Vytvára sa striedavé magnetické pole indukované elektrické pole. Ak je magnetické pole konštantné, potom nebude existovať žiadne indukované elektrické pole. teda indukované elektrické pole nie je spojené s nábojmi ako je to v prípade elektrostatického poľa; jeho siločiary nezačínajú ani nekončia na náložiach, ale sú uzavreté samy do seba, podobne ako magnetické siločiary. To znamená, že indukované elektrické pole ako magnetické, je vír.

Ak je stacionárny vodič umiestnený v striedavom magnetickom poli, potom sa v ňom indukuje e. d.s. Elektróny sú poháňané v smerovom pohybe elektrickým poľom indukovaným striedavým magnetickým poľom; vzniká indukovaný elektrický prúd. V tomto prípade je vodič iba indikátorom indukovaného elektrického poľa. Pole uvádza do pohybu voľné elektróny vo vodiči a tým sa odhaľuje. Teraz môžeme povedať, že aj bez vodiča toto pole existuje a má rezervu energie.

Podstata fenoménu elektromagnetickej indukcie nespočíva ani tak vo výskyte indukovaného prúdu, ale vo vzhľade vírivého elektrického poľa.

Túto základnú pozíciu elektrodynamiky stanovil Maxwell ako zovšeobecnenie Faradayovho zákona elektromagnetickej indukcie.

Na rozdiel od elektrostatického poľa je indukované elektrické pole bezpotenciálové, pretože práca vykonaná v indukovanom elektrickom poli pri pohybe jednotkového kladného náboja pozdĺž uzavretého obvodu sa rovná napr. d.s. indukcia, nie nula.

Smer vektora intenzity vírového elektrického poľa je stanovený v súlade s Faradayovým zákonom elektromagnetickej indukcie a Lenzovým pravidlom. Smer siločiar vírových elektrických. pole sa zhoduje so smerom indukčného prúdu.

Keďže vírové elektrické pole existuje v neprítomnosti vodiča, môže sa použiť na urýchlenie nabitých častíc na rýchlosti porovnateľné s rýchlosťou svetla. Práve na využití tohto princípu je založená činnosť urýchľovačov elektrónov – betatrónov.

Indukčné elektrické pole má úplne iné vlastnosti v porovnaní s elektrostatickým poľom.

Rozdiel medzi vírivým elektrickým poľom a elektrostatickým poľom

1) Nie je spojená s elektrickými nábojmi;
2) Siločiary tohto poľa sú vždy uzavreté;
3) Práca vykonaná silami vírového poľa na pohyb nábojov po uzavretej trajektórii nie je nulová.

elektrostatické pole	indukčné elektrické pole (vírové elektrické pole)
1. vytvorený stacionárnym elektrickým. poplatky	1. spôsobené zmenami magnetického poľa
2. siločiary sú otvorené - potenciálne pole	2. siločiary sú uzavreté - vírové pole
3. Zdroje poľa sú elektrické. poplatky	3. zdroje poľa nemožno špecifikovať
4. práca vykonaná silami poľa na pohyb skúšobného náboja po uzavretej dráhe = 0.	4. práca síl poľa na pohyb skúšobného náboja po uzavretej dráhe = indukované emf

D. G. Evstafiev,
Mestská vzdelávacia inštitúcia Stredná škola Pritokskaya, dedina Romanovsky, okres Aleksandrovsky, región Orenburg.

Porovnanie elektrických a magnetických polí. 11. trieda

Plán vyučovacej hodiny na opakovanie a zovšeobecňovanie, 11. ročník

Metodické odporúčania . Lekcia sa uskutočňuje po preštudovaní témy „Magnetické pole“. Hlavnou metodickou technikou je zvýraznenie spoločných a charakteristických znakov elektrických a magnetických polí a vyplnenie tabuľky. Predpokladá sa dostatočne rozvinuté dialektické myslenie, inak bude potrebné robiť odbočky filozofického charakteru. Porovnanie elektrického a magnetického poľa vedie študentov k záveru o ich vzťahu, na ktorom je založená ďalšia téma - „Elektromagnetická indukcia“.

