Na tej lekcji dowiemy się, jak i przez kogo odkryto zjawisko samoindukcji, rozważymy doświadczenie, za pomocą którego zademonstrujemy to zjawisko i ustalimy, że samoindukcja jest szczególnym przypadkiem indukcji elektromagnetycznej. Na koniec lekcji wprowadzimy wielkość fizyczną pokazującą zależność siły elektromotorycznej samoindukcyjnej od wielkości i kształtu przewodnika oraz od otoczenia, w którym przewodnik się znajduje, czyli indukcyjności.
Henry wynalazł płaskie cewki z taśmy miedzianej, za pomocą których uzyskał efekty mocy wyraźniejsze niż przy zastosowaniu elektromagnesów drutowych. Naukowiec zauważył, że gdy w obwodzie znajduje się silna cewka, prąd w tym obwodzie osiąga swoją wartość maksymalną znacznie wolniej niż bez cewki.
Ryż. 2. Schemat układu doświadczalnego D. Henry'ego
Na ryc. Na rysunku 2 przedstawiono schemat elektryczny układu doświadczalnego, na podstawie którego można wykazać zjawisko samoindukcji. Obwód elektryczny składa się z dwóch połączonych równolegle żarówek podłączonych za pomocą przełącznika do źródła prądu stałego. Cewka jest połączona szeregowo z jedną z żarówek. Po zamknięciu obwodu widać, że żarówka włączona szeregowo z cewką świeci wolniej niż druga żarówka (rys. 3).
Ryż. 3. Różne żarzenie żarówek w momencie włączenia obwodu
Gdy źródło jest wyłączone, żarówka połączona szeregowo z cewką gaśnie wolniej niż druga żarówka.
Dlaczego światła nie gasną jednocześnie?
Gdy wyłącznik jest zamknięty (rys. 4), na skutek wystąpienia samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego, prąd w żarówce wraz z cewką narasta wolniej, przez co żarówka ta zapala się wolniej.
Ryż. 4. Zamknięcie na klucz
Po otwarciu wyłącznika (rys. 5) powstałe samoindukcyjne pole elektromagnetyczne zapobiega spadkowi prądu. Dlatego prąd płynie jeszcze przez jakiś czas. Aby prąd mógł istnieć potrzebny jest obwód zamknięty. W obwodzie jest taki obwód, w którym znajdują się obie żarówki. Dlatego po rozwarciu obwodu żarówki powinny przez jakiś czas świecić tak samo, a obserwowane opóźnienie może mieć inną przyczynę.
Ryż. 5. Otwarcie klucza
Rozważmy procesy zachodzące w tym obwodzie, gdy klucz jest zamykany i otwierany.
1. Zamknięcie na klucz.
W obwodzie znajduje się cewka przewodząca prąd. Niech prąd w tym zakręcie płynie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Następnie pole magnetyczne zostanie skierowane w górę (ryc. 6).
W ten sposób cewka trafia w przestrzeń własnego pola magnetycznego. W miarę wzrostu prądu cewka znajdzie się w przestrzeni zmieniającego się pola magnetycznego własnego prądu. Jeśli prąd wzrasta, wówczas wzrasta również strumień magnetyczny wytwarzany przez ten prąd. Jak wiadomo, wraz ze wzrostem strumienia magnetycznego przenikającego płaszczyznę obwodu, w tym obwodzie powstaje elektromotoryczna siła indukcji, a w konsekwencji prąd indukcyjny. Zgodnie z regułą Lenza prąd ten będzie skierowany w taki sposób, aby jego pole magnetyczne nie powodowało zmiany strumienia magnetycznego przenikającego przez płaszczyznę obwodu.
Oznacza to, że dla rozważanego na ryc. 6 zwojów, prąd indukcyjny należy skierować w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (rys. 7), zapobiegając w ten sposób wzrostowi prądu własnego zwoju. W konsekwencji, gdy kluczyk jest zamknięty, prąd w obwodzie nie wzrasta natychmiastowo, ponieważ w tym obwodzie pojawia się prąd indukcyjny hamowania, skierowany w przeciwnym kierunku.
