Примеры электромагнитных явлений в физике 7. Магнитные явления в природе происходящие на нашей земле и вокруг нас. Примеры электромагнитных явлений

1. Магнитное поле в вакууме и его характеристики: вектор магнитной индукции и вектор напряженности магнитного поля. Магнитное поле и магнитный момент кругового тока.

Постоянные магниты были известны 2 тысячи лет назад, но только в 1820 г. Х. Эрстед (датский физик) обнаружил, что вокруг проводника с током создается магнитное поле, которое оказывает воздействие на магнитную стрелку. В дальнейшем было установлено, что магнитное поле создается любыми движущимися телами или зарядами. Магнитное поле, как и электрическое, является одним из видов материи. Магнитное поле обладает энергией. Посредством магнитного поля осуществляется взаимодействие между электрическими токами, движущимися зарядами. Опыт показывает, что характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течёт ток, от расположения проводника и от направления тока. Следовательно, для того чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный ток.

Для исследования электрического поля использовали пробный точечный заряд. Аналогично, для исследования магнитного поля используют рамку с током, размеры которой малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура (рамки с током) в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. Положительное направление нормали определяется по правилу правой руки: четыре пальца правой руки расположить по направлению тока в рамке, отогнутый под прямым углом большой палец укажет направление нормали. Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Рамка устанавливается в магнитном поле так, что её нормаль совпадает с направлением силовых линий магнитного поля.

Магнитным моментом рамки с током называется вектор равный произведению силы тока, текущего по рамке, на вектор площади.

Направление совпадает с направлением. Направлениеопределяется по правилу правой руки.

Т.к. рамка с током испытывает ориентирующее действие поля, то на неё в магнитном поле действует пара сил. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке

так и от свойств рамки

Вектор магнитной индукции, является силовой количественной характеристикой магнитного поля.

Единица измерения магнитной индукции – Тесла

Если в данную точку магнитного поля вносить различные рамки с током, имеющие магнитные моменты p 1 ,p 2 ,…p n , то вращающий момент будет для каждой рамки различным M 1 , M 2 ,…M n , но отношение

для всех рамок одинаково и может служить характеристикой магнитного поля.

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля численно равна максимальному вращающему моменту , действующему на рамку с магнитным моментом равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля. (определяют также с помощью силы Лоренца или силы Ампера).

Направление вектора совпадает с направлением векторав том случае, когда рамка находится в положении равновесия и.

Магнитное поле удобно представлять с помощью силовых линий вектора .Силовой линией вектора называется такая линия, касательная к которой в любой точке совпадает с направлением векторав этой точке. Направление силовых линий вектораопределяется по правилу правой руки. Для прямолинейного проводника: большой палец по направлению тока, согнутые четыре пальца укажут направления силовой линии. Для кругового витка с током: четыре пальца - по направлению тока, большой палец укажет направление силовой линии в центре витка.

Линии магнитной индукции , в отличие от силовых линий вектора, электрического поля, всегда замкнуты и охватывают проводники с током. (Силовые линии вектораначинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, подходят перпендикулярно к поверхности заряда, густота силовых линий характеризует величину поля).

В некоторых случаях наряду с вектором применяют вектор напряженности магнитного поля, который связан с векторсоотношением

µ 0 – магнитная постоянная ; ,

µ - магнитная проницаемость среды - показывает во сколько раз магнитное поле в среде больше (меньше) магнитного поля в вакууме.

где В – магнитное поле в веществе, В 0 – внешнее намагничивающее поле.

Из сравнения векторных характеристик электрического поля (вектора и вектора) и магнитного поля (вектораи) следует, что вектор напряженностиэлектрического поля аналогичен вектору магнитной индукции. И тот и другой определяют силовое действие полей и зависят от свойств среды, в которой создаются поля.

Аналогом вектора электрического смещения является вектор напряженности магнитного поля. Векторописывает магнитное поле макротоков (макротоки – токи, протекающие по проводникам), поэтому не зависит от свойств среды.

(Тесла);

2. Магнитное взаимодействие постоянных токов. Закон Ампера. Сила Лоренца.

2. Взаимодействие токов.

Если в цепь постоянного тока включить два провода, то:

Последовательно включенные параллельные близко расположенные проводники отталкиваются.

Параллельно включенные проводники притягиваются.

3. Механическое воздействие тока.

Магнитная стрелка отклоняется вблизи проводника, по которому течет ток.

Рамка с током поворачивается, если по проводнику пропускается ток.

Магнитное поле. Все указанные экспериментальные факты свидетельствуют о том, что в пространстве, окружающем постоянный магнит или провод с током, возникает магнитное поле, оказывающее силовое воздействие на пробные тела (постоянные магниты или проводники с током). По аналогии с напряженностью электрического поля E можно ввести понятие вектора магнитной индукции В. В каждой точке пространства можно установить направление вектора В, считая по определению, что оно совпадает с направлением от южного к северному полюсу свободно подвешенной в этой точке пространства магнитной стрелки.

Сплошные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции В, называются силовыми линиями магнитного поля.

Как показывают простые опыты, силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. Этим магнитное поле принципиально отличается от электрического поля, силовые линии которого всегда начинаются и

оканчиваются на зарядах. Замкнутость силовых линий магнитного поля есть следствие отсутствия в природе изолированных магнитных полюсов.

Векторные поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми полями. Магнитное поле - вихревое.

Магнитные поля от разных источников в данной точке пространства складываются по правилу сложения векторов (принцип суперпозиции)

Закон Ампера. Пусть проводник с током внесен в область магнитного поля. На этот проводник действует сила, направление и величина которой определяется законом Ампера:

Удобно использовать для определения направления силы Ампера правило левой руки.

Из формулы закона Ампера следует, что сила Ампера достигает максимального значения Fмакс при q=p/2 , т. е. когда проводник расположен перпендикулярно вектору магнитной индукции.

Величина вектора магнитной индукции B определяется как отношение F макс /Idl ; иными словами,

Единица магнитной индукции определяется из этой формулы и равна магнитной индукции такого однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м действует сила 1 Н при силе тока в проводнике 1 А: [B] = Н/(А·м) = Тл (тесла).

Сила Лоренца. На точечный электрический заряд q , движущийся со скоростью v в магнитном поле индукцией В, действует со стороны поля сила Лоренца

Движение заряженной частицы в магнитном поле. Пусть начальная скорость v заряженной частицы направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции В постоянного поля. Сила Лоренца F Л = qvB направлена перпендикулярно обоим векторам v B и поэтому не изменяет модуля скорости частицы, а следовательно, сама постоянна. По закону Ньютона центростремительное ускорение, создаваемое постоянной по величине силой, направленной перпендикулярно скорости частицы, заставляет частицу двигаться по окружности.

(13.2)

Циклическая частота вращения заряда по окружности (циклотронная частота)

(13.3)

Следует обратить внимание, что эта частота не зависит от скорости частицы.

В общем случае, когда начальная скорость частицы не перпендикулярна магнитной индукции, частица движется по винтовой линии (траектория навивается на силовые линии поля).

Эффект Холла. Отклонение частиц в магнитном поле позволяет доказать на опыте, что носителями заряда при прохождении тока через металлический проводник являются отрицательно заряженные электроны.

Суть эффекта Холла заключается в том, что если поместить проводник во внешнее однородное магнитное поле, то между противоположными боковыми поверхностями проводника, перпендикулярными силовым линиям поля, возникнет небольшая разность потенциалов. Она обусловлена тем, что носители тока в проводнике отклоняются в противоположные стороны (в зависимости от знака заряда), и происходит нарушение баланса зарядов на противоположных поверхностях. Очевидно, что знаки зарядов-носителей определяют знак разности потенциалов U Холл. Опыт убедительно подтверждает, что носителями тока являются именно электроны, а не какие-то положительно заряженные частицы.

3. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Био-Савара-Лапласа как результат обобщения экспериментальных данных и как следствие теории относительности.

Магнитная индукция поля, создаваемая элементом проводника, по которому течёт ток? , в некоторой точке А , положение которой относительно элемента определяется радиус-вектором, находится по закону Био-Савара-Лапласа:

- закон Био-Савара-Лапласа

(в векторной форме)

Т.к. в законе Био-Савара-Лапласа имеется векторное произведение , то вектор

Должен быть перпендикулярен плоскости векторов и. Направление векторапо правилу правой руки.

Модуль (величина) вектора равен

- закон Био-Савара-Лапласа

(в скалярной форме)

где α – угол между и.

Принцип суперпозиции полей:

Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами (или движущимися зарядами), равна геометрической (векторной) сумме магнитных индукций, создаваемых каждым током в отдельности.

4. Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитного поля бесконечного линейного тока.

Применение закона Био-Савара-Лапласа к расчету магнитных полей.

а) Магнитное поле прямого тока

; ;

Поскольку индукция, создаваемая различными элементарными участками, на которые мы разбили проводник, в данной точке имеет одинаковое направление, мы можем геометрическое суммирование векторов заменить скалярным суммированием:

- магнитная индукция прямолинейного проводника конечной длины.

– напряженность магнитного поля проводника конечной длины.

В случае бесконечно длинного проводника

б) Магнитное поле в центре кругового проводника с током

α = 90°; sin α = 1.

5. Магнитное поле на оси кругового проводника с током. Магнитное поле в центре кругового проводника с током.

Рассмотрим поле, создаваемое током I , текущим по тонкому проводу, имеющему форму окружности радиуса R (рис. 1.7).

Определим магнитную индукцию на оси проводника с током на расстоянии х от плоскости кругового тока. Векторы перпендикулярны плоскостям, проходящим через соответствующиеи. Следовательно, они образуют симметричный конический веер. Из соображения симметрии видно, что результирующий векторнаправлен вдоль оси кругового тока. Каждый из вектороввносит вклад равный, авзаимно уничтожаются. Но,, а т.к. угол междуиα – прямой, тотогда получим

Подставив в (1.6.1) и, проинтегрировав по всему контуру, получим выражение для нахождениямагнитной индукции кругового тока :

Заметим, что в числителе (1.6.2) – магнитный момент контура. Тогда, на большом расстоянии от контура, при, магнитную индукцию можно рассчитать по формуле:

Силовые линии магнитного поля кругового тока хорошо видны в опыте с железными опилками (рис. 1.8).

