ZIEL DER ARBEIT:

Machen Sie sich mit dem Gerät und der Funktionsweise des Verzinkungsgeräts vertraut.

Bestimmen Sie die Eigenschaften der Hauptelemente des Stromkreises der Galvanisierungsanlage.

AUSRÜSTUNG:

Geräte zur Galvanisierung, elektronisches Oszilloskop.

DER WERT DER METHODE

In der medizinischen Praxis wird häufig die Wirkung von Gleichstrom genutzt. Mit Hilfe der Galvanisierung wirken sie sowohl auf einzelne Organe (Leber, Herz, Schilddrüse etc.) als auch auf den gesamten Körper. Beispielsweise führt die Galvanisierung des „Kragenbereichs“ durch Reizung der Hals-Sympathikusknoten zu einer Stimulation des Herz-Kreislauf-Systems und einer Verbesserung der Stoffwechselprozesse. Daher wird die Methode bei der Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt:

Periphäres Nervensystem;

zentrales Nervensystem;

Bluthochdruck und Magengeschwür;

in der Zahnheilkunde - bei Verletzung des Trophismus oder Entzündung des Gewebes in der Mundhöhle usw.

Oft wird die Galvanisierung mit der Einführung von Arzneimitteln in das Körpergewebe kombiniert, die in Lösungen in Ionen dissoziieren. Dieses Verfahren heißt therapeutische Elektrophorese oder Elektrophorese von Arzneimitteln. Die Elektrobehandlung mit Gleichstrom und das Einbringen von Medikamenten in das Körpergewebe erfolgt mit einem Galvanisierungsgerät.

THEORETISCHER TEIL

Als therapeutische Methode wird die Wirkung eines Gleichstroms kleiner Stärke (bis zu 50 Milliampere) auf das Körpergewebe genutzt Galvanisierung.

Zur Durchführung von Galvanisierungs- und therapeutischen Elektrophoreseverfahren ist eine Konstantspannungsquelle erforderlich, die mit einem Potentiometer zur Regulierung der Stromstärke bei verschiedenen Verfahren und einem Messgerät ausgestattet ist. Als solche Quelle wird in der Regel ein Halbleiter-Wechselstromgleichrichter des Beleuchtungsnetzes verwendet. Das Schaltbild der Vorrichtung zur Galvanisierung (Abb. 1) enthält einen Transformator 3, einen Gleichrichter 5 auf zwei Dioden, ein Glättungsfilter aus zwei Widerständen 7 und drei Kondensatoren 6, ein Einstellpotentiometer 8 und ein Milliamperemeter 9 mit Shunt und a Schalter 10 zur Messung des Stroms im Patientenstromkreis.

Reis. 1. Stromkreis der Vorrichtung zur Galvanisierung.

(1 - Netzschalter, 2 - Netzspannungsschalter, 3 - Transformator, 4 - Anzeigelampe, 5 - Dioden, 6 - Kondensatoren, 7 - Widerstände, 8 - Einstellpotentiometer, 9 - Milliamperemeter, 10 - Milliamperemeter-Shunt, 11 - Klemmen Ausgangsspannung).

Der Transformator in der Verzinkungsanlage senkt die Spannung aus dem Netz (AB, Abb. 1). Darüber hinaus ist seine Anwesenheit für die Sicherheit des Patienten zwingend erforderlich (3, Abb. 1). Durch die induktive Verbindung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung des Transformators ist keine direkte Verbindung zwischen dem Stromkreis, der die am Körper des Patienten angebrachten Elektroden enthält, und dem Wechselstromnetz, an das das Gerät angeschlossen ist, möglich. Andernfalls kann es unter bestimmten Umständen (z. B. wenn der Patient versehentlich geerdet wird) zu elektrischen Verletzungen kommen.

Die Gleichrichtung des Wechselstroms (Umwandlung in Gleichstrom) erfolgt mithilfe von Halbleiterdioden (5, Abb. 1). Halbleiter sind feste kristalline Substanzen, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der elektrischen Leitfähigkeit von Leitern und Dielektrika liegt. Die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern hängt stark von äußeren Bedingungen ab (Temperatur, Beleuchtung, äußere elektrische Felder, ionisierende Strahlung usw.). Bei einer sehr niedrigen Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) verhalten sich Halbleiter also wie Dielektrika, im Gegensatz zu den meisten Leitern, die in den supraleitenden Zustand übergehen. Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand von Leitern gegenüber elektrischem Strom und der Widerstand von Halbleitern nimmt ab.

Selbst bei Raumtemperatur ist die elektrische Leitfähigkeit eines reinen Halbleiters, der als sein Eigen bezeichnet wird, gering, was auf die zufällige Bildung von Löchern (freie Plätze in Gitteratomen) und freien Elektronen (Hauptladungsträger) in nahezu gleichen Mengen zurückzuführen ist. Wenn einem reinen Halbleiter ein winziger Bruchteil einer Verunreinigung hinzugefügt wird, erhöht sich seine elektrische Leitfähigkeit erheblich.

