Реферат: Экспериментальное исследование явления электромагнитной индукции и практическое его применение
Использование новых информационных технологий в учебном процессе стало не только возможным, но и необходимым условием для полноценного получения знаний. Современные средства новых информационных технологий позволяют провести исследования физических процессов в виртуальном режиме, строить графики, проводить сравнение, анализировать полученные данные. Компьютер со специальной программой помогает студенту провести опыты в виртуальном режиме, обработать результаты, реально увидеть происходящие физические процессы с их графическим отображением в тех опытах, когда невозможно увидеть при реальной монтажной схеме во время проведения эксперимента.
Этот метод обладает следующими преимуществами перед обычными измерительными методами:
Возможность мгновенной регистрации происходящих явлений;
Наличие компьютерной программы, обрабатывающей результаты опыта, избавляет студентов от рутинных математических операций и представляет результаты эксперимента в удобном виде;
Наблюдая, за экспериментами в виртуальном режиме студент видит, как протекают физические явления в отдельных участках цепи;
Доступность многократного повторения эксперимента с минимальными затратами времени на рутинные операции по его проведению.
Выполнение лабораторных работ, решение экспериментальных задач, наблюдение за физическими явлениями вне лаборатории - все эти модели исследовательской поисковой деятельности будут актуальными в дальнейшей жизни студента вне зависимости от выбранной профессии.
Исследование опытов Фарадея в виртуальном режиме при отсутствии соответствующего оборудования помогают студентам увидеть:
физические процессы, возникающие в катушке при движении постоянного магнита;
определить зависимость ЭДС от параметров катушки, скорости движения постоянного магнита;
причины возникновения ЭДС;
изменение направление ЭДС при движении постоянного магнита;
возникновение ЭДС при включении рубильника.
Все эти опыты помогают студенту понять физическую сущность явления электромагнитной индукции и увидеть на производстве и в быту применение этого явления.
1. Теоретическая часть
1.1 История открытия явления электромагнитной индукции
Высказывания синьоров Нобили и Антинори из журнала "Antologia".
Господин Фарадей недавно открыл новый класс электродинамических явлений. Он представил об этом мемуар Лондонскому королевскому Обществу, но этот мемуар до сих пор еще не опубликован. Мы знаем о нем только заметку, сообщенную г. Гашеттом Академии наук в Париже 26 декабря, на основании письма, которое он получил от самого г. Фарадея.
Это сообщение побудило кавалера Антинори и меня самого тотчас же повторить основной опыт и изучить его с разнообразных точек зрения. Мы льстим себя надеждой, что результаты, к которым мы пришли, имеют известное значение, а потому мы спешим опубликовать их, не имея никаких предшествоваших материалов, кроме той заметки, которая послужила исходной точкой в наших исследованиях.
"Мемуар г. Фарадея, - как говорит заметка, - делится на четыре части.
В первой, озаглавленной "Возбуждение гальванического электричества", мы находим следующий главный факт: гальванический ток, проходящий через металлический провод, производит другой ток в приближаемом проводе; второй ток по направлению противоположен первому и продолжается только одно мгновение. Если возбуждающий ток удалить, в проводе, находящемся под его влиянием, возникает ток, противоположный тому, который возникал в нем в первом случае, т.е. в том же направлении, как возбуждающий ток.
Вторая часть мемуара повествует об электрических токах, вызываемых магнитом. Приближая к магнитам катушки, г. Фарадей производил электрические токи; при удалении катушек возникали токи противоположного направления. Эти токи сильно действуют на гальванометр, проходят, хотя и слабо, через рассол и другие растворы. Отсюда следует, что этот ученый, пользуясь магнитом, возбуждал электрические токи, открытые г. Ампером.
Третья часть мемуара относится к основному электрическому состоянию, которое г. Фарадей называет электромоническое состояние.
В четвертой части говорится о столь же любопытном, как и необычном опыте, принадлежащим г. Араго; как известно, этот опыт состоит в том, что магнитная стрелка вращается под влиянием вращающегося металлического диска. Он установил, что при вращении металлического диска под влиянием магнита могут появляться электрические токи в количестве, достаточном для того, чтобы сделать из диска новую электрическую машину.
Нам не пришлось делать предварительных опытов, чтобы добиться удачи с опытом г. Фарадея. Первые же катушки, которые мы приблизили к полюсу магнита, сразу оказали свое влияние на гальванометр.
Произведя опыты с кольцеобразной катушкой между полюсами подковообразного магнита, мы заметили, что действие было гораздо слабее, чем то, которое производилось с той же катушкой, когда к магниту прикладывался его якорь. Этот факт наводит на мысль о том, что можно,
Намотав на такой магнит медную проволоку, покрытую шелком, иметь прибор, всегда готовый для таких опытов.
1.2 Современная теория электромагнитной индукции
Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена английским физиком М. Фарадеем. Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. А не может ли магнитное поле вызвать появление
электрического поля? Фарадеем экспериментально было обнаружено, что при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией. Ток возникающий при явлении электромагнитной индукции называют индукционным. Строго говоря, придвижении контура в магнитном поле генерируется не определенный ток, а определенная ЭДС. Более подробное изучение электромагнитной индукции показало, что ЭДС индукции, возникающая в каком-либо замкнутом контуре, равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, взятую с обратным знаком.
Электродвижущая сила в цепи - это результат действия сторонних сил, т.е. сил неэлектрического происхождения. При движении проводника в магнитном поле роль сторонних сил выполняет сила Лоренца, под действием которой происходит разделение зарядов, в результате чего на концах проводника появляется разность потенциалов. ЭДС индукции в проводнике характеризует работу по перемещению единичного положительного заряда вдоль проводника.
Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия электрических генераторов. Если равномерно вращать проволочную рамку в однородном магнитном поле, то возникает индуцированный ток, периодически изменяющий свое направление. Даже одиночная рамка, вращающаяся в однородном магнитном поле, представляет собой генератор переменного тока.