Змінне магнітне поле породжує індуковане електричне поле. Якщо магнітне поле постійно, то індуковане електричне поле не виникне. Отже, індуковане електричне поле не пов'язане із зарядами, як це має місце у разі електростатичного поля; його силові лінії не починаються і не закінчуються на зарядах, а замкнуті самі на себе, подібно до силових ліній магнітного поля. Це означає, що індуковане електричне поле, подібно до магнітного, є вихровим.

Якщо нерухомий провідник помістити в змінне магнітне поле, то ньому індукується е. д. с. Електрони наводяться у спрямований рух електричним полем, індукованим змінним магнітним полем; виникає індукований електричний струм. І тут провідник є лише індикатором індукованого електричного поля. Поле надає руху вільні електрони в провіднику і тим самим виявляє себе. Тепер можна стверджувати, що і без провідника це поле існує, маючи запас енергії.

Сутність явища електромагнітної індукції полягає не так у появі індукованого струму, як у виникненні вихрового електричного поля.

Це фундаментальне становище електродинаміки встановлено Максвеллом як узагальнення закону електромагнітної індукції Фарадея.

На відміну від електростатичного поля індуковане електричне поле є непотенційним, оскільки робота, що здійснюється в індукованому електричному полі, при переміщенні одиничного позитивного заряду по замкнутому контурі дорівнює е. д. с. індукції, а чи не нулю.

Напрямок вектора напруженості вихрового електричного поля встановлюється відповідно до закону електромагнітної індукції Фарадея та правил Ленца. Напрямок силових ліній вихрового ел. поля збігаються з напрямом індукційного струму.

Так як вихрове електричне поле існує і без провідника, то його можна застосовувати для прискорення заряджених частинок до швидкостей, порівнянних зі швидкістю світла. Саме на використанні цього принципу ґрунтується дія прискорювачів електронів - бетатронів.

Індукційне електричне поле має зовсім інші властивості, на відміну від електростатичного поля.

Відмінність вихрового електричного поля від електростатичного

1) Воно пов'язані з електричними зарядами;
2) Силові лінії цього поля завжди замкнуті;
3) Робота сил вихрового поля щодо переміщення зарядів на замкнутій траєкторії не дорівнює нулю.

електростатичне поле	індукційне електричне поле (вихрове електр. поле)
1. створюється нерухомими електр. зарядами	1. викликається змінами магнітного поля
2. силові лінії поля розімкнуті – потенційне поле	2. силові лінії замкнуті – вихрове поле
3. джерелами поля є електр. заряди	3. джерела поля вказати не можна
4. робота сил поля щодо переміщення пробного заряду замкнутим шляхом = 0.	4. робота сил поля по переміщенню пробного заряду замкненим шляхом = ЕРС індукції

Д. Г. Євстаф'єв,
МОУ Притокська ЗОШ, п. Романівський, Олександрівський район, Оренбурзька обл.

Порівняння електричного та магнітного полів. 11 клас

План-конспект уроку повторення та узагальнення, 11-й клас

Методичні рекомендації . Урок проводиться після вивчення теми "Магнітне поле". Основний методичний прийом –виділення загальних та відмінних рис електричного та магнітного полів із заповненням таблиці. Передбачається досить розвинене діалектичне мислення, інакше доведеться робити відступ філософського характеру. Порівняння електричного та магнітного полів підводить учнів до висновку про їх взаємозв'язок, на чому заснована наступна тема – «Електромагнітна індукція».

Фізика та філософія розглядають матерію як основу всього сущого, яка існує у різних формах. Вона може бути зосереджена в межах обмеженої області простору (локалізована), але може бути, навпаки, справакалізована. Першому стану можна поставити у відповідність поняття речовина, другому – поняття поле. Поряд із специфічними фізичними характеристиками ці стани мають і загальні. Наприклад, є енергія одиниці об'єму речовини та є енергія одиниці об'єму поля. Властивості матерії невичерпні, процес пізнання нескінченний. Тому всі фізичні поняття треба розглядати у розвитку. Так, наприклад, сучасна фізика на відміну від класичної не проводить суворої межі між полем та речовиною. У сучасній фізиці поле та речовина взаємно перетворюються: речовина переходить у поле, а поле переходить у речовину. Але не забігатимемо вперед, а згадаємо класифікацію форм матерії. Звернемося до схеми на дошці.

