Электродвижущая сила индукции

Слайд 1. Электродвижущая сила индукции

Закон электромагнитной индукции Фарадея · 11 класс

Слайд 2. Почему возникает индукционный ток

При изменении магнитного потока через замкнутый контур в нём возникает индукционный ток. Причина появления тока — электродвижущая сила индукции, создающая движение зарядов.

Слайд 3. Два ключевых понятия

Скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри контура: ${\mathcal{E}}_{\text{инд}}=\frac{A_{\text{ст}}}{q}$.

Поток вектора магнитной индукции через площадь поверхности: $\Phi =BS\cos \alpha$, где $\alpha$ — угол между вектором $\vec{B}$ и нормалью к поверхности.

Слайд 4. Как изменить магнитный поток

• изменить магнитную индукцию $B$

• изменить площадь контура $S$

• изменить угол $\alpha$ между полем и нормалью

• переместить магнит или контур относительно друг друга

Слайд 5. Закон электромагнитной индукции Фарадея

Модуль ЭДС индукции равен скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром: ${\mathcal{E}}_{\text{инд}}=-\frac{d\Phi }{dt}$. Для катушки из $N$ витков: ${\mathcal{E}}_{\text{инд}}=-N\frac{d\Phi }{dt}$.

Слайд 6. «Минус» в законе Фарадея

— знак показывает направление индукционного тока и выражает правило Ленца

Слайд 7. Правило Ленца

Индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток. Важно: ток противодействует не самому внешнему полю, а именно его изменению.

Слайд 8. Опыт Фарадея: магнит и катушка

Слайд 9. Разбор опыта по шагам

Магнит покоится относительно катушки: поток постоянен, индукционный ток отсутствует.

Магнит приближается: поток изменяется, стрелка гальванометра отклоняется.

Направление движения меняется: направление индукционного тока также меняется на противоположное.

Слайд 10. От чего зависит ЭДС индукции

Чем быстрее изменяется поток, тем больше модуль ЭДС.

Для катушки ЭДС увеличивается пропорционально числу витков $N$.

Большее изменение магнитной индукции $B$ даёт большую ЭДС.

Изменение площади контура $S$ изменяет магнитный поток и ЭДС.

Слайд 11. ЭДС движения и ЭДС трансформатора

Если проводник движется в магнитном поле, на заряды действует магнитная сила. Возникает ЭДС движения: например, в движущемся стержне, пересекающем линии поля.

Если контур неподвижен, но изменяется магнитное поле, возникает трансформаторная ЭДС. В обоих случаях действует общий закон: изменяется магнитный поток.

Слайд 12. Исторический контекст открытия

1820

1831

1834

Современность

Открытие связи электрического тока и магнитного поля в опытах Эрстеда.

Майкл Фарадей обнаруживает электромагнитную индукцию.

Эмилий Ленц формулирует правило направления индукционного тока.

Явление используется в генераторах, трансформаторах и индукционных установках.

Слайд 13. Применения электромагнитной индукции

• электрические генераторы превращают механическую энергию в электрическую

• трансформаторы изменяют напряжение переменного тока

• индукционные плиты нагревают металлическую посуду

• бесконтактная зарядка передаёт энергию через изменяющееся магнитное поле

Слайд 14. Задание для проверки понимания

Катушку подключили к гальванометру. В первом опыте магнит быстро вдвигают в катушку, во втором — медленно, а в третьем удерживают неподвижно. Сравните модуль ЭДС и объясните направление отклонения стрелки в первых двух опытах. Используйте закон Фарадея и правило Ленца.

Слайд 15. Итоги

• ЭДС индукции возникает при изменении магнитного потока через контур.

• Закон Фарадея: ${\mathcal{E}}_{\text{инд}}=-\frac{d\Phi }{dt}$.

• Для катушки из $N$ витков: ${\mathcal{E}}_{\text{инд}}=-N\frac{d\Phi }{dt}$.

• Знак «минус» связан с правилом Ленца.

• ЭДС увеличивается при более быстром изменении потока и при увеличении числа витков.