В короткозамкнутую катушку вдвигают постоянный магнит. Когда магнит вдвигают внутрь короткозамкнутой проволочной катушки. Что читать в «Кванте» об электромагнитной индукции

А так ли хорошо знакома вам электромагнитная индукция? // Квант. - 1989. - № 6. - С. 40-41.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Надежда получить электричество при помощи
обыкновенного магнетизма в разные времена
побуждала меня экспериментально изучить
индуктивное действие электрических токов.
М. Фарадей

Всю свою жизнь Фарадей посвятил доказательству того, что ни один происходящий в природе электрический или магнитный процесс не протекает изолированно. Глубокая вера Фарадея во взаимосвязь всех сил природы привела его после многолетних неудач к уникальному открытию.

Новый эффект, как это часто случается, обнаруживался затем во множестве внешне различных явлений, объединенных, однако одним качественным выводом: переменные магнитные поля возбуждают поля электрические. Именно на этом принципе основано действие всех существующих электрических машин. Именно открытие Фарадея предоставило возможность преобразования механической энергии в электрическую, передачи энергии иа расстояние и тем самым легло в фундамент современной технической цивилизации.

Работы Фарадея и его выдающихся современников позволили шаг за шагом создать единую картину электромагнетизма.

При изучении этого раздела физики вы не только объясните известные вам факты и наблюдения, но и сможете разобраться с электромагнитными явлениями как космических, так и микроскопических масштабов.

Вопросы и задачи

1. Как двигать магнит, чтобы повернуть стрелку северным полюсом к наблюдателю?

   

2. Горизонтальная круглая рамка находится в магнитном поле, направленном вертикально вверх. Каким будет направление индукционного тока при наблюдении рамки сверху, если поле уменьшается со временем?
3. При каких положениях рамки, вращающейся с постоянной скоростью у прямолинейного проводника с током, возникающая в ней ЭДС будет наибольшей? наименьшей?

   

4. В короткозамкнутую катушку сначала быстро, а затем медленно вдвигают магнит. Одинаковый ли заряд переносится при этом индукционным током? Одинаковое ли количество теплоты выделяется в катушке?
5. Как будет падать магнит в длинной медной трубке? Сопротивлением воздуха пренебречь.
6. Концы сложенной вдвое проволоки присоединены к гальванометру. Почему стрелка прибора остается на нуле, когда проволока пересекает линии индукции магнитного поля?
7. На вертикально расположенной катушке лежит металлическая монета. Почему она нагревается, когда по катушке течет переменный ток, и остается холодной - при постоянном?
8. По прямолинейному проводнику течет ток высокой частоты. Как изменится сопротивление этого проводника, если ему придать форму соленоида?
9. Проводник АВ движется так, что по нему идет ток от точки А к точке В . В какой из этих точек потенциал выше?

   

10. Два одинаковых самолета летят горизонтально с одинаковыми скоростями, один - вблизи экватора, другой - у полюса. У какого из них возникает большая разность потенциалов на концах крыльев?

    

11. Ротор работающего электрогенератора испытывает торможение. Какова природа сил, вызывающих это торможение?
12. Два круговых проводника расположены перпендикулярно друг к другу. Возникнет ли индукционный ток в проводнике А при изменениях тока в контуре В ?

    

13. Кольцо из сверхпроводника находится вблизи постоянного магнита и пронизывается магнитным потоком Ф. Тока в кольце нет. Каким будет магнитный поток через это кольцо, если убрать магнит?

Микроопыт

Подвесьте подковообразный магнит на нитке над диском из алюминиевой фольги, способным вращаться вокруг оси, проходящей через его центр. Если раскрутить магнит, то диск начнет вращаться. В какую сторону. Почему?

Любопытно, что…

В новейших типах электрических машин отсутствуют какие-либо механические подвижные части. В так называемом МГД (магнитогидродинамическом) - генераторе вместо проволочного проводника между полюсами магнита движется плазма, образовавшаяся при сгорании нефти или газа. Носители заряда в плазме отклоняются магнитным полем к электродам, и во внешней цепи возникает ток.

Фарадей годами носил в жилетном кармане маленький полосной магнит и проволочную катушку как постоянное напоминание о нерешенной проблеме порождения магнитным полем электрического тока.

Вихревые индукционные токи (токи Фуко) могут, как и трение, быть не только вредными, но и полезными. Всего лишь три примера: индукционные печи для нагрева и даже плавления металлов, «магнитное успокоение» в измерительных приборах и циркулярных пилах и... всем известный счетчик электрической энергии.

Самостоятельно придя к идее электромагнитного вращения, Фарадей с помощью ртутного контакта осуществил непрерывное вращение магнита вокруг проводника с током. Этот первый электродвигатель заработал в декабре 1821 года.



Правило Ленца, определяющее направление индукционного тока, было сформулировано почти сразу после открытия Фарадея - в 1833 году. Сегодня яркое проявление этого правила можно наблюдать в школьной лаборатории, поместив сверхпроводящую керамическую таблетку над магнитом: она будет «парить» над ним.



Что читать в «Кванте» об электромагнитной индукции

1. «Электромагнитная индукция и принцип относительности» - 1987, № 11;
2. «Пути электромагнитной теории» - 1988, № 2;
3. «Правило Ленца» - 1988, № 5;
4. «Сверхпроводимость: история, современные представления, последние успехи» - 1988, № 6;
5. «Сила Лоренца и эффект Холла» - 1989, № 3.

Ответы

1. Вдвинуть в катушку.
2. Против часовой стрелки.
3. ЭДС индукции будет иметь наименьшее значение, когда рамка оказывается в плоскости, проходящей через провод, наибольшее - когда рамка перпендикулярна к этой плоскости.
4. Нет, так как поток магнитной индукции контура В не пронизывает контур А .
5. Одинаковый. Нет, поскольку количество теплоты пропорционально скорости движения магнита.
6. При движении магнита в трубке возникает ЭДС индукции, которая порождает магнитное поле, препятствующее свободному падению магнита.
7. Наряду с обычным трением тормозят ротор и амперовы силы, действующие на него со стороны магнитного поля статора.
8. У самолета, летящего вблизи полюса.
9. В двух половинах проволоки возникают равные по величине, но противоположные по знаку ЭДС индукции, которые взаимно компенсируются.
10. В точке В , так как на участке ВСА , где отсутствуют источники ЭДС, ток идет от В к А .
11. При переменном токе в монете возникают вихревые токи, при постоянном - нет.
12. Увеличится.
13. Поскольку сопротивление кольца равно нулю, то и суммарная ЭДС в нем всегда должна быть равна нулю. Это может быть только в том случае, если изменение полного магнитного потока через кольцо равно нулю. Следовательно, при удалении магнита созданный индукционным током магнитный поток сохранится равным Ф.

Микроопыт

Переменное магнитное поле вращающегося магнита возбуждает в диске индукционные вихревые токи, направленные так, что создаваемое ими магнитное Поле тормозит движение магнита. По третьему закону Ньютона равная и противоположно направленная сила действует на диск и увлекает его вслед за магнитом.

Когда магнит вдвигают внутрь короткозамкнутой проволочной катушки, в катушке возникает индукционный ток. Выберите правильное утверждение.
А. Линии магнитной индукции поля магнита входят в его северный полюс.

Б. Магнит и катушка отталкиваются друг от друга.

В. Внутри катушки магнитное поле индукционного тока направленно вверх.

Г. Индукционный ток направлен в катушке против часовой стрелки (если смотреть сверху) .

Решебник по физике Л.А. Кирик Самостоятельные и контрольные работы

1. На рисунке изображены магнитные линии прямолинейного проводника с током. Выберите правильное утверждение.
A. За направление магнитной линии в данной точке принимают направление, которое указывает южный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
Б. Чтобы найти направление магнитных линий, можно воспользоваться правилом правой руки.
B. Магнитные линии замкнуты только вблизи прямолинейного проводника с током.
Г. Направление магнитных линий не зависит от направления тока в проводнике.

2. Когда короткозамкнутую проволочную катушку надевают на неподвижный магнит, в катушке возникает индукционный ток. Выберите правильное утверждение.

A. Число магнитных линий, пронизывающих катушку, в этом опыте не изменяется.
Б. Направление индукционного тока не зависит от того, надевают ли катушку на северный или на южный полюс магнита.
B. Явление электромагнитной индукции связано с возникновением тока в контуре под действием изменяющегося магнитного поля.
Г. Если снимать катушку с магнита, то направление индукционного тока в катушке не изменится.

3. Между полюсами сильного электромагнита быстро вращают кольцо, сделанное из медной проволоки. При этом кольцо нагревается. Поясните, почему это происходит.

