Ηλεκτροµαγνητική επαγωγή

Transcript

1 Ηλεκτροµαγνητική επαγωγή Γνωστικοί στόχοι : Να αντιληφθούν οι µαθητές πως : α) η µεταβολή στη µαγνητική ροή έχει ως αποτέλεσµα τη δηµιουργία επαγωγικής τάσης. β) η επαγωγική τάση που αναπτύσσεται είναι ανάλογη του αριθµού των σπειρών του πηνίου και αντιστρόφως ανάλογη του χρόνου που διαρκεί η µεταβολή της µαγνητικής ροής. Ένα πηνίο 600 σπειρών Ένα πηνίο 300 σπειρών Γαλβανόµετρο Μαγνήτη Πειραµατική διαδικασία Συνδέστε το πηνίο των 300 σπειρών µε το γαλβανόµετρο, όπως φαίνεται στην εικόνα : Ρυθµίστε σωστά το γαλβανόµετρο, ώστε η βελόνα να δείχνει την ένδειξη µηδέν. Στη συνέχεια πλησιάστε τον µαγνήτη στο πηνίο και παρατηρείστε την ένδειξη στο γαλβανόµετρο, κατά τη διάρκεια της κίνησης του µαγνήτη. Εξηγήστε το φαινόµενο της δηµιουργίας επαγωγικού ρεύµατος στο πηνίο. Ακολούθως διατηρήστε ακίνητο τον µαγνήτη στο εσωτερικό του πηνίου. Ποια η ένδειξη του γαλβανοµέτρου; Ερµηνεύστε το φαινόµενο. Τέλος αποµακρύνετε τον µαγνήτη από το πηνίο. Ποια η φορά του ρεύµατος που δηµιουργείται τώρα; Είναι ίδια ή διαφορετική από τη φορά του ρεύµατος όταν ο µαγνήτης πλησίαζε το πηνίο;

2 Πλησιάστε το µαγνήτη µε ταχύτητα εµφανώς µεγαλύτερη της προηγούµενης. Παρατηρήστε την ένδειξη του γαλβανοµέτρου. Ποιο είναι το συµπέρασµά σας : α) Όσο µικρότερο χρονικό διάστηµα διαρκεί η µεταβολή της µαγνητικής ροής, τόσο µεγαλύτερη είναι η επαγωγική τάση που αναπτύσσεται στα άκρα του πηνίου (άρα µεγαλύτερο και το επαγωγικό ρεύµα που µετράται από το γαλβανόµετρο); β) Όσο µικρότερο χρονικό διάστηµα διαρκεί η µεταβολή της µαγνητικής ροής, τόσο µικρότερη είναι η επαγωγική τάση που αναπτύσσεται στα άκρα του πηνίου (άρα µικρότερο και το επαγωγικό ρεύµα που µετράται από το γαλβανόµετρο); γ) Η επαγωγική τάση που αναπτύσσεται είναι ανεξάρτητη του χρόνου που διαρκεί η µεταβολή της µαγνητικής ροής; Αντικαταστήστε το πηνίο µε ένα 600 σπειρών. Πλησιάστε τον µαγνήτη µε την ίδια περίπου ταχύτητα µε πριν. Παρατηρήστε την ένδειξη του γαλβανοµέτρου. Είναι ίδια µε αυτήν που παρατηρήσατε όταν χρησιµοποιήθηκε το πηνίο των 300 σπειρών ή εµφανώς διαφορετική; Που οφείλεται η διαφορά στην τιµή του ρεύµατος που αναπτύχθηκε τώρα σε σχέση µε πριν; Για καλύτερη οπτική παρατήρηση του συγκεκριµένου βήµατος, καλό θα ήταν όπου υπάρχουν περισσότερα από ένα γαλβανόµετρα και από ένας µαγνήτες (ίδιοι όµως), τα δύο πηνία να τοποθετηθούν κοντά το ένα στο άλλο και να γίνεται ταυτόχρονα η κίνηση των µαγνητών προς αυτά. Οι µαθητές θα µπορέσουν έτσι ευκολότερα να διακρίνουν τις διαφορές στο ρεύµα που αναπτύσσεται στα δύο πηνία.

3 ύο πηνία 300 σπειρών Ένας πυρήνας βραχύς Ένας διακόπτης µπουτόν Τροφοδοτικό χαµηλής τάσης Γαλβανόµετρο Αµοιβαία επαγωγή Τοποθετήστε µέσα στο ένα πηνίο τον πυρήνα. Συνδέστε το πηνίο µε το τροφοδοτικό και µε τον διακόπτη µπουτόν σε σειρά, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Κοντά στο πηνίο τοποθετείστε το δεύτερο πηνίο. Στο πηνίο αυτό συνδέστε µε καλώδια το γαλβανόµετρο. Αφού θέσετε σε λειτουργία το τροφοδοτικό, πατήστε απότοµα τον διακόπτη. Παρατηρήστε την ένδειξη του γαλβανοµέτρου. Υπάρχει δηµιουργία επαγωγικού ρεύµατος στο δεύτερο πηνίο; Αν ναι ερµηνεύστε το φαινόµενο. ιατηρήστε πατηµένο τον διακόπτη και παρατηρήστε την ένδειξη του γαλβανοµέτρου. Που οφείλεται η διαφορά στην ένδειξη σε σχέση µε πριν; Ερµηνεύστε τα αποτελέσµατά σας. Το πείραµα µπορεί να πραγµατοποιηθεί και χωρίς τη χρήση του πυρήνα, απλά τα αποτελέσµατα δεν θα είναι το ίδιο ευδιάκριτα.

4 Κανόνας Lenz Α τρόπος Τροφοδοτικό υψηλής τάσης Μεταλλικό δακτύλιο συνεχή (χωρίς εγκοπή) Μεταλλικό δακτύλιο µε εγκοπή Πυρήνα µακρύ Πηνίο 300 (ή και περισσότερων σπειρών) ιακόπτη µπουτόν Περάστε τον πυρήνα µέσα από το πηνίο και συνδέστε το σε σειρά µε τον διακόπτη µπουτόν και το τροφοδοτικό, όπως φαίνεται στην εικόνα : Περάστε τον πυρήνα µέσα από τον µεταλλικό δακτύλιο (χωρίς εγκοπή). Έχοντας θέσει το τροφοδοτικό σε λειτουργία πατήστε το µπουτόν. Τι παρατηρείτε να συµβαίνει στο δακτύλιο; Που οφείλεται η µεταβολή της κινητικής του κατάστασης; Επαναλάβετε το ίδιο πείραµα χρησιµοποιώντας τον δακτύλιο µε την εγκοπή (µη συνεχή). Παρατηρείται κίνηση του δακτυλίου κατά την κλείσιµο του διακόπτη; Που οφείλεται η διαφορά σε σχέση µε πριν; Στον δακτύλιο αναπτύσσεται επαγωγική τάση;

5 Β τρόπος Μεταλλικό δακτύλιο συνεχή (χωρίς εγκοπή) Μεταλλικό δακτύλιο µε εγκοπή Ορθοστάτη Μικρή ράβδο στήριξης (20 cm περίπου) Βάση από χυτοσίδηρο Νήµα Μαγνήτης Περάστε το νήµα µέσα από το συνεχή µεταλλικό δακτύλιο και στη συνέχεια κρεµάστε τον από τη µικρή ράβδο, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα : Πλησιάστε απότοµα τον µαγνήτη προς τον δακτύλιο. Παρατηρήστε την κίνηση του δακτυλίου; Ερµηνεύστε τη µεταβολή στην κινητική κατάσταση του δακτυλίου. Στη συνέχεια διατηρήστε ακίνητο τον µαγνήτη µέσα στον δακτύλιο; Παρατηρείτε κίνηση του δακτυλίου; Ερµηνεύστε τα αποτελέσµατά σας. Τέλος επαναλάβετε τη διαδικασία χρησιµοποιώντας τον δακτύλιο µε την εγκοπή. Παρατηρείται κίνηση του δακτυλίου όσο ο µαγνήτης πλησιάζει; Που οφείλεται η διαφορά σε σχέση µε πριν; Στον δακτύλιο αναπτύσσεται επαγωγική τάση;