Меню

С помощью чего определяется направление индукционного тока

Направление индукционного тока. Правило Ленца

Урок 7. Физика 11 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Направление индукционного тока. Правило Ленца»

«Искусство экспериментатора состоит в том,

чтобы уметь задавать природе вопросы,

и понимать ее ответы»

Майкл Фарадей

В данной теме разговор пойдёт о том, как определить направление индукционного тока. Рассмотрим правило Ленца.

В прошлой теме говорилось о таком явлении, как электромагнитная индукция и магнитном потоке. Магнитный поток через плоскую поверхность — это скалярная физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь поверхности, ограниченной контуром, и на косинус угла между нормалью к поверхности и магнитной индукцией.

Явление электромагнитной индукции состоит в том, что в замкнутом контуре при изменении магнитного потока в нем возникает электрический ток, который мы с вами называли индукционным.

Закон электромагнитной индукции гласит: среднее значение ЭДС индукции в проводящем контуре пропорционально скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Знак «минус» в формуле показывает, что индукционный ток противодействует изменению магнитного потока. Поэтому ЭДС индукции и скорость изменения магнитного потока имеют разные знаки.

Теперь настало время поговорить об этом более подробно и дать физическое обоснование этого явления.

Как было показано в прошлых опытах в катушке, при приближении или удалении от нее магнита, возникает индукционный ток разного направления.

Индукционный ток в катушке, как и любой другой ток, создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. Задача сводится к тому, что бы разобраться в механизме этого взаимодействия.

Для определения направления линий магнитного поля внутри катушки с индукционным током, будем пользоваться правилом буравчика, которое гласит, что если вращать головку правого винта по току в витке, то тогда поступательное движение острия винта укажет направление магнитного поля соленоида, а следовательно, и его северного полюса.

Если приближать магнит к катушке, например северным полюсом, то в ней возникнет индукционный ток такого направления, что на ближайшем конце катушки появится одноименный магнитный полюс.

Из рисунка видно, что вектор магнитной индукции поля постоянного магнита направлен вниз, а вектор магнитной индукции поля возникшего индукционного тока — вверх, так как линии магнитной индукции поля катушки выходят из северного полюса. Это значит, что в данном случае, т.е. при увеличении магнитного потока, пронизывающего катушку, в ней возникает индукционный ток такого направления, что его магнитное поле направлено навстречу магнитному полю, порождающему этот ток.

Получается два магнита, обращенных друг к другу одноименными полюсами, а известно, что одноименные полюса отталкиваются. Это приводит к тому, что в этом случае постоянный магнит будет всегда отталкиваться от катушки.

Если же удалять магнит от катушки, то на ближайшем ее полюсе возникнет магнитный полюс, противоположный полюсу постоянного магнита. Получается, что опять магнитное поле индукционного тока будет препятствовать изменению магнитного поля, порождающего этот индукционный ток.

Т.е. имеются два магнита, обращенных друг к другу разноименными полюсами, а известно, что разноименные полюса притягиваются, что приводит к тому, что постоянный магнит, в этом случае, будет всегда притягиваться к катушке.

Аналогично будет происходить, если поменять полюс магнита с северного на южный.

Таким образом, проследив за взаимодействием между полюсами катушки и магнита во всех случаях и сравнив его с направлением движения магнита, можно легко заметить, что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита.

Читайте также:  Датчик тока батареи nissan teana

К аналогичным выводам в 1833 году пришел прославленный российский физик, один из основоположников электротехники, Эмилий Христианович Ленц.

Однако, в своих опытах, Ленц использовал не катушку, а прибор, состоящий из узкой алюминиевой пластины с алюминиевыми кольцами на концах. Одно кольцо было сплошное, а другое — с разрезом. Данный прибор был помещен на стойку и мог свободно вращаться вокруг вертикальной оси. Ленц брал полосовой магнит и вносил его в кольца.

При подносе магнита к кольцу с разрезом, никаких изменений в установке не наблюдалось. Однако, пытаясь внести этот же магнит в сплошное кольцо, Ленц наблюдал, как оно начинало «убегать» от магнита, поворачивая при этом всю пластинку. Убирая магнит от кольца, оно возвращалось в первоначальное положение. Ленц объяснял эти явления так: при приближении к кольцу магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом ток циркулировать не может.

Отталкивание сплошного кольца показывает, что индукционный ток в нем имеет такое направление, что линии индукции магнитного поля, порожденного индукционным током, направлены противоположно линиям индукции внешнего поля магнита. Т.е. кольцо и магнит будут обращены друг к другу одноименными полюсами.

