Το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής είναι η επαγωγή της ενέργειας ενός μαγνητικού πεδίου. Ηλεκτρικό πεδίο Vortex

Το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από το κύκλωμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. Η μαγνητική ροή Φ μέσω του κυκλώματος αυτού του αγωγού (λέγεται δική μαγνητική ροή) είναι ανάλογη με το μέτρο επαγωγής Β του μαγνητικού πεδίου μέσα στο κύκλωμα \(\αριστερά(\Phi \sim B \right)\), και η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου, με τη σειρά της, είναι ανάλογη με την ένταση ρεύματος στο κύκλωμα \ (\αριστερά(B\sim I \δεξιά)\ ).

Έτσι, η εγγενής μαγνητική ροή είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα στο κύκλωμα \(\left(\Phi \sim I \right)\). Αυτή η εξάρτηση μπορεί να αναπαρασταθεί μαθηματικά ως εξής:

\(\Phi = L \cdot I,\)

Που μεγάλοείναι ο συντελεστής αναλογικότητας, που λέγεται επαγωγή βρόχου.

Επαγωγή βρόχου- μια κλιμακωτή φυσική ποσότητα αριθμητικά ίση με την αναλογία της δικής της μαγνητικής ροής που διαπερνά το κύκλωμα προς την ισχύ του ρεύματος σε αυτό:

\(~L = \dfrac(\Phi)(I).\)

Η μονάδα SI για την επαγωγή είναι το henry (H):

1 H = 1 Wb / (1 A).

Η αυτεπαγωγή του κυκλώματος είναι 1 H εάν, με συνεχές ρεύμα 1 A, η μαγνητική ροή που διαμέσου του κυκλώματος είναι 1 Wb.

Η αυτεπαγωγή του κυκλώματος εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα του κυκλώματος, από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο βρίσκεται το κύκλωμα, αλλά δεν εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος στον αγωγό. Έτσι, η αυτεπαγωγή της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο

\(~L = \mu \cdot \mu_0 \cdot N^2 \cdot \dfrac(S)(l),\)

Όπου μ είναι η μαγνητική διαπερατότητα του πυρήνα, μ 0 είναι η μαγνητική σταθερά, Ν- αριθμός στροφών της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, μικρό- περιοχή πηνίου, μεγάλοείναι το μήκος της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.

Με το σχήμα και τις διαστάσεις του σταθερού κυκλώματος αμετάβλητες, η εγγενής μαγνητική ροή μέσω αυτού του κυκλώματος μπορεί να αλλάξει μόνο όταν αλλάξει η ισχύς του ρεύματος σε αυτό, δηλ.

\(\Delta \Phi =L \cdot \Delta I.\) (1)

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής

Εάν ένα συνεχές ρεύμα διέρχεται στο κύκλωμα, τότε υπάρχει ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο γύρω από το κύκλωμα και η ίδια η μαγνητική ροή που διεισδύει στο κύκλωμα δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Εάν το ρεύμα που διέρχεται στο κύκλωμα αλλάζει με το χρόνο, τότε η αντίστοιχα μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή και, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δημιουργεί ένα EMF στο κύκλωμα.

Η εμφάνιση επαγωγικού EMF σε ένα κύκλωμα, η οποία προκαλείται από μια αλλαγή στην ισχύ του ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα, ονομάζεται φαινόμενο της αυτεπαγωγής. Η αυτοεπαγωγή ανακαλύφθηκε από τον Αμερικανό φυσικό J. Henry το 1832.

Το EMF που εμφανίζεται ταυτόχρονα - EMF αυτοεπαγωγής E si . Το EMF αυτοεπαγωγής δημιουργεί ένα ρεύμα αυτοεπαγωγής στο κύκλωμα Εγώσι.

Η κατεύθυνση του ρεύματος αυτοεπαγωγής καθορίζεται από τον κανόνα του Lenz: το ρεύμα αυτοεπαγωγής κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε να εξουδετερώνει την αλλαγή στο κύριο ρεύμα. Εάν το κύριο ρεύμα αυξηθεί, τότε το ρεύμα αυτοεπαγωγής κατευθύνεται ενάντια στην κατεύθυνση του κύριου ρεύματος, εάν μειωθεί, τότε οι κατευθύνσεις του κύριου ρεύματος και του ρεύματος αυτοεπαγωγής συμπίπτουν.

Χρήση του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για ένα κύκλωμα με επαγωγή μεγάλοκαι την εξίσωση (1), λαμβάνουμε την έκφραση για το EMF της αυτοεπαγωγής:

\(E_(si) =-\dfrac(\Delta \Phi )(\Delta t)=-L\cdot \dfrac(\Delta I)(\Delta t).\)

Το emf αυτοεπαγωγής είναι ευθέως ανάλογο με τον ρυθμό μεταβολής της ισχύος ρεύματος στο κύκλωμα, που λαμβάνεται με το αντίθετο πρόσημο. Αυτή η φόρμουλα μπορεί να εφαρμοστεί μόνο με ομοιόμορφη αλλαγή στην ισχύ του ρεύματος. Με αυξανόμενο ρεύμα (Δ Εγώ> 0), αρνητικό EMF (E si< 0), т.е. индукционный ток направлен в противоположную сторону тока источника. При уменьшении тока (ΔΕγώ < 0), ЭДС положительная (E si >0), δηλ. το ρεύμα επαγωγής κατευθύνεται προς την ίδια κατεύθυνση με το ρεύμα της πηγής.

Από τον τύπο που προκύπτει προκύπτει ότι

\(L=-E_(si) \cdot \dfrac(\Delta t)(\Delta I).\)

Επαγωγή- αυτό είναι ένα φυσικό μέγεθος αριθμητικά ίσο με το EMF αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει κατά 1 A σε 1 δευτερόλεπτο.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής μπορεί να παρατηρηθεί σε απλά πειράματα. Το σχήμα 1 δείχνει ένα διάγραμμα της παράλληλης σύνδεσης δύο πανομοιότυπων λαμπτήρων. Ένα από αυτά συνδέεται με την πηγή μέσω μιας αντίστασης R, και το άλλο σε σειρά με το πηνίο μεγάλο. Όταν το κλειδί είναι κλειστό, η πρώτη λυχνία αναβοσβήνει σχεδόν αμέσως και η δεύτερη - με αισθητή καθυστέρηση. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στο τμήμα του κυκλώματος με μια λάμπα 1 δεν υπάρχει αυτεπαγωγή, επομένως δεν θα υπάρχει ρεύμα αυτοεπαγωγής και το ρεύμα σε αυτόν τον λαμπτήρα φτάνει σχεδόν αμέσως τη μέγιστη τιμή του. Στο χώρο με λάμπα 2 όταν το ρεύμα στο κύκλωμα αυξάνεται (από το μηδέν στο μέγιστο), εμφανίζεται ένα ρεύμα αυτοεπαγωγής I si, που αποτρέπει τη γρήγορη αύξηση του ρεύματος στη λάμπα. Το σχήμα 2 δείχνει ένα κατά προσέγγιση γράφημα της αλλαγής του ρεύματος στη λάμπα 2 όταν το κύκλωμα είναι κλειστό.

Όταν ανοίξει το κλειδί, το ρεύμα στη λάμπα 2 θα αποσυντεθεί επίσης αργά (Εικ. 3, α). Εάν η αυτεπαγωγή του πηνίου είναι αρκετά μεγάλη, τότε αμέσως μετά το άνοιγμα του κλειδιού, είναι δυνατή ακόμη και μια ελαφρά αύξηση του ρεύματος (η λάμπα 2 αναβοσβήνει πιο δυνατά), και μόνο τότε το ρεύμα αρχίζει να μειώνεται (Εικ. 3, β).

Ρύζι. 3

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής δημιουργεί μια σπίθα στο σημείο που ανοίγει το κύκλωμα. Εάν υπάρχουν ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες στο κύκλωμα, τότε ο σπινθήρας μπορεί να εισέλθει σε εκκένωση τόξου και να καταστρέψει τον διακόπτη. Για το άνοιγμα τέτοιων κυκλωμάτων σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, χρησιμοποιούνται ειδικοί διακόπτες.

Ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του κυκλώματος του επαγωγέα μεγάλομε ρεύμα Εγώ

\(~W_m = \dfrac(L \cdot I^2)(2).\)

Εφόσον \(~\Phi = L \cdot I\), τότε η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος (πηνίο) μπορεί να υπολογιστεί γνωρίζοντας οποιεσδήποτε δύο από τις τρεις τιμές ( Φ, Λ, Ι):

\(~W_m = \dfrac(L \cdot I^2)(2) = \dfrac(\Phi \cdot I)(2)=\dfrac(\Phi^2)(2L).\)

Η ενέργεια ενός μαγνητικού πεδίου που περιέχεται σε μια μονάδα όγκου χώρου που καταλαμβάνει το πεδίο ονομάζεται ογκομετρική ενεργειακή πυκνότηταμαγνητικό πεδίο:

\(\omega_m = \dfrac(W_m)(V).\)

*Παραγωγή του τύπου

1 συμπέρασμα.

Ας συνδέσουμε ένα αγώγιμο κύκλωμα με αυτεπαγωγή στην πηγή ρεύματος μεγάλο. Αφήστε το ρεύμα να αυξηθεί ομοιόμορφα από το μηδέν σε μια ορισμένη τιμή σε σύντομο χρονικό διάστημα Δt Εγώ (Δ Εγώ = Εγώ). Το EMF αυτοεπαγωγής θα είναι ίσο με

\(E_(si) =-L \cdot \dfrac(\Delta I)(\Delta t) = -L \cdot \dfrac(I)(\Delta t).\)

Για μια δεδομένη χρονική περίοδο Δ tΤο φορτίο μεταφέρεται μέσω του κυκλώματος

\(\Delta q = \αριστερά\langle I \right \rangle \cdot \Delta t,\)

όπου \(\left \langle I \right \rangle = \dfrac(I)(2)\) είναι η μέση τιμή του ρεύματος με την πάροδο του χρόνου Δ tμε ομοιόμορφη αύξηση από μηδέν σε Εγώ.

Ρεύμα σε κύκλωμα με αυτεπαγωγή μεγάλοφτάνει την τιμή του όχι αμέσως, αλλά σε κάποιο πεπερασμένο χρονικό διάστημα Δ t. Σε αυτή την περίπτωση, ένα EMF αυτοεπαγωγής E si εμφανίζεται στο κύκλωμα, το οποίο εμποδίζει την αύξηση της ισχύος του ρεύματος. Κατά συνέπεια, η πηγή ρεύματος, όταν είναι κλειστή, λειτουργεί ενάντια στο EMF της αυτοεπαγωγής, δηλ.

\(A = -E_(si) \cdot \Delta q.\)

Το έργο που δαπανάται από την πηγή για τη δημιουργία ρεύματος στο κύκλωμα (εξαιρουμένων των απωλειών θερμότητας) καθορίζει την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που αποθηκεύεται από το κύκλωμα μεταφοράς ρεύματος. Να γιατί

\(W_m = A = L \cdot \dfrac(I)(\Delta t) \cdot \dfrac(I)(2) \cdot \Delta t = \dfrac(L \cdot I^2)(2).\ )

2 συμπέρασμα.

Εάν το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από το ρεύμα που διέρχεται στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, τότε η επαγωγή και ο συντελεστής επαγωγής του μαγνητικού πεδίου του πηνίου είναι ίσοι

\(~L = \mu \cdot \mu_0 \cdot \dfrac (N^2)(l) \cdot S, \,\,\, ~B = \dfrac (\mu \cdot \mu_0 \cdot N \cdot I)(l)\)

\(I = \dfrac (B \cdot l)(\mu \cdot \mu_0 \cdot N).\)

Αντικαθιστώντας τις λαμβανόμενες εκφράσεις στον τύπο για την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου, λαμβάνουμε

\(~W_m = \dfrac (1)(2) \cdot \mu \cdot \mu_0 \cdot \dfrac (N^2)(l) \cdot S \cdot \dfrac (B^2 \cdot l^2) ((\mu \cdot \mu_0)^2 \cdot N^2) = \dfrac (1)(2) \cdot \dfrac (B^2)(\mu \cdot \mu_0) \cdot S \cdot l. \)

Εφόσον \(~S \cdot l = V\) είναι ο όγκος του πηνίου, η ενεργειακή πυκνότητα του μαγνητικού πεδίου είναι

\(\omega_m = \dfrac (B^2)(2\mu \cdot \mu_0),\)

που ΣΤΟ- μέτρο επαγωγής μαγνητικού πεδίου, μ - μαγνητική διαπερατότητα του μέσου, μ 0 - μαγνητική σταθερά.

Λογοτεχνία

Aksenovich L. A. Φυσική στο γυμνάσιο: Θεωρία. Καθήκοντα. Δοκιμές: Proc. επίδομα για ιδρύματα που παρέχουν γενική. περιβάλλοντα, εκπαίδευση / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Εκδ. Κ. Σ. Φαρίνο. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 351-355, 432-434.
Zhilko V.V. Φυσική: σχολικό βιβλίο. επίδομα για την 11η τάξη. γενική εκπαίδευση ιδρύματα με ρωσικά. lang. Εκπαίδευση με 12ετή θητεία (βασικό και ανώτερο επίπεδο) / V.V. Zhilko, L.G. Μάρκοβιτς. - Μν.: Ναρ. asveta, 2008. - S. 183-188.
Myakishev, G.Ya. Φυσική: Ηλεκτροδυναμική. 10-11 κύτταρα. : σπουδές. για εις βάθος μελέτη της φυσικής / Γ.Υα. Myakishev, Α.3. Sinyakov, V.A. Σλόμποντσκοφ. - M.: Bustard, 2005. - S. 417-424.

« Φυσική - 11η τάξη "

Αυτο-επαγωγή.

Εάν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο, τότε:
η μαγνητική ροή που διεισδύει στο πηνίο αλλάζει με το χρόνο,
και εμφανίζεται ένα επαγωγικό emf στο πηνίο.
Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτεπαγωγή.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, όσο αυξάνεται το ρεύμα, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στρέφεται ενάντια στο ρεύμα, δηλ. το πεδίο vortex εμποδίζει την άνοδο του ρεύματος.
Όταν το ρεύμα μειώνεται, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού και το ρεύμα κατευθύνονται με τον ίδιο τρόπο, δηλαδή το πεδίο της δίνης διατηρεί το ρεύμα.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής είναι παρόμοιο με το φαινόμενο της αδράνειας στη μηχανική.

Στη μηχανική:
Η αδράνεια οδηγεί στο γεγονός ότι υπό τη δράση της δύναμης το σώμα αποκτά μια ορισμένη ταχύτητα σταδιακά.
Το αμάξωμα δεν μπορεί να επιβραδυνθεί αμέσως, όσο μεγάλη κι αν είναι η δύναμη πέδησης.

Στην ηλεκτροδυναμική:
Όταν το κύκλωμα είναι κλειστό λόγω αυτεπαγωγής, η ισχύς του ρεύματος αυξάνεται σταδιακά.
Όταν το κύκλωμα ανοίγει, η αυτοεπαγωγή διατηρεί το ρεύμα για κάποιο χρονικό διάστημα, παρά την αντίσταση του κυκλώματος.

Το φαινόμενο της αυτο-επαγωγής παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην ηλεκτρική και ραδιομηχανική.

Η ενέργεια του ρεύματος του μαγνητικού πεδίου

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας ενέργεια μαγνητικού πεδίου, που δημιουργείται από το ρεύμα, είναι ίση με την ενέργεια που πρέπει να ξοδέψει η πηγή ρεύματος (για παράδειγμα, ένα γαλβανικό στοιχείο) για να δημιουργήσει το ρεύμα.
Όταν το κύκλωμα ανοίγει, αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε άλλες μορφές ενέργειας.

Κατά το κλείσιμοτο ρεύμα του κυκλώματος αυξάνεται.
Ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης εμφανίζεται στον αγωγό, που δρα ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από την πηγή ρεύματος.
Για να γίνει το ρεύμα ίσο με το I, η πηγή ρεύματος πρέπει να κάνει εργασία ενάντια στις δυνάμεις του πεδίου της δίνης.
Αυτό το έργο πηγαίνει στην αύξηση της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Κατά το άνοιγματο ρεύμα του κυκλώματος εξαφανίζεται.
Το πεδίο της δίνης κάνει θετική δουλειά.
Η ενέργεια που αποθηκεύεται από το ρεύμα απελευθερώνεται.
Αυτό αποκαλύπτεται, για παράδειγμα, από έναν ισχυρό σπινθήρα που εμφανίζεται όταν ανοίγει ένα κύκλωμα με μεγάλη αυτεπαγωγή.

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα που διέρχεται από το τμήμα του κυκλώματος με αυτεπαγωγή L προσδιορίζεται από τον τύπο

Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα έχει ενέργεια που είναι ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο της ισχύος του ρεύματος.

Η ενεργειακή πυκνότητα του μαγνητικού πεδίου (δηλαδή η ενέργεια ανά μονάδα όγκου) είναι ανάλογη με το τετράγωνο της μαγνητικής επαγωγής: w m ~ B 2,
ομοίως με το πώς η ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ηλεκτρικού πεδίου w e ~ E 2 .

ΚΡΑΤΙΚΟ ΑΥΤΟΝΟ ΕΠΑΓΓΕΛΜΑΤΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ

ΠΕΡΙΟΧΗ ΝΟΒΟΣΙΜΠΙΡΣΚ

"ΙΑΤΡΙΚΟ ΚΟΛΕΓΙΟ ΜΠΑΡΑΜΠΙΝΣΚΙ"

Εξετάστηκε στη συνάντηση

CMK OGSED

Αριθμός πρωτοκόλλου ___________

με ημερομηνία ____________ 2018

Πρόεδρος CMC

Khritankova N. Yu.

______________________

(υπογραφή)

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ

ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΔΑΣΚΑΛΟ

Ειδικότητα 34.02.01 Νοσηλευτική (με βασική εκπαίδευση)

Πειθαρχία: "Φυσική"

Ενότητα 3 Ηλεκτροδυναμική. Δονήσεις και κύματα. Οπτική

Προγραμματιστής - δάσκαλος Vashurina T.V.

Μεθοδικό φύλλο
Κατά προσέγγιση χρονοδιάγραμμα μαθήματος
Πρώτη ύλη
Παράρτημα Νο 1 Έλεγχος γνώσεων για το προηγούμενο θέμα
Παράρτημα Νο. 2 Εργασίες εμπέδωσης και συστηματοποίησης της νέας γνώσης
Παράρτημα Νο. 3 Εργασίες για προκαταρκτικό έλεγχο της γνώσης
Παράρτημα Αρ. 4 Υλικό ελέγχου
Εργασία για ανεξάρτητη εξωσχολική εργασία των μαθητών
Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν

Απόσπασμα από το πρόγραμμα εργασίας του κλάδου "Φυσική"

για την ειδικότητα 34.02.01 Νοσηλευτική (με βασική εκπαίδευση)

Όνομα ενοτήτων και θεμάτων		Ένταση ρολογιού
Θέμα 3.14 Αυτοεπαγωγή. Επαγωγή. EMF αυτοεπαγωγής. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.
	Έννοιες: αυτεπαγωγή, επαγωγή. Επαγωγή μαγνητικού πεδίου. Τύπος για τον υπολογισμό της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου. Εξάσκηση στην ικανότητα χρήσης με σιγουριά φυσικής ορολογίας και συμβόλων.
	Εργαστηριακές εργασίες
	Πρακτικό μάθημα
	Δοκιμή
	Ανεξάρτητη εργασία μαθητών: Εργαστείτε με το ηλεκτρονικό συμπλήρωμα του σχολικού βιβλίου "Φυσική 10". Εργασία με ένα σχολικό βιβλίο, κάνοντας ασκήσεις. Εργαστείτε με σημειώσεις διαλέξεων.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΟ ΦΥΛΛΟ

Τύπος μαθήματος:συνδυασμένο μάθημα.

Τύπος τάξης: συνομιλία, επεξήγηση με επίδειξη οπτικών βοηθημάτων, επίλυση προβλημάτων.

Διάρκεια: 90 λεπτά.

ΣΤΟΧΟΙ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Μαθησιακοί στόχοι:να σχηματίσουν ιδέες για το ρόλο και τη θέση της φυσικής στη σύγχρονη επιστημονική εικόνα του κόσμου. κατανόηση της φυσικής ουσίας των φαινομένων που παρατηρούνται στο Σύμπαν μέσω της μελέτης της έννοιας της αυτοεπαγωγής, της επαγωγής, του EMF αυτοεπαγωγής, της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου. για να προωθήσετε το σχηματισμό της ικανότητας να κυριαρχήσετε θεμελιώδεις φυσικές έννοιες, χρησιμοποιήστε με αυτοπεποίθηση φυσική ορολογία και σύμβολα. Να συμβάλει στη διαμόρφωση της ικανότητας να οργανώνει τις δικές του δραστηριότητες, να επιλέγει τυπικές μεθόδους και τρόπους εκτέλεσης ασκήσεων (ΟΚ 2).

