ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Ознакомиться с устройством и принципом работы аппарата для гальванизации.

Определить характеристики основных элементов электрической схемы аппарата для гальванизации.

ОБОРУДОВАНИЕ:

аппарат для гальванизации, электронный осциллограф.

ЗНАЧЕНИЕ МЕТОДА

В медицинской практике широко применяется действие постоянного тока. С помощью гальванизации оказывают воздействие как на отдельные органы (печень, сердце, щитовидная железа и т.д.), так и на весь организм. Например, гальванизация «воротниковой области» через раздражение шейных симпатических узлов вызывает стимуляцию сердечно–сосудистой системы, улучшение обменных процессов. Поэтому метод применяют при лечении широкого круга заболеваний:

периферической нервной системы;

центральной нервной системы;

гипертонической и язвенной болезни;

в стоматологии – при нарушении трофики или воспалении тканей в полости рта и т.д.

Часто гальванизацию совмещают с введением в ткани организма лекарственных веществ, диссоциирующих в растворах на ионы. Эта процедура называется лечебным электрофорезом или электрофорезом лекарственных веществ. Электролечение постоянным током и введение лекарственных препаратов в ткани организма проводится с помощью аппарата для гальванизации.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лечебный метод, при котором используется действие на ткани организма постоянного тока малой величины (до 50 миллиампер) называется гальванизацией.

Для проведения процедур гальванизации и лечебного электрофореза необходим источник постоянного напряжения, снабженный потенциометром для регулирования силы тока при различных процедурах и измерительным прибором. В качестве такого источника, как правило, используется полупроводниковый выпрямитель переменного тока осветительной сети. Принципиальная электрическая схема аппарата для гальванизации (рис.1) содержит трансформатор 3, выпрямитель 5 на двух диодах, сглаживающий фильтр из двух резисторов 7 и трех конденсаторов 6, регулировочный потенциометр 8 и миллиамперметр 9 с шунтом и переключателем 10 для измерения тока в цепи больного.

Рис. 1. Электрическая схема аппарата для гальванизации.

(1 – сетевой выключатель, 2 – переключатель напряжения сети, 3 – трансформатор, 4 – индикаторная лампа, 5 – диоды, 6 – конденсаторы, 7 – резисторы, 8 – регулировочный потенциометр, 9 – миллиамперметр, 10 – шунт миллиамперметра, 11 – клеммы выходного напряжения).

Трансформатор в аппарате для гальванизации понижает напряжение от сети (АВ, рис. 1). Кроме этого, его наличие обязательно для безопасности больного (3, рис. 1). Индуктивная связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора исключает возможность непосредственного соединения между цепью, содержащей электроды, наложенные на тело больного, и сетью переменного напряжения, к которой подключен аппарат. В противном случае при некоторых условиях (например, при случайном заземлении больного) может произойти электротравма.

Выпрямление переменного тока (преобразование его в постоянный) осуществляется с помощью полупроводниковых диодов (5, рис.1). Полупроводники – это твердые кристаллические вещества, электропроводность которых имеет промежуточное значение между электропроводностью проводников и диэлектриков. Электропроводность полупроводников сильно зависит от внешних условий (температура, освещенность, внешние электрические поля, ионизирующие излучения и т.д.). Так, при очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273 С), полупроводники ведут себя как диэлектрики, в отличие от большинства проводников, переходящих в сверхпроводящее состояние. С повышением температуры сопротивление проводников электрическому току увеличивается, а сопротивление полупроводников уменьшается.

Даже при комнатной температуре электропроводность чистого полупроводника, называемая собственной, мала, что является следствием хаотически образующихся дырок (вакантных мест в атомах решетки) и свободных электронов (основных носителей заряда) почти в равных количествах. При добавлении ничтожной доли примеси в чистый полупроводник его электропроводность значительно повышается.

