Определите как изменится действие магнитного поля катушки на стрелку при смещении ползунка реостата: Как изменится действие магнитного поля на магнитную стрелку (рис. 96) при перемещении ползунка реостата влево?

Сборка электромагнита и испытание его действия. Лабораторная работа

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1. Лабораторная работа по физике № 10

8 класс
Лабораторная работа
по физике № 10
Лабораторная работа № 10
Сборка электромагнита и испытание
его действия.
Цель работы: собрать электромагнит из готовых
деталей и на опыте проверить, от чего зависит его
магнитное действие.
Приборы и материалы: источник тока, реостат, ключ,
соединительные провода, магнитная стрелка (компас),
амперметр, детали для сборки магнита.
Правила техники безопасности.
На столе не должно быть никаких посторонних
предметов. Внимание! Электрический ток!
Убедитесь в том, что изоляция проводников не
нарушена. При проведении опытов с магнитными
полями следует удалить часы и мобильный
телефон.
Не включайте цепь без разрешения учителя.
Оберегайте приборы от падения. Реостат нельзя
полностью выводить из нагрузки, т.к.
сопротивление его при этом становится равным
нулю!
Тренировочные задания и вопросы.
1. Вставьте пропущенные слова:
а) Электрическое поле существует вокруг
___________________ электрического заряда.
б) Магнитное поле существует только вокруг
__________________электрических зарядов.
2.Нарисуйте магнитные линии вокруг прямого
проводника с током.
3. Электромагнит – это
_________________________________________
_______________________
Как можно усилить магнитные свойства
катушки с током?
Усиление магнитного
действия катушки с
током
↑І
↑ число
витков
Использовать
железный
сердечник
При замыкании ключа южный полюс
стрелки S повернулся к ближнему к нему
концу катушки. Какой полюс у этого конца
катушки при замыкании цепи?

9. 1. Составьте электрическую цепь из источника тока, катушки, реостата ,амперметра и ключа, соединив всё последовательно.

Ход работы.
Замкните цепь и с помощью компаса
1. Составьте
электрическую
из источника тока, катушки,
определите
полюсы цепь
у катушки.
реостата ,амперметра и ключа, соединив всё последовательно.
Начертите схему цепи.
Ход работы.
Обозначьте полюсы катушки на рисунке.
Ход работы.
3. а)Измерьте расстояние от катушки до стрелки ℓ1 и силу тока
I1 в катушке. Результаты измерений запишите в таблицу .
Катушка
без сердечника
ℓ1, см
I1 , А
ℓ2, см
I2 , А
б)Отодвиньте магнитную стрелку вдоль оси катушки на
такое расстояние ℓ2, на котором действие магнитного поля
катушки на магнитную стрелку незначительно. Измерьте
это расстояние и силу тока I2 в катушке. Результаты
измерений также запишите в таблицу.
4. Отодвиньте магнитную стрелку вдоль оси
катушки на такое расстояние, на котором
действие магнитного поля катушки на
стрелку будет едва заметно. Вставьте
железный сердечник в катушку.
Изменилось ли действие электромагнита на
стрелку? Как? Сделайте вывод.
Нарисуйте схему сборки цепи.
Обозначение катушки
с сердечником на схеме.
5.Отодвиньте магнитную стрелку вдоль оси
катушки с железным сердечником на
некоторое расстояние.
Изменилось ли действие электромагнита
на стрелку? Как? Сделайте вывод.

15. 6.Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие электромагнита на стрелку.

Ход работы.
Сделайте
вывод:
Как изменится
действие
6.Изменяйте
с помощью
реостата
силумагнитного
тока в цепи
поля
катушки надействие
стрелку при
смещении ползунка
и наблюдайте
электромагнита
на реостата.
стрелку.
7.Сделайте соответствующие выводы.
8.Из готовых деталей соберите
электромагнит. Катушки соедините
между собой последовательно так,
чтобы на их концах получились
разноименные полюсов. С помощью
магнитной стрелки установите
расположение полюсов
электромагнита. Начертите схему
электромагнита и покажите на ней
направление тока в его катушках.
Литература:
1. Физика. 8 кл.:учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин.-4е изд., доработ.-М.:Дрофа, 2008.
2. Физика. 8 кл.:учеб. Для общеобразоват. учреждений/Н.С.Пурышева,
Н.Е.Важеевская.-2-е изд., стереотип.-М.:Дрофа, 2008.
3. Лабораторные работы и контрольные задания по физике: Тетрадь для
учащихся 8-го класса.-Саратов: Лицей, 2009.
4.Тетрадь для лабораторных работ. Сарахман И.Д. МОУ СОШ №8
г.Моздока РСО-Алания.
5.Лабораторные работы в школе и дома: механика/В.Ф.Шилов.М.:Просвещение, 2007.
6.Сборник задач по физике. 7-9 классы: пособие для учащихся
общеобразоват. учреждений/ В.И.Лукашик, Е.В. Иванова.-24-е изд.М.:Просвещение, 2010.

