Мета роботи: ознайомитись з методикою і технікою прове¬дення основних дослідів при вивченні явищ електромаг¬нітної індукції та самоіндукції.
Обладнання: гальванометр демонстраційний; магніт підковоподібний; магніт прямолінійний; реостат; вимикач; трансформатор універсальний; при¬лад для демонстрування правила Ленца; дві лампочки на підставках; лампа неонова; з'єднуваль¬ні провідники, вольтметр демонстраційний, два штабових магніти, котушки для демонстрування індукції струму, прилад  Петроєвського, кільце алюмінієве суцільне на біфілярному підвісі, індуктор високовольтний, індукційна котушка з електролітичним пере¬ривачем Сімона, кювета з піском, віск, парафін або свинець, саморобні моделі, індукційного дефектоскопа, відцентрова машина,  штатив з муфтою,  котушка Томсона.

ТЕОРЕТИЧНІ  ВІДОМОСТІ
Як відомо, електричне поле створюється електричними зарядами, а магнітне поле — рухомими зарядами, тобто електричним струмом. Між ними існує дуже тіс¬ний  взаємозв'язок.  Маг¬нітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле, а  змінне електричне поле породжує магнітне.   Без  цього  зв'язку між полями різноманітність виявів електромагнітних сил не була б такою широкою, якою вона є насправді. Не існувало б ні радіо¬хвиль, ні світла.
Перший вирішальний крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій зробив основоположник уявлень про електромагнітне поле — Фарадей. Він був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому Фарадей зробив відкриття, що лежить в основі будови всіх гене¬раторів електростанцій світу, які перетворюють механічну енергію : в енергію електричного струму. (Інші джерела: гальванічні еле¬менти, акумулятори та ін.— дають мізерну частину енергії, що виробляється).
Явище  електромагнітної   індукції — виникнення  електрично¬го струму в провідному контурі, який або розміщений нерухомо в змінному магнітному полі, або переміщується в постійному маг¬нітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають контур, змінюється. Це явище було відкрите 29 серпня  1831 р.
У   замкнутому   провідному   контурі   виникає струм,   коли  змінюється   кількість  ліній   магнітної  індукції,   що  пронизують  площу,  обмежену  цим контуром. І чим швидше змінюється кількість  ліній   магнітної   індукції,   тим   більший   виникає    струм. Яка причина цього, не має значення. Це може бути і зміна кількості ліній магнітної індукції, що пронизують площу нерухомого провідного   контуру    внаслідок   зміни   сили   струму   в  сусідній котушці, і зміна кількості ліній  індукції внаслідок руху контуру в неоднорідному     магнітному полі, густота ліній якого змінюється     в просторі
Напрям індукційного струму. Правило Ленца
Коли магніт¬ний потік збільшується через витки котушки, індукційний струм має такий напрям, що створюване ним магнітне поле перешко¬джає зростанню магнітного потоку через витки котушки. Адже вектор магнітної індукції цього поля В' напрямлений проти вектора індукції В, що породжує електричний струм. Коли ж магнітний потік через котушку слабшає, то індукційний струм створює магнітне поле з індукцією В', яка збільшує магнітний потік через витки котушки. У цьому полягає суть загального правила визначення на¬пряму індукційного струму, що може бути застосоване в усіх ви-падках. Це правило встановив російський фізик Ленц.
Згідно з правилом Ленца індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, протидіє зміні магнітного потоку, який збуджує даний струм.
Застосовувати правило Ленца для знаходження напряму ін¬дукційного струму  в контурі треба так: установити напрям ліній магнітної індукції В зовнішнього магнітного поля; з'ясувати, збільшується потік магнітної індукції цього поля через площу контуру (ΔФ>0) чи зменшується (ΔФ<0); установити напрям ліній магнітної індукції В1 магнітного поля індукційного струму її. Згідно з правилом Ленца ці лінії ма¬ють бути напрямлені протилежно лініям В при ΔФ>0 і мати однаковий з ними напрям при ΔФ<0; знаючи напрям ліній магнітної індукції В, знайти напрям індукційного струму Іі, користуючись правилом свердлика.
