№ 63 (1115568)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 63ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. ЗАКОНФАРАДЕЯОписание составил доц. Попов Ю. Ф.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯЗАКОН ФАРАДЕЯВихревое электрическое полеЯвление электромагнитной индукции (ЭМИ), открытое М. Фарадеем в1831 г., иллюстрируется следующим опытом. Если к проводящему виткубыстро поднести постоянный магнит, то в нем возбуждается электрический ток,регистрируемый гальванометром (рис.

1,а). Когда магнит быстро удаляют отвитка, возникающий ток имеет другое направление (рис. 1,б).Индукционные токи соответствующих направлений возникают и в томслучае, если магнит неподвижен, а виток приближается или удаляется от него.Количественные исследования, проведенные Фарадеем, позволилиустановить, что величина электродвижущей силы (ЭДС), индукции зависит отскорости изменения магнитного потока ФВФBBn dS .(1)SЗдесь Bn - проекция вектора магнитной индукции на нормаль к элементуповерхности dS , а интегралберется по любой поверхностиS , ограниченной проводящимвитком.

Единицей магнитногопотока является вебер (Вб):1 Вб 1Тл м2 . Так как индукциямагнитного поля B равнамагнитномупотокучерезединицу площади: B ФB S ,ее иногда называют плотностьюмагнитного потока.Используяпонятиемагнитного потока, результатопытовФарадеяможнозаписатьматематически,аименно: ЭДС индукции вконтуре равна скорости изменения магнитного потока через сечение контура:dФ B(2)dtВеличина ЭДС индукции получается в вольтах, если скорость изменениямагнитного потока dФB dt выражена в веберах в секунду (Вб/с).

Этоутверждение называется законом электромагнитной индукции Фарадея ипредставляет собой один из фундаментальных законов электромагнетизма.Если контур состоит из N одинаковых витков, то индуцированные в каждомвитке ЭДС складываются и формула (2) принимает вид:4dФ B(3)dtЗнак минус в (2) и (3) указывает направление, в котором действует ЭДСиндукции, т.е. ее полярность. Согласно экспериментальным данным ЭДСиндукции возбуждает в контуре такойток, индукция магнитного поля котороговсегдапротиводействуетпервоначальному изменению магнитногопотока. Это положение известно какправило Ленца.Важно отметить, что ЭДС индукциивозникает всегда, когда происходитизменение магнитного потока. ПосколькумагнитныйпотокравенФBBn dS Bcos dS , то закон Фарадея можно записать в видеNSSdBcos dS ,(4)dt Sгде - угол между вектором B и нормалью к элементу dS поверхности S ,через которую считается поток.Отсюда следует, что ЭДС индукции может быть индуцирована следующимиспособами:1. Изменением индукции магнитного поля: dB dt 0 .2.

Изменением ориентации контура по отношению к вектору B : d dt 0 .3. Изменением площади сечения контура: dS dt 0 .Первый способ получения ЭДС индукции подробно рассмотрен выше напримере опыта, изображенного на рис. 1. Второй способ, т.е. изменениеориентации контура по отношению к В, положен в основу такого практическогоустройства, как генератор переменного тока (напряжения).

Если проводящуюрамку поместить в постоянное магнитное поле с индукцией В и вращать вокругоси, лежащей в плоскости рамки, с постоянной угловой скоростью (рис. 2), топоток магнитной индукции через сечение рамки S будет изменяться заполовину периода от значения Ф BS до значения Ф BS по законуФ BS cos t .При этом ЭДС индукции, наводимая в рамке, будет изменяться по закону:dФ BBSsin t(5)dtИзменение площади контура непосредственно связано с движениемэлементов проводника в магнитном поле, что также сопровождаетсявозникновением ЭДС индукции.

Анализ этого случая позволяет более полнопонять природу наводимой ЭДС. Пусть однородное магнитное поле синдукцией В перпендикулярно площади, ограниченной П-образнымпроводником и лежащим на нем подвижным стержнем (рис. 3).5Когда стержень скользит по проводнику со скоростью v, он проходит завремя dt расстояние dx v dt . Площадь контура при этом увеличивается навеличину dS l v dt .

