Цели Урок:Изследване на функции магнитно поле Намотки с текущи начини за повишаване на това поле, познаване на устройството, принципа на работа и използването на електромагнити. Развитието на уменията изпълнява практически задачи. Развитие на физическото мислене, способността за решаване на проблемни сайтове и способността да ги анализира въз основа на опитни факти. Увеличаване на интереса по въпроса чрез запознаване с историята на откритията в областта на физиката.
Тип: Комбиниран урок
Метод:проблемно обучение.
Оборудване за предния експеримент: Захранване, свързване на проводници, ключ, задържан, кръгов проводник (завой), лента магнит, компас (един комплект за всяка таблица).
Демонстрации:
- черна кутия и намотка с ток, окачен на гъвкави проводници на статив (демонстрационен номер 1);
- взаимодействието на бобината с текущ и лентов магнит (демонстрационен номер 2)
- взаимодействието на две намотки с ток (демонстрационен номер 3)
- инсталация за демонстриране на електромагнитно действие (демонстрация № 4).
- модел за повикване (демонстрационен номер 5)
По време на класовете
Организиране на времето.
Момчета! Днешният урок Искам да започна латински афоризъм: "Талантът вижда начин да решават добре познати задачи, генийът решава задачите, които техните съвременници не виждат." Днес ще се научим да бъдем талантливи и някой може да покаже и гений. На минали уроци започнахме да изучаваме новата форма на майка - магнитно поле.
Днес ще продължим нашето умствено пътуване до "Time Machine" обратно в миналото, в момент, в който започнаха да изучават връзката между електрически и магнитни явления, т.е. През 19 век. Днес всеки от вас ще продължи да отваря новите тайни и мистериите на магнитното поле и ще се опитаме да ги разгледаме заедно.
Но първо проверете как разбрахте материала на миналия урок - ние ще проведем физическа диктовка. Имате карта на масите. Трябва да завършите изреченията:
- Магнитното поле е специален ......................................
- Източникът на магнитното поле е ............ ..
- Можете да откриете магнитно поле чрез действие ...............
- В опита на ERTEDA, магнитната стрелка промени посоката, когато ..........
- Магнитните линии са линии, по които ...................................
- Магнитното поле се различава от електричеството, което съществува около ...... ..
- Магнитно поле постоянен ток представлява .. ..........
Нов материал
И сега Внимание! На масата има черна кутия. Моля, кажете ми как да открия дали има магнитно поле в черна кутия?
Учениците предлагат възможности за отговори.
Наистина може да се направи по два начина (Демонстрационен номер 1): Или нанасяне на магнитна стрелка към кутията (стрелката се променя на посоката) или да доведе до проводник в кутията с ток в кутията (в този случай се използва кръгов проводник с ток), който, както и ние виждам или привлича или отблъсква. Възниква въпросът - защо на бобината с настоящата привлича или отблъсква? Днес, само обект на нашето внимание и ще има кръгъл проводник с ток (или намотка с ток, или соленоид) на такъв кръгов ток, много често използван в техника, това е важна част от много електрически устройства, като например повдигащо устройство (Фигура 1, Фигура 2)
Снимка 1.
Фигура 2.
Така на масата на тънки проводници, бобината, свързана с източника на тока, е окачена, до нея на лентата на стойката (Демонстрационен номер 2)Какво ще се случи с бобината, ако го пропуснете електричество?
Учениците поставят хипотези.
Нека проверим тези хипотези заедно.Имате лабораторно оборудване на вашите таблици, моля, събирайте електрическата верига, свързваща текущия източник, ключ, запазване и намотка. Освен това имате бандаж магнит. Можете да експериментирате и да видите как ще се държи на бобината пред веригата на веригата и след веригата на веригата, носи магнита към бобината и след това магнитната стрелка.
Учениците изпълняват фронтален експериментИ тогава заедно с учителя обсъждат резултатите си. Надзорният орган задава водещи въпроси:
- Какво гледате?
- Какво мислите, защо понякога бобината привлича магнита, а понякога се отблъсква?
- Какво зависи от това?
- Какви заключения могат да се направят?
Резултатите от съвместната дискусия се правят в тетрадката под формата на следните заключения:
1. Около бобината с ток има магнитно поле (Фигура 4);
Фигура 4.
2. бобината с ток (соленоид) е подобна на бандажа и има два полюса - север и юг (Фигура 3).
Фигура 3.
За първи път открих този невероятен факт Мари Андре ампер през 1820 година. Експериментен от него откри, че две намотки са привлечени от текущо или репевно като два постоянни магнита. Да видим този опит - демонстрационен номер 3.. Виждате ли, че има чисти грижи, а по-скоро слаба.
