Урок за феномена на самоиндукцията. Тема на урока: „Феноменът на самоиндукцията

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.

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 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

Когато източникът е изключен, електрическата крушка, свързана последователно с бобината, 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 самоиндуктивна едс 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 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.

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 моментално 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 по такъв начин, 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:

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:

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 геометричните параметри на проводника.

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, 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 (вижте списъка с препоръчителна литература)
Индуктивността на кой проводник е 1 Хенри?

Феноменът на самоиндукцията.
E.m.f. самоиндукция.
Енергия на магнитното поле.

Мишена:
Образователни:
1. Осигурете асимилация (повторение, консолидация) и изучавайте по време на урока
следните основни понятия, закони, теории, научни факти: какво е
самоиндукция, e.m.f. самоиндукция, намиране на енергията на магнитното поле, графика
зависимост на магнитния поток от силата на тока.
2. Проверка на степента на усвояване на знанията.
Образователни:
1.
2. Проучете позицията, принципите.
Цели на развитие:
1.
Когнитивност на света и неговите модели
Да се развие у учениците умението да открояват главното, същественото в наученото
материал, сравнявайте, обобщавайте, логично изразявайте мислите си.
2. Развиват способността за анализ на придобитите знания и професионални умения.

План на урока.
1. Феноменът на самоиндукцията. Определение за самоиндукция. E.m.f. самоиндукция.
2. Енергия на магнитното поле. Графика на магнитния поток спрямо тока.
Самоиндукция
1. Самоиндукция
Р
Помислете за верига, състояща се от батерия, реостат R, индуктор L,
галванометър G и ключ K.
Ако веригата е затворена, тогава през галванометъра G и индуктивната намотка L тече
електричество. В момента, в който веригата се отваря, стрелката на галванометъра рязко
се отклонява в обратна посока. Това се случва, защото когато веригата се отвори
Магнитният поток в бобината намалява, причинявайки напр. д.с. самоиндукция. Текущ
самоиндукция
, в съответствие със закона на Ленц, предотвратява намаляването
cI
магнитен поток, т.е. той е насочен в намотката по същия начин като намаляващия ток
2I
токът преминава изцяло през галванометъра; но посоката му е противоположна
посока
. Феноменът на възникване на индуциран ток във верига като резултат
. Това
1I
промените в тока в тази верига се наричат самостоятелни
чрез индукция.

Самоиндукцията е частен случай на явлението електромагнитна индукция.

Нека разберем от какво зависи e. д.с. самоиндукция. Индукцията B е пропорционална
ток в намотката, следователно и магнитния ПОТОК, възникващ в намотката
пропорционално на тока:
Ф=LI.
Коефициентът на пропорционалност L се нарича индуктивност на веригата.
При смяна на собствен; магнитен поток във веригата, съгласно закона
електромагнитна индукция, напр. д.с. самоиндукция

си

Е

T
Заместване в израз
формула Ф=LI, намираме; че д. д.с.

си

Е

T
самоиндукцията е пропорционална на скоростта на промяна на тока:

си
Л

аз

T
2. Енергия на магнитното поле
Текуща енергия на магнитното поле
Помислете за веригата
, състоящ се от батерия B, резистор
R, соленоид L, ключ K. Ако ключът е в позиция 1, тогава през соленоида
протича ток I0, постоянен по стойност и посока. Всеки електрически ток
винаги заобиколен от магнитно поле. Възниква въпросът: къде е нашето собствено
енергия на тока - вътре в проводниците, по които се носят или в магнитно поле, т.е. V
среда заобикалящи течения? За да отговорите на този въпрос, помислете какво ще се случи
възниква, ако ключът се отвори и се премести в позиция 2. В този случай след
резистор R ще тече за известно време, намалявайки до нулев ток, поддържан
произтичащият ток на самоиндукция и настъпва преобразуване на магнитна енергия
токови полета главно в енергията на молекулярното топлинно движение - нагряване
съпротива. Това означава, че намаляването на енергията на магнитното поле може да се изчисли като
работа на този ток:
W = A. Тъй като собственият магнитен поток Ф = LI,

проникващ соленоид е пропорционална на силата на тока, тогава зависимостта на Ф от I може да бъде
изобразени във формата, показана на фиг.