Fyzika a filozofia považujú hmotu za základ všetkých vecí, ktoré existujú v rôznych formách. Môže byť sústredený v obmedzenom priestore priestoru (lokalizovaný), ale môže byť naopak delokalizovaný. Prvý stav môže byť spojený s konceptom látka, druhý – koncept pole. Spolu so špecifickými fyzikálnymi vlastnosťami majú tieto stavy aj spoločné. Napríklad existuje energia jednotky objemu hmoty a energia jednotky objemu poľa. Vlastnosti hmoty sú nevyčerpateľné, proces poznania nekonečný. Preto sa pri vývoji musia brať do úvahy všetky fyzikálne koncepty. Napríklad moderná fyzika, na rozdiel od klasickej fyziky, nestanovuje striktnú hranicu medzi poľom a hmotou. V modernej fyzike sa pole a hmota vzájomne premieňajú: hmota sa mení na pole a pole na hmotu. Ale nepredbiehajme, ale spomeňme si na klasifikáciu foriem hmoty. Pozrime sa na schému na doske.

Pomocou diagramu sa pokúste zostaviť krátky príbeh o formách existencie hmoty. ( Keď žiaci odpovedia, učiteľ im to pripomenie Dôsledkom toho je podobnosť charakteristík gravitácie ných a elektrických polí, čo bolo odhalené leale v predchádzajúcich lekciách na tému „Elektrické pole“ .) Záver naznačuje sám seba: ak existuje podobnosť medzi gravitačným a elektrickým poľom, potom musí existovať podobnosť medzi elektrickým a magnetickým poľom. Poďme porovnajme vlastnosti a charakteristiky polí vo forme tabuľky podobnej tej, s ktorou sme robili porovnanie gravitačných a elektrických polí.

Elektrické pole	Magnetické pole
Poľné zdroje
Elektricky nabité telesá	Pohybujúce sa elektricky nabité telesá (elektrické prúdy)
Poľné ukazovatele
Malé kúsky papiera. Elektrická objímka. elektrický "sultán"	Kovové piliny. Uzavretý okruh s prúdom. Magnetická ihla
Skúsené fakty
Coulombove pokusy o interakcii elektricky nabitých telies	Ampérove experimenty o interakcii vodičov s prúdom
Grafické vlastnosti
Intenzita elektrického poľa v prípade stacionárnych nábojov má začiatok a koniec (potenciálne pole); možno vizualizovať (kryštály chinínu v oleji)	Magnetické siločiary sú vždy uzavreté (vírové pole); možno vizualizovať (kovové piliny)
Výkonová charakteristika
Vektor intenzity elektrického poľa E. Veľkosť: Smer:	Vektor indukcie magnetického poľa B. Veľkosť: . Smer je určený pravidlom ľavej ruky
Energetické charakteristiky
Práca vykonaná elektrickým poľom stacionárnych nábojov (Coulombova sila) je nulová, keď ide okolo uzavretej trajektórie	Práca vykonaná magnetickým poľom (Lorentzova sila) je vždy nulová
Pôsobenie poľa na nabitú časticu
Sila je vždy nenulová: F = qE	Sila závisí od rýchlosti častice: nepôsobí, ak je častica v pokoji, a tiež ak
Hmota a pole
.

Záver

1. Pri diskusii o zdrojoch poľa je dobré porovnať dva prírodné kamene, aby sa zvýšil záujem o predmet: jantár a magnet.

Jantár - teplý kameň úžasnej krásy - má nezvyčajnú vlastnosť, ktorá je vhodná pre filozofické konštrukcie: dokáže prilákať! Pri trení priťahuje prachové častice, vlákna, kúsky papiera (papyrus). Práve pre túto vlastnosť dostali v staroveku mená. Tak to nazývali Grécielektrón – atraktívne; Rimania – harpax – zbojník a Peržania - kovboj, t.j. schopné prilákať plevy . Bol považovaný za magický, liečivý, kozmetický...