Die Wirkungsweise einer Halbleiterdiode beruht auf dem Phänomen der Bildung einer Kontaktpotentialdifferenz in der Übergangszone zweier Halbleiter unterschiedlicher Leitfähigkeit:

Halbleiter vom n-Typ (Elektronen sind die Hauptladungsträger);

Halbleiter vom p-Typ (Löcher sind die Hauptladungsträger).

Mit Hilfe von Verunreinigungen können Halbleiter vom n- und p-Typ erhalten werden. Wenn beispielsweise Arsenverunreinigungsatome mit fünf Elektronen der Valenzschicht (As) in Germanium (Ge) eingeführt werden, ersetzt jedes Verunreinigungsatom ein Germaniumatom. Vier Elektronen eines Verunreinigungsatoms bilden kovalente Bindungen mit Valenzelektronen benachbarter Germaniumatome, während das fünfte Elektron frei bleibt und zum Stromträger werden kann. Verunreinigungen, die im Vergleich zum Hauptelement eine höhere Wertigkeit aufweisen, werden Donatoren genannt, da sie überschüssige Elektronen in den Kristall einbringen, und Kristalle mit solchen Verunreinigungsatomen werden als n-Typ-Kristalle bezeichnet. Unter Einwirkung eines externen Konstantfeldes bewegen sich freie Elektronen in Richtung der positiven Elektrode.

Werden in reines Germanium Fremdatome mit drei Elektronen der Valenzschicht, beispielsweise Indiumatome, eingebracht, ersetzt das Fremdatom ein Atom im Germanium-Kristallgitter. Um eine vollständige kovalente Bindung zu bilden, besetzt das Verunreinigungsatom das vierte Elektron eines der benachbarten Germaniumatome. Dabei wird eine der kovalenten Bindungen des Nachbaratoms aufgebrochen. Eine nicht gefüllte kovalente Bindung wird als Loch bezeichnet; es hat die Eigenschaft eines positiv geladenen Elektrons. Verunreinigungen niedrigerer Wertigkeit werden Akzeptoren genannt. Germanium, das Akzeptoratome enthält, ist ein Kristall vom p-Typ. Das Anlegen eines konstanten Feldes an einen p-Typ-Kristall führt dazu, dass sich die Löcher in Richtung der negativen Elektrode bewegen. Bezüglich des Stromflusses hat der Lochfluss von der positiven zur negativen Elektrode den gleichen Effekt wie der Elektronenfluss von der negativen zur positiven Elektrode.

Der Kontakt von p- und n-Halbleitern wird als Elektron-Loch-Übergang bezeichnet.

In der Kontaktzone dieser Halbleiter konzentrieren sich Löcher und Elektronen vom Übergang weg (Abb. 2). Dies erklärt sich durch die nahezu vollständige Unbeweglichkeit der Donor- und Akzeptoratome im Kristallgitter im Vergleich zur Beweglichkeit von Löchern und Elektronen. Die Wirkung der Gesamtladung der Donoratome äußert sich in der Abstoßung von Löchern nach links vom pn-Übergang, und die Gesamtladung der Akzeptoratome wirkt auf die Elektronen, so dass diese vom pn-Übergang nach rechts abgestoßen werden. Dabei entsteht eine sogenannte Potentialbarriere, die den Fluss von Löchern und Elektronen verhindert. Dadurch erhält die Grenzschicht einen sehr hohen Widerstand für Elektronen in n-p-Richtung und Löcher in p-n-Richtung und wird Barriereschicht genannt.

Tatsächlich wirkt diese Schicht wie eine kleine Batterie mit einer Feldstärke von E" (in Abb. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt). Um den pn-Übergang zur Gleichrichtung zu nutzen, wird eine externe Batterie angeschlossen, die entweder hilft oder den Betrieb einer Batterie behindern und einer potentiellen Barriere gleichkommen.

Reis. 2. Bildung einer Kontaktpotentialdifferenz.

(- Akzeptoren, „+“ – Löcher, – Donoren, „-“ – Elektronen)

Zusätzlich zu den Majoritätsladungsträgern in Halbleitern gibt es Minoritätsladungsträger:

in einem Halbleiter vom p-Typ Elektronen;

In einem Halbleiter vom n-Typ gibt es Löcher.

Wenn wir den positiven Pol der Spannungsquelle mit dem Halbleiter vom p-Typ und den negativen Pol der Spannungsquelle mit dem Halbleiter vom n-Typ verbinden (Abb. 3a), dann ist die äußere Feldstärke E, entgegengesetzt zur Stärke E gerichtet ", werden die Hauptladungsträger in jedem der Halbleiter in Richtung Kontaktschicht bewegen. Ihre Konzentration im Kontaktbereich nimmt deutlich zu und die elektrische Leitfähigkeit der Schicht wird wiederhergestellt. Dadurch nimmt die Sperrschicht ab und ihr Widerstand sinkt. Elektrisch Der Strom in dieser Richtung wird von den Hauptladungsträgern bereitgestellt. Diese Richtung im pn-Übergang wird als direkt oder durchgehend bezeichnet.