English    
Русский
Правила

Методическая разработка урока физики 8 класс. Лабораторная работа № 10.«Сборка электромагнита и испытание его действия» | Методическая разработка по физике (8 класс) на тему:

Лабораторная работа № 10

Сборка электромагнита и испытание его действия

Цель работы: научиться собирать электромагнит из готовых деталей и изучить принцип его действия; проверить на опыте от чего зависит магнитное действие электромагнита.

Приборы и материалы: лабораторный источник тока, реостат, амперметр, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка(компас), детали для сборки электромагнита.

Правила техники безопасности.

На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя.  Оберегайте приборы от падения. Реостат нельзя полностью выводить из нагрузки, т.к. сопротивление его при этом становится равным нулю!

Тренировочные задания и вопросы

1.Вокруг чего существует электрическое поле?

2.Вокруг чего существует магнитное поле?

3.Как можно изменить магнитное поле катушки с током?

4.Что называют электромагнитом?

5.При замыкании ключа северный    полюс стрелки N повернулся к

ближнему к нему концу катушки. Какой полюс у этого конца катушки

при замыкании цепи?

6. Как изменится действие магнитного поля катушки на стрелку при смещении ползунка реостата влево? Вправо?

Порядок выполнения работы

1. Составьте электрическую цепь из источника питания, катушки, реостата, амперметра  и ключа, соединив их последовательно. (Рис.1)Нарисуйте схему сборки цепи.

Лабораторная работа № 10

Сборка электромагнита и испытание его действия

Цель работы: научиться собирать электромагнит из готовых деталей и изучить принцип его действия; проверить на опыте от чего зависит магнитное действие электромагнита.

Приборы и материалы: лабораторный источник тока, реостат, амперметр, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка(компас), детали для сборки электромагнита.

Правила техники безопасности.

На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя.  Оберегайте приборы от падения. Реостат нельзя полностью выводить из нагрузки, т.к. сопротивление его при этом становится равным нулю!

Тренировочные задания и вопросы

1.Вокруг чего существует электрическое поле?

2. Вокруг чего существует магнитное поле?

3.Как можно изменить магнитное поле катушки с током?

4.Что называют электромагнитом?

5.При замыкании ключа северный полюс стрелки N повернулся к

ближнему к нему концу катушки. Какой полюс у этого конца катушки

при замыкании цепи?

6.Как изменится действие магнитного поля катушки на стрелку при смещении ползунка реостата влево? Вправо?

                           Порядок выполнения работы

1. Составьте электрическую цепь из источника питания, катушки, реостата, амперметра  и ключа, соединив их последовательно. (Рис.1)Нарисуйте схему сборки цепи.

2. Замкните цепь и с помощью магнитной стрелки определите полюсы у катушки. Обозначьте полюсы катушки на рисунке.

Рис.1

3. а) Измерьте расстояние от катушки до стрелки  ℓ1 и силу тока  I1  в катушке. Результаты измерений запишите в таблицу.

б) Отодвиньте магнитную стрелку  вдоль оси катушки на такое расстояние  ℓ2, на котором действие магнитного поля катушки на магнитную стрелку незначительно. Измерьте это расстояние и силу тока  I2 в катушке. Результаты измерений также запишите в таблицу.

Таблица

Катушка без сердечника	ℓ1, см	I1, А	ℓ2, см	I2, А

4.Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку будет едва заметно. Вставьте железный сердечник в катушку. Изменилось ли действие электромагнита на стрелку? Как? Нарисуйте схему сборки цепи.

5.Отодвиньте компас вдоль оси катушки с железным сердечником на некоторое расстояние. Изменилось  ли  действие электромагнита на стрелку? Как?    Сделайте вывод.

6. Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие

  электромагнита на стрелку.  Сделайте вывод: как изменится действие магнитного поля катушки на стрелку при смещении ползунка реостата.

7.Сделайте соответствующие выводы.

8.Из готовых деталей соберите электромагнит. Катушки соедините между собой последовательно так, чтобы на их концах получились разноименные полюсов. С помощью магнитной стрелки установите расположение полюсов электромагнита. Начертите схему электромагнита и покажите на ней направление тока в его катушках.

2. Замкните цепь и с помощью магнитной стрелки определите полюсы у катушки.Обозначьте полюсы катушки на рисунке.

Рис.1

3. а) Измерьте расстояние от катушки до стрелки  ℓ1 и силу тока  I1  в катушке. Результаты измерений запишите в таблицу.