Στόχοι ανάπτυξης:αναπτύξουν ενδιαφέρον για το μελλοντικό επάγγελμα, κατανοώντας την ουσία και την κοινωνική σημασία (ΟΚ 1), συμβάλλουν στη διαμόρφωση της ικανότητας επίλυσης σωματικών προβλημάτων.

Εκπαιδευτικοί στόχοι:προώθηση της ανάπτυξης των δεξιοτήτων επικοινωνίας· δημιουργία συνθηκών για την ανάπτυξη της ταχύτητας αντίληψης και επεξεργασίας πληροφοριών, πολιτισμού λόγου. να διαμορφώσει την ικανότητα εργασίας σε ομάδα και ομάδα (ΟΚ 6).

ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ: επεξηγηματικό και ενδεικτικό με χρήση τεχνολογίας πληροφοριών, αναπαραγωγικό.

Τοποθεσία:αμφιθέατρο κολεγίου.

ΚΙΝΗΤΡΟ

Θέμα 3.14 «Αυτοεπαγωγή. Επαγωγή. EMF αυτοεπαγωγής. Ενέργεια του Μαγνητικού Πεδίου» περιλαμβάνεται στο πρόγραμμα για το γνωστικό αντικείμενο «Φυσική» και κατέχει σημαντική θέση, γιατί η γνώση που αποκτάται στη μελέτη αυτού του θέματος είναι απαραίτητη για τη μελέτη πολλών θεμάτων τόσο στο πλαίσιο του προγράμματος στη φυσική όσο και στη μελέτη συναφών κλάδων (χημεία, μαθηματικά). Ο κίνδυνος της εργασίας με ηλεκτρικές συσκευές έγκειται στο γεγονός ότι το ρεύμα, το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος και η τάση δεν έχουν εξωτερικά σημάδια που θα επέτρεπαν σε ένα άτομο με τη βοήθεια των αισθήσεων (όραση, ακοή, όσφρηση) να ανιχνεύσει επικείμενος κίνδυνος και λάβετε προφυλάξεις.

Υπάρχουν 2 ώρες διδασκαλίας για αυτό το μάθημα. Κατά τη διάρκεια του συνδυασμένου μαθήματος, η γνώση ενημερώνεται με τη μορφή προφορικής έρευνας προκειμένου να ελεγχθεί η υπολειπόμενη γνώση που είναι απαραίτητη κατά τη μελέτη νέου υλικού. άμεση μελέτη νέου υλικού. Πρωταρχική ενοποίηση νέου υλικού με την επίλυση προβλημάτων σχετικά με αυτό το θέμα. Ο έλεγχος του επιπέδου αφομοίωσης νέου υλικού πραγματοποιείται με τη μορφή δοκιμών μαθητών. Κάθε μορφωμένο άτομο χρειάζεται να βελτιώνει συνεχώς τις γνώσεις του στον τομέα της φυσικής, να αναπτύσσει ενδιαφέρον για το μελλοντικό του επάγγελμα, να κατανοεί την ουσία και την κοινωνική σημασία (GC 1), να μαθαίνει πώς να οργανώνει τις δραστηριότητές του, να μπορεί να επιλέγει μεθόδους και τρόπους εκτέλεσης εργασιών και αξιολογεί περαιτέρω την ποιότητά τους (GC 2), και είναι επίσης απαραίτητο ο μελλοντικός ιατρός να μάθει πώς να εργάζεται σε ομάδα και ομάδα (OK6).

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΧΡΟΝΟΛΟΓΙΟ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Καλλιτεχνικό ψευδώνυμο	χρόνος	Σκοπός της σκηνής	Δραστηριότητα		Εξοπλισμός
Καλλιτεχνικό ψευδώνυμο	χρόνος	Σκοπός της σκηνής	δάσκαλος	Φοιτητές	Εξοπλισμός

Οργανωτικό στάδιο		Οργάνωση της έναρξης των μαθημάτων, η διαμόρφωση της ικανότητας να οργανώνουν τις δικές τους δραστηριότητες (ΟΚ 2).	Χαιρετίσματα. Έλεγχος της ετοιμότητας του κοινού. Σημειώνει τους μαθητές που απουσιάζουν στο περιοδικό.	Ο διευθυντής καλεί τους μαθητές που απουσιάζουν. Οι μαθητές προσαρμόζουν την εμφάνιση, προετοιμάζουν εργασίες.	Περιοδικό, τετράδια για περιλήψεις.
Έλεγχος γνώσεων για το προηγούμενο θέμα		Αξιολόγηση του επιπέδου σχηματισμού γνώσεων για το προηγούμενο θέμα. Ανάπτυξη ικανού λόγου των μαθητών, αυτοέλεγχος των γνώσεών τους.	Καθοδηγεί και διεξάγει τον έλεγχο της γνώσης.	Επαναλάβετε την εργασία για το σπίτι, απαντήστε προφορικά.	Ερωτήσεις για προφορική έρευνα. Παράρτημα 1.
Στάδιο παρακίνησης και καθορισμός στόχων		Ανάπτυξη ενδιαφέροντος για το μελλοντικό επάγγελμα, κατανόηση της ουσίας και της κοινωνικής σημασίας (GC 1), καθορισμός προτεραιοτήτων στη μελέτη του θέματος.	Εξηγεί στους μαθητές τη σημασία της μελέτης αυτού του θέματος, εκφράζει τους στόχους του μαθήματος.	Ακούνε, κάνουν ερωτήσεις, γράφουν ένα νέο θέμα σε ένα τετράδιο.	Μεθοδική ανάπτυξη συνδυασμένου μαθήματος, παρουσίαση πολυμέσων.
Δήλωση βασικών πληροφοριών		Διαμόρφωση γνώσης, κατανόηση της ουσίας και της κοινωνικής σημασίας του μελλοντικού τους επαγγέλματος (ΟΚ 1), Διαμόρφωση ιδεών για το ρόλο και τη θέση της φυσικής στη σύγχρονη επιστημονική εικόνα του κόσμου. κατανόηση της φυσικής ουσίας των φαινομένων που παρατηρούνται στο Σύμπαν μέσω της μελέτης της έννοιας της αυτοεπαγωγής, της επαγωγής, του EMF αυτοεπαγωγής, της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου. για να προωθήσετε το σχηματισμό της ικανότητας να κυριαρχήσετε θεμελιώδεις φυσικές έννοιες, χρησιμοποιήστε με αυτοπεποίθηση φυσική ορολογία και σύμβολα.	Παρουσιάζει νέο υλικό, παρουσιάζει παρουσίαση.	Ακούστε, διαβάστε υλικό σε διαφάνειες, γράψτε.	Μεθοδολογική ανάπτυξη (πηγαίο υλικό), εξοπλισμός πολυμέσων, παρουσίαση πολυμέσων.
Ολοκλήρωση εργασιών για την εμπέδωση της γνώσης		Εμπέδωση, συστηματοποίηση, γενίκευση της νέας γνώσης. Αναπτύξτε δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων. Οργάνωση δικών τους δραστηριοτήτων, επιλογή τυπικών μεθόδων και μεθόδων επίλυσης προβλημάτων, αξιολόγηση της εφαρμογής τους (ΟΚ2).	Καθοδηγεί και ελέγχει την εκτέλεση εργασιών, συζητά για την ορθότητα των απαντήσεων, απαντά στις ερωτήσεις των μαθητών.	Εκτελέστε εργασίες, ακούστε τις σωστές απαντήσεις μετά την ολοκλήρωση, κάντε προσαρμογές, κάντε ερωτήσεις.
Προκαταρκτικός έλεγχος νέων γνώσεων		Αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας του μαθήματος και εντοπισμός ελλείψεων στη νέα γνώση.	Καθοδηγεί και επιβλέπει.	Απαντήστε προφορικά σε ερωτήσεις.	Ερωτήσεις για προκαταρκτικό έλεγχο γνώσεων. Παράρτημα 3
Τελικός έλεγχος. Αμοιβαίος έλεγχος		Εμπέδωση της ύλης, διαμόρφωση ικανότητας εξαγωγής συμπερασμάτων, γενίκευση. Διαμόρφωση ικανότητας ομαδικής εργασίας (ΟΚ6). Παρακολούθηση αφομοίωσης γνώσεων και δεξιοτήτων των μαθητών.	Ελέγχει την πρόοδο της εργασίας. Ελέγχει τον αμοιβαίο έλεγχο, εξηγεί τα κριτήρια αξιολόγησης.	Εργαστείτε σε μικρές ομάδες, λύστε προβλήματα σύμφωνα με το μοντέλο (γραπτά). Παρέχουν την ολοκληρωμένη εργασία, συγκρίνουν τις απαντήσεις με τα πρότυπα, δίνουν βαθμούς.	υλικό ελέγχου. Παράρτημα 4 Διαφάνεια παρουσίασης με δείγματα απαντήσεων και κριτήρια επισήμανσης.
Συνοψίζοντας το μάθημα		Ανάπτυξη συναισθηματικής σταθερότητας, πειθαρχίας, αντικειμενικότητας στην αξιολόγηση των πράξεών του, ικανότητα εργασίας σε ομάδα και ομάδα (ΟΚ6).	Αξιολογεί το έργο της ομάδας στο σύνολό της. Ανακοινώνει βαθμούς, παρακινεί τους μαθητές, αναδεικνύει τους πιο προετοιμασμένους.	Ακούστε, συμμετάσχετε στη συζήτηση, κάντε ερωτήσεις.	Ομαδικό περιοδικό.
Εργασία για ανεξάρτητη εξωσχολική εργασία των μαθητών			Αναθέτει εργασία για ανεξάρτητη εξωσχολική εργασία των μαθητών, καθοδηγεί για τη σωστή εφαρμογή, κριτήρια αξιολόγησης.	Καταγράψτε την εργασία.	Διαφάνεια παρουσίασης με εργασία για το σπίτι.

ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ

Σχέδιο παρουσίασης εκπαιδευτικού υλικού για το θέμα

«Αυτοεπαγωγή. Επαγωγή. EMF αυτοεπαγωγής. Ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.

Αυτο-επαγωγή.

Επαγωγή.

EMF αυτοεπαγωγής.

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.

1. Αυτοεπαγωγή- το φαινόμενο της εμφάνισης EMF επαγωγής σε ένα αγώγιμο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει σε αυτό. Το emf που προκύπτει ονομάζεται EMF αυτοεπαγωγής.

Εκδήλωση του φαινομένου της αυτεπαγωγής.