Wenn Sie die Polarität der angelegten externen Spannung ändern (Abb. 3b), dann bewirkt die Intensität des externen Feldes E, die in ihrer Richtung mit der Intensität E "übereinstimmt, in jedem der Halbleiter die Bewegung der Hauptladungsträger aus dem Kontaktschicht in entgegengesetzte Richtungen. Die Sperrschicht dehnt sich aus und ihr Widerstand wird deutlich erhöht sehr klein. Diese Richtung im pn-Übergang wird als Blockierung bezeichnet.

Die Funktionsweise einer Halbleiterdiode basiert auf diesem Prinzip. Wenn ein Lastwiderstand (z. B. biologisches Gewebe) in Reihe mit einer Halbleiterdiode geschaltet und eine Wechselspannung an diese angelegt wird, fließt der Strom nur in eine Richtung durch den Lastwiderstand. Diese Umwandlung wird als Wechselstromgleichrichtung bezeichnet.

Reis. Abb. 3. Stromfluss in einem Stromkreis mit einem Elektron-Loch-Übergang (a – Transmissionsmodus, b – Blockierungsmodus).

Der aktuelle Modus für den pn-Übergang, wenn eine externe EMF-Quelle an eine Halbleiterdiode angeschlossen ist, ist in Abb. 1 dargestellt. 4.

bei einem positiven Spannungswert (Übertragungsmodus) steigt der Strom stark an;

Bei einem negativen Spannungswert (Sperrmodus) ändert sich der Strom sehr langsam, bis zur Durchbruchspannung U pr der Diode und dem Verlust der Gleichrichtereigenschaften.

Reis. 4. Volt-Ampere-Kennlinie einer Halbleiterdiode.

Der Wechselspannungsverlauf hat die Form einer Sinuskurve (Abb. 5a). Wenn es durch eine Diode geleitet wird, nimmt das Ausgangssignal aufgrund der einseitigen Leitung die in Abbildung 5b gezeigte Form an.

Die Verzinkungsvorrichtung verwendet zwei Halbleiterdioden (5, Abb. 1), die an die Anschlüsse A und B der Sekundärwicklung des Transformators (3) angeschlossen sind. Wenn das Potenzial von Punkt A höher ist als das Potenzial von Punkt B, fließt Strom durch die obere Diode. Die untere Diode ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt. Wenn in der nächsten Halbperiode das Potenzial von Punkt B höher ist als das Potenzial von Punkt A, fließt Strom durch die untere Diode. Infolgedessen nimmt der Potentialwert am Punkt C keine negativen Werte an (relativ zu Punkt D), und wenn eine externe Last an diese Punkte angeschlossen wird, fließt der Strom nur in eine Richtung. Dadurch wird eine Vollweggleichrichtung einer Wechselspannung erreicht (Abb. 5c).

Um Spannungswelligkeiten zu glätten, wird ein elektrischer Filter verwendet, der aus einem einzelnen Kondensator oder aus Kondensatoren und Widerständen (6.7 in Abb. 1) oder anderen Filtertypen besteht.

Reis. 5. Diagramme der Zeitabhängigkeit: a) Wechselspannung, b) an einer Diode gleichgerichtete Spannung, c) an zwei Dioden gleichgerichtete Spannung.

Die Wirkungsweise des RC-Filters beruht auf der Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Kapazität X C von der Frequenz ω:

X C = . (1)

Bei der Auswahl von Elementen muss folgende Bedingung erfüllt sein:

Mit steigender Welligkeitsspannung wird der Filterkondensator (6) aufgeladen (seine Ladung wächst, bis diese Spannung ihren Maximalwert erreicht). In den Pausen zwischen den Spannungsimpulsen werden die Kondensatoren zur Last entladen (8, Abb. 1), wodurch ein Entladestrom entsteht, der in die Richtung fließt, die mit der Richtung der pulsierenden Spannung übereinstimmt. Dadurch nimmt die Ausgangsspannung einen geglätteten Verlauf an (Abb. 6).

Die Regulierung der Spannung, die dem Patienten über die Elektroden zugeführt wird, erfolgt über ein Potentiometer (8, Abb. 1): Die maximale Spannung am Ausgang des Geräts liegt in der oberen Position des beweglichen Kontakts und der Nullwert in der unteren Position sein.

Bei der Durchführung von Eingriffen ist es notwendig, die durch den Patienten fließende Strommenge zu kontrollieren. Die Messung erfolgt mit einem Milliamperemeter (9, Abb. 1). Durch den Anschluss eines Shunts (10, Abb. 1) können Sie den Maßstab der Milliamperemeter-Skala vergrößern.

Reis. Abb. 6. Diagramm des Signals nach Durchgang durch den Elektrofilter (die gestrichelte Linie zeigt das pulsierende Eingangssignal).