Мисля какви начини можете да укрепите магнитното поле на бобината с ток?
Опитайте се да определите това по експериментален начин, затворете веригата, сглобена върху таблиците и наблюдавате промяната в взаимодействието на бобината и бандания магнит на различни позиции на плъзгача ромотаж, както и когато се прилагат вътре в намотката на. \\ T метално ядро.
Подобен опит демонстрира учител (Демонстрационен номер 4)
(Първо, съпротивлението на реостат е голямо, тогава го намаляваме и след това вкараме сърцевината.)
Експерименталният начин беше установено, че магнитното поле на бобината може да бъде подсилено по три начина:
- увеличаване на текущата сила
- чрез увеличаване на броя на завоите на бобината
- вмъкване в ядрото на желязото на бобината
Намотката с ядрото се нарича електромагнитИзползването на електромагнити се променя: електромагнит телеграф, електромагнитно реле (Фигура 5), електрическо повикване (Фигура 6), слушалки (Фигура 7), високоговорител (Високоговорител) (Фигура 8) (Фигура 8) и др. Те са част от много електрически вериги. Всеки електромагнит се състои от следните части (Фигура 9): намотка 1, която тече ток, стоманена магнитна завеса 2, която е сърцевина и котва 3, която е привлечена от ядрото.
Фигура 5.
Фигура 6.
Фигура 7.
Фигура 8.
Фигура 9.
Кой и кога е направил първия електромагнит?
1 студент: историята на електромагнита. (Фигура 10)
Фигура 10.
Уилям стерден е роден в семейството на обущар, тъй като детството е изпълнил много упорита работа в семинара и често глад. На 19 години той избягал във военната единица и достигнал артилеризъм, там чете много и постави физическите и химическите експерименти. Ужасният ураган, придружен от цип и гръм, беше отлетял. Този Уругън направи огромно впечатление върху Уилям и привлече Неговото внимание към електричеството. Той започна да чете книги в естествената наука, но аз разбрах с горчивина, че той няма знание и започва да учи науката с самия Азов: четене, писмо, граматика, езици, математика, оптика и естествена наука. След уволнение от армията той купи струнен струг и се занимава с производството на физически инструменти и дори успя в това, така че да е назначен за преподавател в Военна академия. Идеята за използване на подкова магнит го завладя през 1823 година. Той установи, че магнитното поле на соленоида е значително подобрено, ако е вътре в стоманената сърцевина, а на 23 май 1825 г. на среща на френското общество на изкуствата, Уилям стерджин, син на беден обущар, първо демонстрира първи електромагнит. (Фигура 11)
Фигура 11.
OI е лакирана желязна пръчка с лакирана желязна пръчка и диаметър 1,3 cm, покрит с един слой изолиран меден проводник. Електричество, което е доставено от галванична батерия (Voltov Post). Електромагнитетът се запазва 3,600 g и значително надвишава якостта на естествените магнити на една и съща маса. Това беше брилянтно постижение по това време.
Много учени от това време подобряват електромагнитена, увеличение на нейната сила на повдигане. През 1828 г. американският учен Джозеф Хенри (Фигура 12) прилага многослойна намотка на изолирана проводник и по този начин създава електромагнит от значима сила (Фигура 13). Той изгражда електромагнит с маса от около 300 кг, повдигайки около 1 тона. Да и самият стеринг работи върху подобряването на електромагнита. Според неговия ред през 1840 г. е извършен електромагнит, който може да повиши 550 кг! Сега е трудно да си представим колко е трудно да се създадат електромагнити. В крайна сметка, дори законът на инженерите по ома по това време не е известен. Sterder починал през 1850 г. и без да получава бунт за неговото голямо изобретение, без богатство, нито слава. На гростовото му клане: "Има изобретател на електромагнит ..."
Фигура 12.
Фигура 13.
2 студент: Едно от първото и важно приложения на електромагнитет е телеграфна връзка.Хората от древни времена се нуждаят от връзката. Но в началото на 19-ти век връзката беше много примитивна: телеграфист на кулата с помощта на пилонова тръба получи сигнал, предаван от друга кула, разположена на разстояние от петнадесет мили от първият. След като получи сигнал, Telegraph стартира, превежда се силата на семафоре и усърдно предаде съобщение до следващата кула. До средата на 19-ти век основните средства за комуникация между Америка и Европа, корабната поща, оставаща между Европа и колониите. За събитията и поклонението в други страни хората се научават късно през всичките седмици и дори месеци. През 1831 г. Йосиф Хенри е направил един от първите опити за прилагане на идеята за комуникация с електромагнитни телеграфв рецепцията част от която се използва най-простият дизайн на електрическия лъв (Фигура 14). Електрическият съединител се състои от настолен звънец и нарушена стоманена пръчка с дължина 250 mm на вертикално фиксирана игла. Първото електрическо обаждане беше подадено от източника на DC и представляваше обичайния електромагнит, към който чукът удари чука върху камбаната, когато бутонът беше натиснат. (Демонстрационен номер 5).