Κλείσιμο του κυκλώματος.Όταν ένα κύκλωμα είναι κλειστό, το ρεύμα αυξάνεται, γεγονός που προκαλεί αύξηση της μαγνητικής ροής στο πηνίο, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, που κατευθύνεται ενάντια στο ρεύμα, δηλ. εμφανίζεται ένα EMF αυτο-επαγωγής στο πηνίο, το οποίο εμποδίζει την άνοδο του ρεύματος στο κύκλωμα (το πεδίο της δίνης επιβραδύνει τα ηλεκτρόνια).

Ως αποτέλεσμα, το L1 ανάβει αργότερααπό το L2.

Άνοιγμα του κυκλώματος.

Όταν ανοίγει το ηλεκτρικό κύκλωμα, το ρεύμα μειώνεται, υπάρχει μείωση της μαγνητικής ροής στο πηνίο, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, κατευθυνόμενο σαν ρεύμα (τείνει να διατηρεί την ίδια ένταση ρεύματος), δηλ. Στο πηνίο εμφανίζεται ένα αυτοεπαγωγικό emf, το οποίο διατηρεί το ρεύμα στο κύκλωμα. Ως αποτέλεσμα, το L αναβοσβήνει έντονα όταν είναι απενεργοποιημένο.

2. Επαγωγή, ή συντελεστής αυτοεπαγωγής - μια παράμετρος ενός ηλεκτρικού κυκλώματος που καθορίζει το EMF αυτοεπαγωγής που προκαλείται στο κύκλωμα όταν το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό αλλάζει και (και) την παραμόρφωσή του. Ο όρος «επαγωγή» αναφέρεται επίσης σε ένα πηνίο αυτοεπαγωγής, το οποίο καθορίζει τις επαγωγικές ιδιότητες του κυκλώματος.

Επαγωγή- μια φυσική ποσότητα αριθμητικά ίση με το EMF αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει κατά 1 A σε 1 s.

Ф - μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος, I - ισχύς ρεύματος στο κύκλωμα.

Μονάδα επαγωγής SI Αυτεπαγωγής(H): [L] = [ ] = []= Hn; 1 Hn = 1
.

Η επαγωγή, όπως και η χωρητικότητα, εξαρτάται από τη γεωμετρία του αγωγού - το μέγεθος και το σχήμα του, αλλά δεν εξαρτάται από την ένταση ρεύματος στον αγωγό. Επιπλέον, η επαγωγή εξαρτάται από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός.

Επαγωγή πηνίουεξαρτάται από:

− αριθμός στροφών,

− διαστάσεις και σχήμα του πηνίου.

− στη σχετική μαγνητική διαπερατότητα του μέσου (πιθανός πυρήνας).

Ρεύματα κλεισίματος και ανοίγματος.

Με οποιαδήποτε ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του ρεύματος στο κύκλωμα, τα λεγόμενα εξωρεύματα αυτο-επαγωγής (εξω ρεύματα κλεισίματος και ανοίγματος),που προκύπτουν στο κύκλωμα λόγω του φαινομένου της αυτεπαγωγής και αποτρέπουν (σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz) την αύξηση ή τη μείωση του ρεύματος στο κύκλωμα. Η επαγωγή χαρακτηρίζει την αδράνεια ενός κυκλώματος ως προς τη μεταβολή του ρεύματος σε αυτό και μπορεί να θεωρηθεί ως ηλεκτροδυναμικό ανάλογο της μάζας ενός σώματος στη μηχανική, το οποίο είναι ένα μέτρο της αδράνειας ενός σώματος. Σε αυτή την περίπτωση, η τρέχουσα δύναμη I παίζει το ρόλο της ταχύτητας του σώματος.

3. EMF αυτοεπαγωγής.

αυτοεπαγωγή - η εμφάνιση επαγωγικού EMF σε ένα αγώγιμο κύκλωμα όταν αλλάζει η ισχύς του ρεύματος σε αυτό. Το επαγωγικό emf εμφανίζεται όταν αλλάζει η μαγνητική ροή. Αν αυτή η αλλαγή προκαλείται από το δικό της ρεύμα, τότε μιλάμε για Αυτο-επαγωγή EMF :

ε είναι =–
= -L ,

που μεγάλο- η αυτεπαγωγή του κυκλώματος ή του συντελεστής αυτοεπαγωγής.

4. Ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Βρείτε την ενέργεια που διαθέτει το ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα είναι ίση με την ενέργεια που πρέπει να ξοδέψει η πηγή ρεύματος (γαλβανική κυψέλη, γεννήτρια σε μονάδα παραγωγής ενέργειας, κ.λπ.) για να δημιουργήσει ρεύμα. Όταν διακόπτεται το ρεύμα, αυτή η ενέργεια απελευθερώνεται με τη μία ή την άλλη μορφή.

Ας μάθουμε γιατί είναι απαραίτητο να ξοδέψουμε ενέργεια για να δημιουργήσουμε ένα ρεύμα, δηλαδή είναι απαραίτητο να κάνουμε δουλειά. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, όταν το ρεύμα αρχίζει να αυξάνεται, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον αγωγό, που δρα ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται στον αγωγό λόγω της πηγής ρεύματος. Για να γίνει το ρεύμα ίσο με το I, η πηγή ρεύματος πρέπει να κάνει εργασία ενάντια στις δυνάμεις του πεδίου της δίνης. Αυτό το έργο πηγαίνει στην αύξηση της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Όταν το κύκλωμα ανοίγει, το ρεύμα εξαφανίζεται και το πεδίο της δίνης κάνει θετική δουλειά. Η ενέργεια που αποθηκεύεται από το ρεύμα απελευθερώνεται. Αυτό ανιχνεύεται από έναν ισχυρό σπινθήρα που εμφανίζεται όταν ανοίγει ένα κύκλωμα με μεγάλη αυτεπαγωγή.

Μπορείτε να γράψετε μια έκφραση για την ενέργεια του ρεύματος I που διαρρέει ένα κύκλωμα με αυτεπαγωγή L (δηλαδή για την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος), με βάση την αναλογία μεταξύ αδράνειας και αυτοεπαγωγής, που αναφέρθηκε παραπάνω.

Εάν η αυτεπαγωγή είναι παρόμοια με την αδράνεια, τότε η επαγωγή στη διαδικασία δημιουργίας ρεύματος θα πρέπει να παίζει τον ίδιο ρόλο με τη μάζα κατά την αύξηση της ταχύτητας ενός σώματος στη μηχανική. Ο ρόλος της ταχύτητας ενός σώματος στην ηλεκτροδυναμική παίζει η ισχύς ρεύματος I ως ποσότητα που χαρακτηρίζει την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων.

Αν ναι, τότε η ενέργεια του ρεύματος W m μπορεί να θεωρηθεί τιμή παρόμοια με την κινητική ενέργεια του σώματος
στη μηχανική, και γράψτε ως W m =
(**).

Είναι αυτή η έκφραση για την ενέργεια του ρεύματος που προκύπτει ως αποτέλεσμα των υπολογισμών.

Η ενέργεια του ρεύματος (**) εκφράζεται μέσω του γεωμετρικού χαρακτηριστικού του αγωγού L και η ισχύς του ρεύματος σε αυτόν I. Αλλά η ίδια ενέργεια μπορεί να εκφραστεί και μέσω των χαρακτηριστικών του πεδίου. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η ενεργειακή πυκνότητα ενός μαγνητικού πεδίου (δηλαδή η ενέργεια ανά μονάδα όγκου) είναι ανάλογη με το τετράγωνο της μαγνητικής επαγωγής, όπως η ενεργειακή πυκνότητα ενός ηλεκτρικού πεδίου είναι ανάλογη με το τετράγωνο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

Βασικοί τύποι:

Ο νόμος του Faraday(με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής): ε = –
, όπου ΔΦ είναι η μεταβολή της μαγνητικής ροής, Δt είναι το χρονικό διάστημα κατά το οποίο συνέβη αυτή η αλλαγή.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής είναιστο ότι όταν το ρεύμα αλλάζει στο κύκλωμα, προκύπτει ένα EMF που αντιτίθεται σε αυτήν την αλλαγή.

Μαγνητική ροή Fμέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το περίγραμμα, είναι ευθέως ανάλογη με την ένταση ρεύματος I στο κύκλωμα: Ф \u003d LI,

όπου ο Λ - συντελεστής αναλογικότητας, που ονομάζεται επαγωγή.

Αυτο-επαγωγή EMFεκφράζεται μέσω της μεταβολής της ισχύος ρεύματος στο κύκλωμα ΔI με τον ακόλουθο τύπο:

ε = -
=-L όπου Δt είναι ο χρόνος κατά τον οποίο συνέβη αυτή η αλλαγή.

Ενέργεια μαγνητικού πεδίουΤο W εκφράζεται με τον τύπο: W=

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ №1

ΕΛΕΓΧΟΣ ΓΝΩΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ ΘΕΜΑ (προφορικό)

Ο κανόνας του Lenz. Δινορεύματα. Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία του Μάξγουελ»

Ο κανόνας του Lenz.

Απάντηση: Ο Faraday διαπίστωσε πειραματικά ότι όταν η μαγνητική ροή αλλάζει σε ένα αγώγιμο κύκλωμα, προκύπτει ένα EMF επαγωγής ίσο με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το κύκλωμα, που λαμβάνεται με το πρόσημο μείον:

Αυτός ο τύπος ονομάζεται νόμος του Faraday.

Η εμπειρία δείχνει ότι το ρεύμα επαγωγής που διεγείρεται σε ένα κλειστό κύκλωμα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή κατευθύνεται πάντα με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί να αποτρέπει μια αλλαγή στη μαγνητική ροή που προκαλεί το ρεύμα επαγωγής. Αυτή η δήλωση, που διατυπώθηκε το 1833, ονομάζεται κανόνας του Lenz.

Ρύζι. 1 απεικονίζει τον κανόνα του Lenz στο παράδειγμα ενός σταθερού αγώγιμου κυκλώματος, το οποίο βρίσκεται σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, του οποίου ο συντελεστής επαγωγής αυξάνεται με το χρόνο.

Ο κανόνας του Lenz αντανακλά το πειραματικό γεγονός ότι και έχουν πάντα αντίθετα πρόσημα (το πρόσημο μείον στον τύπο του Faraday). Ο κανόνας του Lenz έχει ένα βαθύ φυσικό νόημα - εκφράζει το νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Ο κανόνας του Lenz (νόμος του Lenz)καθιερώθηκε από τον E. X. Lenz το 1834. Καθορίζει το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, που ανακαλύφθηκε το 1831 από τον M. Faraday. Ο κανόνας του Lenz καθορίζει την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής σε ένα κλειστό κύκλωμα όταν αυτό κινείται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής είναι πάντα τέτοια ώστε οι δυνάμεις που δέχεται από την πλευρά του μαγνητικού πεδίου αντιτίθενται στην κίνηση του κυκλώματος και στη μαγνητική ροή που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα φάΕγώεπιδιώκει να αντισταθμίσει τις αλλαγές στην εξωτερική μαγνητική ροή φάμι.

