1. Электромагнитная индукция

Введение

Целью данной курсовой работы является разработка электронного учебного пособия на тему «Явление электромагнитной индукции». Данная работа будет включать в себя теоретический материал и электронный учебник.

Открытие электромагнитной индукции углубило наши представления об электромагнитном поле. Благодаря явлению индукции мир узнал, что такое электричество. Именно открытия в этой области позволили человеку создать электродвигатель, лампу накаливания, сети передачи энергии на дальни расстояния.
Современная жизнь уже не возможна без электроприборов питающихся от сети переменного тока. Благодаря электричеству стало возможным создание медицинского оборудования, которое каждый день спасает жизни на всей планете. Кроме того, были разработаны мощные вычислительные центры способные разрешать задачи современной физики, медицины, биологии. В отсутствии электричества работа всех этих приборов просто не возможна.
Электромагнитная индукция позволяет раскрыть и понять природу появления электричества, его свойств и возможного применения, как например, усовершенствование технологических процессов на производстве, основанных на явлении самоиндукции.
Следует всегда помнить, что электрические и магнитные явления неразрывно связаны между собой и могут порождать друг друга.
1. Электромагнитная индукция

Электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Существует и обратное явление: магнитное поле вызывает появление электрических токов. Это явление было открыто М. Фарадеем в 1831 г. и получило название электромагнитной индукции.

Рассмотрим некоторые опыты, иллюстрирующие электромагнитную индукцию. Для этого воспользуемся двумя проволочными катушками 1 и 2 (рис. 1.1), одну из которых (1) можно одевать на другую (2). Соединим катушку 1 с гальванометром, а катушку 2 с источником тока. Если катушка 1 неподвижна относительно катушки 2 (т.е. относительно магнитного поля), то в цепи 1 не будет тока, как бы сильно ни было магнитное поле катушки 2.



Рисунок 1.1 - При движении катушки 1 в магнитном поле катушки 2 в цепи катушки 1 появляется ток.

Начнем теперь перемещать катушку 1. Мы увидим, что гальванометр покажет появление тока. Этот ток существует только при движении катушки, и он тем сильнее, чем быстрее движется катушка. Ток в цепи катушки 1 возникает и при сближении катушек, и при удалении их, однако токи в обоих случаях имеют противоположные направления.

Если оставить катушку 1 неподвижной, а двигать катушку с током 2, то гальванометр также показывает ток при движении катушки.
Мы могли бы оставить обе катушки 1 и 2 неподвижными, но изменять силу тока в катушке 2 при помощи реостата. Тогда при всяком изменении силы тока (т.е. магнитного поля) в цепи катушки 1 возникал бы ток. Направление тока в катушке 1 при усилении магнитного поля противоположно направлению тока при ослаблении поля; ток в катушке 1 не возникает, если магнитное поле остается постоянным.
Эти опыты показывают, что причиной появления индукционного тока является изменение магнитного поля. Каким образом создается это изменение, безразлично. В опыте, изображенном на рис. 1. обе катушки 1 и 2 неподвижны, но в катушку 2 мы вдвигаем или выдвигаем из нее железный сердечник С. При вдвигании сердечника он намагничивается, и магнитное поле усиливается; при выдвигании сердечника поле уменьшается. Ток в цепи катушки 1 течет только при движении сердечника.



Рисунок 1.2 - При движении железного сердечника С магнитное поле катушки 2 изменяется и в цепи катушки 1 появляется ток

Изменяющееся магнитное поле мы можем создать и движением постоянного магнита. Если вовсе удалить катушку с током 2 и вдвигать (или выдвигать) в катушку 1 постоянный магнит, то гальванометр также показывавает ток. Этот ток возникает и в том случае, если движется катушка, а магнит находится в покое. Наблюдая направления тока при сближении магнита и катушки и при удалении, можно убедиться, что они противоположны, так же как и в предыдущих опытах.

Результаты своих многочисленных опытов Фарадей выразил в следующей наглядной форме. Будем изображать магнитное поле при помощи линий магнитной индукции. Тогда магнитная индукция будет характеризоваться густотой линий индукции. Представим себе теперь, что замкнутый проводник движется в магнитном поле и переходит в область более сильного поля. Тогда число линий индукции, охватываемых проводником, увеличится. Напротив, при движении проводника в область более слабого поля число линий индукции, охватываемых проводником уменьшится. Но магнитное поле есть поле вихревое, и его линии индукции не имеют концов. Вследствие этого линии индукции поля сцеплены с проволочным контуром наподобие звеньев цепи (рис. 3). Поэтому всякое изменение числа линий индукции, охватываемых контуром, может произойти только в результате пересечения ими проволочного контура.



Рисунок 1.3 - Замкнутый проводник и линии магнитной индукции «сцеплены» между собой.

Точно так же, если проводник находится в покое, но изменяется магнитная индукция, то при усилении поля густота линий индукции будет увеличиваться и они будут стягиваться друг к другу, а при ослаблении поля - расходиться друг от друга. И в этом случае произойдет пересечение некоторого числа линий индукции проводником. Поэтому Фарадей заключил, что индукционный ток возникает в проводнике в том случае, если проводник или какая-либо eго часть пересекает линии магнитной индукции.

Открытие электромагнитной индукции имело огромное научное и техническое значение. Это явление показало, что можно не только получить магнитное поле при помощи токов, но и, обратно, получить электрические токи при помощи магнитного поля. Этим была установлена окончательно взаимная связь между электрическими и магнитными явлениями.