Τι δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης. Ηλεκτρικό πεδίο Vortex. Αυτο-επαγωγή. EMF αυτοεπαγωγής. Επαγωγή. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου. Επιβλαβείς επιπτώσεις των δινορευμάτων

Πώς προκύπτει μια ηλεκτροκινητική δύναμη σε έναν αγωγό που βρίσκεται σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο; Τι είναι ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, η φύση και οι αιτίες του; Ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες αυτού του πεδίου; Όλες αυτές οι ερωτήσεις και πολλές άλλες θα απαντηθούν στο σημερινό μάθημα.

Θέμα: Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Μάθημα:Ηλεκτρικό πεδίο Vortex

Θυμηθείτε ότι ο κανόνας του Lenz σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής σε ένα κύκλωμα που βρίσκεται σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο με μεταβλητή ροή. Με βάση αυτόν τον κανόνα, ήταν δυνατό να διατυπωθεί ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Όταν η μαγνητική ροή που διεισδύει στην περιοχή του κυκλώματος αλλάζει, δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη σε αυτό το κύκλωμα, αριθμητικά ίση με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής, που λαμβάνεται με το πρόσημο μείον.

Πώς προκύπτει αυτή η ηλεκτροκινητική δύναμη; Αποδεικνύεται ότι το EMF στον αγωγό, ο οποίος βρίσκεται σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, σχετίζεται με την εμφάνιση ενός νέου αντικειμένου - δινο ηλεκτρικό πεδίο.

Σκεφτείτε την εμπειρία. Υπάρχει ένα πηνίο από σύρμα χαλκού μέσα στο οποίο εισάγεται ένας σιδερένιος πυρήνας για να αυξηθεί το μαγνητικό πεδίο του πηνίου. Το πηνίο συνδέεται μέσω αγωγών σε μια πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Υπάρχει επίσης ένα πηνίο από σύρμα τοποθετημένο σε ξύλινη βάση. Σε αυτό το πηνίο συνδέεται ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας. Το υλικό του σύρματος καλύπτεται με μόνωση. Η βάση του πηνίου είναι κατασκευασμένη από ξύλο, δηλαδή από υλικό που δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό. Το πλαίσιο του πηνίου είναι επίσης κατασκευασμένο από ξύλο. Έτσι, αποκλείεται κάθε πιθανότητα επαφής του λαμπτήρα με το κύκλωμα που είναι συνδεδεμένο στην πηγή ρεύματος. Όταν η πηγή είναι κλειστή, ο λαμπτήρας ανάβει, επομένως, ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει στο πηνίο - πράγμα που σημαίνει ότι οι εξωτερικές δυνάμεις σε αυτό το πηνίο λειτουργούν. Είναι απαραίτητο να μάθουμε από πού προέρχονται δυνάμεις τρίτων.

Το μαγνητικό πεδίο που διεισδύει στο επίπεδο του πηνίου δεν μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση ηλεκτρικού πεδίου, καθώς το μαγνητικό πεδίο δρα μόνο σε κινούμενα φορτία. Σύμφωνα με την ηλεκτρονική θεωρία της αγωγιμότητας των μετάλλων, υπάρχουν ηλεκτρόνια στο εσωτερικό τους που μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα. Ωστόσο, αυτή η κίνηση απουσία εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου είναι τυχαία. Αυτή η τυχαιότητα οδηγεί στο γεγονός ότι η συνολική επίδραση του μαγνητικού πεδίου σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα είναι μηδέν. Με αυτόν τον τρόπο, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαφέρει από το ηλεκτροστατικό πεδίο, το οποίο δρα και σε ακίνητα φορτία. Έτσι, το ηλεκτρικό πεδίο δρα σε κινούμενα και ακίνητα φορτία. Ωστόσο, το είδος του ηλεκτρικού πεδίου που μελετήθηκε νωρίτερα δημιουργείται μόνο από ηλεκτρικά φορτία. Το ρεύμα επαγωγής, με τη σειρά του, δημιουργείται από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο.

Ας υποθέσουμε ότι τα ηλεκτρόνια σε έναν αγωγό φέρονται σε ομαλή κίνηση από κάποιο νέο είδος ηλεκτρικού πεδίου. Και αυτό το ηλεκτρικό πεδίο δεν δημιουργείται από ηλεκτρικά φορτία, αλλά από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Ο Faraday και ο Maxwell είχαν μια παρόμοια ιδέα. Το κύριο πράγμα σε αυτή την ιδέα είναι ότι ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό. Ένας αγωγός με ελεύθερα ηλεκτρόνια που υπάρχουν σε αυτό καθιστά δυνατή την ανίχνευση αυτού του πεδίου. Αυτό το ηλεκτρικό πεδίο θέτει σε κίνηση τα ηλεκτρόνια του αγωγού. Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής δεν συνίσταται τόσο στην εμφάνιση ενός επαγωγικού ρεύματος, αλλά στην εμφάνιση ενός νέου είδους ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο θέτει σε κίνηση ηλεκτρικά φορτία σε έναν αγωγό (Εικ. 1).

Το πεδίο vortex είναι διαφορετικό από το στατικό. Δεν δημιουργείται από ακίνητα φορτία, επομένως, οι γραμμές έντασης αυτού του πεδίου δεν μπορούν να ξεκινούν και να τελειώνουν σε μια φόρτιση. Σύμφωνα με έρευνες, οι γραμμές της έντασης του πεδίου δίνης είναι κλειστές γραμμές, παρόμοιες με τις γραμμές επαγωγής μαγνητικού πεδίου. Επομένως, αυτό το ηλεκτρικό πεδίο είναι δίνη - το ίδιο με το μαγνητικό πεδίο.

Η δεύτερη ιδιότητα αφορά το έργο των δυνάμεων αυτού του νέου πεδίου. Μελετώντας το ηλεκτροστατικό πεδίο, διαπιστώσαμε ότι το έργο των δυνάμεων του ηλεκτροστατικού πεδίου σε έναν κλειστό βρόχο είναι μηδέν. Δεδομένου ότι όταν το φορτίο κινείται προς μία κατεύθυνση, η μετατόπιση και η δρούσα δύναμη κατευθύνονται από κοινού και το έργο είναι θετικό, τότε όταν το φορτίο κινείται προς αντίστροφη κατεύθυνσηη μετατόπιση και η ενεργούσα δύναμη κατευθύνονται αντίθετα και το έργο είναι αρνητικό, το συνολικό έργο θα είναι ίσο με μηδέν. Στην περίπτωση ενός πεδίου στροβιλισμού, η εργασία που γίνεται σε έναν κλειστό βρόχο θα είναι μη μηδενική. Έτσι, όταν ένα φορτίο κινείται κατά μήκος μιας κλειστής γραμμής ενός ηλεκτρικού πεδίου που έχει χαρακτήρα δίνης, το έργο σε διαφορετικά τμήματα θα διατηρεί σταθερό πρόσημο, αφού η δύναμη και η μετατόπιση σε διαφορετικά τμήματα της τροχιάς θα διατηρούν την ίδια κατεύθυνση σε σχέση με το καθένα άλλα. Το έργο των δυνάμεων του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού για τη μετακίνηση του φορτίου κατά μήκος ενός κλειστού βρόχου είναι μη μηδενικό, επομένως, το ηλεκτρικό πεδίο δίνης μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν κλειστό βρόχο, το οποίο συμπίπτει με τα πειραματικά αποτελέσματα. Τότε μπορεί να υποστηριχθεί ότι η δύναμη που ασκεί τα φορτία από το πεδίο της δίνης είναι ίση με το γινόμενο του μεταφερόμενου φορτίου και την ισχύ αυτού του πεδίου.

Αυτή η δύναμη είναι μια εξωτερική δύναμη που λειτουργεί. Το έργο αυτής της δύναμης, που σχετίζεται με την τιμή του μεταφερόμενου φορτίου, είναι το EMF της επαγωγής. Η κατεύθυνση του διανύσματος έντασης του ηλεκτρικού πεδίου των δινών σε κάθε σημείο των γραμμών έντασης καθορίζεται από τον κανόνα Lenz και συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής.

Σε ένα σταθερό κύκλωμα, που βρίσκεται σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα επαγωγής. Το ίδιο το μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να είναι πηγή εξωτερικών δυνάμεων, αφού μπορεί να ενεργεί μόνο σε κανονικά κινούμενα ηλεκτρικά φορτία. Δεν μπορεί να υπάρχει ηλεκτροστατικό πεδίο, καθώς δημιουργείται από σταθερά φορτία. Αφού υποθέσαμε ότι ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, μάθαμε ότι αυτό το μεταβλητό πεδίο είναι φύσης στροβιλισμού, δηλαδή οι γραμμές του είναι κλειστές. Το έργο του ηλεκτρικού πεδίου δίνης σε έναν κλειστό βρόχο είναι μη μηδενικό. Η δύναμη που επενεργεί στο μεταφερόμενο φορτίο από την πλευρά του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού είναι ίση με την τιμή αυτού του μεταφερόμενου φορτίου, πολλαπλασιαζόμενη με την ισχύ του ηλεκτρικού πεδίου δίνης. Αυτή η δύναμη είναι εκείνη η δύναμη τρίτου μέρους που οδηγεί στην εμφάνιση ενός EMF στο κύκλωμα. Η ηλεκτροκινητική δύναμη επαγωγής, δηλαδή ο λόγος του έργου των εξωτερικών δυνάμεων προς την τιμή του μεταφερόμενου φορτίου, είναι ίση με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που λαμβάνεται με το πρόσημο μείον. Η κατεύθυνση του διανύσματος έντασης του ηλεκτρικού πεδίου δίνης σε κάθε σημείο των γραμμών έντασης καθορίζεται από τον κανόνα Lenz.

1. Kasyanov V.A., Φυσική 11η τάξη: Εγχειρίδιο. για γενική εκπαίδευση ιδρύματα. - 4η έκδ., στερεότυπο. - M.: Bustard, 2004. - 416 σελ.: ill., 8 p. διάσελο. συμπεριλαμβανομένου
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physics 11. - M .: Mnemosyne.
3. Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Physics 11. - M.: Mnemosyne.
   