Действие полупроводникового диода основано на явлении образования контактной разности потенциалов в зоне соединения двух полупроводников с различным типом проводимости:

полупроводника n-типа (основными носителями зарядов являются электроны);

полупроводника р-типа (основными носителями зарядов являются дырки).

Полупроводники n- и p-типа можно получить с помощью примесей. Например, при введении в германий (Ge) примесных атомов мышьяка, имеющих пять электронов валентного слоя (As), каждый атом примеси замещает атом германия. Четыре электрона примесного атома образуют ковалентные связи с валентными электронами соседних атомов германия, а пятый электрон остается свободным и может стать носителем тока. Примеси, имеющие большую, по сравнению с основным элементом валентность, называются донорами, так как они вносят в кристалл избыточные электроны, а кристаллы с такого рода примесными атомами называются кристаллами n-типа. Под действием внешнего постоянного поля свободные электроны будут перемещаться по направлению к положительному электроду.

Если в чистый германий вводятся атомы примеси с тремя электронами валентного слоя, например, атомы индия, атом примеси замещает атом в кристаллической решетке германия. Для образования полной ковалентной связи атом примеси занимает четвертый электрон у любого из соседних атомов германия. При этом происходит нарушение одной из ковалентных связей соседнего атома. Незаполненная ковалентная связь называется дыркой; она обладает свойством электрона с положительным зарядом. Примеси меньшей валентности называются акцепторами. Германий, содержащий атомы акцептора, является кристаллом p-типа. Приложение постоянного поля к кристаллу p-типа заставляет дырки перемещаться к отрицательному электроду. В отношении прохождения тока поток дырок от положительного электрода к отрицательному оказывает то же самое действие, что и поток электронов от отрицательного электрода к положительному.

Контакт полупроводников p- и n-типа называется электронно-дырочным переходом.

В зоне контакта этих полупроводников дырки и электроны концентрируются в стороне от перехода (рис. 2). Это объясняется почти полной неподвижностью атомов–доноров и атомов–акцепторов в решетке кристалла по сравнению с подвижностью дырок и электронов. Действие суммарного заряда атомов–доноров проявляется в отталкивании дырок влево от p-n перехода, а суммарный заряд атомов–акцепторов воздействует на электроны так, что они отталкиваются от p-n перехода вправо. При этом образуется так называемый потенциальный барьер, препятствующий перетеканию дырок и электронов. Таким образом, пограничный слой приобретает очень большое сопротивление для электронов в направлении n-p и дырок в направлении p-n и называется запирающим слоем.

Фактически этот слой действует как маленькая батарея с напряженностью поля Е" (показано на рис. 2 пунктиром). В целях использования p-n перехода для выпрямления внешняя батарея присоединяется так, чтобы или помогать или препятствовать действию батареи, эквивалентной потенциальному барьеру.

Рис. 2. Образование контактной разности потенциалов.

(– акцепторы, «+» – дырки,– доноры, « – » – электроны)

Кроме основных носителей зарядов в полупроводниках имеются неосновные носители зарядов:

в полупроводнике р-типа – электроны;

в полупроводнике n-типа – дырки.

Если присоединить к полупроводнику р-типа положительный, а к полупроводнику n-типа – отрицательный полюс источника напряжения (рис. 3а), то напряженность внешнего поля Е, направленная противоположно напряженности Е", будет перемещать основные носители зарядов в каждом из полупроводников по направлению к контактному слою. Их концентрация в области контакта значительно возрастает и электропроводность слоя восстанавливается. В результате, запирающий слой уменьшается, а его сопротивление падает. Электрический ток в данном направлении обеспечивают основные носители зарядов. Это направление в р-n – переходе называется прямым или пропускным.

Если изменить полярность приложенного внешнего напряжения (рис. 3б), тогда напряженность внешнего поля Е, совпадающая по направлению с напряженностью Е", будет вызывать в каждом из полупроводников движение основных носителей зарядов от контактного слоя в противоположных направлениях. Запирающий слой расширится и его сопротивление значительно возрастет. Ток через контакт резко уменьшится. Он будет осуществляться движением только неосновных носителей зарядов, концентрация которых в полупроводниках весьма мала. Такое направление в р-n – переходе называют запирающим.

На данном принципе основана работа полупроводникового диода. Если к полупроводниковому диоду последовательно подсоединить сопротивление нагрузки (например, биологические ткани) и приложить к ним переменное напряжение, то через сопротивление нагрузки ток будет проходить только в одном направлении. Такое преобразование называют выпрямлением переменного тока.

Рис. 3. Прохождение тока в цепи, содержащей электронно–дырочный переход (а – режим пропускания, б – режим запирания).

Токовый режим для р-n – перехода при подключении внешнего источника ЭДС к полупроводниковому диоду отражен на рис. 4.

при положительном значении напряжения (режим пропускания) ток резко возрастает;

при отрицательном значении напряжения (режим запирания) ток изменяется очень медленно, вплоть до напряжения пробоя U пр диода и потери им выпрямительных свойств.

Рис. 4. Вольт–амперная характеристика полупроводникового диода.

График переменного напряжения имеет вид синусоиды (рис. 5а). Если его пропустить через один диод, то, благодаря односторонней проводимости, на выходе сигнал примет вид, представленный на рисунке 5б.

В аппарате для гальванизации используются два полупроводниковых диода (5, рис. 1), подключенных к выводам А и В вторичной обмотки трансформатора (3). Когда потенциал точки А выше, чем потенциал точки В, ток течет через верхний диод. Нижний диод в это время заперт. В следующую половину периода, когда потенциал точки В выше, чем потенциал точки А, ток пойдет через нижний диод. В результате в точке С значение потенциала не будет принимать отрицательных величин (относительно точки D) и при подключении к этим точкам внешней нагрузки ток потечет только в одном направлении. Таким образом, получается двухполупериодное выпрямление переменного напряжения (рис. 5в).

Для сглаживания пульсаций напряжения применяется электрический фильтр, состоящий из одного конденсатора, или из конденсаторов и резисторов (6,7 на рис. 1), или другие виды фильтров.

Рис. 5. Графики зависимости от времени: а) переменного напряжения, б) напряжения, выпрямленного на одном диоде, в) напряжения, выпрямленного на двух диодах.

В основе действия RCфильтра лежит зависимость электрического сопротивления емкостиX C от частотыω:

X C =. (1)

При подборе элементов необходимо выполнять условие:

Во время возрастания пульсирующего напряжения конденсатор (6) фильтра заряжается (заряд его растет до момента достижения этим напряжением максимальной величины). В паузах между импульсами напряжения конденсаторы разряжаются на нагрузку (8, рис. 1), создавая ток разряда, текущий в направлении, совпадающем с направлением пульсирующего напряжения. В результате выходное напряжение принимает сглаженную форму (рис. 6).

Регулирование величины напряжения, подаваемого через электроды к пациенту, выполняют с помощью потенциометра (8, рис. 1): максимальное напряжение на выходе прибора будет при верхнем положении подвижного контакта, а нулевое значение – при нижнем положении.

При выполнении процедур необходим контроль величины тока, проходящего через пациента. Его выполняют с помощью миллиамперметра (9, рис.1). Подключение шунта (10, рис. 1) позволяет увеличить масштаб шкалы миллиамперметра.

Рис. 6. График сигнала после прохождения электрического фильтра (пунктиром указан пульсирующий входной сигнал).

Ток подается на пациента с помощью электродов, под которые помещают прокладки, смоченные водой или физиологическим раствором. Это необходимо для устранения эффекта «прижигания» тканей под электродами продуктами электролиза. Действительно, в живых тканях организма содержатся продукты электролиза хлористого натрия – ионы Na+ и Cl– . При взаимодействии на поверхности кожи с присутствующими в жидкой фазе ионами воды (Н+, ОН–), они образуют под отрицательным электродом щелочь NaOH, а под положительным электродом – соляную кислоту НСl. Поэтому во всех случаях применения постоянного тока нельзя накладывать металлические электроды непосредственно на поверхность тела.

