Генераторы тока - Производство, передача и использование электрической энергии - Колебания и волны

Цель: показать практическое применение закона электромагнитной индукции.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение изученного

- Какое явление называют электромагнитной индукцией?

- Чем отличается электрическое поле, порождаемое переменным магнитным полем, от электростатического поля?

- Почему в неподвижном проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, появляется индукционный ток?

- Может ли вызвать ток в неподвижной катушке магнитная сила Лоренца, действующая в ней на свободные электроны со стороны магнитного поля магнита?

- С помощью какого закона можно найти силу индукционного тока?

- Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

- Чему равна ЭДС индукции в катушке из N витков?

III. Анализ экспериментов

Объясните эксперименты:

Эксперимент 1

Изготовленную из медного провода толщиной 0,5-1 мм катушку, из 30-50 витков, диаметром 50 см, подключите к гальванометру демонстрационного вольтметра. Расположите катушку перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана и к магнитным линиям магнитного поля. Затем поверните на пол-оборота. Гальванометр отмечает ток. Поверните еще на пол-оборота - гальванометр отмечает ток другого направления. Почему? (Ответ: В витках возникает ток под действием магнитного поля Земли.)

Эксперимент 2

Возьмите проводник длиной 10 м, сложите его вдвое и сделайте катушку диаметром 4-5 см. Подключите концы обмотки к гальванометру и вводите внутрь нее магнит. Стрелка находится в покое. Объясните наблюдаемое явление. (Ответ: В каждой части возникает ЭДС, но ЭДС одной части равно и противоположно по направлению ЭДС другой. Тока в катушке нет.)

Эксперимент 3

Основную обмотку дроссельной катушки присоедините к гальванометру демонстрационного амперметра.

Почему при внесении внутрь катушки водопроводной трубы возникает ток?

Поверните трубу с катушку на 180°. Гальванометр обнаруживает ток. Почему?

Ударьте достаточно сильно молотком по концу трубы. Почему в момент удара возникает ток?

Переверните трубу с катушкой и вновь ударьте. Почему гальванометр отмечает в последнем случае большой ток?

(Ответ: В первом опыте труба действует как магнит, поскольку она находится в магнитном поле Земли. Во втором - поворот вызывает перемагничивание ее в поле Земли, что приводит к изменению магнитного поля около катушки и к возникновению индукционного тока. При ударе увеличивается степень намагничивания трубы. В результате наблюдается изменение магнитного поля, которое приводит к возникновению тока. При перемагничивании в процессе удара наблюдается большое изменение магнитного поля, что приводит к возникновению большого тока.)

IV. Изучение нового материала

В генераторе переменного тока механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию переменного тока. Состоит генератор из индуктора (электромагнита или магнита, создающего магнитное поле), якоря (обмотки, в которой возникает ЭДС). Его действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Пусть магнит вращается вокруг рамки с постоянной частотой v. За время t он совершает N = v · t оборотов. Каждому обороту соответствует 360° или 2п. За все время магнит повернется на угол:

где ω = 2πv - циклическая частота вращения. Рамка будет пронизываться магнитным потоком:

Из-за постоянного изменения угла пронизывающий рамку магнитный поток тоже меняется:

Если подключить устройство, потребляющее энергию, то:

В рассмотренной модели вращающейся частью (ротором) был магнит, а неподвижной частью (статором) - рамка. Но может быть и наоборот: рамка - якорь генератора, статор - магнит. Причиной появления тока будет действие на электроны, движущиеся вместе с рамкой магнитной силы Лоренца. Аналогичным образом устроен и генератор постоянного тока.

V. Закрепление материала

- Что представляет собой генератор переменного тока?

- Опишите его устройство и принцип действия.

Далее решение задач № 979-980.

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 37.