Переменное магнитное поле порождает инду­цированное электрическое поле . Если магнитное поле постоянно, то индуциро­ванного электрического поля не возникнет. Следовательно, индуцированное электрическое поле не связано с зарядами , как это имеет место в случае элект­ростатического поля; его силовые линии не начинаются и не заканчиваются на зарядах, а замкнуты сами на себя , подобно силовым линиям магнитного поля. Это означает, что индуцированное электрическое поле , подобно магнитному, является вихревым.

Если неподвижный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в нем индуцируется э. д. с. Электроны приводятся в направленное движение электрическим полем, индуцированным переменным магнитном полем; возни­кает индуцированный электрический ток. В этом случае проводник является лишь индикатором индуцированного электрического поля. Поле приводит в движение свободные электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Теперь можно утверждать, что и без проводника это поле существует, обладая запасом энергии.

Сущность явления электромагнитной индукции заключается не столько в появлении индуцированного тока, сколько в возникновении вихревого электрического поля.

Это фундаментальное положение электродинамики установлено Максвел­лом как обобщение закона электромагнитной индукции Фарадея.

В отличие от электростатического поля индуцированное электрическое поле является непотенциальным, так как работа, совершаемая в индуцированном электрическом поле, при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна э. д. с. индукции, а не нулю.

Направление вектора напряженности вихревого электрического поля уста­навливается в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея и правилом Ленца. Направление силовых линий вихревого эл. поля совпадает с направлением индукционного тока.

Так как вихревое электрическое поле существует и в отсутствие проводника, то его можно применять для ускорения заряженных частиц до скоростей, со­измеримых со скоростью света. Именно на использовании этого принципа основано действие ускорителей электронов - бетатронов.

Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.

Отличие вихревого электрического поля от электростатического

1) Оно не связано с электрическими зарядами;
2) Силовые линии этого поля всегда замкнуты;
3) Работа сил вихревого поля по перемещению зарядов на замкнутой траектории не равна нулю.

электростатическое поле	индукционное электрическое поле (вихревое электр. поле)
1. создается неподвижными электр. зарядами	1. вызывается изменениями магнитного поля
2. силовые линии поля разомкнуты - потенциальное поле	2. силовые линии замкнуты - вихревое поле
3. источниками поля являются электр. заряды	3. источники поля указать нельзя
4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = 0.	4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = ЭДС индукции

Через контур может происходить: 1) в случае неподвижного проводящего контура, помещенного в изменяющееся во времени поле; 2) в случае проводника, движущегося в магнитном поло, которое может и не меняться со временем. Значение ЭДС индукции в обоих случаях определяется законом (2.1), по происхождение этой ЭДС различно.

Рассмотрим сначала первый случай возникновения индукционного тока. Поместим круговой проволочный виток радиусом r в переменное во времени однородное магнитное поле (рис. 2.8). Пусть индукция магнитного поля увеличивается, тогда будет увеличиваться со временем и магнитный поток через поверхность, ограниченную витком. Согласно закону электромагнитной индукции в витке появится индукционный ток. При изменении индукции магнитного поля по линейному закону индукционный ток будет постоянен.

Какие же силы заставляют заряды в витке двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, так как магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды (этим-то оно и отличается от электрического), а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен.

Кроме магнитного поля, на заряды, причем как на движущиеся, так и на неподвижные, действует еще электрическое поле. Но ведь те поля, о которых пока шла речь (электростатичсское или стационарное), создаются электрическими зарядами, а индукционный ток появляется в результате действия меняющегося магнитного поля. Поэтому можно предположить, что электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, и это поле непосредственно порождается меняющимся магнитным полем. Тем самым утверждается новое фундаментальное свойство поля: изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле . К этому выводу впервые пришел Дж. Максвелл.

Теперь явление электромагнитной индукции предстает перед нами в новом свете. Главное в нем - это процесс порождения полем магнитным поля электрического. При этом наличие проводящего контура, например катушки, не меняет существа процесса. Проводник с запасом свободных электронов (или других частиц) играет роль прибора: он лишь позволяет обнаружить возникающее электрическое поле.

Поле приводит в движение электроны и проводнике и тем самым обнаруживает себя. Сущность явления электромагнитной индукции и неподвижном проводнике состоит не столько в появлении индукционного тока, сколько в возникновении электрического поля, которое приводит в движение электрические заряды.

Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет совсем другую природу, чем электростатическое.

Оно не связано непосредственно с электрическими зарядами , и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться. Они вообще нигде не начинаются и не кончаются, а представляют собой замкнутые линии, подобныe линиям индукции магнитного поля. Это так называемое вихревое электрическое поле (рис. 2.9).

Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем болыпе напряженность электрического поля. Согласно правилу Ленца при возрастании магнитной индукции направление вектора напряженности электрического поля образует левый винт с направлением вектора . Это означает, что при вращении винта с левой нарезкой в направлении линий напряженности электрического поля поступательное перемещение винта совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Напротив, при убывании магнитной индукции направление вектора напряженности образует правый винт с направлением вектора .

Направление силовых линий напряженности совпадает с направлением индукционного тока. Сила, действующая со стороны вихревого электрического поля на заряд q (сторонняя сила), по-прежнему равна = q. Но в отличие от случая стационарного электрического поля работа вихревого поля по перемещению заряда q на замкнутом пути не равна нулю. Ведь при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, так как сила и перемещение совпадают по направлению. Работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль замкнутого неподвижного проводника численно равна ЭДС индукции в этом проводнике.

Индукционные токи в массивных проводниках. Особенно большого числового значения индукционные токи достигают в массивных проводниках, из-за того, что их сопротивление мало.

Такие токи, называемые токами Фуко по имени исследовавшего их французского физика, можно использовать для нагревания проводников. На этом принципе основано устройство индукционных печей, например используемых в быту СВЧ-печей. Также этот принцип используется для плавки металлов. Кроме этого явление э.пектромагнит-ной индукции используется в детекторах металла, устанавливаемых при входах в здания аэровокзалов, театров и т. д.

Однако во многих устройствах возникновение токов Фуко приводит к бесполезным и даже нежелательным потерям энергии на выделение тепла. Поэтому железные сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов и т. д. делают не сплошными, а состоящими из отдельных пластин, изолированных друг от друга. Поверхности пластин должны быть перпендикулярны направлению вектора напряженности вихревого электрического поля. Сопротивление электрическому току пластин будет при этом максимальным, а выделение тепла - минимальным.

Применение ферритов. Радиоэлектронная аппаратура работает в области очень высоких частот (миллионы колебаний в секунду). Здесь применение сердечников катушек из отдельных пластин уже не дает нужного эффекта, так как большие токи Фуко возникают в каледой пластине.

В § 7 отмечалось, что существуют магнитные изоляторы - ферриты. При перемагничивании в ферритах не возникают вихревые токи. В результате потери энергии на выделение в них тепла сводятся к минимуму. Поэтому из ферритов делают сердечники высокочастотных трансформаторов, магнитные антенны транзисторов и др. Ферритовые сердечники изготовляют из смеси порошков исходных веществ. Смесь прессуется и подвергается значительной термической обработке.

При быстром изменении магнитного поля в обычном ферромагнетике возникают индукционные токи, магнитное поле которых, в соответствии с правилом Ленца , препятствует изменению магнитного потока в сердечнике катушки. Из-за этого поток магнитной индукции практически не меняется и сердечник не перемагничивается. В ферритах вихревые токи очень малы, поэтому их можно быстро перемагничивать.

Наряду с потенциальным кулоновским электрическим полем существует вихревое электрическое поле. Линии напряженности этого поля замкнуты. Вихревое поле порождается меняющимся магнитным полем.

1. Какова природа сторонних сил, вызывающих появление индукционного тока в неподвижном проводнике!
2. В чем отличие вихревого электрического поля от электростатического или стационарного!
3. Что такое токи Фуко!
4. В чем преимущества ферритов по сравнению с обычными ферромагнетиками!

Мякишев Г. Я., Физика . 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.

Библиотека с учебниками и книгами на скачку бесплатно онлайн , Физика и астрономия для 11 класса скачать , школьная программа по физике, планы конспектов уроков

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Причина возникновения электрического тока в неподвижном проводнике - электрическое поле. Всякое изменение магнитного поля порождает индукционное электрическое поле независимо от наличия или отсутствия замкнутого контура, при этом если проводник разомкнут, то на его концах возникает разность потенциалов; если проводник замкнут, то в нем наблюдается индукционный ток.

Вихревое поле. Индукционное электрическое поле является вихревым. Направление силовых линий вихревого электрического поля совпадает с направлением индукционного тока. Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.

Электрическое поле - вихревое поле. электростатическое поле 1. создается неподвижными электрическими зарядами 2. силовые линии поля разомкнуты - - потенциальное поле 3. источниками поля являются электрические заряды 4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = 0. индукционное электрическое поле (вихревое электрическое поле) 1. вызывается изменениями магнитного поля 2. силовые линии замкнуты - - вихревое поле 3. источники поля указать нельзя 4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути = ЭДС индукции

Цель урока : сформировать понятие, что ЭДС индукции может возникать или в неподвижном проводнике, помещенном в изменяющееся магнитное поле, или в движущемся проводнике, находящемся в постоянном магнитном поле; закон электромагнитной индукции справедлив в обоих случаях, а происхождение ЭДС различно.