Ткани организма состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Такая система представляет собой две среды, относительно хорошо проводящие ток (тканевая жидкость и цитоплазма клетки), разделенные плохо проводящим слоем – клеточной оболочкой (мембраной).

Первичное действие постоянного тока на ткани организма обусловлено перемещением имеющихся в них заряженных частиц, главным образом, тканевых электролитов, а также коллоидных частиц, адсорбировавших ионы. Внешнее электрическое поле вызывает задержку и накопление ионов у мембран в тканевых элементах (внутри клеток и внеклеточной жидкости), изменяя их обычную концентрацию (рис. 7). Вследствие этого на мембранах отмечают:

образование двойного электрического слоя;

явление поляризации;

создание диффузного потенциала;

изменение биопотенциала и т.д.

Рис. 7. Распределение ионов на клеточных мембранах при гальванизации (Э – электроды).

Результат активного воздействия становится заметным и на макроуровне: под электродами возникает покраснение кожи (гиперемия) благодаря расширению сосудов. Все эти процессы оказывают воздействие на функциональное состояние клеток. Происходит усиление регенерации тканей (периферических нервных волокон, мышц, эпителия) и регуляторной функции нервной системы. Эти механизмы определяют применение гальванизации с лечебной целью. Однако необходимо еще раз отметить, что в основе первичного действия постоянного тока на ткани организма лежат поляризационные явления на поверхности биомембраны.

При лечебном процессе электроды с прокладками фиксируют в соответствующих местах на поверхности тела («трансцеребральная гальванизация», «гальванический воротник» и т.д.).

Необходимо учитывать, что, преодолев слой кожи и подкожно–жировой клетчатки под электродами, ток разветвляется и проходит через глубоко расположенные ткани и органы по средам с малым сопротивлением (тканевая жидкость, кровь, лимфа, оболочки нервных стволов и т.д.). В результате, одновременно оказывается воздействие на ряд органов и систем пациента.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В настоящей работе используется аппарат для гальванизации, на боковую панель которого выведены тумблеры, позволяющие подключать его блоки по отдельности. Для наблюдения формы электрических сигналов к аппарату подключают осциллограф.

Материал сопровождает лабораторную работу по физике в 11 классе. В начале урока перед учениками ставится цель, и идет краткое повторение теории.

Затем обсуждается ход работы и выполняются опыты. Результаты наблюдений оформляются в тетради в виде рисунков, требующих пояснений. И по окончании работы делаются выводы.

Просмотр содержимого документа
«Лабораторная работа " Изучение явления электромагнитной индукции"»

Лабораторная работа

«Изучение явления электромагнитной индукции»

Белян Л.Ф.,

учитель физики МБОУ «СОШ №46»

г. Братск

Цели:

• исследовать условия

возникновения индукционного

тока в замкнутом проводнике;

• убедиться в справедливости

правила Ленца;

• выяснить факторы, от которых

зависит сила индукционного тока.

Оборудование:

• миллиамперметр ( mА)

или микроамперметр ( μА ),

• дугообразный магнит,
• проволочная катушка-моток.

Ход работы

1. Собрать цепь, состоящую из катушки и миллиамперметра. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока.

Ход работы

2. Удалять магнит от катушки. Изменилось ли направление индукционного тока? Зарисовать в тетрадях упрощенную схему опыта.

3. Возникнет ли индукционный ток, когда магнит покоится относительно катушки.

Как это можно доказать?

Оформление отчета по работе:

Оформление отчета по работе:

Сформулировать выводы по каждому пункту работы.

1. Как изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку (увеличивается, уменьшается, не изменяется)?

