Профильный 10 класс · Физика · 45 минут
Навигация: кнопки ← → или клавиши клавиатуры
Сформировать представление об электромагнитной индукции как явлении возникновения ЭДС при изменении магнитного потока
Х.К. Эрстед обнаружил отклонение магнитной стрелки рядом с проводником с током. Вопрос: а работает ли обратная связь?
М. Фарадей провёл серию экспериментов и открыл явление электромагнитной индукции — возникновение ЭДС при изменении магнитного потока.
Э.Х. Ленц сформулировал правило для определения направления индукционного тока.
Фарадей построил первую электрическую динамо-машину — прообраз современного генератора.
«Электричество и магнетизм — это две стороны одной медали» — М. Фарадей
Магнитный поток — скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь контура и косинус угла между вектором B и нормалью к контуру.
При изменении магнитного потока через замкнутый проводящий контур в нём возникает ЭДС, а значит — индукционный ток.
Важно: ЭДС возникает не от наличия поля, а от его изменения!
Движение магнита → изменение Φ → ЭДС → отклонение стрелки
ЭДС индукции в замкнутом контуре равна модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.
| Параметр | Как меняется | Пример |
|---|---|---|
| B | Усиление/ослабление поля | Поднесение магнита |
| S | Изменение площади контура | Растяжение проводника |
| α | Поворот контура | Вращение катушки |
| Движение | Относительное перемещение | Втягивание контура в поле |
Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.
Вращение катушки в магнитном поле → непрерывное изменение Φ → переменная ЭДС → электрический ток
Переменный ток в одной катушке → Φ меняется → ЭДС во второй катушке. Повышение/понижение напряжения.
Металлический объект нарушает магнитное поле → наведённый ток → детектирование
Высокочастотное поле → вихревые токи в металле → нагрев
Катушки передают энергию через ЭМИ без прямого контакта
Рекуперация тормозной энергии: двигатель работает как генератор
В катушке с числом витков N = 200 магнитный поток изменяется от Φ₁ = 0,02 Вб до Φ₂ = 0,08 Вб за время Δt = 0,1 с. Найти среднее значение ЭДС индукции.
Дано: N = 200, Φ₁ = 0,02 Вб, Φ₂ = 0,08 Вб, Δt = 0,1 с
Формула: ϵ = N · (Φ₂ − Φ₁) / Δt
Ответ: 120 В
Круглый контур площадью S = 0,05 м² находится в однородном магнитном поле B = 0,4 Тл, перпендикулярном плоскости контура. Магнитное поле уменьшается со скоростью 0,1 Тл/с. Определите ЭДС индукции и направление тока.
Дано: S = 0,05 м², dB/dt = 0,1 Тл/с, α = 0°
Формула: ϵ = S · |dB/dt|
Направление: Φ убывает → индукционный ток создаёт поле вдоль внешнего → по часовой стрелке (при взгляде вдоль B).
Ответ: 5 мВ, по часовой стрелке
Квадратный контур со стороной a = 20 см вращается с частотой n = 50 об/с в однородном магнитном поле B = 0,2 Тл вокруг оси, перпендикулярной полю. Определите максимальное значение ЭДС индукции.
Дано: a = 0,2 м → S = 0,04 м², n = 50 об/с, B = 0,2 Тл
Формулы:
Вычисление:
Ответ: ≈ 2,5 В
Катушка с индуктивностью L = 0,5 Гн и сопротивлением R = 10 Ом подключена к источнику ЭДС ϵ = 10 В. После замыкания цепи через время t = 0,05 с отключите источник. Какое максимальное напряжение возникнет на катушке?
1) Максимальный ток: I₀ = ϵ/R = 10/10 = 1 А
2) Постоянная времени: τ = L/R = 0,5/10 = 0,05 с
3) К моменту t = 0,05 с (= τ) ток: I = I₀(1 − e−1) ≈ 0,63 А
4) При размыкании Umax ≈ I · R = 0,63 · 10
Ответ: ≈ 6,3 В
Прямоугольный контур площадью S = 100 см² сопротивлением R = 2 Ом втягивается в однородное магнитное поле B = 0,5 Тл со скоростью v = 2 м/с. Активная сторона контура l = 10 см. Определите силу тока и силу Ампера.
Дано: B = 0,5 Тл, l = 0,1 м, v = 2 м/с, R = 2 Ом
1) ЭДС: ϵ = B · l · v = 0,5 · 0,1 · 2 = 0,1 В
2) Ток: I = ϵ/R = 0,1/2 = 0,05 А = 50 мА
3) Сила Ампера: F = B · I · l = 0,5 · 0,05 · 0,1 = 0,0025 Н
Ответ: I = 50 мА, F = 2,5 мН
Выберите один ответ на каждый вопрос
§ (по учебнику) · Задачи на закон Фарадея · Подготовить рассказ об устройстве на ЭМИ (1–2 мин)
Спасибо за внимание! ⚡