит неподвижным, после первого опыта, пронаблюдайте опять за стрелкой миллиамперметра.

Быстро вытащите сердечник из катушки, не забывая наблюдать за стрелкой миллиамперметра (модуль скорости выдвижения магнита должен быть примерно таким же, как и в первом опыте). Опять, по правилу Ленца, определите направление индукционного тока внутри катушки в этом случае.

Посмотрите, как ведет себя стрелка миллиамперметра после проделанного опыта.

Повторите наблюдения, изменив полюс магнита с северного на южный.

Запишите вывод по работе на основе проведённых наблюдений. Объясните различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила Ленца.

Теперь немного видоизменим нашу установку.

Расположите вторую катушку рядом с первой так, чтобы их оси совпадали, и поместите их на один общий сердечник.

Первую катушку соедините с миллиамперметром, а вторую катушку через реостат соедините с источником тока.

Замыкая и размыкая ключ, проверьте возникает ли в первой катушки индукционный ток.

Зарисуйте схему опыта и проверьте выполнения правила Ленца.

Также проверьте, возникает ли индукционный ток при изменении силы тока реостатом.

В конце работы, подведите ее итог, сделав общий вывод, не забыв отразить в нем условия, при которых в катушке возникал индукционный ток.

Письменно ответьте на контрольные вопросы:

1.                В чем заключается явление электромагнитной индукции?

2.                Какой ток называют индукционным?

3.                Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Какой формулой он описывается?

4.                Как формулируется правило Ленца?

5.                Какова связь правила Ленца с законом сохранения энергии?

 

«Изучение явления электромагнитной индукции». Разработка занятия «Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция».

Лабораторная работа «Исследование явления электромагнитной индукции» Почему меняется магнитный поток около

Цель: экспериментальное исследование явления магнитной индукции проверка правила Ленца.
Теоретическая часть: Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящей цепи, которая либо покоится в изменяющемся во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих цепь изменения. В нашем случае разумнее было бы менять магнитное поле во времени, так как оно создается движущимся (свободно) магнитом. Согласно правилу Ленца, индуктивный ток, возникающий в замкнутой цепи, противодействует этому изменению своим магнитным полем, магнитным потоком, которым он называется. В данном случае мы можем наблюдать это по отклонению стрелки миллиамперметра.

Оборудование: Миллиамперметр, блок питания, катушки с сердечниками, дугообразный магнит, кнопочный переключатель, соединительные провода, магнитная стрелка (компас), реостат.

Заказ-наряд

I. Выяснение условий возникновения индукционного тока.

1. Подсоедините катушку-катушку к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, отметить, возник ли индукционный ток, если:

* вставьте магнит в неподвижную катушку,
* снимите магнит с неподвижной катушки,
* поместите магнит внутрь катушки, оставив ее неподвижной.

3. Выяснить, как изменился в каждом случае магнитный поток Ф, пронизывающий катушку. Сделайте вывод об условии, при котором в катушке возник индуктивный ток.
II. Исследование направления индукционного тока.

1. О направлении тока в катушке можно судить по направлению отклонения стрелки миллиамперметра от нулевого деления.
Проверить, будет ли направление индукционного тока одинаковым, если:
* вставить в катушку и удалить магнит северным полюсом;
* вставьте магнит в магнитную катушку северным полюсом и южным полюсом.
2. Узнайте, что изменилось в каждом случае. Сделайте вывод о том, от чего зависит направление индукционного тока.

III. Исследование величины индукционного тока.

1. Медленно и с большей скоростью приближать магнит к неподвижной катушке, отмечая, на сколько делений (N 1 , N 2 ) отклоняется стрелка миллиамперметра.

2. Поднесите магнит к катушке северным полюсом. Отметьте, на сколько делений N 1 отклоняется стрелка миллиамперметра.

Прикрепите северный полюс стержневого магнита к северному полюсу дугообразного магнита. Определите, на сколько делений N 2 отклонится стрелка миллиамперметра при одновременном сближении двух магнитов.

3. Выяснить, как изменился магнитный поток в каждом случае. Сделайте вывод, от чего зависит величина индукционного тока.

Ответьте на вопросы:

1. Сначала быстро, затем медленно вставьте магнит в катушку медного провода. Переносится ли тот же электрический заряд через проволочный отрезок катушки?
2. Возникнет ли индукционный ток в резиновом кольце при введении в него магнита?

