Әдістемелік өңдеу: "Өзіндік индукция құбылысы. Магнит өрісінің энергиясы."

	ШЖҚ «Талдықорған медицина колледжі» МКК		САПА ФОРМАСЫ
			Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы
	F-05-06- 05	Рев. 01 Ревизияның басталу мерзімі___10.04.2015_______		Бет 1-7

Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы

Пән: Физика және астрономия

Тақырыбы : Өзіндік индукция құбылысы. Магнит өрісінің энергиясы.

Мамандық: Емдеу ісі

Курс: І                                                                                                                        

                                                                                                                                          ЦӘК отырысында

                                                                                                        қаралып талқыланды

                                                                                               Хаттама №____

                                                                                                       «___»_______2016 ж

         ЦӘК төрайымы ____

              Әдістемелік нұсқа жұмыс бағдарламасына сәйкес  құрастырылған

Теориялық сабақтың әдістемелік нұсқамасы

Сабақтың тақырыбы: Өзіндік индукция құбылысы. Магнит өрісінің энергиясы.

Сабақтың мақсаты:

Білімділік: Өзіндік индукция құбылысы, магнит өрісінің энергиясы туралы жалпы мәліметтер беру.

Тәрбиелік : Алған білімдерін тиянақтай отырып , тапқырлыққа , ізденіп шешім қабылдауға , ауызбіршілікке , ойын жинақтай білуге , біріне –бірі көмектесуге баулу, еңбексүйгіштікке тәрбиелеу.

Дамытушылық:  Жаңа тақырып бойынша алған білімдерін қолданып, өз ойын айта білуге, жүйелі түрде ойлауға,ізденуге бағыттау , білімге деген құштарлығын арттыру.

Сабақтың түрі:  Аралас сабақ

Сабақтың әдісі: Түсіндіру, сұрақ-жауап

Сабақтың уақыты: 2 сағат

Сабақты өткізу орны: дәрісхана

Пәнішілік байланыс: Электромагниттік индукция заңы.

Пәнаралық  байланыс: математика, химия

Сабақтың жабдықталуы: плакат, үлестірілмелі материалдар

Пайдаланылған әдебиеттер:

                  Негізгі: Б. Кронгарт, В. Кем, Н. Қойшыбаев «Физика 10»,

                           Р. Башарұлы, Г. Байжасарова, У. Токбергенова, «Физика 10»

Қосымша: Е. Андасбаев, Ж. Абдула Физика курсының жаттығулары мен есеп шығару әдістері

Оқушы білуі тиіс:

- Индуктивтілік. өзіндік индукция ЭҚК-і. Магнит өрісінің энергиясы.

-механикалық, электрлік және магниттік шамалар арасындағы ұқсастық

Сабақтың хронокартасы және құрылымдық логикалық сызбасы

І Ұйымдастыру кезеңі – 3 мин

ІІ Үй тапсырмасын тексеру – 20 мин

ІІІ Жаңа тақырыпты түсіндіру – 25 мин

ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту – 25 мин

Ү Қорытындылау – 15 мин

ҮІ Үйге тапсырма – 2 мин

Сабақтың барысы:

І. Ұйымдастыру кезеңі – 3 мин

 Сәлемдесу, студенттердің сабаққа даярлықатрын тексеру, сабақтың мақсатын қою.

ІІ. Үй тапсырмасын тексеру – 20 мин

Тест
1. Магнит өрісін өзгерткенде, электр тогы пайда болады. Бұл құбылыс қалай аталады?
А) электр өрісі
Ә) электромагниттік индукция құбылысы
Б) магнит өрісі
2. Электромагниттік индукция құбылысын ашқан кім?
А) Андре Мари Ампер
Ә) Александро Вольта
Б) Майкл Фарадей
3. Индукция латын тілінен аударғанда қандай мағына береді?
А) магнит
Ә) бағыттау
Б) өріс
4. Кернеуді арттыруға және кемітуге арналған құрал қалай аталады?
А) трансформатор
Ә) генератор
Б) ротор
5. Механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын машина
А) трансформатор
Ә) генератор
Б) ротор

ІІІ. Жаңа тақырыпты түсіндіру – 25 мин

Электромагниттік индукция құбылысын сыртқы магнит өрісі болмаған жағдайда да байқауға болады. Мысалға, егер тұйық контур бойымен айнымалы ток өткізсек, онда ол айнымалы магнит өрісін туғызады. Айнымалы өріс өз кезегінде контур арқылы айнымалы магниттік ағын туғызады және онда ЭҚК пайда болады.

