2_5. Электромагнитная индукция
Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.2, §39-47). Запустите программу «Эл-магн.Кванты». Выберите «Электричество и магнетизм» и «Электромагнитная индукция». (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).
Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. Закройте внутреннее окно, нажав кнопку с крестом справа вверху этого окна.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Знакомство с моделированием явления электромагнитной индукции (ЭМИ).
Экспериментальное подтверждение закономерностей ЭМИ.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
элементарным Магнитным потокомdФBчерез физически малый элемент поверхности площадьюdSназывается скалярное произведение вектора индукции магнитного поляна вектор нормалик данному элементу поверхности и на площадьdS:
dФB= ()dS.
Магнитным потокомФBчерез поверхность площадьюSназывается сумма всех элементарных потоков через все элементы этой поверхности (интеграл по поверхности):
ФB= .
Анализируя свойства интеграла в правой части данного соотношения, можем получить условия, когда для определения потока не требуется интегрирование.
Простейший вариант: потока нет (ФВ= 0), если 1) В = 0 или 2) вектор магнитной индукции направлен по касательной к поверхности в любой ее точке ().
Второй вариант: поток есть произведение индукции на площадь (ФВ=BS), если, т.е. одновременно выполняются два условия: вектор индукции направлен по нормали и имеет одну и ту же величину в любой точке поверхности.
ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения одного поля (например, электрического) при изменении другого поля (например, магнитного).
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИЕЙ называется явление возникновения электрического поля при изменении магнитного поля.
ЗаконЭМИ: циркуляция электрического поля по замкнутому контуру Г0Епропорциональна быстроте изменения потока магнитного поля Ф0Вчерез замкнутую поверхностьS0(L0), ограниченную контуромL0, по которому рассчитана циркуляция. Математически:
Г0Е= -, где знак – соответствует «правилу Ленца» (см.учебник).
В расшифрованном виде
В результате ЭМИ возникает электрическое поле с ненулевой циркуляцией. Поле с ненулевой циркуляцией называется вихревым.
Если в таком поле находится проводящеевещество, то в веществе возникаетвихревой электрический ток, величина которого пропорциональна напряженности вихревого электрического поля. Такие токи называются токами Фуко.
Если проводящее вещество имеет форму замкнутого контура, тогда циркуляция электрического поля в нем определяет ЭДС, которая в случае ЭМИ называется ЭДС индукции. Закон ЭМИ для проводящего контура будет выглядеть такЭДСИНД= -
Ток, который в этом случае появляется в контуре, называется индукционным.
Обозначая ЭДС индукции символом инд и используя закон Ома для полной цепи, получим выражение для тока индукцииiИНД=инд/R, гдеR– сопротивление контура.
Если имеется замкнутый контур с переменным током, тогда магнитное поле с изменяющимся потоком создается собственным током в этом контуре, и в соответствии с законом ЭМИ в контуре возникает дополнительная ЭДС, называемая ЭДС самоиндукции.
Явлением САМОИНДУКЦИИ называется возникновение ЭДС самоиндукции при протекании по проводнику переменного тока.
ЗАКОН самоиндукции ЭДССАМОИНД= -L, гдеL– индуктивность проводника.
МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ
Закройте окно теории.
В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в которой изменяющийся магнитный поток возникает в результате движения проводящей перемычки по параллельным проводникам, замкнутым с одной стороны.
Эта система изображена на рисунке:
ЗАДАЧА:
Проводящая перемычка движется со скоростью Vпо параллельным проводам, замкнутым с одной стороны. Система проводников расположена в однородном магнитном поле, индукция которого равна В и направлена перпендикулярно плоскости, в которой расположены проводники. Найти ток в перемычке, если ее сопротивлениеR, а сопротивлением проводников можно пренебречь.
Решив задачу в черновике, получите уравнение для тока в общем виде.
Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1.
ТАБЛИЦА 1. результаты измерений (12 столбцов). В = ____ мТл | ТАБЛИЦА 2. Значения характеристик (не перерисовывать) | |||||||||||||
| v(м/c) = | -10 | -8 | ... | 10 |
| Бригады | R (Ом) | В1 (мТл) | В2 (мТл) | В3 (мТл) |
| ||
| ЭДС, В |
|
|
|
|
| 1 и 5 | 1 | -30 | 40 | 90 |
| ||
| I, мА |
|
|
|
|
| 2 и 6 | 2 | -40 | 20 | 80 |
| ||
|
|
|
|
|
|
| 3 и 7 | 1 | -50 | 10 | 70 |
| ||
|
|
|
|
|
| 4 и 8 | 2 | -60 | -20 | 100 |
|
Для бригад 1-4 L = 1 м, для бригад 5-8 L = 0.7 м.
Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.
ИЗМЕРЕНИЯ:
Закройте окно теории (если вы ее вызывали), нажав кнопку в правом верхнем углу внутреннего окна. Запустите эксперимент, щелкнув мышью по кнопке «Старт». Наблюдайте движение перемычки и изменение магнитного потока Ф (цифры внизу окна) .
Зацепив мышью, перемещайте движки регуляторов
L–расстояния между проводами,
R– сопротивления перемычки,
В1– величины индукции магнитного поля
и зафиксируйте значения, указанные в таблице 2 и под ней для вашей бригады.
Установив указанное в табл.1 значение скорости движения перемычки, нажмите левую кнопку мыши, когда ее маркер размещен над кнопкой «Старт». Значения ЭДС и тока индукции занесите в табл.1. Повторите измерения для других значений скорости из табл.1.
Повторите измерения для двух других значений индукции магнитного поля, выбирая их из табл.2. Полученные результаты запишите в табл.3 и 4.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Постройте на одном листе графики зависимости тока индукции от скорости движения перемычки при трех значениях индукции магнитного поля.
Для каждой прямой определите тангенс угла наклона по формуле
tg() = .
Вычислите теоретическое значение тангенса для каждой прямой по формуле tg()ТЕОР=.
Заполните таблицу результатов измерений
Номер измерения
tg()ЭКСП(Ac/м)
tg()ТЕОР(Ac/м)
Сделайте выводы по графикам и результатам измерений.
- Лабораторные работы
- Допуск к лабораторной работе
- Оформление конспекта для допуска к лабораторной работе
- Оформление лабораторной работы к зачету
- Г р а ф и к (требования):
- Вывод по графику (шаблон):
- Вывод по ответу (шаблон):
- Раздел 2. Электричество и магнетизм. Оптика
- 2_1. Движение заряженной частицы в электрическом поле
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_2. Электрическое поле точечных зарядов
- Эксперимент 1. Исследование поля точечного заряда
- Эксперимент 2. Исследование поля диполя
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_3. Цепи постоянного тока
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_4. Магнитное поле
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_5. Электромагнитная индукция
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_6. Свободные колебания в контуре
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_7. Вынужденные колебания в rlc-контуре
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_8. Дифракция и интерференция
- Вопросы и задания для самоконтроля
- 2_9. Дифракционная решетка
- Вопросы и задания для самоконтроля
- Литература
- Некоторые полезные сведения