Практическая работа по физике на тему "Изучение явления электромагнитной индукции" (11 класс).

Работа носит частично исследовательский характер, частично расчетный, развивает наблюдательность, формирует умения обращаться с лабораторным оборудованием, требует от учащихся умения объяснять наблюдаемые явления, пользуясь теоретическими законами, логическими цепочками, опорными таблицами, правилом буравчика, то есть такая работа позволяет вскрыть глубину знаний учащихся и умения применять их на практике.

Учащиеся в процессе работы убеждаются в объективности законов физики.

В организационном моменте урока я кратко информирую учащихся о задачах, которые они будут решать самостоятельно на уроке и о поэтапном распределении времени на выполнение задач.

I этап – краткое итоговое повторение теоретического материала с использованием транспарантов №1 “Явление электромагнитной индукции”, №2 “Природа ЭДС индукции” и №3 “Правило Ленца”. Это необходимо для теоретической подготовки учащихся к самостоятельным исследованиям (транспаранты № 1, 2, 3 смотри в приложении).

После информационной подготовки учащиеся переходят ко II этапу : самостоятельному решению экспериментальных качественных и расчетных задач. Каждый ученик получает инструкцию с заданиями. Перед ними стоит задача: быстро завершить эксперимент, снять показания приборов (выполнить измерения или наблюдения) и объяснить результаты наблюдений или вычислений. Инструкция выглядит так:

Лабораторная работа: “Исследование явления электромагнитной индукции”.

Цель работы: проверить закономерности явления электромагнитной индукции, вскрыть причинно-следственные связи наблюдаемых явлений, убедиться в объективности действующих закономерностей.

Оборудование: дроссельные или трансформаторные катушки с разным числом витков, или же витки медной проволоки на пластмассовом каркасе, 2 полосовых магнита (или подковообразных), миллиамперметр, вольтметр, амперметр, источник тока, соединительные провода, метроном (1 на класс).

Задание 1. Соберите замкнутый контур из витка медной проволоки, миллиамперметра, соединительных проводов. Включить метроном, который отсчитывает определенные промежутки времени:

Выполните упражнение с полосовым магнитом: под удары метронома попытайтесь равномерно вносить магнит северным полюсом в катушку, снять показания миллиамперметра (максимальное отклонение стрелки миллиамперметра). Через некоторый интервал времени так же равномерно вынести магнит из катушки. Снять показания миллиамперметра.

Объясните наблюдаемые явления. Отметить общие признаки и различия в двух наблюдениях.

Образец возможного ответа: и в первом и во втором опыте наблюдаем возникновение индукционного тока в замкнутом контуре при изменении внешнего магнитного потока, пронизывающего данный контур. Логическая цепочка выглядит так:

Величина тока и одинакова, так как скорость изменения магнитного потока и ЭДС индукции одинаковы, сопротивление контура R тоже одинаково. Разница в направлении индукционного тока, связанная с изменением магнитного потока: Ф - в первом случае, и Ф↓ во втором случае. Это проявление правила Ленца. Приводят другую логическую цепочку:

и определяют направление индукционного тока в одном случае.

Задание 2. 1) Рассчитать заряд, протекающий в проводящем контуре за время ∆ t при силе индукционного тока Ii , взятых из задания 1:

2) Рассчитать значение возникающей в данном проводящем контуре по закону Ома:
Для определения Rконтура необходимо собрать последовательную цепь из источника тока, контура, амперметра, ключа, соединительных проводов. Подключить вольтметр к проводящему контуру. Снять показания амперметра и вольтметра, вычислить .

Задание 3. Теперь проделать опыт с неподвижным магнитом (стационарное магнитное поле), на который осторожно, в том же интервале времени ∆ t надеть катушку на магнит. Что покажет миллиамперметр? В чем сходство и различие наблюдений в задании 1 и задании 3?

Подсказка: сравните природу ЭДС индукции в двух опытах.

Образец возможного ответа: индукционный ток не изменился, но в задании 1
, а в задании 3 .

Задание 4. Изменить промежутки времени, отбиваемые метрономом: (или ↓). Какие изменения произошли в задании 1? Объясните.
Образец возможного ответа: если ∆ t , то , следовательно: ↓ , следовательно Ii ↓.