Закон електромагнітної індукції.  З дослідів відомо, що сила   індукційного   струму   пропорційна   швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром: Іі~ΔФ/Δt. Але закон електромагнітної ін¬дукції формулюється саме для ЕРС, а не для. сили струму. При такому формулюванні закон виражає суть явища, що не залежить від властивостей провідників, у яких виникає індукційний струм. Згідно із законом електромагнітної індукції: ЕРС індукції в за¬мкнутому контурі дорівнює за модулем швидкості зміни магніт¬ного потоку через поверхню, обмежену контуром: εі = ΔФ/Δt .
Якщо врахувати,  що εі   і ΔФ/Δt - мають різні знаки то закон електромагнітної індукції остаточно запишеться так:  εі =  -ΔФ/Δt.

ХІД РОБОТИ
1. Ознайомтесь з програмою з фізики для 11 класу. З'ясуйте місце вивчення явищ електромагнітної індукції, а також проведення яких дослідів ре-комендує програма. Повторіть розділ «Електромагнітна індукція» з підручників фізики для 11 класу та вузівських посібників.
2. Явище електромагнітної індукції.  Виникнення ЕРС індукції рекомендується спочатку по¬казати на найпростішому досліді, користуючись контуром з од¬ного або кількох витків проводу; проте величина ЕРС індукції в цьому ви¬падку така мала, що треба користу¬ватися гальванометром дзеркальним або досить чутливим демонстраційним стрілочним. Слід пам'ятати, що макси¬мальний ефект при всіх інших однако¬вих умовах буде тоді, коли опір про¬відника (або котушки) близький до опору гальванометра. З існуючих шкіль¬них  демонстраційних гальва¬нометрів цим вимогам відповідає гальва¬нометр, складений з вольтметра демон¬страційного; його опір – 2-3 Ом. Моток дроту (10–20 витків), перев'язаний тільки там, де від нього відходять вільні кінці, при¬єднують до двох нижніх (червоних) клем приладу, установлюють шкалу гальванометра (з нулем посередині) і, повертаючи коректор ззаду приладу, встановлюють стрілку на нулі шкали. Узявши моток в одну руку і тримаючи його над стрілкою гальванометра, вставляють у нього кінець магніту; і спостерігають відхилення стрілки. Якщо ефект буде недостатній, то треба взяти два магніти або підсилювач до гальванометра. Коли стрілка заспокоїться, магніт виймають і звертають увагу на відхилення при цьому стрілки в протилежний бік. Роздвоївши моток, повторюють дослід з його частиною і пока¬зують, що явище повторюється, але відхилення стрілки буде значно меншим. Під час цього досліду на демонстраційному столі не повинно бути жодних приладів, особливо джерел струму. Супроводячи цей дослід короткою розповіддю про історію відкриття одного з найважливіших законів природи і зазначивши, що таким способом Фарадеєві вдалося за допомогою магнітного поля виробити електричний струм, звертають увагу на те, що при таких умовах цей струм дужо слабкий; щоб поліпшити умови спостереження його виникнення, краще користуватися приладом з великою кількістю витків, а тому вивчення і демон¬стрування дослідів Фарадея проводиться за допомогою спеціаль¬ної котушки.
3. Виникнення ЕРС індукції в контурі, що складається з одного витка. Це можна продемонструвати на такому досліді. До гальванометра приєднують довгий кусок м’якого проводу (можна взяти кусок товстої мідної дротини і до неї припаяти два довгих м'яких з’єднувальних проводів). Однорідне магнітне поле утворюють між двома полюсними наконечниками, затиснутими на сердечнику універсального трансформатора з надітою на нього котушкою на 6-12 В; відстань між плоскими кінцями наконечників – 6-8 мм. При демонструванні замикають коло електромагніту ключем, перетинають замкненим на гальванометр провідником магнітні силові лінії поля в одному напрямі і спостерігають відхилення стрілки гальванометра. При зміні напряму руху провідника на зворотний стрілка відхиляється в протилежний бік. При демонструванні цього досліду за допомогою дзеркального гальванометра використовується магнітне поле шкільного підко¬воподібного магніту.