Der Strom wird dem Patienten über Elektroden zugeführt, unter denen mit Wasser oder Kochsalzlösung befeuchtete Pads angebracht werden. Dies ist notwendig, um den Effekt der „Kauterisation“ des Gewebes unter den Elektroden durch Elektrolyseprodukte zu beseitigen. Tatsächlich enthalten die lebenden Gewebe des Körpers die Produkte der Elektrolyse von Natriumchlorid – Na + und Cl – Ionen. Wenn sie auf der Hautoberfläche mit in der flüssigen Phase vorhandenen Wasserionen (H+, OH–) interagieren, bilden sie unter der negativen Elektrode NaOH-Alkali und unter der positiven Elektrode Salzsäure HCl. Daher können Metallelektroden in allen Fällen der Gleichstromanwendung nicht direkt auf die Körperoberfläche aufgebracht werden.

Körpergewebe besteht aus Zellen, die von Gewebeflüssigkeit umgeben sind. Ein solches System besteht aus zwei Medien, die den Strom relativ gut leiten (Gewebeflüssigkeit und Zellzytoplasma), getrennt durch eine schlecht leitende Schicht – die Zellmembran (Membran).

Die Hauptwirkung von Gleichstrom auf Körpergewebe beruht auf der Bewegung der darin vorhandenen geladenen Teilchen, hauptsächlich Gewebeelektrolyten sowie kolloidaler Teilchen, die Ionen adsorbieren. Ein externes elektrisches Feld führt zu einer Verzögerung und Ansammlung von Ionen in der Nähe von Membranen in Gewebeelementen (innerhalb von Zellen und extrazellulärer Flüssigkeit), wodurch sich ihre übliche Konzentration ändert (Abb. 7). Daher sind die Membranen gekennzeichnet mit:

Bildung einer doppelten elektrischen Schicht;

Polarisationsphänomen;

Schaffung von Diffusionspotential;

Veränderung des Biopotentials usw.

Reis. 7. Verteilung von Ionen auf Zellmembranen während der Galvanisierung (E – Elektroden).

Das Ergebnis der aktiven Exposition macht sich auf der Makroebene bemerkbar: Unter den Elektroden kommt es durch Gefäßerweiterung zu Hautrötungen (Hyperämie). Alle diese Prozesse beeinflussen den Funktionszustand der Zellen. Es kommt zu einer Steigerung der Geweberegeneration (periphere Nervenfasern, Muskeln, Epithel) und der regulatorischen Funktion des Nervensystems. Diese Mechanismen bestimmen den Einsatz der Galvanisierung für therapeutische Zwecke. Es sollte jedoch noch einmal darauf hingewiesen werden, dass die primäre Wirkung von Gleichstrom auf Körpergewebe darauf beruht Polarisationsphänomene auf der Oberfläche der Biomembran.

Während des Behandlungsprozesses werden Elektroden mit Pads an geeigneten Stellen auf der Körperoberfläche befestigt („transzerebrale Galvanisierung“, „galvanischer Kragen“ usw.).

Es ist zu beachten, dass sich der Strom nach Überwindung der Haut- und Unterhautfettschicht unter den Elektroden verzweigt und durch Medien mit geringem Widerstand (Gewebeflüssigkeit, Blut, Lymphe, Nervenhüllen usw.) tiefliegende Gewebe und Organe durchdringt. ). Dadurch sind mehrere Organe und Systeme des Patienten gleichzeitig betroffen.

PRAKTISCHER TEIL

In dieser Arbeit wird ein Galvanisierungsgerät verwendet, auf dessen Seitenwand Kippschalter angebracht sind, mit denen Sie die Blöcke separat anschließen können. Um die Form elektrischer Signale zu beobachten, wird ein Oszilloskop an das Gerät angeschlossen.

Das Material begleitet Laborarbeiten im Fach Physik in der 11. Klasse. Zu Beginn der Unterrichtsstunde wird den Schülern ein Ziel gesetzt und die Theorie kurz wiederholt.

Anschließend wird der Fortschritt der Arbeiten besprochen und Experimente durchgeführt. Die Ergebnisse der Beobachtungen werden in Form von erklärungsbedürftigen Zeichnungen in einem Notizbuch festgehalten. Und am Ende der Arbeit werden Schlussfolgerungen gezogen.

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„Laborarbeit „Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion““

Labor arbeit

„Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion“

Belyan L.F.,

Physiklehrer MBOU „Sekundarschule Nr. 46“

Bratsk

Ziele:

• Bedingungen erkunden

Auftreten einer Induktion

Strom in einem geschlossenen Leiter;

• Stellen Sie sicher, dass es fair ist

Lenz‘ Regeln;

• Finden Sie die Faktoren heraus

hängt von der Stärke des induzierten Stroms ab.

Ausrüstung:

• Milliamperemeter ( ma)

oder Mikroamperemeter ( μA ),

• Bogenmagnet,
• Drahtspule.

Fortschritt

1. Bauen Sie einen Stromkreis bestehend aus einer Spule und einem Milliamperemeter zusammen. Indem Sie den Permanentmagneten in die Spule senken, bestimmen Sie die Richtung des resultierenden induktiven Stroms.