2. Otwarcie klucza
Po otwarciu przełącznika prąd w obwodzie maleje, co prowadzi do zmniejszenia strumienia magnetycznego przez płaszczyznę cewki. Zmniejszenie strumienia magnetycznego prowadzi do pojawienia się indukowanego emf i indukowanego prądu. W tym przypadku indukowany prąd jest kierowany w tym samym kierunku, co prąd własny cewki. Prowadzi to do wolniejszego spadku prądu wewnętrznego.
Wniosek: gdy zmienia się prąd w przewodniku, w tym samym przewodniku następuje indukcja elektromagnetyczna, która generuje prąd indukowany, skierowany w taki sposób, aby zapobiec zmianie jego własnego prądu w przewodniku (rys. 8). Na tym polega istota zjawiska samoindukcji. Samoindukcja jest szczególnym przypadkiem indukcji elektromagnetycznej.
Ryż. 8. Moment załączenia i wyłączenia obwodu
Wzór na znalezienie indukcji magnetycznej prostego przewodnika z prądem:
gdzie jest indukcja magnetyczna; - stała magnetyczna; - aktualna siła; - odległość od przewodnika do punktu.
Strumień indukcji magnetycznej przez ten obszar jest równy:
gdzie jest powierzchnią, przez którą przenika strumień magnetyczny.
Zatem strumień indukcji magnetycznej jest proporcjonalny do wielkości prądu w przewodniku.
Dla cewki, w której jest liczba zwojów, a jest długość, indukcję pola magnetycznego wyznacza się z zależności:
Strumień magnetyczny wytwarzany przez cewkę z liczbą zwojów N, jest równe:
Podstawiając do tego wyrażenia wzór na indukcję pola magnetycznego otrzymujemy:
Stosunek liczby zwojów do długości cewki jest oznaczony liczbą:
Otrzymujemy końcowe wyrażenie na strumień magnetyczny:
Z otrzymanej zależności jasno wynika, że wartość strumienia zależy od wartości prądu oraz od geometrii cewki (promień, długość, liczba zwojów). Wartość równa nazywa się indukcyjnością:
Jednostką indukcyjności jest Henry:
Dlatego strumień indukcji magnetycznej wywołanej prądem w cewce jest równy:
Biorąc pod uwagę wzór na indukowaną siłę emf, stwierdzamy, że samoindukcja emf jest równa iloczynowi szybkości zmian prądu i indukcyjności, przyjętej ze znakiem „-”:
Samoindukcja- jest to zjawisko występowania indukcji elektromagnetycznej w przewodniku, gdy zmienia się natężenie prądu płynącego przez ten przewodnik.
Siła elektromotoryczna samoindukcji jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu płynącego przez przewodnik, brane ze znakiem minus. Nazywa się współczynnikiem proporcjonalności indukcyjność, co zależy od parametrów geometrycznych przewodnika.
Przewodnik ma indukcyjność równą 1 H, jeżeli przy szybkości zmiany prądu w przewodniku równej 1 A na sekundę powstaje w tym przewodniku samoindukcyjna siła elektromotoryczna równa 1 V.
Ludzie na co dzień spotykają się ze zjawiskiem samoindukcji. Za każdym razem, gdy włączamy lub wyłączamy światło, zamykamy lub otwieramy obwód, wzbudzając w ten sposób prądy indukcyjne. Czasami prądy te mogą osiągnąć tak duże wartości, że wewnątrz wyłącznika przeskakuje iskra, co widzimy.
Bibliografia
- Myakishev G.Ya. Fizyka: Podręcznik. dla 11 klasy ogólne wykształcenie instytucje. - M.: Edukacja, 2010.
- Kasjanow V.A. Fizyka. Klasa 11: Edukacyjna. dla edukacji ogólnej instytucje. - M.: Drop, 2005.
- Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizyka 11. - M.: Mnemosyne.
- Portal internetowy Myshared.ru ().
- Portal internetowy Physics.ru ().
- Portal internetowy Festival.1september.ru ().
