Váltakozó mágneses mező keletkezik indukált elektromos tér. Ha a mágneses tér állandó, akkor nem lesz indukált elektromos tér. Ezért, az indukált elektromos tér nem kapcsolódik töltésekhez, mint az elektrosztatikus mező esetében; erővonalai nem töltésekkel kezdődnek vagy végződnek, hanem önmagukban záródnak, hasonlóan a mágneses erővonalakhoz. Ez azt jelenti indukált elektromos tér, mint a mágneses, egy örvény.

Ha egy álló vezetőt váltakozó mágneses térbe helyezünk, akkor e indukálódik benne. d.s. Az elektronokat egy váltakozó mágneses tér által indukált elektromos tér irányítja irányított mozgásban; indukált elektromos áram lép fel. Ebben az esetben a vezető csak az indukált elektromos tér jelzője. A tér szabad elektronokat indít el a vezetőben, és ezáltal felfedi magát. Most már elmondhatjuk, hogy ez a mező még vezető nélkül is létezik, energiatartalékkal.

Az elektromágneses indukció jelenségének lényege nem annyira az indukált áram megjelenésében rejlik, hanem az örvény elektromos tér megjelenésében.

Az elektrodinamika ezen alapvető álláspontját Maxwell az elektromágneses indukció Faraday-törvényének általánosításaként állapította meg.

Az elektrosztatikus térrel ellentétben az indukált elektromos tér nem potenciális, mivel az egységnyi pozitív töltés zárt körben történő mozgatásakor az indukált elektromos térben végzett munka egyenlő e-vel. d.s. indukció, nem nulla.

Az örvény elektromos térintenzitásvektorának irányát az elektromágneses indukció Faraday-törvénye és Lenz-szabálya szerint határozzuk meg. Az örvény elektromos erővonalainak iránya. mező egybeesik az indukciós áram irányával.

Mivel az örvény elektromos tér vezető hiányában létezik, felhasználható a töltött részecskék fénysebességéhez hasonló sebességre történő gyorsítására. Ezen az elven alapul az elektrongyorsítók – a betatronok – működése.

Az induktív elektromos tér teljesen más tulajdonságokkal rendelkezik, mint az elektrosztatikus tér.

Az örvény elektromos tér és az elektrosztatikus tér közötti különbség

1) Nem kapcsolódik elektromos töltésekhez;
2) Ennek a mezőnek az erővonalai mindig zártak;
3) Az örvénytérerők által végzett munka a töltések zárt pálya mentén történő mozgatására nem nulla.

elektrosztatikus mező	indukciós elektromos tér (örvény elektromos mező)
1. álló elektromos. díjak	1. a mágneses tér változásai okozzák
2. mezővonalak nyitottak - potenciálmező	2. az erővonalak zártak - örvénytér
3. A mező forrásai elektromosak. díjak	3. mezőforrások nem adhatók meg
4. térerők által végzett munka egy próbatöltés zárt úton történő mozgatására = 0.	4. térerők munkája egy próbatöltés zárt úton történő mozgatására = indukált emf

D. G. Evsztafjev,
Városi oktatási intézmény Pritokskaya középiskola, Romanovsky falu, Aleksandrovsky kerület, Orenburg régió.

Elektromos és mágneses mezők összehasonlítása. 11. évfolyam

Óraterv ismétlésre és általánosításra, 11. évfolyam

Módszertani ajánlások . A leckét a „Mágneses mező” téma tanulmányozása után tartják. A fő módszertani technika az az elektromos és mágneses mezők közös és jellegzetes tulajdonságainak kiemelése és a táblázat kitöltése. Kellően fejlett dialektikus gondolkodást feltételeznek, különben filozófiai jellegű kitérőket kell tenni. Az elektromos és a mágneses mezők összehasonlítása arra a következtetésre vezeti a tanulókat, hogy milyen kapcsolatuk van, amelyre a következő téma – „Elektromágneses indukció” épül.

A fizika és a filozófia az anyagot tekinti minden dolog alapjának, amely különböző formákban létezik. Koncentrálható egy korlátozott térterületre (lokalizálható), de éppen ellenkezőleg, delokalizálható. Az első állapot a fogalomhoz köthető anyag, a második – a koncepció mező. A sajátos fizikai jellemzők mellett ezeknek a feltételeknek közösek is vannak. Például van egységnyi térfogatú anyag energiája és van egységnyi tértérfogat energiája. Az anyag tulajdonságai kimeríthetetlenek, a megismerés folyamata végtelen. Ezért a fejlesztés során minden fizikai fogalmat figyelembe kell venni. Például a modern fizika a klasszikus fizikával ellentétben nem húz szigorú határt a mező és az anyag között. A modern fizikában a mező és az anyag kölcsönösen átalakulnak: az anyag mezővé, a mező anyaggá változik. De ne menjünk előre, hanem emlékezzünk az anyag formáinak osztályozására. Nézzük a táblán lévő diagramot.