Спробуйте за схемою скласти коротку розповідь про форми існування матерії. ( Після відповідей учнів вчитель нагадує, що слід ством цього є схожість характеристик гравіту ційного та електричного полів, яке було виявлено леале на попередніх уроках на тему «Електричне поле» .) Напрошується висновок: якщо є подібність між гравітаційним та електричним полями, то має бути вона і між полями електричним та магнітним. Давайте зіставимо властивості та характеристики полів у вигляді таблиці, аналогічної тій, яку ми робили припорівняння гравітаційного та електричного полів.

Електричне поле	Магнітне поле
Джерела поля
Електрично заряджені тіла	Електрично заряджені тіла, що рухаються (електричні струми)
Індикатори поля
Дрібні листочки паперу. Електрична гільза. Електричний «султан»	Металева тирса. Замкнутий контур із струмом. Магнітна стрілка
Досвідчені факти
Досліди Кулона щодо взаємодії електрично заряджених тіл	Досліди Ампера щодо взаємодії провідників зі струмом
Графічна характеристика
Лінії напруженості електричного поля у разі нерухомих зарядів мають початок та кінець (потенційне поле); можуть бути візуалізовані (кристали хініну в маслі)	Лінії індукції магнітного поля завжди замкнуті (вихрове поле); можуть бути візуалізовані (металева тирса)
Силова характеристика
Вектор напруги електричного поля E . Величина: Напрямок:	Вектор індукції магнітного поля. Розмір: . Напрямок визначається правилом лівої руки
Енергетична характеристика
Робота електричного поля нерухомих зарядів (кулонівської сили) дорівнює нулю при обході замкнутої траєкторії	Робота магнітного поля (сили Лоренца) завжди дорівнює нулю
Дія поля на заряджену частинку
Сила завжди відмінна від нуля: F = qE	Сила залежить від швидкості руху частинки: не діє, якщо частка спочиває, а також якщо
Речовина та поле
.

Висновок

1. При обговоренні джерел поля для підвищення інтересу до предмета добре порівняти два природні камені: бурштин та магніт.

Бурштин – теплий камінь дивовижної краси – має незвичайну властивість до філософічних побудов: він може притягувати! Будучи натертим, він притягує порошинки, нитки, шматочки паперу (папірусу). Саме за цією властивістю йому давали назви в давнину. Так, греки називали йогоелектроном – притягуючим; римляни – харпаксом – грабіжником, а перси - кавуб, тобто. здатним притягувати м'якіну . Його вважали магічним, лікарським, косметичним.

Таким же таємничим та корисним вважали відомий тисячі років інший камінь – магніт. У різних країнах магніт називали по-різному, але більша частина цих назв перекладається як люблячий. Так поетично стародавні відзначили властивість шматків магніту притягувати залізо.

На мій погляд, ці два особливі камені можна розглядати як перші вивчені природні джерела електричного та магнітного полів.

2. При обговоренні індикаторів полів корисно одночасно продемонструвати за допомогою учнів взаємодію наелектризованої ебонітової палички з електричною гільзою та постійного магніту із замкнутим контуром зі струмом.

3. Візуалізацію силових ліній краще продемонструвати за допомогою проекції на екран.

4. Поділ діелектриків на електрети та сегнетоелектрики – додатковий матеріал. Електрети – це діелектрики, що довго зберігають поляризацію без зовнішнього електричного поля і створюють власне електричне поле. У цьому сенсі електрети подібні до постійних магнітів, що створюють магнітне поле. Адже це ще одна подібність із жорсткими феромагнетиками!