Согласно закону Фарадея (2), в контуре наводится ЭДСиндукцииdФBdSBlv(6)dtdtЭто соотношение справедливо при условии, что В, l и v взаимноперпендикулярны. Если они не перпендикулярны, то учитываются лишь ихвзаимно перпендикулярные компоненты.То же самое соотношение можно получить помимо закона Фарадея.Известно, что на движущийся в магнитном поле заряд действует сила ЛоренцаFл q v B .При движении проводящего стержня вместе с ним движутсянаходящиеся в нем носители заряда - электроны.

В результате на каждыйэлектрон начинает действовать сила Лоренца FII evB . Индекс «II» указывает,что сила направлена вдоль проводника (рис. 3,а).Действие этой силы эквивалентно действию электрической силы,обусловленной полем напряженностью E vB . Под действием этой силыэлектроны перемещаются вдоль проводника со скоростью u (рис. 3,б).Вследствие этого появляется перпендикулярная составляющая силы ЛоренцаFeuB . Таким образом, результирующая сила Лоренца, действующая на6электрон, равнаFлFIIF .Работа этой силы за время dt равна  dA FII u dt F v dt . С учетом направления векторов FII , F , v и u полная работасилы Лоренца оказывается равной нулю.Так как сила F направлена противоположно скорости подвижногопроводника v, то для его перемещения к нему необходимо приложить внешнююсилу Fвн , равную сумме всех перпендикулярных составляющих F ,действующих на электроны в проводнике.

За счет работы этой силы и будетвозникать энергия, выделяемая в контуре индукционным током, т.е. ЭДСиндукции.Из рассмотренных выше примеров следует важный вывод: изменениемагнитного потока ведет к возникновению электрического поля. Это относитсяне только к проводникам - электрическое поле возникает в любой областипространства, где происходит изменение магнитного потока. Это поленеэлектростатической природы, т.е. для его возникновения не требуетсяналичия свободных зарядов; часто это поле называется вихревым полем.Силовые линии вихревого электрического поля являются замкнутыми(непрерывными) линиями (рис.

4).Вектор напряженности вихревого электрического поля E направлен покасательной к силовым линиям, а их плотность пропорциональна величине E .Основным отличием вихревого электрического поля от электростатического(потенциального) заключается в том, что работа по перемещению заряда позамкнутому контуру в вихревом поле отлична от нуля. Действительно,наводимая в контуре ЭДС индукции равна работе по перемещению единичногоположительного заряда по контуру, т.е. равна циркуляции вектора E позамкнутому контуру l:dФ(7)l Eldl dt B7Целью настоящей работы является экспериментальное изучение явленияэлектромагнитной индукции, проверка закона Фарадея, исследованиевихревого электрического поля вокруг соленоида, возникающего приизменении в нем тока, т.е.

магнитной индукции.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИПрактическая часть работы выполняется на многофункциональномлабораторном комплексе ЛКЭ- 1. В настоящей работе используютсяследующие элементы комплекса (рис. 5).1. Два соосно закрепленных соленоида L1 и L2 с небольшим зазором междусобой. Включенные последовательно они позволяют моделировать бесконечнопротяженный соленоид (d<<l) (рис. 5). Параметры обоих соленоидовидентичны: длина l=120 мм, число витков N=422 вит., средний диаметробмотки <d>=52 мм.2. Датчик электромагнитной индукции D1 c фиксированными параметрами.Датчик представляетсобойкатушку,закрепленнуюнавертикальнойоситаким образом, чтоось катушки можетповорачиватьсявгоризонтальнойплоскости на угол90 .

Угол поворотафиксируетсяполимбу.Датчикукрепленнаподставке,котораяможет перемещаться8по рейтеру со шкалой. Рейтер ориентирован вдоль оси соленоидов, чтопозволяет устанавливать катушку датчика в любой точке на оси соленоидов.Параметры катушки датчика D1 : длина l 10 мм , число витков N 250 , диаметробмотки d 18 мм .Плоский кольцевой датчик электромагнитной индукции D2 ,состоящий из 9 концентрических контуров (рис. 6,а). Число витков в каждомконтуре N 50 , радиусы контуров ri = 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70 мм.,соответственно.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы