DOŚWIADCZENIE: Co to jest indukcja elektromagnetyczna

advertisement
DOŚWIADCZENIE:
Co to jest indukcja elektromagnetyczna - czyli dlaczego dioda świeci?
1) Dział fizyki:: Elektromagnetyzm
2) Potrzebne:
• cewka bezrdzeniowa – nr 1
• rdzeń stalowy
• izolowany drut miedziany
• żaróweczka 3V 20 mA
• zasilacz prądu zmiennego (o napięciu ok. ≈12 V)
3) Opis przebiegu doświadczenia:
• na rdzeń stalowy nawijamy izolowany drut miedziany (powstaje
cewka z rdzeniem ferromagnetycznym - nr 2)
• na końcach uzwojenia cewki nr 2 podłączamy żaróweczkę
• cewkę nr 1 (bezrdzeniową) podłączamy do zasilacza prądu
zmiennego o napięciu ok. ≈12 V
• do bezrdzeniowej cewki nr 1 powoli wkładamy i wyjmujemy cewkę
nr 2 z rdzeniem stalowym i podłączoną diodą
4) Obserwacja:
• gdy wkładamy cewkę nr 2, zaczyna świecić żaróweczka podłączona
do końców uzwojeń tej cewki, mimo tego, że żaróweczka nie jest
zasilana z żadnego źródła, gdy wyjmujemy cewkę – żarówka zaczyna
gasnąć.
5) Wnioski:
Bezrdzeniowa cewka nr 1, zasilana napięciem zmiennym ( ≈12 V ) wytwarza zmienne pole
magnetyczne. Na skutek ruchu przewodnika nawiniętego na rdzeń (cewki nr 2), w zmiennym
polu magnetycznym wytwarzanym przez cewkę nr 1, obserwujemy zjawisko indukcji
elektromagnetycznej, czego skutkiem jest świecenie żarówki. W wyniku zmian strumienia
indukcji magnetycznej w cewce nr 2 (zwojnicy) wzbudza się prąd elektryczny zwany prądem
indukcyjnym.
6) Treści uzupełniające:
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na pojawianiu się (indukcji) w obwodzie
siły elektromotorycznej SEM podczas przemieszczania się względem siebie obwodu i źródła
pola magnetycznego. Wyidukowana siła elektromotoryczna powoduje pojawienie się w
obwodzie magnetycznego prądu indukcyjnego. Zjawisko to zostało odkryte w 1831 roku
przez angielskiego fizyka Michała Faradaya.
Prawo indukcji Faradaya mówi, że siła elektromotoryczna SEM indukowana w obwodzie
jest równa zmianie szybkości strumienia magnetycznego Φ przechodzącego przez ten obwód.
Zależność tą można przedstawić w postaci równania: E = -d Φ/dt. Znak minus dotyczy
kierunku siły elektromotorycznej.
Kierunek prądu indukcyjnego określa reguła Lenza. Mówi ona, że prąd indukcyjny
(nazywany też prądem wtórnym) wzbudzony w przewodniku pod wpływem zmiennego pola
magnetycznego, ma zawsze taki kierunek, że wytworzone przez niego wtórne pole
magnetyczne przeciwdziała przyczynie (zmianie pierwotnego pola magnetycznego), która go
wywołała.
W.praktyce kierunek ten można wyznaczyć
za pomocą tzw. reguły prawej dłoni: Jeżeli
prawa dłoń ustawimy tak, aby linie sił pola
padały na dłoń, a duży palec (kciuk)
wskazywał kierunek ruchu przewodu, to
pozostałe cztery palce wskażą kierunek
indukowanej
w
przewodzie
siły
elektromotorycznej.
Na przewód wiodący prąd I poruszający się
w polu magnetycznym o indukcji B działa
siła F skierowana przeciwnie do kierunku
ruchu V.
7) Zastosowanie zjawiska indukcji:
W urządzeniach elektrycznych: prądnicach,
ach,
generatorach
w
elektrowniach,
transformatorach, piecach indukcyjnych,
silnikach indukcyjnych i miernikach
indukcyjnych,
cewkach,
głowicach
elektromagnetycznych.
8) Interpretacja fizyczna zjawiska indukcji elektromagnetycznej:
Rozważmy elektron poruszający się
w polu magnetycznym z prędkością Ve
w kierunku prostopadłym do linii pola
magnetycznego o indukcji B. Prąd
elektryczny polega na uporządkowanym
ruchu elektronów, a kierunek jego
przyjęto przeciwny do ruchu elektronów.
Ponieważ poruszający się elektron
wywołuje zjawisko przepływu prądu Ie,
więc pole magnetyczne działa na
elektron, poruszający się kierunku
prostopadłym
do
linii
sił
pola
magnetycznego, siłą elektrodynamiczną
Fe. Kierunek tej siły można wyznaczyć
jako
przeciwny
do
kierunku
wyznaczonego regułą lewej dłoni, gdyż
elektron ma ładunek elektryczny ujemny.
Na każdy elektron poruszany razem
z przewodem, działa siła Fe występująca
wzdłuż osi przewodu. Pod wpływem tej siły
elektrony zostają przesunięte na koniec A
przewodu i tam powstaje potencjał ujemny,
na drugim zaś końcu B występuje potencjał
dodatni,
wytworzony
przez
niezrównoważone jony dodatnie nie mające
możliwości poruszania się w obrębie
przewodu. Ta różnica potencjałów na
końcach przewodu AB wyznacza SEM (siłę
elektromotoryczną)
powstałą
w
tym
przewodzie o kierunku od A do B.
Otrzymana
siła
elektromotoryczna,
występująca między końcami tego przewodu,
w czasie jego ruchu w polu magnetycznym,
nazywa
się
siłą
elektromotoryczną
indukcji.
Wynika z tego, że siła elektromotoryczna indukcji jest indukowana w przewodzie tylko, gdy
kierunek poruszania się przewodu nie jest zgodny z kierunkiem działania pola magnetycznego
(nie „ślizga: się wzdłuż linii pola), gdyż wtedy na elektrony w przewodzie nie będzie działała
siła Fe.
9) Linki:
http://pl.wikipedia.org/wiki/Regu%C5%82a_prawej_d%C5%82oni
http://pl.wikipedia.org/wiki/Indukcja_magnetyczna
http://pl.wikipedia.org/wiki/Indukcja_elektromagnetyczna
http://sciaga.onet.pl/0,60,165,100,0,katalog2.html
http://fizyka.biz/104_elektromagnetyzm.html
10) Literatura:
•
•
•
„Podstawy elektrotechniki” – cz I, Tadeusz Masewicz, Stanisław
Paul, Państwowe Wydawnictwa Szkolnictwa Zawodowego
,,Elektryczność i magnetyzm’’- Wojciech Michalski
,,Fizyka dla inżynierów’’- Jerzy i Michalina Massalscy
11) Skład zespołu: Patryk Babula 1a – Jakub Dumanowski klasa I a
Szkoła: Gimnazjum nr 3 w Nysie – ul. Kościuszki 10 48-300 Nysa
Nauczyciel: Beata Krzan
Nazwa grupy: G-3-NYS-OPO numer grupy: 6
Download