Ο νόμος του Lenz είναι μια έκφραση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας για ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Πράγματι, όταν ένα κλειστό κύκλωμα κινείται σε μαγνητικό πεδίο λόγω εξωτερικών δυνάμεων, είναι απαραίτητο να εκτελεστεί κάποια εργασία ενάντια στις δυνάμεις που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση του επαγόμενου ρεύματος με το μαγνητικό πεδίο και κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση από την κίνηση.

Ο κανόνας του Lenz απεικονίζεται από το σχήμα:

Εάν ένας μόνιμος μαγνήτης ωθηθεί σε ένα πηνίο κλειστό σε ένα γαλβανόμετρο, το ρεύμα επαγωγής στο πηνίο θα έχει τέτοια κατεύθυνση που θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο με διάνυσμα ΣΤΟ", που κατευθύνεται αντίθετα από το διάνυσμα επαγωγής μαγνητικού πεδίου ΣΤΟ, δηλαδή, θα σπρώξει τον μαγνήτη έξω από το πηνίο ή θα εμποδίσει την κίνησή του. Όταν τραβάτε τον μαγνήτη έξω από το πηνίο, αντίθετα, το πεδίο που δημιουργείται από το επαγωγικό ρεύμα θα προσελκύσει το πηνίο, δηλαδή θα εμποδίσει ξανά την κίνησή του.

Περιγράψτε τον αλγόριθμο για την εφαρμογή του κανόνα Lenz στην πράξη.

Απάντηση:Για να εφαρμόσετε τον κανόνα Lenz για να καθορίσετε την κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος Εγώμιστο κύκλωμα, πρέπει να ακολουθήσετε αυτές τις συστάσεις:

1. Ρυθμίστε την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.

2. Μάθετε εάν η ροή μαγνητικής επαγωγής αυτού του πεδίου αυξάνεται μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το περίγραμμα ( ΔF 0), ή μειώνεται ( ΔF

3. Ρυθμίστε την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος επαγωγής ΕγώΕγώ. Αυτές οι γραμμές θα πρέπει να κατευθύνονται, σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, απέναντι από τις γραμμές if ΔF 0, και έχουν την ίδια κατεύθυνση με αυτές αν ΔF

4. Γνωρίζοντας την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής, προσδιορίστε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής ΕγώΕγώ, χρησιμοποιώντας κανόνας του gimlet.

3. Ποιοι είναι οι λόγοι της αλλαγής της μαγνητικής ροής (απαντούν 2 άτομα).

Απάντηση:Μια αλλαγή στη μαγνητική ροή που διαπερνά ένα κλειστό κύκλωμα μπορεί να συμβεί για δύο λόγους.

1. Η μαγνητική ροή αλλάζει λόγω της κίνησης του κυκλώματος ή των τμημάτων του σε ένα μαγνητικό πεδίο σταθερά στο χρόνο. Αυτό συμβαίνει όταν οι αγωγοί, και μαζί τους οι ελεύθεροι φορείς φορτίου, κινούνται σε μαγνητικό πεδίο. Η εμφάνιση του επαγωγικού EMF εξηγείται από τη δράση της δύναμης Lorentz στα ελεύθερα φορτία σε κινούμενους αγωγούς. Η δύναμη Lorentz παίζει το ρόλο μιας εξωτερικής δύναμης σε αυτή την περίπτωση.

Εξετάστε, ως παράδειγμα, την εμφάνιση επαγωγικού EMF σε ένα ορθογώνιο κύκλωμα τοποθετημένο σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο κάθετο στο επίπεδο του κυκλώματος. Αφήστε μια από τις πλευρές ενός περιγράμματος μήκους l να γλιστρήσει κατά μήκος των άλλων δύο πλευρών με ταχύτητα (Εικ. 2).

Η δύναμη Lorentz δρα σε δωρεάν χρεώσεις σε αυτό το τμήμα του περιγράμματος. Ένα από τα συστατικά αυτής της δύναμης, που σχετίζεται με την ταχύτητα μεταφοράς των φορτίων, κατευθύνεται κατά μήκος του αγωγού. Αυτό το στοιχείο φαίνεται στο Σχ. 1.20.3. Παίζει το ρόλο μιας εξωτερικής δύναμης. Το μέτρο του είναι

Σύμφωνα με τον ορισμό του EMF

Σε άλλα σταθερά μέρη του περιγράμματος, η εξωτερική δύναμη είναι μηδέν. Η αναλογία για το ind μπορεί να δοθεί μια οικεία μορφή. Κατά τη διάρκεια του χρόνου Δt, η περιοχή του περιγράμματος αλλάζει κατά ΔS = lυΔt. Η μεταβολή της μαγνητικής ροής κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου είναι ίση με ΔΦ = BlυΔt. Συνεπώς,

Για να ορίσετε το πρόσημο στον τύπο σύνδεσης και, πρέπει να επιλέξετε την κατεύθυνση της κανονικής και της θετικής κατεύθυνσης της διάβασης του περιγράμματος, οι οποίες είναι συνεπείς μεταξύ τους σύμφωνα με τον κανόνα του δεξιού στεφανιού, όπως γίνεται στο Σχ. . 1.20.1 και 1.20.2. Εάν γίνει αυτό, τότε είναι εύκολο να φτάσουμε στη φόρμουλα Faraday.

Εάν η αντίσταση ολόκληρου του κυκλώματος είναι R, τότε θα διαρρέει επαγωγικό ρεύμα ίσο με αυτό. Κατά τη διάρκεια του χρόνου Δt, η θερμότητα Joule θα απελευθερωθεί στην αντίσταση R

Τίθεται το ερώτημα: από πού προέρχεται αυτή η ενέργεια, γιατί η δύναμη Lorentz δεν λειτουργεί! Αυτό το παράδοξο προέκυψε επειδή λάβαμε υπόψη το έργο μόνο ενός συστατικού της δύναμης Lorentz. Όταν ένα επαγωγικό ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο, τα ελεύθερα φορτία επηρεάζονται από μια άλλη συνιστώσα της δύναμης Lorentz, που σχετίζεται με τη σχετική ταχύτητα των φορτίων κατά μήκος του αγωγού. Αυτό το στοιχείο είναι υπεύθυνο για την εμφάνιση της δύναμης του αμπέρ. Για την περίπτωση που φαίνεται στο Σχ. 1.20.3, το μέτρο δύναμης του Ampère είναι ίσο με FA = I B l. Η δύναμη Ampere κατευθύνεται προς την κίνηση του αγωγού. ως εκ τούτου, εκτελεί αρνητική μηχανική εργασία. Κατά τη διάρκεια του χρόνου Δt, αυτό το έργο Amex ισούται με

Ένας αγωγός που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, μέσω του οποίου ρέει ένα ρεύμα επαγωγής, αντιμετωπίζει μαγνητική πέδηση. Το συνολικό έργο της δύναμης Lorentz είναι μηδέν. Η θερμότητα τζάουλ απελευθερώνεται στο κύκλωμα είτε λόγω της εργασίας μιας εξωτερικής δύναμης που διατηρεί την ταχύτητα του αγωγού αμετάβλητη, είτε λόγω της μείωσης της κινητικής ενέργειας του αγωγού.

2. Ο δεύτερος λόγος για τη μεταβολή της μαγνητικής ροής που διεισδύει στο κύκλωμα είναι η μεταβολή του χρόνου του μαγνητικού πεδίου όταν το κύκλωμα είναι ακίνητο. Σε αυτή την περίπτωση, η εμφάνιση του EMF επαγωγής δεν μπορεί πλέον να εξηγηθεί από τη δράση της δύναμης Lorentz. Τα ηλεκτρόνια σε έναν σταθερό αγωγό μπορούν να τεθούν σε κίνηση μόνο από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Το έργο αυτού του πεδίου όταν κινείται ένα μόνο θετικό φορτίο κατά μήκος ενός κλειστού κυκλώματος είναι ίσο με το EMF επαγωγής σε έναν ακίνητο αγωγό. Επομένως, το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δεν είναι δυναμικό. Ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο δίνης. Η ιδέα ενός ηλεκτρικού πεδίου δίνης εισήχθη στη φυσική από τον μεγάλο Άγγλο φυσικό Τζέιμς Μάξγουελ το 1861.

4. Περιγράψτε την εμφάνιση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε σταθερούς αγωγούς.

Απάντηση: Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε σταθερούς αγωγούς, το οποίο συμβαίνει όταν αλλάζει το περιβάλλον μαγνητικό πεδίο, περιγράφεται επίσης με τον τύπο Faraday. Έτσι, τα φαινόμενα επαγωγής σε κινούμενους και ακίνητους αγωγούς προχωρούν με τον ίδιο τρόπο, αλλά η φυσική αιτία της εμφάνισης του επαγωγικού ρεύματος αποδεικνύεται διαφορετική σε αυτές τις δύο περιπτώσεις: στην περίπτωση των κινούμενων αγωγών, το επαγωγικό EMF οφείλεται στη δύναμη Lorentz? Στην περίπτωση των σταθερών αγωγών, το EMF επαγωγής είναι συνέπεια της δράσης στα ελεύθερα φορτία του ηλεκτρικού πεδίου της δίνης που εμφανίζεται όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο.

5. Περιγράψτε τη χρήση δινορευμάτων χρησιμοποιώντας το παράδειγμα λειτουργίας διαφόρων συσκευών.

Απάντηση:

Στην Ρωσία.

Στον ηλεκτροκινητήρα, όταν περνάει ρεύμα, εμφανίζεται μια ροπή

Ο πρώτος ηλεκτροκινητήρας σχεδιάστηκε από τον Jacobi (1836).