Fortschritt

2. Entfernen Sie den Magneten von der Spule. Hat sich die Richtung des induzierten Stroms geändert? Zeichnen Sie ein vereinfachtes Diagramm des Experiments in Ihre Notizbücher.

3. Gibt es einen Induktionsstrom, wenn der Magnet relativ zur Spule ruht?

Wie lässt sich das beweisen?

Einen Arbeitsbericht erstellen:

Einen Arbeitsbericht erstellen:

Formulieren Sie Schlussfolgerungen für jeden Arbeitspunkt.

1. Wie verändert sich der magnetische Fluss, der die Spule durchdringt (erhöht, verringert sich, ändert sich nicht)?

2. Wie sind die magnetischen Induktionslinien des Permanentmagnetfeldes gerichtet?

3. Wie sind die Linien des Magnetfeldes des Induktionsstroms gerichtet?

4. Bestimmen Sie die Pole des Magnetfelds der Spule.

5. Bestimmen Sie die Richtung des Induktionsstroms gemäß der Rechte-Hand-Regel.

Abschluss:

1. Was bestimmt die Richtung des Induktionsstroms?

2. Was bestimmt die Größe des induktiven Stroms?

Unterrichtsplan

Unterrichtsthema: Laborarbeit: „Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion“

Art der Beschäftigung - gemischt.

Unterrichtsart kombiniert.

Lernziele der Lektion: das Phänomen der elektromagnetischen Induktion untersuchen

Lernziele:

Lehrreich:Studieren Sie das Phänomen der elektromagnetischen Induktion

Entwicklung. Um die Beobachtungsfähigkeit zu entwickeln, machen Sie sich ein Bild vom Prozess der wissenschaftlichen Erkenntnis.

Lehrreich. Entwickeln Sie kognitives Interesse am Thema, entwickeln Sie die Fähigkeit zuzuhören und gehört zu werden.

Geplante Bildungsergebnisse: Beitrag zur Stärkung der Praxisorientierung im Physikunterricht, zur Ausbildung von Fähigkeiten zur Anwendung des erworbenen Wissens in verschiedenen Situationen.

Persönlichkeit: mit tragen zur emotionalen Wahrnehmung physischer Objekte bei, zur Fähigkeit zuzuhören, ihre Gedanken klar und genau auszudrücken, Initiative und Aktivität bei der Lösung physischer Probleme zu entwickeln und die Fähigkeit zur Gruppenarbeit zu entwickeln.

Metasubjekt: Sdie Fähigkeit entwickeln, visuelle Hilfsmittel (Zeichnungen, Modelle, Diagramme) zu verstehen und zu verwenden. Entwicklung eines Verständnisses für das Wesen algorithmischer Vorschriften und der Fähigkeit, gemäß dem vorgeschlagenen Algorithmus zu handeln.

Betreff: ungefähr kennen die physikalische Sprache, die Fähigkeit, parallele und serielle Verbindungen zu erkennen, die Fähigkeit, in einem Stromkreis zu navigieren, Schaltkreise aufzubauen. Fähigkeit zu verallgemeinern und Schlussfolgerungen zu ziehen.

Unterrichtsfortschritt:

1. Organisation des Unterrichtsbeginns (Markierung von Abwesenden, Überprüfung der Unterrichtsbereitschaft der Schüler, Beantwortung von Fragen der Schüler zu Hausaufgaben) – 2-5 Minuten.

Der Lehrer teilt den Schülern das Thema des Unterrichts mit, formuliert die Ziele des Unterrichts und stellt den Schülern den Unterrichtsplan vor. Die Schüler schreiben das Thema der Lektion in ihre Hefte. Der Lehrer schafft Bedingungen für die Motivation von Lernaktivitäten.

Neues Material beherrschen:

Theorie. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktionbesteht im Auftreten eines elektrischen Stroms in einem leitenden Stromkreis, der entweder in einem magnetischen Wechselfeld ruht oder sich in einem konstanten Magnetfeld so bewegt, dass sich die Anzahl der den Stromkreis durchdringenden magnetischen Induktionslinien ändert.

Das Magnetfeld an jedem Punkt im Raum wird durch den magnetischen Induktionsvektor B charakterisiert. Ein geschlossener Leiter (Kreis) sei in einem gleichmäßigen Magnetfeld platziert (siehe Abb. 1).

Bild 1.

Normal zur Ebene des Leiters bildet einen Winkelmit der Richtung des magnetischen Induktionsvektors.

magnetischer FlussФ durch eine Oberfläche mit einer Fläche S wird als Wert bezeichnet, der dem Produkt des Moduls des magnetischen Induktionsvektors B und der Fläche S und dem Kosinus des Winkels entsprichtzwischen Vektoren Und .

Ф=В S cos α (1)

Die Richtung des induktiven Stroms, der in einem geschlossenen Stromkreis auftritt, wenn sich der magnetische Fluss durch ihn ändert, wird bestimmt durch Lenzsche Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis entstehende induktive Strom wirkt mit seinem Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegen, durch die er verursacht wird.