6. Вихревой характер магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряжённости магнитного поля и вектора индукции магнитного поля. Применение закона полного тока для магнитного поля в вакууме

Линии магнитной индукции непрерывны : они не имеют ни начала, ни конца. Это имеет место для любого магнитного поля, вызванного какими угодно контурами с током. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили названиевихревых полей. Мы видим, что магнитное поле есть вихревое поле. В этом заключается существенное отличие магнитного поля от электростатического. Теорема о циркуляции магнитного поля - одна из фундаментальных теорем классическойэлектродинамики, сформулированная Андре Мари Ампером в 1826 году. В 1861 году Джеймс Максвелл снова вывел эту теорему, опираясь на аналогии с гидродинамикой, и обобщил ее (см. ниже). Уравнение, представляющее собой содержание теоремы в этом обобщенном виде, входит в число уравнений Максвелла. (Для случая постоянных электрических полей - то есть в принципе в магнитостатике - верна теорема в первоначальном виде, сформулированном Ампером и приведенном в статье первым; для общего случая правая часть должна быть дополнена членом с производной напряженности электрического поля по времени - см. ниже). Теорема гласит :

Эта теорема, особенно в иностранной или переводной литературе, называется также теоремой Ампера илизаконом Ампера о циркуляции (англ. Ampère’s circuital law). Последнее название подразумевает рассмотрение закона Ампера в качестве более фундаментального утверждения, чем закон Био - Савара - Лапласа, который в свою очередь рассматривается уже в качестве следствия (что, в целом, соответствует современному варианту построения электродинамики).

Для общего случая (классической) электродинамики формула должна быть дополнена в правой части членом, содержащим производную по времени от электрического поля (см. уравнения Максвелла, а также параграф «Обобщение» ниже). В таком дополненном виде она представляет собой четвёртое уравнение Максвелла в интегральной форме.

7. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.

На проводник с током в магнитном поле действуют силы, которые определяются с помощью закона Ампера. Если проводник не закреплен (например, одна из сторон контура сделана в виде подвижной перемычки, рис. 1), то под действием силы Ампера он в магнитном поле будет перемещаться. Значит, магнитное поле совершает работу по перемещению проводника с током. Для вычисления этой работы рассмотрим проводник длиной l с током I (он может свободно двигаться), который помещен в однородное внешнее магнитное поле, которое перпендикулярно плоскости контура. Сила, направление которой определяется по правилу левой руки, а значение - по закону Ампера, рассчитывается по формуле Под действием данной силы проводник передвинется параллельно самому себе на отрезок dx из положения 1 в положение 2. Работа, которая совершается магнитным полем, равна так как l dx=dS - площадь, которую пересекает проводник при его перемещении в магнитном поле, BdS=dФ - поток вектора магнитной индукции, который пронизывает эту площадь. Значит, (1) т. е. работа по перемещению проводника с током в магнитном поле равна произведению силы тока на магнитный поток, пересеченный движущимся проводником. Данная формула справедлива и для произвольного направления вектора В . Рассчитаем работу по перемещению замкнутого контура с постоянным током I в магнитном поле. Будем считать, что контур М перемещается в плоскости чертежа и в результате бесконечно малого перемещения перейдет в положение М", изображенное на рис. 2 штриховой линией. Направление тока в контуре (по часовой стрелке) и магнитного поля (перпендикулярно плоскости чертежа - за чертеж или от нас) дано на рисунке. Контур М условно разобьем на два соединенных своими концами проводника: AВС и CDА. Работа dA, которая совершается силами Ампера при иссследуемом перемещении контура в магнитном поле, равна алгебраической сумме работ по перемещению проводников AВС (dA 1) и CDA (dA 2), т. е. (2) Силы, которые приложенны к участку CDA контура, образуют острые углы с направлением перемещения, поэтому совершаемая ими работа dA 2 >0. .Используя (1), находим, эта работа равна произведению силы тока I в нашем контуре на пересеченный проводником CDA магнитный поток. Проводник CDA пересекает при своем движении поток dФ 0 сквозь поверхность, выполненную в цвете, и поток dФ 2 , который пронизывает контур в его конечном положении. Значит, (3) Силы, которые действуют на участок AВС контура, образуют тупые углы с направлением перемещения, значит совершаемая ими работа dA 1 <0. Проводник AВС пересекает при своем движении поток dФ 0 сквозь поверхность, выполненную в цвете, и поток dФ1, который пронизывает контур в начальном положении. Значит, (4) Подставляя (3) и (4) в (2), найдем выражение для элементарной работы: где dФ 2 -dФ 1 =dФ" - изменение магнитного потока сквозь площадь, которая ограничена контуром с током. Таким образом, (5) Проинтегрировав выражение (5), найдем работу, которая совершается силами Ампера, при конечном произвольном перемещении контура в магнитном поле: (6) значит, работа по перемещению замкнутого контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока в контуре на изменение магнитного потока, сцепленного с контуром. Выражение (6) верно для контура любой формы в произвольном магнитном поле.

8. Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля.

Магнитный момент витка с током это физическая величина, как и любой другой магнитный момент, характеризует магнитные свойства данной системы. В нашем случае систему представляет круговой виток с током. Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем. Это может быть как поле земли, так и поле постоянного или электромагнита.

Рисунок - 1 круговой виток с током

Круговой виток с током можно представить в виде короткого магнита. Причем этот магнит будет направлен перпендикулярно плоскости витка. Расположение полюсов такого магнита определяется с помощью правила буравчика. Согласно которому северный плюс будет находиться за плоскостью витка, если ток в нем будет двигаться по часовой стрелке.

Рисунок- 2 Воображаемый полосовой магнит на оси витка

На этот магнит, то есть на наш круговой виток с током, как и на любой другой магнит, будет воздействовать внешнее магнитное поле. Если это поле будет однородным, то возникнет вращающий момент, который будет стремиться развернуть виток. Поле буде поворачивать виток так чтобы его ось расположилась вдоль поля. При этом силовые линии самого витка, как маленького магнита, должны совпасть по направлению с внешним полем.

Если же внешнее поле будет не однородным, то к вращающему моменту добавится и поступательное движение. Это движение возникнет вследствие того что участки поля с большей индукцией будут притягивать наш магнит в виде витка больше чем участки с меньшей индукцией. И виток начнет двигаться в сторону поля с большей индукцией.

Величину магнитного момента кругового витка с током можно определить по формуле.

Между движущимися электрическими зарядами имеется особый вид взаимодействия: например, два параллельных одинаково направленных тока притягиваются, а два противоположно направленных - отталкиваются. Форма материи, посредством которой взаимодействуют движущиеся заряды, называется магнитным полем. Магнитное поле образуется вокруг любого движущегося заряда или проводника с током и количественно характеризуется напряженностью поля - векторной величиной, численное значение которой связывается с формой проводника и силой тока. Направление вектора напряженности поля соответствует направлению северного полюса магнитной стрелки, помещенной в данную точку поля. Магнитное поле условно изображают силовыми линиями - воображаемыми кривыми, построенными так, что касательные к ним в любой точке указывают направление вектора напряженности поля в соответствующей точке.

Для практического использования магнитное поле образуют с помощью катушки, обтекаемой током и имеющей железный сердечник, который значительно усиливает поле. В соответствии с характером тока магнитное поле может быть постоянным или переменным. Постоянный электромагнит применяют, например, для удаления из глаза железных осколков (см. Магниты глазные).

В экспериментах установлено, что магнитное поле, как постоянное, так и переменное, действует на биохимические процессы, а также оказывает определенное влияние и на весь организм. С лечебной целью магнитное ноле пока широко не применяется.

Если проводник или контур находятся под действием магнитного поля, изменяющегося по напряженности или направлению, то в них возникает электродвижущая сила, а в замкнутом контуре образуется ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а образующийся при этом ток - индукционным.

Электродвижущая сила (ЭДС) индукции возникает также в проводниках с током при изменении величины или направления тока, так как образуемое этим током магнитное поле соответственно изменяется по напряженности или направлению. Это явление называется самоиндукцией. Электродвижущая сила самоиндукции в свою очередь влияет на ток, протекающий в проводнике, что должно соответствующим образом учитываться. Самоиндукция имеет большое значение в цепях переменного тока.

Электромагнитная индукция происходит также и в сплошной массе проводника, например в массе раствора электролита, помещенного в соответствующим образом изменяющееся магнитное поле. Индукционный ток в этом случае представляют в виде круговых токов, замыкающихся в массе проводника в плоскостях, перпендикулярных силовым линиям поля. Эти токи называют вихревыми (токи Фуко).

Организация исследовательской деятельности учащихся при изучении темы: «Электромагнитные явления» по физике в восьмом классе основной школы в свете требований ФГОС к результатам освоения ООП

Быстрое накопление знаний, приобретаемых

при слишком малом самостоятельном участии, не очень плодотворны.

Ученость также может родить лишь листья, не давая плодов.

Лихтенберг

ФГОС основного общего образования утвержден приказом Министерства образования и науки РФ от 17 декабря 2010 г. №1897.

Принципиальное отличие ФГОС второго поколения - ориентация на результат, который предполагает развитие личности на основе освоения универсальных способов деятельности.

Требования к результатам освоения основной образовательной программы (ООП)

(личностные, метапредметные, предметные)

Личностные – воспитание гражданской идентичности, готовности к самообразованию, формирование целостного мировоззрения, коммуникативной компетентности, толерантности, освоение социальных норм, правил безопасного поведения и т.д.

