Электромагнетизм. Явление электромагнитной индукции. Курс подготовки к Единому государственному экзамену Учитель физики КОУ «Тарская гимназия 1 им.А.М. Луппова» Гайсина И.В. 1

Магнитное поле Опыт Эрстеда Взаимодействие токов Магнитная индукция Сила Ампера Сила Лоренца Магнитные свойства вещества 2

Опыт Эрстеда 1820 г. Х. Эрстед открыл магнитное поле электрического тока. При прохождении электрического тока по проводнику магнитная стрелка располагается перпендикулярно проводнику. 3

Открытие Эрстеда При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника с током есть магнитное поле. 4

5 Общий вывод: вокруг всякого проводника с током есть магнитное поле. Но ведь ток – это направленное движение зарядов. Вокруг всякого движущегося заряда помимо электрического поля существует еще и магнитное. Магнитное поле - это особый вид материи, окружающей движущиеся заряды (или проводники с током), и проявляющейся в действии на движущиеся заряды (или проводники с током).

Взаимодействие токов r l А. Ампер установил законы магнитного взаимодействия токов. 6

Взаимодействие токов Ампер – это сила тока, протекающего по двум бесконечно длинным параллельным проводникам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, при которой их участки длиной 1 м взаимодействуют с силой 2* 10 Н. 7

Магнитная индукция Направление и модуль вектора магнитной индукции. Магнитная индукция прямого проводника. Линии магнитной индукции. Правило буравчика. Соленоид, правило правой руки. Магнитное поле Земли. 8

Магнитная индукция Магнитная индукция – силовая характеристика магнитного поля. (Магнитная индукция определяет силу, с которой магнитное поле действует на внесенный в него проводник с током). Магнитная индукция – векторная величина. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса к северному магнитной стрелки, помещенной в данное магнитное поле. B Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока на длину участка проводника. 9

Магнитная индукция I r Магнитная индукция магнитного поля прямого проводника с током на расстоянии r от него. 10

Линии магнитной индукции Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор магнитной индукции в данной точке поля. B B B NS B 11

Линии магнитной индукции I B I B I B Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Магнитное поле – вихревое поле. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет. 12

13 Правило буравчика Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

14 Правило буравчика

15 Правило буравчика

Магнитное поле однородное неоднородное B 1 =B 2 B 1 >B 2 Правило правой руки: Если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида. 16

Линии магнитной индукции NS BB постоянный магнит соленоид 17

Магнитное поле Земли С Ю N S 18

Сила Ампера B I F A B I n если x Сила Ампера – сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током. 19

Сила Ампера S N B B B I I I Правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отставленный большой палец покажет направление силы, действующей на проводник. 20

Применение силы Ампера Электроизмеритель ные приборы Громкогово ритель Вращающий момент 21

Сила Лоренца B n + если Сила Лоренца – сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу. 22

Сила Лоренца B R

Сила Лоренца Направление силы Лоренца, действующей на заряженную частицу, можно определит по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре вытянутых пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (против движения отрицательно заряженной), то отставленный большой палец покажет направление действующей на частицу силы. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Период обращения частицы в однородном магнитном поле Круговое движение заряженной частицы в однородном магнитном поле 24

Сила Лоренца B - B + B - 25

Магнитные свойства вещества Гипотеза Ампера - магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами. вещества диамагнетики ферромагнетики парамагнетики Ампер объяснил магнетизм веществ существованием молекулярных токов. 26

Магнитные свойства вещества вид вещества ферромагнетики парамагнетики диамагнетики свойства Большое усиление магнитного поля Малое усиление магнитного поля Малое ослабление магнитного поля маг. пронин. >>1> 1> 1< 1< 1 температурная зависимость уменьшается с повышением температуры. (При достижении температуры Кюри магнитные свойства не проявляются). уменьшается с повышением температуры не зависит от температуры примеры железо, кобальт, никель алюминий, платина, кислород вода, висмут, поваренная соль 27