Айнымалы ток ағып өтетін контурда электр қозғаушы күштің пайда болуы, өздікиндукция деп аталады.

Токтың жасайтын магнит өрісінің индукциясы ток күшіне тура пропорционал, сондықтан осы өрістің жасайтын магнит ағыны да, ток күшіне тура пропорционал.

Контур немесе катушка бойымен ток өткен кезде пайда болатын магниттік ағын, ток күшіне тура пропорционал:

Ф = L×I.                                                                      (9.8)

Пропорционалдық коэффициент L контурдың индуктивтілігі деп аталады.

Контурдың индуктивтілігі  1 А токтың тудыратын магниттік ағынына сан жағынан тең шама.

Индуктивтіліктің ХЖ-дегі өлшем бірлігі — генри (Гн = Вб/А).

Индуктивтіліктің шамасы орамдар пішіні мен өлшеміне, олардың санына, сол сияқты ортаның магниттік өтімділігіне тәуелді.

Өздікиндукцияның электр қозғаушы күшін табамыз. Электромагниттік  индукция заңына байланысты, эҚК = −Ф/t; (9.8) формулаға сәйкес, Ф = L×I. Осыдан өздікиндукцияның ЭҚК үшін келесі формула алынады:

Е = −L×I/t.                                                            (9.9)

Өздікиндукция электр қозғаушы күші контурдағы ток өзгерісінің жылдамдығына тура пропорционал.

« – » таңбасы өздікиндукция ЭҚК-нің контурдағы ток күшінің өзгеруіне кедергі келтіретіндігін білдіреді.

Өздікиндукцияның арқасында контурдағы ток лезде пайда болып, лезде жоғалып кетпейді, себебі оларға өздікиндукция ЭҚК кедергі келтіреді. Осыған байланысты, қосу кезінде ток  біртіндеп артады.  Токтың өсуі кезінде ток көзінің бөгде күштерінің жұмысы магнит өрісін жасауға жұмсалады. Демек, магниттiк өрiс энергияға ие болады.

Катушканың магниттік өрісінің энергиясы оның индуктивтілігі  мен ток күшінің квадратына тура пропорционал:

W = L×I²/2.                                                                (9.10)

Магнитобиология, биомагнетизм

Магнитобиология магнит өрісінің биообъектлерге әсері оқып үйренумен айналысады.

Магнит өрісі ондағы барлық биологиялық жүйелерге әсер етеді. Мысалға, мынандай мәліметтер бар:

 біртекті емес магнит өрісінде дрозофилдердің қырылуы туралы;

 магнит өрісінде бактериялардың өсуін басып- жаншу туралы;

 тұрақты магнит өрісінде болғаннан кейін, жануарлар мен өсімдіктерде морфологиялық өзгерістердің болуы туралы;

 магнит өрісінде өсімдіктердің бейімделуі туралы;

 магнит өрісінің жүйке жүйесіне әсері және қан сипаттамаларының өзгерісі туралы;

 төменгі жиіліктегі магнит өрісі әсер еткен кездегі регенерация үдерістерінің тиімділігі туралы.

Барлық жағдайлардағы алғашқы үдерістер физикалық немесе физикалық - химиялық үдерістер болып табылады. Мұндай үдерістерге мыналар жатуы мүмкін: молекулалардың бейімделуі ; біртекті емес магнит өрісіндегі молекулалар немесе иондар концентрациясының өзгеруі; иондарға және т.б. күштік әсер (Лоренц күші).

Қазіргі кезде магнит өрісін пайдалану арқылы атқарылатын емдік және диагностикалық процедуралардың кешені дайындалған.

Тұрақты магнитотерапия — тұрақты магнит өрісінің жылулық емес эффектлерін емдеуде қолдану.

Индукциясы 1 – 50 мТл тұрақты магнит өрісі биологиялық мембраналардың сұйықкристалдық құрылымына өзгеріс жасайды, бұл липидтік биқабаттың өтімділігін түбірімен өзгертеді және жасушаның  метаболизмдік және ферменттік белсенділігінің күшеюіне алып келеді. Цитоплазмада мұндай өрістер фазалық  гель-золь ауысуларды индуцирлейді. Тұрақты магнит өрісінің қан мен лимфаларға әсері  олардың тұтқырлығы мен басқа да физикалық-химиялық қасиеттеріне түбегейлі өзгерістер енгізуі мүмкін. Сонымен қатар тұрақты магнит өрісінің биологиялық объектлерге әсерінің физикалық табиғаты аз зертелгендігін атап өту керек. 

Қазіргі кезде емдік мақсатта бірнеше түрлі құрылымдарды пайдаланады.

 Ұнтақ тәрiздi ферромагниттi толтырғышы бар, полимерлі заттардың қоспасынан жасалған магнитоэластар. Олардың магниттік өрісінің индукциясы 8–16 мТл. Барлық мүмкіншіліктегі құяң (радикулит) ауруларының белбеулерін жасау үшін қолданылады.

 Сақина, пластинка, диск тәрізді магниттер. Магниттік индукциясы 60–130 мТл.

 Микромагниттер — магниттелген инелер, шариктер, клипстер (магнитопунктура үшін). Магниттік индукциясы 60–100 мТл.

 Пластинкалық магниттер  пациенттердің тізесіне таңылатын браслеттер түрінде пайдаланылады. Магниттік индукциясы 20–70 мТл.

Импульстік магнитотерапия — импульстің жоғары емес жиіліктерінде (1000 имп/с-тан көп емес) импульстік магнит өрісін емдік мақсатта пайдалану. Бұл кезде пайда болған Фуко токтары  перифериялық жүйке талшықтарының қозуын болдыруға және қаңқа бұлшық еттерінің, қан тамырлары мен ішкі ағза мүшелерінің жазық бұлшық еттерінің ырғақты жиырылуын тудыруға қабілетті.  Төменгі жиіліктегі құйынды токтар қатерлi ошақтан афферент импульсациясын тосқауылдауға қабiлеттi (қатерлi синдромның оқшаулануы).

Жоғарғы жиілікті магнитотерапия — жоғарғы жиілікті (10 МГц-тен жоғары) магнит өрісінің емдік қолданылуы. Мұнда Фуко токтарының жылулық әсері пайдаланылады (бұл әдістің ескі атауы — индуктотермия). Жоғарғы жиілікті токпен емдеу әдістерінен айырмашылығы, бұл жағдайда жылулық әсер меншікті кедергісі аз ұлпаларға беріледі. Бұл жағдайда қан тамырларына бай ұлпалар, мысалға бұлшық ет күштірек қызады. Май тәрізді ұлпалар аз дәрежеде қызады.

Биомагнетизм биологиялық объектлердің тудыратын магниттік қасиеттері мен магниттік өрістердің мәселелерімен айналысады.

Адамның магниттік өрісі жүрек жасушаларының және ми қабығының генерациялаған токтарынан пайда болады.  Ол өте аз: магнит өрісінің индукциясы жүрек үшін — 10^–11, ми үшін мозга 10^–13 Тл құрайды  (Жердің магнит өрісімен салыстырғанда ~ 10^–5 Тл).  Адам денесінің магниттік өрісін өлшеу үшін, өте аз магниттік өрістерді, 10^–18 Тл дейін, тіркей алатын, арнайы магнитометр (оның қысқартылған атауы СКВИД) қолданылады. Әдіс дененің магниттік өрісінің өзін емес, оның кеңістіктегі өзгерісін өлшеуге арналған. Төменде 9.1-кестеде әртүрлі көздерден алынған магниттік өрістердің сипаттамасы ұсынылған.