1. Ηλεκτρονικό εγχειρίδιο φυσικής ().
2. Δροσερή φυσική ().
3. Xvatit.com().

1. Πώς να εξηγήσετε το γεγονός ότι ένας κεραυνός μπορεί να λιώσει ασφάλειες, να απενεργοποιήσει ευαίσθητες ηλεκτρικές συσκευές και συσκευές ημιαγωγών;
2. * Όταν ο δακτύλιος άνοιξε στο πηνίο, εμφανίστηκε ένα EMF αυτοεπαγωγής 300 V. Ποια είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου δίνης στις στροφές του πηνίου αν ο αριθμός τους είναι 800 και η ακτίνα των στροφών είναι 4 εκ?

Η επαγωγή EMF συμβαίνει είτε σε ακίνητο αγωγό που τοποθετείται σε πεδίο μεταβαλλόμενου χρόνου, είτε σε αγωγό που κινείται σε μαγνητικό πεδίο που μπορεί να μην αλλάζει με το χρόνο. Η τιμή του EMF και στις δύο περιπτώσεις καθορίζεται από το νόμο (12.2), αλλά η προέλευση του EMF είναι διαφορετική. Σκεφτείτε πρώτα την πρώτη περίπτωση.

Ας έχουμε έναν μετασχηματιστή μπροστά μας - δύο πηνία τοποθετούνται σε έναν πυρήνα. Συμπεριλαμβάνοντας το πρωτεύον τύλιγμα στο δίκτυο, θα πάρουμε το ρεύμα στο δευτερεύον τύλιγμα (Εικ. 246), εάν είναι κλειστό. Τα ηλεκτρόνια στα δευτερεύοντα σύρματα θα κινηθούν. Ποιες όμως δυνάμεις τους αναγκάζουν να κινηθούν; Το ίδιο το μαγνητικό πεδίο, που διεισδύει στο πηνίο, δεν μπορεί να το κάνει αυτό, καθώς το μαγνητικό πεδίο δρα αποκλειστικά σε κινούμενα φορτία (αυτό διαφέρει από το ηλεκτρικό) και ο αγωγός με τα ηλεκτρόνια σε αυτό είναι ακίνητος.

Εκτός από το μαγνητικό πεδίο, τα φορτία επηρεάζονται και από το ηλεκτρικό πεδίο. Επιπλέον, μπορεί να ενεργήσει και σε σταθερές χρεώσεις. Αλλά τελικά, το πεδίο που έχει συζητηθεί μέχρι τώρα (ηλεκτροστατικό και στατικό πεδίο) δημιουργείται από ηλεκτρικά φορτία και το ρεύμα επαγωγής εμφανίζεται υπό τη δράση ενός εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτό υποδηλώνει ότι τα ηλεκτρόνια σε έναν ακίνητο αγωγό τίθενται σε κίνηση ηλεκτρικό πεδίοκαι αυτό το πεδίο δημιουργείται άμεσα από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Έτσι, επιβεβαιώνεται μια νέα θεμελιώδης ιδιότητα του πεδίου: αλλάζοντας στο χρόνο, το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό το συμπέρασμα κατέληξε για πρώτη φορά από τον Maxwell.

Τώρα το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής εμφανίζεται μπροστά μας με νέο φως. Το κύριο πράγμα σε αυτό είναι η διαδικασία δημιουργίας ηλεκτρικού πεδίου από ένα μαγνητικό πεδίο. Σε αυτή την περίπτωση, η παρουσία ενός αγώγιμου κυκλώματος, για παράδειγμα, ενός πηνίου, δεν αλλάζει την ουσία του θέματος. Ένας αγωγός με παροχή ελεύθερων ηλεκτρονίων (ή άλλων σωματιδίων) σας επιτρέπει μόνο να ανιχνεύσετε το αναδυόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Το πεδίο θέτει τα ηλεκτρόνια σε κίνηση στον αγωγό και έτσι αποκαλύπτεται. Η ουσία του φαινομένου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε έναν σταθερό αγωγό δεν βρίσκεται τόσο στην εμφάνιση ενός επαγωγικού ρεύματος, αλλά στην εμφάνιση ενός ηλεκτρικού πεδίου που θέτει σε κίνηση τα ηλεκτρικά φορτία.

Το ηλεκτρικό πεδίο που προκύπτει από μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο έχει εντελώς διαφορετική δομή από το ηλεκτροστατικό. Δεν συνδέεται απευθείας με ηλεκτρικά φορτία και οι γραμμές έντασής του δεν μπορούν να ξεκινήσουν και να τελειώσουν σε αυτά. Γενικά δεν ξεκινούν ούτε τελειώνουν πουθενά, αλλά είναι κλειστές γραμμές, παρόμοιες με τις γραμμές επαγωγής μαγνητικού πεδίου. Αυτό είναι το λεγόμενο ηλεκτρικό πεδίο δίνης (Εικ. 247).

Η κατεύθυνση των γραμμών δύναμης του συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. Η δύναμη που ασκείται από την πλευρά του ηλεκτρικού πεδίου της δίνης στο φορτίο εξακολουθεί να είναι ίση με: Αλλά σε αντίθεση με το ακίνητο ηλεκτρικό πεδίο, το έργο του πεδίου δίνης σε μια κλειστή διαδρομή δεν είναι ίσο με μηδέν. Πράγματι, όταν ένα φορτίο κινείται κατά μήκος μιας κλειστής γραμμής τάσης

ηλεκτρικό πεδίο (Εικ. 247), η εργασία σε όλα τα τμήματα της διαδρομής θα έχει το ίδιο πρόσημο, αφού η δύναμη και η μετατόπιση συμπίπτουν ως προς την κατεύθυνση. Το έργο του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού στην κίνηση ενός μόνο θετικού φορτίου σε μια κλειστή διαδρομή είναι το EMF επαγωγής σε έναν ακίνητο αγωγό.

Βητατρόνιο. Με μια ταχεία αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο ενός ισχυρού ηλεκτρομαγνήτη, εμφανίζονται ισχυρές δίνες του ηλεκτρικού πεδίου, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιτάχυνση των ηλεκτρονίων σε ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Η συσκευή του επιταχυντή ηλεκτρονίων - το betatron βασίζεται σε αυτήν την αρχή. Τα ηλεκτρόνια στο βητατρόν επιταχύνονται από το ηλεκτρικό πεδίο στροβιλισμού μέσα στο δακτυλιοειδές θάλαμο κενού Κ, που τοποθετείται στο διάκενο του ηλεκτρομαγνήτη Μ (Εικ. 248).

Το ηλεκτρικό πεδίο που εμφανίζεται όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο έχει εντελώς διαφορετική δομή από το ηλεκτροστατικό. Δεν συνδέεται απευθείας με ηλεκτρικά φορτία και οι γραμμές έντασής του δεν μπορούν να ξεκινήσουν και να τελειώσουν σε αυτά. Γενικά δεν ξεκινούν ούτε τελειώνουν πουθενά, αλλά είναι κλειστές γραμμές, παρόμοιες με τις γραμμές επαγωγής μαγνητικού πεδίου. Αυτό είναι το λεγόμενο ηλεκτρικό πεδίο δίνης. Μπορεί να προκύψει το ερώτημα: γιατί, στην πραγματικότητα, αυτό το πεδίο ονομάζεται ηλεκτρικό; Άλλωστε έχει διαφορετική προέλευση και διαφορετική διαμόρφωση από το στατικό ηλεκτρικό πεδίο. Η απάντηση είναι απλή: το πεδίο vortex δρα στο φορτίο qμε τον ίδιο τρόπο όπως και το ηλεκτροστατικό, και θεωρήσαμε και θεωρούμε αυτή την κύρια ιδιότητα του πεδίου. Η δύναμη που επενεργεί στο φορτίο είναι ακόμα φά= qE,όπου μι- ένταση του πεδίου δίνης.

Εάν η μαγνητική ροή δημιουργείται από ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο συγκεντρωμένο σε έναν μακρόστενο κυλινδρικό σωλήνα με ακτίνα r 0 (Εικ. 5.8), τότε από εκτιμήσεις συμμετρίας είναι προφανές ότι οι γραμμές της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου βρίσκονται σε επίπεδα κάθετα προς οι ευθείες Β και είναι κύκλοι. Σύμφωνα με τον κανόνα Lenz, με αυξανόμενη μαγνητική

Οι επαγωγικές γραμμές τάσης Ε σχηματίζουν μια αριστερή βίδα με την κατεύθυνση της μαγνητικής επαγωγής Β.

Σε αντίθεση με ένα στατικό ή στατικό ηλεκτρικό πεδίο, το έργο ενός πεδίου δίνης σε μια κλειστή διαδρομή δεν είναι ίσο με μηδέν. Πράγματι, όταν ένα φορτίο κινείται κατά μήκος μιας κλειστής γραμμής έντασης ηλεκτρικού πεδίου, το έργο σε όλα τα τμήματα της διαδρομής έχει το ίδιο πρόσημο, αφού η δύναμη και η μετατόπιση συμπίπτουν στην κατεύθυνση. Ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, όπως ένα μαγνητικό πεδίο, δεν είναι δυναμικό.

Το έργο του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού κατά την κίνηση ενός μόνο θετικού φορτίου κατά μήκος ενός κλειστού σταθερού αγωγού είναι αριθμητικά ίσο με το EMF επαγωγής σε αυτόν τον αγωγό.

Εάν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο, τότε η μαγνητική ροή που διεισδύει στο πηνίο αλλάζει. Επομένως, εμφανίζεται ένα EMF επαγωγής στον ίδιο αγωγό μέσω του οποίου ρέει το εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοεπαγωγή.

Με την αυτοεπαγωγή, το αγώγιμο κύκλωμα παίζει διπλό ρόλο: ένα ρεύμα ρέει μέσα από αυτό, προκαλώντας επαγωγή και εμφανίζεται ένα EMF επαγωγής σε αυτό. Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα EMF στον ίδιο τον αγωγό μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα, δημιουργώντας αυτό το πεδίο.