Сегнетоэлектрики – кристали, які мають (у певному температурному інтервалі) спонтанної поляризацією. При зменшенні напруженості зовнішнього поля індукована поляризація частково зберігається. Їх характерно наявність граничної температури – точки Кюрі, коли він сегнетоэлектрик стає звичайним діелектриком. Знову подібність із феромагнетиками!

Після роботи з таблицею колективно обговорюються виявлені подібності та відмінності. Подібність лежить в основі єдиної картини світу, відмінності пояснюються поки що на рівні різної організації матерії, краще сказати – ступеня організації матерії. Одне те, що магнітне поле виявляється тільки біля електричних зарядів, що рухаються (на відміну від електричного), дозволяє передбачити більш складні методи опису поля, більш складний математичний апарат, що застосовується для характеристик поля.

Дмитро Георгійович Євстаф'єв - Нащадковий учитель фізики (батько, Георгій Севостьянович, учасник Великої Вітчизняної війни, багато років пропрацював у Добринській ЗОШ, поєднуючи викладання з обов'язками директора школи), закінчив у 1978 роцім. фізмат Оренбурзького ДПІ ім. Чкалова за спеціальністю «Фізика», педагогічний стаж 41 рік. З 1965 р. працює у МОУ Притокська ЗОШ, кілька років був її директором. Був тричі нагороджений почесними грамотами Оренбурзького облону. Педагогічне кредо: "Не задовольнятися досягнутим!" Багато його випускників закінчили технічні виші. Разом із дружиною виховали п'ятьох дітей, троє працюють у школах Оренбуржжя, двоє навчаються на історичному та філологічному факультетах Оренбурзького ГПУ. Син Сергій – переможець Всеросійського конкурсу «Найкращі вчителі Росії» 2006 р., вчитель інформатики, працює у райцентрі – селищі Новосергіївка. Хобі – бджільництво.

Мета уроку: сформувати поняття, що ЕРС індукції може виникати або в нерухомому провіднику, поміщеному в магнітне поле, що змінюється, або в провіднику, що рухається, що знаходиться в постійному магнітному полі; закон електромагнітної індукції справедливий в обох випадках, а походження ЕРС по-різному.

Хід уроку

Перевірка домашнього завдання методом фронтального опитування та розв'язання задач

1. Яка величина змінюється пропорційно до швидкості зміни магнітного потоку?

2. Робота, яких сил створює ЕРС індукції?

3. Сформулювати та записати формулу закону електромагнітної індукції.

4. У законі електромагнітної індукції стоїть знак мінус. Чому?

5. Яка, ЕРС індукції у замкнутому витку дроту, опір якого 0,02 Ом, а індукційний струм 5 А.

Рішення. Ii = ξi / R; ξi = Ii R; ξi = 5 · 0,02 = 0,1 B

Вивчення нового матеріалу

Розглянемо, як виникає ЕРС індукції в Нерухомому провіднику,які перебувають у змінному магнітному полі. Найпростіше це зрозуміти на прикладі роботи трансформатора.

Одна котушка замикається на мережу змінного струму, якщо друга котушка замкнена, то виникає струм. Електрони в проводах вторинної обмотки почнуть рухатися. Які ж сили рухають вільні електрони? Магнітне поле зробити цього не може, тому що діє тільки на електричні заряди, що рухаються.

Вільні електрони рухаються під дією електричного поля, яке було створено змінним магнітним полем.

Таким чином, ми підійшли до поняття нової фундаментальної властивості полів: Змінюючи час, магнітне поле породжує електричне поле.Цей висновок зробив Дж. Максвелл.

Таким чином, у явищі електромагнітної індукції – головне – це створення магнітного поля електричного поля. Це поле приводить у рух вільні заряди.

Структура цього поля інша, ніж електростатичного. Воно не пов'язане із електричними зарядами. Лінії напруженості не починаються на позитивних і закінчуються негативних зарядах. Такі лінії не мають початку і кінця – це замкнуті лінії, схожі на лінії індукції магнітного поля. Це вихрове електричне поле.