9.1-кесте. Өлшенген магниттік өрістердің диапазондары

Ток көзі	В, Тл
Мидың альфа-ырғағының токтары	10–15
Жүректің жиырылуын басқарушы токтар	10–14
Кәдімгі теледидар сигналы	10–11
3 м қашықтықтағы 100-ваттық шамның жарығы	10–8
Жер бетінде	5∙10–5
Мектептегі тұрақты магниттің полюстерінің арасында	2∙10–2
Атом ядросындағы валенттік электрондардың жасаған	102
Нейтрондық жұлдыздың беті	108

ІҮ Жаңа тақырыпты бекіту – 25 мин

Есеп шығару

1 есеп: Катушканың ішіндегі магнит ағыны 32с ішінде 24мВб-ден 50мВб-ге дейін өзгерген кезде индукцияның орташа ЭҚК-і 10 В болуы үшін қанша орам саны керек?

ε =Ф/t;  ε =NBS/t=> N= ε t / Ф

N=12300

2 есеп: Темір өзекті катушканының көлденең қимасының ауданы 20см², ал индуктивтілігі 20мГн. Ток күшінің қандай мәнінде өзектегі магнит өрісінің индукциясы 1мТл болады? Катушканың орамдар саны 1000.

Темір өзекті катушкадағы магинт ағыны бірінші жағынан, Ф=LI тең, ал басқа жағынан Ф=BSN осыдан:

I=BSN/L=0,1A

3 есеп: Индукциясы 0,2Тл болатын вертикальды біртекті магнит өрісінде горизонталь орналасқан ұзындығы 50см өткізгіш 10м/с жылдамдықпен қозғалады. Өткізгіштің жылдамдық векторы магнит өрісімен 30⁰, ал өткізгіштің осімен 60⁰ бұрыш жасайды. Өткізгіште пайда болатын индукцияның ЭҚК-ін табыңдар.

ε=Bυlsinα. Бұл жағдайда υcosβ жылдамдықтың құрамшысы магнит ағынының өзгеруіне әреет жасамайды. Сондықтан, υsinβ болады, сонда

 ε =Bυlsinαsinβ=0,43B

4 есеп: Ұзындығы 1,4 м түзу өткізгіш индукциясы 74мТл болатын біртекті магнит өрісінде орналасқан. Магнит өрісіне перпендикуляр жазықтықта өткізгіш 75рад/с бұрыштық жылдамдықпен айналады.Өткізгіш ұштарындағы потенциалдар айырымын табыңдар.

Өткізгіш айналған кезде, оның ұштарындағы пайда болған потенциалдар айырымы ∆φ магнит ағынының өзгеру жылдамдығымен анықталады:

∆φ=∆Ф/∆t=πl²B/T=l²Bω/2=5,4B

5 есеп: Ауданы 20 см², 1000 орамнан тұратын бірқабатты катушка индукциясы 8мТл болатын біртекті магнит өрісінің күш сызықтарына параллель орналасқан. Катушканың кедергісі 30 Ом. Магнит өрісін алып тастаған кезде катушкадан қандай заряд өтеді?

Магнит өрісті ажыратқан кезде катушканың орамында өздік индукцияның ЭҚК-і пайда болады: ε =NBS/t

I= ε /R   <=>   I=q/t

q=NBS/R=0,53мКл

 Суретті карточкамен жұмыс (суретте бейнеленген құбылысты түсіндіру: түзу токтың магнит өрісі, тогы бар катушканың магнит өрісі, Ампер гипотезасы, магнит индукция векторының бағыты, сол қол ережесі: Ампер күші, Лоренц күші)

1 сурет

2 сурет

3 сурет

4 сурет

1 сурет Тұрақты магниттің және катушканың магнит өрісі күш сызықтарының бағыттары көрсетілген

2 сурет  тұрақты жолақ магниттердегі магнит өрісін оның ішіндегі дөңгелек микротоктар тудырады

 3сурет  Ампер токтардың өзара әрекетін зерттей отырып, магнит өрісінің токқа белгілі бір күшпен әрекет етеді

4 сурет магнит өрісінің күш сызықтарының бағытын анықталады

 Сергіту сәті. Қызықты сұрақтар

1.Көсеу ұзын болса қол күймес – қандай физикалық құбылыс жасырылған?

