«Конструирование приборов, демонстрирующих явление электромагнитной индукции»

Департамент образования города Москвы

Северное окружное управление образования

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 425

Проектная работа на тему

«Конструирование приборов, демонстрирующих

явление электромагнитной индукции»

	Автор работы:	Сергеев Никита Рожманов Никита
	Руководитель:	Учитель физики – Лазарева Наталья Викторовна

Москва – 2013

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….…3

1. Открытие явления электромагнитной индукции……………………………….4

2.Описание приборов………………………………………………………….…..6

3.Заключение……………………………………………………………………….8

4.Список использованной литературы…………………………………………...10

Введение

Явление электромагнитной индукции открыто М. Фарадеем в 1831году. Электромагнитная индукция имеет практическое применение. Закон электромагнитной индукции лежит в основе современной электротехники, а также радиотехники, которая, в свою очередь, составляет ядро современной индустрии, полностью преобразившей всю нашу цивилизацию.

Целью выполнения нашей работы является изучение материала по теме «Электромагнитная индукция» и конструирование приборов, демонстрирующих это явление.

Достижение вышеуказанной цели требует решения некоторых задач:

- изучение понятия электромагнитной индукции,

- создание приборов для демонстрации явления электромагнитной индукции,

- создание презентации по этой теме,

- защита проекта на конференции.

Методической основой для выполнения данной работы явились труды авторов и ученых в области физики, естествознания.

Открытие явления электромагнитной индукции

Честь открытия явления электромагнитной индукции принадлежит Майклу Фарадею. Долгое время учёным не удавалось обнаружить связь тока и магнитного поля. Почти одновременно с Фарадеем получить электрический ток в катушке с помощью магнита пытался швейцарский физик Колладон. Индикатором тока – гальванометром служила лёгкая магнитная стрелка. Что бы избежать влияние на неё постоянного магнита, который вдвигался в катушку, эта стрелка была вынесена в соседнюю комнату, туда же были протянуты провода от катушки. Вставив магнит в катушку, Колладон шел в соседнюю комнату и с огорчением убеждался, что гальванометр ничего не показывает.

У Фарадея также катушка и гальванометр располагались в разных комнатах, однако, Фарадей работал с ассистентом Андерсеном. Именно Андерсен заметил отклонение стрелки гальванометра в моменты, когда Фарадей вдвигал или выдвигал сердечник.

Явление электромагнитной индукции было открыто 29 августа 1831 г. редкий случай, когда дата нового замечательного открытия известна точно. Вот описание первого опыта, данное самим Фарадеем в его работе «Экспериментальное исследования по электричеству». «На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной 203 фута (1 фут равен 30,5 см). Между её витками намотана проволока такой же длины, но изолированная от первой хлопковой нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей, при замыкании цепи удавалось заметить внезапное, но чрезвычайное слабое действие на гальванометр, то же самое замечалось при прекращении тока. При непрерывном прохождении тока через одну из спиралей не удавалось отметить ни действия на гальванометр, ни вообще какого – либо индукционного действия на другую спираль…»

Фарадей самым тщательным образом поставил огромное количество опытов. В них он обнаружил ряд явлений, которые в совокупности и представляют собой явление электромагнитной индукции, и которые он называл индукцией электрических тел.

Трудно было додуматься до главного, что только движущийся магнит или меняющееся во времени магнитное поле может возбудить электрический ток в катушке. Этот же опыт можно провести иначе, если в качестве магнита взять ещё одну катушку, соединённую с источником питания. Одна катушка, подключенная к источнику питания, создаёт магнитное поле, а во второй во время её движения должен появиться электрический ток.

Вот так было открыто явление электромагнитной индукции, суть которого заключалась в возникновении электрического тока в проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле, таким образом, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, постоянно меняется.

Описание приборов

Изучив явление электромагнитной индукции, мы решили сконструировать прибор, демонстрирующий это явление. Первое, что необходимо было сделать - это собрать электромагнит, создающий достаточно сильное магнитное поле в большом объеме.

Электромагнит мы собирали из двух силовых трансформаторов от старых телевизоров. Для этого трансформаторы предварительно разбирались, а из их Ш-образных пластин собирается один незамкнутый сердечник электромагнита. Замыкающие пластины сердечников трансформаторов не используются. Катушку (обмотку) электромагнита наматывали на самодельный каркас, который изготавливают по образцу исходного трансформатора. Материалом для такого каркаса может быть тонкая фанера, плотный картон, покрытые мебельным лаком 2-3 слоя. Для катушки электромагнита берут провод в эмалевой изоляции диаметром 0,8-1 мм, можно так же использовать провод из разобранных трансформаторов. Число витков катушки должно быть в 1,5-2 раза больше, чем в сетевой обмотке (на 220 В) исходного трансформатора.

Катушку электромагнита необходимо намотать аккуратно, виток к витку, делая бумажные прокладки между слоями (так, как изготовлены обмотки трансформаторов). Желательно каждый слой катушки покрывать лаком (нужно только предварительно убедиться в том, что лак не растворяет изоляцию провода) и, не дожидаясь его высыхания, продолжать намотку. Это лучший отвод тепла, что полезно, поскольку электромагнит во время работы нагревается.