Задание 5. Наблюдать изменения, происходящие в 4-м задании, если с тем же интервалом времени вносить 2 магнита, сложенных одноименными полюсами. Объяснить наблюдаемое.
Образец возможного ответа: в 2 раза, так как индукция внешнего магнитного поля в 2 раза, поэтому и Ii увеличились ≈ в 2 раза.

Задание 6. Изменить число витков в проводящем контуре и наблюдать за изменением индукционного тока в режиме задания 4. Объяснить.

Задание 7. Сдать отчет о выполнении работы. В отчете учащиеся должны подвести итоги и ответить на вопрос: в чем убедились ученики, выполняя эту работу; оформить и сдать работы в письменном виде.

На этом уроке мы проведем лабораторную работу №4 «Изучение явления электромагнитной индукции». Целью этого занятия будет изучение явления электромагнитной индукции. С помощью необходимого оборудования мы проведем лабораторную работу, в конце которой узнаем, как правильно изучать и определять это явление.

Цель - изучение явления электромагнитной индукции .

Оборудование:

1. Миллиамперметр.

2. Магнит.

3. Катушка-моток.

4. Источник тока.

5. Реостат.

6. Ключ.

7. Катушка от электромагнита.

8. Соединительные провода.

Рис. 1. Экспериментальное оборудование

Начнем лабораторную работу со сбора установки. Чтобы собрать схему, которую мы будем использовать в лабораторной работе, присоединим моток-катушку к миллиамперметру и используем магнит, который будем приближать или удалять от катушки. Одновременно с этим мы должны вспомнить, что будет происходить, когда будет появляться индукционный ток.

Рис. 2. Эксперимент 1

Подумайте над тем, как объяснить наблюдаемое нами явление. Каким образом влияет магнитный поток на то, что мы видим, в частности происхождение электрического тока. Для этого посмотрите на вспомогательный рисунок.

Рис. 3. Линии магнитного поля постоянного полосового магнита

Обратите внимание, что линии магнитной индукции выходят из северного полюса, входят в южный полюс. При этом количество этих линий, их густота различна на разных участках магнита. Обратите внимание, что направление индукции магнитного поля тоже изменяется от точки к точке. Поэтому можно сказать, что изменение магнитного потока приводит к тому, что в замкнутом проводнике возникает электрический ток, но только при движении магнита, следовательно, изменяется магнитный поток, пронизывающий площадь, ограниченную витками этой катушки.

Следующий этап нашего исследования электромагнитной индукции связан с определением направления индукционного тока . О направлении индукционного тока мы можем судить по тому, в какую сторону отклоняется стрелка миллиамперметра. Воспользуемся дугообразным магнитом и увидим, что при приближении магнита стрелка отклонится в одну сторону. Если теперь магнит двигать в другую сторону, стрелка отклонится в другую сторону. В результате проведенного эксперимента мы можем сказать, что от направления движения магнита зависит и направление индукционного тока. Отметим и то, что от полюса магнита тоже зависит направление индукционного тока.

Обратите внимание, что величина индукционного тока зависит от скорости перемещения магнита, а вместе с тем и от скорости изменения магнитного потока.

Вторая часть нашей лабораторной работы связана будет с другим экспериментом. Посмотрим на схему этого эксперимента и обсудим, что мы будем теперь делать.

Рис. 4. Эксперимент 2

Во второй схеме в принципе ничего не изменилось относительно измерения индукционного тока. Тот же самый миллиамперметр, присоединенный к мотку катушки. Остается все, как было в первом случае. Но теперь изменение магнитного потока мы будем получать не за счет движения постоянного магнита, а за счет изменения силы тока во второй катушке.

В первой части будем исследовать наличие индукционного тока при замыкании и размыкании цепи. Итак, первая часть эксперимента: мы замыкаем ключ. Обратите внимание, ток нарастает в цепи, стрелка отклонилась в одну сторону, но обратите внимание, сейчас ключ замкнут, а электрического тока миллиамперметр не показывает. Дело в том, что нет изменения магнитного потока, мы уже об этом говорили. Если теперь ключ размыкать, то миллиамперметр покажет, что направление тока изменилось.

Во втором эксперименте мы проследим, как возникает индукционный ток , когда меняется электрический ток во второй цепи.

Следующая часть опыта будет заключаться в том, чтобы проследить, как будет изменяться индукционный ток, если менять величину тока в цепи за счет реостата. Вы знаете, что если мы изменяем электрическое сопротивление в цепи, то, следуя закону Ома, у нас будет меняться и электрический ток. Раз изменяется электрический ток, будет изменяться магнитное поле. В момент перемещения скользящего контакта реостата изменяется магнитное поле, что приводит к появлению индукционного тока.

В заключение лабораторной работы мы должны посмотреть на то, как создается индукционный электрический ток в генераторе электрического тока.

Рис. 5. Генератор электрического тока

Главная его часть - это магнит, а внутри этих магнитов располагается катушка с определенным количеством намотанных витков. Если теперь вращать колесо этого генератора в обмотке катушки будет наводиться индукционный электрический ток. Из эксперимента видно, что увеличение числа оборотов приводит к тому, что лампочка начинает гореть ярче.

Список дополнительной литературы:

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н. Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 347-348. Мякишев Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 классы. Учебник для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. - М.: Дрофа, 2005. - 476с. Пурышева Н.С. Физика. 9 класс. Учебник. / Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Чаругин В.М. 2-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2007.

Материал сопровождает лабораторную работу по физике в 11 классе. В начале урока перед учениками ставится цель, и идет краткое повторение теории.

Затем обсуждается ход работы и выполняются опыты. Результаты наблюдений оформляются в тетради в виде рисунков, требующих пояснений. И по окончании работы делаются выводы.

Просмотр содержимого документа
«Лабораторная работа " Изучение явления электромагнитной индукции"»

Лабораторная работа

«Изучение явления электромагнитной индукции»

Белян Л.Ф.,

учитель физики МБОУ «СОШ №46»

г. Братск

Цели:

• исследовать условия

возникновения индукционного

тока в замкнутом проводнике;

• убедиться в справедливости

правила Ленца;

• выяснить факторы, от которых

зависит сила индукционного тока.

Оборудование:

• миллиамперметр ( mА)

или микроамперметр ( μА ),

• дугообразный магнит,
• проволочная катушка-моток.

Ход работы

1. Собрать цепь, состоящую из катушки и миллиамперметра. Опуская постоянный магнит внутрь катушки, определите направление возникающего индукционного тока.

Ход работы

2. Удалять магнит от катушки. Изменилось ли направление индукционного тока? Зарисовать в тетрадях упрощенную схему опыта.

3. Возникнет ли индукционный ток, когда магнит покоится относительно катушки.

Как это можно доказать?

Оформление отчета по работе:

Оформление отчета по работе:

Сформулировать выводы по каждому пункту работы.

1. Как изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку (увеличивается, уменьшается, не изменяется)?

2. Как направлены линии магнитной индукции поля постоянного магнита?

3. Как направлены линии магнитного поля индукционного тока?

4. Определить полюсы магнитного поля катушки.

5. Определить направление индукционного тока по правилу правой руки.

Вывод:

1. От чего зависит направление индукционного тока?

2. От чего зависит величина индукционного тока?

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Ознакомиться с устройством и принципом работы аппарата для гальванизации.

Определить характеристики основных элементов электрической схемы аппарата для гальванизации.

ОБОРУДОВАНИЕ:

аппарат для гальванизации, электронный осциллограф.

ЗНАЧЕНИЕ МЕТОДА

В медицинской практике широко применяется действие постоянного тока. С помощью гальванизации оказывают воздействие как на отдельные органы (печень, сердце, щитовидная железа и т.д.), так и на весь организм. Например, гальванизация «воротниковой области» через раздражение шейных симпатических узлов вызывает стимуляцию сердечно–сосудистой системы, улучшение обменных процессов. Поэтому метод применяют при лечении широкого круга заболеваний:

периферической нервной системы;

центральной нервной системы;

гипертонической и язвенной болезни;

в стоматологии – при нарушении трофики или воспалении тканей в полости рта и т.д.