Wenden Sie die Lenzsche Regel wie folgt an:

1. Legen Sie die Richtung der magnetischen Induktionslinien B des externen Magnetfelds fest.

2. Finden Sie heraus, ob der magnetische Induktionsfluss dieses Feldes durch die von der Kontur begrenzte Oberfläche zunimmt ( F 0) oder verringert ( F 0).

3. Stellen Sie die Richtung der magnetischen Induktionslinien B „Magnetfeld“ ein

induktiver Strom IVerwenden der Gimlet-Regel.

Wenn sich der magnetische Fluss durch die von der Kontur begrenzte Oberfläche ändert, treten in dieser äußere Kräfte auf, deren Wirkung durch die sogenannte EMF gekennzeichnet ist EMF der Induktion.

Nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ist die EMF der Induktion in einer geschlossenen Schleife im absoluten Wert gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von der Schleife begrenzte Oberfläche:

Geräte und Ausstattung:Galvanometer, Stromversorgung, Kernspulen, Bogenmagnet, Schlüssel, Verbindungsdrähte, Rheostat.

Arbeitsauftrag:

1. Erhalten eines Induktionsstroms. Dafür benötigen Sie:

1.1. Bauen Sie anhand von Abbildung 1.1. einen Stromkreis zusammen, der aus zwei Spulen besteht, von denen eine über einen Rheostat und einen Schlüssel mit einer Gleichstromquelle verbunden ist und die zweite, die sich über der ersten befindet, mit einem empfindlichen Galvanometer verbunden ist. (siehe Abb. 1.1.)

Abbildung 1.1.

1.2. Schließen und öffnen Sie den Stromkreis.

1.3. Stellen Sie sicher, dass der Induktionsstrom in einer der Spulen zum Zeitpunkt des Schließens des Stromkreises der Spule auftritt, die relativ zur ersten stationär ist, und beobachten Sie dabei die Richtung der Abweichung der Galvanometernadel.

1.4. Eine an ein Galvanometer angeschlossene Spule relativ zu einer an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Spule in Bewegung setzen.

1.5. Stellen Sie sicher, dass das Galvanometer bei jeder Bewegung der zweiten Spule das Auftreten eines elektrischen Stroms erkennt, während sich die Richtung des Pfeils des Galvanometers ändert.

1.6. Führen Sie ein Experiment mit einer Spule durch, die an ein Galvanometer angeschlossen ist (siehe Abb. 1.2.)

Abbildung 1.2.

1.7. Stellen Sie sicher, dass der Induktionsstrom auftritt, wenn sich der Permanentmagnet relativ zur Spule bewegt.

1.8. Machen Sie eine Schlussfolgerung über die Ursache des Induktionsstroms in den durchgeführten Experimenten.

2. Überprüfung der Erfüllung der Lenz-Regel.

2.1. Wiederholen Sie das Experiment aus Abschnitt 1.6. (Abb. 1.2.)

2.2. Zeichnen Sie für jeden der 4 Fälle dieses Experiments Diagramme (4 Diagramme).

Abbildung 2.3.

2.3. Prüfen Sie jeweils die Erfüllung der Lenz-Regel und füllen Sie Tabelle 2.1 entsprechend dieser Daten aus.

Tabelle 2.1.

N Erfahrung	Methode zur Gewinnung von Induktionsstrom
	Hinzufügen des Nordpols eines Magneten zur Spule				erhöht sich
	Entfernen des Nordpols des Magneten von der Spule				abnehmend
	Einsetzen des Südpols des Magneten in die Spule				erhöht sich
	Entfernen des Südpols des Magneten von der Spule				abnehmend

3. Machen Sie eine Schlussfolgerung über die durchgeführte Laborarbeit.

4. Sicherheitsfragen beantworten.

Kontrollfragen:

1. Wie soll sich ein geschlossener Stromkreis in einem gleichmäßigen Magnetfeld translatorisch oder rotatorisch bewegen, damit in ihm ein induktiver Strom entsteht?

2. Erklären Sie, warum der induktive Strom im Stromkreis eine solche Richtung hat, dass sein Magnetfeld eine Änderung des magnetischen Flusses seiner Ursache verhindert?

3. Warum gibt es im Gesetz der elektromagnetischen Induktion ein „-“-Zeichen?

4. Ein magnetisierter Stahlstab fällt entlang seiner Achse durch einen magnetisierten Ring, dessen Achse senkrecht zur Ringebene steht. Wie wird sich der Strom im Ring ändern?