Электромагнит подсоединяют к электрической сети с помощью выключателя. Лучше всего изготовить специальную педаль с кнопкой (наподобие педали привода электрической швейной машины).

В комплект к электромагниту изготавливают катушку (500-1000 витков провода, имеющего диаметр 0,2 мм), Мы решили, для большего эффекта, катушку подключить к маленькой пластмассовой новогодней ёлочке. Она укрепляется на катушке. В ёлочку монтируется гирлянда из миниатюрных лампочек, включенных параллельно и подключенная к катушке в основании ёлочки. При медленном внесении ёлочки (катушки) в магнитное поле включенного электромагнита лампочки загораются, постепенно увеличивая свою яркость.

Вот так мы демонстрировали явление электромагнитной индукции на неделе естественных наук. Этот опыт очень понравился ребятам, потому что он получился красочным и очень эффектным. В дальнейшем мы планируем продолжиться конструирование приборов, демонстрирующих явление электромагнитной индукции.

Заключение

Несмотря на то, что Фарадей проводил не только качественные, но и количественные опыты, и выявил все основные зависимости и закономерности, в его основном труде «Экспериментальные исследования по электричеству» формула закона электромагнитной индукции не приведена.

Еще до начала опытов Фарадей был уверен в единстве электрических и магнитных явлений. Он утверждал, что, применяя прекрасную теорию Ампера или какую-либо другую, или мысленно отказываясь от теорий, все же представляется весьма необычайным, чтобы, с одной стороны, всякий электрический ток сопровождался магнитным действием соответствующей интенсивности, направленным под прямым углом к току, и чтобы в тоже время в хороших проводниках электричества, помещенных в сферу этого действия, совсем не индуцировался ток, не возникало какое-либо ощутимое действие, эквивалентное по силе такому току. Проведенными экспериментами он полностью доказал свою правоту.

Фарадей мыслил аналогиями. Именно это позволило ему отказаться от ньютонова принципа дальнодействия и ввести понятие поля – пространства, сплошь заполненного силовыми линиями, которые можно увидеть с помощью металлических опилок. Там, где «физики, сведущие в математике видели магнитные материалы и закон обратных квадратов для силы взаимодействия между магнитными полюсами», там Фарадей видел «магнитные щупальца, всегда натянутые, всегда теснящие соседей и в совокупности являющие, то, что он назвал магнитным полем» (Б. Гофман). Максвелл, который блестяще владел математикой, и фактически перевел все явления, открытые Фарадеем, на язык математики, тем не менее, отдавал должное методам Фарадея. Он писал: «Фарадей своим мысленным взором видел пронизывающие всё пространство силовые линии там, где математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел среду там, где они не видели ничего, кроме расстояния. Фарадей усматривал местонахождение явлений в тех реальных процессах, которые происходят в среде, а они довольствовались тем, что нашли его в силе действия на расстоянии, которая прикладывается к электрическим жидкостям. Некоторые из наиболее плодотворных методов исследования, открытых математиками, могли бы быть выражены в терминах представлений, заимствованных у Фарадея, значительно лучше, чем они выражались в их оригинальной форме» («Трактат об электричестве и магнетизме»).

Развивая эти идеи, Фарадей пришел к мысли о существовании электромагнитных волн. В 1938 г. сотрудники библиотеки Лондонского королевского общества, разбирая архив Фарадея, обнаружили пожелтевший запечатанный конверт, датированный 1832 г., с надписью: «Новые воззрения, подлежащие в настоящее время хранению в архивах Королевского общества». В конверте было послание Фарадея к далёким потомкам. В нём он сообщал о своей уверенности в существовании электромагнитных волн и сожалел, что современники не разделяют его взглядов. Фарадей писал: «Я пришёл к заключению, что на распространение магнитного воздействия требуется время, которое, очевидно, кажется весьма незначительным. Я полагаю также, что электрическая индукция распространяется таким же образом. Я полагаю, что распространение магнитных сил от магнитного полюса похоже на колебания взволнованной водной поверхности... По аналогии я считаю возможным применить теорию колебаний к распространению электрической индукции».

В трудах Майкла Фарадея просматривается понимание явления электромагнитной индукции, которое в дальнейших трудах Максвелла приобрело вид современной научной теории.

Эти мысли продолжил и развил Генрих Герц. Он провел серию замечательных экспериментов по получению и исследованию электромагнитных волн. Для этого он создал прибор, известный сейчас под названиями «открытый колебательный контур», «полуволновой вибратор», «вибратор Герца».

Список используемой литературы
1) Кабардин О. Ф. Физика., 1991. 177 с.

2) Физическая энциклопедия. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3) Иродов И. Е. Электромагнетизм., 2000. 165 с.

4) Трофимова Т. И. Курс физики., 1998. 248 с.

5) Физический энциклопедический словарь. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

6) Сивухин Д. В. Общий курс физики. Электричество., 1996., Т.3. Ч.1. 252 с.