Часто гальванизацию совмещают с введением в ткани организма лекарственных веществ, диссоциирующих в растворах на ионы. Эта процедура называется лечебным электрофорезом или электрофорезом лекарственных веществ. Электролечение постоянным током и введение лекарственных препаратов в ткани организма проводится с помощью аппарата для гальванизации.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лечебный метод, при котором используется действие на ткани организма постоянного тока малой величины (до 50 миллиампер) называется гальванизацией.

Для проведения процедур гальванизации и лечебного электрофореза необходим источник постоянного напряжения, снабженный потенциометром для регулирования силы тока при различных процедурах и измерительным прибором. В качестве такого источника, как правило, используется полупроводниковый выпрямитель переменного тока осветительной сети. Принципиальная электрическая схема аппарата для гальванизации (рис.1) содержит трансформатор 3, выпрямитель 5 на двух диодах, сглаживающий фильтр из двух резисторов 7 и трех конденсаторов 6, регулировочный потенциометр 8 и миллиамперметр 9 с шунтом и переключателем 10 для измерения тока в цепи больного.

Рис. 1. Электрическая схема аппарата для гальванизации.

(1 – сетевой выключатель, 2 – переключатель напряжения сети, 3 – трансформатор, 4 – индикаторная лампа, 5 – диоды, 6 – конденсаторы, 7 – резисторы, 8 – регулировочный потенциометр, 9 – миллиамперметр, 10 – шунт миллиамперметра, 11 – клеммы выходного напряжения).

Трансформатор в аппарате для гальванизации понижает напряжение от сети (АВ, рис. 1). Кроме этого, его наличие обязательно для безопасности больного (3, рис. 1). Индуктивная связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора исключает возможность непосредственного соединения между цепью, содержащей электроды, наложенные на тело больного, и сетью переменного напряжения, к которой подключен аппарат. В противном случае при некоторых условиях (например, при случайном заземлении больного) может произойти электротравма.

Выпрямление переменного тока (преобразование его в постоянный) осуществляется с помощью полупроводниковых диодов (5, рис.1). Полупроводники – это твердые кристаллические вещества, электропроводность которых имеет промежуточное значение между электропроводностью проводников и диэлектриков. Электропроводность полупроводников сильно зависит от внешних условий (температура, освещенность, внешние электрические поля, ионизирующие излучения и т.д.). Так, при очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273 С), полупроводники ведут себя как диэлектрики, в отличие от большинства проводников, переходящих в сверхпроводящее состояние. С повышением температуры сопротивление проводников электрическому току увеличивается, а сопротивление полупроводников уменьшается.

Даже при комнатной температуре электропроводность чистого полупроводника, называемая собственной, мала, что является следствием хаотически образующихся дырок (вакантных мест в атомах решетки) и свободных электронов (основных носителей заряда) почти в равных количествах. При добавлении ничтожной доли примеси в чистый полупроводник его электропроводность значительно повышается.

Действие полупроводникового диода основано на явлении образования контактной разности потенциалов в зоне соединения двух полупроводников с различным типом проводимости:

полупроводника n-типа (основными носителями зарядов являются электроны);

полупроводника р-типа (основными носителями зарядов являются дырки).

Полупроводники n- и p-типа можно получить с помощью примесей. Например, при введении в германий (Ge) примесных атомов мышьяка, имеющих пять электронов валентного слоя (As), каждый атом примеси замещает атом германия. Четыре электрона примесного атома образуют ковалентные связи с валентными электронами соседних атомов германия, а пятый электрон остается свободным и может стать носителем тока. Примеси, имеющие большую, по сравнению с основным элементом валентность, называются донорами, так как они вносят в кристалл избыточные электроны, а кристаллы с такого рода примесными атомами называются кристаллами n-типа. Под действием внешнего постоянного поля свободные электроны будут перемещаться по направлению к положительному электроду.