Τη στιγμή της ανόδου του ρεύματος, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου των δινοριών, σύμφωνα με τον κανόνα Lenz, στρέφεται ενάντια στο ρεύμα. Επομένως, αυτή τη στιγμή, το πεδίο της δίνης εμποδίζει την άνοδο του ρεύματος. Αντίθετα, τη στιγμή που το ρεύμα μειώνεται, το πεδίο της δίνης το υποστηρίζει.

Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι όταν ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή σταθερού EMF είναι κλειστό, μια ορισμένη τιμή ισχύος ρεύματος δεν ρυθμίζεται αμέσως, αλλά σταδιακά με την πάροδο του χρόνου (Εικ. 5.13). Από την άλλη, όταν η πηγή είναι απενεργοποιημένη, το ρεύμα στα κλειστά κυκλώματα δεν σταματάει αμέσως. Το προκύπτον EMF αυτοεπαγωγής μπορεί να υπερβεί το EMF της πηγής, καθώς η αλλαγή στο ρεύμα και στο μαγνητικό του πεδίο συμβαίνει πολύ γρήγορα όταν η πηγή είναι απενεργοποιημένη.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής μπορεί να παρατηρηθεί στις απλά πειράματα. Το σχήμα 5.14 δείχνει μια παράλληλη σύνδεση δύο πανομοιότυπων λαμπτήρων. Ένα από αυτά συνδέεται με την πηγή μέσω μιας αντίστασης R,και το άλλο σε σειρά με το πηνίο μεγάλομε σιδερένιο πυρήνα. Όταν το κλειδί είναι κλειστό, η πρώτη λυχνία αναβοσβήνει σχεδόν αμέσως και η δεύτερη - με αισθητή καθυστέρηση. Το αυτο-επαγόμενο emf στο κύκλωμα αυτού του λαμπτήρα είναι μεγάλο και το ρεύμα δεν φτάνει αμέσως τη μέγιστη τιμή του. Η εμφάνιση ενός EMF αυτο-επαγωγής κατά το άνοιγμα μπορεί να παρατηρηθεί σε ένα πείραμα με ένα κύκλωμα που φαίνεται σχηματικά στο Σχήμα 5.15. Όταν ανοίξει το κλειδί στο πηνίο μεγάλοΕμφανίζεται EMF αυτοεπαγωγής, το οποίο διατηρεί το αρχικό ρεύμα. Ως αποτέλεσμα, τη στιγμή του ανοίγματος, ένα ρεύμα ρέει μέσω του γαλβανόμετρου (διακεκομμένο βέλος), που κατευθύνεται ενάντια στο αρχικό ρεύμα πριν από το άνοιγμα (συμπαγές βέλος). Επιπλέον, η ισχύς του ρεύματος όταν ανοίγει το κύκλωμα υπερβαίνει την ισχύ του ρεύματος που διέρχεται από το γαλβανόμετρο όταν το κλειδί είναι κλειστό. Αυτό σημαίνει ότι το EMF της αυτο-επαγωγής ξ. περισσότερα emf ξ είναιμπαταρίες κυττάρων.

Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής είναι παρόμοιο με το φαινόμενο της αδράνειας στη μηχανική. Έτσι, η αδράνεια οδηγεί στο γεγονός ότι υπό τη δράση της δύναμης το σώμα δεν αποκτά αμέσως μια ορισμένη ταχύτητα, αλλά σταδιακά. Το αμάξωμα δεν μπορεί να επιβραδυνθεί αμέσως, όσο μεγάλη κι αν είναι η δύναμη πέδησης. Με τον ίδιο τρόπο, λόγω της αυτεπαγωγής, όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, η ισχύς του ρεύματος δεν αποκτά αμέσως κάποια τιμή, αλλά αυξάνεται σταδιακά. Κλείνοντας την πηγή, δεν σταματάμε αμέσως το ρεύμα. Η αυτοεπαγωγή το διατηρεί για κάποιο χρονικό διάστημα, παρά την παρουσία αντίστασης κυκλώματος.

Περαιτέρω, για να αυξηθεί η ταχύτητα του σώματος, σύμφωνα με τους νόμους της μηχανικής, πρέπει να γίνει εργασία. Κατά το φρενάρισμα, το ίδιο το σώμα κάνει θετική δουλειά. Με τον ίδιο τρόπο, για να δημιουργήσετε ένα ρεύμα, πρέπει να κάνετε εργασία ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο της δίνης και όταν εξαφανιστεί το ρεύμα, αυτό το ίδιο το πεδίο κάνει θετική δουλειά.

Δεν πρόκειται απλώς για μια επιφανειακή αναλογία. Έχει ένα βαθύ εσωτερικό νόημα. Εξάλλου, το ρεύμα είναι μια συλλογή από κινούμενα φορτισμένα σωματίδια. Με την αύξηση της ταχύτητας των ηλεκτρονίων, το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από αυτά αλλάζει και δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης που δρα στα ίδια τα ηλεκτρόνια, αποτρέποντας μια στιγμιαία αύξηση της ταχύτητάς τους υπό τη δράση μιας εξωτερικής δύναμης. Κατά το φρενάρισμα, αντίθετα, το πεδίο της δίνης τείνει να διατηρεί σταθερή την ταχύτητα των ηλεκτρονίων (κανόνας Lenz). Έτσι, η αδράνεια των ηλεκτρονίων, και ως εκ τούτου η μάζα τους, είναι τουλάχιστον εν μέρει ηλεκτρομαγνητική προέλευση. Η μάζα δεν μπορεί να είναι εντελώς ηλεκτρομαγνητική, καθώς υπάρχουν ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια που έχουν μάζα (νετρόνια κ.λπ.)

Επαγωγή.

Η μονάδα Β της μαγνητικής επαγωγής που δημιουργείται από το ρεύμα σε οποιοδήποτε κλειστό κύκλωμα είναι ανάλογη της ισχύος του ρεύματος. Εφόσον η μαγνητική ροή F είναι ανάλογη του B, τότε F ~ B ~ I.

Επομένως, μπορεί να υποστηριχθεί ότι

όπου μεγάλο- συντελεστής αναλογικότητας μεταξύ του ρεύματος στο αγώγιμο κύκλωμα και της μαγνητικής ροής που δημιουργείται από αυτό, που διαπερνά αυτό το κύκλωμα. η αξία μεγάλοονομάζεται αυτεπαγωγή του κυκλώματος ή συντελεστής αυτοεπαγωγής του.

Χρησιμοποιώντας τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και έκφρασης (5.7.1), λαμβάνουμε την ισότητα:

(5.7.2)

Από τον τύπο (5.7.2) προκύπτει ότι επαγωγή- αυτό είναι ένα φυσικό μέγεθος αριθμητικά ίσο με το EMF αυτο-επαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει κατά 1 A ανά 1 s.

Η επαγωγή, όπως και η ηλεκτρική χωρητικότητα, εξαρτάται από γεωμετρικούς παράγοντες: το μέγεθος του αγωγού και το σχήμα του, αλλά δεν εξαρτάται άμεσα από την ισχύ του ρεύματος στον αγωγό. Εκτός

γεωμετρία του αγωγού, η επαγωγή εξαρτάται από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός.

Η μονάδα επαγωγής SI ονομάζεται henry (H). Η αυτεπαγωγή του αγωγού είναι 1 Gn, εάν σε αυτό, όταν η τρέχουσα ισχύς αλλάζει κατά 1 Α ανά 1s Εμφανίζεται EMF αυτο-επαγωγής 1 V:

Μια άλλη ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι η αμοιβαία επαγωγή. Αμοιβαία επαγωγή ονομάζεται η εμφάνιση επαγωγικού ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα(σπείρα) κατά την αλλαγή της ισχύος ρεύματος στο διπλανό κύκλωμα(σπείρα). Τα κυκλώματα είναι στερεωμένα μεταξύ τους, όπως, για παράδειγμα, τα πηνία ενός μετασχηματιστή.

Ποσοτικά, η αμοιβαία επαγωγή χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή αμοιβαίας επαγωγής ή αμοιβαίας επαγωγής.

Το σχήμα 5.16 δείχνει δύο κυκλώματα. Κατά την αλλαγή της ισχύος ρεύματος I 1 στο κύκλωμα 1 στο περίγραμμα 2 υπάρχει επαγωγικό ρεύμα I 2 .

Η ροή της μαγνητικής επαγωγής Ф 1.2, που δημιουργείται από το ρεύμα στο πρωτεύον κύκλωμα και διεισδύει στην επιφάνεια που περιορίζεται από το δεύτερο κύκλωμα, είναι ανάλογη με την ένταση ρεύματος I 1:

Ο συντελεστής αναλογικότητας L 1, 2 ονομάζεται αμοιβαία επαγωγή. Είναι παρόμοια με την αυτεπαγωγή L.

Το επαγωγικό emf στο δεύτερο κύκλωμα, σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ισούται με:

Ο συντελεστής L 1,2 καθορίζεται από τη γεωμετρία και των δύο περιγραμμάτων, την απόσταση μεταξύ τους, αμοιβαία διευθέτησηκαι μαγνητικές ιδιότητες περιβάλλον. Η αμοιβαία επαγωγή εκφράζεται μεγάλο 1,2, καθώς και η αυτεπαγωγή L, στο henry.

Εάν η ισχύς του ρεύματος αλλάξει στο δεύτερο κύκλωμα, τότε το EMF επαγωγής εμφανίζεται στο πρώτο κύκλωμα

Όταν η ένταση του ρεύματος αλλάζει στον αγωγό, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον τελευταίο. Αυτό το πεδίο επιβραδύνει τα ηλεκτρόνια καθώς αυξάνεται το ρεύμα και τα επιταχύνει καθώς μειώνεται το ρεύμα.

Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος.

Όταν ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή σταθερού EMF είναι κλειστό, η ενέργεια της πηγής ρεύματος δαπανάται αρχικά για τη δημιουργία ρεύματος, δηλαδή για την κίνηση των ηλεκτρονίων του αγωγού και το σχηματισμό ενός μαγνητικού πεδίου που σχετίζεται με το ρεύμα, και επίσης εν μέρει στην αύξηση της εσωτερικής ενέργειας του αγωγού, δηλαδή στη θέρμανση του. Αφού καθοριστεί μια σταθερή τιμή της ισχύος ρεύματος, η ενέργεια της πηγής δαπανάται αποκλειστικά για την απελευθέρωση θερμότητας. Η τρέχουσα ενέργεια δεν αλλάζει.