A diagram segítségével próbáljon meg egy rövid történetet összeállítani az anyag létezési formáiról. ( Miután a tanulók válaszoltak, a tanár emlékezteti őket erre Ennek következménye a gravitációs jellemzők hasonlósága és elektromos mezők, ami kiderült lede a korábbi órákon az „Elektromos mező” témában .) A következtetés önmagát sugallja: ha van hasonlóság a gravitációs és az elektromos tér között, akkor hasonlónak kell lennie az elektromos és a mágneses tér között is. Gyerünk hasonlítsuk össze a mezők tulajdonságait és jellemzőit egy táblázat formájában, amely hasonló ahhoz, mint amit mi készítettünk gravitációs és elektromos mezők összehasonlítása.

Elektromos mező	Mágneses mező
Terepi források
Elektromosan feltöltött testek	Elektromosan töltött testek mozgatása (elektromos áramok)
Terepjelzők
Kis papírdarabok. Elektromos hüvely. elektromos "szultán"	Fém reszelékek. Zárt áramkör árammal. Mágneses tű
Tapasztalt tények
Coulomb kísérletei elektromosan töltött testek kölcsönhatásával kapcsolatban	Ampere kísérletei a vezetők és az áram kölcsönhatására vonatkozóan
Grafikus jellemzők
Az elektromos térerősség vonalaknak helyhez kötött töltéseknél van eleje és vége (potenciálmező); vizualizálható (kinin kristályok az olajban)	A mágneses erővonalak mindig zártak (örvénytér); vizualizálható (fémreszelék)
Teljesítmény jellemző
Elektromos térerősség vektor E. Méret: Irány:	Mágneses tér indukciós vektor B. Méret:. Az irányt a bal kéz szabálya határozza meg
Energetikai jellemzők
Az álló töltések elektromos tere (Coulomb-erő) által végzett munka zárt pálya körül nulla	A mágneses tér által végzett munka (Lorentz-erő) mindig nulla
Egy mező hatása egy töltött részecskére
Az erő mindig nem nulla: F = qE	Az erő a részecske sebességétől függ: nem hat, ha a részecske nyugalomban van, és akkor sem, ha
Anyag és mező
.

Következtetés

1. A térforrások megvitatása során érdemes két természetes követ összehasonlítani, hogy növeljük a téma iránti érdeklődést: a borostyánt és a mágnest.

A borostyán - egy csodálatos szépségű meleg kő - szokatlan tulajdonsággal rendelkezik, amely elősegíti a filozófiai konstrukciókat: vonzhat! Dörzsölve magához vonzza a porszemcséket, szálakat, papírdarabkákat (papirusz). Az ókorban ezért a tulajdonságért kaptak nevet. A görögök így hívtákelektron – vonzó; rómaiak – harpax – rablóés a perzsák - cowboy, azaz pelyva vonzására képes . Varázslatosnak, gyógyászatinak, kozmetikainak tartották...

Egy másik évezredek óta ismert kő, a mágnes ugyanilyen titokzatosnak és hasznosnak számított. A különböző országokban a mágnest másként hívták, de ezeknek a neveknek a többségét úgy fordítják szerető. Költőileg így jegyezték fel a régiek a mágnesdarabok azon tulajdonságát, hogy vonzzák a vasat.

Meglátásom szerint ez a két különleges kő tekinthető az elektromos és mágneses terek első természetes forrásának, amelyet tanulmányozni kell.

2. A térindikátorok tárgyalásánál célszerű a tanulók segítségével egyidejűleg bemutatni egy villamosított ebonit rúd elektromos hüvelyrel és egy zárt hurkú áramot hordozó állandó mágnes kölcsönhatását.

3. A távvezetékek vizualizálását legjobban vetítéssel lehet bemutatni.

4. Dielektrikumok felosztása elektretekre és ferroelektromosokra - kiegészítő anyag. Az elektretek olyan dielektrikumok, amelyek külső elektromos tér hiányában hosszú ideig fenntartják a polarizációt, és saját elektromos mezőt hoznak létre. Ebben az értelemben az elektretek hasonlóak az állandó mágnesekhez, amelyek mágneses teret hoznak létre. De ez egy másik hasonlóság a kemény ferromágnesekkel!