Τα κλειστά ρεύματα που εμφανίζονται σε συνεχή αγώγιμα μέσα ονομάζονται δινορεύματα ή Ρεύματα Φουκώπήρε το όνομά του από τον Γάλλο επιστήμονα που τα ανακάλυψε. Τα ρεύματα Foucault μπορεί να είναι επιβλαβή (στους πυρήνες των μετασχηματιστών, περιστρεφόμενα μέρη γεννητριών και κινητήρων, τα ρεύματα Foucault προκαλούν άχρηστη θέρμανση) και ωφέλιμα (σε επαγωγικούς φούρνους για τήξη μετάλλων ή μαγείρεμα). Σε αυτή την περίπτωση, το αγώγιμο σώμα (μέταλλο ή τροφή) παίζει στην πραγματικότητα το ρόλο ενός πυρήνα. Τοποθετείται μέσα σε ένα πηνίο από το οποίο διέρχεται εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας, δημιουργώντας ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο μέσα στο πηνίο. Και τότε ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής «λειτουργεί». Ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση ρευμάτων επαγωγής Foucault, τα οποία θερμαίνουν το αγώγιμο σώμα.

6. Περιγράψτε τις κύριες διατάξεις της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του Maxwell.

Απάντηση:Η θεωρία του Maxwell είναι μια συνεπής θεωρία ενός μόνο ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, το οποίο δημιουργείται από ένα αυθαίρετο σύστημα ηλεκτρικών φορτίων και ρευμάτων. Στη θεωρία του Maxwell, το κύριο πρόβλημα της ηλεκτροδυναμικής επιλύεται: σύμφωνα με μια δεδομένη κατανομή φορτίων και ρευμάτων, υπολογίζονται τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από αυτά. Η θεωρία του Maxwell είναι μια γενίκευση των πιο σημαντικών νόμων που περιγράφουν ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα: το θεώρημα Gauss, ο νόμος του συνολικού ρεύματος, ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Αυτή η θεωρία δεν εξετάζει τον εσωτερικό μηχανισμό των φαινομένων που συμβαίνουν στο περιβάλλον και προκαλούν την εμφάνιση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Το μέσο περιγράφεται χρησιμοποιώντας τρεις ποσότητες που καθορίζουν τις ηλεκτρικές και μαγνητικές του ιδιότητες: σχετική διαπερατότητα, σχετική μαγνητική διαπερατότητα και ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Θεωρούνται μακροσκοπικά πεδία, τα οποία δημιουργούνται από μακροσκοπικά φορτία και ρεύματα συγκεντρωμένα σε όγκους, πολύ μεγαλύτερους όγκους ατόμων και μορίων. Οι αποστάσεις από τις πηγές των πεδίων στα θεωρούμενα σημεία στο διάστημα είναι πολύ μεγαλύτερες από τις γραμμικές διαστάσεις των ατόμων και των μορίων. Επομένως, τα μακροσκοπικά πεδία αλλάζουν αισθητά μόνο σε αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες από τις διαστάσεις των ατόμων.

Τα μακροσκοπικά φορτία και ρεύματα είναι σύνολα μικροσκοπικών φορτίων και ρευμάτων που δημιουργούν τα δικά τους ηλεκτρικά και μαγνητικά μικροπεδία. Αυτά τα μικροπεδία αλλάζουν συνεχώς με την πάροδο του χρόνου σε κάθε σημείο του χώρου. Τα μακροσκοπικά πεδία είναι μικροπεδία με μέσο όρο.

Η θεωρία του Maxwell είναι μια θεωρία δράσης μικρής εμβέλειας, σύμφωνα με την οποία οι ηλεκτρικές και μαγνητικές αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται μέσω ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός σε ένα δεδομένο μέσο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Βαθμολογία "5" -ο μαθητής έδωσε μια πλήρη λεπτομερή απάντηση στην ερώτηση που τέθηκε και απάντησε σε μια επιπλέον ερώτηση.

Βαθμολογία "4" -ο μαθητής έδωσε μια πλήρη λεπτομερή απάντηση στην ερώτηση που τέθηκε, αλλά δεν απάντησε στην πρόσθετη ερώτηση.

Βαθμός "3" -ο μαθητής έδωσε μια ελλιπή απάντηση στην ερώτηση που τέθηκε και δεν μπορούσε να απαντήσει στην πρόσθετη ερώτηση.

Βαθμολογία "2" - δεν απάντησεστο ερώτημα που τίθεται.

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ №2

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΓΙΑ ΕΜΠΕΔΙΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΝΕΩΝ ΓΝΩΣΕΩΝ(γραπτά, όχι βαθμολογημένα)

Φυσική 11 Πολυεπίπεδη ανεξάρτητη και ελεγκτική εργασία A. Kirik σελ. 10 μέσο επίπεδο Νο 1-6.

Δείγματα απαντήσεων σε εργασίες για ενοποίηση και συστηματοποίηση

Επίπεδο / Αρ.
Μέσο επίπεδο

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Νο. 3

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΓΙΑ ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΟ ΕΛΕΓΧΟ ΓΝΩΣΕΩΝ

(Προφορική, δεν αξιολογήθηκε. Δείγματα απαντήσεων σε ερωτήσεις για προκαταρκτικό έλεγχο της γνώσης περιέχονται στο υλικό πηγής)

Ορίστε την αυτο-επαγωγή.

Περιγράψτε την εμφάνιση αυτού του φαινομένου.

Διατυπώστε τον ορισμό της επαγωγής.

Ποια είναι η μονάδα μέτρησης της επαγωγής;

Από ποιες παραμέτρους εξαρτάται αυτή η τιμή;

Ποιος είναι ο τύπος για τον υπολογισμό της ενέργειας ενός μαγνητικού πεδίου;

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ №4

ΥΛΙΚΟ ΕΛΕΓΧΟΥ (γραπτά)

Δοκιμή

Ποιο φαινόμενο ονομάζεται αυτοεπαγωγή;

Α) το φαινόμενο της εμφάνισης EMF επαγωγής σε ένα αγώγιμο κύκλωμα

Β) ένα φυσικό μέγεθος αριθμητικά ίσο με το EMF της αυτοεπαγωγής

Γ) το φαινόμενο της εμφάνισης EMF επαγωγής σε ένα αγώγιμο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει σε αυτό

Δ) το φαινόμενο της εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος σε αγώγιμο κύκλωμα

Ποια είναι η αξία της επαγωγής;

Α) η ροή της μαγνητικής επαγωγής μέσω μιας επιφάνειας που οριοθετείται από ένα περίγραμμα

Β) ένα φυσικό μέγεθος αριθμητικά ίσο με το EMF αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ένταση του ρεύματος αλλάζει κατά 1 A σε 1 s.

Γ) ένα φυσικό μέγεθος αριθμητικά ίσο με το EMF της αυτοεπαγωγής

3. Πώς ονομάζεται η μονάδα μέτρησης της μαγνητικής επαγωγής;

4. Ποιος είναι ο τύπος για τον υπολογισμό της ενέργειας ενός μαγνητικού πεδίου;

Α) W=

Β) ε = –
,

Πώς θα αλλάξει η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου εάν το ρεύμα στο κύκλωμα διπλασιαστεί;

Α) δεν θα αλλάξει

Β) διπλασιάστηκε

Β) θα αυξηθεί κατά 4 φορές

Πώς θα αλλάξει η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου αν διπλασιαστεί η αυτεπαγωγή του κυκλώματος;

Α) θα μειωθεί κατά 4 φορές

Β) θα διπλασιαστεί

Β) δεν θα αλλάξει

Δ) διπλασιάστηκε

Δείγματα απαντήσεων στις εργασίες του υλικού ελέγχου:

ΑΡΙΘΜΟΣ δουλειας

Κριτήρια αξιολόγησης:

για 4 σωστές απαντήσεις - "3" βαθμοί.

για 5 σωστές απαντήσεις - "4" βαθμοί.

για 6 σωστές απαντήσεις - «5» βαθμούς.

ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΑΝΕΞΑΡΤΗΤΗ ΕΞΩΔΕΙΚΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΘΗΤΩΝ

Στόχος:Προσδιορίστε τον όγκο των πληροφοριών για την ανεξάρτητη εργασία του μαθητή, δώστε προσοχή σε σημαντικά σημεία.

Ώρα να ολοκληρώσετε την εργασία: 45 λεπτά.

G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, Phys. Βαθμός 11. Εγχειρίδιο για εκπαιδευτικά ιδρύματα (με εφαρμογή σε ηλεκτρονικά μέσα). Βασικά επίπεδα και προφίλ - Μ .: Εκπαίδευση, 2011, σελ. 43-48, παράγραφοι 15-17 διαβάστε, μάθετε τη σύνοψη. με. 50 π.χ. 2(4).

Κριτήρια αξιολόγησης:

ο μαθητής έμαθε την περίληψη - "3" σημεία.

ο μαθητής διάβασε τις παραγράφους και έμαθε την περίληψη, κατέχει τις πληροφορίες από το σχολικό βιβλίο - "4" βαθμοί.

ο μαθητής έχει μάθει την περίληψη, κατέχει τις πληροφορίες από το σχολικό βιβλίο, ολοκλήρωσε την εργασία - "5" βαθμούς.

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΠΗΓΩΝ

Πληροφορίες-μάθημα Ανάπτυξη ανοιχτού μαθήματος

Επαγωγή
Μονάδα επαγωγής
αυτοεπαγωγή
Ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Επαγωγή.Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από έναν αγωγό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. μαγνητική ροή φάμέσω του κυκλώματος από αυτόν τον αγωγό είναι ανάλογη με το μέτρο της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου μέσα στο κύκλωμα και η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου, με τη σειρά του, είναι ανάλογη της ισχύος του ρεύματος στον αγωγό. Επομένως, η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα:

Ф = LI. (55.1)

Συντελεστής αναλογικότητας μεγάλομεταξύ της τρέχουσας ισχύος Εγώσε βρόχο και μαγνητική ροή φάπου παράγεται από αυτό το ρεύμα ονομάζεται επαγωγή.Η αυτεπαγωγή εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα του αγωγού, από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός.

Μονάδα επαγωγής.Λαμβάνεται η μονάδα επαγωγής στο Διεθνές σύστημα Αυτεπαγωγής(GN). Αυτή η μονάδα προσδιορίζεται με βάση τον τύπο (55.1):

Η αυτεπαγωγή του κυκλώματος είναι 1 H εάν, με συνεχές ρεύμα 1 A, η μαγνητική ροή που διαμέσου του κυκλώματος είναι 1 Wb:

Αυτο-επαγωγή.Όταν η ένταση του ρεύματος στο πηνίο αλλάζει, η μαγνητική ροή που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα αλλάζει. Μια αλλαγή στη μαγνητική ροή που διεισδύει στο πηνίο θα πρέπει να προκαλέσει την εμφάνιση επαγωγικού emf στο πηνίο. Το φαινόμενο της εμφάνισης EMF επαγωγής σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ως αποτέλεσμα μιας αλλαγής στην ένταση ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα ονομάζεται αυτεπαγωγή.
Σύμφωνα με τον κανόνα Lenz, το EMF αυτοεπαγωγής αποτρέπει την αύξηση της ισχύος ρεύματος όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο και τη μείωση της ισχύος ρεύματος όταν το κύκλωμα είναι απενεργοποιημένο.
Το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής μπορεί να παρατηρηθεί συναρμολογώντας ένα ηλεκτρικό κύκλωμα από ένα πηνίο με μεγάλη αυτεπαγωγή, μια αντίσταση, δύο όμοιους λαμπτήρες πυρακτώσεως και μια πηγή ρεύματος (Εικ. 197).

