ЕДС на самоиндукция, нейното действие и формула. Големина на самоиндукция

Какво представлява самоиндуцираната емф?

Според закона на Фарадей ℰ е= – . Ако Ф = LI, след това ℰ е= = – . При условие, че индуктивността на веригата не се променя по време на промяната на тока (т.е. геометричните размери на веригата и магнитни свойствасреда), тогава

ℰ е = – . (13.2)

От тази формула става ясно, че ако индуктивността на бобината Ле достатъчно голямо и времето за промяна на тока е кратко, тогава стойността ℰ еможе да достигне голям размери надвишава EMF на източника на ток, когато веригата се отвори. Това е точно ефектът, който наблюдавахме в експеримент 1.

От формула (13.2) можем да изразим Л:

Л = – ℰ е/(Д аз/Д T),

тези. индуктивност има още един физически смисъл: числено е равна на ЕДС на самоиндукция при скорост на изменение на тока през веригата от 1 A за 1 s.

Читател: Но тогава се оказва, че измерението на индуктивността

[Л] = Gn = .

СПРИ СЕ! Решете сами: A3, A4, B3–B5, C1, C2.

Задача 13.2.Каква е индуктивността на бобина с желязна сърцевина, ако за време D T= 0,50 s токът във веригата се промени от аз 1 = = 10,0 A преди аз 2 = 5,0 A, а резултантната самоиндуктивна ЕДС по големина е равна на |ℰ е| = 25 V?

Отговор: Л = ℰ е» 2,5 Gn.

СПРИ СЕ! Решете сами: A5, A6, B6.

Читател: Какво е значението на знака минус във формула (13.2)?

Ориз. 13.6

Автор: Помислете за всяка проводяща верига, през която протича ток. Да изберем байпасна посокаконтур - по посока на часовниковата стрелка или обратно (фиг. 13.6). Спомнете си: ако посоката на тока съвпада с избраната посока на байпас, тогава силата на тока се счита за положителна, а ако не, отрицателна.

Текуща промяна D аз = азкон – азначало също е алгебрична величина (отрицателна или положителна). ЕДС на самоиндукция е работата, извършена от вихрово поле при движение на единица положителен зарядпо контура по посока на преминаване на контура. Ако напрежението вихрово полее насочена по посока на преминаване на контура, то тази работа е положителна, а ако е срещу нея, е отрицателна. Така знакът минус във формула (13.2) показва, че стойностите на D ази ℰ винаги има различни знаци.

Нека покажем това с примери (фиг. 13.7):

а) аз> 0 и D аз> 0, което означава ℰ е < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

б) аз> 0 и D аз < 0, значит, ℰе >

V) аз < 0, а D|аз|> 0, т.е. модулът на тока се увеличава, а самият ток става все по-отрицателен. Така че Д аз < 0, тогда ℰе> 0, т.е. ЕМП на самоиндукция се „включва“ по посока на байпаса;

G) аз < 0, а D|аз| < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, Dаз> 0, след това ℰ е < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

При проблеми, ако е възможно, трябва да изберете посока на байпас, така че токът да е положителен.

Задача 13.3.Във веригата на фиг. 13.8, и Л 1 = 0,02 H и Л 2 = 0,005 Gn. В един момент токът аз 1 = 0,1 A и нараства със скорост 10 A/s, а токът аз 2 = 0,2 A и нараства със скорост 20 A/s. Намерете съпротива Р.

	а бОриз. 13.8 Решение. Тъй като и двата тока се увеличават, в двете бобини възниква самоиндуктивна емф ℰ е 1
Л 1 = 0,02 Н Л 2 = 0,005 Hn аз 1 = 0,1 A аз 2 = 0,2 A D аз 1/D T= 10 A/s D аз 2/D T= 20 A/s
R= ?

и ℰ е 2 свързани срещу токовете аз 1 и аз 2 (фиг. 13.8, b), Където

|ℰ е 1 | = ; |ℰ е 2 | = .

Нека изберем посоката на кръга по посока на часовниковата стрелка (виж Фиг. 13.8, b) и приложете второто правило на Кирхоф

–|ℰ е 1 | + |ℰ е 2 | = аз 1 Р–И 2 Р ,

Р = |ℰ е 2 | – |ℰ е 1 | / (аз 1 – аз 2) = =

1 ом.