A ferroelektromos anyagok olyan kristályok, amelyek (egy bizonyos hőmérsékleti tartományban) spontán polarizációval rendelkeznek. A külső térerősség csökkenésével az indukált polarizáció részben megmarad. Jellemzőjük egy korlátozó hőmérséklet jelenléte - a Curie-pont, amelynél a ferroelektromos közönséges dielektrikummá válik. Ismét hasonlóságok a ferromágnesekkel!

A táblázattal végzett munka után a felfedezett hasonlóságokat és különbségeket közösen megvitatják. A hasonlóság a világról alkotott egységes kép hátterében áll. Pusztán az a tény, hogy mágneses teret csak mozgó elektromos töltések közelében észlelnek (nem elektromos), lehetővé teszi a mező leírására szolgáló bonyolultabb módszerek előrejelzését, a mező jellemzésére használt bonyolultabb matematikai berendezést.

Dmitrij Georgijevics Evsztafjev – örökös fizikatanár (apja, Georgij Szevosztyanovics, a Nagy Honvédő Háború résztvevője, évekig dolgozott a Dobrinszkij-középiskolában, ötvözve a tanítást iskolaigazgatói feladatokkal), 1978-ban végzett elnevezett Orenburgi Állami Pedagógiai Intézet fizikája és matematikája. V.P. Chkalova, fizika szak, tanári tapasztalat 41 év. 1965 óta az önkormányzati oktatási intézményben, a Pritokskaya Középiskolában dolgozik, és több évig igazgatója volt. Háromszor jutalmazták az Orenburgi Regionális Kerület díszoklevelével. Pedagógiai hitvallás: "Ne elégedj meg azzal, amit elértél!" Sok végzettje műszaki egyetemet végzett. Feleségével együtt öt gyermeket neveltek fel, hárman az orenburgi régió iskoláiban dolgoznak, ketten az Orenburgi Állami Pedagógiai Egyetem történelem és filológiai karán tanulnak. Szergej fia a 2006-os „Oroszország legjobb tanárai” összoroszországi verseny győztese, számítástechnikai tanár, a regionális központban - Novosergievka faluban - dolgozik. Hobbi: méhészet.

Az óra célja: alkotják azt a fogalmat, hogy az indukált emf vagy változó mágneses térben elhelyezett álló, vagy állandó mágneses térben mozgó vezetőben fordulhat elő; az elektromágneses indukció törvénye mindkét esetben érvényes, de az emf eredete más.

Az óra előrehaladása

Házi feladat ellenőrzése frontális kérdezés és problémamegoldás módszerével

1. Milyen mennyiség változik a mágneses fluxus változási sebességével arányosan?

2. Munka, milyen erőket hoz létre az indukált emf?

3. Fogalmazza meg és írja le az elektromágneses indukció törvényének képletét!

4. Az elektromágneses indukció törvényének mínusz előjele van. Miért?

5. Mekkora az indukált emf zárt menetű vezetékben, amelynek ellenállása 0,02 Ohm, indukált árama 5 A.

Megoldás. Ii = ξi/R; ξi=Ii·R; ξi= 5 0,02= 0,1 V

Új anyagok tanulása

Nézzük meg, hogyan fordul elő az indukált emf Helyhez kötött vezető, váltakozó mágneses térben helyezkedik el. Ezt a legkönnyebben úgy érthetjük meg, ha megnézzük a transzformátor működését.

Az egyik tekercs zárva van a váltakozó áramú hálózathoz, ha a második tekercs zárva van, akkor áram keletkezik benne. A szekunder tekercs vezetékeiben lévő elektronok elkezdenek mozogni. Milyen erők mozgatják a szabad elektronokat? A mágneses tér erre nem képes, mivel csak a mozgó elektromos töltésekre hat.

A szabad elektronok egy váltakozó mágneses tér által létrehozott elektromos tér hatására mozognak.

Így eljutunk a mezők új alapvető tulajdonságának fogalmához: Idővel megváltozva a mágneses mező elektromos mezőt hoz létre. Ezt a következtetést J. Maxwell vonta le.

Így az elektromágneses indukció jelenségében a fő dolog az elektromos tér mágneses tér általi létrehozása. Ez a mező mozgásba hozza az ingyenes díjakat.