Ďalší kameň známy tisíce rokov, magnet, bol považovaný za rovnako tajomný a užitočný. V rôznych krajinách sa magnet nazýval inak, ale väčšina z týchto mien sa prekladá ako milujúci. Takto starí ľudia poeticky poznamenali vlastnosť kúskov magnetu priťahovať železo.

Z môjho pohľadu možno tieto dva špeciálne kamene považovať za prvé skúmané prírodné zdroje elektrických a magnetických polí.

2. Pri diskusii o indikátoroch poľa je užitočné súčasne s pomocou študentov demonštrovať interakciu elektrifikovanej ebonitovej tyče s elektrickou objímkou ​​a permanentného magnetu s uzavretou slučkou vedúcou prúd.

3. Vizualizáciu elektrického vedenia najlepšie demonštrujeme pomocou projekcie na plátno.

4. Rozdelenie dielektrík na elektrety a feroelektriká - prídavný materiál. Elektrety sú dielektriká, ktoré udržiavajú polarizáciu po dlhú dobu v neprítomnosti vonkajšieho elektrického poľa a vytvárajú svoje vlastné elektrické pole. V tomto zmysle sú elektrety podobné permanentným magnetom, ktoré vytvárajú magnetické pole. Ale to je ďalšia podobnosť s tvrdými feromagnetmi!

Feroelektriká sú kryštály, ktoré majú (v určitom teplotnom rozsahu) spontánnu polarizáciu. Keď sa intenzita vonkajšieho poľa zníži, indukovaná polarizácia sa čiastočne zachová. Vyznačujú sa prítomnosťou hraničnej teploty - Curieho bodu, pri ktorom sa feroelektrikum stáva obyčajným dielektrikom. Opäť podobnosť s feromagnetmi!

Po práci s tabuľkou sa o objavených podobnostiach a rozdieloch spoločne diskutuje. Podobnosť je základom jediného obrazu sveta, rozdiely sú zatiaľ vysvetlené na úrovni rôzneho usporiadania hmoty, alebo lepšie povedané, stupňa organizácie hmoty. Samotná skutočnosť, že magnetické pole je detegované iba v blízkosti pohybujúcich sa elektrických nábojov (na rozdiel od elektrického), umožňuje predpovedať zložitejšie metódy popisu poľa, zložitejší matematický aparát používaný na charakterizáciu poľa.

Dmitrij Georgievič Evstafiev – dedičný učiteľ fyziky (otec Georgij Sevostyanovič, účastník Veľkej vlasteneckej vojny, dlhé roky pôsobil na strednej škole Dobrinského, spájal vyučovanie s povinnosťami riaditeľa školy), promoval v roku 1978 Fyzika a matematika Orenburgského štátneho pedagogického inštitútu pomenovaného po. V.P. Chkalova, odbor fyzika, pedagogická prax 41 rokov. Od roku 1965 pracuje v mestskej vzdelávacej inštitúcii Pritokskaya Secondary School a niekoľko rokov bol jej riaditeľom. Bol trikrát ocenený čestnými listami z okresu Orenburg. Pedagogické krédo: „Neuspokojte sa s tým, čo ste dosiahli! Mnohí jeho absolventi vyštudovali technické univerzity. Spolu s manželkou vychovali päť detí, tri pracujú v školách v regióne Orenburg, dve študujú na historickej a filologickej fakulte Orenburgskej štátnej pedagogickej univerzity. Son Sergei je víťazom celoruskej súťaže „Najlepší učitelia Ruska“ v roku 2006, učiteľ informatiky, pracuje v regionálnom centre - dedine Novosergievka. Záľuba: včelárstvo.

Účel lekcie: tvoria koncepciu, že indukované emf sa môže vyskytnúť buď v stacionárnom vodiči umiestnenom v meniacom sa magnetickom poli, alebo v pohybujúcom sa vodiči umiestnenom v konštantnom magnetickom poli; zákon elektromagnetickej indukcie platí v oboch prípadoch, ale pôvod emf je odlišný.

Pokrok v lekcii

Kontrola domácich úloh metódou frontálneho dotazovania a riešenia problémov

1. Aká veličina sa mení úmerne s rýchlosťou zmeny magnetického toku?

2. Práca, aké sily vytvára indukované emf?

3. Formulujte a zapíšte vzorec pre zákon elektromagnetickej indukcie.

4. Zákon elektromagnetickej indukcie má znamienko mínus. prečo?

5. Aké je indukované emf v uzavretom závite drôtu, ktorého odpor je 0,02 Ohm a indukovaný prúd je 5 A.

Riešenie. Ii = ξi/R; pi= Ii-R; ξi= 5 0,02= 0,1 V

Učenie nového materiálu

Uvažujme, ako sa indukované emf vyskytuje v Stacionárny vodič, nachádza v striedavom magnetickom poli. Najjednoduchší spôsob, ako to pochopiť, je pozrieť sa na fungovanie transformátora.

Jedna cievka je uzavretá do siete striedavého prúdu, ak je druhá cievka uzavretá, potom v nej vzniká prúd. Elektróny v drôtoch sekundárneho vinutia sa začnú pohybovať. Aké sily pohybujú voľnými elektrónmi? Magnetické pole to nedokáže, pretože pôsobí iba na pohybujúce sa elektrické náboje.

Voľné elektróny sa pohybujú pod vplyvom elektrického poľa, ktoré bolo vytvorené striedavým magnetickým poľom.

Dostávame sa teda ku konceptu novej základnej vlastnosti polí: Magnetické pole, ktoré sa časom mení, vytvára elektrické pole. Tento záver urobil J. Maxwell.

Hlavnou vecou vo fenoméne elektromagnetickej indukcie je teda vytvorenie elektrického poľa magnetickým poľom. Toto pole uvádza do pohybu bezplatné poplatky.

Štruktúra tohto poľa je odlišná od štruktúry elektrostatického poľa. Nie je spojená s elektrickými nábojmi. Napínacie čiary nezačínajú pri kladných nábojoch a nekončia pri záporných nábojoch. Takéto čiary nemajú začiatok ani koniec – sú to uzavreté čiary podobné indukčným čiaram magnetického poľa. Toto je vírivé elektrické pole.

Indukované emf v stacionárnom vodiči umiestnenom v striedavom magnetickom poli sa rovná práci vírivého elektrického poľa pohybujúceho náboje pozdĺž tohto vodiča.

Toki Foucault (francúzsky fyzik)

Výhody a poškodenia indukčných prúdov v masívnych vodičoch.

Kde sa používajú ferity? Prečo v nich nevznikajú vírivé prúdy?

Posilnenie naučeného materiálu

- Vysvetlite podstatu vonkajších síl pôsobiacich v stacionárnych vodičoch.

Rozdiel medzi elektrostatickým a vírivým elektrickým poľom.

Výhody a nevýhody Foucaultových prúdov.

Prečo sa vo feritových jadrách nevyskytujú vírivé prúdy?

Vypočítajte indukované emf v obvode vodiča, ak sa magnetický tok zmenil o 0,06 Wb za 0,3 s.

Cez obvod môže nastať nasledovné: 1) v prípade stacionárneho vodivého obvodu umiestneného v časovo premennom poli; 2) v prípade vodiča pohybujúceho sa v magnetickom poli, ktoré sa v priebehu času nemusí meniť. Hodnota indukovaného emf v oboch prípadoch je určená zákonom (2.1), ale pôvod tohto emf je odlišný.

Uvažujme najskôr o prvom prípade výskytu indukčného prúdu. Umiestnime kruhovú drôtenú cievku s polomerom r do časovo premenného rovnomerného magnetického poľa (obr. 2.8). Nech sa indukcia magnetického poľa zvýši, potom sa magnetický tok cez povrch obmedzený cievkou bude časom zvyšovať. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie sa v cievke objaví indukovaný prúd. Keď sa indukcia magnetického poľa zmení podľa lineárneho zákona, indukčný prúd bude konštantný.

Aké sily spôsobujú pohyb nábojov v cievke? Samotné magnetické pole, prenikajúce do cievky, to nedokáže, keďže magnetické pole pôsobí výlučne na pohybujúce sa náboje (tým sa líši od elektrického) a vodič s elektrónmi v ňom je nehybný.

Na náboje, pohybujúce sa aj stacionárne, pôsobí okrem magnetického poľa aj elektrické pole. Ale tie polia, o ktorých sa doteraz hovorilo (elektrostatické alebo stacionárne), sú vytvárané elektrickými nábojmi a indukovaný prúd sa objavuje v dôsledku pôsobenia meniaceho sa magnetického poľa. Preto môžeme predpokladať, že elektróny v stacionárnom vodiči sú poháňané elektrickým poľom a toto pole je priamo generované meniacim sa magnetickým poľom. Toto vytvára novú základnú vlastnosť poľa: meniace sa v čase, magnetické pole vytvára elektrické pole . K tomuto záveru ako prvý dospel J. Maxwell.

Teraz sa pred nami javí fenomén elektromagnetickej indukcie v novom svetle. Hlavná vec v ňom je proces generovania elektrického poľa magnetickým poľom. V tomto prípade prítomnosť vodivého obvodu, napríklad cievky, nemení podstatu procesu. Vodič so zásobou voľných elektrónov (alebo iných častíc) zohráva úlohu zariadenia: umožňuje iba detekovať vznikajúce elektrické pole.

Pole uvádza do pohybu elektróny vo vodiči a tým sa odhaľuje. Podstatou fenoménu elektromagnetickej indukcie v stacionárnom vodiči nie je ani tak vzhľad indukčného prúdu, ale skôr vzhľad elektrického poľa, ktoré uvádza do pohybu elektrické náboje.

Elektrické pole, ktoré vzniká pri zmene magnetického poľa, má úplne inú povahu ako elektrostatické.

Nie je priamo spojená s elektrickými nábojmi a jej línie napätia na nich nemôžu začínať ani končiť. Vôbec nikde nezačínajú ani nekončia, ale sú to uzavreté čiary, podobné indukčným čiaram magnetického poľa. Toto je tzv vírivé elektrické pole (obr. 2.9).

Čím rýchlejšie sa mení magnetická indukcia, tým väčšia je intenzita elektrického poľa. Podľa Lenzovho pravidla s rastúcou magnetickou indukciou tvorí smer vektora intenzity elektrického poľa ľavú skrutku so smerom vektora. To znamená, že keď sa skrutka s ľavostranným závitom otáča v smere siločiar elektrického poľa, translačný pohyb skrutky sa zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie. Naopak, pri poklese magnetickej indukcie tvorí smer vektora intenzity pravú skrutku so smerom vektora.

Smer ťahových čiar sa zhoduje so smerom indukčného prúdu. Sila pôsobiaca z vírivého elektrického poľa na náboj q (vonkajšia sila) sa stále rovná = q. Ale na rozdiel od prípadu stacionárneho elektrického poľa nie je práca vírového poľa pri pohybe náboja q po uzavretej dráhe nulová. V skutočnosti, keď sa náboj pohybuje pozdĺž uzavretej čiary intenzity elektrického poľa, práca na všetkých úsekoch dráhy má rovnaké znamenie, pretože sila a pohyb sa zhodujú v smere. Práca vírivého elektrického poľa pri pohybe jediného kladného náboja pozdĺž uzavretého stacionárneho vodiča sa číselne rovná indukovanému emf v tomto vodiči.

