Теоретический материал для самостоятельного изучения. Занятие № 13. Тема: Самоиндукция. Индуктивность.

ФИЗИКА, ГРУППА № 24, 12.10.2020 г.

Занятие № 13

Тема: Самоиндукция. Индуктивность.

Цель: рассмотреть част­ный слу­чай элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции, ввести понятия самоиндукция и индуктивность.

План:

1. Самоиндукция.

2. Индуктивность.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Генри изоб­ре­тал плос­кие ка­туш­ки из по­ло­со­вой меди, с по­мо­щью ко­то­рых до­би­вал­ся си­ло­вых эффек­тов, выра­жен­ных более ярко, чем при ис­поль­зо­ва­нии про­во­лоч­ных со­ле­но­и­дов. Уче­ный заметил, что при нахожде­нии в цепи мощ­ной ка­туш­ки ток в этой цепи до­сти­га­ет сво­е­го максимально­го зна­че­ния го­раз­до медлен­нее, чем без ка­туш­ки.

Опыт: На ри­сун­ке изоб­ра­же­на элек­три­че­ская схема экс­пе­ри­мен­таль­ной уста­нов­ки, на ос­но­ве которой можно про­де­мон­стри­ро­вать яв­ле­ние са­мо­ин­дук­ции. Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из двух парал­лель­но соединен­ных лам­по­чек, под­клю­чен­ных через ключ к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока. После­до­ва­тель­но с одной из лам­по­чек под­клю­че­на ка­туш­ка. После за­мы­ка­ния цепи видно, что лампоч­ка, ко­то­рая со­еди­не­на последова­тель­но с ка­туш­кой, за­го­ра­ет­ся мед­лен­нее, чем вто­рая лампочка.

При от­клю­че­нии ис­точ­ни­ка лам­поч­ка, под­клю­чен­ная по­сле­до­ва­тель­но с ка­туш­кой, гас­нет мед­лен­нее, чем вто­рая лам­поч­ка.

Рас­смот­рим про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие в дан­ной цепи при за­мы­ка­нии и раз­мы­ка­нии ключа.

1. За­мы­ка­ние ключа.

В цепи на­хо­дит­ся то­ко­про­во­дя­щий виток. Пусть ток в этом витке течет про­тив ча­со­вой стрел­ки. Тогда магнит­ное поле будет на­прав­ле­но вверх.

Таким об­ра­зом, виток ока­зы­ва­ет­ся в про­стран­стве соб­ствен­но­го маг­нит­но­го поля. При воз­рас­та­нии тока виток ока­жет­ся в про­стран­стве из­ме­ня­ю­ще­го­ся маг­нит­но­го поля соб­ствен­но­го тока. Если ток воз­рас­та­ет, то со­здан­ный этим током маг­нит­ный поток также воз­рас­та­ет. Как из­вест­но, при возрастании маг­нит­но­го потока, про­ни­зы­ва­ю­ще­го плос­кость кон­ту­ра, в этом кон­ту­ре воз­ни­ка­ет электродви­жу­щая сила ин­дук­ции и, как след­ствие, ин­дук­ци­он­ный ток. По пра­ви­лу Ленца этот ток будет на­правлен таким об­ра­зом, чтобы своим маг­нит­ным полем пре­пят­ство­вать из­ме­не­нию магнитно­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го плос­кость кон­ту­ра.

То есть, для рас­смат­ри­ва­е­мо­го на ри­сун­ке витка ин­дук­ци­он­ный ток дол­жен быть на­прав­лен по часовой стрел­ке, тем самым пре­пят­ствуя на­рас­та­нию соб­ствен­но­го тока витка. Сле­до­ва­тель­но, при за­мы­ка­нии ключа ток в цепи воз­рас­та­ет не мгно­вен­но, бла­го­да­ря тому, что в этой цепи воз­ни­ка­ет тор­мо­зя­щий ин­дук­ци­он­ный ток, на­прав­лен­ный в про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну.

2. Раз­мы­ка­ние ключа.

При раз­мы­ка­нии ключа ток в цепи умень­ша­ет­ся, что при­во­дит к умень­ше­нию маг­нит­но­го по­то­ка сквозь плос­кость витка. Умень­ше­ние маг­нит­но­го по­то­ка при­во­дит к по­яв­ле­нию ЭДС ин­дук­ции и индук­ци­он­но­го тока. В этом слу­чае ин­дук­ци­он­ный ток на­прав­лен в ту же сто­ро­ну, что и соб­ствен­ный ток витка. Это приводит к за­мед­ле­нию убы­ва­ния соб­ствен­но­го тока.

Вывод: при из­ме­не­нии тока в про­вод­ни­ке воз­ни­ка­ет элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция в этом же проводни­ке, что по­рож­да­ет ин­дук­ци­он­ный ток, на­прав­лен­ный таким об­ра­зом, чтобы пре­пят­ство­вать лю­бо­му из­ме­не­нию собствен­но­го тока в про­вод­ни­ке. В этом за­клю­ча­ет­ся суть яв­ле­ния самоиндукции.

Са­мо­ин­дук­ция – это частный слу­чай элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции.

Са­мо­ин­дук­ция – это яв­ле­ние воз­ник­но­ве­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции в про­вод­ни­ке при измене­нии силы тока, про­те­ка­ю­ще­го сквозь этот про­вод­ник.