Отговор: Р = » 1 ом.

СПРИ СЕ! Решете сами: B7, B8, C3.

Задача 13.4.Съпротивителна намотка Р= 20 Ohm и индуктивност Л= 0,010 H е в променливо магнитно поле. Когато е създадено от това поле магнитен потокувеличен с DF = 0,001 Wb, токът в намотката се увеличи с D аз = 0,050 A. Колко заряд е преминал през бобината през това време?

Ориз. 13.9

дукции |ℰ е| = . Освен това ℰ е“включен” към ℰ аз, тъй като токът във веригата се увеличи (фиг. 13.9).

Нека вземем посоката на преминаване по веригата по часовниковата стрелка. Тогава, според второто правило на Кирхоф, получаваме:

|ℰ аз| – |ℰ е| = IR ,

аз = (|ℰ аз| – |ℰ е|)/Р = .

Зареждане р, преминали през намотката за време D T, е равно

q = Iд T =

Отговор: 25 µC.

СПРИ СЕ! Решете сами: B9, B10, C4.

Задача 13.5.Бобина с индуктивност ЛИ електрическо съпротивление Рсвързан чрез ключ към източник на ток с EMF ℰ . В момента T= 0 ключът е затворен. Как се променя токът с времето? азвъв веригата веднага след затваряне на ключа? През дълго времеслед затваряне? Оценете характерно време t увеличава тока в такава верига. Вътрешното съпротивление на източника на ток може да се пренебрегне.

Ориз. 13.10

Ориз. 13.11

Веднага след затваряне на ключа аз= 0, така че можем да разгледаме » ℰ /L, т.е. токът се увеличава с постоянна скорост (аз = (ℰ /L)T;ориз. 13.11).

>> Самоиндукция. Индуктивност

§ 15 САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТ

Самоиндукция. Ако през намотката протича променлив ток, магнитният поток, преминаващ през намотката, се променя. Следователно в същия проводник, през който протича променлив ток, индуцирана емф. Това явление се нарича самоиндукция.

По време на самоиндукция проводящата верига изпълнява двойна роля: Променливият ток в проводник предизвиква появата на магнитен поток през повърхността, ограничена от контура. И тъй като магнитният поток се променя с времето, се появява индуцирана емф. Според правилото на Ленц, в момента на увеличаване на тока, интензитетът на вихъра електрическо поленасочен срещу течението. Следователно в този момент вихровото поле предотвратява увеличаването на тока. Напротив, в момента, в който токът намалява, вихровото поле го поддържа.

Феноменът на самоиндукцията може да се наблюдава при прости експерименти. Фигура 2.13 показва веригата паралелна връзкадве еднакви лампи. Единият от тях е свързан към източника чрез резистор R, а другият последователно с намотка L, оборудвана с желязна сърцевина.

Когато ключът е затворен, първата лампа мига почти веднага, а втората със забележимо закъснение. ЕДС на самоиндукция във веригата на тази лампа е голяма и токът не достига веднага нейния максимална стойност(фиг. 2.14).

Появата на самоиндуктивна ЕДС при отваряне може да се наблюдава в експеримент с верига, схематично показана на Фигура 2.15. Когато превключвателят се отвори, в намотката L се появява самоиндукционна емф, поддържаща първоначалния ток. в резултат на това в момента на отваряне през галванометъра (цветна стрелка) протича ток, насочен срещу първоначалния ток преди отваряне (черна стрелка). Токът, когато веригата е отворена, може да надвиши тока, преминаващ през галванометъра, когато ключът е затворен. Това означава, че самоиндуцираната ЕДС е по-голяма от ЕДС на батерията от клетки.

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашни спорни въпроси риторични въпросиот студенти Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроци календарен планза година насокидискусионни програми Интегрирани уроци

В този урок ще научим как и от кого е открит феноменът на самоиндукцията, ще разгледаме опита, с който ще демонстрираме този феномен, ще определим, че самоиндукцията е специален случайелектромагнитна индукция. В края на урока ще влезем физическо количество, показващ зависимостта на самоиндуктивната ЕДС от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, т.е. индуктивност.