Zulassung zur Laborarbeit 11

1. Wie heißt die Leistungscharakteristik des Magnetfeldes? Seine grafische Bedeutung.

2. Wie wird der Modul des magnetischen Induktionsvektors bestimmt?

3. Geben Sie die Definition der Maßeinheit der Magnetfeldinduktion an.

4. Wie wird die Richtung des magnetischen Induktionsvektors bestimmt?

5. Formulieren Sie die Gimlet-Regel.

6. Schreiben Sie die Formel zur Berechnung des magnetischen Flusses auf. Welche grafische Bedeutung hat es?

7. Definieren Sie die Maßeinheit für den magnetischen Fluss.

8. Was ist das Phänomen der elektromagnetischen Induktion?

9. Was ist der Grund für die Ladungstrennung in einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt?

10. Was ist der Grund für die Ladungstrennung in einem stationären Leiter in einem magnetischen Wechselfeld?

11. Formulieren Sie das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Schreiben Sie die Formel auf.

12. Formulieren Sie die Lenzsche Regel.

13. Erklären Sie die Lenzsche Regel basierend auf dem Energieerhaltungssatz.

Bei diesem Material handelt es sich um eine Beschreibung der Laborarbeit „Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion“ von Schülern der Klassen 9 und 11. Die Arbeit beinhaltet eine schrittweise Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion. Im Laufe der Arbeit finden die Studierenden heraus, wann ein Induktionsstrom auftritt und was seine Größe bestimmt.

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Vorschau:

Labor arbeit

„Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion“

Der Zweck der Arbeit besteht darin, das Phänomen der elektromagnetischen Induktion zu untersuchen.

Geräte: Milliamperemeter, Spulenspule, Bogenmagnet, Streifenmagnet.

Arbeitsauftrag

ICH. Aufklärung der Bedingungen für die Entstehung von Induktionsstrom.

1. Verbinden Sie die Spule-Spule mit den Klemmen des Milliamperemeters.

2. Beobachten Sie die Messwerte des Milliamperemeters und stellen Sie fest, ob ein Induktionsstrom aufgetreten ist, wenn:

1. Setzen Sie einen Magneten in eine feste Spule ein
2. einen Magneten von einer festen Spule entfernen,
3. Platzieren Sie den Magneten in der Spule und lassen Sie ihn bewegungslos.

3. Finden Sie heraus, wie sich der magnetische Fluss Ф, der die Spule durchdringt, jeweils verändert hat. Machen Sie eine Schlussfolgerung über die Bedingung, unter der der induktive Strom in der Spule auftrat.

II. Untersuchung der Richtung des Induktionsstroms.

1. Die Richtung des Stroms in der Spule kann anhand der Richtung beurteilt werden, in der die Milliamperemeternadel von der Nullteilung abweicht.

Prüfen Sie, ob die Richtung des Induktionsstroms dieselbe ist, wenn:

1. Setzen Sie den Magneten mit dem Nordpol in die Spule ein und entfernen Sie ihn.
2. Setzen Sie den Magneten mit dem Nordpol und dem Südpol in die Magnetspule ein.

2. Finden Sie heraus, was sich jeweils geändert hat. Machen Sie eine Schlussfolgerung darüber, was die Richtung des Induktionsstroms bestimmt.

III. Die Untersuchung der Größe des Induktionsstroms.

1. Nähern Sie den Magneten langsam und mit größerer Geschwindigkeit an die feste Spule und notieren Sie dabei, wie viele Teilungen (N 1 , N 2 ) weicht die Nadel des Milliamperemeters ab.

2. Bringen Sie den Magneten mit dem Nordpol näher an die Spule. Beachten Sie, wie viele Divisionen N 1 Der Pfeil des Milliamperemeters weicht ab.

Befestigen Sie den Nordpol des Stabmagneten am Nordpol des bogenförmigen Magneten. Finden Sie heraus, wie viele Divisionen N 2 Der Pfeil des Milliamperemeters weicht ab, wenn sich zwei Magnete gleichzeitig nähern.

3. Finden Sie heraus, wie sich der magnetische Fluss jeweils verändert hat. Machen Sie eine Schlussfolgerung darüber, wovon die Größe des Induktionsstroms abhängt.

Beantworten Sie die Fragen:

1. Schieben Sie den Magneten zunächst schnell, dann langsam in die Kupferdrahtspule. Wird die gleiche elektrische Ladung durch den Drahtabschnitt der Spule übertragen?

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Labor Nr. 9

Untersuchung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion

Ziel der Arbeit: Untersuchung der Bedingungen für das Auftreten von Induktionsstrom, Induktions-EMF.

Ausrüstung: Spule, zwei Stabmagnete, Milliamperemeter.

Theorie

Die gegenseitige Verbindung elektrischer und magnetischer Felder wurde 1831 vom herausragenden englischen Physiker M. Faraday festgestellt. Er entdeckte das Phänomen Elektromagnetische Induktion.

Zahlreiche Experimente von Faraday zeigen, dass es mit Hilfe eines Magnetfeldes möglich ist, einen elektrischen Strom in einem Leiter zu erzeugen.

Das Phänomen der elektromagnetischen Induktionbesteht im Auftreten eines elektrischen Stroms in einem geschlossenen Stromkreis, wenn sich der den Stromkreis durchdringende magnetische Fluss ändert.

Der Strom, der beim Phänomen der elektromagnetischen Induktion auftritt, wird genannt Induktion.