Площ на сенчеста тясна лента с основа
съвпадам

основна работа
A, извършвано от тока, когато стойността му се промени с

Общата работа А, извършена от тока, е равна на сумата от елементарните работи
А и числено
аз


равна на площта на триъгълника OAB:
A 
00АКО
2
Като се има предвид това
, формула
F 
0
LI
0
A 
могат да бъдат пренаписани във формата
A 
.
2
0LI
2
00АКО
2
В процеса на извършване на тази работа енергията на магнитното поле намалява до
нула (тъй като токът намалява от стойността до нула). Тъй като няма
не настъпват промени в телата около електрическата верига, следва следното заключение:
Магнитното поле е носител на енергия.
И така, собствената енергия на тока е равна на енергията на магнитното поле:

2LI
2
е валиден за всеки контур, той характеризира
Wm 
Формула
Wm 
2LI
2
зависимостта на енергията на магнитното поле на тока от силата на тока във веригата и нейната индуктивност.

Въпроси за самопроверка.
1. Опишете веригата, в която възниква ЕДС. самоиндукция.
2. Какво се нарича самоиндукция?
3. Характеризирайте съотношението на намаляването на енергията на магнитното поле към
текуща работа.
4. Начертайте работен график и го опишете.
5. Възпроизведете формулата за намиране на енергията на магнитното поле, дайте я
характеристики.
Задачи за самопроверка.
1) Определете ЕДС. самоиндукция, ако промяната в тока е 4,2 A,
промяната във времето е 40 ms, а индуктивността на контура е 0,37 H.
(Отговор: Емп=38,85 V)
2) Определете индуктивността на веригата, ако е известно, че промяната на тока
е равно на 5,4 A, промяната във времето е 57 ms, а e.m.f. самоиндукцията е 27 V.
(Отговор: L=0,285 Hn)
3) Определете на какво е равна енергията на магнитното поле, ако индуктивността на веригата
е равен на 0,74 H, а токът е 25 A.
(Отговор:
J)
25,231mW

Литература
Дмитриева В.Ф. Физика: Учебник. ръководство за техникуми./ Ред. В.Л. Прокофиев,
– 4-то изд., изтрито. – М.: Висше. училище, 2001. – 415 с.: ил. ISBN 5060036685

Целта на урока: формирайте идеята, че промяната в тока в проводник създава вихър, който може или да ускори, или да забави движещите се електрони.

По време на часовете

Проверка на домашната работа чрез индивидуален въпрос

1. Получете формула за изчисляване на електродвижещата сила на индукция за проводник, движещ се в магнитно поле.

2. Изведете формула за изчисляване на електродвижещата сила на индукция, като използвате закона за електромагнитната индукция.

3. Къде се използва електродинамичен микрофон и как е проектиран?

4. Задача. Съпротивлението на телената намотка е 0,03 Ohm. Магнитният поток намалява вътре в бобината с 12 mWb. Какъв електрически заряд преминава през напречното сечение на намотката?

Решение. ξi=ΔФ/Δt; ξi= Iiʹ·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/ RΔt; Δq= ΔФ/R;

Учене на нов материал

1. Самоиндукция.

Ако променлив ток тече през проводник, тогава той създава индуцирана ЕДС в същия проводник - това е феномен

Самоиндукция. Проводимата верига играе двойна роля: през нея протича ток и от този ток в нея се създава индуцирана ЕДС.

Въз основа на правилото на Ленц; когато токът се увеличава, силата на вихровото електрическо поле е насочена срещу тока, т.е. предотвратява увеличаването му.

Когато токът намалява, вихровото поле го поддържа.

Нека да разгледаме диаграма, която показва, че силата на тока достига определена

стойности постепенно, с течение на времето.

Демонстрация на експерименти със схеми.Използвайки първата верига, ще покажем как се появява индуцираната ЕДС, когато веригата е затворена.

Когато ключът е затворен, първата лампа светва моментално, втората със закъснение, поради голямата самоиндукция във веригата, създадена от бобината със сърцевината.

Използвайки втората верига, ще демонстрираме появата на индуцирана ЕДС, когато веригата е отворена.

В момента на отваряне през амперметъра ще протече ток, насочен срещу първоначалния ток.

При отваряне токът може да надвиши първоначалната стойност на тока. Това означава, че ЕДС на самоиндукция може да бъде по-голяма от ЕДС на източника на ток.

Направете аналогия между инерцията и самоиндукцията

Индуктивност.

Магнитният поток е пропорционален на големината на магнитната индукция и силата на тока. F~B~I.

Ф= L I; където L е коефициентът на пропорционалност между тока и магнитния поток.

Този коефициент често се нарича индуктивност на веригатаили коефициент на самоиндукция.

Използвайки големината на индуктивността, законът за електромагнитната индукция може да бъде написан, както следва:

ξis= – ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt

Индуктивността е физична величина, числено равна на самоиндуктивната ЕДС, която възниква във веригата, когато токът се промени с 1 A за 1 s.

Индуктивността се измерва в хенри (H) 1 H = 1 V s/A

За значението на самоиндукцията в електротехниката и радиотехниката.