Ennek a mezőnek a szerkezete eltér az elektrosztatikusétól. Nem kapcsolódik elektromos töltésekhez. A feszültségvonalak nem a pozitív töltéseknél kezdődnek, és nem érnek véget negatív töltéseknél. Az ilyen vonalaknak nincs eleje vagy vége - zárt vonalak, hasonlóak a mágneses mező indukciós vonalaihoz. Ez egy örvény elektromos mező.

A váltakozó mágneses térbe helyezett álló vezetőben az indukált emf megegyezik az örvénylő elektromos tér munkájával, amely töltéseket mozgat ezen a vezetőn.

Toki Foucault (francia fizikus)

Az indukciós áram előnyei és ártalmai nagy tömegű vezetőkben.

Hol használják a ferriteket? Miért nem keletkeznek örvényáramok bennük?

A tanult anyag megerősítése

- Ismertesse az álló vezetőkben ható külső erők természetét!

Különbség az elektrosztatikus és az örvény elektromos mezők között.

A Foucault-áramok előnyei és hátrányai.

Miért nem keletkeznek örvényáramok a ferritmagokban?

Számítsa ki az indukált emf-et a vezetőkörben, ha a mágneses fluxus 0,06 Wb-vel változott 0,3 s alatt.

Az áramkörön keresztül a következők fordulhatnak elő: 1) egy időben változó mezőben elhelyezett stacionárius vezető áramkör esetén; 2) mágneses térben mozgó vezető esetén, amely idővel nem változhat. Az indukált emf értékét mindkét esetben a (2.1) törvény határozza meg, de ennek az emf-nek az eredete más.

Tekintsük először az indukciós áram előfordulásának első esetét. Helyezzünk egy r sugarú kör alakú huzaltekercset egy időben változó egyenletes mágneses térbe (2.8. ábra). Hagyja, hogy a mágneses tér indukciója növekedjen, akkor a tekercs által határolt felületen átmenő mágneses fluxus idővel növekedni fog. Az elektromágneses indukció törvénye szerint a tekercsben indukált áram jelenik meg. Ha a mágneses tér indukciója egy lineáris törvény szerint változik, az indukciós áram állandó lesz.

Milyen erők mozgatják a tekercsben lévő töltéseket? Maga a tekercsen áthatoló mágneses tér erre nem képes, mivel a mágneses tér kizárólag mozgó töltésekre hat (ez különbözik az elektromostól), és a vezető a benne lévő elektronokkal mozdulatlan.

A mágneses téren kívül a mozgó és álló töltésekre is elektromos tér hat. De az eddig tárgyalt (elektrostatikus vagy álló) mezőket elektromos töltések hozzák létre, és az indukált áram a változó mágneses tér hatására jelenik meg. Ezért feltételezhetjük, hogy az álló vezetőben az elektronokat elektromos tér hajtja, és ezt a mezőt közvetlenül generálja a változó mágneses tér. Ez létrehozza a terület új alapvető tulajdonságát: idővel változó, a mágneses tér elektromos teret hoz létre . Erre a következtetésre először J. Maxwell jutott.

Most az elektromágneses indukció jelensége új megvilágításban jelenik meg előttünk. A legfontosabb dolog az elektromos mező létrehozásának folyamata mágneses térrel. Ebben az esetben egy vezető áramkör, például egy tekercs jelenléte nem változtatja meg a folyamat lényegét. A szabad elektronokat (vagy más részecskéket) tartalmazó vezető egy eszköz szerepét tölti be: csak a keletkező elektromos mező érzékelését teszi lehetővé.

A mező mozgásba hozza az elektronokat a vezetőben, és ezáltal felfedi magát. Az álló vezetőben az elektromágneses indukció jelenségének lényege nem annyira az indukciós áram megjelenése, hanem sokkal inkább az elektromos töltéseket mozgásba hozó elektromos tér megjelenése.

A mágneses tér megváltozásakor keletkező elektromos tér teljesen más jellegű, mint az elektrosztatikus.

Nem kapcsolódik közvetlenül az elektromos töltésekhez, feszültségvonalai nem kezdődhetnek és nem érhetnek véget rajtuk. Egyáltalán nem kezdődnek és nem érnek véget sehol, hanem zárt vonalak, hasonlóan a mágneses tér indukciós vonalaihoz. Ez az ún örvény elektromos tér (2.9. ábra).

Minél gyorsabban változik a mágneses indukció, annál nagyobb az elektromos térerősség. A Lenz-szabály szerint a mágneses indukció növekedésével az elektromos térintenzitásvektor iránya bal oldali csavart alkot a vektor irányával. Ez azt jelenti, hogy amikor egy balos menetű csavar az elektromos térerősség vonalak irányába forog, a csavar transzlációs mozgása egybeesik a mágneses indukciós vektor irányával. Éppen ellenkezőleg, amikor a mágneses indukció csökken, az intenzitásvektor iránya egy jobb oldali csavart alkot a vektor irányával.

A feszítővonalak iránya egybeesik az indukciós áram irányával. Az örvény elektromos mezőből a q töltésre ható erő (külső erő) továbbra is egyenlő = q-val. De az álló elektromos térrel ellentétben az örvénytér munkája a q töltés zárt úton történő mozgatásakor nem nulla. Valójában, amikor egy töltés az elektromos térerősség zárt vonala mentén mozog, az út minden szakaszán végzett munka azonos előjelű, mivel az erő és a mozgás iránya egybeesik. Az örvény elektromos mező munkája egyetlen pozitív töltés mozgatásakor egy zárt álló vezető mentén számszerűen egyenlő az ebben a vezetőben indukált emf-vel.

Indukciós áramok masszív vezetőkben. Az indukciós áramok különösen nagy számértéket érnek el a masszív vezetőkben, mivel ellenállásuk alacsony.

Az ilyen áramokat, amelyeket az őket tanulmányozó francia fizikus után Foucault-áramoknak neveznek, felhasználhatók a vezetők melegítésére. Az indukciós kemencék, például a mindennapi életben használt mikrohullámú sütők tervezése ezen az elven alapul. Ezt az elvet a fémek olvasztására is használják. Ezenkívül az elektromágneses indukció jelenségét használják a repülőtéri terminálépületek, színházak stb. bejárataihoz felszerelt fémdetektorokban.

Azonban sok készülékben a Foucault-áramok fellépése haszontalan, sőt nemkívánatos energiaveszteségekhez vezet a hőtermelés miatt. Ezért a transzformátorok, villanymotorok, generátorok stb. vasmagjai nem szilárdak, hanem különálló, egymástól elszigetelt lemezekből állnak. A lemezek felületének merőlegesnek kell lennie az örvény elektromos térerősség vektorának irányára. A lemezek elektromos árammal szembeni ellenállása maximális, a hőtermelés pedig minimális lesz.

Ferritek alkalmazása. Az elektronikus berendezések nagyon magas frekvenciák (másodpercenként millió rezgés) tartományban működnek. Itt a különálló lemezekből származó tekercsmagok használata már nem adja meg a kívánt hatást, mivel a kalédlemezben nagy Foucault-áramok keletkeznek.

A 7. §-ban megjegyezték, hogy vannak mágneses szigetelők - ferritek. A mágnesezettség megfordítása során a ferritekben nem keletkeznek örvényáramok. Ennek eredményeként a bennük képződő hőtermelés miatti energiaveszteség minimálisra csökken. Ezért a nagyfrekvenciás transzformátorok magjait, a tranzisztorok mágneses antennáit stb. ferritekből készítik. A ferritmagokat kiindulási anyagok keverékéből készítik. A keveréket préseljük és jelentős hőkezelésnek vetjük alá.

A mágneses tér gyors változásával egy közönséges ferromágnesben indukciós áramok keletkeznek, amelyek mágneses tere a Lenz-szabály szerint megakadályozza a mágneses fluxus változását a tekercsmagban. Emiatt a mágneses indukciós fluxus gyakorlatilag változatlan marad, és a mag nem mágneseződik újra. A ferritekben az örvényáramok nagyon kicsik, így gyorsan újramágnesezhetők.

A potenciális Coulomb elektromos mező mellett van egy örvény elektromos tér is. Ennek a mezőnek az intenzitásvonalai zártak. Az örvényteret változó mágneses tér hozza létre.

1. Milyen természetűek azok a külső erők, amelyek indukált áram megjelenését okozzák egy álló vezetőben!
2. Mi a különbség az örvény elektromos tér és az elektrosztatikus vagy álló tér között!
3. Mik azok a Foucault-áramok!
4. Milyen előnyei vannak a ferriteknek a hagyományos ferromágnesekhez képest!

Myakishev G. Ya., fizika. 11. évfolyam: oktatási. általános műveltségre intézmények: alap és profil. szintek / G. Ya Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; szerkesztette V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. kiadás, átdolgozva. és további - M.: Oktatás, 2008. - 399 p.: ill.

Könyvtár tankönyvekkel és ingyenes online letölthető könyvekkel, Fizika és csillagászat 11. osztályos letöltés, iskolai fizika tananyag, órajegyzetek

Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsiskodóknak bölcsők tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckékévre vonatkozó naptári javaslatok; Integrált leckék