Im Stromkreis (Abbildung 1) entsteht ein Induktionsstrom, wenn sich der Magnet relativ zur Spule bewegt oder umgekehrt. Die Richtung des Induktionsstroms hängt sowohl von der Bewegungsrichtung des Magneten als auch von der Lage seiner Pole ab. Es gibt keinen Induktionsstrom, wenn keine Relativbewegung zwischen Spule und Magnet stattfindet.

Bild 1.

Streng genommen wird bei der Bewegung des Stromkreises in einem Magnetfeld kein bestimmter Strom erzeugt, sondern ein bestimmter e. d.s.

Figur 2.

Faraday hat das experimentell herausgefunden Wenn sich der magnetische Fluss im leitenden Stromkreis ändert, entsteht eine EMK der Induktion E ind, die der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die vom Stromkreis begrenzte Oberfläche mit einem Minuszeichen entspricht:

Diese Formel drückt aus Faradaysches Gesetz:e. d.s. Die Induktion ist gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die von der Kontur begrenzte Oberfläche.

Das Minuszeichen in der Formel spiegelt wider Lenzsche Regel.

Im Jahr 1833 bewies Lenz experimentell eine Aussage namens Lenzsche Regel: Der in einem geschlossenen Stromkreis bei Änderung des Magnetflusses angeregte Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld eine Änderung des Magnetflusses verhindert, die den Induktionsstrom verursacht.

Mit zunehmendem magnetischen FlussФ>0 und ε ind< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

Mit abnehmendem magnetischen Fluss F<0, а ε инд >0, d.h. Das Magnetfeld des induktiven Stroms erhöht den abnehmenden Magnetfluss durch den Stromkreis.

Lenzsche Regel hat eine tiefe physikalische Bedeutung – es drückt das Gesetz der Energieerhaltung aus: Wenn das Magnetfeld durch den Stromkreis zunimmt, wird der Strom im Stromkreis so gerichtet, dass sein Magnetfeld gegen das äußere gerichtet ist, und wenn das externe Magnetfeld durch den Stromkreis abnimmt, wird der Strom so gerichtet, dass er magnetisch ist Das Feld unterstützt dieses abnehmende Magnetfeld.

Die Induktions-EMK hängt von verschiedenen Gründen ab. Wird einmal ein starker Magnet und ein anderes Mal ein schwacher Magnet in die Spule gedrückt, sind die Messwerte des Gerätes im ersten Fall höher. Sie werden auch höher sein, wenn sich der Magnet schnell bewegt. In jedem der in dieser Arbeit durchgeführten Experimente wird die Richtung des Induktionsstroms durch die Lenz-Regel bestimmt. Das Verfahren zur Bestimmung der Richtung des Induktionsstroms ist in Abbildung 2 dargestellt.

In der Abbildung sind die Kraftlinien des Magnetfelds des Permanentmagneten und die Linien des Magnetfelds des Induktionsstroms blau markiert. Die magnetischen Feldlinien sind immer von N nach S gerichtet – vom Nordpol zum Südpol des Magneten.

Nach der Lenzschen Regel ist der induktive elektrische Strom im Leiter, der bei einer Änderung des magnetischen Flusses entsteht, so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt. Daher ist in der Spule die Richtung der Kraftlinien des Magnetfelds entgegengesetzt zu den Kraftlinien des Permanentmagneten, da sich der Magnet auf die Spule zubewegt. Die Richtung des Stroms ermitteln wir nach der Bohrerregel: Wenn der Bohrer (mit dem richtigen Gewinde) so eingeschraubt wird, dass seine Translationsbewegung mit der Richtung der Induktionslinien in der Spule übereinstimmt, dann ergibt sich die Drehrichtung von Der Bohrergriff stimmt mit der Richtung des Induktionsstroms überein.

Daher fließt der Strom durch das Milliamperemeter von links nach rechts, wie in Abbildung 1 durch den roten Pfeil dargestellt. Wenn sich der Magnet von der Spule entfernt, stimmen die magnetischen Feldlinien des induktiven Stroms in ihrer Richtung mit den Kraftlinien des Permanentmagneten überein und der Strom fließt von rechts nach links.

Fortschritt.

Bereiten Sie eine Tabelle für den Bericht vor und füllen Sie diese während der Durchführung der Experimente aus.

	Aktionen mit einem Magneten und einer Spule	Hinweise Milliamperemeter,	Ausschlagrichtungen der Milliamperemeternadel (rechts, links oder keine Verbeugung)	Richtung des Induktionsstroms (nach der Lenzschen Regel)
	Stecken Sie den Magneten schnell mit dem Nordpol in die Spule
	Lassen Sie den Magneten in der Spule stationär nach Erfahrung 1
	Ziehen Sie den Magneten schnell aus der Spule
	Bewegen Sie die Spule schnell zum Nordpol des Magneten
	Lassen Sie die Spule nach Experiment 4 unbewegt
	Ziehen Sie die Spule schnell vom Nordpol des Magneten weg
	Führen Sie den Nordpolmagneten langsam in die Spule ein