2. Как направлены линии магнитной индукции поля постоянного магнита?

3. Как направлены линии магнитного поля индукционного тока?

4. Определить полюсы магнитного поля катушки.

5. Определить направление индукционного тока по правилу правой руки.

Вывод:

1. От чего зависит направление индукционного тока?

2. От чего зависит величина индукционного тока?

План занятия

Тема занятия: Лабораторная работа: «Изучение явления электромагнитной индукции»

Вид занятия - смешанный.

Тип занятия комбинированный.

Учебные цели занятия : изучить явление электромагнитной индукции

Задачи занятия :

Образовательная: изучить явление электромагнитной индукции

Развивающие. Развивать умение наблюдать, формировать представление о процессе научного познания.

Воспитательная. Развивать познавательный интерес к предмету, вырабатывать умение слушать и быть услышанным.

Планируемые образовательные результаты: способствовать усилению практической направленности в обучении физики, формировании умений применять полученные знания в различных ситуациях.

Личностные: с пособствовать эмоциональному восприятию физических объектов, умению слушать, ясно и точно излагать свои мысли, развивать инициативу и активность при решении физических задач, формировать умение работать в группах.

Метапредметные: р азвивать умение понимать и использовать средства наглядности (чертежи, модели, схемы). Развитие понимания сущности алгоритмических предписаний и умений действовать в соответствии с предлагаемым алгоритмом.

Предметные: о владеть физическим языком, умением распознавать соединения параллельные и последовательные, умение ориентироваться в электрической схеме, собирать схемы. Умение обобщать и делать выводы.

Ход занятия:

1. Организация начала урока (отметка отсутствующих, проверка готовности студентов к уроку, ответы на вопросы студентов по домашнему заданию) - 2-5 мин.

Преподаватель сообщает учащимся тему урока, формулирует цели урока и знакомит учащихся с планом урока. Учащиеся записывают тему урока в тетради. Преподаватель создает условия для мотивации учебной деятельности.

Освоение нового материала:

Теория. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется.

Магнитное поле в каждой точке пространства характеризуется вектором магнитной индукции В. Пусть замкнутый проводник (контур) помещаем в однородное магнитное поле (см. рис.1.)

Рисунок.1.

Нормаль к плоскости проводника составляет угол с направлением вектора магнитной индукции .

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называется величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами и .

Ф=В S cos α (1)

Направление индуктивного тока, возникающего в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через него определяется правилом Ленца: возникающий в замкнутом контуре индуктивный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

Применять правило Ленца надо так:

1. Установить направление линий магнитной индукции В внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром (Ф 0), или уменьшается ( Ф 0).

3. Установить направление линий магнитной индукции В" магнитного поля

индуктивного тока I пользуясь правилом буравчика.

При изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, в последнем появляются сторонние силы, действие которых характеризуется ЭДС, называемые ЭДС индукции.

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Приборы и оборудование: гальванометр, источник питания, катушки с сердечником, дугообразный магнит, ключ, соединительные провода, реостат.

Порядок выполнения работы:

1. Получение индукционного тока. Для этого нужно:

1.1. Используя рисунок 1.1., собрать схему, состоящую из 2х катушек, одна из которых подключается к источнику постоянного тока через реостат и ключ, а вторая располагаясь над первой, подключена к чувствительному гальванометру. (см. рис. 1.1.)

Рисунок 1.1.

1.2. Замкнуть и разомкнуть цепь.

1.3. Убедиться в том, что индукционный ток возникает в одной из катушек в момент замыкания электрической цепи катушки, неподвижной относительно первой, при этом наблюдая направление отклонения стрелки гальванометра.

1.4. Привести в движение катушку, соединенную с гальванометром, относительно катушки, подключенной к источнику постоянного тока.

1.5. Убедиться в том, что гальванометр обнаруживает возникновения электрического тока во второй катушке при всяком ее перемещении, при этом направление стрелки гальвонометра будет изменяться.

