Магнитное поле и электромагнитная индукция

Слайд 1. Магнитное поле и электромагнитная индукция

Физика, 11 класс. Основные понятия, законы и задания для подготовки к ЕГЭ

Слайд 2. Что такое электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — это явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через этот контур.

Явление открыл Майкл Фарадей в 1831 году.

Простая идея: изменение магнитного поля может создать электрический ток.

Слайд 3. Когда возникает индукционный ток

Контур должен быть замкнут

Магнитный поток через контур должен изменяться

Изменение можно вызвать движением магнита или контура

Поток также меняется при вращении контура или изменении магнитного поля

Чем быстрее меняется поток, тем больше ЭДС индукции

Слайд 4. Магнитный поток

Магнитный поток характеризует, сколько магнитного поля проходит через поверхность контура.

Формула магнитного потока:

$\Phi =B\cdot S\cdot \cos \alpha$

$B$ — магнитная индукция, $S$ — площадь контура, $\alpha$ — угол между вектором $\vec{B}$ и нормалью к плоскости контура.

Единица измерения — вебер, Вб.

Слайд 5. Зависимость потока от угла

Если $\alpha =0$ градусов, вектор магнитной индукции направлен вдоль нормали к поверхности.

$\cos \alpha =1$

Поток максимален.

Если $\alpha =90$ градусов, магнитное поле направлено вдоль плоскости контура.

$\cos \alpha =0$

Поток равен нулю.

Слайд 6. Закон электромагнитной индукции Фарадея

ЭДС индукции в замкнутом контуре по модулю равна скорости изменения магнитного потока.

${\mathcal{E}}_i=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Для катушки с $N$ витками:

${\mathcal{E}}_i=-N\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Знак минус показывает направление индукционного тока согласно правилу Ленца. Единица измерения ЭДС — вольт.

Слайд 7. Как увеличить ЭДС индукции

Увеличить скорость движения магнита или контура.

Использовать магнитное поле с большей индукцией.

Увеличить число витков катушки.

Слайд 8. Правило Ленца

Индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока.

Если поток увеличивается, поле индукционного тока направлено против внешнего поля.

Если поток уменьшается, поле индукционного тока совпадает с внешним полем и поддерживает его.

Правило Ленца помогает определить направление тока.

Слайд 9. Алгоритм применения правила Ленца

Определите направление внешнего магнитного поля

Установите, увеличивается или уменьшается магнитный поток

Определите направление поля индукционного тока

По правилу правой руки найдите направление тока в контуре

Проверьте, препятствует ли найденный ток изменению потока

Слайд 10. Самоиндукция

Самоиндукция — возникновение ЭДС в цепи при изменении силы тока в этой же цепи.

Катушка препятствует резкому изменению тока. При замыкании цепи ток нарастает не мгновенно, а при размыкании может возникнуть большая ЭДС.

ЭДС самоиндукции:

${\mathcal{E}}_{\text{си}}=-L\frac{\Delta I}{\Delta t}$

Слайд 11. Индуктивность катушки

Индуктивность обозначают буквой $L$.

Единица измерения — генри, Гн.

При увеличении числа витков индуктивность возрастает.

Железный сердечник значительно увеличивает индуктивность.

Слайд 12. Энергия магнитного поля

Ток в катушке создаёт магнитное поле. Это поле способно запасать энергию, подобно сжатой пружине.

$W=\frac{L{I}^2}{2}$

$W$ — энергия магнитного поля, $L$ — индуктивность, $I$ — сила тока.

Энергия зависит от квадрата силы тока. Если ток увеличить в два раза, энергия увеличится в четыре раза.

Аналогия: индуктивность похожа на массу, ток — на скорость, а энергия магнитного поля — на кинетическую энергию.

Слайд 13. Основные формулы темы

Слайд 14. Изменение потока рождает ток, а ток сопротивляется изменению

— Главная идея электромагнитной индукции

Слайд 15. Задания на понимание

Медное кольцо лежит на столе. К нему подносят магнит северным полюсом. Как изменится магнитный поток?

В какую сторону будет направлен индукционный ток, если смотреть сверху?

При вращении рамки в однородном поле укажите положение максимального и нулевого потока.

Объясните появление искры при быстром размыкании цепи с катушкой.

Слайд 16. Расчётное задание 1

Магнитный поток через контур равномерно изменился с $0,4$ Вб до $0,1$ Вб за $0,3$ с.

Определите модуль ЭДС индукции в контуре.

Запишите:

изменение магнитного потока;

время изменения;

закон Фарадея;

числовой ответ с единицей измерения.

Слайд 17. Расчётные задания 2 и 3

В катушке с индуктивностью $0,5$ Гн сила тока равномерно уменьшилась с $4$ А до $2$ А за $0,1$ с. Найдите модуль ЭДС самоиндукции.

В катушке с индуктивностью $0,2$ Гн течёт ток силой $3$ А. Определите энергию магнитного поля.

Как изменится энергия, если силу тока увеличить в два раза?

Решения не приводятся. Используйте формулы и единицы СИ.

Слайд 18. Итоги урока

Электромагнитная индукция возникает при изменении магнитного потока через замкнутый контур

Магнитный поток определяется величинами $B$, $S$ и углом $\alpha$

Закон Фарадея связывает ЭДС индукции со скоростью изменения потока

Правило Ленца определяет направление индукционного тока

Самоиндукция препятствует изменению тока в катушке

Энергия магнитного поля определяется формулой $W=\frac{L{I}^2}{2}$