Фигура 14.
3 студент: най-удобната електромагнитна телеграфна система създаде американски Самуил Морс. (Фигура 15). Той беше портретен художник, но доходите от портрет на рисуване бяха много малки и той трябваше да нахрани жена си и три деца. За да печели добре, Морс стана на ум, за да напише снимка, която ще се интересува от Америка, никога не виждаше "МОНУ Лиз", "Последна вечеря" и други шедьоври на световното изкуство. През 1829 г. той отиде в Европа и е написал снимка "Лувъра" там, на фона, на която той изобразява толкова шедьоври, когато платно може да се настани. През 1832 г. Морс, пълен с надежда, опаковани платна и тръгна към Америка. Изкачи се на пакета "Сали" за художника и отиде на брега в изобретателя. Как се случи това? На борда дойде да се говори за европейски експерименти по електромагнит. "Извличане на искри от магнит" беше едно от чудесата на времето. Незабавно се предполага, че комбинацията от искри може да се използва като код за прехвърляне на съобщения от тел. Тази идея го завладяла много, въпреки факта, че дори най-основните закони на електроенергията са почти неизвестни (в младостта си, той някога веднъж слушал лекцията на електричеството) Морс твърдо вярва, че човек може да постигне нещо, което е трудно да поемат бизнес. По време на месечното плаване до бреговете на Америка, Морс очерта няколко предварителни рисунки. През следващите три години той прекарваше неуспешни опити за изграждане на устройството върху тях. Неговото изхвърляне имаше няколко галванични батерии, железни пръчки и тел. Той ги свързва според схемата, която той е бил изтеглена и затвори веригата. Без резултат! Той направи няколко превключватели. Нищо! В продължение на много дни той беше неуспешен по инсталацията. И накрая, отчаяно, той се обърна към колега от химическия факултет Леонард Гейл. Гейл погледна към безпомощния дизайн на Морс и стисна над него. Той показа Морс, че е необходимо да се направи изолацията на жицата, да покаже как се прави намотката и как да се включи батерията в такава верига. И тогава, накрая, апаратът Morse подава признаци на живот. Ранните проекти на телеграфния Морс бяха много наивни и изключително сложни. Късните телеграфни модели бяха снабдени с ключ за сигнала, с който веригата е затворена и отворена.
Фигура 15.
4 студент: През септември 1837 г. Морс успешно демонстрира своето изобретение в Ню Йорк. Сигналът се изпраща над тел с дължина от 1700 фута. Но за да създадете телеграфна единица, която може да предаде сигнал на далечни разстояния, имахме нужда от пари. Правителството на САЩ отказа да субсидира създаването на телеграфна връзка по атлантическото крайбрежие и Морс отиде в Европа. В Англия се казва, че Уитстън вече е изобретил електромагнитния телеграф, който може да се погрижи в най-близкия пощенски офис (Фигура 16).
Фигура 16.
В Русия Морс научи, че барон шилинг, руският посланик в Австрия, изобретил електромагнитния телеграф през 1825 г. (Фигура 17), но идеята за незабавна комуникация между хората в далечните краища на страната като се стори на руския цар, толкова известен Беше забранил дори споменавайки изобретението в печат. Нито една от различните телеграфни системи не е толкова проста и успешна като morse апаратура. Затова изобретателят не е оставил надежда, въпреки че позицията му никога не е била толкова отчаяна. В крайна сметка Морс отиде в Принстън да се консултира с професор Джозеф Хенри.
Фигура 17.
Релето, изобретил Хенри преди шест години, може да реши проблема, пред който стоеше Морс. Хенри предложи Морс, че веригата на предавателя трябва да бъде свързана с приемащото устройство, а не директно, но чрез многобройните електрически верига. Във всяка верига имаше източник и реле. Хенри обясни Морс, че такава верига система може да предаде електрически сигнали на хиляда мили и в края на "гирлянда" силата на импулса ще бъде равна на интензивността на предавания сигнал.