Хенри изобретява плоски намотки, изработени от медна лента, с помощта на които постига по-силни ефекти, отколкото при използване на телени соленоиди. Ученият забеляза, че когато във веригата има мощна намотка, токът в тази верига достига максималната си стойност много по-бавно, отколкото без намотка.

Ориз. 2. Схема експериментална настройкаД. Хенри

На фиг. 2 показани електрическа схемаекспериментална постановка, на базата на която може да се демонстрира явлението самоиндукция. Електрическата верига се състои от две паралелно свързани електрически крушки, свързани чрез превключвател към източник постоянен ток. Намотка е свързана последователно с една от електрическите крушки. След затваряне на веригата се вижда, че електрическата крушка, която е свързана последователно с бобината, свети по-бавно от втората крушка (фиг. 3).

Ориз. 3. Различно нажежаване на електрическите крушки в момента на включване на веригата

Когато източникът е изключен, електрическата крушка, свързана последователно с намотката, изгасва по-бавно от втората крушка.

Защо светлините не изгасват едновременно?

Когато превключвателят е затворен (фиг. 4), поради възникването на самоиндукция ЕДС, токът в електрическата крушка с намотката се увеличава по-бавно, така че тази крушка свети по-бавно.

Ориз. 4. Затваряне с ключ

Когато превключвателят е отворен (фиг. 5), получената ЕМП на самоиндукция предотвратява намаляването на тока. Следователно токът продължава да тече известно време. За да съществува ток, е необходима затворена верига. Във веригата има такава верига; тя съдържа и двете електрически крушки. Следователно, когато веригата е отворена, крушките трябва да светят еднакво известно време и наблюдаваното забавяне може да бъде причинено от други причини.

Ориз. 5. Отваряне с ключ

Нека разгледаме процесите, протичащи в тази верига, когато ключът е затворен и отворен.

1. Затваряне с ключ.

Във веригата има намотка с ток. Нека токът в този завой тече обратно на часовниковата стрелка. Тогава магнитното поле ще бъде насочено нагоре (фиг. 6).

Така намотката се озовава в собственото си пространство магнитно поле. С увеличаването на тока бобината ще се окаже в пространството на променящо се магнитно поле на собствения си ток. Ако токът се увеличи, тогава магнитният поток, създаден от този ток, също се увеличава. Както е известно, с увеличаване на магнитния поток, проникващ в равнината на веригата, a електродвижеща силаиндукция и, като следствие, индуциран ток. Съгласно правилото на Ленц този ток ще бъде насочен по такъв начин, че неговото магнитно поле предотвратява промяната в магнитния поток, проникващ в равнината на веригата.

Тоест, за разглеждания на фиг. 6 оборота, индукционният ток трябва да бъде насочен по посока на часовниковата стрелка (фиг. 7), като по този начин се предотвратява увеличаването на собствения ток на оборота. Следователно, когато ключът е затворен, токът във веригата не се увеличава незабавно поради факта, че в тази верига се появява спирачен индукционен ток, насочен в обратна посока.

2. Отваряне на ключа

Когато ключът е отворен, токът във веригата намалява, което води до намаляване на магнитния поток през равнината на намотката. Намаляването на магнитния поток води до появата на индуцирана ЕДС и индуциран ток. В този случай индуцираният ток е насочен в същата посока като собствения ток на намотката. Това води до по-бавно намаляване на собствения ток.

Заключение:когато токът в даден проводник се промени, в същия проводник възниква електромагнитна индукция, която генерира индуциран ток, насочен така, че да предотврати всяка промяна в собствения си ток в проводника (фиг. 8). Това е същността на явлението самоиндукция. Самоиндукцията е частен случай на електромагнитна индукция.

Ориз. 8. Моментът на включване и изключване на веригата

Формула за намиране на магнитната индукция на прав проводник с ток:

където е магнитна индукция; - магнитна константа; - сила на тока; - разстояние от проводника до точката.

Потокът на магнитната индукция през площта е равен на:

където е площта на повърхността, която е проникната от магнитния поток.

По този начин потокът на магнитната индукция е пропорционален на големината на тока в проводника.

