3. Перенос заряда Подготовка и проведение опыта

Собрать установку по рисунку. Собрать штатив универсальный, в прямоугольную муфту укрепить штатив изолирующий. Между пластинами конденсатора против центров пластин подвесить шарик из фольги на шелковой нити к штативу. Зарядить одну пластину конденсатора от электрофорной машины. Шарик притягивается к пластине, и начинает двигаться от одной пластины к другой, а через некоторое время останавливается. Если к пластине, не соединенной с электрофорной машиной, прикоснуться рукой, то колебания шарика возобновятся.

Раздел: Электричество и магнетизм Лекция № 15 Тема: Электромагнитная индукция

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Фарадея-Максвелла.

2. Явление самоиндукции. Индуктивность контура.

3. Энергия и плотность энергии магнитного поля.

Краткое содержание лекции

1. Явление электромагнитной индукции. Опыты Фарадея. Закон Фарадея-Максвелла

В 1831 году Фарадей обнаружил следующее явление:

В замкнутом контуре, при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром возникает индукционный ток. Это явление назвали электромагнитной индукцией. Если контур не замкнут, то возникает ЭДС.

Катушка должна находиться в переменном поле.

Взаимоиндукция (трансформаторы)

- сила Лоренца

, а

- закон Фарадея – Максвелла

ЭДС электромагнитной индукции в контуре прямо пропорциональна скорости изменения электромагнитного потока.

2. Явление самоиндукции. Индуктивность контура

, где- коэффициент пропорциональности индуктивности катушки.

, где- число витков на единицу длины,- объем катушки

3. Энергия и плотность энергии магнитного поля

;

- работа, которую совершает электромагнитный индукционный ток

Так как , то- энергия магнитного поля в катушке

- плотность энергии магнитного поля

, где

, где- индукция электрического поля

Учебные наглядные пособия:

Демонстрации:

1. Явление самоиндукции при замыкании цепи

Подготовка и проведение опыта

Соединить установку с выпрямителем через ключ замыкания. Подать напряжение 8В. Замкнуть цепь ключом. Лампочки загораются неодновременно. Разомкнуть цепь. Лампы гаснут одновременно. Запаздывание загорания лампы Л1 объясняется тем, что при замыкании цепи вокруг сердечника индуцируется вихревое электрическое поле, противодействующее нарастанию тока в катушке.

2. Явление индукции при размыкании

Подготовка и проведение опыта

Соединить установку с выпрямителем через ключ замыкания. Подать напряжение 2В. Замкнуть цепь ключом. Накал лампочки еле заметен. Разомкнуть цепь – лампочка ярко вспыхивает. Яркая вспышка лампы объясняется тем, что резкое прекращение тока индуцирует в катушке сильное вихревое поле, которое поддерживает исчезающий ток.

3. Электромагнитная индукция. 2 ч., ВУЗ, ч-б, 1978 г.;DVD–фильм

Часть 1. Опыты Эрстеда и Ампера. Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током (на примере взаимодействия тока с магнитной стрелкой). Взаимодействие двух проводников с током. Сила Лоренца. Опыты с электронно-лучевой трубкой. Вращение рамки с током в магнитном поле. Электромоторы.

Явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции. Закон Ленца. Генераторы переменного и постоянного токов. Эффект обратимости.

Часть 2. Преобразование кинетической энергии воды в электрическую на гидроэлектростанциях.

Самоиндукция. ЭДС самоиндукции. Индуктивность соленоида. Экстратоки замыкания и размыкания. Взаимная индукция. Трансформаторы. Принцип действия. Повышающие и понижающие трансформаторы.

Вихревые токи. Токи Фуко. Причина их возникновения. Примеры использования (индукционные ускорители заряженных частиц, плавка металлов). Скин-эффект. Волноводы.

Раздел: Электричество и магнетизм

Лекция № 16

Электромагнитная индукция

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Получение переменной ЭДС.

2. Цепь переменного тока с активным, емкостным и индуктивным сопротивлением.

3. Свободные и затухающие электрические колебания.

Краткое содержание лекции

1. Получение переменной ЭДС

– ЭДС при равномерном вращении.

Изобразим графически и получим:

Амплитуда– это максимальное значение, которое может иметь переменный ток.

Период переменного тока– это промежуток времени, в течение которого ток совершает полное колебание и принимает по величине и знаку мгновенное значение.

Период – это время.

Фаза– выражение, стоящее под знакомsinили мгновенное состояние системы.

Как определяется параметр переменного тока (действующее значение)?

=>t=Tт.к. ток постоянен.

, гдеI– эффективное или действующее значение переменного тока.

Сила постоянного тока, выделяющая в проводнике тоже количества тепла, что и переменный ток, называетсяэффективной или действующей силой переменного тока.

Эффект или действующее значение напряжения переменного тока выводится аналогично.

2. Цепь переменного тока с активным, емкостным и индуктивным сопротивлением

Активное сопротивление:

Активным или омическим сопротивлением называется сопротивление, не зависящее от частоты.

по гармоническому закону.

Применим закон Ома для участка цепи:

Индуктивное сопротивление:

–в предположении, что сопротивление катушки является бесконечно малой величиной. Учитывается, что напряжение изменяется по гармоническому закону

, получим

индуктивное сопротивление.

Ток и напряжение в цепи с индуктивным сопротивлением отличаются фазой:

– ток отстает по фазе от напряжения на π/2.

Векторная диаграмма:

Емкостное сопротивление:

Для переменного напряжения емкость является проводником.

емкостное сопротивление.

– в цепи с емкостным сопротивлением сила тока опережает напряжение на π/2.

Векторная диаграмма:

3. Свободные и затухающие электрические колебания:

По закону Ома:

дифференцированное уравнение затухающих колебаний.

Введем следующие обозначения:

, получим

Тогда решением будет: , где

Параметры:

коэффициент затухания.

D– декремент затухания (отношение двух соседних амплитуд).

–логарифмический декремент.