Опыт Фарадея в интерактивных анимациях
  главная : оставить замечания или карта раздела : автора  
 

Ошибки в демонстрации опыта Фарадея интерактивных анимаций из Интернета

Подводные камни опыта Фарадея. Каждому со школьной скамьи знаком опыт Фарадея, который заключался в том, что в катушку индуктивности опускался постоянный магнит, при этом стрелка гальванометра, подключенного к этой катушке, отклонялась. При вынимании магнита из катушки стрелка отклонялась в противоположную сторону. При этом обращаю ваше внимание на тот факт, что катушка в момент эксперимента находилась на поверхности стола, и магнит не проходил через нее насквозь.

Предлагаем рассмотреть две интерактивных демонстрации, найденные в глобальной сети и содержащие одну и ту же ошибку в интерпретации опыта Фарадея. С целью "минимизации вреда", наносимого данными анимациями пытливым изыскателям попробуем разложить по полочкам все встреченные заблуждения. Дата публикации копий анимаций, искажающих мировоззрение пользователей глобальной сети - 09.01.2019 и, если позже этого срока, ниже следующие анимации с указанными ссылками будут удалены или модифицированы их создателями - будем считать, что цель данной публикации достигнута.

Комментарии к слайдам анимации "Опыт Фарадея №1"

Все четыре слайда анимации №1 содержат одну и ту же демонстрацию, приводящую к ошибочным умозаключениям. Для поиска характерных физических ошибок данной анимации рассмотрим второй слайд, переход к которому можно осуществить, щелкнув по кнопке - стрелке внизу анимации. Откроется второй слайд почти с такой же ошибочной анимацией, как и все остальные слайды с добавлением трех сомнительных предложений - предположений:

1. При вдвигании магнита в катушку в цепи возникает электрический ток.
2. Прекращение движения магнита влечет исчезновение тока.
3. Если выдвигать магнит, возникает противоположно направленный ток.

Значимость и однозначность первого предложения не столь очевидна, как может показаться, поскольку электрический ток того же направления может возникать и при удалении магнита из контура, и даже вообще без наличия магнита, поскольку его с успехом может заменить другой замкнутый контур, который в свою очередь может двигаться, а может и покоиться.

Можно подумать, что второе - то предложение точно не вызывает сомнений, но увы, и оно ошибочно, поскольку возможен случай отсутствия тока при движущемся магните! Когда такое возможно? Для самых пытливых пользователей была разработана альтернативная анимация, расположенная ниже и позволяющая легко ответить на этот непростой вопрос самостоятельно.

Третье предложение столь же неоднозначно, как и первые два, поскольку противоположно направленный ток может возникать не только при удалении магнита из катушки, но и при его приближении к контуру. Начнем разбор с глагола первого предложения:

Малоиспользуемый глагол "вдвигание" маскирует смысл действия. Возможно, именно поэтому и появилась ошибка в понимании смысла физического явления. В чем суть физической ошибки? Соотнося высказывания с анимацией, предполагаем: автор считает, что выражение - "вдвигание" магнита в катушку означает перемещение магнита через катушку северным полюсом вверх из крайнего нижнего положения, находящегося под катушкой, в крайнее верхнее - над катушкой. А "выдвигать" - означает перемещение из верхнего положения, находящегося над катушкой, в нижнее - под катушку. Отсюда и ошибочное предположение и о направлении тока в одну сторону при "вдвигании" и противоположное при "выдвигании", поскольку на самом деле - ток может и совпадать...