( жылу өтгізгіштік)

2.Темірді қызғанда соқ – мақалында қандай физикалық құбылыс көрсетілген (қатты дененің балқуы)

3.Тоңған тонын мақтайды – неліктен (тон жылуды  нашар өткізеді)

4.Уайым түбі теңіз батасыңда кетесің, тәуекел түбі қайық мінесің де кетесің – қандай физикалық құбылыс (Архимед заңы)

5.Жақсы кісінің ашуы шайы орамал кепкенше – (кебу)

6.Терек қисайған жағына жығылады (күштің әсері)

7.                  Қазан отпен, адал әрекетпен қызады – (жылулық қозғалыс, ішкі энергияның өгеруі)

8.Тонның жылуы тігісінен емес жүнінен  (жылу өткізгіштік)

9.Ескі мұз ерігіш, жаңа дос жерігіш – (жылу берілу)

10.              Қармен бір жүргенде неге сықырлайды? (Қар қатты дене. сынады)

11.Шындықты іздеген табады (отын энергиясы)

12.Азықсыз адам алысқа бармас (энергияның сақталу заңы)

Ү Қорытындылау – 15 мин

Тест

1.Ленц ережесі нені анықтайды?

a)      Индукциялық токтың күшін

b)      Индукциялық токтың  бағытын

c)      Индукциялық ЭҚК-ті

d)      Ток күшінің  бағытын

e)      ЭҚК-ң бағытын.

2.Электр контурдың магниттік қасиеттерін анықтайтын шама:

a)      Сыйымдылық

b)      ЭҚК-і

c)      Индуктивтілік

d)      Ток күші

e)      Кернеу

3. Ток күші 2 есе артса магнит өрісінің энергиясы қалай өзгереді?

a)      2 есе артады

b)      4 есе артады

c)      2есе азаяды

d)      4 есе азаяды

e)      Өзгермейді

4.  Төмендегі өрнектің қайсысы электромагниттік индукция заңының өрнегі болып табылады?

a)      E=I(R+r)

b)      E=

c)      E=

d)      E=vBIsina

e)      E=I/(R+r)

5. Тізбекте өздік индукция ЭҚК ненің әсерінен туындайды?

a)      Сыртқы магнит өрісі әсерінің артуынан

b)      Магнит ағынының өзгеруінен

c)      Магнит ағыны әсерінің кездейсоқ өзгеруінен

d)      Сыртқы магнит өрісі ағынының  кемуінен

e)      Жауаптардың дұрысы жоқ

6.Катушка ішіне темір өзекше енгізгенде ондағы магнит индукциясы қалай өзгереді?

a)      Көп өседі

b)      Азаяды

c)      Аз ғана өседі

d)      Өзгермейді

e)      Аз ғана азаяды

7. Магнит ағынының өлшем бірлігі ..

a)      Тл*м²

в) Тл/м²

с) Вт*м²

д) Вт/м²

е) ²м/Тл

8. Тоғы бар  катушканың энергиясы қай жерде шоғырланған?

a)      А) Катушканың өткізгіштерінде.

^b)        В) Катушканың ішіндегі кеңістікте.

^c)        С) Жалғастырғыш сымдарда.

d)      Д) Анықталмаған.

e)      Е) Катушканың өткізгіштерінде және жалғастырғыш сымдарда.

9.Магнит өрісін күш сызықтарымен бейнелеуді кім ұсынды?

a)      Ампер

b)      Фарадей

c)      Джоуль

d)      Ньютон

e)      Максвелл

10.Егер зарядталған бөлшектің бастапқы жылдамдығы магнит индукциясы сызықтарына перпендекуляр болса, бөлшек магнит өрісінде қалай қозғалады?

a)      Түзу сызықпен

b)      Параболамен

c)      Шеңбер бойымен

d)      Спираль бойымен

e)      Тыныш күйде болады

  Тест жұмысы жауаптары мына түрде белгіленеді

1.      б

2.      б

3.      б

4.      б

5.      б

6.      д

7.      е

8.      е

9.      а

10.  с

Бағалау.

ҮІ Үйге тапсырма – 2 мин

Б. Кронгарт, В. Кем, Н. Қойшыбаев «Физика 11», 299-300 бет  §11.6, бақылау сұрақтары