Praca domowa
- Pytania na końcu akapitu 15 (s. 45) – Myakishev G.Ya. Fizyka 11 (zobacz listę zalecanych lektur)
- Indukcyjność którego przewodnika wynosi 1 Henry?
Zjawisko samoindukcji.
E.m.f. samoindukcja.
Energia pola magnetycznego.
Cel:
Edukacyjny:
1. Zadbaj o asymilację (powtórzenie, utrwalenie) i naukę na lekcji
następujące podstawowe pojęcia, prawa, teorie, fakty naukowe: co jest
samoindukcja, e.m.f. samoindukcja, znalezienie energii pola magnetycznego, wykres
zależność strumienia magnetycznego od natężenia prądu.
2. Sprawdź stopień przyswojenia wiedzy.
Edukacyjny:
1.
2. Przestudiuj stanowisko, zasady.
Cele rozwojowe:
1.
Poznanie świata i jego wzorce
Rozwijanie u uczniów umiejętności podkreślania głównych, istotnych rzeczy w tym, czego się nauczyli
materiał, porównuj, uogólniaj, logicznie wyrażaj swoje myśli.
2. Rozwijać umiejętność analizy zdobytej wiedzy i umiejętności zawodowych.
Plan lekcji.
1. Zjawisko samoindukcji. Definicja samoindukcji. E.m.f. samoindukcja.
2. Energia pola magnetycznego. Wykres strumienia magnetycznego w funkcji prądu.
Samoindukcja
1. Samoindukcja
R
Rozważmy obwód składający się z baterii, reostatu R, cewki indukcyjnej L,
galwanometr G i klucz K.
Jeżeli obwód jest zamknięty, wówczas przepływa przez galwanometr G i cewkę indukcyjną L
Elektryczność. W momencie otwarcia obwodu igła galwanometru gwałtownie
odbiega w przeciwnym kierunku. Dzieje się tak, ponieważ po otwarciu obwodu
Strumień magnetyczny w cewce maleje, powodując m.in. ds. samoindukcja. Aktualny
samoindukcja
zgodnie z prawem Lenza zapobiega spadkowi
ci
strumień magnetyczny, tj. jest on kierowany w cewce w taki sam sposób, jak malejący prąd
2I
prąd przechodzi całkowicie przez galwanometr; ale jego kierunek jest przeciwny
kierunek
. Zjawisko powstawania prądu indukowanego w obwodzie
. Ten
1I
zmiany prądu w tym obwodzie nazywane są własnym
przez indukcję.
Samoindukcja jest szczególnym przypadkiem zjawiska indukcji elektromagnetycznej.
Dowiedzmy się, od czego e zależy. ds. samoindukcja. Indukcja B jest proporcjonalna
prąd w cewce, a zatem STRUMIEŃ magnetyczny powstający również w cewce
proporcjonalnie do prądu:
Ф=LI.
Współczynnik proporcjonalności L nazywany jest indukcyjnością obwodu.
Zmieniając własne; zgodnie z prawem strumień magnetyczny w obwodzie
indukcja elektromagnetyczna, np. ds. samoindukcja
si
F
T
Podstawianie do wyrażenia
wzór Ф=LI, znajdujemy; że e. ds.
si
F
T
samoindukcja jest proporcjonalna do szybkości zmian prądu:
si
L
I
T
2. Energia pola magnetycznego
Aktualna energia pola magnetycznego
Rozważ obwód
, składający się z baterii B, rezystora
R, elektrozawór L, klucz K. Jeśli kluczyk jest w pozycji 1, to przez elektromagnes
prąd I0 o stałej wartości i kierunku przepływu. Jakikolwiek prąd elektryczny
zawsze otoczony polem magnetycznym. Powstaje pytanie: gdzie jest nasze
energia prądu - wewnątrz drutów, po których dryfują lub w polu magnetycznym, tj. V
środowisko otaczające prądy? Aby odpowiedzieć na to pytanie, zastanów się, co się stanie
wystąpić, jeśli klucz zostanie otwarty i przesunięty do pozycji 2. W tym przypadku po
rezystor R będzie płynął przez pewien czas, zmniejszając się do zera, prąd zostanie utrzymany
powstający prąd samoindukcji i następuje konwersja energii magnetycznej
pola prądu głównie na energię molekularnego ruchu termicznego – ogrzewanie
opór. Oznacza to, że spadek energii pola magnetycznego można obliczyć jako
praca tego prądu:
W = A. Ponieważ własny strumień magnetyczny Ф = LI,
penetrujący elektromagnes jest proporcjonalny do natężenia prądu, wtedy może być zależność Ф od I
przedstawiony w formie pokazanej na ryc.