5 студентски: Морс се върна в Ню Йорк и превишава апаратурата си в съответствие с инструкциите на Хенри. През 1843 г. Морс се обърна към правителството на САЩ за субсидии. Когато сметка за субсидиите, накрая, беше представена в Камарата на представителите, депутатите го третираха като забавна шега, но все още разпределяха пари. Морс и неговите спътници решиха да направят подземна линия, поставяйки сложно устройство в оловна тръба, прекараха огромно количество при това, а след това се оказа, че привържениците поставят кабелите без изолация и линията е парализирана от множество кратко схеми. Морс беше в отчаяние. Но тук Джозеф Хенри отново дойде в приходите и цялата линия беше окачена на дървета и стълбове, а вратите на бутилки бяха използвани като изолатори. И сега дойде значителен ден на 24 май 1844 година. Морс инсталира апарата си в залата на Върховния съд в Капитолия. Имаше тълпа от държавни служители, съдии и конгресмени и всичко беше наблюдавано, тъй като информацията от Балтимор почти моментално се озове във Вашетон. До 1850 г. Морс със своите партньори създаде "Магнетик Телеграф" - компания за полагане на линия между Ню Йорк и Филаделфия. Това беше победа - Telegraph Morse работи и предава информация на огромни разстояния. Беше Морс, който успя да проектира и създаде устройство, което е било използвано върху телеграфните линии на всички страни в продължение на почти 100 години (Фигура 18).
Фигура 18.
6 студент: В допълнение, Морс разработи известната азбука, в която всички букви от азбуката изглеждаха в комбинация от точки и тире, наречени го и основният телеграфски код. Как работи морската апаратура? От предавателното устройство, използвайки "ключа на Морс", като затворите електрическа верига В комуникационната линия бяха оформени къси или дълги електрически сигнали, съответстващи на точките или тирето на морската азбука. При приемащото телеграфно устройство по време на сигнала (електрически ток), електромагнитът привлече котва, с която колелото е било здраво свързано, потопено в мастило. Колелото остави черна пътека върху хартиена лента, удължена с пружинен механизъм. Този тип комуникация е използван до началото на 20-ти век, докато радиосъобщението беше разпределено. Но всичко започна с изобретението на електромагнит!
Поправяне
Така че момчетата нашият урок стига до края. Нека проверим кой от вас е станал истински изследовател. Целият клас е разделен на групи от карамфил. Всяка група дава един въпрос за обсъждане. Въпроси:
- Как две бобини ще висят на тънки проводници наблизо, ако пропуснете тока?
- Как да укрепим магнитното поле на бобината с ток?
- Кой и когато е изобретен първият електромагнит?
- Как да се изгради силен електромагнит Ако състоянието се доставя така, че токът в електромагнитет е относително слаб?
- Как да си направим електромагнит, натоварващата сила на която може да се регулира?
- Необходимо е да се повиши електромагнитната дървена кутия за вдигане на крана с товар. Предложете начин да го направите.
След дискусията в групи един от учениците от всяка група дава отговор на въпроса.
Домашна работа. Параграф 58, учебник "Физика-8", автор Pryrykin AV, Upr.28, Задача 9, Направете съобщение или презентация на тема: "Устройство и използване на електромагнити".
Момчета! Днес работихме добре с вас. Китайската поговорка казва:
"Човек може да стане интелигентен три начина: чрез имитация е най-лесният начин, по опит е най-трудният път и чрез размисъл е най-благородният начин." Днес, казахме заедно, за да отидем различни начини за целевата цел и, надявам се всеки от вас да почувства интерес към знанието за новия. Благодаря ви за вниманието и работата.
Ако има електростатично поле в пространството около стационарните електрически заряди, след това в пространството около движещите се зареждания (както и около смяна на времето електрически полета, които първоначално предполагат maxwell). Лесно е да се наблюдава експериментално.
Това се дължи на магнитното поле и взаимодейства помежду си електрически течения, както и постоянни магнити и течения с магнити. В сравнение с електрическото взаимодействие, магнитното взаимодействие е много по-силно. Това взаимодействие едновременно изучава Андре-Мари Ампера.
Във физиката, характеристиката на магнитното поле се обслужва б и как е повече, толкова по-силно е магнитното поле. Магнитната индукция в стойността на вектора, нейната посока съвпада с посоката на сила, действаща върху северния полюс на условната магнитна стрелка, поставена в някаква точка на магнитното поле, магнитното поле, ориентирано на магнитната стрелка в посока на вектора Б, това е в посока на магнитното поле.