Электромагнитная индукция Магнитный поток Майкл Фарадей Явление электромагнитной индукции Вихревое электрическое поле ЭДС индукции в движущихся проводниках Явление самоиндукции Индуктивность Энергия магнитного поля Электромагнитное поле Задачи 28

Магнитный поток n B S Магнитный поток через поверхность изменяется, если изменяется число магнитных линий, пронизывающих поверхность. где B – модуль вектора магнитной индукции, S – площадь контура, α – угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура. Единица магнитного потока в системе СИ называется Вебером (Вб). 29

Магнитный поток 30

Майкл Фарадей ( ) «Превратить магнетизм в электричество» (запись в дневнике была сделана в 1822 году) Явление электромагнитной индукции было открыто 29 августа 1831 года. 31

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Явление ЭМИ Направление индукционного тока Сила индукционного тока Закон ЭМИ Опыт с катушками 32

Электромагнитная индукция IiIi 33

Электромагнитная индукция Именно ассистент Фарадея, бывший сержант артиллерии, Андерсен заметил отклонение стрелки гальванометра в те моменты, когда Фарадей двигал железный сердечник. 34

Электромагнитная индукция Электромагнитная индукция – физическое явление, заключающееся в возникновении вихревого электрического поля, вызывающего электрический ток в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Ток, возникающий в замкнутом контуре, называется индукционным. 35

Направление индукционного тока IiIi IiIi IiIi IiIi

Правило Ленца Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Э.Х. Ленц 1804 – 1865 г.г., академик, ректор Петербургского Университета 37

Направление индукционного тока Для определения направления индукционного тока в контуре необходимо: 1. Определить направление линий магнитной индукции внешнего магнитного поля (В 0 ). 2. Выяснить как меняется магнитный поток, пронизывающий контур (увеличивается или уменьшается.) 3. Определить направление линий магнитной индукции магнитного поля, созданного индукционным током (В), зная правило Ленца. 4. Определить направление индукционного тока, зная направление линий магнитной индукции магнитного поля индукционного тока по правилу буравчика (или по правилу правой руки). 38

Направление индукционного тока В В В В В 0 В 0 В 0 В 0 IiIi IiIi IiIi IiIi 39

Сила индукционного тока Ii1Ii1 Ii2Ii2 1 2 Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока: чем быстрее меняется магнитный поток, тем больше сила индукционного тока. 40

Джозеф Генри ( 1797 – 1878 ) Впервые провел опыт с двумя катушками. 41

Закон электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла)., I IiIi ЭДС индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. 42

Вихревое электрическое поле Переменное во времени магнитное поле порождает электрическое поле. Одним из условий существования тока является наличие электрического поля. В замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Порождаемое электрическое поле является вихревым. 43

Электрическое поле вихревое электростатическое источники положительные и отрицательные электрические заряды переменное во времени магнитное поле IiIi 44

Электрическое поле вихревое электростатическое направление линий напряженности Е Е Е правый винт левый винт 45

Электрическое поле вихревое электростатическое работа поля по замкнутому контуру Е Е Е 1 2 В 46

В чем отличие вихревого электрического поля от потенциального? Вихревое, работа по замкнутому контуру не равна нулю Потенциальное, работа по замкнутому контуру равна нулю Потенциаль ное или вихревое Замкнутые Не замкнуты, начинаются и заканчиваются на зарядах Линии поля (замкнутые или незамкнутые) Электрические заряды Движущиеся заряды,ток Электрические заряды Что служит индикатором Изменяющееся магнитное поле Движущиеся заряды, ток Электрические заряды Источник поля Вихревое электрическое Магнитное Электростатическое Вид поля Вопросы 47

ЭДС индукции в движущихся проводниках В I l - угол между направлением скорости проводника и вектором магнитной индукции. 48