При вращении замкнутого контура из проводника в постоянном магнитном поле будет изменяться магнитный поток через этот контур. При изменении магнитного потока по закону Фарадея будет возникать ЭДС индукции. Поскольку контур замкнутый, в нём будет протекать ток индукции, который будет оказывать тепловое действие.

4. Какую работу совершил в проводнике электрический ток, если заряд, прошедший по цепи, равен 1,5 Кл, а напряжение на концах этого проводника равно 6 В?

5. Электрический кипятильник со спиралью сопротивлением 160 Ом помещен в сосуд, содержащий 0,5 кг воды при 20 °С, и включен в сеть с напряжением 220 В. Через 20 мин кипятильник отключили. Сколько воды выкипело, если КПД спирали 80 % ?

Для на­блю­де­ния яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции со­би­ра­ет­ся элек­три­че­ская схема, вклю­ча­ю­щая в себя по­движ­ную про­во­лоч­ную ка­туш­ку, под­со­еди­нен­ную к ам­пер­мет­ру и не­по­движ­ный маг­нит. Ин­дук­ци­он­ный ток в ка­туш­ке воз­ник­нет

1) толь­ко если ка­туш­ка не­по­движ­на от­но­си­тель­но маг­ни­та

2) толь­ко если ка­туш­ка на­де­ва­ет­ся на маг­нит

3) толь­ко если ка­туш­ка сни­ма­ет­ся с маг­ни­та

4) если ка­туш­ка на­де­ва­ет­ся на маг­нит или сни­ма­ет­ся с маг­ни­та

Согласно закону электромагнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток при изменении магнитного потока через контур. При этом не важно, какова причина изменения, это может быть движение магнита относительно контура, или движение контура относительно магнита. Также не важно, как изменяется поток, растет он или уменьшается, этим определяется только направление индукционного тока. Так как в условиях задачи магнит неподвижен, то индукционный ток, можно наблюдать надевая катушку на магнит или снимая ее с него. Верно утверждение 4.

Тест по физике Явление электромагнитной индукции для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. v в однородном магнитном поле так, как показано на рисун­ке 35. Какие заряды образуются на кра­ях стержня?

А. 1 — отрицательные, 2 — положи­тельные.
Б. 1 — положительные, 2 — отрица­тельные.

2. В короткозамкнутую катушку первый раз быстро, второй раз медленно вводят магнит. В каком случае заряд, который переносится индукционным током, боль­ше?

А. В первом случае заряд больше.
Б. Во втором случае заряд больше.
В. В обоих случаях заряды одинаковы.

3. В магнитном поле с индукцией 0,25 Тл перпендику­лярно линиям индукции со скоростью 5 м/с движется проводник длиной 2 м. Чему равна ЭДС индукции в проводнике?

А. 250 В.
Б. 2,5 В.
В. 0,4 В.

4. За 3 с магнитный поток, пронизывающий прово­лочную рамку, равномерно увеличился с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рам­ке?

А. 1 В.
Б. 3 В.
В. 6 В.

5. При каком направлении движения контура в магнит­ном поле (рис. 36) в нем возникает индукционный ток?

А. При движении в плоскости рисунка вправо.
Б. При движении в плоскости рисунка от нас.
АВ .

2 вариант

1. Металлический стержень движется со скоростью v в однородном магнитном поле так, как показано на рисунке 37. Какие заряды образуются на краях стержня?

А. 1 — отрицательные, 2 — положительные.
Б. 1 — положительные, 2 — отрицательные.
В. Определенного ответа дать нельзя.

2. В короткозамкнутую катушку первый раз быстро, вто­рой раз медленно вводят магнит. В каком случае работа, совершенная возникающей ЭДС, больше?

А. В первом случае работа больше.
Б. Во втором случае работа больше.
В. В обоих случаях работа одинакова.

3. В магнитном поле с индукцией 0,5 Т л перпендикуляр­но линиям индукции со скоростью 4 м/с движется про­водник длиной 0,5 м. Чему равна ЭДС индукции в про­воднике?

А. 100 В.
Б. 10 В.
В. 1 В.

4. За 2 с магнитный поток, пронизывающий проволоч­ную рамку, равномерно уменьшился с 9 Вб до 3 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

А. 4 В.
Б. 3 В.
В. 2 В.

5. При каком направлении движения контура в магнитном поле (рис. 38) в нем возникает индукционный ток?