За намотка, в която е броят на навивките и е дължината, индукцията на магнитното поле се определя от следната връзка:

Магнитен поток, създаден от намотка с брой навивки н, е равно на:

Заместване в този изразформула за индукция на магнитно поле, получаваме:

Съотношението на броя на завъртанията към дължината на намотката се обозначава с числото:

Получаваме крайния израз за магнитния поток:

От получената зависимост става ясно, че стойността на потока зависи от текущата стойност и от геометрията на намотката (радиус, дължина, брой навивки). Стойност, равна на, се нарича индуктивност:

Единицата за индуктивност е хенри:

Следователно потокът на магнитна индукция, причинен от тока в намотката, е равен на:

Като вземем предвид формулата за индуцирана емф, намираме, че самоиндукцията емф е равна на произведението от скоростта на промяна на тока и индуктивността, взети със знака "-":

Самоиндукция- това е феноменът на възникване на електромагнитна индукция в проводник, когато силата на тока, протичащ през този проводник, се променя.

Електродвижеща сила на самоиндукцияе право пропорционална на скоростта на промяна на тока, протичащ през проводника, взета със знак минус. Коефициентът на пропорционалност се нарича индуктивност, което зависи от геометрични параметридиригент.

Проводникът има индуктивност, равна на 1 H, ако при скорост на промяна на тока в проводника, равна на 1 A в секунда, в този проводник възниква електродвижеща сила на самоиндукция, равна на 1 V.

Хората се сблъскват с феномена на самоиндукцията всеки ден. Всеки път, когато включим или изключим светлината, ние затваряме или отваряме веригата, докато стимулираме индуцирани токове. Понякога тези течения могат да достигнат до такива големи количестваче има искра вътре в превключвателя, която можем да видим.

Библиография

Мякишев Г.Я. Физика: Учебник. за 11 клас общо образование институции. - М.: Образование, 2010.
Касянов В.А. Физика. 11 клас: Учебен. за общо образование институции. - М.: Дропла, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Физика 11. - M.: Mnemosyne.

Интернет портал Myshared.ru ().
Интернет портал Physics.ru ().
Интернет портал Festival.1september.ru ().

Домашна работа

Въпроси в края на параграф 15 (стр. 45) - Мякишев Г.Я. Физика 11 (виж списъка с препоръчителна литература)
Индуктивността на кой проводник е 1 Хенри?

В този урок ще научим как и от кого е открит феноменът на самоиндукцията, ще разгледаме опита, с който ще демонстрираме това явление, и ще определим, че самоиндукцията е специален случай на електромагнитна индукция. В края на урока ще въведем физична величина, показваща зависимостта на самоиндуктивната ЕДС от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, т.е. индуктивност.

Ориз. 2. Схема на експерименталната постановка от Д. Хенри

На фиг. Фигура 2 показва електрическа схема на експерименталната постановка, въз основа на която може да се демонстрира явлението самоиндукция. Електрическата верига се състои от две паралелно свързани електрически крушки, свързани чрез превключвател към източник на постоянен ток. Намотка е свързана последователно с една от електрическите крушки. След затваряне на веригата се вижда, че електрическата крушка, която е свързана последователно с бобината, свети по-бавно от втората крушка (фиг. 3).

Ориз. 3. Различно нажежаване на електрическите крушки в момента на включване на веригата

Защо светлините не изгасват едновременно?

Ориз. 4. Затваряне с ключ

Ориз. 5. Отваряне с ключ

Нека разгледаме процесите, протичащи в тази верига, когато ключът е затворен и отворен.

1. Затваряне с ключ.

Така бобината се озовава в пространството на собственото си магнитно поле. С увеличаването на тока бобината ще се окаже в пространството на променящо се магнитно поле на собствения си ток. Ако токът се увеличи, тогава магнитният поток, създаден от този ток, също се увеличава. Както е известно, с увеличаване на магнитния поток, проникващ в равнината на веригата, в тази верига възниква електродвижеща сила на индукция и, като следствие, индукционен ток. Съгласно правилото на Ленц този ток ще бъде насочен по такъв начин, че неговото магнитно поле предотвратява промяната в магнитния поток, проникващ в равнината на веригата.

2. Отваряне на ключа

Ориз. 8. Моментът на включване и изключване на веригата

Формула за намиране на магнитната индукция на прав проводник с ток:

където е магнитна индукция; - магнитна константа; - сила на тока; - разстояние от проводника до точката.