б) Отодвиньте магнитную стрелку  вдоль оси катушки на такое расстояние  ℓ2, на котором действие магнитного поля катушки на магнитную стрелку незначительно. Измерьте это расстояние и силу тока  I2 в катушке. Результаты измерений также запишите в таблицу.

Таблица

Катушка без сердечника	ℓ1, см	I1, А	ℓ2, см	I2, А

4.Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку будет едва заметно. Вставьте железный сердечник в катушку. Изменилось ли действие электромагнита на стрелку? Как? Нарисуйте схему сборки цепи.

 

5.Отодвиньте компас вдоль оси катушки с железным сердечником на некоторое расстояние. Изменилось ли действие электромагнита на стрелку? Как? Сделайте вывод.

6.Изменяйте с помощью реостата силу тока в цепи и наблюдайте действие

  электромагнита на стрелку.   Сделайте вывод: как изменится действие магнитного поля катушки на стрелку при смещении ползунка реостата.

7.Сделайте соответствующие выводы.

8.Из готовых деталей соберите электромагнит. Катушки соедините между собой последовательно так, чтобы на их концах получились разноименные полюсов. С помощью магнитной стрелки установите расположение полюсов электромагнита. Начертите схему электромагнита и покажите на ней направление тока в его катушках.

20.3 Электромагнитная индукция — физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объяснять, как изменяющееся магнитное поле создает ток в проводе
• Расчет индуцированной электродвижущей силы и тока

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (5) Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г)
    исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Кроме того, в Руководстве по физике для старшей школы OSX рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Магнетизм», а также следующие стандарты:

• (5) Научные концепции. Учащийся знает природу сил в физическом мире. Ожидается, что студент:
  • (Г)
    исследовать и описывать взаимосвязь между электрическими и магнитными полями в таких приложениях, как генераторы, двигатели и трансформаторы.

Основные термины раздела

ЭДС

индукция

магнитный поток

Изменение магнитных полей

В предыдущем разделе мы узнали, что ток создает магнитное поле. Если природа симметрична, то, возможно, магнитное поле может создавать ток. В 1831 году, примерно через 12 лет после открытия того, что электрический ток создает магнитное поле, английский ученый Майкл Фарадей (1791–1862) и американский ученый Джозеф Генри (1797–1878) независимо продемонстрировали, что магнитные поля могут создавать токи. Основной процесс генерации токов магнитными полями называется индукцией; этот процесс также называют магнитной индукцией, чтобы отличить его от индукционной зарядки, в которой используется электростатическая кулоновская сила.

Когда Фарадей открыл то, что сейчас называется законом индукции Фарадея, королева Виктория спросила его, как можно использовать электричество. «Мадам, — ответил он, — что хорошего в ребенке?» Сегодня токи, вызванные магнитными полями, необходимы для нашего технологического общества. Электрический генератор, который можно найти во всем, от автомобилей до велосипедов и атомных электростанций, использует магнетизм для выработки электрического тока. К другим устройствам, использующим магнетизм для индукции тока, относятся катушки звукоснимателей в электрогитарах, трансформаторы любого размера, некоторые микрофоны, ворота безопасности в аэропортах и ​​демпфирующие механизмы на чувствительных химических весах.

В одном из экспериментов Фарадея для демонстрации магнитной индукции стержневой магнит перемещался через проволочную катушку и измерялся результирующий электрический ток через провод. Схема этого эксперимента показана на рис. 20.33. Он обнаружил, что ток индуцируется только тогда, когда магнит движется относительно катушки. Когда магнит неподвижен относительно катушки, ток в катушке не индуцируется, как показано на рис. 20.33. Кроме того, перемещение магнита в противоположном направлении (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) или изменение полюсов магнита (сравните рис. 20.33 с рис. 20.33) приводит к возникновению тока в противоположном направлении.

Рисунок
20.33

Движение магнита относительно катушки производит электрические токи, как показано. Такие же токи возникают, если катушку перемещать относительно магнита. Чем больше скорость, тем больше величина тока, а ток равен нулю, когда нет движения. Ток, возникающий при перемещении магнита вверх, имеет направление, противоположное току, возникающему при перемещении магнита вниз.

Виртуальная физика

Закон Фарадея

Попробуйте эту симуляцию, чтобы увидеть, как движение магнита создает ток в цепи. Лампочка загорается, чтобы показать, когда течет ток, а вольтметр показывает падение напряжения на лампочке. Попробуйте провести магнит через катушку с четырьмя витками и через катушку с двумя витками. Какая катушка при той же скорости магнита выдает большее напряжение?

Когда северный полюс находится слева, а магнит перемещается справа налево, возникает положительное напряжение, когда магнит входит в катушку. Напряжение какого знака получится, если повторить опыт с южным полюсом слева?