Цель работы: Изучить явление электромагнитной индукции.
Оборудование: миллиамперметр, катушка катушки, дугообразный магнит, источник питания, катушка с железным сердечником от сборно-разборного электромагнита, реостат, ключ, соединительные провода, макет генератора электрического тока (один на класс).
Инструкция по работе:
1. Подключить катушку-катушку к зажимам миллиамперметра.
2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, поднести один из полюсов магнита к катушке, затем остановить магнит на несколько секунд, а затем снова приблизить к катушке, задвинув в нее (рис. 196) . Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток при движении магнита относительно катушки; во время его остановки.

Запишите, изменялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, при движении магнита; во время его остановки.
4. На основании ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод, при каком условии в катушке возник индукционный ток.
5. Почему магнитный поток, пронизывающий эту катушку, изменился при приближении магнита к катушке? (Для ответа на этот вопрос вспомним, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.)
6. О направлении тока в катушке можно судить по направлению отклонения стрелки миллиамперметра от нулевого деления.
Проверить, будет ли направление индукционного тока в катушке одинаковым или разным при приближении к ней и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

4. Подвести полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.
Повторите тот же опыт, но с большей скоростью магнита, чем в первом случае.
При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки быстрее менялся магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку?
При быстром или медленном изменении магнитного потока через катушку сила тока в ней была больше?
На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, зависит от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку.
5. Собрать установку для опыта по рисунку 197.
6. Проверить наличие индукционного тока в катушке 1 в следующих случаях:
а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;
б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;
в) с увеличением и уменьшением силы тока, протекающего по катушке 2, перемещением ползунка реостата в соответствующую сторону.
10. В каком из случаев, перечисленных в пункте 9изменяется ли магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?
11. Наблюдать за появлением электрического тока в модели генератора (рис. 198). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.
Рис. 196

контрольные вопросы

1.Что такое электрическая емкость?

2. Дайте определение следующим понятиям: переменный ток, амплитуда, частота, циклическая частота, период, фаза колебаний

Лабораторная работа 11

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель: изучение явления электромагнитной индукции .

Оборудование: миллиамперметр; катушка-катушка; дугообразный магнит; Источник власти; катушка с железным сердечником от разборного электромагнита; реостат; ключ; соединительные провода; Модель генератора электрического тока (одна).

Рабочий процесс

1. Подсоедините катушку-катушку к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, поднести один из полюсов магнита к катушке, затем остановить магнит на несколько секунд, а затем снова приблизить к катушке, задвинув в нее (рис.) . Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток при движении магнита относительно катушки; во время его остановки.

3. Запишите, изменялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, при движении магнита; во время его остановки.

4. На основании ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод, при каком условии в катушке возник индукционный ток.

5. Почему магнитный поток, пронизывающий эту катушку, изменился при приближении магнита к катушке? (Для ответа на этот вопрос вспомним, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, от чего зависит модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него. )

6. О направлении тока в катушке можно судить по направлению отклонения стрелки миллиамперметра от нулевого деления.
Проверить, будет ли направление индукционного тока в катушке одинаковым или разным при приближении и удалении от нее одного и того же полюса магнита.

7. Подвести полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.

Повторить тот же опыт, но при большей скорости магнита, чем в первом случае.

При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки быстрее менялся магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку?

При быстром или медленном изменении магнитного потока через катушку в ней появлялся больший ток?

На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего эту катушку.

8. Собрать установку для эксперимента по чертежу.

9. Проверить наличие индукционного тока в катушке 1 в следующих случаях:

a. при замыкании и размыкании цепи, в которую входит катушка 2;

б. при протекании через катушку 2 постоянного тока;

в. при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего по катушке 2, перемещением ползунка реостата в соответствующую сторону.

10. В каком из перечисленных в п. 9 случаев изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку? Почему он меняется?

11. Наблюдать возникновение электрического тока в модели генератора (рис.). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.

контрольные вопросы

1. Сформулировать закон электромагнитной индукции.

2. Кем и когда был сформулирован закон электромагнитной индукции?

Лаб. 12

Измерение индуктивности катушки

Цель: Изучение основных закономерностей электрических цепей переменного тока и знакомство с простейшими способами измерения индуктивности и емкости.

Краткая теория

Под действием переменной электродвижущей силы (ЭДС) в электрической цепи возникает переменный ток.

Переменный ток — это ток, который меняет направление и величину. В данной работе рассматривается только такой переменный ток, значение которого периодически изменяется по синусоидальному закону.