Obszar zacienionego wąskiego paska z podstawą
pasuje
podstawowa praca
A, przeprowadzany przez prąd, gdy jego wartość zmienia się o
Całkowita praca A wykonana przez prąd jest równa sumie prac elementarnych
A i numerycznie
I.
równy obszarowi trójkąta OAB:
00JEŻELI
2
Biorąc pod uwagę, że
, formuła
F
0
LI
0
można przepisać w postaci
.
2
0LI
2
00JEŻELI
2
W trakcie wykonywania tej pracy energia pola magnetycznego maleje do
zero (ponieważ prąd maleje od wartości do zera). Ponieważ nie ma
w ciałach otaczających obwód elektryczny nie zachodzą żadne zmiany, stąd wynika następujący wniosek:
Pole magnetyczne jest nośnikiem energii.
Zatem energia własna prądu jest równa energii pola magnetycznego:
2LI
2
obowiązuje dla dowolnego konturu, charakteryzuje się
Wm
Formuła
Wm
2LI
2
zależność energii pola magnetycznego prądu od natężenia prądu w obwodzie i jego indukcyjności.
Pytania autotestowe.
1. Opisz obwód, w którym występuje emf. samoindukcja.
2. Co nazywa się samoindukcją?
3. Scharakteryzować stosunek spadku energii pola magnetycznego do
aktualna praca.
4. Narysuj harmonogram pracy i opisz go.
5. Odtwórz wzór na znalezienie energii pola magnetycznego i podaj go
cechy.
Zadania samotestujące.
1) Określ emf. samoindukcja, jeśli zmiana prądu wynosi 4,2 A,
zmiana czasu wynosi 40 ms, a indukcyjność pętli wynosi 0,37 H.
(Odpowiedź: E.m.f.=38,85 V)
2) Określ indukcyjność obwodu, jeśli wiadomo, że zmienia się prąd
wynosi 5,4 A, zmiana czasu wynosi 57 ms, a siła elektromotoryczna wynosi 5,4 A. samoindukcja wynosi 27 V.
(Odpowiedź: L=0,285 Hn)
3) Określ, jaka jest energia pola magnetycznego, jeśli indukcyjność obwodu
jest równy 0,74 H, a prąd wynosi 25 A.
(Odpowiedź:
J)
25,231mW
Literatura
Dmitrieva V.F. Fizyka: Podręcznik. podręcznik dla szkół technicznych./wyd. V.L. Prokofiew,
– wyd. 4, skreślone. – M.: Wyżej. szkoła, 2001. – 415 s.: il. ISBN 5060036685
Cel lekcji: sformułowaj pogląd, że zmiana prądu w przewodniku tworzy wir, który może przyspieszać lub spowalniać poruszające się elektrony.
Podczas zajęć
Sprawdzanie zadań domowych metodą zadawania pytań indywidualnych
1. Uzyskaj wzór na obliczenie siły elektromotorycznej indukcji dla przewodnika poruszającego się w polu magnetycznym.
2. Wyprowadzić wzór na obliczenie siły elektromotorycznej indukcji wykorzystując prawo indukcji elektromagnetycznej.
3. Gdzie stosuje się mikrofon elektrodynamiczny i jak jest zaprojektowany?
4. Zadanie. Rezystancja cewki drutu wynosi 0,03 oma. Strumień magnetyczny wewnątrz cewki zmniejsza się o 12 mWb. Jaki ładunek elektryczny przechodzi przez przekrój cewki?