4. Індукування струму магнітом. Котушка для демонстрування індукції струму складаються із двох котушок, в яких одна входить усередину другої, і залізного сердечника. На об¬мотці зовнішньої котушки є два несправжніх витки для визна¬чення напряму обмотки. Сполучивши обмотку зовніш¬ньої котушки з гальванометром (для цих дослідів можна взяти менш чутливий гальванометр універсальний), вводять у неї один з полюсів магніту і спосте¬рігають виникнення індукцій¬ного струму; виймаючи магніт (після заспокоєння стрілки), увагу  звертають на виникнення струму протилежного напряму. Дослід повторюють з другим полюсом магніту і показують що напрям індукційного струму змінюється на зворотній. Потім закріплюють магніт нерухомо і демонструють виникнення індукційного струму під час руху котушки відносно магніту. Щоб зручніше було спостерігати досліди, котушку треба встановити над стрілкою гальванометра на його кришці.
5. Індукція струму за допомогою котушки із струмом. З об¬мотки внутрішньої котушки для індукції, реостата з повзунком, ключа і джерела постійного струму складають електричне коло. Сердечник з котушки виймають. Повзунок рео¬стата переводять на невеликий опір. Звертають увагу на те, що котушки ввімкнені в абсо¬лютно окремі кола, не зв’язані безпосередньо одне з одним. Зам¬кнувши ключ, одну котушку вставляють усередину другої і спо-стерігають невелике миттєве відхилення стрілки; коли стрілка заспокоїться, котушку виймають і показують виникнення струму іншого напряму. Потім у котушку вставляють сердечник і, повторюючи дослід, спостерігають значне підсилення індукційного струму.
6. Індукція струму через замикання і розмикання струму всередині замкненого провідника. Установка для досліду та сама. Вставляють котушку з сердечником у середину другої котушки. Демонструють, що при замиканні струму виникає індукцій¬ний струм одного напряму, а при розмиканні – протилежного.
7. Індукція струму внаслідок зміни величини струму всередині замкненого провідника. Величину струму в котушці різко зменшують, швидко пересу¬ваючи повзунок реостата в положення найбільшого опору, і спо-стерігають виникнення індукційного струму одного напряму. При такому самому різкому підсиленні струму виникає індукцій¬ний струм протилежного напряму. Потім на цій самій установці, швидко вставляючи і виймаючи з котушки сердечник, демонструють виникнення індукційного струму при зміні магнітного поля. Пояснивши ці досліди і узагальнивши їх, роблять з них загальний висновок: при всякій зміні магнітного потоку (числа магнітних силових ліній), що пронизує контур замкненого провідника, у цьому провіднику виникає ЕРС індукції (індук¬ційний струм), напрям якої залежить від напряму поля і напряму руху провідника. Це й є умова виникнення ЕРС індукції.З'ясовуючи явище електромагнітної індукції, дуже важливо звернути увагу учнів на те, що ЕРС індукції (індукційний струм) виникає незалежно від того, чи рухається провідник у нерухо¬мому магнітному полі, чи, навпаки, поле рухається відносно не¬рухомого провідника (показати на досліді).
8. Демонстрування індукції струму за допомогою трансформатора. Для демонстрування цього важливого досліду можна викори¬стати шкільний розбірний трансформатор. Він складається з двох котушок. Одна з них має дві клеми з написом «12 В», друга – три клеми з написами «120 В» і «220 В»; сердечник транс¬форматора складається з двох частин, скріплених болтом з гайкою-баранцем. Котушку на 12 В розбірного трансформатора замикають сердечником і сполучають через ключ з батареєю лужних акумуляторів на 5 В. На вільну частину сердечника намотують 5-6 витків одинарного проводу для електропроводки і кінці його сполу¬чають з універсальним гальванометром. При замиканні струму, стрілка гальванометра підхиляється — в одному напрямі, при розмиканні – в протилежному (розмикають струм після затухання коливань стрілки).
9. Індукція струму в магнітному полі Землі.
