КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

1 КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СТАЦИОНАРНЫХ ТОКОВ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ И ЕДИНИЦА ИХ ИЗМЕРЕНИЯ В СИ Вектор магнитной индукции B Связь В и Н Вектор напряженности магнитного поля Н М и М0 Магнитный поток Ф Прямой проводник с током 1. Конечной длины. Бесконечной длины Виток с током 1. В и Н в центре витка. В и Н на оси витка СИЛА АМПЕРА Закон Ампера. Действие магнитного поля на проводник и контур с током. Взаимодействие токов. РАБОТА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ СИЛА ЛОРЕНЦА Действие магнитного поля на движущийся заряд: 1. В поперечном магнитном поле. В продольном магнитном поле 3. Действие заряда под углом к линии индукции КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

2 ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ ЗАКОН ФАРАДЕЯ ЛЕНЦА ЗНАЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ: ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ 1. Индуктивность L бесконечно длинного соленоида. Контура с током ОПЫТЫ ФАРАДЕЯ ПРАВИЛО ЛЕНЦА ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ Трансформаторы ВЫВОД ЗАКОНА ФАРАДЕЯ ИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕСТАВЛЕНИЙ ВЫВОД ЗАКОНА ФАРАДЕЯ ИЗ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ 1. Энергия контура с током.. Энергия магнитного поля. 3. Плотность энергии магнитного поля.

3 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 1. Магнитное поле это особая форма материи, которая существует реально, независимо от нас, от наших знаний и нем. Основные свойства магнитного поля: Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами); Магнитное поле обнаруживается по действию на ток (движущиеся заряды); Магнитное поле действует только на подвижные заряды с определенной силой.. Правила, определяющие направления магнитного поля (линий магнитной индукции): а) правила буравчика для прямого проводника с током; б) правило буравчика для кругового проводника с током; в) правило соленоида. Магнитное поле графически изображается в виде линий магнитное индукции.. Модуль вектора магнитной индукции. М IS М IS М В = IS Вектор магнитной индукции это силовая характеристика магнитного поля. 4. Единица магнитной индукции. Нм Н B = 1 = = 1Тл (тесла) Ам Ам 5. Направление вектора магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линиям магнитной индукции. 6. Магнитный поток. Ф = В S cosα Ф=1Тл 1м = 1Вб (вебер). F В = Il

4 ВЕЩЕСТВО В МАГНИТНОМ ПОЛЕ 1 Магнитная проницаемость среды. µ = В В 0 Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде В отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме В 0, называется магнитной проницаемостью среды µ.. Гипотеза Ампера. Тела обладают магнитными свойствами вследствие того, что внутри молекул и атомов циркулируют элементы и электрические токи. Электрон создает магнитное поле за счет орбитального движения вокруг атомного ядра, а также вследствие собственного «вращения» 3. Классификация веществ по их магнитным свойствам. 1. Диамагнетики µ < 1; µ висм. = 0,9998 (висмут, свинец, цинк, азот я др.);. Парамагнетики µ >1; µ Al =1,0003 (алюминий, кислород, натрий, магнит и др.). 3. Ферромагнетики µ >>1; µ стали = (железо, никель, кобальт и их сплавы). Свойства ферромагнетиков: а) обладают остаточным магнетизмом; б) µ зависит от индукция внешнего магнитного поля; в) температура, при которой исчезают магнитные свойства ферромагнетика, называется точкой Кюри (t стали = С). 4. Применение ферромагнетиков в технике. В роторах генераторов и электродвигателей, в сердечниках трансформаторов и электромагнитных реле, в ЭВМ, в телефонах, в микрофонах, на магнитных лентах и дисках. 5. Магнитная запись и воспроизведение звука.

5 ЗАКОН АМПЕРА Закон Ампера определяет силу, действующую на проводник стоком в магнитном поле. α= (ВI). F = Bl sinα сила Ампера Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки. Использование силы Ампера. Электродвигатели. Электроизмерительные приборы. СИЛА ЛОРЕНЦА. Сила Лоренца сила, действующая на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле. α= (Вυ). F = q 0 υb sinα Сила Лоренца R = mυ q B 0 Радиус окружности движения в магнитном поле Период обращения частицы в магнитном поле Направление силы Лоренца определяется по правилу правой и левой руки. Использование силы Лоренца.

6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ Явление электромагнитной индукции было обнаружено М. Фарадеем 9 августа 1831 года. В основе опытов Фарадея лежала идея, что если вокруг проводника с током возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля. Если замкнутый контур проводника пронизывает переменное магнитное поле, в проводнике возникает ЭДС индукции, вызывающая появление электрического тока, называемого индукционным, а все явление называется электромагнитной Основные свойства поля ВИХРЕВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Вид поля электрические магнитное вихревое электрическое Источник поля Электрический заряд Движущийся зарядток Изменяющееся магнитное поле Индикатор поля Электрический заряд Движущийся зарядток Электрический заряд Потенциальное или непотенциальное поле Потенциальное Непотенциальное (вихревое) Непотенциальное (вихревое) Лини поля Незамкнутые замкнутые замкнутые Переменное электрическое поле возбуждает переменное магнитное, а переменное: магнитное переменное электрическое и т. д. Электромагнитное поле один из видов материи, характеризуемый наличием переменного электрического и магнитного полей, связанных непрерывным взаимным превращением.

7 ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ 1. ЭДС индукции. Работу сил вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура называют электродвижущей силой индукции ( ε i ).. Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром. ε i = Ф t 3. ЭДС индукции и направление индукционного тока в замкнутом круговом проводнике (в катушке). Ф ε i = n t ЭДС индукции в катушке Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток противодействует тому изменению магнитного потока, которым вызван данный ток. 4 ЭДС индукции и направление индукционного тока в прямолинейном проводнике движущемся в магнитном поле. ε i = Bl sinα α= (Вυ). Направление индукционного тока, определяется правилом правой руки: если ладонь провой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции В входил в ладонь, а отставленный большой палец совпадал с направлением скорости проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

8 САМОИНДУКЦИЯ При изменении силы тока в катушке происходит изменение магнитного noтокa, создаваемого этим током. Изменение магнитного потока, пронизывающего катушку, вызывает появление ЭДС индукции в катушке, называемой ЭДС самоиндукции. Под действием ЭДС самоиндукции в катушке появляется ток самоиндукции, который противодействует изменению основного тока в цепи, вызывающего это явление, называемое самоиндукцией. Нарастание (убывание) тока с течением времени при замыкании (размыкании цепи). Явление возникновения ЭДС в электрической цепи в результате изменения силы тока в этой же цепи называется самоиндукцией. ИНДУКТИВНОСТЬ Ф В I Ф = LI магнитный поток самоиндукции контура, где L индуктивность контура или коэффициент самоиндукции (L зависит от размеров и (формы проводника, от магнитных свойств среды). ε is Ф = t I = L t ЭДС самоиндукции Индуктивность это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1А за 1с. I L = ε is, при = 1 t Единица индуктивности B c L = 1 = 1Гн (Генри) A Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при изменении силы тока на 1A за 1с возникает =1 В. LI W m = ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Чтобы создать в проводнике с индуктивностью L ток I, источник тока должен совершить против ЭДС самоиндукции работу, которая по закону сохранения энергии равна энергии магнитного поля тока и определяется по данной формуле. Электрические колебания Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются

9 КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР Электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки, в которой могут происходить свободные q W p c = Энергия электрического поля W = Li Энергия магнитного поля катушки

10 ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ЗАРЯДА ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ В КОНТУРЕ ОПИСЫВАЮТСЯ УРАВНЕНИЯМИ: q m 0 = q cosω t = I cos( ω t + ϕ ) i m 0 u = m cosω0t ЧАСТОТА И ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ В КОНТУРЕ. НА ОСНОВАНИИ АНАЛОГИИ МЕЖДУ МЕХАНИЧЕСКИМИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ, ГДЕ M L; K 1/C ИМЕЕМ: ω0 = 1 LC T = π LC формула Томсона

11 Переменный электрический ток УСТРОЙСТВО, ПРЕОБРАЗУЮЩЕЕ МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ, НАЗЫВАЕТСЯ ГЕНЕРАТОРОМ. Ток, периодически меняющийся по величине и направлению, называется переменным током. ГАРМОНИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ГЕНЕРАТОРЕ. Ф = BS cosωt формула изменения потока магнитной индукции e = BS sin ωt формула изменения ЭДС индукции u m cosωt = формула изменения напряжения i = I m cos( ω t + ϕ) формула изменения напряжения v=50 Гц ЧАСТОТА ТОКА.

12 ГРАФИК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ГРАФИК ПОСТОЯННОГО ТОКА.

13 Цепь переменного тока 1. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ: I = I m = m I МГНОВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ СИЛЫ ТОКА СИЛА ТОКА В ДАННЫЙ МОМЕНТ ВРЕМЕНИ;. АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. I m = R m I = R изменения напряжения и амплитудное и действующее значение силы тока на R В ПРОВОДНИКЕ С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ КОЛЕБАНИЯ СИЛЫ ТОКА СОВПАДАЮТ ПО ФАЗЕ С КОЛЕБАНИЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ.

14 3. ЕМКОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. х с 1 1 = = ωс πvc емкостное сопротивление изменения напряжения и I = m х m с I = х с амплитудное и действующее значение силы тока на С КОЛЕБАНИЯ СИЛЫ ТОКА НА КОНДЕНСАТОРЕ ОПЕРЕЖАЮТ КОЛЕБАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА π/. 4. ИНДУКТИВНОСТЬ В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

15 КОЛЕБАНИЯ СИЛЫ ТОКА НА КАТУШКЕ ОТСТАЮТ ОТ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ НА π/. I m = х m l I = х l x l = ωl = πvl амплитудное и действующее значение силы тока на L изменения напряжения и индуктивное сопротивление

16 Резонанс в электрической цепи Главное условие резонанса совпадение частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура. Использование резонанса в радиосвязи. Резонансом в электрическом колебательном контуре называется явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура. АВТОКОЛЕБАНИЯ. ГЕНЕРАТОР НА ТРАНЗИСТОРЕ Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри системы, называются автоколебаниями. Любая автоколебательная система состоит: Генератор незатухающих колебаний. Колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

17 ТРАНСФОРМАТОР Трансформатором называется статистический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения. 1. Холостой ход трансформатора. Условия режима холостой ход: 1. Электропитание первичной обмотки 1.. Разомкнута вторичная цепь, R н =. Следствия: 1. I 1=I 0 ток холостого хода (самый малый, так как ЭДС самоиндукции E 1 согласно закону Ленца направлена против приложенного напряжения 1, а благодаря большой индуктивности катушки E 1 1, то есть E 1-1 0, а значит I 0 min)/. = E I =0 1 1 k = = = E E n n 1 коэффициент трансформации. Рабочий режим трансформатора. Условия рабочего режима: 1. Электропитание первичной обмотки 1.. Нагрузка на вторичной обмотке R н.. Следствия: 1. Рост I 1 до рабочего значения, напряжение 1.. Рабочий ток во вторичной обмотке I, напряжение. Р1 Р 1 I P 1I1 I = % η = 100 КПД трансформатора P I 1 3. Режим короткого замыкания трансформатора. Условия режима короткое замыкание: 1. Электропитание первичной обмотки 1.. Замыкание выводов вторичной обмотки без нагрузки, т.е. R н =0. Следствия: 1. I max.. Электрическая и тепловая перегрузка системы. 1

18 ПРОИЗВОДСТВО, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. 1. Производство электроэнергии. Тип ТЭС ТЭЦ ГЭС АЭС электростанций КПД электростанций 40% 70% 95% 0% % от всей 40% 0% 10% вырабатываемой электроэнергии Превращение энергии: на ТЭС m n Eкn Eкm Wэл на ГЭС Е Е Е W рв кв кm эл. Использование электроэнергии. Количество Сферы используемой хозяйства электроэнергии, % Промышленность Транспорт Сельское хозяйство Быт Удвоение потребления электроэнергии происходит за 10 лет 3. Передача и распределение электроэнергии. 1% потерь электроэнергии в сутки 0,5 млн. руб. убытка. Для уменьшения тепловых потерь в линиях электропередачи (ЛЭП) можно увеличить сечение проводников S, что экономически невыгодно, либо уменьшить силу тока I. Чтобы передаваемая мощность p=i осталась неизменной при уменьшении силы тока, необходимо увеличить напряжение в ЛЭП (=500 кв; 750 кв; 1150 кв ЛЭП) Q = I l R t, гдеr = ρ s Q = I l s t Схема передачи и распределения электроэнергии 1 генератор переменного тока; повышающий трансформатор; 3 ЛЭП; 4,5,6 понижающие трансформаторы; 7 потребитель.