• Метапредметные – определять цели обучения, планировать пути их достижения, оценивать правильность выполнения учебной задачи, владеть основами самоконтроля, смысловое чтение, ИКТ-компетенции и т.д.
• Предметные - цели-результаты по предметным областям и предметам (опыт деятельности специфической для данной предметной области, система основополагающих элементов научного знания )

Хотя обязательное введение ФГОС для основной школы еще не наступило, необходимо уже сегодня перестраивать свою работу таким образом, чтобы создавать условия для формирования у учащихся:

• Универсальных учебных действий
• ИКТ-компетентности
• Основы учебно-исследовательской и проектной деятельности
• Основы смыслового чтения и работы с текстом

Универсальные учебные действия представляют собой систему действий обучающегося, обеспечивающую способность к самостоятельному усвоению новых знаний и умений, включая организацию учебной деятельности.

Компетентностный подход ФГОС делает акцент на деятельностном содержании образования. В этом случае основным содержанием обучения являются действия, операции , соотносящиеся не столько с объектом приложения усилий, сколько с проблемой, которую нужно разрешить. В учебных программах деятельностное содержание образования отражается в акценте на способах деятельности, умениях и навыках , которые необходимо сформировать, на опыте деятельности , который должен быть накоплен и осмыслен учащимися, и на учебных достижениях , которые учащиеся должны продемонстрировать.

Реализация компетентностного подхода невозможна без получения глубоких знаний, так как важнейшим признаком компетентностного подхода является способность обучающегося к самообучению в дальнейшем. Компетентностный подход не отрицает, но изменяет роль знаний. Знания полностью подчиняются умениям. В содержание обучения включаются только те знания, которые необходимы для формирования умений. Все остальные знания рассматриваются как справочные, они хранятся в справочниках, энциклопедиях, Интернете и др., а не в головах учащихся. В то же время, учащийся должен при необходимости уметь быстро и безошибочно воспользоваться всеми этими источниками информации для разрешения тех или иных проблем.

Таким образом, компетентностный стандарт – это стандарт результатов образования.

Компетенция – готовность человека к мобилизации знаний, умений и внешних ресурсов для эффективной деятельности в конкретной жизненной ситуации.

Предлагаю в качестве конкретного примера попытки осуществления компетентностного подхода в обучении, т.е. освоение обучающимися основ учебно-исследовательской деятельности на основе реального предметного эксперимента, организацию учебно-исследовательской деятельности при изучении темы: «Электромагнитные явления» по физике в восьмом классе основной школы. В основе организации данной учебно-исследовательской деятельности учащихся предполагалось учитывать следующие принципы:

• Создание внутренней мотивации к процессу учения на основе возбуждения интереса к изучаемому предмету
• — Деятельностный подход на основе активизации индивидуальной познавательной самостоятельности
• — Проблемное обучение
• Принцип успешности обучения
• Возможность определения объёма содержания и уровня сложности предметного материала самим обучающимся

На изучение данной темы в восьмом классе основной школы отводится семь часов. Предусмотрено проведение демонстрационных и фронтальных экспериментов; выполнение одной лабораторной работы: «Сборка электромагнита и испытание его действия».

Материал темы «Электромагнитные явления», на мой взгляд, дает возможность не просто проводить различные опыты, а организовать исследовательскую деятельность учащихся на основе использования экспериментальных заданий на всех уроках по данной теме.

Организация такой деятельности является достаточно трудоемким процессом, но далеко не напрасным. Ведь известно, что умелое проведение эксперимента является вершиной изучения физических явлений, так как требует глубоких теоретических знаний, навыков правильного обращения с приборами, умения построения графиков и грамотного расчета, умения оценивать погрешность опыта, умения анализировать и делать выводы.

Научиться всему этому можно только тогда, когда принимаешь непосредственное участие в практической деятельности. Поэтому, чем чаще учащиеся будут обращаться к экспериментальным заданиям, тем выше будет качество их знаний, так как приобщение к исследовательской деятельности, возможность что-то сделать своими руками развивает к тому же интерес к предмету и помогает лучше его усвоить. Таким образом, на уроках физики создается реальная возможность формирования универсальных умений и навыков, которые учащиеся могут применить и на других предметах, и во внеучебных, жизненных ситуациях.

Экспериментальные задания, предлагаемые при изучении данной темы в базовом восьмом классе, не являются сложными. Они не основаны на установлении количественных закономерностей и требуют лишь качественного объяснения. Но это ничуть не умаляет их достоинств. Выполнение таких заданий в большей степени требует от учащихся проявлять самостоятельность, развивает умение анализировать свою работу и делать выводы, что пока для восьмиклассников представляет определенную трудность. И, конечно, выполнение таких заданий развивает навык работы с приборами и поддерживает интерес учащихся к изучению электромагнитных явлений. Предлагаемые экспериментальные задания не являются чем-то новым, они общеизвестны. Но при этом некую новизну им придает характер их использования. Так же от учащихся требуется помимо выполнения непосредственного экспериментального задания, самостоятельное теоретическое объяснение его на основе изучения текста учебника. Предлагается рассмотреть и представить по желанию дополнительный материал по данной теме из других источников. На каждом уроке учащиеся имеют возможность афишировать приобретенные знания. Развитию коммуникативных способностей способствует работа учащихся в паре и группе. Конечно, успешное изучение данной темы посредством учебно-исследовательской деятельности, должно предваряться систематическим обращением к выполнению различных классных и домашних экспериментальных заданий.

Поурочное распределение материала темы «Электромагнитные явления»

1. Постоянный магнит и проводник с током.

2. Магнитное поле на бумаге.

3. Сравнение магнитного поля соленоида и постоянного магнита.

4. Вездесущие электромагниты.

5. Проводник с током в магнитном поле.

6. Катушка с током в магнитном поле.

7. Электромагнитный мир.

Экспериментальная и методическая поддержка темы.

1. Лабораторное оборудование: постоянные магниты, компас, мелкие металлические тела, источник тока, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ, компас, железные опилки, плотный лист бумаги, проволочный виток, соленоид, металлические сердечник и скрепка, динамометр, модель электродвигателя.

2. Раздаточный материал (ход экспериментальных исследований)

3. Компьютерная поддержка уроков. Используются готовые продукты: «Образовательный комплекс «Подготовка К ЕГЭ 10-11 класс», «Физика в картинках».

УМК учащихся

• А.В. Перышкин. Физика 8. Дрофа. М. 2002
• Г.Н. Степанова, А.П. Степанов. Сборник вопросов и задач по физике. Основная школа. «Валери СПД» СПб. 2001

Содержание уроков

Урок №1

Постоянный магнит и проводник с током.

Цель урока.

Ввести понятие магнитного поля.

Задачи урока:

• убедиться в том, что магнитное поле образуется вокруг постоянного магнита и проводника с током;
• выяснить, можно ли обнаружить магнитное поле с помощью органов чувств;
• имеет ли магнитное поле направление, и можно ли усилить или ослабить его действие.

Ход урока.

Постановка цели урока.

Электрические явления уже достаточно подробно рассмотрены. Приступаем к изучению явлений магнитных и постараемся убедиться в том, что эти явления взаимосвязаны и что новая тема не случайно носит название «Электромагнитные явления». По мере изучения этой темы будем вести исследовательский дневник. Разделим его пополам. В одной половине будут представлены результаты опытов, в другой - их теоретические объяснения. На последнем уроке проведем конкурс дневников.

Вы уже не раз собирали электрические цепи и знакомились с особенностями протекания в них электрического тока, и не раз в своей жизни пользовались постоянными магнитами. Давайте выясним, есть ли что-то общее у постоянного магнита и проводника с током?

Что вы знаете из своего жизненного опыта о свойствах постоянных магнитов? Уточним ваши знания с помощью опыта.

Экспериментальное исследование №1

Постоянный магнит

Цель исследования : определить, какими свойствами обладает постоянный магнит.

Оборудование: постоянный магнит, компас, мелкие металлические тела.

Ход исследования .

1. Поднесите постоянный магнит по очереди к карандашу, резинке и к разным металлическим телам.

Понаблюдайте, что будет происходить.

2. Добейтесь максимально возможного притяжения тел магнитом.

Обратите внимание на то, к каким частям магнита притянулись эти тела.

3. Поднесите магнитную стрелку с разных сторон к магниту.

Понаблюдайте за поведением стрелки компаса.

4. По результатам ваших наблюдений сформулируйте основные свойства постоянного магнита.

Проводник с током

Цель исследования : выяснить, что объединяет постоянный магнит и проводник с током.

Ход исследования .

1. С помощью органов чувств исследуйте пространство вокруг постоянного магнита и вокруг какого-нибудь тела (линейки, карандаша).

2. С помощью компаса исследуйте пространство вокруг постоянного магнита и вокруг какого-нибудь тела (линейки, карандаша).

Сделайте вывод о результатах вашего опыта.

3. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, реостата, амперметра, ключа и соединительных проводов, соединив все элементы последовательно:

• Расположите любой соединительный провод над стрелкой компаса параллельно его стрелке на небольшом расстоянии, не замыкая цепи (компас лежит на столе). Отклоняется ли при этом стрелка компаса?
• Замкните цепь, пронаблюдайте, что произойдет со стрелкой компаса.
• Уберите компас, разомкните цепь. Попробуйте определить с помощью органов чувств, меняется ли что-либо при замыкании цепи.

4.Сделайте вывод по результатам исследования.

(Постоянный магнит и проводник с током взаимодействуют с магнитной стрелкой)

Работа с учебником . (компьютерная модель опыта Эрстеда)

• Кто и когда впервые произвел опыт с проводником с током и магнитной стрелкой?
• Что же действовало в нашем исследовании на магнитную стрелку, отклоняя ее?
• Как теперь можно ответить на вопрос: что объединяет постоянный магнит и проводник с током?

Можно ли обнаружить магнитное поле с помощью органов чувств?

А как его можно обнаружить?

Итог урока.

Обнаружен объект невидимка. Какой? Где? С помощью чего? Что о нем стало известно?

Домашнее задание

Используя материал 56 и 59 параграфов учебника, дайте теоретическое объяснение результатам ваших опытов.

Урок №2

Магнитное поле на бумаге.

Цель урока .

Познакомить с графическим способом изображения магнитных полей.

Задачи урока.