Η αντίσταση πρέπει να έχει την ίδια ηλεκτρική αντίσταση με το πηνίο. Η εμπειρία δείχνει ότι όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας συνδεδεμένος σε σειρά με πηνίο ανάβει λίγο αργότερα από έναν λαμπτήρα συνδεδεμένο σε σειρά με αντίσταση. Η αύξηση του ρεύματος στο κύκλωμα του πηνίου κατά το κλείσιμο αποτρέπεται από το EMF αυτοεπαγωγής που συμβαίνει με την αύξηση της μαγνητικής ροής στο πηνίο. Όταν η πηγή ρεύματος είναι απενεργοποιημένη, αναβοσβήνουν και οι δύο λυχνίες. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα στο κύκλωμα υποστηρίζεται από το EMF αυτοεπαγωγής, το οποίο συμβαίνει όταν μειώνεται η μαγνητική ροή στο πηνίο.
EMF αυτοεπαγωγής, που προκύπτει σε πηνίο με επαγωγή μεγάλο, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής ισούται με

Το EMF αυτοεπαγωγής είναι ευθέως ανάλογο με την αυτεπαγωγή του πηνίου και τον ρυθμό μεταβολής της ισχύος ρεύματος στο πηνίο.
Χρησιμοποιώντας την έκφραση (55.3), μπορούμε να δώσουμε τον δεύτερο ορισμό της μονάδας επαγωγής: ένα στοιχείο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος έχει αυτεπαγωγή 1 H, εάν, με ομοιόμορφη μεταβολή της ισχύος ρεύματος στο κύκλωμα κατά 1 A για 1 s , εμφανίζεται ένα EMF αυτο-επαγωγής 1 V.

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.Όταν το πηνίο αποσυνδεθεί από την πηγή ρεύματος, μια λάμπα πυρακτώσεως συνδεδεμένη παράλληλα με το πηνίο αναβοσβήνει σύντομο. Το ρεύμα στο κύκλωμα προκύπτει υπό τη δράση του EMF αυτοεπαγωγής. Η πηγή ενέργειας που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι το μαγνητικό πεδίο του πηνίου.
Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ενός επαγωγέα μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τρόπο. Για να απλοποιήσετε τον υπολογισμό, εξετάστε την περίπτωση όταν, μετά την αποσύνδεση του πηνίου από την πηγή, το ρεύμα στο κύκλωμα μειώνεται με το χρόνο σύμφωνα με έναν γραμμικό νόμο. Σε αυτή την περίπτωση, το EMF αυτοεπαγωγής έχει σταθερή τιμή ίση με

που t- το χρονικό διάστημα κατά το οποίο το ρεύμα στο κύκλωμα μειώνεται από την αρχική τιμή Εγώέως 0.
Στη διάρκεια tμε γραμμική μείωση της ισχύος ρεύματος από Εγώστο 0 στο κύκλωμα περνά ένα ηλεκτρικό φορτίο:

άρα το έργο που κάνει το ηλεκτρικό ρεύμα είναι

Αυτή η εργασία γίνεται λόγω της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου του πηνίου.
Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου ενός επαγωγέα είναι ίση με το μισό γινόμενο της επαγωγής του και το τετράγωνο του ρεύματος σε αυτό:

(Με βάση τα υλικά του εγχειριδίου "Φυσική - υλικά αναφοράς" Kabardin O.F.)

Σχέδιο - περίληψη μαθήματος

« αυτοεπαγωγή . Και επαγωγή . Ενέργεια μαγνητικού πεδίου ρεύμα"

Συμπληρώθηκε από φοιτητή 5ου έτους

ομάδα FM-112

εκπαίδευση πλήρους απασχόλησης

φυσική και μαθηματική αγωγή

Κεζούτινα Όλγα Βλαντισλάβοβνα

Ημερομηνία: 23/09/16

Βλαντιμίρ 2016

Θέμα μαθήματος: αυτοεπαγωγή . Και επαγωγή .

Τάξη: "11β"

Τύπος μαθήματος : μάθημα εκμάθησης.

Είδος μαθήματος: μάθημα-διάλεξη.

Στόχος : σχηματίζουν την ιδέα ότι μια αλλαγή στην ένταση του ρεύματος σε έναν αγωγό δημιουργεί ένα κύμα δίνης, το οποίο μπορεί είτε να επιταχύνει είτε να επιβραδύνει τα κινούμενα ηλεκτρόνια. σχηματίζουν μια ιδέα για την ενέργεια που έχει ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό και την ενέργεια ενός μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από ένα ρεύμα.

Καθήκοντα:

Εκπαιδευτικός: Επαναλάβετε τις γνώσεις των μαθητών για το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, εμβαθύντε τις. σε αυτή τη βάση να μελετήσει το φαινόμενο της αυτεπαγωγής. Μάθετε να χρησιμοποιείτε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για να εξηγήσετε τα φαινόμενα.Εισάγετε έναν τύπο για τον υπολογισμό της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος και την έννοια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Εκπαιδευτικός: Να καλλιεργήσουν το ενδιαφέρον για το θέμα, την επιμέλεια και την ικανότητα να αξιολογούν προσεκτικά τις απαντήσεις των συντρόφων, την ικανότητα να εργάζονται συλλογικά και σε ζευγάρια.

Ανάπτυξη: Η ανάπτυξη της φυσικής σκέψης των μαθητών, η επέκταση του εννοιολογικού μηχανισμού των μαθητών, ο σχηματισμός δεξιοτήτων ανάλυσης πληροφοριών, η εξαγωγή συμπερασμάτων από παρατηρήσεις και πειράματα.

Εξοπλισμός:

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων:

οργανωτικό στάδιο.

11.20 – 11.21

Γεια σας παιδιά, καθίστε.

Οι μαθητές ετοιμάζονται για το μάθημα.

Ενημέρωση γνώσης.

11.22-11.28

Έλεγχος των εργασιών για το σπίτι, εάν οι μαθητές έχουν ερωτήσεις, τότε τις ταξινομούμε.

Μπροστινή δημοσκόπηση:

Ποιο πεδίο ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο δίνης;

Ποια είναι η πηγή του πεδίου δίνης;

Τι είναι τα ρεύματα Φουκώ; Δώστε παραδείγματα χρήσης τους.

Τι καθορίζει το EMF επαγωγής που εμφανίζεται σε έναν αγωγό που κινείται σε ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο;

Οι μαθητές ελέγχουν την εργασία τους και απαντούν στις ακόλουθες ερωτήσεις:

Το πεδίο που δημιουργείχρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.

Χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.

Ρεύματα επαγωγής που φτάνουν σε μεγάλη αριθμητική τιμή σε ογκώδεις αγωγούς, λόγω του γεγονότος ότι η αντίστασή τους είναι μικρή.

Στην ταχύτητα του αγωγού σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο.

Δείγματα βασικών ερωτήσεων:

4. Θυμηθείτε τον τύπο με τον οποίο μπορείτε να βρείτε το EMF επαγωγής σε κινούμενους αγωγούς.

στάδιο παρακίνησης.

11.29-11.31

Τα θεμέλια της ηλεκτροδυναμικής τέθηκαν από τον Ampère το 1820. Η δουλειά του Ampere ενέπνευσε πολλούς μηχανικούς να σχεδιάσουν διάφορες τεχνικές συσκευές, όπως έναν ηλεκτροκινητήρα (σχεδιαστής B.S. Jacobi), έναν τηλέγραφο (S. Morse), έναν ηλεκτρομαγνήτη, τον οποίο σχεδίασε ο διάσημος Αμερικανός επιστήμονας Henry.

Ο Joseph Henry έγινε διάσημος χάρη στη δημιουργία μιας σειράς μοναδικών ισχυρών ηλεκτρομαγνητών με ανυψωτική δύναμη από 30 έως 1500 kg με νεκρό βάρος 10 kg του μαγνήτη. Δημιουργώντας διάφορους ηλεκτρομαγνήτες, το 1832 ο επιστήμονας ανακάλυψε ένα νέο φαινόμενο στον ηλεκτρομαγνητισμό - το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής. Αυτό το μάθημα είναι αφιερωμένο σε αυτό το φαινόμενο.

Γράψτε το θέμα στον πίνακα: " αυτοεπαγωγή . Και επαγωγή . Η ενέργεια του ρεύματος του μαγνητικού πεδίου ».

Εκμάθηση νέου υλικού.

11.32-11.45

Ο Χένρι εφηύρε επίπεδες λωρίδες χαλκού, με τις οποίες πέτυχε αποτελέσματα δύναμης που ήταν πιο έντονα από ό,τι με τις ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Ο επιστήμονας παρατήρησε ότι όταν ένα ισχυρό πηνίο βρίσκεται στο κύκλωμα, το ρεύμα σε αυτό το κύκλωμα φτάνει στη μέγιστη τιμή του πολύ πιο αργά από ό,τι χωρίς πηνίο.

Μια εμπειρία: Το σχήμα δείχνει το ηλεκτρικό κύκλωμα της πειραματικής εγκατάστασης, βάσει του οποίου είναι δυνατό να αποδειχθεί το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής. Το ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από δύο παράλληλα συνδεδεμένους λαμπτήρες συνδεδεμένους μέσω ενός κλειδιού σε μια πηγή DC. Ένα πηνίο συνδέεται σε σειρά με έναν από τους λαμπτήρες. Αφού κλείσει το κύκλωμα, φαίνεται ότι ο λαμπτήρας, ο οποίος είναι συνδεδεμένος σε σειρά με το πηνίο, ανάβει πιο αργά από τον δεύτερο λαμπτήρα.

Όταν η πηγή είναι απενεργοποιημένη, ο λαμπτήρας που συνδέεται σε σειρά με το πηνίο σβήνει πιο αργά από τον δεύτερο λαμπτήρα.

Εξετάστε τις διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτό το κύκλωμα όταν το κλειδί είναι κλειστό και ανοιχτό.

1. Κλείσιμο του κλειδιού.