Потокът на магнитната индукция през площта е равен на:

където е площта на повърхността, която е проникната от магнитния поток.

По този начин потокът на магнитната индукция е пропорционален на големината на тока в проводника.

Магнитен поток, създаден от намотка с брой навивки н, е равно на:

Замествайки формулата за индукция на магнитно поле в този израз, получаваме:

Съотношението на броя на завъртанията към дължината на намотката се обозначава с числото:

Получаваме крайния израз за магнитния поток:

Единицата за индуктивност е хенри:

Следователно потокът на магнитна индукция, причинен от тока в намотката, е равен на:

Хората се сблъскват с феномена на самоиндукцията всеки ден. Всеки път, когато включим или изключим светлината, ние затваряме или отваряме веригата, като по този начин възбуждаме индукционни токове. Понякога тези токове могат да достигнат толкова високи стойности, че вътре в превключвателя прескача искра, която можем да видим.

Библиография

Мякишев Г.Я. Физика: Учебник. за 11 клас общо образование институции. - М.: Образование, 2010.
Касянов В.А. Физика. 11 клас: Учебен. за общо образование институции. - М.: Дропла, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Физика 11. - M.: Mnemosyne.

Интернет портал Myshared.ru ().
Интернет портал Physics.ru ().
Интернет портал Festival.1september.ru ().

Домашна работа

Въпроси в края на параграф 15 (стр. 45) - Мякишев Г.Я. Физика 11 (виж списъка с препоръчителна литература)
Индуктивността на кой проводник е 1 Хенри?

Когато токът във веригата се променя, потокът на магнитната индукция през повърхността, ограничена от тази верига, се променя; промяната в потока на магнитната индукция води до възбуждане на самоиндукцията. Посоката на ЕМП се оказва такава, че когато токът се увеличи в ЕДС веригипредотвратява увеличаването на тока, а когато токът намалява, предотвратява намаляването на тока.

Големината на ЕМП е пропорционална на скоростта на промяна на тока ази индуктивност на веригата Л :

Поради явлението самоиндукция при електрическа веригас източник на ЕМП, когато веригата е затворена, токът не се установява мигновено, а след известно време. Подобни процеси възникват, когато веригата е отворена, а стойността на самоиндукционната емф може значително да надвиши емф на източника. Най-често в ежедневието това се използва в бобините за запалване на автомобили. Типичното напрежение на самоиндукция със захранващо напрежение 12V е 7-25kV.

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „самоиндукционна емф“ в други речници:

самоиндукция емф- - [Я.Н.Лугински, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999 г.] Теми на електротехниката, основни понятия EN самоиндуцирано емфФарадей напрежениеиндуктивност напрежениесамоиндукция... ...

Това е феноменът на възникване на индуцирана ЕДС в проводяща верига, когато токът, протичащ през веригата, се промени. Когато токът във веригата се промени, магнитният поток през повърхността, ограничена от тази верига, също се променя пропорционално. Променете... ...Уикипедия

- (от латински inductio ръководство, мотивация), стойност, характеризираща магнит. Св. Va електрически. вериги. Токът, протичащ в проводимата верига, създава магнитно поле в околната среда. поле, а магнитният поток Ф, проникващ във веригата (свързан с нея) е прав... ... Физическа енциклопедия

реактивна мощност- Стойност, равна на синусоидален електрически ток и електрическо напрежениепроизведението на ефективната стойност на напрежението по ефективната стойност на тока и по синуса на фазовото отместване между напрежението и тока на двуполюсната мрежа. [ГОСТ Р 52002 2003]… … Ръководство за технически преводач

Клон на физиката, обхващащ знания за статично електричество, електрически токовеИ магнитни явления. ЕЛЕКТРОСТАТИКА Електростатиката се занимава с явления, свързани с обекти в покой. електрически заряди. Наличието на сили, действащи между... ... Енциклопедия на Collier

Електрическа машина, която няма движещи се части и преобразува променлив ток с едно напрежение в променлив ток с друго напрежение. В най-простия случай той се състои от магнитна верига (ядро) и две намотки, разположени върху нея, първичната и... ... енциклопедичен речник