• Выяснить, имеет ли магнитное поле направление и можно ли усилить или ослабить его действие.
• Ввести понятие магнитных линий.
• Выяснить, какую роль играют железные опилки
• Рассмотреть картину магнитных линий постоянного магнита и проводника с током.

Ход урока

Постановка цели урока.

Узнали о существовании магнитного поля. Оказывается, физики давно научились изображать на бумаге объект невидимку, пользуясь определенными правилами. Давайте выясним, что послужило основой для создания этих правил и как можно изображать магнитные поля на бумаге. Для этого опять проведем экспериментальные исследования, но сначала вспомним, что уже знаем о магнитном поле, и определим, что еще предстоит узнать.

Афиширование дневников. Сравнение и уточнение выводов. Внесение дополнений. Обсуждение гипотезы Ампера. Главный вывод: магнитное поле образуется вокруг движущихся электрических зарядов.

Итак, можно ли обнаружить магнитное поле с помощью органов чувств? Какой еще объект нельзя обнаружить с помощью органов чувств? Что является его источником?

Вернемся к полю магнитному. Как же его можно обнаружить? Достаточно ли этих знаний для того, чтобы изображать магнитное поле на бумаге? Что о нем нужно знать еще?

Можно ли ослабить или усилить его действие?

Имеет ли оно направление?

Для ответа на эти вопросы проведем следующее исследование.

Экспериментальное исследование №3

Магнитное поле

Цель исследования : выяснить, имеет ли магнитное поле направление и можно ли усилить или ослабить его действие.

Оборудование: постоянный магнит, источник тока, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ, компас.

Ход исследования

1.Поднесите компас с разных сторон к постоянному магниту.

Одинаково ли ведет себя стрелка компаса?

2.Установите стрелку компаса вблизи краев магнита и посередине его. Понаблюдайте за поведением стрелки в каждом случае.

3.Подберите расстояние, на котором постоянный магнит не действует на стрелку. Добавьте к нему еще один магнит. Понаблюдайте, что произойдет.

4.Проделайте несколько раз опыт Эрстеда, меняя направление и силу тока в проводнике. Понаблюдайте за поведением стрелки компаса в каждом случае.

5. Запишите выводы по результатам исследования.

Итак, магнитное поле может действовать сильнее или слабее, и в разных направлениях. Следовательно, оно может быть слабым или сильным и имеет направление. И все это нужно учесть при изображении его на бумаге.

Так как магнитная стрелка в магнитном поле ориентируется определенным образом, то логично было бы связать направление магнитного поля с определенным направлением магнитной стрелки.

Физики так и поступили, и за направление магнитного поля приняли направление, совпадающее с направлением, которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Так же они договорились изображать магнитное поле с помощью линий, вдоль которых располагаются оси маленьких магнитных стрелок. Назовем их магнитными линиями. Направление магнитных линий в каждой точке поля совпадает с направлением, которое указывает северный полюс магнитной стрелки. Определить характер расположения магнитных линий помогли обыкновенные железные опилки. Почему? Давайте выясним!

Экспериментальное исследование №4

Железные опилки

Цель исследования: выяснить, какую роль играют железные опилки при изучении магнитного поля.

Оборудование: постоянный магнит, железные опилки, плотный лист бумаги.

Ход исследования

1. Положите лист бумаги на карандаш. Насыпьте на бумагу железные опилки. Аккуратно постучите по листу бумаги. Понаблюдайте, что будет происходить.
2. Повторите свои действия, взяв вместо карандаша постоянный магнит.
3. Аккуратно переверните магнит под листом бумаги, не трогая опилки.
4. Сравните густоту расположения железных опилок.
5. Сделайте вывод о поведении железных опилок в магнитном поле.
   Работа с учебником.
   Что общего в расположении магнитных линий постоянного магнита и проводника с током?
   Как можно изменить направление магнитных линий проводника с током и постоянных магнитов?
   Демонстрация и обсуждение видеосюжета: магнитные линии прямого проводника с током.
   Продолжение исследования №4.
6. Получите картину магнитных линий между одноименными полюсами магнитов.
7. Направьте магниты разноименными полюсами друг к другу.
8. Понаблюдайте, что при этом произойдет.
9. Объясните свои наблюдения.

Итог урока.

С помощью чего изображают графически магнитные поля? Правила, по которым получают картины различных магнитных полей, условны или основаны на опыте (демонстрация компьютерных моделей)?

Домашнее задание

• Используя материал 56 и 57 параграфов учебника, внесите нужные на ваш взгляд дополнения в дневники по содержанию урока.
• Из сборника задач выполните №1849 и № 1880.

Урок №3

Сравнение магнитного поля соленоида и постоянного магнита.

Цель урока:

исследовать и сравнить магнитное поле катушки с током

с магнитным полем постоянного магнита.

Задачи урока:

выяснить, при каких условиях вокруг проволочной катушки образуется магнитное поле;

от чего зависит картина магнитного поля соленоида.

Ход урока.

Магнитные поля можно изображать графически. Как?

Попробуем теперь по известной картине магнитного поля предсказать его свойства. Свои выводы проверим опытным путем. Для этого сравним картину магнитного поля катушки с током (соленоида) с картиной магнитного поля полосового магнита.

Демонстрация компьютерной модели (диск: «Физика в картинках»):

изображение магнитных полей постоянного магнита и соленоида.

Анализ модели.

Сравнивая густоту магнитных линий у обоих тел можно выделить …(полюса)

И у постоянного магнита, и у соленоида есть еще область, где магнитное поле …(однородно)

Итак, в данном случае, картины магнитных полей полосового магнита и катушки с током …(одинаковы). Будут ли их свойства одинаковы?

Всегда ли картины этих полей будут аналогичны?

Проведем экспериментальное исследование.

Экспериментальное исследование №5

Соленоид

Цель исследования:

• проверить, будут ли одинаковыми свойства магнитных полей полосового магнита и соленоида;
• выяснить, как можно изменить свойства магнитного поля соленоида.

Оборудование: источник тока, проволочный виток, соленоид, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ, компас, металлический сердечник.

Ход исследования

1.Опыты с проволочным витком:

• С помощью имеющегося оборудования создайте у проволочного витка магнитное поле (используйте все приборы, которые можно включить в электрическую цепь).
• Убедитесь, что оно есть. Определите его направление.
• Определите, есть ли полюса у витка с током.
• Сделайте вывод о характере магнитного поля витка с током.
• Поменяйте направление тока в витке.
• Выясните, изменилось ли его магнитное поле?

2.Опыты с соленоидом:

• Повторите опыты, взяв вместо витка катушку (соленоид).

• Изменился ли характер магнитного поля?
• Используя реостат, усильте магнитное поле соленоида.
• Убедитесь в том, что оно стало сильнее.
• Вставьте металлический сердечник в соленоид.
• Определите, как при этом изменился характер магнитного поля соленоида.

3.Сделайте вывод по результатам исследования в соответствие с его целью.

Итог урока.

Возвращение к компьютерной модели.

Так всегда ли картины магнитных полей постоянного магнита и соленоида будут одинаковы?

Объяснение меняющихся на слайде картин магнитных линий соленоида.

Можем ли мы так же легко менять картину магнитных линий полосового магнита?

Постоянные магниты можно ли также назвать естественными магнитами. А соленоид? (искусственный магнит). Создан такой магнит с помощью электрического тока. Поэтому такие магниты называются еще электромагнитами.

Домашнее задание:

• Узнайте, кто и когда изобрел первый электромагнит, где сегодня применяются электромагниты, найдя информацию в учебнике или других источниках (параграф № 58).
• Так же предложите свои способы использования электромагнитов.
• Из сборника задач выполните № 1895.

Урок №4

Вездесущие электромагниты.

Цель урока : рассмотреть применение электромагнитов.

Задачи урока:

• выяснить, как можно управлять электромагнитами
• разобрать конкретные случаи применения электромагнитов
• определить преимущества электромагнитов перед постоянными магнитами

Ход урока

1.Постановка цели урока.

Выполняя домашнее задание, наверняка убедились, что электромагниты нашли очень широкое применение. Давайте выясним, почему это стало возможным, и на конкретных примерах определим преимущества электромагнитов.

Начнем с разбора домашней задачи. Что предлагалось исследовать в этой задаче? Какие вы можете предложить способы исследования. Давайте теперь проведем аналогичное исследование.

Экспериментальное исследование №6

Электромагниты

Цель исследования : выяснить, как зависит сила взаимодействия электромагнита с металлической скрепкой от силы тока в его обмотке.

Оборудование: источник тока, соленоид, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ, металлические сердечник и скрепка, динамометр.

Ход исследования

1.Составьте план исследования.

2.Проведите его.

3.Сделайте вывод по результатам вашего исследования в соответствие с его целью (предполагается анализ графического представления результатов исследования).

Работа в группах.

1. Сообщите о результатах ваших исследований.
2. Приведите известные вам примеры применения электромагнитов.
3. Приведите свои примеры применения электромагнитов.
4. Объясните действия электромагнитов, рассмотренных в задании №9 учебника. (Сопровождаются демонстрацией или видеосюжетом.)
5. Дайте объяснение возможности широкого применения электромагнитов.

Итог урока.

Урок назывался: «Вездесущие электромагниты». Оправдал ли он свое название? Аргументируйте свой ответ. Запишите кратко свои аргументы.

Домашнее задание.

• Убедитесь, что в вашем дневнике все в порядке.
• Выполните упражнение № 28 учебника.
• Из сборника задач выполните № 1905 и № 1907.

Урок №5

Проводник с током в магнитном поле.

Цель урока : рассмотреть действие магнитного поля на проводник с током.

Задачи урока:

• Выяснить, что будет происходить с проводником с током, если его внести в магнитное поле.
• Определить от чего зависит модуль и направление силы Ампера.
• Выяснить, как можно заставить поворачиваться виток с током в магнитном поле.

Ход урока

Разбор и корректировка домашнего задания.

Афиширование дневников и выполненных заданий.

Постановка цели урока.

Использование магнитного поля не ограничивается только работой электромагнитов. Все вы знаете об использовании электрических двигателей. Настала пора разобраться, как они работают. Для этого необходимо выяснить, как ведет себя проводник с током в магнитном поле.