Заключение: когато през проводник протича променлив ток, се появява вихрово електрическо поле.

Вихровото поле забавя свободните електрони, когато токът нараства, и го поддържа, когато намалява.

Затвърдяване на изучения материал.

– Как да обясним феномена на самоиндукцията?

– Направете аналогия между инерцията и самоиндукцията.

– Какво е индуктивност на веригата, в какви единици се измерва индуктивността?

- Задача. При ток от 5 A във веригата се появява магнитен поток от 0,5 mWb. Каква ще бъде индуктивността на веригата?

Решение. ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt; L = ΔФ/ΔI; L =1 ·10-4H

Нека обобщим урока

Домашна работа: §15, повтор. §13, пр. 2 № 10

Цел на урока: да се формулира количественият закон на електромагнитната индукция; Студентите трябва да разберат какво е ЕМП на магнитната индукция и какво представлява магнитният поток. Ход на урока Проверка на домашното...
Целта на урока: да се формира у учениците представа за съществуването на съпротивление само във верига с променлив ток - това са капацитивни и индуктивни реактивни съпротивления. Ход на урока Проверка на домашното...
Целта на урока: да се формира представа за енергията, притежавана от електрически ток в проводник, и енергията на магнитното поле, създадено от тока. Напредък на урока. Проверка на домашното чрез тестване...
Цел на урока: запознаване с понятието електродвижеща сила; получи закон на Ом за затворена верига; създайте в учениците представа за разликата между емф, напрежение и потенциална разлика. Напредък...
Целта на урока: да се формира у учениците представа за активното съпротивление във верига с променлив ток и ефективната стойност на тока и напрежението. Прогрес на урока Проверка на домашното...
Цел на урока: да се формира концепцията, че индуцираната ЕДС може да възникне или в неподвижен проводник, поставен в променящо се магнитно поле, или в движещ се проводник, разположен в постоянно...
Цел на урока: да разберете как е станало откриването на електромагнитната индукция; формират концепцията за електромагнитна индукция, значението на откритието на Фарадей за съвременната електротехника. Ход на урока 1. Анализ на теста...
Цел на урока: да разгледа структурата и принципа на работа на трансформаторите; предоставят доказателства, че електрическият ток никога не би имал толкова широко приложение, ако в един момент...
Цел на урока: да разберете какво причинява индуцираната ЕДС в движещи се проводници, поставени в постоянно магнитно поле; доведе учениците до заключението, че сила действа върху заряди...
Целта на урока: контрол на усвояването на изучаваната тема от учениците, развитие на логическото мислене, подобряване на изчислителните умения. Ход на урока Организиране на учениците за попълване на теста Вариант 1 № 1. Феномен...
Целта на урока: да се формира у учениците представа за електрическото и магнитното поле като едно цяло - електромагнитното поле. Напредък на урока. Проверка на домашното чрез тестване...
Целта на урока: да се проверят знанията на учениците по изучаваната тема, да се подобрят уменията им за решаване на проблеми от различен тип. Ход на урока Проверка на домашната работа Отговорите на учениците според това, което са подготвили у дома...
Цел на урока: да се повторят и обобщят знанията по разгледаната тема; подобряване на способността за логично мислене, обобщаване, решаване на качествени и изчислителни проблеми. Ход на урока Проверка на домашното 1....
Цел на урока: да се докаже на учениците, че свободните електромагнитни трептения във верига нямат практическо приложение; се използват непрекъснати принудени трептения, които имат широко приложение в практиката. Напредък...
Цел на урока: да се формира концепцията за модула на магнитната индукция и силата на Ампер; да могат да решават задачи за определяне на тези количества. Ход на урока. Проверка на домашното с индивидуални...

Ако токът във веригата се промени, тогава магнитното поле на този ток и собственият магнитен поток, проникващ във веригата, се променят. Ако токът във веригата се промени, тогава магнитното поле на този ток и собственият магнитен поток, проникващ във веригата, се променят. Във веригата възниква индуцирана ЕДС, която, според правилото на Ленц, предотвратява промяната на тока във веригата. Във веригата възниква индуцирана ЕДС, която, според правилото на Ленц, предотвратява промяната на тока във веригата.

САМОИНДУКЦИЯ Самоиндукцията е явлението на възникване на индуцирана ЕДС във верига, когато електрическият ток се променя в същата верига. Самоиндукцията е явлението на възникване на индуцирана ЕДС във верига, когато електрическият ток се променя в същата верига. Самоиндукцията е важен специален случай на електромагнитна индукция. Самоиндукцията е важен специален случай на електромагнитната индукция.