Самоиндукция Ест Евих р Ест Евих р Самоиндукция – возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. 49

Самоиндукция Ф~B~I Ф=LI - индуктивность контура - индуктивность катушки 50

Энергия магнитного поля тока 51

Электромагнитное поле Переменное во времени электрическое поле порождает магнитное поле. Переменное во времени магнитное поле порождает электрическое поле. Утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, не имеет смысла, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются. Электрические и магнитные поля – проявление единого электромагнитного поля. 52

Решение задач 1. На рисунке изображен цилиндрический проводник, по которому течет электрический ток. Направление тока указано стрелкой. Как направлен вектор магнитной индукции создаваемого током магнитного поля в точке С? 1. в плоскости рисунка вверх 2. в плоскости рисунка вниз 3. от нас перпендикулярно плоскости рисунка 4. к нам перпендикулярно плоскости рисунка 53

2. На провод обмотки якоря электродвигателя при силе тока 20 А действует сила 1 Н. Найдите магнитную индукцию в месте расположения провода, если длина провода 0,2 м. Решение: F= I BΔL; B= F / I ΔL; B= 1 / 20 ·0,2 = 1/4 = 0,25 Тл 54

3. Электрон e –, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет горизонтально направленную скорость, перпендикулярную вектору индукции магнитного поля (см. рисунок). Куда направлена действующая на электрон сила Лоренца ? 1. вертикально вниз 2. вертикально вверх 3. горизонтально влево 4. горизонтально вправо 55

4. Участок проводника длиной 10 см находится в магнитном поле индукцией 50 м Тл. Сила Ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия совершает работу 0,004 Дж. Чему равна сила тока, протекающего по проводнику? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции. 1.0,01 А 2.0,1 А 3.10 А 4.64 А 56

5. На прямолинейный участок проводника с током длиной 2 см между полюсами постоянного магнита действует сила 10 мН при силе тока в проводнике 5 А. Определите магнитную индукцию, если вектор индукции перпендикулярен проводнику. 57

1) 24*10 -6 А 2) 0,17 А 3) 6 А 4) 24 А 6. Индуктивность витка проволоки равна 2 м Гн. При какой силе тока в витке магнитный поток через поверхность, ограниченную витком, равен 12 м Вб? 58

7. Две одинаковые катушки А и Б замкнуты каждая на свой гальванометр. В катушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают такой же полосовой магнит. В каких катушках гальванометр зафиксирует индукционный ток? 1. ни в одной из 2. в обеих катушках 3. только в катушке А 4. только в катушке 59

1. от 0 с до 1 с 2. от 1 с до 3 с 3. от 3 с до 4 с 4. во все промежутки времени от 0 с до 4 с 60

9. Металлический стержень и провода, по которым он скользит, находятся в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рисунка. Индукция магнитного поля 500 м Тл, скорость движения проводника 2 м/с, его длина 1 м, сопротивление цепи 10 Ом. Найдите индукционный ток. Так как проводник движется в магнитном поле, то в нем возникает ЭДС индукции, равная i = BLv sin α. По условию задачи α = 90°, значит i = BLv. По закону Ома 61

10. 62

11. Концы проволочной катушки из тысячи витков радиусом 5 см замкнуты накоротко. Сопротивление катушки 100 Ом. С какой скоростью должна изменяться индукция магнитного поля, перпендикулярного плоскости катушки, чтобы в ней выделялась тепловая мощность 100 м Вт. По закону электромагнитной индукции 63

Найдите мощность, затрачиваемую на перемещение проводника с током 10 А со скоростью 7 м/с, направленной перпендикулярно магнитному полю с индукцией 1,4 Тл. Длина проводника 30 см. Мощность при равномерном движении определяется как N = F v. В данном случае на проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера, равная F A = BILsinα. Тогда мощность, затрачиваемая на перемещение проводника равна N = BILv sinα, N = 29,4 Вт

Спасибо за внимание! 65