Если в чистый германий вводятся атомы примеси с тремя электронами валентного слоя, например, атомы индия, атом примеси замещает атом в кристаллической решетке германия. Для образования полной ковалентной связи атом примеси занимает четвертый электрон у любого из соседних атомов германия. При этом происходит нарушение одной из ковалентных связей соседнего атома. Незаполненная ковалентная связь называется дыркой; она обладает свойством электрона с положительным зарядом. Примеси меньшей валентности называются акцепторами. Германий, содержащий атомы акцептора, является кристаллом p-типа. Приложение постоянного поля к кристаллу p-типа заставляет дырки перемещаться к отрицательному электроду. В отношении прохождения тока поток дырок от положительного электрода к отрицательному оказывает то же самое действие, что и поток электронов от отрицательного электрода к положительному.

Контакт полупроводников p- и n-типа называется электронно-дырочным переходом.

В зоне контакта этих полупроводников дырки и электроны концентрируются в стороне от перехода (рис. 2). Это объясняется почти полной неподвижностью атомов–доноров и атомов–акцепторов в решетке кристалла по сравнению с подвижностью дырок и электронов. Действие суммарного заряда атомов–доноров проявляется в отталкивании дырок влево от p-n перехода, а суммарный заряд атомов–акцепторов воздействует на электроны так, что они отталкиваются от p-n перехода вправо. При этом образуется так называемый потенциальный барьер, препятствующий перетеканию дырок и электронов. Таким образом, пограничный слой приобретает очень большое сопротивление для электронов в направлении n-p и дырок в направлении p-n и называется запирающим слоем.

Фактически этот слой действует как маленькая батарея с напряженностью поля Е" (показано на рис. 2 пунктиром). В целях использования p-n перехода для выпрямления внешняя батарея присоединяется так, чтобы или помогать или препятствовать действию батареи, эквивалентной потенциальному барьеру.

Рис. 2. Образование контактной разности потенциалов.

(– акцепторы, «+» – дырки,– доноры, « – » – электроны)

Кроме основных носителей зарядов в полупроводниках имеются неосновные носители зарядов:

в полупроводнике р-типа – электроны;

в полупроводнике n-типа – дырки.

Если присоединить к полупроводнику р-типа положительный, а к полупроводнику n-типа – отрицательный полюс источника напряжения (рис. 3а), то напряженность внешнего поля Е, направленная противоположно напряженности Е", будет перемещать основные носители зарядов в каждом из полупроводников по направлению к контактному слою. Их концентрация в области контакта значительно возрастает и электропроводность слоя восстанавливается. В результате, запирающий слой уменьшается, а его сопротивление падает. Электрический ток в данном направлении обеспечивают основные носители зарядов. Это направление в р-n – переходе называется прямым или пропускным.

Если изменить полярность приложенного внешнего напряжения (рис. 3б), тогда напряженность внешнего поля Е, совпадающая по направлению с напряженностью Е", будет вызывать в каждом из полупроводников движение основных носителей зарядов от контактного слоя в противоположных направлениях. Запирающий слой расширится и его сопротивление значительно возрастет. Ток через контакт резко уменьшится. Он будет осуществляться движением только неосновных носителей зарядов, концентрация которых в полупроводниках весьма мала. Такое направление в р-n – переходе называют запирающим.

На данном принципе основана работа полупроводникового диода. Если к полупроводниковому диоду последовательно подсоединить сопротивление нагрузки (например, биологические ткани) и приложить к ним переменное напряжение, то через сопротивление нагрузки ток будет проходить только в одном направлении. Такое преобразование называют выпрямлением переменного тока.

Рис. 3. Прохождение тока в цепи, содержащей электронно–дырочный переход (а – режим пропускания, б – режим запирания).

Токовый режим для р-n – перехода при подключении внешнего источника ЭДС к полупроводниковому диоду отражен на рис. 4.

при положительном значении напряжения (режим пропускания) ток резко возрастает;

при отрицательном значении напряжения (режим запирания) ток изменяется очень медленно, вплоть до напряжения пробоя U пр диода и потери им выпрямительных свойств.

Рис. 4. Вольт–амперная характеристика полупроводникового диода.

График переменного напряжения имеет вид синусоиды (рис. 5а). Если его пропустить через один диод, то, благодаря односторонней проводимости, на выходе сигнал примет вид, представленный на рисунке 5б.