Проведем опыты.

Экспериментальное исследование №7

Проводник с током в магнитном поле

Цель исследования : выяснить, что происходит с проводником с током в магнитном поле.

Оборудование: источник тока, проволочный виток, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ, постоянный дугообразный магнит.

Ход исследования

1. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, реостата, амперметра, проволочного витка, ключа и соединительных проводов, соединив все элементы последовательно.

• Соберите электрическую цепь по этой схеме.
• Наденьте виток на постоянный магнит.
• Замкните цепь. Пронаблюдайте, что при этом будет происходить с витком.
• Повторите опыты, изменив положение магнита.
• Повторите опыты, используя два магнита, сложенные вместе одноименными полюсами.
• Пронаблюдайте, какие изменения произойдут.
• Повторите опыты, меняя по очереди направление и силу тока в витке.
• Сделайте вывод о том, что и как происходит с витком с током в магнитном поле.
• Попробуйте заставить виток с током поворачиваться в магнитном поле.
• Объясните, как вы этого добились.
• Расскажите о своих наблюдениях и выводах (показ демонстраций с прямым проводником с током в магнитном поле).

Итог урока.

• Итак магнитное поле можно обнаружить не только по его действию на магнитную стрелку, но и по действию на ….? Модуль и направление силы, действующая на проводник с током в магнитном поле зависит от…? Действие магнитного поля на помещенный в него проводник с током используется в электрических двигателях. На следующем уроке познакомимся подробнее с их устройством.

Домашнее задание.

• Используя материал 61 параграфа, объясните ход опытов, изображенных на рисунках 113 и 114 учебника;
• приведите примеры применения электрических двигателей;
• узнайте, кто и когда изобрел первый электрический двигатель, пригодный для практического применения.
• Не забывайте о своих дневниках!

Урок №6

Катушка с током в магнитном поле

Цель урока: Рассмотреть устройство и принцип работы электрических двигателей и электроизмерительных приборов.

Задачи урока:

• Выяснить, как практически можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле.
• Рассмотреть устройство технического электродвигателя.
• Определить преимущества электрических двигателей перед тепловыми.
• Рассмотреть устройство электроизмерительных приборов.

Ход урока

Разбор, корректировка домашнего задания и постановка цели урока.

Выяснили, что магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током. И как уже убедились, может даже его поворачивать!

Приведите примеры применения электрических двигателей. Вспомните, к чему приводит их действие. Как вы думаете, какой характер движения проводника с током используется в электрических двигателях?

Давайте выясним, как же можно заставить вращаться проводник с током в магнитном поле? И познакомимся, наконец, с устройством технических электродвигателей и других приборов, в которых используется вращение

проводника с током в магнитном поле.

Вспомним, почему виток с током поворачивался в магнитном поле. Что нужно предпринять, чтобы он не просто поворачивался, а еще и вращался?

Экспериментальное исследование №8

Цель исследования : выяснить, как технически осуществляется вращение рамки с током в магнитном поле.

Оборудование: модель электрического двигателя.

1. Сформулируйте условия, при которых рамка с током будет вращаться в магнитном поле.

2. Рассмотрите модель электродвигателя (демонстрация видеосюжета).

3. Назовите устройства позволяющие рамке с током вращаться в магнитном поле и объясните, как они действуют.

Работа с учебником.

1.Заполнить таблицу.

2. Определите преимущества электрических двигателей перед тепловыми.

3. Выполните задание №11 учебника.

Итог урока.

Афиширование заполненных таблиц. Разбор предложенных заданий. Убедились, что вращение проводника с током в магнитном поле достаточно широко используется.

Определите, что общего и в чем различие в работе электрических двигателей и электроизмерительных приборов.

Домашнее задание.

• Из сборника задач выполните №1920 и №1928.

• Подготовьте исследовательские дневники к проверке.
• Произведите итоговый сбор аргументов, выступающих в качестве доказательств того, что изученная тема не случайно носит название: «Электромагнитные явления».
• С помощью учебника (параграф №60) и дополнительных источников соберите сведения о магнитном поле Земли.

Урок №7

Электромагнитный мир.

Цель урока : обобщить и систематизировать материал темы: «Электромагнитные явления»

Задачи урока:

• Организовать аналитическую деятельность учащихся.
• Проверить степень усвоения учащимися материала темы.

Ход урока

Урок проводится в форме соревнования между учащимися, разбитыми на три большие группы, каждая из которых делится в свою очередь на экспериментаторов, теоретиков и экспертов.

·Выполнение заданий.

1.Экспериментаторы готовят с помощью предложенного оборудования демонстрацию электромагнитных явлений.

2.Теоретики готовятся к высказыванию аргументов по материалу домашнего задания.

3.Эксперты оценивают исследовательские дневники членов команды и выбирают лучшие из них.

·Афиширование выполненных заданий.

1.Команды по очереди представляют свои аргументы, в том числе демонстрируют и опытные доказательства.

2.Организуется выставка лучших дневников.

·Проверочные задания.

1.Разыгрывается «пирамида».

2.Проводится тестирование.

«Пирамида»

Необходимо отгадать слова,объясняя их значение, используя только материал темы:«Электромагнитные явления».

стрелка магнит линии

Земля виток поле

Эрстед опилки сердечник

Электромагнит направление железо

Компас соленоид густота

Никель полюс буря

Тест

1.Магнитная стрелка всегда поворачивается:

А) в магнитном поле Земли;

Б) вблизи постоянного магнита;

В) вблизи проводника с током

Г) вблизи эбонитовой палочки.

2. Происходит это потому, что вокруг этих тел образуется:

А) гравитационное поле;

Б) магнитное поле;

В) электрическое поле;

Г) биополе.

З. Так как магнитное поле образуется вокруг заряженных частиц, если они:

А) существуют;

Б) покоятся;

В) сталкиваются;

Г) движутся.

4. Чтобы изменить полюса у соленоида нужно:

А) изменить направление магнитных линий в нем;

Б) увеличить силу тока в цепи;

В) поменять полярность подключения источника тока;

Г) поменять направление намотки провода соленоида.

5. Чтобы усилить магнитное поле соленоида необходимо:

А) вынуть из него сердечник

Б) уменьшить общее сопротивление цепи;

В) увеличить число витков;

Г) выполнить обмотку из более тонкого провода.

6. Электромагнит можно применить для того, чтобы

А) замкнуть цепь в нужный момент;

Б) перенести тяжелый металлический груз;

В) извлечь из глаз попавшие в них мельчайшие металлические тела;

Г) сделать тайную задвижку на двери.

Проверочный тест

Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Если вокруг проводников с токами возникает магнитное поле, то должно существовать и обратное явление – возникновение электрического тока в замкнутом проводнике под действием магнитного поля. Эта задача была блестяще решена в 1831 г. английским физиком Фарадеем, открывшим явление электромагнитной индукции – была доказана связь между электрическими и магнитными явлениями, что послужило толчком для разработки теории электромагнитного поля.

1. Электромагнитная индукция. Явление электромагнитной индукции состоит в том, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур проводника, в проводнике возникает электродвижущая сила (э.д.с.) индукции, вызывающая появление электрического тока, кот наз. индукционным. Э.д.с. индукции возникает так же и в незамкнутом проводнике при его движении в магнитном поле, при котором проводник пересекает линии магнитного поля.

Опыт 1 : если в замкнутый на гальванометр соленоид вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его вдвигания или выдвигания наблюдается отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); направления отклонений стрелки при вдвигании и выдвигании магнита противоположны. Отклонение стрелки гальванометра тем больше, чем больше скорость движения магнита относительно катушки.

Опыт 2: силу тока в контуре 1 можно изменять с помощью реостата. Этот ток создает магнитное поле, пронизывающее контур 2, если увеличивать ток , поток магнитной индукции через контур 2 будет расти. Это приведет к появлению в контуре 2 индукционного тока , регистрируемого гальванометром. Электромагнитную индукцию можно вызвать:

1. Уменьшая ток , что обусловит убывание магнитного потока через второй контур и приведет к появлению в нем индукционного тока иного направления, чем в первом случае.

2. Индукционный ток можно вызвать также приближая контур 2 к контуру 1 или удаляя второй контур от первого.

3. Не перемещая контур 2 поступательно, а поворачивая его так, чтобы изменялся угол между нормалью к контуру и направлением поля.

Опытным путем было установлено, что значение индукционного тока (э.д.с) не зависит от способа изменения потока магнитной индукции , а определяется лишь скоростью его изменения. т.е. значением . Этот закон является универсальным. (1821г.)

Профессор петербургского университета Ленц исследовал связь между направлением индукционного тока и хорактером вызвавшего его изменения магнитного потока: правило Ленца:индуцируемая в контуре э.д.с. вызывает ток такого направления, что магнитное поле этого тока препятствует изменению магнитного потока.

Напр., при приближении контура 2 к контуру 1 возникает ток , магнитный момент которого направлен противоположно полю тока (угол между векторами и равен ). Следовательно, на контур 2 будет действовать сила, отталкивающая его от контура 1. При удалении контура 2 от контура 1 возникает ток , момент которогосовпадает по направлению с полем тока , так что сила, действующая на контур 2, направлена к контуру 1.

Ленц получил это правило из опыта, анализируя многочисленные эксперименты. На самом деле, действие этого правила гораздо шире – оно выражает общий принцип, согласно которому любая система стремится сохранить устойчивое состояние равновесия и противодействует всяким изменениям этого состояния.

Формула, объединяющая в себе закон Фарадея и правило Ленца явл. математическим выражением основного закона электромагнитнойц индукции.

Основной закон электромагнитной индукции (закон Фарадея – Максвелла ). Электродвижущая сила индукции, возникающая в замкнутом контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока со временем: , где число витков контура, потокосцепление, если все витки катушки пронизываются одним и тем же потоком, то .

Замечание 1. Знак минус отражаетправило Ленца. В большинстве случаев при числовых расчетах этот знак может быть опущен.

Замечание 2. Для замкнутого контура .

Э.д.с. выражается в вольтах .

Для доказательства закона Фарадея используем закон сохранения энергии. Рассмотрим замкнутый контур, в котором один из проводников может перемещаться. Поместим контур в однородное поле, перпендикулярное плоскости чертежа и направленное за чертеж. Пусть проводник движется со скоростью . Сила, действующая на движущийся проводник. Работа, которая производится на отрезке : . Энергия источника расходуется на тепло и работу: . С другой стороны , получаем . Величина играет роль э.д.с., т.к. она приводит к появлению в замкнутой цепи электрического тока. Следовательно, эта величина и является э.д.с. электромагнитной индукции.

Очевидно, что магнитный поток только в тех случаях, когда проводник пересекает линии магнитной индукции поля, поэтому называют скоростью пересечения проводником линий магнитной индукции.

Например, в случае прямолинейного проводника, кот. движется в однородном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, э.д.с. индукции в проводнике , где угол между проводником и направлением его скорости .

Разность потенциалов на концах проводника найдем из обобщенного закона Ома. Т.к. электрического тока в проводнике нет , то .

Замечание. В явлениях электромагнитной индукции магнитный поток сквозь контур может изменяться как при движении контура или отдельных его участков, так и при изменении во времени магнитного поля – пользуются законом Фарадея для определения э.д.с. индукции.

При движении проводников в магнитном поле этот закон применим лишь в тех случаях, когда рассматриваемый контур проходит через одни и те же точки движущегося проводника. В противном случае э.д.с. индукции находят, исследуя силы Лоренца, действующие на свободные заряды в движущемся проводнике, т. е. действующая в цепи э.д.с. измеряется работой сторонних сил при перемещении вдоль замкнутой цепи единичного положительного заряда , где перемещаемый заряд.

Пример. В однородное магнитное поле с индукцией 0,1Т расположена прямоугольная рамка , подвижная сторона которой длиной 0,1 м перемещается со скоростью перпендикулярно линиям индукции поля. Определить э.д.с. индукции, возникающую в контуре.

Решение : решим задачу двумя способами, применив закон Фарадея или рассматривая силы, действующие на свободные электроны в движущейся проволоке (силы Лоренца).

1. при движении проводникаплощадь рамки увеличивается, магнитный поток возрастает, т.е. по закону Фарадея действует э.д.с. индукции. . Знак «-« показывает, что э.д.с. индукции действует в контуре в таком направлении, при котором связанная с ним правилом правого винта нормаль к контуру противоположна вектору В (направлена к наблюдателю). Т.е. э.д.с. индукции и индукционный ток направлены в контуре против часовой стрелки.

При решении задачи в обоих случаях допущена неточность: не принималось в расчет магнитное поле, созданное индукционным током. Оба рассмотренных метода дают правильный ответ при условии достаточно большого сопротивления цепи.

Сила индукционного тока в замкнутом проводящем контуре с сопротивлением : . считается положительной, если магнитный момент соответствующего ей индукционного тока в контуре образует острый угол с линиями магнитной индукции того поля, которое наводит этот ток.

Природа сторонних сил, приводящих к появлению э.д.с. электромагнитной индукции : сила Лоренца, которая действует на заряд, движущийся в магнитном поле.

Можно рассматривать изменение магнитного потока в неподвижном контуре, напр., уменьшать величину магнитной индукции. В этом случае сила Лоренца отсутствует (нет упорядоченного движения электрических зарядов), но э.д.с. возникает и

Сентябрь 2, 2017

Чтобы по-настоящему хорошо делать автозвук с должной степенью профессионализма, отвественности и безопасности (это важно, т.к. автомобиль изначально повышенное средство опасности как на дороге, так и за её пределами) необходимо уверенно знать, понимать и применять на практике базовые теоретические знания. В частности совсем не лишними (я бы даже сказал обязательными) будут теоретические знания из области физики хотя бы в рамках школьной программы. Люди, приходящие в автозвук, они различаются уровнем знаний, в том числе и базовых, а потому важно восполнить любые пробелы знания теории и, в случае проблем с базовой физикой (особенно в разделах электричества или описания звуковых явлений) - повторить их или подучить, заново осознать и приобрести в них уверенность. Это крайне необходимый этап для всех, кто так или иначе приближается к автозвуку своими силами, т.к. от него зависит правильность установки и коммутации всех компонентов, а так же соблюдение фундаментальных электрических законов, зная которые Вы превратите путешествие в мир автозвука в непременно увлекательное и радостное, наполненное новыми открытиями и неповторимой гаммой эмоций.

Без обладания основополагающими физическими знаниями в нужных областях в автозвук лезть нельзя! Это запрещено хотя бы потому, что от своих неумелых действий можно не только вывести из строя свежекупленные и обычно дорогостоящие компоненты аудио или мультимедия (это меньшее из всех зол), но так же возникает реальная опасность устроить короткое замыкание и даже пожар! Тем самым подвергая риску не только себя и свой автомобиль, но и случайных ни в чём не виноватых людей. Мы же этого не хотим, правда ведь? Риск дело благородное, но не тогда, когда поведение человека определяется глупостью по незнанию элементарных законов, которые все проходят ещё в школе. Поэтому, если Вы неуверенно чувствуете себя с базовыми науками и ощущаете пробелы освоения школьной программы, то их непременно нужно восполнить и подтянуть свои знания в нужных областях. Я не собираюсь учить основам теории физики от и до, всю необходимую информацию по этой теме можно найти в школьных учебниках для старших классов. Однако я решил сделать "выжимку" основных тем физики, с которыми непосредственно придётся столкнуться каждому, кто захочет попробовать установку автозвука в машину своими силами. Данные обучающие разделы помогут быстро и без труда освежить в памяти те знания, без которых лучше и не пытаться пробовать свои силы во избежании бОльшей беды.

Начнём повторение теории с повторения школьной программы за 8-й класс физика электромагнитные явления. Всё изложенное здесь я постараюсь написать своими словами, сделав это как можно доступнее и понятнее любому человеку, независимо от имеющейся уже базы знаний.

Электрический заряд

Мы знаем, что различные тела могут обладать электрическим зарядом, а точнее, они могут его накапливать, отдавать или переносить. Электрический заряд представляет собой физическую величину, характеризующую взаимодействие между электрически заряженными телами. В процессе взаимодействия между заряженными телами может происходить процесс электризации , т.е. разделения имеющегося электрического заряда между двумя или более электрически заряженными телами. В процессе электризации обычно какому-либо телу сообщается/передаётся заряд.

Электрические заряды условно подразделяются на положительные ("+") и отрицательные ("-"). Любое физическое тело может быть заряжено положительно или отрицательно, что объясняется строением на молекулярном уровне (если электроны покидают вещество/тело, то оно приобретает положительный заряд; а если электроны наоборот поступают в структуру частицы, тогда она приобретает отрицательный заряд). Частицы с отрицательным зарядом называются анионами , частицы с положительным зарядом называются катионами . Простое и знакомое многим правило взаимодействия зарядов: одинаковые по полярности заряды ("+" и "+") отталкиваются друг от друга, тогда как разные по полярности ("+" и "-") притягиваются друг к другу.

Проводники и диэлектрики

Электрический заряд от некого источника можно передавать другим объектам. Различные существующие материалы, предметы, объекты и т.д. обладают разной степенью проводимости: одни хорошо проводят электрический ток, другие делают это хуже, третьи практически не проводят.

• Вещества, хорошо проводящие электрический ток называются проводниками (различные жидкости, металлы).
• Вещества, которые плохо пропускают электрические заряды, или же совсем не пропускают (степень варьируется, но проводимость всегда возможна), они называются диэлектриками или же изоляторами (различные химические полимеры, газы).
• Вещества же, свойства по пропусканию электрического тока у которых могут меняться в одну или другую сторону (оно находится условно по середине между проводниками и непроводниками) называются полупроводниками (например химические элементы кремний, селен, германий).

В области автозвука практически каждый энтузиаст-любитель непременно сталкивается с проводниками, их роль выполняют соединительные провода, будь то силовые, межблочные или акустические кабели, но с точки зрения физики все они выполняют одну и ту же функцию проводников. В роли диэлектриков выступает внешняя оболочка/изоляция проводов.

Проводимость хорошо объясняется молекулярным строением. Атомы любых веществ/соединений/тел состоят из протонов (положительно заряженных частиц), нейтронов (не имеющих заряда) и электронов (отрицательно заряженных частиц). Электроны, расположенные по окружности ядра атома вокруг протонов, образуют своей совокупностью подобие электронного облака, плотность которого (о ней можно судить исключительно по количеству электронов на орбите) определяет степень проводимости того или иного элемента - чем электронов больше, тем лучше переносится заряд и наоборот.

Электрическое поле

Электрически заряженные объекты (или те, которые пропускают через себя электрический ток и находятся под напряжением) обладают ещё одной интересной характеристикой, называемой электрическим полем . Оно определяется как некая особая форма материи, образующаяся и присутствующая вокруг электрически заряженных тел или частиц. Электрическое поле имеет свойство воздействовать на другие заряженные тела или частицы (именно так поле проявляет себя) с какой-то силой, называемой электрической силой . Все электрические взаимодействия сопровождаются образованием электрического поля. Воздействие электрического поля ослабевает по мере удаления от объекта, содержащего электрический заряд по принципу обратно пропорциональной квадратичной зависимости. Так же, электрические поля разных заряженных объектов могут взаимодействовать друг с другом.

Самая маленькая неделимая частица заряда, как мы уже знаем, - называется электрон , при расчётах заряд обозначается в Кулонах. Заряд не может существовать без наличия частицы или вещества, тогда как сами частицы могут не иметь заряда (быть электрически нейтральными).

В автозвуке мы имеем возможность столкнуться с электрическим полем, которое возникает вокруг проводников тока, всё тех же проводов, а так же присутствует абсолютно во всех электронных устройствах, например в усилителях, магнитолах, LCD экранах и т.п.

Электрический ток

Явление упорядоченного и направленного движения электронов или ионов (положительных или же отрицательных зарядов) внутри проводника называется электрическим током . Движение зарядов внутри структуры тела практически никак на нём не сказывается, однако при повышении силы тока и при некоторых иных условиях возможно изменение химических, физических и механических свойств вещества/тела (особенно это касается диэлектриков).
За направление электрического тока принимается направление движения заряда от "минуса" к "плюсу". Электрический ток может существовать только при определённых условиях :

• наличия свободных зарядов
• электрического поля (которое является основным условием для приведения зарядов в движение). А для создания электрического поля необходим источник тока
• наличие замкнутой электрической цепи, составленной преимущественно из проводников электричества

Чтобы в проводнике возник электрический ток (упорядоченное направленное движение заряженных частиц) необходим источник тока - это элемент, совершающий работу по разделению заряда при помощи сторонних сил неэлектрической природы. К таким сторонним силам относятся: механические силы, химические реакции, тепловые силы или же фотоэффект в результате воздействия света на фотоэлементы.
За счёт работы сторонних сил на контактах источника тока образуется электрический заряд, создающий электрическое поле, которое в свою очередь приводит в движение свободные заряды проводников. В автомобиле классическими источниками тока является генератор в связке с аккумуляторной батареей, внутри которой и происходит описанный процесс химического разделения заряда.

Электрическая цепь

Чтобы питать некие устройства/потребители тока при наличие источника тока, необходимо собрать воедино электрическую цепь, которая в минимальном варианте будет включать в себя следующие компоненты:

• Источник тока
• Соединительные проводники (провода)
• Потребитель тока

Рабочая электрическая цель обязательно должна быть замкнутой. Цепь может состоять из большого числа мелких или крупных элементов, выполняющих определённую роль, но основной принцип сохраняется.

Для удобства понимания и оперирования принято электрические цепи изображать графически в виде схем, используя определённый набор условных обозначений, зная которые можно составлять и читать схемы любой сложности. Вот набор самых необходимых условных обозначений, которые могут пригодиться в работе с электричеством:

Серьёзное увлечение автозвуком предполагает составление подобных схем, учитывающих потребление тока, нагрузку на проводку, включение в цепь предохранительных элементов и т.д. В особо сложных случаях требуются серьёзные и ответственные подсчёты длины/сечения проводов и прочие манипуляции. Ещё физика электромагнитные явления способна рассказать нам о трёх ключевых параметрах, формирующих между собой фундаментальный закон Ома.

Сила тока

Чтобы охарактеризовать электрический ток, вводится сила тока - это физическая величина, определяющая электрический ток и равная количеству заряда проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Отсюда же выводится формула для подсчёта силы тока, где обозначения I - сила тока, q - электрический заряд (1 кулон [Кл]), t - время его прохождения по проводнику (1 секунда [с]):

Единицей силы тока считается 1 Ампер [А] .

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения величины заряда и времени, используя математические правила:

И

Для простоты понимания явления силы тока можно сравнить его с напором воды в водопроводном кране: чем больше открыт кран и чем больше воды проходит по трубе за секунду (единицу времени) - тем больше напор воды. По аналогии, чем больше электронов проходит по металлическому проводнику (проводу) за секунду (единицу времени) - тем больше сила тока.

Для определения силы тока в цепи используется прибор под названием амперметр . Принцип действия прибора может быть различным, но в последнее время на практике чаще всего применяются удобные портативные электромагнитные амперметры с электронным табло. В идеале вмешательство амперметра в сеть не должно сильно изменить значение силы тока, однако полностью исключить такое влияние невозможно. Амперметр включается в цепь последовательно с тем проводником, в котором требуется измерить силу тока. Так же запрещается подключать амперметр в цепь без постоянного потребителя тока в ней!

Напряжение

Кроме количественного определения заряда в какой-то точке проводника существует совсем другая характеристика, относящаяся напрямую к электрическому полю, называемой напряжением. Электрическое напряжение - это физическая величина, которая определяет работу электрического поля по перемещению зарядов из одной точки проводника в другую. Отсюда же выводится формула для подсчёта напряжения, где обозначения U - напряжение, A - работа электрического поля по перенесению заряда (1 Джоуль [Дж]), q - электрический заряд (1 кулон [Кл]):

Единицей напряжения считается 1 Вольт [V] .

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения работы электрического поля или величины заряда, используя математические правила:

И

Для определения напряжения тока в цепи используется прибор под названием вольтметр . Принцип действия прибора может быть различным, но в последнее время на практике чаще всего применяются удобные портативные электромагнитные амперметры с электронным табло. В идеале вмешательство вольтметра в сеть не должно сильно изменить значение напряжения и прочие параметры, однако полностью исключить такое влияние невозможно. Вольтметр включается в цепь параллельно с потребителями.

Сопротивление

Рассматривая любую электрическую цепь нельзя не учесть влияние проводника на способность хорошо или плохо проводить через себя ток. Такая способность названа термином электрическое сопротивление - это физическая величина, характеризующая свойство проводника влиять на протекающий по нему электрический ток. Данное влияние обуславливается самым разнообразным набором факторов, начиная от структуры самого проводника тока, заканчивая его размером. В простейшем смысле сопротивление объясняется так: свободные электроны в проводнике, обеспечивающие движение тока, постоянно взаимодействуют с положительно заряженными ионами в структуре кристаллической решётки проводника, тем самым замедляя направленное движение. Как раз это замедление (способность проводника "сопротивляться" протекающему току) и будет в конечном счёте характеристикой сопротивления. Прямо противоположно электрическому сопротивлению ставится как раз характеристика проводимости тока .

Сопротивление тесно связано с понятиями силы тока и напряжения. Поэтому выводится формула для подсчёта сопротивления, где обозначения R - сопротивление, U - напряжение (1 вольт [В]), I - сила тока (1 ампер [А]):

Единицей сопротивления считается 1 Ом [Ом] .

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения напряжения или же силы тока, используя математические правила:

И

Данная формула зависимости напряжения, сопротивления и силы тока представляет собой фундаментальный закон Ома для участка цепи , с помощью которого можно решать большое количество практических задач, в том числе и в сфере автозвука.

Закон Ома для участка цепи

Как гласит физика электромагнитные явления, три представленные выше формулы крайне важны в разделе об электричестве. Ещё раз повторим основную формулу зависимости фундаментальных параметров, относящихся к электрическому току, которая представляет собой закон Ома для участка цепи. Данное уточнение очень важно, оно означает, что мы рассматриваем лишь параметры внутри замкнутой цепи с источником тока, проводником и потребителями, притом параметры замеряются на каком-то отдельном участке, тогда как на других они могут уже отличаться.
С помощью этой формулы производится большое количество достаточно важных расчётов, для получения неизвестных значений напряжения, сопротивления или же силы тока, что крайне важно при составлении схемы аудио или мультимедиа системы в автомобиле. Формула и её вариации:

Зависимость сопротивления от параметров проводника

Сопротивление току в проводнике зависит от трёх ключевых параметров проводника:

1. Длина проводника.

   Со­про­тив­ле­ние прямо про­пор­ци­о­наль­но длине про­вод­ни­ка (l - длина проводника, в системе СИ выражается в метрах).
   Простыми словами это означает, что чем проводник/провод длиннее, тем бОльшим сопротивлением он будет отличаться.

2. Площадь поперечного сечения проводника.

   Сопротивление обратно пропорционально площади сечения проводника, таким образом: сопротивление будет тем меньше, чем площадь сечения больше.
   Площадь традиционно обозначается квадратом меры длины, чаще всего это мм2 или же см2 применимо к проводам. Представить поперечное сечение визуально не так уж трудно: разрежем/откусим провод в изоляции и посмотрим на место среза, площадь которого и будет искомым значением сечения. Площадь сечения обозначается буквой S.

3. Материал проводника и значение удельного сопротивления того или иного материала. Как известно, различные материалы по-разному пропускают через себя электрический ток, что напрямую связано с их структурой. Лучше всего ток пропускают драгоценные металлы, хуже всего различные полимеры и газовые среды, например воздух.
   Данные значения проводимости различных материалов и их сочетаний хорошо изучены и представлены в таблице удельного сопротивления материалов . Обозначается параметр символом ρ ("ро").

Исходя из вышесказанного, существует формула расчёта сопротивления проводника с учётом перечисленных параметров и выглядит она следующим образом:

Где R - сопротивление (Ом); ρ - удельное сопротивление материала; l - длина проводника (м); S2 - площадь сечения проводника (мм2). Зная какие-либо значения по этой формуле мы можем находить остальные, пользуясь математическими правилами.

Регулирование ключевых электрических параметров по закону Ома

Для управления или регулирования ключевых параметров по закону ома существует специальное устройство под названием реостат .
Принцип его работы основан на плавном изменении сопротивления в сторону возрастания или убывания последнего, а именно за счёт "включения" в работу большего или меньшего проводника по длине. За счёт этого автоматически изменяется сила тока и напряжение в сети. На основе реостатов устроены любые схемы управления, например регуляторы громкости в автомагнитолах и т.п.

Последовательное и параллельное подключение

В электрических цепях существуют два основных типа подключения потребителей питания или же резисторов (от англ. resist - сопротивление). На данных принципах держится всё построение электрических цепей самой разной сложности и количества устройств. Конечно же, в автозвуке крайне необходимо правильное понимание данных принципов подсоединения, который мы будем использовать при коммутации усилителей, магнитолы, акустических систем и т.п.

Два типа подключения:

Работа электрического тока

Когда речь заходит об электрическом токе, то нам всегда интереснее и ценнее практический результат, который можно увидеть и получить лишь в процессе некой работы. Такая работа в привычном понимании обычно является результатом превращения одного вида энергии в другой, например, электрической в механическую или тепловую и т.д. Наглядный пример с работой акустической системы/динамика, где происходит преобразование электрической энергии в механическую и тепловую, результируя образованием звуковых волн. В случае с током такую работу выполняет непосредственно электрическое поле.

