Номер 11, страница 177, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Лабораторные работы - номер 11, страница 177.

Условие.

11. Наблюдение и изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: исследовать условия возникновения индукционного тока.

Оборудование: две катушки-мотка, источник тока, разборный школьный электромагнит, миллиамперметр, реостат, ключ, полосовые постоянные магниты, соединительные провода.

Подготовка к работе

Прочитайте описание работы и повторите § 25, п. 1.

Содержание работы

В данной работе изучают условия возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре (катушке).

Ход работы

1. Возникновение индукционного тока при движении постоянного магнита относительно катушки.

Подключите катушку-моток к миллиамперметру. Внося постоянный магнит в катушку и вынимая его, определите: когда возникает индукционный ток в катушке; как зависит сила индукционного тока от скорости магнита; зависит ли направление индукционного тока от направления движения магнита и от того, каким полюсом он обращён к катушке. Запишите выводы.

2. Возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении силы тока в другой катушке на том же сердечнике.

Закрепите две катушки на одном сердечнике. Одну катушку соедините через реостат с источником постоянного тока, а другую соедините с миллиамперметром.

Замыкая и размыкая ключ, наблюдайте за отклонениями стрелки миллиамперметра. Запишите выводы.

Изменяя положение ползунка реостата при замкнутом ключе, наблюдайте за изменением показания миллиамперметра. Запишите выводы.

Решение.

1. Возникновение индукционного тока при движении постоянного магнита относительно катушки.

В ходе выполнения этого пункта лабораторной работы наблюдаются следующие явления, которые позволяют сделать выводы об условиях возникновения индукционного тока.

Когда возникает индукционный ток?
Индукционный ток, регистрируемый миллиамперметром, возникает только в те моменты, когда постоянный магнит движется относительно катушки, то есть когда его вносят в катушку или вынимают из нее. Если магнит неподвижен, независимо от его положения (внутри или снаружи катушки), ток в цепи отсутствует. Это доказывает, что причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного потока, пронизывающего витки катушки.

Как зависит сила индукционного тока от скорости магнита?
Сила индукционного тока напрямую зависит от скорости движения магнита. Чем быстрее движется магнит относительно катушки, тем больше отклоняется стрелка миллиамперметра, что свидетельствует о большей силе тока. Это объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея: ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $ пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $. Формула выглядит так: $ \mathcal{E}_{i} = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $, где $\text{N}$ — число витков в катушке. Большая скорость движения магнита означает более быстрое изменение потока, что приводит к возникновению большей ЭДС и, согласно закону Ома ($ I_{i} = \frac{\mathcal{E}_{i}}{R} $), большего индукционного тока.

Зависит ли направление индукционного тока от направления движения магнита и от того, каким полюсом он обращён к катушке?
Да, направление индукционного тока зависит от обоих факторов.
1. При изменении направления движения магнита на противоположное (например, сначала вносим, потом вынимаем), направление индукционного тока также меняется на противоположное.
2. При смене полюса магнита, приближаемого к катушке (например, северный вместо южного), направление индукционного тока также изменяется на противоположное.Это явление описывается правилом Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток.

Ответ: Индукционный ток в замкнутом контуре (катушке) возникает только при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина индукционного тока прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Направление индукционного тока зависит от направления изменения магнитного потока (т.е. от того, увеличивается или уменьшается поток, и от направления линий магнитной индукции) и определяется правилом Ленца.

2. Возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении силы тока в другой катушке на том же сердечнике.

В ходе выполнения этого пункта работы наблюдаются следующие явления:

Замыкание и размыкание ключа.
В момент замыкания ключа в первичной цепи (катушка с источником тока) ток нарастает от нуля до некоторого стационарного значения. Это изменяющийся ток создает вокруг себя переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает изменяющийся магнитный поток через витки вторичной катушки. В результате во вторичной катушке возникает кратковременный индукционный ток, что фиксируется отклонением стрелки миллиамперметра. После установления постоянного тока в первичной цепи магнитный поток становится постоянным, и индукционный ток во вторичной катушке исчезает (стрелка возвращается к нулю).
В момент размыкания ключа ток в первичной цепи спадает до нуля. Это вновь приводит к изменению магнитного потока через вторичную катушку и появлению в ней кратковременного индукционного тока, но стрелка миллиамперметра отклоняется в противоположную сторону, так как магнитный поток изменяется в противоположном направлении (убывает).

Изменение положения ползунка реостата.
При перемещении ползунка реостата в замкнутой первичной цепи изменяется её сопротивление, что согласно закону Ома приводит к изменению силы тока.
1. Если изменять сопротивление так, чтобы ток в первичной катушке возрастал, то это растущее магнитное поле вызывает появление индукционного тока во вторичной катушке.
2. Если изменять сопротивление так, чтобы ток в первичной катушке убывал, это также вызывает появление индукционного тока во вторичной катушке, но его направление будет противоположным.Пока ползунок реостата неподвижен, ток в первичной цепи постоянен, и индукционный ток во вторичной катушке не возникает. Чем быстрее перемещать ползунок, тем быстрее меняется ток и, следовательно, тем больше величина возникающего индукционного тока.

Ответ: Индукционный ток во второй катушке возникает при любом изменении силы тока в первой катушке (при включении, выключении или изменении величины тока). Это явление называется электромагнитной индукцией (в данном случае — взаимной индукцией). Величина индукционного тока зависит от скорости изменения тока в первой катушке, а его направление — от того, увеличивается или уменьшается этот ток.