В аппарате для гальванизации используются два полупроводниковых диода (5, рис. 1), подключенных к выводам А и В вторичной обмотки трансформатора (3). Когда потенциал точки А выше, чем потенциал точки В, ток течет через верхний диод. Нижний диод в это время заперт. В следующую половину периода, когда потенциал точки В выше, чем потенциал точки А, ток пойдет через нижний диод. В результате в точке С значение потенциала не будет принимать отрицательных величин (относительно точки D) и при подключении к этим точкам внешней нагрузки ток потечет только в одном направлении. Таким образом, получается двухполупериодное выпрямление переменного напряжения (рис. 5в).

Для сглаживания пульсаций напряжения применяется электрический фильтр, состоящий из одного конденсатора, или из конденсаторов и резисторов (6,7 на рис. 1), или другие виды фильтров.

Рис. 5. Графики зависимости от времени: а) переменного напряжения, б) напряжения, выпрямленного на одном диоде, в) напряжения, выпрямленного на двух диодах.

В основе действия RCфильтра лежит зависимость электрического сопротивления емкостиX C от частотыω:

X C =. (1)

При подборе элементов необходимо выполнять условие:

Во время возрастания пульсирующего напряжения конденсатор (6) фильтра заряжается (заряд его растет до момента достижения этим напряжением максимальной величины). В паузах между импульсами напряжения конденсаторы разряжаются на нагрузку (8, рис. 1), создавая ток разряда, текущий в направлении, совпадающем с направлением пульсирующего напряжения. В результате выходное напряжение принимает сглаженную форму (рис. 6).

Регулирование величины напряжения, подаваемого через электроды к пациенту, выполняют с помощью потенциометра (8, рис. 1): максимальное напряжение на выходе прибора будет при верхнем положении подвижного контакта, а нулевое значение – при нижнем положении.

При выполнении процедур необходим контроль величины тока, проходящего через пациента. Его выполняют с помощью миллиамперметра (9, рис.1). Подключение шунта (10, рис. 1) позволяет увеличить масштаб шкалы миллиамперметра.

Рис. 6. График сигнала после прохождения электрического фильтра (пунктиром указан пульсирующий входной сигнал).

Ток подается на пациента с помощью электродов, под которые помещают прокладки, смоченные водой или физиологическим раствором. Это необходимо для устранения эффекта «прижигания» тканей под электродами продуктами электролиза. Действительно, в живых тканях организма содержатся продукты электролиза хлористого натрия – ионы Na+ и Cl– . При взаимодействии на поверхности кожи с присутствующими в жидкой фазе ионами воды (Н+, ОН–), они образуют под отрицательным электродом щелочь NaOH, а под положительным электродом – соляную кислоту НСl. Поэтому во всех случаях применения постоянного тока нельзя накладывать металлические электроды непосредственно на поверхность тела.

Ткани организма состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Такая система представляет собой две среды, относительно хорошо проводящие ток (тканевая жидкость и цитоплазма клетки), разделенные плохо проводящим слоем – клеточной оболочкой (мембраной).

Первичное действие постоянного тока на ткани организма обусловлено перемещением имеющихся в них заряженных частиц, главным образом, тканевых электролитов, а также коллоидных частиц, адсорбировавших ионы. Внешнее электрическое поле вызывает задержку и накопление ионов у мембран в тканевых элементах (внутри клеток и внеклеточной жидкости), изменяя их обычную концентрацию (рис. 7). Вследствие этого на мембранах отмечают:

образование двойного электрического слоя;

явление поляризации;

создание диффузного потенциала;

изменение биопотенциала и т.д.

Рис. 7. Распределение ионов на клеточных мембранах при гальванизации (Э – электроды).

Результат активного воздействия становится заметным и на макроуровне: под электродами возникает покраснение кожи (гиперемия) благодаря расширению сосудов. Все эти процессы оказывают воздействие на функциональное состояние клеток. Происходит усиление регенерации тканей (периферических нервных волокон, мышц, эпителия) и регуляторной функции нервной системы. Эти механизмы определяют применение гальванизации с лечебной целью. Однако необходимо еще раз отметить, что в основе первичного действия постоянного тока на ткани организма лежат поляризационные явления на поверхности биомембраны.