Рассмотрение синусоидального тока связано с тем, что все крупные электростанции вырабатывают переменные токи, очень близкие к синусоидальным.

Переменный ток в металлах представляет собой движение свободных электронов в одном направлении или в противоположном направлении. При синусоидальном токе характер этого движения совпадает с гармоническими колебаниями. Таким образом, синусоидальный переменный ток имеет период Тл — время одного полного колебания и частоту v  число полных колебаний в единицу времени. Между этими величинами существует связь

Цепь переменного тока, в отличие от цепи постоянного тока, допускает включение конденсатора.

https://pandia.ru/text/80/343/images/image073.gif» alt=»(!ЯЗЫК:http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8 /Image443 .gif»>,!}

называется полное сопротивление или импеданс цепи. Поэтому выражение (8) называют законом Ома для переменного тока.

В данной работе активное сопротивление катушки R определяется по закону Ома для участка цепи постоянного тока.

Рассмотрим два частных случая.

1. В цепи нет конденсатора . Это означает, что конденсатор выключен и вместо него цепь замыкается проводником, падение потенциала на котором практически равно нулю, то есть значение U в уравнении (2) равно нулю..gif» alt=»(!ЯЗЫК:http://web-local.rudn.ru/web-local/uem/ido/8/Image474.gif»>.!}

2. В цепи нет катушки: значит .

Для из формул (6), (7) и (14) соответственно имеем

Майкл Фарадей первым изучил явление электромагнитной индукции. Точнее, он установил и исследовал это явление в поисках путей превращения магнетизма в электричество.

Ему понадобилось десять лет, чтобы решить такую ​​задачу, но теперь мы повсеместно используем плоды его труда, и не представляем современной жизни без использования электромагнитной индукции. В 8 классе мы уже рассматривали эту тему, в 9 классе это явление рассматривается более подробно, но вывод формул относится к курсу 10 класса. Вы можете перейти по этой ссылке, чтобы ознакомиться со всеми аспектами этого вопроса.

Явление электромагнитной индукции: рассмотрим опыт

Рассмотрим, что представляет собой явление электромагнитной индукции. Вы можете провести эксперимент, для которого вам понадобится гальванометр, постоянный магнит и катушка. Подключив гальванометр к катушке, мы впихиваем внутрь катушки постоянный магнит. В этом случае гальванометр покажет изменение силы тока в цепи.

Поскольку никакого источника тока в цепи у нас нет, то логично предположить, что ток возникает за счет возникновения магнитного поля внутри катушки. Когда мы вытащим магнит обратно из катушки, мы увидим, что показания гальванометра снова изменятся, но его стрелка отклонится в противоположную сторону. Мы снова получим ток, но уже направленный в другую сторону.

Теперь проделаем аналогичный опыт с теми же элементами, только магнит при этом закрепим неподвижно, а саму катушку теперь наденем и снимем с магнита, соединенного с гальванометром. Мы получим такие же результаты. Стрелка гальванометра покажет нам появление тока в цепи. В этом случае, когда магнит неподвижен, тока в цепи нет, стрелка стоит на нуле.

Можно провести модифицированный вариант того же эксперимента, только заменить постоянный магнит на электрический, который можно включать и выключать. Мы получим результаты, аналогичные первому опыту, когда магнит движется внутри катушки. Но, кроме того, при выключении и отключении стационарного электромагнита вызовет кратковременное появление тока в цепи катушки.

Катушку можно заменить проводящей цепью, и можно проводить эксперименты по перемещению и вращению самой цепи в постоянном магнитном поле или магнита внутри неподвижной цепи. Результатом будет такое же появление тока в цепи при движении магнита или цепи.

Изменение магнитного поля вызывает появление тока

Из всего этого следует, что изменение магнитного поля вызывает появление электрического тока в проводнике. Этот ток ничем не отличается от тока, который мы можем получить, например, от батареек. Но для указания причины его возникновения такой ток назвали индукционным.

Во всех случаях мы меняли магнитное поле, а точнее, магнитный поток через проводник, в результате чего возникал ток. Таким образом, можно вывести следующее определение:

При любом изменении магнитного потока, пронизывающего цепь замкнутого проводника, возникает электричество, которое существует в течение всего процесса изменения магнитного потока.

На этом занятии мы проведем лабораторную работу №4 «Изучение явления электромагнитной индукции». Целью этого урока будет изучение явления электромагнитной индукции. Используя необходимое оборудование, мы проведем лабораторные работы, по окончании которых научимся правильно изучать и определять это явление.