Ход урока

Проверка домашнего задания методом фронтального опроса и решения задач

1. Какая величина изменяется пропорционально скорости изменения магнитного потока?

2. Работа, каких сил создает ЭДС индукции?

3. Сформулировать и записать формулу закона электромагнитной индукции.

4. В законе электромагнитной индукции стоит знак «минус». Почему?

5. Какова, ЭДС индукции в замкнутом витке провода, сопротивление которого 0,02 Ом, а индукционный ток 5 А.

Решение. Ii = ξi /R; ξi= Ii·R; ξi= 5·0,02= 0,1 B

Изучение нового материала

Рассмотрим, как возникает ЭДС индукции в Неподвижном проводнике, находящимся в переменном магнитном поле. Проще всего это понять на примере работы трансформатора.

Одна катушка замыкается на сеть переменного тока, если вторая катушка замкнута, то в ней возникает ток. Электроны в проводах вторичной обмотки придут в движение. Какие же силы двигают свободные электроны? Магнитное поле сделать этого не может, так как действует только на движущиеся электрические заряды.

Свободные электроны приходят в движение под действием электрического поля, которое было создано переменным магнитным полем.

Таким образом, мы подошли к понятию нового фундаментального свойства полей: Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Этот вывод сделал Дж. Максвелл.

Таким образом, в явлении электромагнитной индукции – главное – это создание магнитным полем электрического поля. Это поле приводит в движение свободные заряды.

Структура этого поля другая, чем у электростатического. Оно не связано с электрическими зарядами. Линии напряженности не начинаются на положительных и не заканчиваются на отрицательных зарядах. Такие линии не имеют начала и конца – это замкнутые линии похожие на линии индукции магнитного поля. Это вихревое электрическое поле.

ЭДС индукции в неподвижном проводнике, помещенном в переменное магнитное поле равна работе вихревого электрического поля перемещающего заряды вдоль этого проводника.

Токи Фуко (французский физик)

Польза и вред индукционных токов в массивных проводниках.

Где применяют ферриты? Почему в них не возникают вихревые токи?

Закрепление изученного материала

- Объяснить природу сторонних сил действующих в неподвижных проводниках.

Разница между электростатическим и вихревым электрическими полями.

Плюсы и минусы токов Фуко.

Почему не возникают вихревые токи в ферритовых сердечниках?

Вычислить ЭДС индукции в контуре проводника, если магнитный поток изменился за 0,3 с на 0,06 Вб.

Д. Г. Евстафьев ,
МОУ Притокская СОШ, п. Романовский, Александровский район, Оренбургская обл.

Сравнение электрического и магнитного полей. 11 класс

План-конспект урока повторения и обобщения, 11-й класс

Методические рекомендации . Урок проводится после изучения темы «Магнитное поле». Основной методический приём – выделение общих и отличительных черт электрического и магнитного полей с заполнением таблицы. Предполагается достаточно развитое диалектическое мышление, в противном случае придётся делать отступления философского характера. Сравнение электрического и магнитного полей подводит учащихся к выводу об их взаимосвязи, на чём основана следующая тема – «Электромагнитная индукция».

Физика и философия рассматривают материю как основу всего сущего, которая существует в разных формах. Она может быть сосредоточена в пределах ограниченной области пространства (локализована), но может быть, напротив, делокализована. Первому состоянию можно поставить в соответствие понятие вещество , второму – понятие поле . Наряду со специфическими физическими характеристиками эти состояния имеют и общие. Например, есть энергия единицы объёма вещества и есть энергия единицы объёма поля. Свойства материи неисчерпаемы, процесс по­знания бесконечен. Поэтому все физические понятия надо рассматривать в развитии. Так, например, современная физика в отличие от классической не проводит строгой границы между полем и веществом. В современной физике поле и вещество взаимно превращаются: вещество переходит в поле, а поле переходит в вещество. Но не будем забегать вперёд, а вспомним классификацию форм материи. Обратимся к схеме на доске.

Попробуйте по схеме составить краткий рассказ о формах существования материи. (После ответов учащихся учитель напоминает, что след ствием этого является сходство характеристик гравита ционного и электрического полей, которое было выяв ле но на предыдущих уроках по теме «Электрическое поле» .) Напрашивается вывод: если есть сходство между гравитационным и электрическим полями, то должно быть оно и между полями электрическим и магнитным. Давайте сопоставим свойства и характеристики полей в виде таблицы, аналогичной той, которую мы делали при сравнении гравитационного и электрического полей.