1. Знак напряжения изменится, потому что направление тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

2. Знак напряжения останется прежним, потому что направление тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

3. Знак напряжения изменится, потому что величина протекающего тока изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

4. Знак напряжения останется прежним, поскольку величина протекающего тока не изменится при перемещении южного полюса магнита влево.

Индуцированная электродвижущая сила

Если в катушке индуцируется ток, Фарадей рассудил, что должно существовать то, что он назвал электродвижущей силой , проталкивающей заряды через катушку. Эта интерпретация оказалась неверной; вместо этого внешний источник, выполняющий работу по перемещению магнита, добавляет энергию к зарядам в катушке. Энергия, добавляемая на единицу заряда, имеет единицы вольт, поэтому электродвижущая сила на самом деле представляет собой потенциал. К сожалению, название «электродвижущая сила» прижилось, а вместе с ним и возможность спутать его с реальной силой. По этой причине мы избегаем термина электродвижущая сила и просто используйте аббревиатуру ЭДС , имеющую математический символ ε.ε. ЭДС можно определить как скорость, с которой энергия извлекается из источника на единицу тока, протекающего по цепи. Таким образом, ЭДС представляет собой энергию на единицу заряда , добавляемую источником, что контрастирует с напряжением, которое представляет собой энергию на единицу заряда , высвобождаемую при протекании зарядов по цепи.

Чтобы понять, почему в катушке возникает ЭДС из-за движущегося магнита, рассмотрим рис. 20.34, на котором показан стержневой магнит, движущийся вниз относительно проволочной петли. Первоначально через петлю проходят семь силовых линий магнитного поля (см. изображение слева). Поскольку магнит удаляется от катушки, только пять силовых линий магнитного поля проходят через петлю через короткое время ΔtΔt (см. изображение справа). Таким образом, когда происходит изменение числа силовых линий магнитного поля, проходящих через область, определяемую проволочной петлей, в проволочной петле индуцируется ЭДС. Подобные эксперименты показывают, что ЭДС индукции пропорциональна скорость изменения магнитного поля. Математически мы выражаем это как

ε∝ΔBΔt,ε∝ΔBΔt,

20,24

где ΔBΔB — изменение величины магнитного поля за время ΔtΔt, а A — площадь петли.

Рисунок
20. 34

Стержневой магнит движется вниз по отношению к проволочной петле, так что количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю, со временем уменьшается. Это приводит к тому, что в петле индуцируется ЭДС, создающая электрический ток.

Обратите внимание, что силовые линии магнитного поля, лежащие в плоскости проволочной петли, на самом деле не проходят через петлю, как показано крайней левой петлей на рис. 20.35. На этом рисунке стрелка, выходящая из петли, представляет собой вектор, величина которого равна площади петли и направление которого перпендикулярно плоскости петли. На рис. 20.35 при повороте петли от θ=90°θ=90°
до θ=0°, θ=0° вклад силовых линий магнитного поля в ЭДС увеличивается. Таким образом, для создания ЭДС в проволочном контуре важна составляющая магнитного поля, равная перпендикулярно плоскости контура, который равен Bcosθ.Bcosθ.

Это аналог паруса на ветру. Думайте о проводящей петле как о парусе, а о магнитном поле — как о ветре. Чтобы максимизировать силу ветра, действующую на парус, парус ориентируют так, чтобы вектор его поверхности указывал в том же направлении, что и ветер, как в крайней правой петле на рис. 20.35. Когда парус выровнен так, что вектор его поверхности перпендикулярен ветру, как в крайней левой петле на рис. 20.35, тогда ветер не действует на парус.

Таким образом, с учетом угла магнитного поля по отношению к площади пропорциональность E∝ΔB/ΔtE∝ΔB/Δt становится равной

E∝ΔBcosθΔt.E∝ΔBcosθΔt.

20,25

Рисунок
20.35

Магнитное поле лежит в плоскости крайнего левого контура, поэтому в этом случае оно не может генерировать ЭДС. Когда петлю поворачивают так, что угол магнитного поля с вектором, перпендикулярным площади петли, увеличивается до 90°90° (см. самую правую петлю), магнитное поле вносит максимальный вклад в ЭДС в петле. Точки показывают, где силовые линии магнитного поля пересекают плоскость, определяемую петлей.

Другой способ уменьшить количество силовых линий магнитного поля, проходящих через проводящую петлю на рис. 20.35, — не перемещать магнит, а уменьшить петлю. Эксперименты показывают, что изменение площади проводящего контура в постоянном магнитном поле индуцирует в контуре ЭДС. Таким образом, ЭДС, создаваемая в проводящей петле, пропорциональна скорости изменения произведения перпендикулярного магнитного поля и площади петли

ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,ε∝Δ[(Bcosθ)A]Δt,

20.26

, где BcosθBcosθ — перпендикулярное магнитное поле, а A — площадь контура. Произведение BAcosθBAcosθ очень важно. Оно пропорционально числу силовых линий магнитного поля, проходящих перпендикулярно через поверхность площадью A . Возвращаясь к нашей аналогии с парусом, это было бы пропорционально силе ветра на парусе. Он называется магнитным потоком и обозначается ΦΦ.

Φ=BAcosθΦ=BAcosθ

20,27

Единицей магнитного потока является вебер (Вб), то есть магнитное поле на единицу площади, или Тл/м ² . Вебер также является вольт-секундой (Vs).

ЭДС индукции фактически пропорциональна скорости изменения магнитного потока через проводящую петлю.

ε∝ΔΦΔtε∝ΔΦΔt

20,28

Наконец, для катушки из Н витков ЭДС в Н раз сильнее, чем для одиночного витка. Таким образом, ЭДС, индуцируемая переменным магнитным полем в катушке N петли это

ε∝NΔBcosθΔtA.ε∝NΔBcosθΔtA.

Последний вопрос, на который нужно ответить, прежде чем мы сможем преобразовать пропорциональность в уравнение: «В каком направлении течет ток?» Русский ученый Генрих Ленц (1804–1865) объяснил, что ток течет в направлении, создающем магнитное поле, которое пытается поддерживать постоянный поток в контуре. Например, снова рассмотрим рис. 20.34. Движение стержневого магнита приводит к уменьшению числа направленных вверх силовых линий магнитного поля, проходящих через петлю. Следовательно, в петле создается ЭДС, которая движет ток в направлении, создающем более направленные вверх силовые линии магнитного поля. Используя правило правой руки, мы видим, что этот ток должен течь в направлении, показанном на рисунке. Чтобы выразить тот факт, что ЭДС индукции действует на противодействие изменению магнитного потока через проволочный контур, в пропорциональность ε∝ΔΦ/Δt.ε∝ΔΦ/Δt., которая дает закон индукции Фарадея, вводится знак минус. 9) внутри катушки, направленной влево. Это будет противодействовать увеличению магнитного потока, направленного вправо. Чтобы увидеть, в каком направлении должен течь ток, укажите большим пальцем правой руки в нужном направлении магнитного поля B→катушка,B→катушка, и ток будет течь в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки. Это показано изображением правой руки в верхнем ряду рис. 20.36. Таким образом, ток должен течь в направлении, показанном на рис. 4(а).

На рис. 4(b) направление движения магнита изменено на противоположное. В катушке направленное вправо магнитное поле B→magB→mag из-за движущегося магнита уменьшается. Закон Ленца гласит, что, чтобы противодействовать этому уменьшению, ЭДС будет управлять током, который создает дополнительное магнитное поле, направленное вправо B → катушка B → катушка в катушке. Снова направьте большой палец правой руки в нужном направлении магнитного поля, и ток потечет в направлении, указанном сгибанием пальцев правой руки (рис. 4(b)).

Наконец, на рис. 4(с) магнит перевернут так, что южный полюс находится ближе всего к катушке. Теперь магнитное поле B→magB→mag указывает на магнит, а не на катушку. Когда магнит приближается к катушке, это вызывает увеличение направленного влево магнитного поля в катушке. Закон Ленца говорит нам, что ЭДС, индуцируемая в катушке, будет направлять ток в направлении, создающем магнитное поле, направленное вправо. Это будет противодействовать увеличивающемуся магнитному потоку, направленному влево из-за магнита. Повторное использование правила правой руки, как показано на рисунке, показывает, что ток должен течь в направлении, показанном на рисунке 4(c).

Рисунок
20.36

Закон Ленца говорит нам, что ЭДС магнитного поля будет вызывать ток, который сопротивляется изменению магнитного потока в цепи. Это показано на панелях (a)–(c) для различных ориентаций и скоростей магнита. Правые руки справа показывают, как применить правило правой руки, чтобы определить, в каком направлении течет индуцированный ток вокруг катушки.

Виртуальная физика

Электромагнитная лаборатория Фарадея

Эта симуляция предлагает несколько действий. Сейчас нажмите на вкладку Pickup Coil, которая представляет собой стержневой магнит, который вы можете перемещать через катушку. При этом вы можете видеть, как электроны движутся в катушке, и загорается лампочка, или вольтметр показывает напряжение на резисторе. Обратите внимание, что вольтметр позволяет вам видеть знак напряжения при перемещении магнита. Вы также можете оставить стержневой магнит в покое и двигать катушку, хотя наблюдать результаты будет труднее.

Исследования PhET: Электромагнитная лаборатория Фарадея
Поиграйте со стержневым магнитом и катушками, чтобы узнать о законе Фарадея. Переместите стержневой магнит рядом с одной или двумя катушками, чтобы лампочка загорелась. Посмотрите на линии магнитного поля. Счетчик показывает направление и величину тока. Просмотрите линии магнитного поля или используйте измеритель, чтобы показать направление и величину тока. Вы также можете играть с электромагнитами, генераторами и трансформаторами!

Нажмите, чтобы просмотреть содержимое

Расположите стержневой магнит северным полюсом вправо и поместите приемную катушку справа от стержневого магнита. Теперь переместите стержневой магнит к катушке и посмотрите, как движутся электроны. Это та же самая ситуация, что изображена ниже. Течет ли ток в моделировании в том же направлении, как показано ниже? Объясните, почему да или почему нет.

1. Да, ток в симуляции течет, как показано, потому что направление тока противоположно направлению потока электронов.

2. Нет, ток в моделировании течет в противоположном направлении, потому что направление тока совпадает с направлением потока электронов.

Смотреть физику

Наведенный ток в проводе

В этом видео показано, как можно индуцировать ток в прямом проводе, перемещая его через магнитное поле. Лектор использует перекрестное произведение , которое является типом векторного умножения. Не волнуйтесь, если вы не знакомы с этим, оно в основном сочетает в себе правило правой руки для определения силы, действующей на заряды в проводе, с уравнением F=qvBsinθ.F=qvBsinθ.

Проверка захвата

Какая ЭДС возникает на прямолинейном проводе длиной 0,50 м, движущемся со скоростью (1,5 м/с) x^x^ через однородное магнитное поле (0,30 Тл) ẑ ? Провод лежит в направлении х . Кроме того, какой конец провода находится под более высоким потенциалом — пусть нижний конец провода будет на y = 0, а верхний конец на y = 0,5 м)?

1. 0,15 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
2. 0,15 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом
3. 0,075 В и нижний конец провода будет под более высоким потенциалом
4. 0,075 В и верхний конец провода будет под более высоким потенциалом

Рабочий пример

ЭДС, индуцированная движущимся магнитом в проводящей катушке

Представьте, что магнитное поле проходит через катушку в направлении, указанном на рис. 20.37. Диаметр катушки 2,0 см. Если магнитное поле изменяется от 0,020 до 0,010 Тл за 34 с, каковы направление и величина индуцированного тока? Предположим, катушка имеет сопротивление 0,1 Ом.Ом.

Рисунок
20. 37

Катушка, через которую проходит магнитное поле B .

Стратегия

Используйте уравнение ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt, чтобы найти ЭДС индукции в катушке, где Δt=34sΔt=34s . Подсчитав количество петель в соленоиде, мы находим, что в нем 16 петель, поэтому N=16.N=16. Используйте уравнение Φ=BAcosθΦ=BAcosθ для расчета магнитного потока и мы использовали cos0°=1.cos0°=1. Поскольку площадь соленоида не меняется, изменение магнитного потока через соленоид равно

ΔΦ=ΔBπ(d2)2.ΔΦ=ΔBπ(d2)2.

20,31

Как только мы найдем ЭДС, мы можем использовать закон Ома, ε=IR,ε=IR, чтобы найти ток.

Наконец, закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле, которое препятствует уменьшению приложенного магнитного поля. Таким образом, ток должен создавать магнитное поле справа.

Решение

Объединение уравнений ε=−NΔΦ/Δtε=−NΔΦ/Δt
и Φ=BAcosθΦ=BAcosθ
дает

ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt. ε=-NΔΦΔt=-NΔBπd24Δt.

20,32

Решение закона Ома для тока и использование этого результата дает

εR=-NΔBπd24RΔt=-16(-0,010T)π(0,020м)24(0,10Ом)(34с)=15мкА.

20,33

Закон Ленца говорит нам, что ток должен создавать магнитное поле справа. Таким образом, мы направляем большой палец правой руки вправо и сгибаем правые пальцы вокруг соленоида. Ток должен течь в том направлении, в котором указывают наши пальцы, поэтому он входит в левый конец соленоида и выходит в правый конец.

Обсуждение

Давайте посмотрим, имеет ли смысл знак минус в законе индукции Фарадея. Определите направление магнитного поля как положительное. Это означает, что изменение магнитного поля отрицательно, как мы обнаружили выше. Знак минус в законе индукции Фарадея сводит на нет отрицательное изменение магнитного поля, оставляя нам положительный ток. Следовательно, ток должен течь в направлении магнитного поля, что мы и нашли.

Теперь попробуйте определить положительное направление как направление, противоположное направлению магнитного поля, т. е. положительное направление слева на рис. 20.37. В этом случае вы обнаружите отрицательный ток. Но поскольку положительное направление направлено влево, отрицательный ток должен течь вправо, что опять-таки согласуется с тем, что мы нашли, используя закон Ленца.