ИНДУКТИВНОСТ Собственият магнитен поток Φ, проникващ през веригата или намотката с ток, е пропорционален на силата на тока I. Собственият магнитен поток Φ, проникващ във веригата или намотката с ток, е пропорционален на силата на тока I. Коефициентът на пропорционалност L в тази формула се нарича коефициент на самоиндукция или индуктивност на намотката.

ИНДУКТИВНОСТ Единицата за индуктивност в SI се нарича хенри (H). SI единицата за индуктивност се нарича хенри (H). Индуктивността на верига или намотка е 1 H, ако при постоянен ток от 1 A нейният собствен поток е 1 Wb. Индуктивността на верига или намотка е 1 H, ако при постоянен ток от 1 A нейният собствен поток е 1 Wb. 1 H = 1 Wb / 1 A

САМОИНДУКЦИЯ ЕРС на самоиндукция, която възниква в бобина с постоянна стойност на индуктивност, е равна на ЕДС на самоиндукция, която възниква в намотка с постоянна стойност на индуктивност, е равна на ЕДС на самоиндукция, която е право пропорционална на индуктивност на бобината и скоростта на изменение на тока в нея. ЕДС на самоиндукция е право пропорционална на индуктивността на намотката и скоростта на промяна на тока в нея.

Магнитна енергия. Когато ключът се отвори, лампата мига ярко. Когато ключът се отвори, лампата мига ярко. Токът във веригата възниква под въздействието на самоиндукция емф. Източникът на енергия, освободена в електрическата верига, е магнитното поле на намотката.

Магнитна енергия. От закона за запазване на енергията следва, че цялата енергия, съхранявана в бобината, ще бъде освободена под формата на джаулова топлина. Ако означим общото съпротивление на веригата с R, тогава за времето Δt ще се отдели количество топлина. От закона за запазване на енергията следва, че цялата енергия, съхранявана в намотката, ще бъде освободена под формата на джаул. топлина. Ако означим общото съпротивление на веригата с R, тогава през времето Δt ще се освободи количеството топлина ΔQ = I 2 RΔt
Магнитна енергия. Да начертаем зависимостта на магнитния поток Φ(I) от тока I. Да начертаем зависимостта на магнитния поток Φ(I) от тока I. Общото количество отделена топлина, равно на първоначалния запас от енергия на магнитното поле , се определя от площта на триъгълника. ФI/2

Предмет: Самоиндукция. Индуктивност.

Целта на урока : формирайте идеята, че промяната в тока в проводник създава вихър, който може или да ускори, или да забави движещите се електрони.

По време на часовете

Проверка на домашната работа чрез индивидуален въпрос

3. Къде се използва електродинамичен микрофон и как е проектиран?

Решение. ξi=ΔФ/Δt; ξi= Iiʹ·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/ RΔt; Δq= ΔФ/R;

Δq=400 mC

Учене на нов материал

1. Самоиндукция.

Ако променлив ток тече през проводник, той създава индуцирана емф в същия проводник - това е явлението самоиндукция. Проводимата верига играе двойна роля: през нея протича ток и от този ток в нея се създава индуцирана ЕДС.

Когато токът намалява, вихровото поле го поддържа.

Нека да разгледаме диаграма, която показва, че силата на тока достига определена

стойности постепенно, с течение на времето.

R L1 L

L L2 R A

Демонстрация на експерименти със схеми. Използвайки първата верига, ще покажем как се появява индуцираната ЕДС, когато веригата е затворена.

Използвайки втората верига, ще демонстрираме появата на индуцирана ЕДС, когато веригата е отворена.

В момента на отваряне през амперметъра ще протече ток, насочен срещу първоначалния ток.

Направете аналогия между инерцията и самоиндукцията

Индуктивност.

Магнитният поток е пропорционален на големината на магнитната индукция и силата на тока. F~B~I.

Ф= L I; където L е коефициентът на пропорционалност между тока и магнитния поток.

Този коефициент често се нарича индуктивност на веригата или коефициент на самоиндукция.

ξis= - ΔФ/Δt = - L ΔI/Δt

Индуктивността се измерва в хенри (H) 1 H = 1 V s/A

За значението на самоиндукцията в електротехниката и радиотехниката.

Заключение: когато през проводник протича променлив ток, се появява вихрово електрическо поле.

Вихровото поле забавя свободните електрони, когато токът нараства, и го поддържа, когато намалява.

Затвърдяване на изучения материал.

- Как да обясним феномена на самоиндукцията?

- Направете аналогия между инерцията и самоиндукцията.

- Какво е индуктивност на веригата, в какви единици се измерва индуктивността?

Решение. ΔФ/Δt = - L ΔI/Δt; L = ΔФ/ΔI; L =1 ·10-4H

Нека обобщим урока

Домашна работа: §15, повтор. §13, пр. 2 № 10