При лечебном процессе электроды с прокладками фиксируют в соответствующих местах на поверхности тела («трансцеребральная гальванизация», «гальванический воротник» и т.д.).

Необходимо учитывать, что, преодолев слой кожи и подкожно–жировой клетчатки под электродами, ток разветвляется и проходит через глубоко расположенные ткани и органы по средам с малым сопротивлением (тканевая жидкость, кровь, лимфа, оболочки нервных стволов и т.д.). В результате, одновременно оказывается воздействие на ряд органов и систем пациента.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В настоящей работе используется аппарат для гальванизации, на боковую панель которого выведены тумблеры, позволяющие подключать его блоки по отдельности. Для наблюдения формы электрических сигналов к аппарату подключают осциллограф.

• " onclick="window.open(this.href,"win2","status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no"); return false;" > Печать
• E-mail

Лабораторная работа № 9

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить условия возникновения индукционного тока, ЭДС индукции.

Оборудование : катушка, два полосовых магнита, миллиамперметр.

Теория

Взаимная связь электрических и магнитных полей была установлена выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Он открыл явление электромагнитной индукции .

Многочисленные опыты Фарадея показывают, что с помощью магнитного поля можно получить электрический ток в проводнике.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Ток, возникающий при явлении электромагнитной индук­ции, называют индукционным.

В электрической цепи (рисунок 1) возникает индукционный ток, если есть движение магнита относительно катушки, или наоборот. Направление индукционного тока зависит как от направления движения магнита, так и от расположения его полюсов. Индукционный ток отсутствует, если нет относительного перемещения катушки и магнита.

Рисунок 1 .

Строго говоря, при движении контура в магнит­ном поле генерируется не определенный ток, а определенная э. д. с.

Рисунок 2.

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции E инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус :

Эта формула выражает закон Фарадея: э. д. с. индукции равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограни­ченную контуром.

Знак минус в формуле отражает правило Ленца .

В 1833 году Ленц опытным путем доказал утверждение, которое называется правилом Ленца: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток .

При возрастании магнитного потока Ф>0, а ε инд < 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

При уменьшении магнитного потока Ф<0, а ε инд > 0, т.е. магнитное поле индукционного тока увеличивает убывающий магнитный поток через контур.

Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии : если магнитное поле через контур увеличивается, то ток в контуре направлен так, что его магнитное поле направлено против внешнего, а если внешнее магнитное поле через контур уменьшается, то ток направлен так, что его магнитное поле поддерживает это убывающее магнитное поле.

ЭДС индукции зависит от разных причин. Если вдвигать в катушку один раз сильный магнит, а в другой - слабый, то показания прибора в первом случае будут более высокими. Они будут более высокими и в том случае, когда магнит движется быстро. В каждом из проведённых в этой работе опыте направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Порядок определения направления индукционного тока показан на рисунке 2.

На рисунке синим цветом обозначены силовые линии магнитного поля постоянного магнита и линии магнитного поля индукционного тока. Силовые линии магнитного поля всегда направлены от N к S – от северного полюса к южному полюсу магнита.

По правилу Ленца индукционный электрический ток в проводнике, возникающий при изменении магнитного потока, направлен таким образом, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного потока. Поэтому в катушке направление силовых линий магнитного поля противоположно силовым линиям постоянного магнита, ведь магнит движется в сторону катушки. Направление тока находим по правилу буравчика: если буравчик (с правой нарезкой) ввинчивать так, чтобы его поступательное движение совпало с направлением линий индукции в катушке, тогда направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением индукционного тока.

Поэтому ток через миллиамперметр течёт слева направо, как показано на рисунке 1 красной стрелкой. В случае, когда магнит отодвигается от катушки, силовые линии магнитного поля индукционного тока будут совпадать по направлению с силовыми линиями постоянного магнита, и ток будет течь справа налево.

Ход работы.

Подготовьте для отчета таблицу и по мере проведения опытов заполните её.