Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Электромагнитные колебания и волны – FIZI4KA
ОГЭ 2018 по физике ›
1. Явление электромагнитной индукции было открыто английским ученым Майклом Фарадеем. Если соединить катушку с гальванометром и внести в катушку полосовой магнит северным полюсом, то стрелка гальванометра отклонится, что свидетельствует о существовании в катушке электрического тока. Когда магнит остановится в катушке, то ток прекратится (рис. 95). При выдвижении магнита из катушки в ней вновь появится электрический ток, но он будет иметь противоположное направление. Причиной возникновения электрического тока в катушке, является изменение магнитного поля, пронизывающего эту катушку, которое происходит при движении магнита.
Возможны различные способы изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника. Можно, например, перемещать не магнит, а катушку, т.е. надевать её на магнит. При этом также возникнет индукционный ток. Можно в большую катушку вставить малую катушку.
Большую катушку соединить с гальванометром, а малую — с источником постоянного тока. При замыкании и размыкании цепи малой катушки можно наблюдать отклонение стрелки гальванометра. Таким образом, при любом изменении магнитного поля пронизывающего замкнутый проводник, в нём возникает индукционный ток.
Эти и другие опыты показывают, что ток появляется только при изменении магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводник.
Явление возникновения тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, пронизывающего контур проводника, называется электромагнитной индукцией. Ток, возникающий в этом случае в цепи, называют индукционным током.
Таким образом, направление индукционного тока в катушке зависит от направления движения магнита.
2. Направление индукционного тока зависит от того, каким полюсом вносят магнит в катушку или выносят из нее, т.е. от направления магнитного поля. Если вносить магнит в катушку не северным полюсом, как это делалось в опыте, описанном выше, а южным полюсом, то стрелка гальванометра отклонится в сторону, противоположную той, в которую она отклонялась при внесении магнита северным полюсом.
Направление индукционного тока будет разным в зависимости от того, вносят магнит в катушку или выносят его из катушки. Таким образом, направление индукционного тока зависит от направления движения магнита относительно катушки.
Вносить магнит в катушку можно быстрее и медленнее. Наблюдения позволяют сделать вывод о том, что сила индукционного тока зависит от скорости движения магнита, т.е. от скорости изменения магнитного поля. Сила индукционного тока тем больше, чем больше скорость изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника.
Если в самом проводнике изменяется сила тока, то вокруг проводника существует переменное магнитное поле. Это поле порождает в проводнике индукционный ток, который называется током самоиндукции, а явление возникновения такого тока — явлением самоиндукции.
Значение открытия явления магнитной индукции заключается в том, что в этом явлении наглядно наблюдается связь электрических и магнитных явлений, электрического и магнитного полей, что позволяет говорить о существовании единого электромагнитного поля.
3. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы генератора электрического тока — устройства, которое служит источником электрического тока и в котором происходит преобразование механической энергии в электрическую. Основными частями генератора являются магнит и расположенная между его полюсами насаженная на вал рамка.
Рамка приводится во вращение, пронизывающее её магнитное поле изменяется, и в катушке возникает индукционный ток. Этот ток снимается с рамки с помощью устройства, называемого коллектором, представляющим собой два полукольца, каждое из которых присоединяется к различным концам рамки, и щёток, касающихся колец. Промышленные генераторы имеют более сложное устройство, но все они состоят из вращающейся части (ротора), обычно в промышленном генераторе это электромагнит, создающий вращающееся магнитное поле, и неподвижной части (статора) — обмотки, в которой индуцируется электрический ток.
4. Максвеллом было теоретически показано, а Герцем экспериментально доказано, что изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, в свою очередь переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т.
е. в пространстве происходят изменения (колебания) характеристик электромагнитного поля.
Электромагнитные колебания происходят в колебательной системе, называемой колебательным контуром. Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности (рис. 96).
Если зарядить конденсатор и затем замкнуть его на катушку, то по цепи пойдёт электрический ток. При этом конденсатор начнёт разряжаться. Сначала сила тока в цепи будет увеличиваться, и появится ток самоиндукции, препятствующий увеличению основного тока и направленный против него. Через ½ часть периода конденсатор полностью разрядится, а сила тока в катушке станет максимальной. Затем сила тока начнет уменьшаться. Ток самоиндукции, который при этом возникнет, будет стремиться поддержать основной ток и будет направлен так же, как и он. Через ¼ часть периода ток прекратится, и конденсатор перезарядится. Затем пойдет обратный процесс.
Таким образом, в колебательном контуре происходят электромагнитные колебания, т.
е. периодические изменения заряда, силы тока, электрического и магнитного полей. Колебания, происходящие в колебательном контуре, благодаря начальному запасу энергии в конденсаторе называются свободными. В процессе колебаний энергия извне в контур не поступает.
Минимальный промежуток времени, через который процесс в колебательном контуре полностью повторяется, называется периодом \( (T) \) электромагнитных колебаний. За период колебаний заряд на обкладках конденсатора изменяется от максимального значения до следующего максимального значения того же знака, или сила тока изменяется от максимального значения до следующего максимального значения при том же направлении тока.
Характеризуя электромагнитные колебания, часто говорят об их частоте. Частотой \( (\nu) \) колебаний называют число полных колебаний в одну секунду. Частота обратна периоду колебаний
Единицей частоты является 1 Гц. Частоту электромагнитных колебаний часто измеряют в килогерцах (1 кГц = 1000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).
5. Подобно тому как механические колебания распространяются в пространстве в виде механических волн, электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Многочисленные эксперименты показывают, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства возникает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле и т.д. Таким образом, можно говорить об электромагнитном поле. Это поле и распространяется в пространстве.
Процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного ноля представляет собой электромагнитные волны.
Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Они характеризуются определённой длиной волны \( \lambda \). Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний \( (T) \).
\( \lambda=cT \) или \( \lambda=c/\nu \), где \( c \) — скорость распространения электромагнитной волны, \( \nu \) — частота колебаний.
6. Электрически заряженные частицы могут колебаться с различной частотой. Соответственно, излучаемые при этом электромагнитные волны имеют разную длину волны. Поэтому диапазон частот электромагнитных волн очень широк: он лежит в пределах от 0 до 1022 Гц, а длина волны — в пределах от 10-14 м до бесконечности. По длине волны или по частоте электромагнитные волны можно разделить на восемь диапазонов. Обладая рядом общих свойств (интерференция, дифракция), волны разной частоты имеют и специфические свойства.
Содержание
- ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
- Часть 1
- Часть 2
- Ответы
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит
А. От скорости перемещения магнита.
Б. От того, каким полюсом вносят магнит в катушку.
Правильный ответ
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
2. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Сила индукционного тока зависит
А. от скорости перемещения магнита
Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
3. Постоянный магнит вносят в катушку, замкнутую на гальванометр (см. рисунок).
Если выносить магнит из катушки с большей скоростью, то показания гальванометра будут примерно соответствовать рисунку
4. Две одинаковые катушки замкнуты на гальванометры. В катушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают такой же полосовой магнит. В какой катушке гальванометр зафиксирует индукционный ток?
1) только в катушке А
2) только в катушке Б
3) в обеих катушках
4) ни в одной из катушек
5.
В первом случае магнит вносят в сплошное эбонитовое кольцо, а во втором случае выносят из сплошного медного кольца (см. рисунок).
Индукционный ток
1) возникает только в эбонитовом кольце
2) возникает только в медном кольце
3) возникает в обоих кольцах
4) не возникает ни в одном из колец
6. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр зафиксирует индукционный ток?
А. В малой катушке выключают электрический ток.
Б. Малую катушку вынимают из большой.
1) только в опыте А
2) только в опыте Б
3) в обоих опытах
4) ни в одном из опытов
7. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вынимают из большой катушки.
Третью секунду малая катушка находится вне большой катушки. В течение четвертой секунды малую катушку вдвигают в большую. В какой(-ие) промежуток(-ки) времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока?
1) только 0-1 с
2) 1 с-2 с и 3 с-4 с
3) 0-1 с и 2 с-3 с
4) только 1 с-2 с
8. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, находится малая катушка, подключённая к источнику тока. Оси катушек совпадают. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вращают относительно вертикальной оси по часовой стрелке. Третью секунду малая катушка вновь остаётся в покое. В течение четвёртой секунды малую катушку вращают против часовой стрелки. В какие промежутки времени гальванометр зафиксирует появление индукционного тока в катушке?
1) индукционный ток может возникнуть в любой промежуток времени
2) индукционный ток возникнет в промежутках времени 1-2 с, 3-4 с
3) индукционный ток не возникнет ни в какой промежуток времени
4) индукционный ток возникнет в промежутках времени 0-1 с, 2-3 с
9.
К электромагнитным волнам относятся:
A. Волны на поверхности воды.
Б. Радиоволны.
B. Световые волны.
Укажите правильный ответ.
1) только А
2) только Б
3) только В
4) Б и В
10. Какие из приведённых ниже формул могут быть использованы для определения скорости электромагнитной волны?
A. \( v=\lambda\nu \)
Б. \( v=\frac{\lambda}{\nu} \)
В. \( v=\frac{\lambda}{T} \)
Г. \( v=\lambda T \)
1) только А
2) только Б
3) А и В
4) В и Г
11. Установите соответствие между названием опыта (в левом столбце таблицы) и явлением, которое в этом опыте наблюдается (в правом столбце таблицы). В таблице под номером физической величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.
ВЕЛИЧИНА
A) опыты Фарадея
Б) опыт Эрстеда
B) опыт Ампера
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ
1) действие проводника с током на магнитную стрелку
2) электромагнитная индукция
3) взаимодействие проводников с током
12.
Установите соответствие между техническими устройствами и физическими явлениями, лежащими в основе их работы.
ТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
A) генератор электрического тока
Б) электрический двигатель
B) электромагнитное реле
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
1) взаимодействие постоянных магнитов
2) взаимодействие проводников с током
3) возникновение электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле
4) магнитное действие проводника с током
5) действие магнитного поля на проводник с током
Часть 2
13. На какую частоту нужно настроить радиоприёмник, чтобы слушать радиостанцию, которая передает сигналы па длине волны 2,825 м?
1) 106,2 кГц
2) 106,2 МГц
3) 847,5 кГц
4) 847,5 МГц
Ответы
Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Преломление света →
← Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током
Опыты Фарадея
В 1820 году было произведено открытие магнитного пола вокруг проводника Эрстедом.
В то время производилось много опытов и экспериментов, связанных с электричеством. Фарадей эмпирически открыл явление электромагнитной индукции 29 августа 1831 года. Он обнаружил явление у стационарных проводников при замыкании и размыкании цепи.
Позже было доказано, что явление электромагнитной индукции появляется при движении катушек с токами друг с другом. Еще 17 октября из лабораторного журнала было видно обнаружение индукционного тока во время введения и удаления магнита из катушки. В течение месяца все особенности изучил Фарадей.
Именно он сумел объяснить явления диа- и парамагнетизма, объясняя это тем, что материалы, располагаемые в пределах магнитного поля ведут себя по-разному: ориентируются по полю, как пара- и ферромагнетики, или поперек, как диамагнетики.
Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция
Опыты Фарадея известны из школьного курса, наглядно представленные на рисунке.
Рисунок 3.1. Возникновение электрического тока при поднесении или вытягивании катушки с левой стороны и возникновение электрического тока с двумя близко расположенными катушками справа.
Рисунок 3.2. Возникновение электрического тока при соединении катушек сердечником.
Определение 1На данный момент опыты Фарадея называют классическими и применяют для обнаружения электромагнитной индукции:
- Замыкание гальванометра на соленоиде. В соленоид опускается постоянный магнит, перемещая который, фиксируются отклонения стрелки гальванометра. Это говорит о наличии индукционного тока. Если увеличить скорость перемещения магнита относительно катушки, тогда стрелка гальванометра отклонится еще сильнее. Это говорит о том, что произошла замена полей. Магнит может быть неподвижным или передвижение соленоида происходит относительно магнита.
- Две катушки. Производится установка одной в другую. Концы одной из них подключаются с гальванометром. Другая катушка подвергается прохождению тока. При его подаче и отключении стрелка гальванометра изменяет свое положение. В этом случае катушки должны находиться в движении относительно друг друга. Стрелка гальванометра уменьшает значение при его включении.
При изменении потока вектора индукции, пронизывающего проводящий контур, происходит возникновение электрического тока, что называется
Явление электромагнитной индукции и опыты
Обобщив все результаты, Фарадей выявил, что возникновение индукционного тока возможно при изменении потока магнитной индукции, сцепленного с контуром. Тогда величина индукционного тока не имеет связи с изменением потока, а только со скоростью его изменения. Фарадей доказал, что величина отклонения стрелки гальванометра связана со скоростью перемещения магнита относительно друг друга.
Определение 3Исходя из 2 опытов Майкла Фарадея, Максвелл сумел описать и сформулировать основной закон электромагнитной индукции.
Основываясь на нем, электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре равняется скорости изменения магнитного потока dΦdt через поверхность, которая ограничена контуром εi=-dΦdt.
Из формулы следует, что Φ=BS →cos α — магнитный поток, а α — угол, расположенный между вектором B→ и нормалью к плоскости контура. Знак минуса характеризует правило Ленца.
Суть опытов Фарадея в том, что с помощью явления электромагнитной индукции видна связь электрического и магнитного полей. Появление электрического поля возможно при изменении магнитного.
Определение 4Его природа отличается от электростатического тем, что не имеет связи с электрическими зарядами, а линии напряженности не могут заканчиваться или начинаться. Их считают
Автор: Роман Адамчук
Преподаватель физики
Навигация по статьям
Предыдущая статья
Рамка с током в магнитном поле
Следующая статья
Относительность расстояний
- Зонная структура диэлектриков, полупроводников и металлов
- Зонная теория твердых тел
- Контактные явления, контактная разность потенциалов
- Рамка с током в магнитном поле
- Теория электропроводности металлов
- Все темы по физике
- Дипломные работы
- Курсовые работы
- Рефераты
- Контрольные работы
- Эссе
Узнать подробнее
медицинские характеристики
Заказать такую же работу
Тема Современные аспекты профилактики ВИЧинфекции или Трудовая мотивация сестринского персонала проблемы и перспективы решений
Вид работы:
Курсовая работа
Выполнена:
18 февраля 2022 г.
Стоимость:
2 900 руб
Заказать такую же работу
Предмет лабораторная диагностика ОФОРМЛЕНИЕ
Заказать такую же работу
Вид работы:
Домашняя работа
Выполнена:
23 января 2022 г.
Стоимость:
1 200 руб
Заказать такую же работу
контрольная работа по физической и коллоидной химии
Вид работы:
Контрольная работа
Выполнена:
1 июня 2021 г.
Стоимость:
2 400 руб
Заказать такую же работу
Схема геодезической сети база полигон
Вид работы:
Лабораторная работа
Выполнена:
2 мая 2021 г.
Стоимость:
4 200 руб
Заказать такую же работу
Смотреть все работы по медицине
Электромагнетизм | Определение, уравнения и факты
электрическое поле
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Майкл Фарадей Уильям Томсон, барон Кельвин Джеймс Клерк Максвелл Карл Фридрих Гаусс Дж.Дж. Томсон
- Похожие темы:
- электромагнитное излучение электричество Кулоновская сила магнитная сила электромагнитное поле
Просмотреть весь соответствующий контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
электромагнетизм , наука о заряде и силах и полях, связанных с зарядом.
Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.
Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Лишь в 19 веке к ним, наконец, стали относиться как к взаимосвязанным явлениям. В 1905 Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна вне всяких сомнений установила, что оба явления являются аспектами одного общего явления. Однако на практическом уровне электрические и магнитные силы ведут себя совершенно по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами либо в состоянии покоя, либо в движении. Магнитные силы, с другой стороны, создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.
Понять, как концепция осязания меняется при наличии электронов между двумя объектами
Посмотреть все видео к этой статье Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул.
Она невероятно сильна по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие хотя бы одного электрона из каждого миллиарда молекул у двух 70-килограммовых (154 фунтов) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, отталкивало бы их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие некоторые бури.
Электрические и магнитные силы можно обнаружить в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля фундаментальны по своей природе и могут существовать в пространстве вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот независимо от внешнего заряда. Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, как обнаружил английский физик Майкл Фарадей в работе, которая лежит в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.
Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включили световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны распространяются с одинаковой скоростью, а именно со скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду). Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.
Викторина «Британника»
Викторина «Все о физике»
Уравнения Максвелла до сих пор дают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его.
Однако интерпретация его работ была расширена в 20 веке. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всего вещества скоростью электромагнитного излучения. В конце 19В 60-х годах физики обнаружили, что другие силы в природе имеют поля с математической структурой, аналогичной электромагнитному полю. Этими другими силами являются сильное взаимодействие, ответственное за выделение энергии при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабое и электромагнитное взаимодействия были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию до сих пор не достигнута.
Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается изучением поведения агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и перемещение заряда с места на место.
Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток является мерой потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технике, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Понятие напряжения, так же как заряда и тока, является фундаментальным для науки об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенной проблемой в электричестве является определение соотношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.
В этой статье делается попытка дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.
Повседневная жизнь современного человека пронизана электромагнитными явлениями. Когда лампочка включена, через тонкую нить в колбе течет ток, который нагревает нить до такой высокой температуры, что она светится, освещая все вокруг. Электрические часы и соединения связывают простые устройства такого типа в сложные системы, такие как светофоры, которые отсчитывают время и синхронизируются со скоростью транспортного потока. Радиоприемники и телевизоры получают информацию, переносимую электромагнитными волнами, распространяющимися в пространстве со скоростью света. Чтобы запустить автомобиль, токи в электростартере генерируют магнитные поля, которые вращают вал двигателя и приводят в движение поршни двигателя, сжимая взрывоопасную смесь бензина и воздуха; искра, инициирующая горение, представляет собой электрический разряд, образующий мгновенный ток.
gif»> 
gif»>
Чтобы проверить свою гипотезу, он сделал катушку, обернув бумажный цилиндр проволокой. Он соединил катушку с гальванометром, а затем двигал магнит туда-сюда внутри цилиндра.
Leave A Comment