ЕРС індукції в нерухомому провіднику, поміщеному в змінне магнітне поле дорівнює роботі вихрового електричного поля, що переміщає заряди вздовж цього провідника.

Токі Фуко (французький фізик)

Користь та шкода індукційних струмів у потужних провідниках.

Де застосовують ферити? Чому в них не виникають вихрові струми?

Закріплення вивченого матеріалу

- Пояснити природу сторонніх сил, що діють у нерухомих провідниках.

Різниця між електростатичним та вихровим електричними полями.

Плюси та мінуси струмів Фуко.

Чому не виникають вихрові струми у феритових сердечниках?

Обчислити ЕРС індукції у контурі провідника, якщо магнітний потік змінився за 0,3 з 0,06 Вб.

Через контур може відбуватися: 1) у разі нерухомого провідного контуру, поміщеного в поле, що змінюється в часі; 2) у разі провідника, що рухається у магнітному поло, яке може і не змінюватися з часом. Значення ЕРС індукції в обох випадках визначається законом (2.1), за походженням цієї ЕРС по-різному.

Розглянемо спочатку перший випадок виникнення індукційного струму. Помістимо круговий дротяний виток радіусом r змінне в часі однорідне магнітне поле (рис. 2.8). Нехай індукція магнітного поля збільшується, тоді збільшуватиметься з часом і магнітний потік через поверхню, обмежену витком. Відповідно до закону електромагнітної індукції у витку з'явиться індукційний струм. При зміні індукції магнітного поля за лінійним законом індукційний струм буде незмінним.

Які ж сили змушують заряди у витку рухатися? Саме магнітне поле, що пронизує котушку, цього зробити не може, оскільки магнітне поле діє виключно на заряди, що рухаються (цим-то воно і відрізняється від електричного), а провідник з електронами, що знаходяться в ньому, нерухомий.

Крім магнітного поля, на заряди, причому як на рухомі, так і на нерухомі діє ще електричне поле. Але ті поля, про які поки йшлося (електростатичне або стаціонарне), створюються електричними зарядами, а індукційний струм з'являється в результаті дії мінливого магнітного поля. Тому можна припустити, що електрони в нерухомому провіднику наводяться в рух електричним полем, і це поле безпосередньо породжується магнітним полем, що змінюється. Тим самим утверджується нова фундаментальна властивість поля: змінюючись у часі, магнітне поле породжує електричне поле . До цього висновку вперше дійшов Дж. Максвелл.

Тепер явище електромагнітної індукції постає перед нами у новому світлі. Головне в ньому – це процес породження магнітним полем електричного поля. При цьому наявність провідного контуру, наприклад котушки, не змінює істоти процесу. Провідник із запасом вільних електронів (або інших частинок) грає роль приладу: він лише дозволяє виявити електричне поле, що виникає.

Поле надає руху електрони і провіднику і тим самим виявляє себе. Сутність явища електромагнітної індукції та нерухомого провідника полягає не стільки у появі індукційного струму, скільки у виникненні електричного поля, що надає руху електричним зарядам.

Електричне поле, що виникає за зміни магнітного поля, має зовсім іншу природу, ніж електростатичне.

Воно не пов'язане безпосередньо з електричними зарядами і його лінії напруженості не можуть на них починатися і закінчуватися. Вони взагалі ніде не починаються і не закінчуються, а являють собою замкнуті лінії, подібні до ліній індукції магнітного поля. Це так зване вихрове електричне поле (Рис. 2.9).

Чим швидше змінюється магнітна індукція, тим більше напруженість електричного поля. Відповідно до правила Ленца у разі зростання магнітної індукції напрям вектора напруженості електричного поля утворює лівий гвинт із напрямом вектора . Це означає, що при обертанні гвинта з лівою нарізкою в напрямку ліній напруженості електричного поля поступальне переміщення гвинта збігається з вектором вектора магнітної індукції. Навпаки, при зменшенні магнітної індукції напрямок вектора напруженості утворює правий гвинт із напрямком вектора .