При уменьшении магнитного потока (выдвигание магнита), индукционный ток имеет в нем такое направление, что линии индукции его магнитного поля совпадают по направлению с линиями индукции внешнего магнитного поля. Т.е. кольцо и магнит будут обращены друг к другу разноименными полюсами.

Таким образом, проследив за взаимодействием между кольцом и магнитом во всех случаях и сравнив его с направлением движения магнита, можно видеть, что взаимодействие между полюсами всегда препятствует движению магнита.

Эмилий Христианович Ленц обобщил найденные им закономерности и сформулировал общее правило. Найденную им связь называют его именем, правилом Ленца. Оно гласит, что электромагнитная индукция создает в контуре индукционный ток такого направления, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего этот ток.

С помощью правила Ленца всегда можно определить направление индукционного тока. Для этого необходимо:

– Выяснить причину возникновения индукционного тока (увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур);

– Определить направление вектора магнитной индукции индуцирующего магнитного поля;

– Найти направление индукции магнитного поля индукционного тока (если DF > 0, то ; DF Оцените видеоурок

Источник

Направление индукционного тока – правило определения

Направление индукционного тока, возникающего в процессе явления электромагнитной индукции, неслучайно. Рассмотрим закономерности, по которым определяется это направление.

Направление индукционного тока – правило определения

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его, возникает электродвижущая сила (ЭДС), приводящая к возникновению индукционного тока.

Возникновение индукционного тока впервые обнаружил М. Фарадей в своих опытах. Если подключить катушку к гальванометру, и внутри нее двигать постоянный магнит, гальванометр будет отмечать появление индукционного тока:

Направление индукционного тока – правило определения

Рис. 1. Опыт Фарадея, катушка, постоянный магнит.

Взаимодействие магнита и катушки

Если в опыте Фарадея двигающийся постоянный магнит будет связан с динамометром, то при движении динамометр будет фиксировать возникновение дополнительной силы. Происходит это потому, что возникающий в катушке индукционный ток, как и любой другой ток, приводит к появлению собственного магнитного поля, которое начинает взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита. Силу такого взаимодействия и будет фиксировать динамометр.

Читайте также:  Формула эдс через токи время

При движении магнита внутрь катушки сила будет направлена на выталкивание магнита. Однако, если мы начнем вынимать магнит из катушки, эта сила наоборот, начнет притягивать магнит, не давая его вынимать из катушки. То есть, возникающее магнитное поле в катушке в этих двух случаях имеет разное направление, а значит, и порождающий его ток также течет в разных направлениях.

Правило Ленца

Взаимодействие контура тока и магнитного поля изучалось русским физиком Э.Ленцем.

Направление индукционного тока – правило определения

Он установил правило, которое было впоследствии названо его именем:

Индукционный ток, возникающий в контуре, всегда направлен так, чтобы препятствовать причине, его породившей.

И действительно, в соответствии с этим правилом, когда магнит вводится в катушку, возникающий в катушке ток создает такое магнитное поле, которое сопротивляется введению магнита. И наоборот – при выведении магнита из катушки, в ней возникает индукционный ток такого направления, чтобы препятствовать выведению магнита.

Обоснование правила Ленца

Для объяснения правила Ленца достаточно вспомнить закон сохранения энергии.

Возникающий в контуре ток, проходя по сопротивлению контура, совершает работу, которая тратится на нагревание провода катушки. Энергия для этого как раз и возникает при движении магнита. И, поскольку магнит должен при этом совершать положительную механическую работу – магнитное поле катушки должно быть направлено против поля самого магнита, в какую бы сторону он не двигался.

Только в этом случае магнит будет совершать положительную работу, энергия которой будет двигать заряды внутри контура, порождая индукционный ток, а индукционный ток, в свою очередь, будет совершать работу по нагреванию провода катушки (и отклонения стрелки гальванометра).

Направление индукционного тока – правило определения

Рис. 3. Направление индукционного тока.

Что мы узнали?

Для определения направления индукционного тока используется правило, открытое Э. Ленцем. Индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы сопротивляться причине, его порождающей. Это правило является следствием законов сохранения.

Источник

Физика

Поле индукционного тока всегда противодействует причине, вызывающей его появление.

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца : индукционный ток в замкнутом проводящем контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток.

