Меню

Падение магнита в алюминиевой трубе

Падение магнита в алюминиевой трубе

Каталог магнитов

Магнит, медная труба и токи Фуко

Продолжаем изучать физические явления и необычные эффекты с магнитами.

Многие даже вполне взрослые люди не понимают связь между магнетизмом и электричеством. Между тем эта связь лежит в основе практически всей современной электротехники — от генераторов до электродвигателей. А показать ее проще всего с помощью обычного магнита и медной трубы.

Для эксперимента понадобится всего две вещи — это неодимовый магнит и обычная металлическая труба из немагнитного материала, например, из меди. Внутренний диаметр трубы должен быть чуть больше, чем сам магнита. Ну а теперь попробуйте просто уронить магнит на пол — на первый раз вне трубы. И второй раз, в трубу.

В первом случае, магнит просто упадет на пол, примерно через секунду. А теперь поднимите магнит с пола и бросьте его внутрь трубы. Трубу при этом держите вертикально. И пока вы ждете появления магнита из нижнего среза совершенно немагнитной (но обязательно проводящей!) трубы, попробуем объяснить, почему для этого нужно столько времени. Если заглянуть внутрь трубы, то мы увидим, что магнит медленно, как будто парит, опускается вниз.

Причиной тому неразрывная связь магнетизма и электричества. Движение магнита порождает изменение магнитного поля, которое, в свою очередь, наводит в трубе циркулирующие круговые (вихревые) токи.

А эти токи порождают магнитные поля, которые взаимодействуют с полем магнита, замедляя его падение. Ну вот, теперь вы знаете причину, и можете продемонстрировать своим друзьям эффектный фокус. Точнее, сможете это сделать, когда магнит, наконец, пролетит трубу до конца.

Вихревые токи, или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко) — вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля.

Токи Фуко возникают под воздействием переменного электромагнитного поля и по физической природе ничем не отличаются от индукционных токов, возникающих в линейных проводах. Они вихревые, то есть замкнуты в кольце. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко достигают очень большой силы.

Впервые вихревые токи были обнаружены французским учёным Д. Ф. Араго (1786—1853) в 1824 г. в медном диске, расположенном на оси под вращающейся магнитной стрелкой. За счёт вихревых токов диск приходил во вращение. Это явление, названное явлением Араго, было объяснено несколько лет спустя M. Фарадеем с позиций открытого им закона электромагнитной индукции: вращаемое магнитное поле наводит в медном диске вихревые токи, которые взаимодействуют с магнитной стрелкой. Вихревые токи были подробно исследованы французским физиком Фуко (1819—1868) и названы его именем. Он открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами.

Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем.

Так и произошло с нашим магнитом, когда мы опустили его в медную трубу.

1) По мере падения магнита магнитный поток в трубе изменяется таким образом, что индуцирует (наводит) электрический ток, направление которого определяется по правилу Ленца. Этот ток в свою очередь порождает магнитное поле.

Читайте также:  Г цыферова мишкина труба

2) Самое простое объяснение наблюдаемого явления основано на двух базовых принципах электромагнетизма:

1. Изменение магнитного поля наводит в окружающих проводниках электрический ток.

2. Электрический ток порождает связанное с ним магнитное поле.

Падение будет тормозиться независимо от ориентации магнита (и даже при перевороте во время падения).

3) Над падающим магнитом магнитный поток уменьшается. Направление тока при этом таково, что магнитное поле этого тока притягивает магнит сверху, затормаживая падение.

4) Под падающим магнитом магнитный поток нарастает. Направление тока при этом таково, что магнитное поле этого тока отталкивает магнит снизу, тоже затормаживая падение.

У нас вы можете приобрести готовое решение для проведения экспериментов и фокусов:

Источник

Презентация по физике на тему «Замедление движения магнита в трубе под действием электромагнитной индукции»

Описание презентации по отдельным слайдам:

«Замедление движения магнита в трубе под действием электромагнитной индукции» На основе задачи Всероссийской олимпиады школьников «Турнир юных физиков» 2013-2014 учебный год Исследователи: Команда «Воронеж 12+13» Руководитель команды: Ткач Ольга Вячеславовна, учитель физики МБОУ СОШ №12 города Воронежа Исследовательская работа по физике

Тема работы Когда сильный магнит падает внутри неферромагнитной металлической трубы, на него действует тормозящая сила. Исследуйте этот феномен.