Напрямок силових ліній напруженості збігається з напрямом індукційного струму. Сила, що діє з боку вихрового електричного поля на заряд q (стороння сила), як і дорівнює = q. Але на відміну від стаціонарного електричного поля робота вихрового поля по переміщенню заряду q на замкнутому шляху не дорівнює нулю. Адже при переміщенні заряду вздовж замкнутої лінії напруженості електричного поля робота на всіх ділянках шляху має один і той же знак, оскільки сила та переміщення збігаються у напрямку. Робота вихрового електричного поля при переміщенні одиничного позитивного заряду вздовж замкненого нерухомого провідника чисельно дорівнює ЕРС індукції у цьому провіднику.

Індукційні струми у потужних провідниках.Особливо великого числового значення індукційні струми досягають у масивних провідниках через те, що їх опір мало.

Такі струми, звані струмами Фуко на ім'я французького фізика, що їх досліджував, можна використовувати для нагрівання провідників. На цьому принципі засновано влаштування індукційних печей, наприклад використовуваних у побуті НВЧ-печей. Також цей принцип використовується для плавки металів. Крім цього явище е.пектромагнітної індукції використовується в детекторах металу, що встановлюються при входах в будівлі аеровокзалів, театрів і т.д.

Однак у багатьох пристроях виникнення струмів Фуко призводить до марних і навіть небажаних втрат енергії виділення тепла. Тому залізні сердечники трансформаторів, електродвигунів, генераторів тощо роблять не суцільними, а що складаються з окремих пластин, ізольованих один від одного. Поверхні пластин повинні бути перпендикулярні до напрямку вектора напруженості вихрового електричного поля. Опір електричному струму пластин буде максимальним, а виділення тепла - мінімальним.

Застосування феритів.Радіоелектронна апаратура працює в області дуже високих частот (мільйони коливань за секунду). Тут застосування сердечників котушок з окремих пластин не дає потрібного ефекту, оскільки великі струми Фуко виникають у каледой пластині.

У § 7 зазначалося, що є магнітні ізолятори - ферити. При перемагнічуванні у феритах не виникають вихрові струми. Внаслідок втрати енергії на виділення в них тепла зводяться до мінімуму. Тому з феритів роблять сердечники високочастотних трансформаторів, магнітні антени транзисторів та ін. Феритові сердечники виготовляють із суміші порошків вихідних речовин. Суміш пресується і зазнає значної термічної обробки.

При швидкій зміні магнітного поля у звичайному феромагнетиці виникають індукційні струми, магнітне поле яких, відповідно до правила Ленца, перешкоджає зміні магнітного потоку в осерді котушки. Через це потік магнітної індукції практично не змінюється і сердечник не перемагнічується. У феритах вихрові струми дуже малі, тому їх можна швидко перемагнічувати.

Поряд із потенційним кулонівським електричним полем існує вихрове електричне поле. Лінії напруженості цього поля замкнуті. Вихрове поле породжується мінливим магнітним полем.

1. Якою є природа сторонніх сил, що викликають появу індукційного струму в нерухомому провіднику!
2. У чому відмінність вихрового електричного поля від електростатичного чи стаціонарного!
3. Що таке струми Фуко!
4. У чому переваги феритів у порівнянні зі звичайними феромагнетиками!

Мякішев Г. Я., Фізика . 11 клас: навч. для загальноосвіт. установ: базовий та профіл. рівні / Г. Я. Мякішев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругін; за ред. В. І. Ніколаєва, Н. А. Парфентьєвої. - 17-те вид., перероб. та дод. – М.: Просвітництво, 2008. – 399 с: іл.

Бібліотека з підручниками та книгами на скачку безкоштовно онлайн , Фізика та астрономія для 11 класу скачати , шкільна програма з фізики, плани конспектів уроків

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки