Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.
Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.
Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.
19.2
Поля, моторы и индукция
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Магнит рядом с проводом не всегда вызывает ток. Индуцированная ЭДС зависит от изменения потока магнитной индукции.
Постройте модель
Поле описывает действие силы в точках пространства.
Проводник с током в магнитном поле может испытывать действие силы.
Электромагнитная индукция возникает при изменении числа линий магнитного потока.
Индукция: возникновение ЭДС при изменении числа линий магнитного потока.
Трансформатор: устройство для передачи энергии между катушками посредством изменения магнитного потока.
Vs/Vp = Ns/Np: 200 витков к 50 виткам снижает напряжение с 12 В до 3 В (идеальный)
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Изменение силы поля, площади катушки, ориентации или относительного движения может изменить потокосцепление.
Закон Ленца описывает индуцированный эффект, противодействующий вызвавшей его причине, что согласуется с законом сохранения энергии.
В лаборатории: Используйте катушку и чувствительный вольтметр для сравнения движения магнита в каждом направлении. Зафиксируйте, что неподвижная схема не дает индуцированного сигнала. Для демонстраций двигателей используйте утвержденные источники низкого напряжения.
Работайте с известными величинами
Известно: у трансформатора 200 витков первичной обмотки, 50 витков вторичной обмотки и напряжение на первичной обмотке 12 В.
Для идеального трансформатора Vs/Vp = Ns/Np.
Vs = Vp × Ns/Np = 12×50/200 = 3.0 В.
Реальные трансформаторы также рассеивают энергию.
Ваш ход: Идеальный трансформатор имеет Np=400, Ns=100 и напряжение на первичной обмотке Vp=20 В. Найдите Vs.
Проверьте вывод и его границы применимости
Трансформатор требует изменяющегося магнитного потока; постоянный ток (DC) не обеспечивает непрерывную работу трансформатора.
Направление магнитного поля автоматически не совпадает с направлением силы.
Неверно: Постоянный входной ток (DC) обеспечивает непрерывную работу идеального трансформатора. Трансформатор работает на основе электромагнитной индукции, которая требует изменяющегося потока. Постоянный ток создает постоянный поток, поэтому после кратковременного изменения при включении нет индуцированной ЭДС и нет непрерывной работы трансформатора.
Ключевые моменты:
Поле описывает действие силы в точках пространства.
Изменение силы поля, площади катушки, ориентации или относительного движения может изменить потокосцепление.
Обратите внимание: трансформатор требует изменяющегося магнитного потока; постоянный входной ток (DC) не обеспечивает непрерывную работу трансформатора.
Записать при вторичном напряжении 8 В
Идеальный трансформатор имеет 250 витков первичной обмотки, 100 витков вторичной обмотки и первичное напряжение 20 В.
Найдите вторичное напряжение. Постоянный входной ток (DC) не поддерживает работу идеального трансформатора.
Записать на основе удвоения Фарадея
Потокосцепление катушки удваивается либо за счёт увеличения B, либо за счёт поворота катушки навстречу полю.
Индуцированная ЭДС зависит от СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ потокосцепления — удвоенный, но затем постоянный поток не индуцирует ничего после изменения.
Записать в соответствии с направлением Ленца
Северный полюс магнита приближается к катушке.
Ближняя сторона становится северной и отталкивает приближение — закон Ленца является законом сохранения энергии в виде правила знаков.