Рабочий пример

Магнитная индукция из-за изменения размера цепи

Цепь, показанная на рис. 20.38, состоит из U-образного провода с резистором, концы которого соединены скользящим токопроводящим стержнем. Магнитное поле, заполняющее площадь, ограниченную контуром, постоянно и составляет 0,01 Тл. Если стержень тянут вправо со скоростью v=0,50 м/с, v=0,50 м/с, какой ток индуцируется в контуре и в каком направление течет ток?

Рисунок
20.38

Схема слайдера. Магнитное поле постоянно, и стержень тянется вправо со скоростью против . Изменяющаяся площадь, окруженная цепью, индуцирует ЭДС в цепи.

Стратегия

Мы снова используем закон индукции Фарадея, E=-NΔΦΔt, E=-NΔΦΔt, хотя на этот раз магнитное поле постоянно, а площадь, ограниченная контуром, изменяется. Схема содержит один контур, поэтому N=1.N=1. Скорость изменения площади составляет ΔAΔt=vℓ.ΔAΔt=vℓ. Таким образом, скорость изменения магнитного потока равна

0005

20,34

где мы использовали тот факт, что угол θθ между вектором площади и магнитным полем равен 0°. Зная ЭДС, мы можем найти силу тока, используя закон Ома. Чтобы найти направление тока, применим закон Ленца.

Решение

Закон индукции Фарадея дает

E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.E=-NΔΦΔt=-Bvℓ.

20,35

Решая закон Ома для тока и используя предыдущий результат для ЭДС, получаем =-BvℓR=-(0,010T)(0,50м/с)(0,10м)20Ом=25мкА.

20,36

По мере того, как стержень скользит вправо, магнитный поток, проходящий через цепь, увеличивается. Закон Ленца говорит нам, что индуцированный ток создаст магнитное поле, противодействующее этому увеличению. Таким образом, магнитное поле, создаваемое индуцированным током, должно проникать внутрь страницы. Скручивание пальцев правой руки вокруг петли по часовой стрелке приводит к тому, что большой палец правой руки указывает на страницу, что является желаемым направлением магнитного поля. Таким образом, ток должен течь по часовой стрелке вокруг цепи.

Обсуждение

Сохраняется ли энергия в этой цепи? Внешний агент должен тянуть стержень с достаточной силой, чтобы просто уравновесить силу, действующую на провод с током в магнитном поле — напомним, что F=IℓBsinθ. F=IℓBsinθ. Скорость, с которой эта сила действует на стержень, должна быть уравновешена скоростью, с которой цепь рассеивает мощность. Используя F=IℓBsinθ, F=IℓBsinθ, сила, необходимая для вытягивания проволоки с постоянной скоростью v , равна

Fpull=IℓBsinθ=IℓB,Fpull=IℓBsinθ=IℓB,

20,37

где мы использовали тот факт, что угол θθ между током и магнитным полем составляет 90°.90°. Подстановка приведенного выше выражения для тока в это уравнение дает

Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R. Fpull=IℓB=−BvℓR(ℓB)=−B2vℓ2R.

20,38

Мощность, вносимая агентом, тянущим стержень, равна Fpullv, или Fpullv, или

Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.Ppull=Fpullv=−B2v2ℓ2R.

20,39

Мощность, рассеиваемая цепью, равна

Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.Pрассеянное=I2R=(-BvℓR)2R=B2v2ℓ2R.

20.40

Таким образом, мы видим, что Ppull+Pdissipated=0,Ppull+Pdissipated=0, что означает сохранение мощности в системе, состоящей из контура и агента, тянущего за стержень. Таким образом, в этой системе сохраняется энергия.

Практические задачи

11.

Магнитный поток через одну проволочную петлю изменяется с 3,5 Вб до 1,5 Вб за 2,0 с. Какая ЭДС возникает в контуре?

1. –2,0 В
2. –1,0 В
3. +1,0 В
4. +2,0 В

12.

Чему равна ЭДС катушки с 10 витками, через которую изменяется поток со скоростью 10 Вб/с?

1. –100 В
2. –10 В
3. +10 В
4. +100 В

Проверьте свое понимание

13.

Имея стержневой магнит, как можно индуцировать электрический ток в проволочной петле?

1. Электрический ток индуцируется, если рядом с проволочной петлей находится стержневой магнит.

2. Электрический ток индуцируется, если проволочная петля намотана на стержневой магнит.

3. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит перемещается по проволочной петле.

4. Электрический ток индуцируется, если стержневой магнит находится в контакте с проволочной петлей.

14.

Какие факторы могут вызвать индуцированный ток в проволочной петле, через которую проходит магнитное поле?