При определении направления индукционного тока рекомендуется пользоваться следующим алгоритмом :

1) выявить причину изменения магнитного потока и определить, уменьшается или увеличивается поток Ф с течением времени;

2) определить направление поля индукционного тока:

  • если магнитный поток увеличивается, то поле индукционного тока B → i направлено противоположно внешнему магнитному полю B → :
  • если магнитный поток уменьшается, то поле индукционного тока B → i направлено так же, как и внешнее магнитное поле B → :

3) определить направление индукционного тока по правилу правого винта: поступательное движение винта должно совпадать с направлением поля индукционного тока B → i , тогда направление вращения его рукоятки укажет направление индукционного тока.

Пример 23. Провод, имеющий форму параболы, находится в однородном магнитном поле с индукцией, перпендикулярной плоскости провода. Из вершины параболы начинают перемещать перемычку так, как показано на рисунке. Найти направление индукционного тока в проводе.

Решение . Для определения направления индукционного тока воспользуемся алгоритмом.

1. Причиной изменения магнитного потока является увеличение площади, ограниченной проводом. Поток вектора магнитной индукции через указанную площадь также увеличивается :

где B — модуль вектора индукции магнитного поля; S — площадь, ограниченная контуром; α — угол между нормалью (перпендикуляром) к площадке и вектором B → , α = 90°.

Читайте также:  Определите силу тока через резистор r2 шкала проградуирована в системе си

2. При увеличении магнитного потока в контуре возникает индукционный ток, магнитное поле которого B → i направлено противоположно внешнему магнитному полю B → , направленному за плоскость чертежа («от нас»):

т.е. поле индукционного тока направлено «к нам».

3. Направление индукционного тока связано с создаваемым им полем B → i правилом правого винта: при поступательном движении правого винта вдоль направления поля B → i вращение его рукоятки происходит против часовой стрелки; следовательно, индукционный ток также течет в этом же направлении.

При указанном направлении движения перемычки индукционный ток в проводнике течет против часовой стрелки.

Источник



Направление индукционного тока

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции заключается в том, что в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его, возникает электродвижущая сила (ЭДС), приводящая к возникновению индукционного тока.

Возникновение индукционного тока впервые обнаружил М. Фарадей в своих опытах. Если подключить катушку к гальванометру, и внутри нее двигать постоянный магнит, гальванометр будет отмечать появление индукционного тока:

Опыт Фарадея, катушка, постоянный магнит

Рис. 1. Опыт Фарадея, катушка, постоянный магнит.

Взаимодействие магнита и катушки

Если в опыте Фарадея двигающийся постоянный магнит будет связан с динамометром, то при движении динамометр будет фиксировать возникновение дополнительной силы. Происходит это потому, что возникающий в катушке индукционный ток, как и любой другой ток, приводит к появлению собственного магнитного поля, которое начинает взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита. Силу такого взаимодействия и будет фиксировать динамометр.

При движении магнита внутрь катушки сила будет направлена на выталкивание магнита. Однако, если мы начнем вынимать магнит из катушки, эта сила наоборот, начнет притягивать магнит, не давая его вынимать из катушки. То есть, возникающее магнитное поле в катушке в этих двух случаях имеет разное направление, а значит, и порождающий его ток также течет в разных направлениях.

Правило Ленца

Взаимодействие контура тока и магнитного поля изучалось русским физиком Э.Ленцем.

Он установил правило, которое было впоследствии названо его именем:

Индукционный ток, возникающий в контуре, всегда направлен так, чтобы препятствовать причине, его породившей.

И действительно, в соответствии с этим правилом, когда магнит вводится в катушку, возникающий в катушке ток создает такое магнитное поле, которое сопротивляется введению магнита. И наоборот – при выведении магнита из катушки, в ней возникает индукционный ток такого направления, чтобы препятствовать выведению магнита.

Обоснование правила Ленца

Для объяснения правила Ленца достаточно вспомнить закон сохранения энергии.

Возникающий в контуре ток, проходя по сопротивлению контура, совершает работу, которая тратится на нагревание провода катушки. Энергия для этого как раз и возникает при движении магнита. И, поскольку магнит должен при этом совершать положительную механическую работу – магнитное поле катушки должно быть направлено против поля самого магнита, в какую бы сторону он не двигался.

Только в этом случае магнит будет совершать положительную работу, энергия которой будет двигать заряды внутри контура, порождая индукционный ток, а индукционный ток, в свою очередь, будет совершать работу по нагреванию провода катушки (и отклонения стрелки гальванометра).

Направление индукционного тока

Рис. 3. Направление индукционного тока.

Что мы узнали?

Для определения направления индукционного тока используется правило, открытое Э. Ленцем. Индукционный ток всегда имеет такое направление, чтобы сопротивляться причине, его порождающей. Это правило является следствием законов сохранения.

Источник