Цели Следуя условию задачи, пронаблюдать явление Описать явление на качественном уровне Выявить параметры, от которых зависит качество наблюдаемого эффекта. Провести серию экспериментов и зафиксировать результат Сравнить экспериментальные данные с теоретическими

Эффект замедления магнита в металлической неферромагнитной трубе мы можем наблюдать из-за явления электромагнитной индукции. Качественное описание явления

Качественное описание явления Магнит движется в трубе со скоростью V. При этом меняется магнитный поток Ф. В трубе возникает ЭДС индукции. По закону Ома для полной цепи сила тока в трубе равна Согласно правилу Ленца, направление силовых линий магнитного поля индукционного поля противоположно направлению силовых линий магнитного поля магнита. Противоположно направленные магнитные поля будут отталкиваться. За счет силы отталкивания магнит будет замедляться. Если магнит падает северным полюсом вниз, то по правилу буравчика индукционный ток направлен против часовой стрелки (вид сверху). Ток Фуко

Анимация процесса Магнит падает под действием силы тяжести, скорость нарастает, движение магнита ускоренное, трубу пронизывает изменяющийся магнитный поток. Индукционный ток от северного полюса: Индукционный ток от южного полюса: Силовые линии магнитного поля индукционного тока направлены противоположно силовым линиям магнитного поля магнита. Движение магнита замедляется. Магнит будет падает с постоянной скоростью, если сила, с которой магнитное поле индукционного тока отталкивает магнит, будет равна силе тяжести, действующей на магнит. Это возможно, если магнит сильный и лёгкий. против часовой стрелки по часовой стрелке Переделать описание движения с выходом на постоянную скорость и расставить силы

Чем больше скорость падающего магнита, тем больше электродвижущая сила и тем сильнее взаимодействие магнитных полей магнита и индукционных токов. Когда сила взаимодействия станет равна силе тяжести, магнит станет двигаться с постоянной скоростью. Качественное описание явления

Математическая модель h R r α h – толщина стенки трубы R – радиус трубы B(r,z) – магнитная индукция в точке с координатами (r,z) (относительно центра магнита, ось z направлена по оси трубы) α(r,z) – угол между силовыми линиями и плоскостью, перпендикулярной оси z z r 0

Читайте также:  Расходы при производстве пнд труб

Параметры, от которых зависит замедление магнита: Диаметр трубы Толщина стенок трубы Материал, из которого изготовлена труба Диаметр области, в которой магнит притягивает тела Размеры магнита

Установка для эксперимента Внутрь вертикально установленной неферромагнитной трубы мы поочерёдно бросаем постоянные магниты. Также мы бросаем магнит вне трубы. Измеряем время падения каждого тела.

Оборудование Алюминиевая труба: Длина трубы = 2,13 м Внутренний диаметр трубы = 0,0254 м Внешний диаметр трубы = 0,0298 м Толщина стенок трубы = 0,0022 м

Оборудование 5 магнитов 5 3 2 1 4 № магнита Форма Диаметр магнита, м Диаметробласти, в которой магнит притягивает тела Толщина магнита, м 1 Циллиндр 0,010 0,020 0,004 2 Циллиндр 0,015 0,030 0,005 3 Циллиндр 0,020 0,033 0,005 4 Циллиндр 0,010 0,036 0,009 5 Циллиндр 0,021 0,040 0,010

Характеристика магнитных свойств. Опыт №1 с железными опилками. Определяем густоту и направление силовых линий магнитного поля с помощью железных опилок в плоскости, перпендикулярной оси магнита

Характеристика магнитных свойств. Опыт №1 с железными опилками. 5 4 Определяем густоту и направление силовых линий магнитного поля с помощью железных опилок в плоскости, перпендикулярной оси магнита

Характеристика магнитных свойств. Опыт №1 с железными опилками. № магнита Диаметр магнита, м Диаметробласти, в которой магнит притягивает предметы, м Диаметр трубы, м Наличие эффекта 1 0,01 0,0200 0.0298 нет 2 0,015 0,0300 0.0298 слабо 3 0,02 0,0330 0.0298 слабо 4 0,01 0,0360 0.0298 есть 5 0,021 0,0400 0.0298 есть

Характеристика магнитных свойств. Опыт №2 с железными опилками. Определяем густоту и направление силовых линий магнитного поля с помощью железных опилок в плоскости, параллельной оси магнита 3 4

Характеристика магнитных свойств. Опыт №2 с железными опилками. 5 Определяем густоту и направление силовых линий магнитного поля с помощью железных опилок в плоскости, параллельной оси магнита

Характеристика магнитных свойств. Опыт № 3 со скрепками. № магнита Количествоскрепок Расстояние,на котором возникает притяжение, м Наличие эффекта 1 1 0,005 нет 2 1 0,008 слабо 3 1 0,011 слабо 4 1 0,023 есть 5 1 0,042 есть Какого эффекта?

Время падения тел 5 3 2 1 4 № тела Время паденияв трубе, сек. Время свободного падения, сек. Замедление, во сколько раз 1 0,75 0,64 1,17 2 0,93 0,64 1,46 3 1, 17 0,64 1,82 4 2,83 0,64 4,42 5 11,70 0,64 18,28

Сравнение экспериментальных данных с теорией Мы видим, что в металлической неферромагнитной трубе происходит замедление магнита, тогда как вне трубы магнит падает свободно.

Выводы Мы на опыте доказали, что магнит, брошенный в неферромагнитную трубу, замедляет своё падение Описали явление на качественном уровне Выявили параметры, от которых зависит качество наблюдаемого эффекта. Провели серию экспериментов и зафиксировали результат Сравнили экспериментальные данные с теоретическими

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Школы смогут переходить на удаленку в зависимости от эпидситуации

Минобрнауки не требует обязательной вакцинации студентов от коронавируса

В британских школах начнут преподавать латынь

В России в октябре пройдет первый педагогический диктант

Учителей переведут на российские мессенджеры

В ВОЗ заявили, что школы должны оставаться открытыми

Читайте также:  Трубы в лесах восточной германии

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Магнит падает в трубе

Мышата Мотя и Митя решили сбросить с крыши магнит, чтобы он попал в кота Леопольда. Они долго измеряли время падения магнита, чтобы точно подгадать. А в последний момент решили бросить магнит через водосточную трубу, и оказалось, что он летел медленней, чем по воздуху. Почему?

Все дело в индукционных токах. Представим, как изменяется магнитное поле, «протыкающее» узкое кольцо водосточной трубы. Когда магнит только что пролетел кольцо, кольцо протыкает много силовых линий (полагаем, что магнит — продолговатая палочка, и летит северным полюсом вверх). Когда магнит несколько удалился от этого кольца, стало меньше силовых линий, которые протыкают кольцо. То есть, изменился магнитный поток через кольцо — он уменьшился.

По правилу Ленца индукционный ток в контуре должен быть направлен так, чтобы создаваемое им магнитное поле пыталось компенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало этот ток. В нашем случае, магнитное поле, создаваемое индукционным током, должно быть направлено вверх — как и поле падающего магнита. То есть — по правилу буравчика, ток в кольце должен быть направлен против часовой стрелки (если смотреть сверху).

Теперь нужно понять, как этот индукционный ток взаимодействует с магнитом. Для этого нужно представить магнит как электромагнит — соленоид. Так оно и есть на самом деле — любой магнит, в том числе «постоянный», создан токами. Просто в случае постоянного магнита, это квантовые молекулярные микротоки, но в сумме они эквивалентны макроскопическому току, текущему по поверхности магнита как в соленоиде (катушке с проводом). По правилу хоть буравчика, хоть правой руки (вспоминайте, все это есть в школьном учебнике, и не путать правило правой руки с правилом левой — последнее о направлении магнитной силы), токи на поверхности магнита должны быть направлены против часовой стрелки (если смотреть сверху) — только в этом случае магнитное поле будет торчать из магнита вверх, как мы уже условились вначале.

В итоге получаем, что ток по магнита как соленоида направлен так же, как индукционные токи в кольцах — срезах трубы. А параллельные токи (одинаково направленные) — притягиваются . Поэтому магнит при падении в трубе будет замедляться .

ПАРТНЕР КАНАЛАОТ ДЕДАЛА ДО PAYPAL’A (История, экономика, технологии) .

Источник

Adblock
detector