Для того чтобы разобраться с этими ошибками, воспользуемся онлайн словарем. Там и найдем, что глагол «вдвигать» дословно означает: «двигая, поставить или внести внутрь». Иными словами - физический смысл глагола «вдвигать» состоит в том, что его действие распространяется до того момента, пока центр магнита приближается к плоскости замкнутого на гальванометр контура, а дальше уже идет удаление

Таким образом, при движении магнита северным полюсом вверх при пересечении контура из крайнего нижнего положения в крайнее верхнее, он претерпевает два состояния, т.е. вносится и выносится, а ведь еще можно вносить или выносить южным полюсом, итак:

1. магнит на анимации движется вверх (авторское вдвигание), т.е. магнит вносим - движение северного полюса магнита от крайнего нижнего положения до плоскости катушки. Стрелка гальванометра должна отклоняться в одну сторону

пропущенные автором фазы движения магнита :

2. движение N полюса магнита от середины контура до крайнего верхнего положения. Стрелка гальванометра должна отклоняться в противоположную сторону
3. движение S полюса магнита от крайнего верхнего положения до середины контура. Стрелка гальванометра должна отклоняться в ту же сторону, что и в первом случае

4. магнит на анимации движется вниз (авторское выдвигание,) т.е. магнит выносим - движение S полюса магнита от плоскости катушки до крайнего нижнего положения. Стрелка гальванометра должна отклоняться в противоположную сторону от первоначального случая

Комментарии к слайдам анимации "Опыт Фарадея №2"

Скрин демонстрации анимации опыт Фарадея №2 f

На данной анимации та же ошибка, поэтому в качестве ее обнаружения будет достаточно рассмотреть только два скриншта.

На левом скриншоте, расположенном выше, зафиксирован момент, когда магнит, перемещаясь вертикально вниз, пересекает контур южным полюсом. Здесь все понятно, магнит вносят южным полюсом в кольцо, в котором возникает возрастающий повеличине индукционный ток, направленный влево по ближней стороне этого контура (Направление индукционноготока демонстрирует маленькая красная стрелка снизу от замкнутого контура).

На правом - зафиксирован момент, когда магнит продолжает перемещаться вертикально вниз, но при этом пересекает контур уже не южным, а своим северным полюсом. С точки зрения самого Фарадея и исходя из физического смысла, здесь происходит удаление магнита направленным северным полюсом к контуру, а следовательно, индукционный ток должен изменить свое направление на противоположный, по сравнению с первым скриншотом. Но на представленной анимации этого не происходит.

Что не отображено на анимации?

При движении середины магнита из достигнутого нижнего положения до плоскости контура ток должен был вновь изменить свое направление, т.е. до того момента, пока она будет приближаться к плоскости контура, направление тока должно совпадать с его направлением на левом скриншоте, потому как магнит вносим в замкнутый контур северным полюсом.

При движении магнита из достигнутого среднего положения в первоначальное - ток вновь должен изменить своенаправление, которое в этот момент должно совпадать с направлением, указанным на правом скриншоте. Это и понятно, ведь магнит выносим из контура северным полюсом, направленным от контура.

От автора: Когда полюс магнита пройдет плоскость контура, в случае продолжения движения, сила тока начнет уменьшаться и при переходе его середины через плоскость контура сила тока обратится в нуль.

Это происходит, потому что в этот момент линии вектора магнитной индукции внутри и с внешней стороны магнита направлены параллельно и взаимопротивоположно, откуда следует, что они друг друга компенсируют.

Чтобы понять этот момент, щелкаем мышкой по анимации справа, наблюдая за перемещением магнита через плоскость замкнутого контура.

Кроме того есть возможность провести эксперимент по наблюдению за изменением линий магнитной индукции самостоятельно на интерактивной анимации - Направление индукционного тока. Правило Ленца или познакомится с существующими ошибками аналогичных анимаций из глобальной сети.

Альтернативная анимация опыта Фарадея №1

В результате исправлений ошибочных предположений, перечисленных выше, получаем такую альтернативную анимацию

Кстати, к вопросу использования учителями физики "нестандартных и малоиспользуемых глаголов" во время уроков - с целью привлечения внимания к изучаемым физическим явлениям, произносят и другие интересные глаголы. В качестве примера публикую видео-фрагмент из объяснения возникновения индукционного тока. Цитирую: "...для того чтобы я создавал этот ток, мне нужно запихивать с силой этот магнит в катушку, потому что магнитное поле катушки мешает мне это сделать..."

Для просмотра видео-фрагмента достаточно щелкнуть мышкой по изображению

продолжение

 
© Северобайкальск, Russia
Александр Козлов, 2018

  Рейтинг@Mail.ru