Για να δημιουργήσετε ένα ρεύμα, είναι απαραίτητο να ξοδέψετε ενέργεια, δηλ. είναι απαραίτητο να κάνετε εργασία. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, όταν το ρεύμα αρχίζει να αυξάνεται, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον αγωγό, που δρα ενάντια στο ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται στον αγωγό λόγω της πηγής ρεύματος. Για να γίνει το ρεύμα ίσο με το I, η πηγή ρεύματος πρέπει να κάνει εργασία ενάντια στις δυνάμεις του πεδίου της δίνης. Αυτό το έργο πηγαίνει στην αύξηση της ενέργειας του ρεύματος. Το πεδίο vortex κάνει αρνητική δουλειά.

Όταν το κύκλωμα ανοίγει, το ρεύμα εξαφανίζεται και το πεδίο της δίνης κάνει θετική δουλειά. Η ενέργεια που αποθηκεύεται από το ρεύμα απελευθερώνεται. Αυτό ανιχνεύεται από έναν ισχυρό σπινθήρα που εμφανίζεται όταν ανοίγει ένα κύκλωμα με μεγάλη αυτεπαγωγή.

Μια έκφραση για την ενέργεια του ρεύματος I που διαρρέει ένα κύκλωμα με επαγωγή L μπορεί να γραφτεί με βάση την αναλογία μεταξύ αδράνειας και αυτοεπαγωγής.

Εάν η αυτεπαγωγή είναι παρόμοια με την αδράνεια, τότε η επαγωγή στη διαδικασία δημιουργίας ρεύματος θα πρέπει να παίζει τον ίδιο ρόλο με τη μάζα κατά την αύξηση της ταχύτητας ενός σώματος στη μηχανική. Ο ρόλος της ταχύτητας του σώματος στην ηλεκτροδυναμική παίζει η ένταση του ρεύματος I ως ποσότητα που χαρακτηρίζει την κίνηση ηλεκτρικά φορτία. Αν ναι, τότε η ενέργεια του ρεύματος W m μπορεί να θεωρηθεί ποσότητα παρόμοια με την κινητική ενέργεια του σώματος - στη μηχανική, και γράψτε στη μορφή.

Αιτία ηλεκτρικό ρεύμασε σταθερό αγωγό - ηλεκτρικό πεδίο. Οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο επαγωγής, ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία κλειστού κυκλώματος, ενώ εάν ο αγωγός είναι ανοιχτός, τότε προκύπτει διαφορά δυναμικού στα άκρα του. εάν ο αγωγός είναι κλειστός, τότε παρατηρείται ρεύμα επαγωγής σε αυτόν.

Το επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο είναι δίνη. Η φορά των γραμμών δύναμης της δίνης ελ. Το πεδίο συμπίπτει με την κατεύθυνση του επαγωγικού ρεύματος Το επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο έχει εντελώς διαφορετικές ιδιότητες σε αντίθεση με το ηλεκτροστατικό πεδίο.

ηλεκτροστατικό πεδίο	ηλεκτρικό πεδίο επαγωγής (ηλεκτρικό πεδίο vortex)
1. που δημιουργήθηκε από ακίνητο ηλεκτρ. ταρίφα	1. που προκαλείται από αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο
2. Οι γραμμές δύναμης πεδίου είναι ανοιχτές - - δυναμικό πεδίο	2. οι γραμμές δύναμης είναι κλειστές - - πεδίο στροβιλισμού
3. Οι πηγές του πεδίου είναι ηλεκτρ. ταρίφα	3. Οι πηγές πεδίου δεν μπορούν να καθοριστούν
4. το έργο των δυνάμεων πεδίου κατά τη μετακίνηση του φορτίου δοκιμής κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής = 0.	4. το έργο των δυνάμεων πεδίου στην κίνηση του δοκιμαστικού φορτίου κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής \u003d EMF επαγωγής

Δινορεύματα

Τα επαγωγικά ρεύματα σε μαζικούς αγωγούς ονομάζονται ρεύματα Φουκώ. Τα ρεύματα Φουκώ μπορούν να φτάσουν σε πολύ μεγάλες τιμές, γιατί η αντίσταση των μαζικών αγωγών είναι μικρή, επομένως οι πυρήνες των μετασχηματιστών είναι κατασκευασμένοι από μονωμένες πλάκες. Στους φερρίτες - μαγνητικούς μονωτές, τα δινορεύματα πρακτικά δεν εμφανίζονται.

Η χρήση δινορευμάτων

Θέρμανση και τήξη μετάλλων στο κενό, αποσβεστήρες σε ηλεκτρικά όργανα μέτρησης.

Επιβλαβείς επιπτώσεις των δινορευμάτων

Πρόκειται για απώλειες ενέργειας στους πυρήνες των μετασχηματιστών και των γεννητριών λόγω της απελευθέρωσης ένας μεγάλος αριθμόςθερμότητα.

ΑΥΤΟΕΠΑΓΩΓΗ

Κάθε αγωγός μέσω του οποίου ρέει ηλεκτρικό ρεύμα βρίσκεται στο δικό του μαγνητικό πεδίο.

Όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει στον αγωγό, το m.field αλλάζει, δηλ. η μαγνητική ροή που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα αλλάζει. Μια αλλαγή στη μαγνητική ροή οδηγεί στην εμφάνιση ενός ηλεκτρικού πεδίου δίνης και ένα επαγωγικό EMF εμφανίζεται στο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοεπαγωγή. Αυτοεπαγωγή - το φαινόμενο της εμφάνισης επαγωγικού EMF σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ως αποτέλεσμα αλλαγής της ισχύος του ρεύματος. Το EMF που προκύπτει ονομάζεται emf αυτοεπαγωγής.

Εκδήλωση του φαινομένου της αυτεπαγωγής

Κλείσιμο του κυκλώματος Όταν ένα κύκλωμα είναι κλειστό, το ρεύμα αυξάνεται, γεγονός που προκαλεί αύξηση της μαγνητικής ροής στο πηνίο, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης, που κατευθύνεται ενάντια στο ρεύμα, δηλ. εμφανίζεται ένα EMF αυτο-επαγωγής στο πηνίο, το οποίο εμποδίζει την άνοδο του ρεύματος στο κύκλωμα (το πεδίο της δίνης επιβραδύνει τα ηλεκτρόνια). Σαν άποτέλεσμα Το L1 ανάβει αργότερα,από το L2.

Ανοικτό κύκλωμα Όταν ανοίγει το ηλεκτρικό κύκλωμα, το ρεύμα μειώνεται, υπάρχει μείωση της m.flow στο πηνίο, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο στροβιλισμού, κατευθυνόμενο σαν ρεύμα (τείνει να διατηρεί την ίδια ένταση ρεύματος), δηλ. Στο πηνίο εμφανίζεται ένα αυτοεπαγωγικό emf, το οποίο διατηρεί το ρεύμα στο κύκλωμα. Ως αποτέλεσμα, το L όταν είναι απενεργοποιημένο αναβοσβήνει έντονα.Συμπέρασμα στην ηλεκτρική μηχανική, το φαινόμενο της αυτοεπαγωγής εκδηλώνεται όταν το κύκλωμα είναι κλειστό (το ηλεκτρικό ρεύμα αυξάνεται σταδιακά) και όταν το κύκλωμα ανοίγει (το ηλεκτρικό ρεύμα δεν εξαφανίζεται αμέσως).

ΕΠΑΓΩΓΗ

Από τι εξαρτάται το EMF της αυτεπαγωγής; Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο. Η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος είναι ανάλογη με την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου (Φ ~ B), η επαγωγή είναι ανάλογη με την ένταση ρεύματος στον αγωγό (B ~ I), επομένως η μαγνητική ροή είναι ανάλογη με την ένταση του ρεύματος (Φ ~ I ). Το emf αυτοεπαγωγής εξαρτάται από τον ρυθμό μεταβολής της ισχύος ρεύματος στο ηλεκτρικό κύκλωμα, από τις ιδιότητες του αγωγού (μέγεθος και σχήμα) και από τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα του μέσου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός. Ένα φυσικό μέγεθος που δείχνει την εξάρτηση του EMF αυτοεπαγωγής από το μέγεθος και το σχήμα του αγωγού και από το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός ονομάζεται συντελεστής αυτοεπαγωγής ή αυτεπαγωγή. Επαγωγή - φυσική. μια τιμή αριθμητικά ίση με το EMF της αυτοεπαγωγής που εμφανίζεται στο κύκλωμα όταν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει κατά 1 αμπέρ σε 1 δευτερόλεπτο. Επίσης, η αυτεπαγωγή μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:

όπου F είναι η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος, I είναι η ισχύς του ρεύματος στο κύκλωμα.

Μονάδες SI για αυτεπαγωγή:

Η επαγωγή του πηνίου εξαρτάται από: τον αριθμό των στροφών, το μέγεθος και το σχήμα του πηνίου και τη σχετική μαγνητική διαπερατότητα του μέσου (ένας πυρήνας είναι δυνατός).

EMF ΑΥΤΟΕΠΑΓΩΓΗΣ

Το EMF αυτοεπαγωγής αποτρέπει την αύξηση της ισχύος ρεύματος όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο και τη μείωση της ισχύος ρεύματος όταν ανοίγει το κύκλωμα.

Μεταξύ όλων ακαδημαϊκούς κλάδουςη φυσική είναι το πιο μηχανογραφημένο μάθημα. Οι τεχνολογίες της πληροφορίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη θεωρητικού υλικού, εκπαίδευσης, ως μέσο μοντελοποίησης και οπτικοποίησης κ.λπ. Η επιλογή εξαρτάται από τους στόχους, τους στόχους και το στάδιο του μαθήματος (επεξήγηση, εμπέδωση, επανάληψη της ύλης, έλεγχος γνώσεων κ.λπ.).

Διδάσκοντας στα παιδιά φυσική, παρατηρούμε μείωση του ενδιαφέροντος για το θέμα, και ταυτόχρονα μείωση του επιπέδου γνώσης. Εξήγησα αυτό το πρόβλημα με την έλλειψη οπτικού υλικού, την έλλειψη εξοπλισμού, την πολυπλοκότητα του ίδιου του θέματος. Τα προβλήματα που έχουν προκύψει συνδέονται και με τον ραγδαία και συνεχώς αυξανόμενο όγκο της ανθρώπινης γνώσης. Σε συνθήκες όπου ο όγκος των πληροφοριών διπλασιάζεται κάθε λίγα χρόνια, το κλασικό εγχειρίδιο και ο δάσκαλος γίνονται αναπόφευκτα προμηθευτές ξεπερασμένης γνώσης. Αλλά σημείωσα επίσης ότι ο αριθμός των παιδιών που μπορούν να χρησιμοποιούν υπολογιστή αυξάνεται ραγδαία και αυτή η τάση θα επιταχυνθεί ανεξάρτητα από το πρότυπο σχολικής εκπαίδευσης. Για μένα προέκυψε το ερώτημα, γιατί να μην χρησιμοποιήσω τις νέες παιδαγωγικές δυνατότητες του υπολογιστή ως μέσο διδασκαλίας.

Ένας υπολογιστής για μαθητές - ως πηγή νέων πληροφοριών και ως πνευματικό εργαλείο και γενικά - γνωστική δραστηριότητα. Η εργασία σε έναν υπολογιστή μπορεί (και πρέπει) να αναπτύξει επίσης προσωπικές ιδιότητες όπως αναστοχαστικότητα, κρισιμότητα πληροφοριών, υπευθυνότητα, ικανότητα αποδοχής ανεξάρτητες αποφάσειςκαι τέλος, ανεκτικότητα και δημιουργικότητα, δεξιότητες επικοινωνίας.

Ένας υπολογιστής για έναν δάσκαλο είναι ένα σύγχρονο εργαλείο για την επίλυση διδακτικών προβλημάτων οργάνωσης νέων μορφών αναπτυξιακής εκπαίδευσης.

Σημείωση τη γενική σημασία των υπολογιστών στην εκπαιδευτική διαδικασία. Αυτοί είναι:

Ταιριάζει με την παραδοσιακή μάθηση.

Χρησιμοποιούνται με επιτυχία σε εκπαιδευτικές και εξωσχολικές δραστηριότητες ποικίλου περιεχομένου και οργάνωσης.

Συμβάλλουν στην ενεργό εμπλοκή του μαθητή στην εκπαιδευτική διαδικασία, διατηρούν το ενδιαφέρον.

Διδακτικά χαρακτηριστικά του υπολογιστή:

Πληροφοριακός πλούτος.

Ικανότητα υπέρβασης υφιστάμενων χρονικών και χωρικών ορίων.

Δυνατότητα βαθιάς διείσδυσης στην ουσία των μελετημένων φαινομένων και διαδικασιών.

Εμφάνιση των μελετηθέντων φαινομένων σε ανάπτυξη, δυναμική.

Η πραγματικότητα είναι μια αντανάκλαση της πραγματικότητας.

Εκφραστικότητα, πλούτος εκφραστικών τεχνικών, συναισθηματικός πλούτος.

Ένας τέτοιος πλούτος δυνατοτήτων υπολογιστή μας επιτρέπει να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη μελέτη του ως ένα νέο διδακτικό εργαλείο.

Κατά τη διεξαγωγή μαθημάτων φυσικής μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ακόλουθα είδη ΤΠΕ:

παρουσιάσεις πολυμέσων,

βίντεο και κλιπ,

κινούμενα σχέδια που προσομοιώνουν φυσικές διαδικασίες,

ηλεκτρονικά σχολικά βιβλία,

προγράμματα εκπαίδευσης

προγράμματα προσομοιωτών (για την προετοιμασία για τις εξετάσεις),

συνεργαστείτε με ιστοσελίδες στο Διαδίκτυο

φυσικό εργαστήριο L-micro.

Κατά τη διεξαγωγή μαθημάτων, η πιο κοινή μορφή χρήσης ΤΠΕ είναι η παρουσίαση πολυμέσων. Αυτός ο τύπος υποστήριξης μαθήματος σάς επιτρέπει να εστιάσετε στα πιο σημαντικά στοιχεία του υλικού που μελετάτε, όπως κινούμενα σχέδια και βίντεο κλιπ. Επιπλέον, οι παρουσιάσεις πολυμέσων χρησιμοποιούνται από τους μαθητές όταν κάνουν παρουσιάσεις και μηνύματα ή όταν υπερασπίζονται ερευνητικό έργο. Κατά την προετοιμασία μιας παρουσίασης για ένα μάθημα, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

η παρουσίαση πρέπει να είναι οπτική, η διαφάνεια να μην περιέχει πολύ κείμενο, το κείμενο να είναι μεγάλο και ευανάγνωστο.

η παρουσίαση πρέπει να είναι εικονογραφημένη: να περιέχει σχέδια, φωτογραφίες, διαγράμματα.

ο αριθμός των διαφανειών πρέπει να είναι περιορισμένος (15-20 διαφάνειες).

η παρουσίαση δεν πρέπει να προκαλεί δυσάρεστες αισθήσεις που προκαλούνται από δυναμική αναπαραγωγή και αλλαγές καρέ, ή χρωματική ταλαιπωρία.

Οι πιο σημαντικές πληροφορίες πρέπει να τοποθετούνται στην πρώτη και την τελευταία διαφάνεια.

Όταν δημιουργείτε μια παρουσίαση, να θυμάστε ότι είναι συνοδευτικό μιας ομιλίας, έκθεσης ή μαθήματος και δεν την αντικαθιστά. Συχνά, όταν κάνουν παρουσιάσεις, οι μαθητές προσπαθούν να τοποθετήσουν όλες τις πληροφορίες σε αυτήν, ο ρόλος του δασκάλου σε αυτή την κατάσταση είναι να διορθώσει το περιεχόμενο της παρουσίασης και την αντίληψή της. Αυτό είναι το πιο σχετικό κατά την υπεράσπιση έργων, ανταγωνιστικών και ερευνητικών εργασιών. Σε όλους τους διαγωνισμούς, κατά την αξιολόγηση της εργασίας λαμβάνεται υπόψη η προβολή, η οποία ως επί το πλείστον αντιπροσωπεύει μια πολυμεσική παρουσίαση.

Ένας άλλος τύπος ΤΠΕ που χρησιμοποιείται στη διδασκαλία της φυσικής είναι η χρήση ηλεκτρονικών βοηθημάτων. Είναι πιο σκόπιμο να χρησιμοποιείτε ηλεκτρονικά εγχειρίδια και προγράμματα κατάρτισης όταν κάνετε εργασίες για το σπίτι και ανεξάρτητη εργασία των μαθητών, καθώς και όταν εργάζεστε με οποιαδήποτε εκπαιδευτική βιβλιογραφία, σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να εξετάσετε προσεκτικά και να καθορίσετε εργασίες για τους μαθητές.

Τα προγράμματα προσομοιωτών λειτουργούν ως ένα ανεξάρτητο προϊόν που σας επιτρέπει να επεξεργαστείτε το μελετημένο υλικό, να εντοπίσετε τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μαθητές κατά τη μελέτη θεωρητικού υλικού.

Οι διαδικτυακές δοκιμές παίζουν ιδιαίτερο ρόλο στην προετοιμασία για το κράτος τελική πιστοποίηση. Ο μαθητής βλέπει το αποτέλεσμα σχεδόν αμέσως και αξιολογεί ρεαλιστικά τις δυνατότητές του.

Σημαντικό στοιχείο της χρήσης των ΤΠΕ στη διδασκαλία της φυσικής είναι η εργασία με διαδραστικά μοντέλα, τα οποία παρουσιάζονται σε προϊόντα όπως «Live Physics», «Open Physics». Σχεδόν όλα τα μοντέλα σάς επιτρέπουν να δείχνετε εμπειρίες όταν εξηγείτε νέο υλικό. Η εργασία με τέτοια προγράμματα σας επιτρέπει να κοιτάξετε βαθιά το φαινόμενο, να εξετάσετε διαδικασίες που δεν μπορούν να παρατηρηθούν σε ένα "ζωντανό" πείραμα. Όταν χρησιμοποιείτε μοντέλα για επιδείξεις, είναι δυνατό να εμπλέξετε έναν από τους μαθητές ως βοηθό, καθώς είναι μάλλον δύσκολο να εργαστείτε σε υπολογιστή και ταυτόχρονα να δώσετε τις απαραίτητες εξηγήσεις στην τάξη. Εκτός, ανεξάρτητη εργασίαμαθητές με αυτά τα προγράμματα συμβάλλει στην ανάπτυξη της γνωστικής δραστηριότητας.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους μαθητές είναι η υλοποίηση εικονικών εργαστηριακές εργασίες. Οι μαθητές μπορούν να οργανώσουν τα απαραίτητα πειράματα υπολογιστή για να δοκιμάσουν τις δικές τους ιδέες όταν απαντούν σε ερωτήσεις ή λύνουν προβλήματα. Φυσικά, ένα εργαστήριο υπολογιστών δεν μπορεί να αντικαταστήσει ένα πραγματικό εργαστήριο φυσικής. Ωστόσο, η εκτέλεση εργαστηριακής εργασίας υπολογιστών απαιτεί ορισμένες δεξιότητες που είναι επίσης χαρακτηριστικές ενός πραγματικού πειράματος - την επιλογή των αρχικών συνθηκών, τον καθορισμό των παραμέτρων του πειράματος κ.λπ.

Ένας από τους βασικούς ρόλους στη διδασκαλία της φυσικής παίζει το φυσικό εργαστήριο L-micro. Η χρήση ενός υπολογιστή ως εργαλείου μέτρησης καθιστά δυνατή την επέκταση των ορίων ενός σχολικού φυσικού πειράματος και τη διεξαγωγή φυσικής έρευνας.

Κατά την προετοιμασία για μαθήματα φυσικής, είναι απαραίτητο να θυμόμαστε την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας. Κατέχοντας νέες πληροφορίες σχετικά με τα επιτεύγματα της σύγχρονης φυσικής σε μια συγκεκριμένη περιοχή, ο δάσκαλος όχι μόνο τονίζει τη συνάφεια και την αναγκαιότητα της μελέτης της φυσικής στο σχολείο, αλλά και αναπτύσσει γνωστική δραστηριότηταμαθητής. Ταυτόχρονα, είναι σκόπιμο να δοθούν οδηγίες στους μαθητές να αναζητήσουν πληροφορίες για σύγχρονα επιτεύγματα σε αυτόν τον τομέα της φυσικής. Κατά κανόνα, οι μαθητές έχουν μια δημιουργική προσέγγιση στη διαδικασία αναζήτησης και συχνά, παρασυρόμενοι από τη συλλογή πληροφοριών, παρασύρονται και από το ίδιο το πρόβλημα, το οποίο μπορεί να εξελιχθεί σε ανεξάρτητη έρευνα. Ωστόσο, οι μαθητές θα πρέπει να δώσουν προσοχή στην αναζήτηση αξιόπιστων πηγών πληροφοριών. Μία από αυτές τις πηγές Διαδικτύου είναι ένας δημοφιλής ιστότοπος σχετικά με θεμελιώδης επιστήμη elementy.ru

Ένας ιστότοπος μπορεί να είναι όχι μόνο πηγή πληροφοριών, αλλά και ανεξάρτητο εκπαιδευτικό προϊόν. Έτσι, ο ιστότοπος elementy.ru, εκτός από ενότητες πληροφοριών, περιέχει επίσης διαδραστικές αφίσες, όταν εργάζονται με τις οποίες οι μαθητές έχουν την ευκαιρία όχι μόνο να δουν τα σχήματα των πιο περίπλοκων τεχνικών συσκευών, αλλά και να «κοιτάξουν» μέσα, να αλλάξουν τις συνθήκες εργασίας και μελέτη θεωρητική βάσηδιαδικασίες. Η εργασία με τέτοιες αφίσες σάς επιτρέπει να δείξετε την πρακτική σημασία των νόμων που μελετώνται στα μαθήματα φυσικής.

Συμπεριλαμβάνοντας στοιχεία των ΤΠΕ στη διαδικασία διδασκαλίας της φυσικής, ο δάσκαλος όχι μόνο αναπτύσσει τη γνωστική δραστηριότητα των μαθητών, αλλά βελτιώνει και τον εαυτό του. Για την ενεργή χρήση των ΤΠΕ στην τάξη, ο δάσκαλος πρέπει να κατακτήσει ορισμένες δεξιότητες:

Επεξεργάζεται κείμενο, ψηφιακές, γραφικές και ηχητικές πληροφορίες με τη βοήθεια κατάλληλων συντακτών για την προετοιμασία διδακτικού υλικού.

δημιουργία διαφανειών για εκπαιδευτικό υλικόχρησιμοποιώντας το πρόγραμμα επεξεργασίας παρουσίασης (MS PowerPoint), επιδεικνύετε την παρουσίαση στο μάθημα.

χρησιμοποιούν διαθέσιμα έτοιμα προϊόντα λογισμικού στον κλάδο τους·

οργανώσει την εργασία με ηλεκτρονικό εγχειρίδιοστο μάθημα?

αναζήτηση πληροφοριών στο Διαδίκτυο κατά τη διαδικασία προετοιμασίας για μαθήματα και εξωσχολικές δραστηριότητες.

οργανώστε την εργασία με τους μαθητές για να βρείτε τις απαραίτητες πληροφορίες παγκόσμιο δίκτυοαπευθείας στην τάξη

εργαστείτε στην τάξη με υλικό από ιστότοπους.

Εν κατακλείδι, σημειώνω ότι στις σύγχρονες συνθήκες υπάρχει ένα παιδαγωγικό καθήκον να αντισταθούμε στην υπερβολική εισαγωγή των ΤΠΕ στη διαδικασία διδασκαλίας της φυσικής, ώστε να μην επισκιαστεί η αληθινή πειραματική φύση της φυσικής επιστήμης με πολύχρωμες απεικονίσεις και μοντέλα, να μην ξεχάσουμε «ζωντανό» πείραμα.

Διανυσματικό πεδίο σωληνοειδούς

Ορισμός

Το διανυσματικό πεδίο καλείται σωληνοειδήςή δίνη, εάν περάσουν από οποιαδήποτε κλειστή επιφάνεια μικρόη ροή του είναι μηδέν:

∫ S a → ⋅ d s → = 0 (\displaystyle \int \limits _(S)(\vec (a))\cdot (\vec (ds))=0) .

Εάν αυτή η προϋπόθεση ικανοποιείται για οποιοδήποτε κλειστό μικρόσε κάποιο τομέα (από προεπιλογή - παντού), τότε αυτή η συνθήκη είναι ισοδύναμη με το γεγονός ότι η απόκλιση του διανυσματικού πεδίου a → (\displaystyle (\vec (a))) είναι ίση με μηδέν:

D i v a → ≡ ∇ ⋅ a → = 0 (\displaystyle \mathrm (div) \,(\vec (a))\equiv \nabla \cdot (\vec (a))=0)

παντού σε αυτήν την περιοχή (υποτίθεται ότι υπάρχει απόκλιση παντού σε αυτήν την περιοχή). Επομένως, ονομάζονται και ηλεκτρομαγνητικά πεδία χωρίς αποκλίσεις .

Για μια ευρεία κατηγορία τομέων, αυτή η συνθήκη ικανοποιείται εάν και μόνο εάν ένα → (\displaystyle (\vec (a))) έχει διανυσματικό δυναμικό, δηλαδή, υπάρχει κάποιο τέτοιο διανυσματικό πεδίο A → (\displaystyle (\vec (A))) (διανυσματικό δυναμικό) ότι ένα → (\displaystyle (\vec (a))) μπορεί να εκφραστεί ως ρότορας του:

A → = ∇ × A → ≡ r o t A → . (\displaystyle (\vec (a))=\nabla \times (\vec (A))\equiv \mathrm (rot) \,(\vec (A)).)

Με άλλα λόγια, ένα πεδίο είναι vortex αν δεν έχει πηγές. Οι γραμμές δύναμης ενός τέτοιου πεδίου δεν έχουν ούτε αρχή ούτε τέλος και είναι κλειστές. Το πεδίο στροβιλισμού δεν δημιουργείται από φορτία σε ηρεμία (πηγές), αλλά από μια αλλαγή στο πεδίο που σχετίζεται με αυτό (για παράδειγμα, για ένα ηλεκτρικό πεδίο, δημιουργείται από μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο). Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν μαγνητικά φορτία στη φύση, το μαγνητικό πεδίο πάνταείναι δίνη και οι γραμμές δύναμής του είναι πάντα κλειστές. Οι γραμμές δύναμης ενός μόνιμου μαγνήτη, παρά το γεγονός ότι βγαίνουν από τους πόλους του (σαν να έχουν πηγές μέσα), είναι στην πραγματικότητα κλειστές μέσα στον μαγνήτη. Επομένως, κόβοντας έναν μαγνήτη στα δύο, δεν θα είναι δυνατό να ληφθούν δύο ξεχωριστοί μαγνητικοί πόλους.

Παραδείγματα

• Το πεδίο του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής (ακολουθεί από τις εξισώσεις Maxwell, και πιο συγκεκριμένα, από το θεώρημα Gauss για ένα μαγνητικό πεδίο).
• Το πεδίο ταχύτητας ενός ασυμπίεστου ρευστού (ακολουθεί από την εξίσωση συνέχειας για ∂ ρ / ∂ t = 0 (\displaystyle \μερική \rho /\μερική t=0)).
• Ηλεκτρικό πεδίο σε περιοχές που δεν υπάρχουν πηγές (χρεώσεις). Για το σωληνοειδές πεδίου μιη απουσία (ή αμοιβαία αποζημίωση) δωρεάν και δεσμευμένων χρεώσεων είναι απαραίτητη. Για ηλεκτρομαγνητική ισχύ ρεη απουσία μόνο δωρεάν χρεώσεων αρκεί.
• Το πεδίο του διανύσματος πυκνότητας ρεύματος είναι σωληνοειδές εάν δεν υπάρχει αλλαγή στην πυκνότητα φορτίου με το χρόνο (τότε η ηλεκτρομαγνητική πυκνότητα ρεύματος προκύπτει από την εξίσωση συνέχειας).

Ετυμολογία

Λέξη σωληνοειδήςπροέρχεται από τα ελληνικά ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα(σωληνοειδές, sōlēnoeidēs), που σημαίνει "σωληνοειδές" ή "όπως σε σωλήνα", που περιέχει τη λέξη σωλην (Solen) - σωλήνας. Σε αυτό το πλαίσιο, αυτό σημαίνει σταθεροποίηση του όγκου για το μοντέλο ρέοντος ρευστού, απουσία πηγών και καταβόθρων (όπως σε μια ροή σε έναν σωλήνα, όπου νέο ρευστό δεν εμφανίζεται και δεν εξαφανίζεται).

Περιγραφή εγκατάστασης

Σε αυτή την εργασία, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες συσκευές (βλ. Εικ. 13.1, σικαι 13.2, ένα): λάμπα νέον Ν; πηγή δύναμης U 0; βολτόμετρο V; αμπεριόμετρο ΑΛΛΑ; ένας παλμογράφος που χρησιμοποιείται για την παρατήρηση της μορφής των ταλαντώσεων χαλάρωσης και τη μέτρηση των παραμέτρων του σήματος.

Ασκηση

1. Συναρμολογήστε το κύκλωμα σύμφωνα με το Σχ.13.1, σε. αλλάζει U 0 , αφαιρέστε το μπροστινό και το πίσω κλαδί του CVC της λάμπας νέον. Καθορίζω Uχέρι Uδ. Βαθμολογήστε R Εγώκαύση λαμπτήρα σε δύο πειραματικά σημεία.

2. Συναρμολογήστε το κύκλωμα σύμφωνα με το Σχ.13.2, ένα. Αποκτήστε μια σταθερή εικόνα των ταλαντώσεων χαλάρωσης στην οθόνη του παλμογράφου και σχεδιάστε την σε ένα αρχείο καταγραφής εργασίας.

3. Μετρήστε το πλάτος της ταλάντωσης χρησιμοποιώντας έναν παλμογράφο.

4. Διερευνήστε τις εξαρτήσεις της περιόδου ταλάντωσης Ταπό τις παραμέτρους του σχήματος:

α) αφαιρέστε τον εθισμό Ταπό Rστο σταθερό U 0 =U 01 και ντο= ντο 1 ;

β) να αφαιρέσετε τον εθισμό Ταπό ντοστο σταθερό U 0 = U 01 και R= R 1 .

5. Χρησιμοποιήστε τη συναρμολογημένη γεννήτρια χαλάρωσης ως γεννήτρια σάρωσης, για την οποία μεταφέρετε τον παλμογράφο σε λειτουργία δύο καναλιών " Χ – Υ” και εφαρμόστε ένα ημιτονοειδές σήμα από τη γεννήτρια GSK στο δεύτερο κανάλι. Έχοντας συλλάβει τη συχνότητα του ημιτονοειδούς σήματος GSK, λάβετε μια σταθερή εικόνα στην οθόνη του παλμογράφου και σχεδιάστε την στο εργαστηριακό περιοδικό. Απενεργοποιώντας τη γεννήτρια χαλάρωσης, εφαρμόστε το ίδιο σήμα GSK στο πρώτο κανάλι του παλμογράφου και, ενεργοποιώντας τη γεννήτρια σάρωσης, λάβετε μια σταθερή εικόνα της σάρωσης σήματος στην οθόνη, σχεδιάστε την στο εργαστηριακό περιοδικό. Εξηγήστε την ποιοτική διαφορά μεταξύ των εικόνων.

6. Κατασκευάστε ένα γράφημα του CVC μιας λάμπας νέον. Από το γράφημα, προσδιορίστε την εσωτερική αντίσταση μιας αναμμένης λάμπας νέον R Εγώ = = dU/dIΓια U, κάπως μικρότερο από Uη.

7. Σχεδιάστε γραφήματα εξάρτησης Τ= Τ(R),Τ= Τ(ντο). Στα ίδια γραφήματα, κατασκευάστε θεωρητικές εξαρτήσεις χρησιμοποιώντας τον τύπο (13.2).

ερωτήσεις δοκιμής

1. Τι είναι οι ταλαντώσεις χαλάρωσης;

2. Πείτε μας για τα χαρακτηριστικά των χαρακτηριστικών ρεύματος-τάσης μιας λάμπας νέον.

3. Ποια είναι η εσωτερική αντίσταση του λαμπτήρα και πώς να τη βρούμε από το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης;

4. Εξάγετε τον τύπο (13.1).

5. Εξηγήστε την αρχή λειτουργίας της γεννήτριας χαλάρωσης που φαίνεται στο Σχ. 13.2, ένα.

6. Τι μορφή έχουν οι ταλαντώσεις χαλάρωσης σε αυτό το έργο;

7. Ποια πρέπει να είναι η αναλογία μεταξύ της αντίστασης και της εσωτερικής αντίστασης μιας φλεγόμενης και άκαυστης λάμπας νέον ώστε η περίοδος ταλάντωσης να προσδιορίζεται από τον τύπο (13.2);

8. Πώς μπορείτε να αλλάξετε την περίοδο ταλάντωσης;

9. Πώς μπορεί να αλλάξει το πλάτος των ταλαντώσεων;

10. Για ποιους λόγους επιλέγεται Uσε γεννητρια?

11. Ποια είναι η κυματομορφή της γεννήτριας σάρωσης στον παλμογράφο; Είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια χαλάρωσης ως γεννήτρια σάρωσης; Πώς παραμορφώνεται το σχήμα του μελετημένου σήματος και γιατί;

Εργασία 14 ηλεκτρικό πεδίο δίνης

Στόχος: μελέτη των ιδιοτήτων του ηλεκτρικού πεδίου της δίνης.

Εισαγωγή

Από τις εξισώσεις του Maxwell προκύπτει ότι ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Η αντίστοιχη εξίσωση γράφεται ως

, (14.1)

όπου μι- διάνυσμα έντασης ηλεκτρικού πεδίου, σι- διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής. Η ίδια εξίσωση σε ολοκληρωμένη μορφή όπως εφαρμόζεται σε ένα σωληνοειδές χρησιμοποιώντας ένα κυλινδρικό σύστημα συντεταγμένων μοιάζει με αυτό:

, (14.2)

όπου - περιφερειακή συνιστώσα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου.

είναι η αξονική συνιστώσα της μαγνητικής επαγωγής και τα ολοκληρώματα λαμβάνονται σε κλειστό βρόχο μεγάλοκαι στην επιφάνεια μικρόμε βάση αυτό το περίγραμμα.

Η εργασία χρησιμοποιεί το δινο ηλεκτρικό πεδίο μιας ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, μέσω του οποίου ρέει ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Οι μετρήσεις του ηλεκτρικού πεδίου στροβιλισμού γίνονται σε μια τομή κάθετη στον άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, που διέρχεται από τη μέση της. Το μήκος της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρό της, επομένως, στην πρώτη προσέγγιση, μπορούμε να υποθέσουμε ότι έχουμε να κάνουμε με μια απείρως μακρά ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.

Είναι γνωστό ότι το μαγνητικό πεδίο μέσα σε ένα άπειρο σωληνοειδές είναι ομοιογενές και η μαγνητική του επαγωγή προσδιορίζεται από τον τύπο:

, (14.3)

όπου  είναι η σχετική μαγνητική διαπερατότητα της ουσίας (για τον αέρα  = 1,0000004);  0 = 1,26 10–6 H/m - μαγνητική σταθερά; n - τον αριθμό των στροφών της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας ανά μονάδα του μήκους της, Εγώ- ισχύς ρεύματος στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα (θεωρείται σχεδόν ακίνητο ρεύμα). Έξω από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, η μαγνητική επαγωγή είναι αμελητέα.

Η εξίσωση (14.2) απλοποιείται πολύ εάν ως επιφάνεια μικρόπάρτε έναν κύκλο με ακτίνα r, του οποίου το κέντρο βρίσκεται στον άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας και το επίπεδο είναι κάθετο σε αυτόν τον άξονα. Σε αυτήν την περίπτωση μεγάλοείναι ένας κύκλος με ακτίνα r. Δεδομένου ότι η τιμή  σι z / tείναι ομοιογενές μέσα στο άπειρο σωληνοειδές και πρακτικά ισούται με μηδέν έξω από αυτό, τότε το δεξιό ολοκλήρωμα είναι ίσο με:

όπου Rείναι η ακτίνα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας.

Το ολοκλήρωμα στην αριστερή πλευρά της εξίσωσης (14.2) λόγω της αξονικής συμμετρίας του προβλήματος είναι ίσο με μι  2 r. Ως αποτέλεσμα, μετά από απλούς μετασχηματισμούς, λαμβάνουμε την ακόλουθη έκφραση για το μέτρο ισχύος ηλεκτρικού πεδίου δίνης:

(14.4)

Επειδή  σι z / tδεν εξαρτάται από r, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου της δίνης είναι ανάλογη της απόστασης rαπό τον άξονα της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στο r< Rκαι αντιστρόφως ανάλογη rστο r R.

Στην περίπτωση που το ηλεκτρομαγνητικό ρεύμα αλλάζει σύμφωνα με ημιτονοειδές νόμο

Ορισμός της φυσικής

Το ηλεκτρικό πεδίο της δίνης είναι

Ksyulyonok haslev

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ VORTEX

Ο λόγος για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν ακίνητο αγωγό είναι ένα ηλεκτρικό πεδίο.
Οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο, ανεξάρτητα από την παρουσία ή την απουσία κλειστού κυκλώματος,
Επιπλέον, εάν ο αγωγός είναι ανοιχτός, τότε μια διαφορά δυναμικού προκύπτει στα άκρα του.
εάν ο αγωγός είναι κλειστός, τότε παρατηρείται ρεύμα επαγωγής σε αυτόν. Το επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο είναι δίνη.
Η φορά των γραμμών δύναμης της δίνης ελ. Το πεδίο συμπίπτει με την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής
Το επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο έχει εντελώς διαφορετικές ιδιότητες σε αντίθεση με
από ηλεκτροστατικό πεδίο.

Χρήση δινορευμάτων: θέρμανση και τήξη μετάλλων στο κενό.
αποσβεστήρες σε ηλεκτρικά όργανα μέτρησης.

Επιβλαβείς επιδράσεις των δινορευμάτων: απώλειες ενέργειας στους πυρήνες των μετασχηματιστών και των γεννητριών
λόγω της απελευθέρωσης μεγάλης ποσότητας θερμότητας.

Από το νόμο του Faraday (βλ. (123.2)) προκύπτει ότι όποιοςμια αλλαγή στη ροή της μαγνητικής επαγωγής που συνδέεται με το κύκλωμα οδηγεί στην εμφάνιση ηλεκτροκινητική δύναμηεπαγωγή και ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ένα ρεύμα επαγωγής. Επομένως, η εμφάνιση εμφ. Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι επίσης δυνατή σε ένα σταθερό κύκλωμα,

τοποθετείται σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Ωστόσο, εμφ. σε οποιοδήποτε κύκλωμα συμβαίνει μόνο όταν εξωτερικές δυνάμεις ενεργούν σε φορείς ρεύματος σε αυτό - δυνάμεις μη ηλεκτροστατικής προέλευσης (βλ. § 97). Επομένως, τίθεται το ερώτημα σχετικά με τη φύση των εξωτερικών δυνάμεων σε αυτή την περίπτωση.

Η εμπειρία δείχνει ότι αυτές οι εξωτερικές δυνάμεις δεν συνδέονται ούτε με θερμικές ούτε με χημικές διεργασίες στο κύκλωμα. Η εμφάνισή τους επίσης δεν μπορεί να εξηγηθεί από τις δυνάμεις Lorentz, καθώς δεν ενεργούν με ακίνητα τέλη. Ο Maxwell υπέθεσε ότι οποιοδήποτε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διεγείρει ένα ηλεκτρικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο, το οποίο είναι η αιτία του ρεύματος επαγωγής στο κύκλωμα. Σύμφωνα με τις ιδέες του Maxwell, το κύκλωμα στο οποίο εμφανίζεται το emf παίζει δευτερεύοντα ρόλο, καθώς είναι ένα είδος μοναδικής «συσκευής» που ανιχνεύει αυτό το πεδίο.

Έτσι, σύμφωνα με τον Maxwell, το χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο E B του οποίου η κυκλοφορία, σύμφωνα με (123.3),

όπου E B l - προβολή του διανύσματος Ε Β προς την κατεύθυνση δλ.

Αντικαθιστώντας στον τύπο (137.1) την έκφραση (βλέπε (120.2)), λαμβάνουμε

Εάν η επιφάνεια και το περίγραμμα είναι σταθερά, τότε οι λειτουργίες διαφοροποίησης και ολοκλήρωσης μπορούν να εναλλάσσονται. Συνεπώς,

(137.2)

όπου το σύμβολο της μερικής παραγώγου τονίζει το γεγονός ότι το ολοκλήρωμα είναι συνάρτηση μόνο του χρόνου.

Σύμφωνα με το (83.3), η κυκλοφορία του διανύσματος έντασης ηλεκτροστατικού πεδίου (το συμβολίζουμε με E Q) κατά μήκος οποιουδήποτε κλειστού περιγράμματος είναι ίση με μηδέν:

(137.3)

Συγκρίνοντας τις εκφράσεις (137.1) και (137.3), βλέπουμε ότι υπάρχει μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των εξεταζόμενων πεδίων (E B και E Q): η κυκλοφορία του διανύσματος E B, σε αντίθεση με

κυκλοφορία του διανύσματος E Q δεν είναι ίση με μηδέν. Επομένως, το ηλεκτρικό πεδίο Ε Β,διεγείρεται από ένα μαγνητικό πεδίο, όπως το ίδιο το μαγνητικό πεδίο (βλ. § 118), είναι δίνη.

Ρεύμα μεροληψίας

Σύμφωνα με τον Maxwell, εάν οποιοδήποτε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο διεγείρει ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον περιβάλλοντα χώρο, τότε πρέπει να υπάρχει και το αντίθετο φαινόμενο: οποιαδήποτε αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να προκαλεί την εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου δίνης στον περιβάλλοντα χώρο. Για να δημιουργήσει ποσοτικές σχέσεις μεταξύ ενός μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου και του μαγνητικού πεδίου που προκαλείται από αυτό, ο Maxwell εισήγαγε το λεγόμενο ρεύμα μετατόπισης .

Θεωρήστε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος που περιέχει έναν πυκνωτή (Εικ. 196). Υπάρχει ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών ενός πυκνωτή φόρτισης και εκφόρτισης, επομένως, σύμφωνα με τον Maxwell, τα ρεύματα πόλωσης "ρέουν" μέσω του πυκνωτή, κρυμμένα σε εκείνες τις περιοχές όπου δεν υπάρχουν αγωγοί.

Ας βρούμε μια ποσοτική σχέση μεταξύ του μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού και του προκύπτοντος μαγνητικά πεδία. Σύμφωνα με τον Maxwell, ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο σε έναν πυκνωτή σε κάθε στιγμή του χρόνου δημιουργεί ένα τέτοιο μαγνητικό πεδίο σαν να υπήρχε ρεύμα αγωγιμότητας μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, ίσο με το ρεύμα στα καλώδια τροφοδοσίας. Στη συνέχεια, μπορεί να υποστηριχθεί ότι τα ρεύματα αγωγιμότητας (I) και οι μετατοπίσεις (I cm) είναι ίσα: I cm \u003d I.

Ρεύμα αγωγιμότητας κοντά σε πλάκες πυκνωτών

,(138.1)

(η πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης s στις πλάκες είναι ίση με την ηλεκτρική μετατόπιση D στον πυκνωτή (βλέπε (92.1)). Το ολοκλήρωμα στο (138.1) μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση προϊόν με κουκκίδες, όταν και dS είναι αμοιβαία

είναι παράλληλες. Επομένως, για τη γενική περίπτωση, μπορούμε να γράψουμε

Συγκρίνοντας αυτή την έκφραση με (βλ. (96.2)), έχουμε

Η έκφραση (138.2) ονομάστηκε από τον Maxwell πυκνότητα ρεύματος μετατόπισης.

Εξετάστε ποια είναι η κατεύθυνση των διανυσμάτων της πυκνότητας των ρευμάτων αγωγιμότητας και των μετατοπίσεων j και j, βλ. Όταν φορτίζετε έναν πυκνωτή (Εικ. 197, γ) μέσω του αγωγού που συνδέει τις πλάκες, το ρεύμα ρέει από τη δεξιά πλάκα προς αριστερά; το πεδίο στον πυκνωτή ενισχύεται, επομένως, δηλ. το διάνυσμα κατευθύνεται προς την ίδια κατεύθυνση με το D . Από το σχήμα φαίνεται ότι οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων και του j συμπίπτουν. Κατά την εκφόρτιση του πυκνωτή (Εικ. 197, σι)μέσω του αγωγού που συνδέει τις πλάκες, το ρεύμα ρέει από τα αριστερά

επένδυση προς τα δεξιά? το πεδίο στον πυκνωτή είναι εξασθενημένο. Συνεπώς,<0, т. е.

το διάνυσμα κατευθύνεται αντίθετα από το διάνυσμα Δ. Ωστόσο, το διάνυσμα κατευθύνεται ξανά

το ίδιο με το διάνυσμα j. Από τα παραδείγματα που αναλύθηκαν, προκύπτει ότι η κατεύθυνση του διανύσματος j, επομένως, και του διανύσματος j cm συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος, όπως προκύπτει από τον τύπο (138.2).

Τονίζουμε ότι από όλες τις φυσικές ιδιότητες που είναι εγγενείς στο ρεύμα αγωγιμότητας. Ο Maxwell απέδωσε μόνο ένα πράγμα στο ρεύμα μετατόπισης - την ικανότητα δημιουργίας μαγνητικού πεδίου στον περιβάλλοντα χώρο. Έτσι, το ρεύμα μετατόπισης (σε κενό ή ύλη) δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο (οι γραμμές επαγωγής μαγνητικών πεδίων ρευμάτων μετατόπισης κατά τη φόρτιση και εκφόρτιση του πυκνωτή φαίνονται στο Σχ. 197 με διακεκομμένες γραμμές).

Στα διηλεκτρικά, το ρεύμα μετατόπισης είναι απόδύο θητείες. Εφόσον, σύμφωνα με το (89.2), D= , όπου E είναι η ισχύς του ηλεκτροστατικού πεδίου και P είναι η πόλωση (βλ. § 88), τότε η πυκνότητα του ρεύματος μετατόπισης

, ( 138.3)

όπου είναι η πυκνότητα ρεύματος μετατόπισης στο κενό, είναι η πυκνότητα του ρεύματος πόλωσης - το ρεύμα λόγω της διατεταγμένης κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων στο διηλεκτρικό (μετατόπιση φορτίων σε μη πολικά μόρια ή περιστροφή διπόλων σε πολικά μόρια). Η διέγερση ενός μαγνητικού πεδίου από ρεύματα πόλωσης είναι θεμιτή, αφού τα ρεύματα πόλωσης από τη φύση τους δεν διαφέρουν από τα ρεύματα αγωγιμότητας. Ωστόσο, το γεγονός ότι το άλλο μέρος της πυκνότητας ρεύματος μετατόπισης, δεν σχετίζεται με την κίνηση των φορτίων, αλλά λόγω μόνοαλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο με την πάροδο του χρόνου, διεγείρει επίσης ένα μαγνητικό πεδίο, είναι ριζικά νέα δήλωσηΜάξγουελ. Ακόμη και στο κενό, οποιαδήποτε αλλαγή στο χρόνο του ηλεκτρικού πεδίου οδηγεί στην εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου στον περιβάλλοντα χώρο.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η ονομασία "ρεύμα μετατόπισης" είναι υπό όρους, ή μάλλον, ιστορικά καθιερωμένη, αφού το ρεύμα μετατόπισης στην ουσία του είναι ένα ηλεκτρικό πεδίο που αλλάζει με το χρόνο. Επομένως, το ρεύμα μετατόπισης δεν υπάρχει μόνο στο κενό ή στα διηλεκτρικά, αλλά και μέσα στους αγωγούς που μεταφέρουν εναλλασσόμενο ρεύμα.

Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση, είναι αμελητέα σε σύγκριση με το ρεύμα αγωγιμότητας. Η παρουσία ρευμάτων μετατόπισης επιβεβαιώθηκε πειραματικά από τον A. A. Eikhenvald, ο οποίος μελέτησε το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος πόλωσης, το οποίο, όπως προκύπτει από το (138.3), είναι μέρος του ρεύματος μετατόπισης.

Ο Maxwell εισήγαγε την έννοια πλήρες ρεύμα,ίσο με το άθροισμα των ρευμάτων αγωγιμότητας (καθώς και των ρευμάτων μεταφοράς) και της μετατόπισης. Συνολική πυκνότητα ρεύματος

Εισαγωγή των εννοιών του ρεύματος μετατόπισης και του συνολικού ρεύματος. Ο Maxwell προσέγγισε την εξέταση του κλεισίματος των κυκλωμάτων εναλλασσόμενου ρεύματος με νέο τρόπο. Το συνολικό ρεύμα σε αυτά είναι πάντα κλειστό, δηλαδή, μόνο το ρεύμα αγωγιμότητας σπάει στα άκρα του αγωγού και στο διηλεκτρικό (κενό) μεταξύ των άκρων του αγωγού υπάρχει ένα ρεύμα μετατόπισης που κλείνει το ρεύμα αγωγιμότητας.

Ο Maxwell γενίκευσε το θεώρημα για την κυκλοφορία του διανύσματος H (βλ. (133.10)), εισάγοντας το συνολικό ρεύμα στη δεξιά πλευρά του μέσω της επιφάνειας Σ , τεντωμένο πάνω από έναν κλειστό βρόχο L . Τότε το θεώρημα γενικευμένης κυκλοφορίας για το διάνυσμα H μπορεί να γραφτεί ως

(138.4)

Η έκφραση (138.4) είναι πάντα αληθινή, απόδειξη της οποίας είναι η πλήρης αντιστοιχία μεταξύ θεωρίας και εμπειρίας.