Цель исследования явления электромагнитной индукции .

Оборудование:

1. Миллиамперметр.

2. Магнит.

3. Катушка-катушка.

4. Источник тока.

5. Реостат.

6. Ключ.

7. Катушка от электромагнита.

8. Соединительные провода.

Рис. 1. Экспериментальное оборудование

Начнем лабораторию со сбора установки. Чтобы собрать схему, которую мы будем использовать в лаборатории, мы присоединим катушку к миллиамперметру и будем использовать магнит, который мы будем перемещать ближе или дальше от катушки. При этом надо помнить, что будет при появлении индукционного тока.

Рис. 2. Эксперимент 1

Подумайте, как объяснить явление, которое мы наблюдаем. Как магнитный поток влияет на то, что мы видим, в частности на происхождение электрического тока. Для этого посмотрите на вспомогательный рисунок.

Рис. 3. Линии магнитного поля постоянного стержневого магнита

Обратите внимание, что линии магнитной индукции выходят из северного полюса, входят в южный полюс. При этом количество этих линий, их плотность различны в разных частях магнита. Обратите внимание, что направление магнитного поля также меняется от точки к точке. Поэтому можно сказать, что изменение магнитного потока приводит к тому, что в замкнутом проводнике возникает электрический ток, но только при движении магнита, следовательно, магнитный поток, пронизывающий область, ограниченную витками этой катушки, изменяется.

Следующий этап нашего изучения электромагнитной индукции связан с определением направления индукционного тока . О направлении индукционного тока можно судить по тому, в каком направлении отклоняется стрелка миллиамперметра. Воспользуемся дугообразным магнитом и увидим, что при приближении магнита стрелка будет отклоняться в одну сторону. Если теперь магнит переместить в другую сторону, то стрелка отклонится в другую сторону. В результате эксперимента можно сказать, что направление индукционного тока также зависит от направления движения магнита. Заметим также, что направление индукционного тока также зависит от полюса магнита.

Обратите внимание, что величина индукционного тока зависит от скорости движения магнита, и одновременно от скорости изменения магнитного потока.

Вторая часть нашей лабораторной работы будет связана с другим экспериментом. Давайте посмотрим на схему этого эксперимента и обсудим, что мы сейчас будем делать.

Рис. 4. Опыт 2

Во второй схеме в принципе ничего не изменилось в части измерения индуктивного тока. Тот самый миллиамперметр, прикрепленный к катушке. Все остается, как было в первом случае. Но теперь мы получим изменение магнитного потока не за счет движения постоянного магнита, а за счет изменения силы тока во второй катушке.

В первой части мы исследуем наличие индукционного тока при замыкании и размыкании цепи. Итак, первая часть эксперимента: замыкаем ключ. Обратите внимание, ток в цепи увеличивается, стрелка отклонилась в сторону, но обратите внимание, теперь ключ замкнут, а миллиамперметр не показывает электрический ток. Дело в том, что нет изменения магнитного потока, об этом мы уже говорили. Если теперь ключ открыть, миллиамперметр покажет, что направление тока изменилось.

Во втором опыте мы увидим, как ток индукции при изменении электрического тока во второй цепи.

Следующая часть эксперимента будет заключаться в том, чтобы проследить, как изменится индукционный ток, если ток в цепи изменится из-за реостата. Вы знаете, что если мы изменим электрическое сопротивление в цепи, то, следуя закону Ома, изменится и наш электрический ток. При изменении электрического тока изменится и магнитное поле. В момент перемещения скользящего контакта реостата магнитное поле изменяется, что приводит к возникновению индукционного тока.

В заключение лабораторной работы мы должны посмотреть, как индуктивный электрический ток создается в генераторе электрического тока.

Рис. 5. Генератор электрического тока

Его основной частью является магнит, а внутри этих магнитов находится катушка с определенным количеством намотанных витков. Если теперь вращать колесо этого генератора, в обмотке катушки будет индуцироваться индукционный электрический ток. Из эксперимента видно, что увеличение числа оборотов приводит к тому, что лампочка начинает гореть ярче.

Список дополнительной литературы:

Аксенович Л. А. Физика в вузе: Теор. Задачи. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих общее. среды, образование / Л.А. Аксенович, Н.Н. Ракина, К.С. Фарино; Эд. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацы и выхаванне, 2004.