А. При движении плоскости рисун­ка вправо.
Б. При движении плоскости рисун­ка от нас.
В. При повороте вокруг стороны BD .

Ответы на тест по физике Явление электромагнитной индукции для 11 класса
1 вариант
1-Б
2-В
3-Б
4-А
5-В
2 вариант
1-Б
2-А
3-В
4-Б
5-В

I 1 >I 2

В магнитном поле с индукциейВ F

Е m r

по всем траекториям одинакова

В опыте Ампера наблюдалось следующее

взаимодействие двух параллельных проводников с током

В опыте Эрстеда наблюдалось следующее

поворот магнитной стрелки вблизи проводника при пропускании через него тока

В цепи, изображенной на рисунке, ползунок реостата перемещают вверх При этом показания

амперметра увеличились, вольтметра уменьшились

В циклотроне при увеличении скорости заряженной частицы в 2 раза ее период обращения (Рассмотрите нерелятивистский случай (vc ))

не изменится

Вектор напряженности электрического поля в точке О, созданного двумя одноименными зарядами, имеет направление

Вектор напряженности электрического поля у поверхности проводника с током правильно изображен на рисунке

Вольт-амперной характеристике вакуумного диода соответствует график

Вольт-амперной характеристике газового разряда больше соответствует график

Вольт-амперной характеристике нити лампы накаливания соответствует график

Выражению для модуля силы Ампера соответствует формула

F =IBl sin

Выражению для модуля силы Лоренца соответствует формула

F =qvB sin

Выражению для силы тока в проводнике соответствует формула

Высокое напряжение требуется для разряда(-ов)

искрового

Графику зависимости сопротивления проводника от температуры соответствует график

Два одинаковых источника с ЭДС каждый соединены параллельно. Показания вольтметра, подключенного к точкам 1 и 2

Два резистора, имеющие сопротивленияR 1 =3 Ом иR 2 = 6 Ом, включены последовательно в цепь постоянного тока. Сравните работыА электрического тока на этих резисторах за одинаковое время

А 2 = 2А 1

Единица индуктивности называется

Единица магнитного потока называется

Единица магнитной индукции называется

Единица ЭДС называется

Из следующих утверждений: 1) магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения); 2) электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем; 3) силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников - магнитных зарядов, подобных электрическим); 4) электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами - источниками этого поля - второму соответствует уравнение Максвелла

Из следующих утверждений: 1) магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения); 2) электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем; 3) силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников - магнитных зарядов, подобных электрическим); 4) электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами - источниками этого поля - первому соответствует уравнение Максвелла

Из следующих утверждений: 1) магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения); 2) электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем; 3) силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников - магнитных зарядов, подобных электрическим); 4) электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами - источниками этого поля - третьему соответствует уравнение Максвелла

Из следующих утверждений: 1) магнитное поле порождается движущимися зарядами и переменным электрическим полем (током смещения); 2) электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое поле) порождается переменным магнитным полем; 3) силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (это означает, что оно не имеет источников - магнитных зарядов, подобных электрическим); 4) электрическое поле с незамкнутыми силовыми линиями (потенциальное поле) порождается электрическими зарядами - источниками этого поля - четвертому соответствует уравнение Максвелла

Капля, имеющая положительный заряд +е, при освещении потеряла один электрон. Заряд капли стал

Проволочная рамка находится в однородном магнитном поле. Электрический ток в ней возникает, когда: 1) рамку двигают вдоль линий индукции магнитного поля; 2) рамку двигают поперек линий индукции магнитного поля; 3) рамку поворачивают вокруг одной из ее сторон

Проволочную рамку вдвигают в однородное магнитное поле (как показано на рисунке) Индукционный ток при этом

направлен I - по часовой стрелке, II - равен нулю, III - направлен против часовой стрелки

Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи, называется

напряжением

В коротко замкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, второй раз медленно Сравните значения индукционного тока, возникающего при этом

I 1 >I 2

В магнитном поле с индукциейВ = 4 Тл движется электрон со скоростью 10 7 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Модуль силыF , действующей на электрон со стороны магнитного поля, равен

В однородном электрическом поле напряженностьюЕ = 2 10 3 В/м начала движение заряженная частица (q = 10 -5 Кл) массойm = 1 г. При прохождении расстоянияr = 10 см частица приобретет скорость

В однородном электрическом поле перемещается положительный заряд из точки 1 в точку 2 по разным траекториям. Работа сил электрического поля

по всем траекториям одинакова

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Часть А.

