Приготовил Ученик 10 класса МОУ «СОШ с. Зубовка» Аладинов Махсуд Руководитель: Мельшина В.Г

Цель: определить взаимосвязь между электрическим полем и магнитным как проявление единства природы Задачи: 1. Выяснить, как электрическое поле проявляет магнитные свойства 2. Дать определение явление электромагнитной индукции. 3. Узнать какие величины и понятия характеризуют явление электромагнитной индукции 4. Рассмотреть области применения явления электромагнитной индукции

Обнаружение магнитных свойств у электрического тока Опыты Фарадея Величины, характеризующие явления ЭМИ Правило Ленца Вихревое электрическое поле Создание генератора Виды генераторов Трансформаторы Электродинамический микрофон Биография Фарадея Вывод

Эрстед демонстрировал на лекции студентам нагревание проводника током. Один из студентов заметил, что стрелка магнитная поворачивается при замыкании цепи, он приходит к выводу, что электричество производит действие на магнит.

Ампер пошел дальше всех, он объяснил суть этого явления токами, текущими в магните, на основании этого объяснил магнетизм Земли. Ампер ставит опыты по взаимодействию токов, количественно изучает электрический ток. И так, было доказано, что «электричество переходит в магнетизм». Это вызвало сенсацию среди ученых на Женевском съезде. Взаимосвязь электрических и магнитных явлений всегда интересовала физиков.

Великий английский ученый Майкл Фарадей был совершенно уверен в единстве электрических и магнитных явлений. Он рассуждал, что электричество способно намагнитить кусок железа. Для этого его достаточно поместить внутрь катушки с током. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока или изменить его величину? Фарадей так и записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Решить эту задачу ему удалось лишь после 10лет упорной работы.

К гальванометру подключим катушку, состоящую из большого числа витков если вдвигать в катушку магнит, то можно увидеть, что стрелка гальванометра отклоняется, указывая на появление тока в цепи. При извлечении магнита стрелка гальванометра отклоняется но в другую сторону указывая на изменение направления тока в цепи.

Несколько изменим опыт. Оставим неподвижным магнит и будем перемещать катушку. В результате обнаружим, что во время движения катушки относительно магнита в цепи появляется ток.

Проделаем еще один опыт. Поместим в магнитное поле контур из проводника, соединенный с гальванометром. При вращении контура в магнитном поле стрелка гальванометра будет поворачиваться, указывая на возникновения тока. Ток будет, если вращать не контор, а магнит.

Ток в замкнутом контуре возникает: при поступательном и вращательном движении магнита относительно контура при поступательном и вращательном движении контура относительно магнита при всяком изменении тока в контуре Явление возникновения в замкнутом проводящем контуре электрического тока при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром, называется электромагнитной индукцией

1.Возникающий ток называется индукционным 2. Для количественной характеристики процесса изменения магнитного поля через замкнутый контур вводится физическая величина под названием «Магнитный поток».

Магнитным потоком через замкнутый контур площадью S называют физическую величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь контура S и на косинус угла а между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к площади контур Ф = BScos Единица магнитного потока Ф вебер (Вб). - угол между n и В

Опытным путем был установлен основной закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по величине скорости изменения магнитного потока через контур. Если рассматривать катушку, содержащую n витков, то формула основного закона электромагнитной индукции будет выглядеть так:

Зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного поля через замкнутый контур в 1833 г. опытным путем установил русский ученый Ленц. Индукционный ток имеет такое направление, при котором его магнитное поле стремится скомпенсировать изменение внешнего магнитного потока через контур. Ленцем был сконструирован прибор, представляющий собой два алюминиевых кольца, сплошное и разрезанное, имеющие возможность вращаться вокруг оси, как коромысло.

При внесении магнита в сплошное кольцо оно начинало "убегать" от магнита, поворачивая соответственно коромысло. При вынесении магнита из кольца кольцо стремилось «догнать» магнит. При движении магнита внутри разрезанного кольца никакого эффекта не происходило. Ленц объяснял опыт тем, что магнитное поле индукционного тока стремилось компенсировать изменение внешнего магнитного потока.

Два способа возбуждения ЭДС: а) На подвижные заряды магнитное поле действует с силой Лоренца. В проводнике возникает ЭДС индукции. E i = 1- 2 б) Виток неподвижен, значит на свободные электроны магнитное поле не действует. Направленное движение электронов может возникать только под действием электрического поля. Максвелл выдвинул гипотезу: При всяком изменении магнитного поля в пространстве возникает переменное электрическое поле и наоборот. Переменное электрическое поле получило название вихревого электрического поля

Электростатическое поле Вихревое электрическое поле порождаются электрическими зарядами переменным магнитным полем линии напряженности начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных линии напряженности замкнуты работа по перемещению заряда на замкнутом пути равна нулюне равна нулю

Схема индукционного генератора переменного тока, применяемого на велосипедах, изображена на рисунке. При вращении восьмиполюсного постоянного магнита ротора 1 в обмотке статора 2 возникает ЭДС. Присоединенная к концам 3 и 4 обмотки, электрическая лампочка 5 находится под напряжением.

На рисунке показан поперечный разрез промышленного генератора. Неподвижная часть генератора, т. е. статор 1, представляет собой станину, набранную из листов магнитомягкой электротехнической стали. На статоре имеется обмотка из толстого медного провода. Вращающаяся часть генератора ротор 2 представляет собой электромагнит, обмотка 3 которого питается от специального генератора постоянного тока возбудителя. При вращении ротора магнитное поле, пронизывающее обмотку статора, периодически меняется, за счет чего в ней индуцируется переменная ЭДС индукции.

Турбогенератор – это генератор, который приводится в действие паровой или газовой турбиной.

Дизель- агрегат- генератор, ротор которого вращается от двигателя внутреннего сгорания.

Гидрогенератор вращает гидротурбина.

Выработанную на электростанции электроэнергию необходимо передать потребителю. И тут возникают некоторые проблемы: генераторы вырабатывают кВ, а в т.н. высоковольтных ЛЭП напряжение достигает 500кВ. Почему? При передаче электроэнергии происходят потери: Как их уменьшить? Осуществить это можно с помощью устройства, которое называется трансформатор (устройство для преобразование электроэнергии) Его изобретателем является Яблочков.

Переменный ток первичной обмотки порождает переменное магнитное поле, которое замыкается в сердечнике, индуцирует во вторичной обмотке ток. Трансформатор работает только на переменном токе. - ЭДС первичной обмотки - ЭДС вторичной обмотки коэффициент трансформации Сердечник трансформатора не сплошной, его набирают из отдельных пластин электротехнической стали.. КПД трансформатора близок к 100%. Поэтому для уменьшения силы тока при передаче на большие расстояния увеличивают напряжение с помощью трансформаторов.! Отсюда и название высоковольтные линии электропередач (ЛЭП)!

Если перед микрофоном кто-то будет говорить, то мембрана под действием воздуха начнет колебаться. Вместе с мембраной звуковая катушка начнет втягиваться в зазор магнита и выталкиваться из него, совершая колебания. А так как она находится в магнитном поле постоянного магнита, то в ней возникает переменный индукционный ток, форму которого можно наблюдать на экране осциллографа. Таким образом, микрофон преобразует механическую энергию звуковых колебаний воздуха в электрическую энергию индукционного тока. В зазоре между кольцевым магнитом и сердечником находится легкая звуковая катушка 1, каркас которой соединен с мембраной 2. Мембрана с помощью очень гибких своих концов прикреплена к корпусу микрофона 3.

ФАРАДЕЙ МАЙКЛ (1791–1867), английский физик. Родился 22 сентября 1791 в предместье Лондона в семье кузнеца. С 12 лет работал разносчиком газет, затем учеником в переплетной мастерской. Занимался самообразованием, читал книги по химии и электричеству. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Г.Дэви в Королевском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе Фарадея. Благодаря Дэви он получил место ассистента в Королевской ассоциации. Осуществил сжижение газов, получил бензол.

В 1821 впервые наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. в 1831 открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе работы всех электрогенераторов постоянного и переменного тока. В 1824 Фарадей был избран членом Королевского общества, в 1825 стал директором лаборатории в Королевской ассоциации. С 1833 состоял Фуллеровским профессором химии Королевского института, оставил этот пост в Фарадей доказал тождественность известных тогда «видов» электричества.

Изучая прохождение тока через растворы кислот, солей и щелочей открытие в 1833 законы электролиза (законы Фарадея). В 1845 Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году открыл диамагнетизм, в 1847 – парамагнетизм. Ввел ряд понятий – катода, анода, ионов, электролиза, электродов изобрел вольтметр. В 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 впервые употребил термин «магнитное поле», а в 1852 сформулировал концепцию поля. Свои выводы предложил в работе «Экспериментальные исследования по электричеству». Умер Фарадей в Хэмптон-Корте 25 августа 1867.

Мы рассмотрели явление электромагнитной индукции, котoрое доказывает превращение магнитного поля в электрическое, тем самым убедились в единстве природы электрических и магнитных полей. Объяснили с помощью этого явления устройство генератора, трансформатора, микрофона.