Электрическое поле	Магнитное поле
Источники поля
Электрически заряженные тела	Движущиеся электрически заряженные тела (электрические токи)
Индикаторы поля
Мелкие листочки бумаги. Электрическая гильза. Электрический «султан»	Металлические опилки. Замкнутый контур с током. Магнитная стрелка
Опытные факты
Опыты Кулона по взаимодействию электрически заряженных тел	Опыты Ампера по взаимодействию проводников с током
Графическая характеристика
Линии напряжённости электрического поля в случае неподвижных зарядов имеют начало и конец (потенциальное поле); могут быть визуализированы (кристаллы хинина в масле)	Линии индукции магнитного поля всегда замкнуты (вихревое поле); могут быть визуализированы (металлические опилки)
Силовая характеристика
Вектор напряжённости электрического поля E . Величина: Направление:	Вектор индукции магнитного поля В . Величина: . Направление определяется правилом левой руки
Энергетическая характеристика
Работа электрического поля неподвижных зарядов (кулоновcкой силы) равна нулю при обходе замкнутой траектории	Работа магнитного поля (силы Лоренца) всегда равна нулю
Действие поля на заряженную частицу
Сила всегда отлична от нуля: F = qE	Сила зависит от скорости движения частицы: не действует, если частица покоится, а также если
Вещество и поле
.

Заключение

1. При обсуждении источников поля для повышения интереса к предмету хорошо сравнить два природных камня: янтарь и магнит.

Янтарь – тёплый камень удивительной красоты – обладает необычным, располагающим к философическим построениям свойством: он может притягивать! Будучи натёртым, он притягивает пылинки, нити, кусочки бумаги (папируса). Именно по этому свойству ему и давали названия в древности. Так, греки называли его электроном – притягивающим ; римляне – харпаксом – грабителем , а персы – кавубой , т.е. способным притягивать мякину . Его считали магическим, лекарственным, косметическим...

Таким же таинственным и полезным считали известный тысячи лет другой камень – магнит. В разных странах магнит называли по-разному, но бо1 льшая часть этих названий переводится как любящий . Так поэтично древние отметили свойство кусков магнита притягивать железо.

С моей точки зрения, эти два особенных камня можно рассматривать как первые изученные природные источники электрического и магнитного полей.

2. При обсуждении индикаторов полей полезно одновременно продемонстрировать с помощью учащихся взаимодействие наэлектризованной эбонитовой палочки с электрической гильзой и постоянного магнита с замкнутым контуром с током.

3. Визуализацию силовых линий лучше продемонстрировать, используя проекцию на экран.

4. Деление диэлектриков на электреты и сегнетоэлектрики – дополнительный материал. Электреты – это диэлектрики, длительно сохраняющие поляризацию в отсутствие внешнего электрического поля и создающие собственное электрическое поле. В этом смысле электреты подобны постоянным магнитам, создающим магнитное поле. А ведь это ещё одно сходство с жёсткими ферромагнетиками!

Сегнетоэлектрики – кристаллы, обладающие (в некотором температурном интервале) спонтанной поляризацией. При уменьшении напряжённости внешнего поля индуцированная поляризация частично сохраняется. Для них характерно наличие предельной температуры – точки Кюри, при которой сегнето­электрик становится обычным диэлектриком. Опять сходство с ферромагнетиками!

После работы с таблицей коллективно обсуждаются обнаруженные сходства и различия. Сходство лежит в основе единой картины мира, различия объясняются пока на уровне разной организации материи, лучше сказать – степени организации материи. Одно то, что магнитное поле обнаруживается только около движущихся электрических зарядов (в отличие от электрического), позволяет предсказать более сложные методы описания поля, более сложный математический аппарат, применяемый для характеристик поля.

Дмитрий Георгиевич Евстафьев – потомственный учитель физики (отец, Георгий Севостьянович, участник Великой Отечественной войны, много лет проработал в Добринской СОШ, совмещая преподавание с обязанностями директора школы), окончил в 1978 г. физмат Оренбургского ГПИ им. В.П.Чкалова по специальности «Физика», педагогический стаж 41 год. С 1965 г. работает в МОУ Притокская СОШ, несколько лет был её директором. Был трижды награждён почётными грамотами Оренбургского облоно . Педагогическое кредо: «Не довольствоваться достигнутым!» Многие его выпускники окончили технические вузы. Вместе с женой воспитали пятерых детей, трое работают в школах Оренбуржья, двое учатся на историческом и филологическом факультетах Оренбургского ГПУ. Сын Сергей – победитель Всероссийского конкурса «Лучшие учителя России» 2006 г., учитель информатики, работает в райцентре – посёлке Новосергиевка. Хобби – пчеловодство.