1. В короткозамкнутую катушку вдвигают постоянный магнит: один раз быстро, другой раз медленно. Сравните значения индукционного тока в этих случаях.

А.I 1 =I 2 =0 Б. I 1 =I 2 =0 B. I 1 > I 2 . Г. I 1 2

2. Имеются три одинаковых металлических кольца. Из первого кольца выводится магнит, во второе кольцо вводится магнит, в третьем кольце находится неподвижный магнит. В каком кольце течет индукционный ток?

3. Легкое проволочное кольцо подвешено на нити. При вдвигании в кольцо магнита южным полюсом оно будет: 1) отталкиваться от магнита; 2) притягиваться к магниту; 3) неподвижным; 4) сначала отталкиваться, затем притягиваться.

4. За 3 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличился от 6 до 18 Вб. ЭДС индукции равна: 1) 2 В; 2) 4 В;

3) 6 В; 4) 8 В.

5. Магнитный поток Ф, пронизывающий проводящий контур проволочной рамки, изменяется с течением времени как показано на графике 1. В каком случае ток в рамке максимален?

1) Во всех случаях индукционный ток одинаков. 2) Во втором. 3)В третьем. 4) В первом.

6. При равномерном нарастании силы тока на 2 А за 4 с в катушке возникает ЭДС индукции 0,8 В. Чему равна индуктивность катушки?

1) 0,1 Гн. 2) 0,4 Гн. 3) 1,6 Гн. 4) 6,4 Гн.

7. На рис. 2 представлена электрическая схема. Какая из лампочек в этой схеме загорится позже всех остальных после замыкания ключа?

1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4.

8. Какое значение имеет сила тока в катушке индуктивностью 2 Гн, если энергия магнитного поля катушки равна 16 Дж?

1) 2А. 2) 8А. 3) 4 А. 4) 2,2А.

9. При уменьшении тока в катушке в 3 раза энергия ее магнитного поля: 1) увеличится в 9 раз; 2) уменьшится в 9 раз; 3) уменьшится в 3 раза; 4) увеличится в 3 раза.

10. На прямолинейный проводник длиной 1,4 м и сопротивлением 2 Ом, находящийся в однородном магнитном поле с индукцией 0,25 Тл, действует сила 2,1 Н. Напряжение на концах проводника 24 В, угол между проводником и направлением вектора индукции равен ___ градусам: 1) 90°; 2) 60°; 3) 45°; 4) 30°.

11. Вопрос о направлении индукционного тока в самом общем виде был впервые решен: 1) Эрстедом; 2) Ленцем; 3) Ампером; 4) Фарадеем.

12. Проволочная рамка площадью 100 кв. см помещена в однородное магнитное поле, зависимость индукции которого показана на графике 2. Если плоскость рамки составляет угол в 30 с направлением линий магнитной индукции, то в момент времени t=3с рамке действует ЭДС индукции, равная:

1) 2мВ; 2) 1мВ; 3) 0,7 мВ; 4) 0,3мВ.

13. Основным свойством индукционного электрического поля является: 1) поле создается изменяющимся магнитным полем; 2) поле создается изменяющимся электрическим зарядом; 3) силовые линии индукционного поля всегда разомкнуты; 4) поле является потенциальным.

14. Единицей магнитной индукции является:

1) Ампер; 2) Генри; 3) Вебер; 4) Тесла.

Часть В.

15. В катушке из 200 витков индукция магнитного поля равномерно увеличивается от 1 до 5 Тл за 0,1 с. Определите ЭДС индукции, возникающую в катушке, если площадь витков 6 см.

16. Индуктивность катушки 2 Гн, сила тока ней 6 А. Чему равна ЭДС самоиндукции в катушке, если сила тока в ней равномерно уменьшается до 0 за 0, 05с?

17. Какова сила тока в катушке индуктивностью 40 мГн, если энергия магнитного поля равна 0,18 Дж?

18. Предположим, что в кольцо из сверхпроводника вдвигается магнит. Как изменится при этом магнитный поток, проходящий через кольцо?

19. Поясните превращение энергии, происходящее при повороте магнитной стрелки вблизи провода, по которому пустили ток.

(Дайте развернутый ответ)