Векторът във всяка точка на магнитната индукционна линия е насочен към него чрез допирателна. Това означава, че индукцията b характеризира действието на мощността на магнитното поле към тока. Подобна роля се играе от напрежението e за електрическо поле, което характеризира мощност на електрическото поле до такса.
Най-простият експеримент с желязната дървесина ви позволява визуално да демонстрирате феномена на магнитното поле на магнитното поле към магнитния обект, защото в постоянно магнитно поле, малки парчета Ferromagnet (такива парчета са железни дървени стърготини) се увеличават на полето, магнитни стрелки, като Ако са малки стрелки на компаса.
Ако вземете вертикален меден проводник и го превръщате през отвора в хоризонтално разположен лист хартия (или плексиглас или шперплат), и след това се налива метален стърготини върху листа и го разклащайте малко, след това превъртете от проводника d.C.Лесно е да се види как дърветът е подреден под формата на вихъра около кръговете около проводника, в равнината перпендикулярна в нея.
Тези окръжности от дървени стърготини ще бъдат само условното изображение на магнитни индукционни линии в магнитното поле на проводника с ток. Центърът на кръговете, в този експеримент, ще бъде разположен точно в центъра, по оста на проводника с ток.
Посоката на магнитни индукционни вектори в проводника с ток е лесен за определяне или съгласно правилото на десния винт: с предложеното движение на винтовата ос по посока на тока в изследовател, посоката на въртене на винт или дръжката на булката (винт или отвийте винта) показва посоката на магнитното поле около тока.
Защо се прилага правилото на билото? Тъй като операционният ротор (определен в теорията на полето), използван в две максимални уравнения, може да бъде записан формално като векторния продукт (с посочения оператор) и най-важното, защото роторът на векторното поле може да бъде съседен (представлява аналогия) на Ъглова скорост на въртене на идеалните течности (като самият Максуел), чийто поле на дебит е изобразяващ това векторно поле, можете да използвате правилата за ротора на формулировките, които са описани за ъгловата скорост.
Така, ако включите буви в посока на енергичното векторно поле, той ще бъде завинтен по посока на вектора на ротора на това поле.
Както можете да видите, за разлика от напрежението на електростатичното поле, които са отворени в пространството, магнитните индукционни линии около електрическия ток са затворени. Ако линиите на електрическо напрежение e започват с положителни заряди и завършват на отрицателни, тогава магнитните индукционни линии са просто затворени около текущия генериращ ток.
Сега усложнява експеримента. Помислете вместо директен проводник с ток на завой с шок. Да предположим, че е удобно да позиционираме такъв контур перпендикулярна на равнината на модела и токът е насочен към нас и отдясно - от нас. Ако сега е вътре в обрат с ток, за да поставите компас с магнитна стрелка, тогава магнитната стрелка ще покаже посоката на магнитни индукционни линии - те ще бъдат насочени по оста на завоя.
Защо? Тъй като противоположните страни от равнината на завоя ще бъдат подобни на полюсите на магнитната стрелка. От мястото, където линията на изхода е северният магнитен полюс, който включва Южния полюс. Лесно е да се разбере дали първо разгледате проводника с ток и с магнитното си поле и след това просто обърнете проводника в пръстена.
За да се определи посоката на магнитна индукция, завойът с ток се използва и от правилото на макарата или правилото на правилния винт. Поставете върха на бунтовата в центъра на завоя и ще го въртят по посока на часовниковата стрелка. Прогресивното движение на булката съвпада по посока на магнитната индукция в центъра на завоя.
Очевидно е, че посоката на магнитното поле на тока е свързана с посоката на тока в проводника, независимо дали е директен проводник или завой.
Смята се, че страната на намотката или завой с ток, откъдето е навън магнитната индукционна линия (посоката на вектора отвън) е северният магнитен полюс и където линията включва (вектор в посоката (вектор в посоката) Вътре) е южен магнит.
Ако множеството завъртания с ток образуват дълга намотка - соленоид (дължината на намотката е многократно по-висока от нейния диаметър), след това магнитното поле вътре е равномерно, т.е. магнитните индукционни линии паралелно един на друг, и имат еднаква плътност по цялата дължина на бобината. Между другото, магнитното поле на постоянен магнит изглежда е извън магнитното поле на бобината с ток.
За намотка с ток I, дължина L, с броя на завоите N, магнитната индукция във вакуум ще бъде числено равна на:
Така че, магнитното поле в бобината с ток е хомогенно и е насочено от южната до северния полюс (вътре в бобината!) Магнитната индукция вътре в бобината е пропорционална на модула на броя на AMPS-завоите на единица дължината на бобината.
