Практическая работа по теме Электромагнитная индукция Самоиндукция

Тема: Электромагнитная индукция. Самоиндукция Практическая   работа   №   13  Основные   закономерности   явления   электромагнитной индукции, самоиндукции Цель работы:  ­ ­ ­ закрепить   умение   применять   формулы,   описывающие   явление   электромагнитной индукции и самоиндукции при решении задач; способствовать развитию умения логического мышления; способствовать   развитию   познавательных   способностей,   самостоятельности, ответственности. Задание 1. Повторите основные понятия и формулы Явление электромагнитной   индукции было   открыто   выдающимся   английским физиком М.Фарадеем в 1831 году. Оно заключается в возникновении электрического тока в   замкнутом   проводящем   контуре   при   изменении   во   времени   магнитного   потока, пронизывающего   контур. Магнитным   потоком Φ через   площадь S контура   называют величину: где: B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором магнитной индукции B и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура, S – площадь контура, N – количество   витком   в   контуре.   Единица   магнитного   потока   в   системе   СИ   называется Вебером (Вб). Фарадей   экспериментально   установил,   что   при   изменении   магнитного   потока   в проводящем   контуре   возникает ЭДС индукции εинд,   равная   скорости   изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус: Изменение   магнитного   потока,   пронизывающего   замкнутый   контур,   может происходить по двум возможным причинам.  Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними  и свободные носители заряда,  движутся в  магнитном  поле. Возникновение ЭДС   индукции   объясняется   действием   силы   Лоренца   на   свободные   заряды   в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.  Вторая   причина   изменения   магнитного   потока,   пронизывающего   контур,   – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре. При решении задач важно сразу определить за счет чего меняется магнитный поток. Возможно три варианта: 1. Меняется магнитное поле. 2. Меняется площадь контура. 3. Меняется ориентация рамки относительно поля. Самоиндукция является   важным   частным   случаем   электромагнитной   индукции, когда изменяющийся  магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким­то причинам изменяется, то изменяется   и   магнитное   поле   этого   тока,   а,   следовательно,   и   собственный   магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу   Ленца   препятствует   изменению   тока   в   контуре. Собственный   магнитный поток  , пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока Φ  I: Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется  коэффициентом самоиндукции   или индуктивностью катушки.   Единица   индуктивности   в   СИ   называется Генри (Гн). Запомните: индуктивность контура не зависит ни от магнитного потока, ни от силы тока  в  нем,  а  определяется  только   формой  и   размерами   контура,  а  также   свойствами окружающей среды. Поэтому при изменении силы тока в контуре индуктивность остается неизменной.  ЭДС   самоиндукции,   возникающая   в   катушке   с   постоянным   значением индуктивности, согласно формуле Фарадея равна: Итак   ЭДС   самоиндукции   прямо   пропорциональна   индуктивности   катушки   и скорости изменения силы тока в ней. Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется   запас   электрической   энергии,   в   катушке,   по   виткам   которой   протекает   ток, имеется   запас   магнитной   энергии.   Энергия Wм магнитного   поля   катушки   с индуктивностью L, создаваемого током I, может быть рассчитана по одной из формул (они следуют друг из друга с учётом формулы Φ = LI): Правило   Ленца   для   определения   направления   индукционного тока: возникающий   в   контуре   индукционный   ток   имеет   такое   направление,   что создаваемое   им   магнитное   поле   препятствует   изменению   магнитного   потока,   которое вызывало этот ток. Задание 2. Решите количественные задачи. Задача 1. В катушке с индуктивностью L происходит изменение силы тока на ΔI за период   времени  Δt.   При   этом   возникает   ЭДС   самоиндукции  εsi.   Найдите   величину, обозначенную знаком ? Вариант ΔI, А Δt, с L, мГн εsi, В 1 ? 5 5 0,015 2 3 ? 12 0,024 3 10 2 ? 0,15 4 8 2 4 ? 5 ? 3 50 0,25 6 6 ? 42 0,084 7 24 1,5 ? 0,112 8 30 6 8 ? 9 ? 0,5 10 0,08 10 8 ? 6 0,032 Задача 2. Одиночный проводящий контур с площадью S находится в однородном  магнитном поле с индукцией B и располагается так, что линии индукции образуют с  нормалью к площади контура угол  контур равен Ф. Найдите величину, обозначенную знаком ? α . При этом магнитный поток, пронизывающий данный  Вариант В, Тл S, м2 <α, ˚ Ф, мВб 1 0,4 ? 30 206,4 2 20 0,5 ? 5000 3 10 0,03 45 ? 4 ? 0,02 60 50 5 8 ? 30 550,4 6 15 0,06 ? 639 7 12 0,04 60 ? 8 ? 0,005 0 300 9 20 ? 60 400 10 30 0,1 ? 2130 Задача 3. Одиночный проводящий контур с площадью S в начальный момент  времени находится в однородном магнитном поле с индукцией B1, при этом магнитный  поток, пронизывающий данный контур равен Ф1. в конечный момент времени индукция  однородного магнитного поля изменилась и приняла значение B2, при этом магнитный  поток, пронизывающий данный контур стал равен Ф2. Изменение индукции магнитного  поля и магнитного потока произошло за время, равное Δt, что вызвало возникновение ЭДС  индукции εi. Контур располагается так, что линии индукции образуют с нормалью к  площади контура угол  =0. Найдите величины, обозначенные знаком ? α Вариант В1, Тл В2, Тл S, м2 Ф1, Вб Ф2, Вб Δt, с εi, В 1 ? 0,06 0,02 0,000 8 ? 0,004 ? 2 0,5 ? 0,1 ? 0,08 ? 0,45 3 ? 0,9 0,05 0,005 ? 0,08 ? 4 2 ? 0,03 ? 0,3 ? 2,4 5 ? 9 0,04 0,04 ? 0,4 ? 6 0,2 ? 0,1 ? 0,22 ? 0,2 7 ? 0,9 0,02 0,06 ? 6 ? 8 2 ? 0,04 ? 0,4 ? 4 9 ? 7,5 0,05 0,075 ? 0,05 ? 10 0,2 ? 0,02 ? 0,02 ? 4   Задача 4. Через одиночный проводящий контур произошло изменение магнитного потока на ΔФ за период времени Δt, вызвав тем самым возникновение ЭДС индукции εi в контуре. Контур обладает сопротивлением R, поэтому сила индукционного тока равна Ii. Найдите величины, обозначенные знаком ?, а также количество теплоты Q, выделившее в контуре за время Δt. Вариант ΔФ, мВб Δt, с εi, В Ii, А R, Ом Q, Дж 1 ? 0,2 2,5 ? 0,5 ? 2 600 ? 2 16 ? ? 3 400 0,1 ? ? 0,4 ? 4 ? 0,05 9 4,5 ? ? 5 800 ? 4 ? 0,25 ? 6 600 0,4 ? 3 ? ? 7 ? 0,3 3 ? 0,25 ? 8 250 ? 5 12,5 ? ? 9 450 0,6 ? ? 0,25 ? 10 ? 0,4 1,2 4 ? ?