Індукцію в земному магнітному полі можна показати за допо¬могою саморобного приладу. Він складається з дерев'яної плоскої кільцевої котушки (або прямокутної рамки) діаметром 25-30 см, на яку намотано кілька сотень витків проводу діаметром 0,5 мм. Для обертання за допомогою відцентрової машини котушку за¬кріплюють на осі з насадженим на неї колектором, до пластин якого припаюють кінці обмотки котушки. Пластини колектора за допомогою контактних щіток сполучають з демонстраційним гальванометром, до якого під'єднано підсилювач. З приладів, які є в школах, для демонстрування цього досліду можна використати магнітоелектричну машину. З неї знімають підковоподібні магніти, а також полюсні наконечники (щоб виключити можливість впливу остаточного магнетизму). Щітки машини установлюють на колекторі (для утворення постійного струму) і сполучають машину з гальванометром, утвореним з демонстра¬ційного вольтметра. За допомогою маг¬нітної стрілки на підставці визначають напрям магнітного мери-діана. Машину встановлюють на підйомному столику так, щоб вісь її якоря була перпендикулярна до напряму магнітного мери¬діана. При обертанні якоря машини стрілка гальванометра від¬хиляється на 3 поділки. Якщо напрям обертання якоря змінює¬ться, стрілка відхиляється в протилежний бік також на 3 поділки (взято гальванометр з внутрішнім опором 2,7 Ом). Після цього показують, що при будь-якому іншому положенні осі якоря відхилення стрілки значно зменшуються. Якщо напрями осі якоря і магнітного меридіана збігаються, то відхилення стрілки ледве помітно.
10. Проілюструвати правило Ленца.
Напрям індукційного струму в усіх випадках електромагніт¬ної індукції можна визначити, як відомо, за законом, установ¬леним російським ученим Е. X. Ленцем. Для ілюстрації правила Ленца є спеціальний прилад (прилад Петровського), який складається з двох алюмінієвих кілець, одне з яких має поперечний розріз. Кільця приклепані до алюмінієвої пластинки, у центрі якої закріплено підшипник для надівання на вістря гол¬ки. Проводячи дослід, у суцільне кільце вставляють кінець сильного прямолінійного магніту і спостерігають, як підштовхується кільце при цьому русі. Коли кільце зупиниться, магніт швидко виймають з нього кільце рухається за магнітом. Далі повторіть дослід з розрізним кільцем. Зробіть порівняння результатів дослідів і дайте їм пояснення. При користуванні звичайними магнітами ефект досліду значно, менший. Краще скористатися електромагнітом (підковоподібний з досить тонкими і довгими вітками або прямолінійним).
11. Демонстрація правила Ленца за допомогою саморобного приладу.  Дослід можна показати в іншому варіанті на саморобному приладі. Два алюмінієвих кільця, приблизно таких самих розмірів, як зазначено в попередньому досліді (одне — з розрізом), підвішують до дерев'яних паличок, кожне окремо, на біфілярному підвісі з міцної нитки; довжина підвісу — 40-50 см При демонструванні паличку з суцільним кільцем закріп¬люють у лапці штатива. У лапці другого штатива закріплюють підковоподібний електромагніт і через ключ (а якщо потрібно, то й через реостат) сполучають його з джерелом струму. Кільце встановлюють біля одного з полюсів електромагніту так, щоб воно при коливанні надівалось і знімалось з полюса електро¬магніту. Приводять кільце в коливальний рух у площині, пара¬лельній рядам парт. При вмиканні струму спостерігають швидке затухання коливань кільця. Дослід повторюють з розрізаним кільцем і констатують, що кільце коливається нормально довгий час. Як електромагніт можна використати котушку Томсона. Для цього котушку встановлюють у горизонтальній площині на під¬йомному столику так, щоб сердечник звисав із столика.
12. Показати принцип дії індукційної печі низької частоти.
Принцип будови і дії індук¬ційної металургійної печі низької частоти можна показати за допо¬могою універсального трансфор¬матора. Для цього на один із стержнів сердечника універсального транс¬форматора надівають сіткову котушку, а на другий – мідний кільцевий жолоб у теплоізоляційній основі. Відповідну обмотку котушки (на 220 В) через вимикач з'єднують з мережею змінного електрич¬ного струму. У жолоб кладуть шматочки олова, воску, парафіну або свинцю. Увімк¬нувши живлення, показують, як плавиться олово. При замиканні рубильника в мідному кільці, яке має дуже малий опір, виникає такий сильний індукційний струм, що кільце розжарюється і речовина в жолобі плавиться. Вимкнувши струм, трансформатор нахиляють і через заглибину в кільці розплавлену речовину виливають на пісок у кюветі.