Работа электрического поля определяется произведением электрического напряжения в проводнике на заряд, протекающий в нём. В виде формулы это выглядит так:

(где A - работа электрического поля [Дж], U - напряжение [В], q - заряд в проводнике [Кл]). На основании этой формулы можно так же найти напряжение или заряд, зная остальные параметры.

Электрическое напряжение:

Электрический заряд:

Вспоминая ранее полученную формулу электрического заряда (q) как произведения силы тока (I) на время (t), можно вывести окончательную формулу для расчёта работы электрического тока:

(где A - общая работа электрического тока [Дж], U - электрическое напряжение в проводнике [В], I - сила тока [А], t - время перемещения зарядов (с)). Из этой формулы так же можно вычислить напряжение, силу тока или время, зная остальные параметры.
Напряжение:

Сила тока:

Время прохождения заряда:

Таким образом, работа электрического тока представляется произведением силы тока на отдельном участке цепи, напряжению на концах отрезка этого участка и времени, за промежуток которого заряд протекает по этому участку проводника.

Мощность электрического тока

Чтобы привести понятие работы электрического тока к понятному нам виду существует термин мощности. Электрическая мощность - это работа электрического тока, совершённая за некий отрезок времени. Соответственно для нахождения мощности есть формула, которая отражает отношение совершённой работы ко времени:

(где P - электрическая мощность [Вт], A - работа электрического тока [Дж], t - время (с)).

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения работы или же времени, используя математические правила:

И

Так же можно вывести формулу мощность из закона Ома для участка цепи, где получится:

Т.е. электрическая мощность равняется произведению силы тока на сопротивление . Так же из закона Ома выводится и другая ценная формула, которая может пригодиться на практике:

Для измерения электрической мощности напрямую существует специальный прибор под названием ваттметр . Параметр мощности по сути характеризует производительность того или иного прибора или потребителя. Если мощность возрастает, то вместе с ней автоматически возрастает и сила тока в проводнике, при этом напряжение остаётся постоянным и не меняется.

Нагрев проводников электрическим током и закон Джоуля-Ленца

В процессе протекания электрического тока по любому проводнику (металлы, жидкости, газы) выделяется тепловая энергия, а проводник или среда нагреваются. В металлах это происходит благодаря направленному движению отрицательно заряженных частиц электронов; в жидких проводниках нагрев обусловлен движением ионов (частиц с избытком или недостатком электронов); в газовых средах (при совпадении определённых условий) нагрев так же объясняется движением ионов и электронов, при этом нагревается сама среда/пространство, где протекает электрический ток. Во всех перечисленных случаях образования тепловой энергии объясняется взаимодействием движущихся частиц в направленном движении с остальными, составляющими структуру проводника, но находящихся в покое.

От работы электрического поля соответственно зависит количество выделяемого тепла в проводнике. Чем больше сила тока, тем больше нагрев. Однако, степень выделения тепла так же зависит и от сопротивления проводника. В результате исследований была открыта формула выделения тепла в проводнике в следствие протекания по нему электрического тока, которая называется формулой Джоуля-Ленца (в честь двух учёных, одновременно открывших эту зависимость):

(где Q - количество теплоты [Дж], I - сила тока [А], R - сопротивление [Ом], t - время протекания заряда в проводнике [с]).

Формула по вычислению количества тепла полностью соответствует формуле по нахождению работы электрического тока:

Следовательно, работа электрического тока и количества выделяемого тепла соответствуют друг другу, с учётом некоторых погрешностей, не учтённых в представленных формулах.

Опасность короткого замыкания и предохранители

Электрические цепи, в частности проводники, чаще всего рассчитаны на определённую силу тока, которую они могут выдержать без последствий. В проводниках определяющим параметром будет площадь сечения. Однако никогда не исключено возникновений ситуаций, когда сила тока многократно возрастает, выходя за допустимые пределы цепи/проводника. В этом случае обычно происходит перегрев проводника и воспламенение его изолирующей проводки, что конечно же является потенциально пожароопасной ситуацией. Такое наиболее вероятно в следствии превышения числа потребителей относительно расчётных параметров цепи, а так же в результате короткого замыкания.

Под коротким замыканием понимается обычно ситуация, когда конец провода цепи под напряжением соприкасается с проводником, сопротивление которого значительно ниже сопротивления в цепи. За счёт того, что сопротивление во всей цепи становится незначительным, это приводит к мгновенному повышению силы тока и накаливанию проводника. Такая ситуация чаще всего происходит при случайном соприкасании оголённых проводов под напряжением.

Для защиты от возникновения любых потенциально опасных ситуаций (в том числе и человеческих ошибок) существуют специальные предохранители. Назначение этих элементов просто - мгновенно обесточить/оборвать линию в случае возникновения короткого замыкания или же перегрузки по току. Предохранители бывают разные по устройству: плавкие, электромеханические, полупроводниковые, на основе электронных компонентов, самовосстанавливающиеся и т.п. Однако принцип и назначение у них одинаковое и основной функцией остаётся защитная.

Различные (чаще всего плавкие) предохранители постоянно используются при построении звуковых систем в автомобиле самого разного уровня сложности. Не стоит пренебрегать этими элементами даже в случае коммутации магнитолы/головного устройства и пары динамиков, т.к. безопасность всегда должна быть в приоретете!

Магнитное поле тока

В завершении, физика электромагнитные явления обозначает связь электрических явлений с магнитными, хотя у них и различная природа. Помимо электрического поля, проводник под действием протекающего в нём тока обладает так же и магнитным полем. Это было подтверждено опытами с магнитной стрелкой вблизи проводника: когда по проводнику не протекает электрический ток - магнитная стрелка остаётся в покое, а когда по проводнику пускают ток - стрелка разворачивается и реагирует на появившееся магнитное поле. Таким образом магнитное поле появляется только в следствии протекания электрического тока, направленного упорядоченного движения электрических зарядов. А значит вокруг электрического поля всегда образуется магнитное. Так же магнитное поле способно воздействовать на другие проводники под напряжением, попадающими в область этого поля, которые начинают иначе себя вести/двигаться. Магнитное поле по форме образует окружность вокруг проводника. Линии магнитного поля исходят из северного полюса магнита и замыкаются на южном полюсе.

Магнитное поле - это некая форма материи (почти как и электрическое поле), которая образуется вокруг проводника с движущимися электрическими зарядами/протекающим электрическим током и воздействует с некоторой силой на другие заряженные частицы, попадающие в это поле. Визуально магнитное поле можно представить ореолом/сферой, окружающей проводник или же постоянный магнит.

Катушка с током и электромагниты

Классичесским и наиболее интересным излучателем сильного магнитного поля является катушка . Её конструкция довольна проста: на какое-то произвольное основание (например пластик) наматываются витки проводника без изоляции, а затем на проводник подаётся электрический ток. Катушка под током ведёт себя на манер магнита: она обращается своими концами к северному и южному полушарию соответственно, если подвесить такую катушку в воздухе.
А так же катушка способна притягивать к себе металлические предметы, в общем её характеристики условно идентичные тем, что наблюдаются у постоянных магнитов. Вокруг всей катушки образуется магнитное поле (как и вокруг обычного проводника) и его сила прямо пропорциональна количеству витков проводника на катушке и силе тока, протекающему по ней.

Магнитное действие катушки также многократно усиливается, если в её центр поместить металлический сердечник. Катушка с расположенным внутри неё металлическим сердечником называется электромагнитом .

Взаимодействие проводников с магнитным полем и электродвигатель

Магнитное поле взаимодействует с электрическим током, протекающим в проводниках. Магнитное взаимодействие между несколькими проводниками с электрическим током характеризуется в основном направленностью: если ток в двух проводниках, расположенных в непосредственной близости друг от друга, протекает в одном направлении - то такие токи притягиваются друг к другу; а если ток протекает в разных направлениях - то наблюдается эффект отталкивания. Это происходит из-за того, что каждое магнитное поле имеет свои полюса, а именно южный и северный. Соответственно, в случае взаимодействия друг с другом разноимённых полюсов происходит притяжение, а в случае взаимодействия одноимённых можно наблюдать отталкивание (происходящая закономерность похожа на взаимодействие зарядов с разными или одинаковыми знаками).

Проводник с электрическим током взаимодействует с магнитным полем другого проводника заряженного проводника, но он может так же беспрепятственно взаимодействовать и с магнитным полем постоянных магнитов. В этом случае взаимодействие аналогично: в зависимости от направления течения тока в проводнике он будет либо притягиваться, либо же отталкиваться от магнита.

В основе этого магнитного взаимодействия лежит принцип функционирования электродвигателя, который в простейшем варианте выглядит так: рамка/каркас с намотанной на неё проволкой помещается в магнитное поле. По проволке пускают электрический ток и он начинает взаимодействовать с окружающим полем, а именно вращаться в какую-либо сторону на 90 градусов (пока заканчивается взаимодействие с тем или иным полюсом). Если после полного поворота на 90 градусов поменять направление течения тока, то рамка совершит ещё один поворот на 90 градусов в том же направлении. Таким образом, постоянно меняя направление тока в рамке получается непрерывное её вращение, на основании которого и функционирует электродвигатель.

Более совершенный электродвигатель состоит из нескольких частей, оптимизированных по размеру и форме. Обычно это неподвижная часть под названием статор , состоящая из магнита с двумя полюсами; и подвижная вращающаяся часть ротор , представляющая собой видоизменённую рамку с намотанным на неё проводом под током. Вращение ротора достигается переменой направления течения тока в роторе, за счёт которого вращательный импульс от магнитного поля статора сохраняется. Конструкции электродвигателей могут слегка отличаться и меняться, но общий принцип сохраняется.

Вот так в общих чертах выглядит физика электромагнитные явления. Данный раздел крайне важен для любого человека, который рискнёт попытать счастья на поприще автозвука. Несмотря на то, что изложенная информация кажется достаточно простой и местами интуитивно-понятной, однако полное понимание написанного убережёт как и от глупых и досадных ошибок, так и поможет сберечь дорогостоящие компоненты и организовать правильную коммутацию будущей системы. В мы подробно разберём механизм колебательного и волнового движения, а так же узнаем, что из себя представляет такое явление как "звук".