1. Наведенный ток можно создать, только изменив размер проволочной петли.

2. Наведенный ток можно создать, только изменив ориентацию проволочной петли.

3. Наведенный ток может быть создан только путем изменения силы магнитного поля.

4. Наведенный ток можно создать, изменив силу магнитного поля, изменив размер проволочной петли или изменив ориентацию проволочной петли.

Компоненты делителя потенциала (10.2.2) | CIE AS Physics Revision Notes 2022

Потенциометр

• Потенциометр подобен переменному резистору, подключенному в качестве делителя потенциала для получения плавно регулируемого выходного напряжения
• Может использоваться как средство сравнения разности потенциалов в различных частях цепи
• Цепь символ распознается по стрелке рядом с резистором

Принципиальная схема потенциометра

• вдоль него

Потенциометр представляет собой разновидность переменного резистора

• На схеме он обозначен резистором со скользящим контактом
• Скользящий контакт разделяет потенциометр на две части (верхняя часть и нижняя часть), обе из которых имеют разные сопротивления

Перемещение ползунка (стрелка на схеме) изменяет сопротивление (и, следовательно, разность потенциалов) верхней и нижней частей потенциометра

 

• Если ползунок на приведенной выше диаграмме переместить вверх, сопротивление нижней части увеличится, и поэтому разность потенциалов на ней также увеличится
• Следовательно, переменный резистор получает максимальное или минимальное значение для выходное напряжение
• Если сопротивление равно 3 Ом:
  • Максимальное напряжение при сопротивлении 3 Ом
  • Минимальное напряжение при сопротивлении 0 Ом

Рабочий пример

Цепь делителя потенциала состоит из постоянных резисторов сопротивлением 5,0 Ом и 7,0 Ом, соединенных последовательно с резистором 6,0 Ом, снабженным скользящим контактом. Они подключены к батарее с ЭДС 12 В и нулевым внутренним сопротивлением, как показано на рисунке. Каковы максимальное и минимальное выходные напряжения этой схемы делителя потенциала?

ОТВЕТ:   A

Гальванометр

• Гальванометр представляет собой разновидность чувствительного амперметра, используемого для обнаружения электрического тока
• Используется в потенциометре для измерения ЭДС между двумя точками цепи
• Символ цепи определяется стрелкой в ​​круге:

 

Символ цепи гальванометра

6

2

0007 Гальванометр состоит из катушки проволоки, намотанной на железный сердечник, который вращается в магнитном поле:

 

Гальванометр

• Стрелка представляет собой стрелку, которая отклоняется в зависимости от величины тока, проходящего через
  • Когда стрелка направлена ​​прямо вверх, тока нет
  • Это называется нулем отклонением
• через проводник (провод) прямо пропорциональна разности потенциалов на нем, т. е. отсутствие p.d означает, что через гальванометр не протекает ток
• Гальванометр имеет p.d, равную нулю, когда потенциал на одной стороне равен потенциалу на другой стороне
• Это положение , в котором он подключен к проводу (которое изменяется в зависимости от скользящего контакта), дает p.d, равную ЭДС ячейки, подключенной к гальванометру
• Ячейка должна быть подключена так, чтобы ее потенциал противодействует потенциалу на проводе, т. е. положительный вывод источника питания обращен к положительному выводу элемента:

 

• Когда скользящий контакт перемещается по проводу потенциометра, вы добавляете или уменьшаете сопротивление от/к внешний контур. Это изменяет падение потенциала на X и Y
• Положение точки скольжения регулируется до тех пор, пока гальванометр не покажет ноль. Это происходит до тех пор, пока разность потенциалов не станет равной E ₂
• Направление двух ЭДС противоположно друг другу и ток отсутствует

Рабочий пример

Источник питания и ячейка сравниваются с использованием показанной схемы потенциометра. ЭДС, создаваемая ячейкой, измеряется на потенциометре. Провод потенциометра AB имеет длину 150,0 см и сопротивление 2,4 Ом. Источник питания имеет ЭДС 5000 В, а солнечный элемент имеет ЭДС 6,25 мВ. Какое сопротивление R необходимо использовать, чтобы гальванометр показывал ноль при AS = 32,0 см? A. 735 Ом                 B. 451 Ом                       C. 207 Ом WER: D

Exam Tip

увеличиваться по мере перемещения ползунка контакта вдоль провода, помните, что p.d пропорционально длине провода (из закона Ома и уравнения удельного сопротивления). Чем длиннее провод, тем выше p.d

Автор

Katie M

Физика

Кэти всегда увлекалась наукой и получила степень по астрофизике в Шеффилдском университете. Она решила, что хочет вдохновлять других молодых людей, поэтому переехала в Бристоль, чтобы получить степень бакалавра в области средних наук.