1.6. Выполнить опыт с катушкой соединенной с гальванометром (см. рис. 1.2.)

Рисунок 1.2.

1.7. Убедиться в том, что индукционный ток возникает при движении постоянного магнита относительно катушки.

1.8. Сделать вывод о причине возникновения индукционного тока в проделанных опытах.

2. Проверка выполнения правила Ленца.

2.1. Повторить опыт из пункта 1.6.(рис.1.2.)

2.2. Для каждого из 4х случаев данного опыта зарисовать схемы (4 схемы).

Рисунок 2.3.

2.3. Проверить выполнения правила Ленца в каждом случае и заполнить по этим данным таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

N опыта	Способ получения индукционного тока
	Внесение в катушку северного полюса магнита				возрастает
	Удаление из катушки северного полюса магнита				убывает
	Внесение в катушку южного полюса магнита				возрастает
	Удаление из катушки южного полюса магнита				убывает

3. Сделать вывод о проделанной лабораторной работе.

4. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Как должен двигаться замкнутый контур в однородном магнитном поле, поступательно или вращательно, чтобы в нём возник индуктивный ток?

2. Объясните, почему индуктивный ток в контуре имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока его вызвавшего?

3. Почему в законе электромагнитной индукции стоит знак « - »?

4. Сквозь намагниченное кольцо вдоль его оси падает намагниченный стальной брусок, ось которого перпендикулярна плоскости кольца. Как будет изменяться ток в кольце?

Допуск к лабораторной работе 11

1.Как называется силовая характеристика магнитного поля? Её графический смысл.

2.Как определяется модуль вектора магнитной индукции?

3.Дайте определение единицы измерения индукции магнитного поля.

4.Как определяется направление вектора магнитной индукции?

5.Сформулируйте правило буравчика.

6.Запишите формулу расчета магнитного потока. Каков его графический смысл?

7.Дайте определение единицы измерения магнитного потока.

8.В чем заключается явления электромагнитной индукции?

9.Какова причина разделения зарядов в проводнике, движущемся в магнитном поле?

10.Какова причина разделения зарядов в неподвижном проводнике,находящемся в переменном магнитном поле?

11.Сформулируйте закон электромагнитной индукции. Запишите формулу.

12.Сформулируйте правило Ленца.

13.Объясните правило Ленца на основе закона сохранения энергии.

Данный материал представляет собой описание проведения лабораторной работы "Изучение явления электромагнитной индукции" обучающимися 9 и 11 классов. Работа предполагает поэтапное изучение явления электромагнитной индукции. В ходе работы школьники выясняют, когда возникает индукционный ток, от чего зависит его величина.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа

«Изучение явления электромагнитной индукции»

Цель работы - изучить явление электромагнитной индукции.

Приборы: миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, магнит полосовой.

Порядок выполнения работы

I. Выяснение условий возникновения индукционного тока.

1.Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.

2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, отметьте, возникал ли индукционный ток, если:

1. в неподвижную катушку вводить магнит,
2. из неподвижной катушки выводить магнит,
3. магнит разместить внутри катушки, оставляя неподвижным.

3. Выясните, как изменялся магнитный поток Ф, пронизывающий катушку в каждом случае. Сделайте вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

II. Изучение направления индукционного тока.

1.О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра.

Проверьте, одинаковым ли будет направление индукционного тока, если:

1. вводить в катушку и удалять магнит северным полюсом;
2. вводить магнит в катушку магнит северным полюсом и южным полюсом.

2.Выясните, что изменялось в каждом случае. Сделайте вывод о том, от чего зависит направление индукционного тока.

III. Изучение величины индукционного тока.

1.Приближайте магнит к неподвижной катушке медленно и с большей скоростью, отмечая, на сколько делений (N 1 , N 2 ) отклоняется стрелка миллиамперметра.

2. Приближайте магнит к катушке северным полюсом. Отметьте, на сколько делений N 1 отклоняется стрелка миллиамперметра.

К северному полюсу дугообразного магнита приставьте северный полюс полосового магнита. Выясните, на сколько делений N 2 отклоняется стрелка миллиамперметра при приближении одновременно двух магнитов.

3.Выясните, как изменялся магнитный поток в каждом случае. Сделайте вывод, от чего зависит величина индукционного тока.

Ответьте на вопросы:

1.В катушку из медного провода сначала быстро, затем медленно вдвигают магнит. Одинаковый ли электрический заряд при этом переносится через сечение провода катушки?

• " onclick="window.open(this.href,"win2","status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no"); return false;" > Печать
• E-mail

Лабораторная работа № 9

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить условия возникновения индукционного тока, ЭДС индукции.

Оборудование : катушка, два полосовых магнита, миллиамперметр.

Теория

Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Он открыл явление электромагнитной индукции .

Многочисленные опыты Фарадея показывают, что с помощью магнитного поля можно получить электрический ток в проводнике.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Ток, возникающий при явлении электромагнитной индук­ции, называют индукционным.

В электрической цепи (рисунок 1) возникает индукционный ток, если есть движение магнита относительно катушки, или наоборот. Направление индукционного тока зависит как от направления движения магнита, так и от расположения его полюсов. Индукционный ток отсутствует, если нет относительного перемещения катушки и магнита.

Рисунок 1 .

Строго говоря, при движении контура в магнит­ном поле генерируется не определенный ток, а определенная э. д. с.

Рисунок 2.

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции E инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус :

Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром.

Знак минус в формуле отражает правило Ленца .

В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток .

При возрастании магнитного потока Ф>0, а ε инд < 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

При уменьшении магнитного потока Ф<0, а ε инд > 0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии : если магнитное поле через контур увеличивается, то ток в контуре направлен так, что его магнитное поле направлено против внешнего, а если внешнее магнитное поле через контур уменьшается, то ток направлен так, что его магнитное поле поддерживает это убывающее магнитное поле.

ЭДС индукции зависит от разных причин. Если вдвигать в катушку один раз сильный магнит, а в другой - слабый, то показания прибора в первом случае будут более высокими. Они будут более высокими и в том случае, когда магнит движется быстро. В каждом из проведённых в этой работе опыте направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Порядок определения направления индукционного тока показан на рисунке 2.

На рисунке синим цветом обозначены силовые линии магнитного поля постоянного магнита и линии магнитного поля индукционного тока. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от N к S – от северного полюса к южному полюсу магнита.

По правилу Ленца индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Поэтому в катушке направление силовых линий магнитного поля противоположно силовым линиям постоянного магнита, ведь магнит движется в сторону катушки. Направление тока находим по правилу буравчика: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать так, чтобы его поступательное движение совпало с направлением линий индукции в катушке, тогда направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением индукционного тока.

Поэтому ток через миллиамперметр течёт слева направо, как показано на рисунке 1 красной стрелкой. В случае, когда магнит отодвигается от катушки, силовые линии магнитного поля индукционного тока будут совпадать по направлению с силовыми линиями постоянного магнита, и ток будет течь справа налево.

Ход работы.

Подготовьте для отчета таблицу и по мере проведения опытов заполните её.

	Действия с магнитом и катушкой	Показания милли-амперметра,	Направления отклонения стрелки миллиампер-метра (вправо, влево или не откланяется)	Направление индукционного тока (по правилу Ленца)
	Быстро вставить магнит в катушку северным полюсом
	Оставить магнит в катушке неподвижным после опыта 1
	Быстро вытащить магнит из катушки
	Быстро приблизить катушку к северному полюсу магнита
	Оставить катушку неподвижной после опыта 4
	Быстро вытащить катушку от северного полюса магнита
	Медленно вставить в катушку магнит северным полюсом