Υπάρχει ένας αγώγιμος βρόχος στο κύκλωμα. Αφήστε το ρεύμα σε αυτό το πηνίο να ρέει αριστερόστροφα. Τότε το μαγνητικό πεδίο θα κατευθυνθεί προς τα πάνω.

Έτσι, το πηνίο βρίσκεται στο χώρο του δικού του μαγνητικού πεδίου. Με την αύξηση του ρεύματος, το πηνίο θα βρίσκεται στο χώρο ενός μεταβαλλόμενου μαγνητικού πεδίου του δικού του ρεύματος. Εάν το ρεύμα αυξηθεί, τότε αυξάνεται και η μαγνητική ροή που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα. Όπως γνωρίζετε, με την αύξηση της μαγνητικής ροής που διεισδύει στο επίπεδο του κυκλώματος, δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη επαγωγής σε αυτό το κύκλωμα και, ως αποτέλεσμα, ένα ρεύμα επαγωγής. Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, αυτό το ρεύμα θα κατευθύνεται με τέτοιο τρόπο ώστε το μαγνητικό του πεδίο να εμποδίζει την αλλαγή της μαγνητικής ροής που διαπερνά το επίπεδο του κυκλώματος.

Δηλαδή, για το πηνίο που εξετάζεται στο Σχήμα 4, το επαγωγικό ρεύμα πρέπει να κατευθύνεται δεξιόστροφα, αποτρέποντας έτσι την αύξηση του ρεύματος του ίδιου του πηνίου. Κατά συνέπεια, όταν το κλειδί είναι κλειστό, το ρεύμα στο κύκλωμα δεν αυξάνεται αμέσως, λόγω του γεγονότος ότι εμφανίζεται ένα ρεύμα επαγωγής πέδησης σε αυτό το κύκλωμα, κατευθυνόμενο προς την αντίθετη κατεύθυνση.

2. Άνοιγμα του κλειδιού.

Όταν ανοίγει το κλειδί, το ρεύμα στο κύκλωμα μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της μαγνητικής ροής μέσω του επιπέδου του πηνίου. Η μείωση της μαγνητικής ροής οδηγεί στην εμφάνιση ενός EMF επαγωγής και ενός ρεύματος επαγωγής. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα επαγωγής κατευθύνεται στην ίδια κατεύθυνση με το ρεύμα του βρόχου. Αυτό οδηγεί σε βραδύτερη μείωση του εγγενούς ρεύματος.

Παραγωγή: όταν αλλάζει το ρεύμα στον αγωγό, εμφανίζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή στον ίδιο αγωγό, ο οποίος δημιουργεί ένα ρεύμα επαγωγής κατευθυνόμενο με τέτοιο τρόπο ώστε να αποτρέπεται οποιαδήποτε αλλαγή στο εγγενές ρεύμα στον αγωγό. Αυτή είναι η ουσία του φαινομένου της αυτεπαγωγής. Η αυτοεπαγωγή είναι μια ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

αυτοεπαγωγή - αυτό είναι το φαινόμενο της εμφάνισης ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε έναν αγωγό όταν αλλάζει η ισχύς του ρεύματος που διαρρέει αυτόν τον αγωγό.

Επαγωγή. Το μέτρο του διανύσματος επαγωγής Β του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από το ρεύμα είναι ανάλογο της ισχύος του ρεύματος. Εφόσον η μαγνητική ροή Ф είναι ανάλογη του Β, τότε Ф ~ V ~ I.

Επομένως, μπορεί να υποστηριχθεί ότι

F \u003d LI,

όπου L είναι ο συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ του ρεύματος στο αγώγιμο κύκλωμα και της μαγνητικής ροής.

Η τιμή L ονομάζεται αυτεπαγωγή του κυκλώματος ή συντελεστής αυτοεπαγωγής του.

Χρησιμοποιώντας τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και την έκφραση που προκύπτει, παίρνουμε την ισότητα

Από τον τύπο προκύπτει ότιη επαγωγή είναι μια φυσική ποσότητα αριθμητικά ίση με το EMF της αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος σε αυτό μεταβάλλεται κατά 1 A σε 1 δευτερόλεπτο.

Η επαγωγή, όπως και η ηλεκτρική χωρητικότητα, εξαρτάται από γεωμετρικούς παράγοντες: το μέγεθος του αγωγού και το σχήμα του, αλλά δεν εξαρτάται άμεσα από την ισχύ του ρεύματος στον αγωγό. Εκτός από τη γεωμετρία του αγωγού, η επαγωγή εξαρτάται από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός.

Προφανώς, η αυτεπαγωγή μιας στροφής σύρματος είναι μικρότερη από αυτή ενός πηνίου (σωληνοειδούς) που αποτελείται από Ν των ίδιων στροφών, αφού η μαγνητική ροή του πηνίου αυξάνεται Ν φορές.

Η μονάδα επαγωγής SI ονομάζεται henry (συμβολίζεται H). Η αυτεπαγωγή του αγωγού είναι 1 H, εάν σε αυτήν, με ομοιόμορφη μεταβολή της ισχύος ρεύματος 1 A για 1 s, εμφανίζεται ένα EMF αυτοεπαγωγής 1 V:

Ένα άτομο αντιμετωπίζει καθημερινά το φαινόμενο της αυτο-επαγωγής. Κάθε φορά που ανάβουμε ή σβήνουμε το φως, κλείνουμε ή ανοίγουμε το κύκλωμα, ενώ διεγείρουμε ρεύματα επαγωγής. Μερικές φορές αυτά τα ρεύματα μπορούν να φτάσουν σε τόσο υψηλές τιμές που μια σπίθα πηδάει μέσα στο διακόπτη, την οποία μπορούμε να δούμε.

Αναλογία μεταξύ αυτεπαγωγής και αδράνειας. Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής είναι παρόμοιο με το φαινόμενο της αδράνειας στη μηχανική. Έτσι, η αδράνεια οδηγεί στο γεγονός ότι υπό τη δράση της δύναμης το σώμα δεν αποκτά αμέσως μια ορισμένη ταχύτητα, αλλά σταδιακά. Το αμάξωμα δεν μπορεί να επιβραδυνθεί αμέσως, όσο μεγάλη κι αν είναι η δύναμη πέδησης. Με τον ίδιο τρόπο, λόγω της αυτεπαγωγής, όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, η ισχύς του ρεύματος δεν αποκτά αμέσως κάποια τιμή, αλλά αυξάνεται σταδιακά. Κλείνοντας την πηγή, δεν σταματάμε αμέσως το ρεύμα. Η αυτοεπαγωγή το διατηρεί για κάποιο χρονικό διάστημα, παρά την αντίσταση του κυκλώματος.

Για να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, και ως εκ τούτου το μαγνητικό του πεδίο, πρέπει να γίνει εργασία ενάντια στις δυνάμεις του δινοηλεκτρικού πεδίου. Το έργο αυτό (σύμφωνα με το νόμο διατήρησης της ενέργειας) ισούται με την ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος ή την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Γράψτε την έκφραση για την ενέργεια του ρεύματοςΕγώ, που ρέει μέσα από το κύκλωμα με αυτεπαγωγήμεγάλο, δηλαδή για την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος, είναι δυνατή με βάση την αναλογία μεταξύ αδράνειας και αυτοεπαγωγής.

Εάν η αυτεπαγωγή είναι ανάλογη με την αδράνεια, τότε η αυτεπαγωγή παίζει τον ίδιο ρόλο στη διαδικασία δημιουργίας ρεύματος όπως η μάζα στη μηχανική όταν αυξάνεται η ταχύτητα. Ο ρόλος της ταχύτητας ενός σώματος στην ηλεκτροδυναμική παίζει η ένταση του ρεύματος ως ποσότητα που χαρακτηρίζει την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων.

Τότε η ενέργεια του ρεύματος μπορεί να θεωρηθεί η τιμή μιας παρόμοιας κινητικής ενέργειας στη μηχανική:

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Απαντήστε σε ερωτήσεις, συμμετάσχετε σε συζήτηση, βγάλτε συμπεράσματα, κάντε σημειώσεις σε τετράδια.

Εμπέδωση της ύλης που μελετήθηκε

11.46-11.56

Προσφέρει για την επίλυση του προβλήματος:

Λύστε προβλήματα στον πίνακα και στο πεδίο.

Συνοψίζοντας. Εργασία για το σπίτι.

11.57-11.58

Σήμανση και τεκμηρίωση. Γράψιμο και συζήτηση για την εργασία.

Δ/Ζ: §14-16, αρ. 932, 934, 938.

Καταγράψτε την εργασία για το σπίτι

Αντανάκλαση

11.59-12.00

Διοργανώνεται συνομιλία με στόχο να κατανοήσουν οι συμμετέχοντες στο μάθημα τις δικές τους ενέργειες κατά τη διάρκεια του μαθήματος.

Ερωτήσεις:

1. Τι νέο μάθατε για τον εαυτό σας στο μάθημα;

2. Ήταν σαφές το υλικό του μαθήματος;

3. Σας άρεσε το μάθημα;

Πάρτε μέρος στη συζήτηση

№931. Ποια είναι η αυτεπαγωγή του κυκλώματος, αν με ένταση ρεύματος 5 A, εμφανίζεται σε αυτό μαγνητική ροή 0,5 mWb;

№933. Να βρείτε την αυτεπαγωγή του αγωγού, στον οποίο, με ομοιόμορφη μεταβολή της ισχύος ρεύματος 2 A για 0,25 s, διεγείρεται EMF αυτοεπαγωγής 20 mV.

№937. Σε ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 0,6 Η, η ένταση του ρεύματος είναι 20 Α. Ποια είναι η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου αυτού του πηνίου; Πώς θα αλλάξει η ενέργεια του πεδίου εάν το ρεύμα μειωθεί στο μισό;

№939. Να βρείτε την ενέργεια του μαγνητικού πεδίου της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, στην οποία, σε ρεύμα 10 Α, προκύπτει μαγνητική ροή 0,5 Wb.

№932. Ποια μαγνητική ροή εμφανίζεται σε ένα κύκλωμα με αυτεπαγωγή 0,2 mH σε ένταση ρεύματος 10 Α;

№934. Ποιο EMF αυτοεπαγωγής διεγείρεται στην περιέλιξη ενός ηλεκτρομαγνήτη με αυτεπαγωγή 0,4 H με ομοιόμορφη μεταβολή της ισχύος ρεύματος σε αυτόν κατά 5 A σε 0,02 s;

№938. Ποια πρέπει να είναι η ένταση ρεύματος στην περιέλιξη του επαγωγέα με αυτεπαγωγή 0,5 Gn ώστε η ενέργεια του πεδίου να είναι ίση με 1 J;