Indukčné prúdy v masívnych vodičoch. Indukčné prúdy dosahujú obzvlášť veľkú číselnú hodnotu v masívnych vodičoch, pretože ich odpor je nízky.

Takéto prúdy, nazývané Foucaultove prúdy podľa francúzskeho fyzika, ktorý ich študoval, sa dajú použiť na zahrievanie vodičov. Konštrukcia indukčných pecí, ako sú mikrovlnné rúry používané v každodennom živote, je založená na tomto princípe. Tento princíp sa používa aj pri tavení kovov. Okrem toho sa fenomén elektromagnetickej indukcie využíva v detektoroch kovov inštalovaných pri vchodoch do budov letiskových terminálov, divadiel atď.

V mnohých zariadeniach však výskyt Foucaultových prúdov vedie k zbytočným a dokonca nechceným stratám energie v dôsledku tvorby tepla. Preto železné jadrá transformátorov, elektromotorov, generátorov atď. nie sú vyrobené ako pevné, ale pozostávajú zo samostatných dosiek, ktoré sú od seba izolované. Povrchy dosiek musia byť kolmé na smer vektora intenzity vírového elektrického poľa. Odolnosť dosiek voči elektrickému prúdu bude maximálna a tvorba tepla bude minimálna.

Aplikácia feritov. Elektronické zariadenia pracujú v oblasti veľmi vysokých frekvencií (milióny vibrácií za sekundu). Tu už použitie cievkových jadier zo samostatných dosiek nedáva požadovaný efekt, pretože v kaledovej doske vznikajú veľké Foucaultove prúdy.

V § 7 bolo uvedené, že existujú magnetické izolátory - ferity. Počas obrátenia magnetizácie nevznikajú vo feritoch vírivé prúdy. V dôsledku toho sa minimalizujú energetické straty v dôsledku tvorby tepla v nich. Z feritov sa preto vyrábajú jadrá vysokofrekvenčných transformátorov, magnetické antény tranzistorov a pod. Feritové jadrá sa vyrábajú zo zmesi práškov východiskových látok. Zmes sa lisuje a podrobí výraznému tepelnému spracovaniu.

Pri rýchlej zmene magnetického poľa v obyčajnom feromagnetiku vznikajú indukčné prúdy, ktorých magnetické pole v súlade s Lenzovým pravidlom bráni zmene magnetického toku v jadre cievky. Z tohto dôvodu zostáva magnetický indukčný tok prakticky nezmenený a jadro sa nemagnetizuje. Vo feritoch sú vírivé prúdy veľmi malé, takže sa dajú rýchlo premagnetizovať.

Spolu s potenciálnym Coulombovým elektrickým poľom existuje vírivé elektrické pole. Čiary intenzity tohto poľa sú uzavreté. Vírivé pole je generované meniacim sa magnetickým poľom.

1. Aký je charakter vonkajších síl, ktoré spôsobujú výskyt indukovaného prúdu v stacionárnom vodiči!
2. Aký je rozdiel medzi vírivým elektrickým poľom a elektrostatickým alebo stacionárnym!
3. Čo sú to Foucaultove prúdy!
4. Aké sú výhody feritov v porovnaní s konvenčnými feromagnetmi!

Myakishev G. Ya., Fyzika. 11. ročník: vzdelávací. pre všeobecné vzdelanie inštitúcie: základné a profilové. úrovne / G. Ya., B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; upravil V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva. - 17. vyd., prepracované. a dodatočné - M.: Vzdelávanie, 2008. - 399 s.: chor.

Knižnica s učebnicami a knihami na stiahnutie zadarmo online, Fyzika a astronómia pre 11. ročník na stiahnutie, školské osnovy fyziky, plány poznámok k lekciám

Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok; Integrované lekcie