Контрольні запитання

1. Змоделюйте процес демонстрації ліній магнітної індукції для прямого провідника, колового провідника та соленоїда.

2. Поясніть з якою метою застосовують феромагнітні матеріали?

3. Від чого і як залежить магнітна проникність феромагнетиків?

4. Опишіть будову електровимірювального приладу електромагнітної сис­теми?

5. Вкажіть, як можна продемонструвати індукція струму в магнітному полі Землі.

6. Магніт вставляють у котушку і виймають з неї спочатку повільно, а потім швидким рухом. Що спостерігають?

7. Перерахуйте основні відмінності вихрового електричного поля та електростатичного (стаціонарного)?

Лабораторна робота № 10 Демонстраційний експеримент по темі:

“Електромагнітна індукція. Самоіндукція”

Дослід 1. Правило Ленца

Обладнання: 1) прилад для демонстрування правила Ленца (прилад Петраєвського); 2) трансформатор універсальний з дросельною котушкою; 3) кільце алюмінієве; 4) вимикач; 5) провідники; 6) джерело постійної напруги.

Д ля вивчення правила Ленца демонструють досліди в яких зміна магнітного потоку замкнутого контура обумовлена в одному випадкові відносним механічним переміщенням, а в другому зміною струму в сусідньому контурі.

1. Для першого досліду використовують прилад, що складається з двох кілець, склепаних планкою і зрівноважених на вістрі. Розміри і вага обох кілець однакові, але одне з них розрізане.

Суцільне кільце відштовхується від магніта, який встановлюють в нього і рухається за магнітом, якщо останній виймають з кільця. Далі дослід повторюють з розрізаним кільцем і показують, що при будь-якому рухові кільце залишається нерухомим. Це явище можна пояснити так. Причиною виникнення індукційного струму в одному випадкові є наближення магніту до кільця, а в другому – віддалення. Як показує дослід, магнітне поле індукційного струму протидіє як одному, так і другому рухові.

Треба мати на увазі, що ефект досліду залежить від якості магніту.

2. Для проведення другого досліду в дросельну котушку вставляють ярмо від універсального трансформатора так, щоб його кінець виступав на 4-6 см. Щоб ярмо не рухалося, його в котушці заклинюють.

На ярмо накладають щільно до котушки алюмінієве кільце. При під’єднанні до котушки постійної напруги 110-120В кільце різко зсовується до кінця ярма, при включенні струму кільце повертається до котушки. Аналіз явища показує, що струм в котушці і індукційний струм в кільці в кожному випадкові направлені в протилежні сторони.

Дослід 2. Індукція в суцільних провідниках

Обладнання: 1) трансформатор універсальний з дросельною котушкою; 2) кільце алюмінієве; 3) вимикач; 4) провідники.

З деталей універсального трансформатора складають електромагніт з полюсними наконечниками, повернутими плоскими кінцями один до одного. Під гайку одного із гвинтів затискують стояк з маятником у вигляді суцільного алюмінієвої пластини (див. мал.). Положення маятника і полюсних наконечників регулюють так, щоб зазори між пластиною і наконечниками були по можливості менші. Маятник, приведений в рух, коливається з дуже малим затуханням. При під’єднанні до котушки постійної напруги 110-120В маятник майже миттю зупиняється. Замінивши в маятникові суцільну алюмінієву пластину іншою таких самих розмірів, але з прорізами, повторюють дослід.

При під’єднанні струму спостерігається помітне гальмування маятника, але він не відразу зупиняється, а здійснює декілька затухаючих коливань. Дослід можна ставити з іншими котушками при менших силах струму, але в описаному досліді ефект отримується найбільшим.

Дослід 3. Самоіндукція при замиканні і розмиканні кола

Обладнання: 1) трансформатор універсальний з дросельною котушкою; 2) реостати на 500 Ом; 3) лампи маловольтні на підставках – 2 шт.; 4) лампа неонова на 127В на підставці; 5) вимикач; 6) провідники.

1. Після збирання установки (див. мал.) вмикають струм і підбирають таку напругу, щоб лампа у верхній вітці горіла нормальним накалом. Яскравість горіння нижньої лампи регулюють реостатом, добиваючись, щоб лампи горіли однаково. Неонову лампу від’єднують.

П ри під’єднанні струму лампи загоряються не одночасно: першою – нижня, в момент увімкнення, а верхня – із запізненням на 1с. Дослід повторюють декілька разів і цим показують, що при замиканні кола навколо осердя індукується вихрове електричне поле, яке протидіє електричному струму в котушці. Варто показати, що при швидкому замиканні і розмиканні струму верхня лампа не загоряється зовсім. На цей дослід в подальшому можна послатися при введенні поняття про індуктивний опір.

2. Щоб показати явище самоіндукції при розмиканні кола, потрібно від’єднати нижню вітку (вивернути із патрона лампу) і до котушки під’єднати неонову лампу. Тепер при розмиканні кола різка зміна струму індукує настільки, наскільки сильне вихрове поле, що неонова лампа яскраво спалахує, не зважаючи на те, що напруга необхідна для її запалення значно вища від тієї, що живить коло.

Дослід 4. Використання самоіндукції для запалення люмінесцентної лампи

Обладнання: 1) люмінесцентна лампа на щиткові; 2) провідники.

Ц ікаво знати, що в сучасній люмінесцентній лампі мають місце такі фізичні явища, як теплове розширення тіл, нагрівання провідників струмом, термоелектрична емісія, електричний розряд в газах, ультрафіолетове випромінювання, люмінесценція.

Через те, що всі ці явища вивчаються в різних розділах фізики, найбільш доцільно розглянути люмінесцентну лампу при вивченні самоіндукції.

Лампа являє собою скляну трубку з двома електродами-спіральками із активованого вольфрамового дроту. Балон лампи з нанесеним на його стінки люмінофором містить пари ртуті і аргон при тискові декілька міліметрів ртутного стовпчика. Для вмикання в освітлювальну мережу обидві спіралі з’єднують послідовно з дроселем і стартером, який забезпечує автоматичне запалення лампи (див. схему).

С тартер являє собою маленьку неонову лампочку з електродами у вигляді біметалевих пластинок. При включенні в мережу виникає тліючий розряд між електродами стартера. Внаслідок нагрівання газовим розрядом електроди вигинаються і торкаються один одного, замикаючи коло. Струм швидко нагріває спіралі, а в цей час біметалеві електроди встигають охолонути і розмикають коло. При розмиканні кола, завдяки явищу самоіндукції, на кінцях дроселя з’являється значний імпульс напруги, який викликає ударну іонізацію і розряд в лампі. Виникненню розряду сприяє емісія електронів в нагрівних спіралях. В подальшому висока напруга спіралей підтримується струмом, що проходить через лампу. Якщо після першого імпульсу лампа не загоряється, то стартер повторить всі операції.

Під час горіння лампи дросель виконує роль індуктивного опору, що обмежує струм в лампі.

В даному досліді найбільшу увагу приділяють самоіндукції. Тому перед дослідом треба зняти стартер і показати, що для запалення лампи досить замкнути коло за допомогою кнопки і розімкнути його, коли розжаряться спіралі. При цьому лампа загориться. Якщо лампа не запалиться після першого замикання, то все повторюють.

Пояснивши дію дроселя, показують і пояснюють автоматичне запалення лампи за допомогою стартера.