Rozwiązanie. ξi=ΔФ/Δt; ξi= Iiʹ·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/RΔt; Δq= ΔФ/R;
Nauka nowego materiału
1. Samoindukcja.
Jeśli prąd przemienny przepływa przez przewodnik, wówczas wytwarza indukowany emf w tym samym przewodniku - jest to zjawisko
Samoindukcja. Obwód przewodzący pełni podwójną rolę: przepływa przez niego prąd i przez ten prąd powstaje w nim indukowany emf.
Na podstawie reguły Lenza; gdy prąd wzrasta, siła wirowego pola elektrycznego jest skierowana w stronę prądu, tj. zapobiega jego wzrostowi.
Gdy prąd maleje, pole wirowe go utrzymuje.
Spójrzmy na diagram pokazujący, że aktualna siła osiąga pewną wartość
wartości stopniowo, z biegiem czasu.
Demonstracja eksperymentów z obwodami. Korzystając z pierwszego obwodu, pokażemy, jak pojawia się indukowany emf, gdy obwód jest zamknięty.
Po zamknięciu kluczyka pierwsza lampka zapala się natychmiast, druga z opóźnieniem, wynikającym z dużej indukcji własnej w obwodzie wytwarzanym przez cewkę z rdzeniem.
Korzystając z drugiego obwodu, zademonstrujemy pojawienie się indukowanego pola elektromagnetycznego po otwarciu obwodu.
W momencie otwarcia przez amperomierz przepływa prąd skierowany przeciwnie do prądu początkowego.
Podczas otwierania prąd może przekroczyć pierwotną wartość prądu. Oznacza to, że emf samoindukcji może być większy niż emf źródła prądu.
Narysuj analogię pomiędzy bezwładnością a samoindukcją
Indukcyjność.
Strumień magnetyczny jest proporcjonalny do wielkości indukcji magnetycznej i natężenia prądu. F~B~I.
Ф= L I; gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności między prądem a strumieniem magnetycznym.
Współczynnik ten jest często nazywany indukcyjność obwodu lub współczynnik samoindukcji.
Korzystając z wielkości indukcyjności, prawo indukcji elektromagnetycznej można zapisać w następujący sposób:
ξis= – ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt
Indukcyjność jest wielkością fizyczną liczbowo równą samoindukcyjnemu emf, który występuje w obwodzie, gdy prąd zmienia się o 1 A w ciągu 1 sekundy.
Indukcyjność mierzy się w henrach (H) 1 H = 1 V s/A
O znaczeniu samoindukcji w elektrotechnice i radiu.
Wniosek: kiedy zmienny prąd przepływa przez przewodnik, pojawia się wirowe pole elektryczne.
Pole wirowe spowalnia wolne elektrony, gdy prąd wzrasta i utrzymuje je, gdy maleje.
Konsolidacja badanego materiału.
– Jak wytłumaczyć zjawisko samoindukcji?
– Narysuj analogię pomiędzy bezwładnością a samoindukcją.
– Co to jest indukcyjność obwodu i w jakich jednostkach się ją mierzy?
- Zadanie. Przy prądzie 5 A w obwodzie pojawia się strumień magnetyczny o wartości 0,5 mWb. Jaka będzie indukcyjność obwodu?
Rozwiązanie. ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt; L = ΔФ/ΔI; L =1 ·10-4H
Podsumujmy lekcję
Praca domowa: §15, rep. §13, ust. 2 nr 10
- Cel lekcji: sformułowanie ilościowego prawa indukcji elektromagnetycznej; Uczniowie muszą zrozumieć, czym jest indukcja magnetyczna i czym jest strumień magnetyczny. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych...
- Cel lekcji: ukształtowanie u uczniów wyobrażenia o istnieniu rezystancji tylko w obwodzie prądu przemiennego - są to reaktancje pojemnościowe i indukcyjne. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych...
- Cel lekcji: ukształtowanie pojęcia energii posiadanej przez prąd elektryczny w przewodniku i energii pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych za pomocą testów...
- Cel lekcji: wprowadzenie pojęcia siły elektromotorycznej; uzyskać prawo Ohma dla obwodu zamkniętego; stwórz u uczniów wyobrażenie o różnicy między SEM, napięciem i różnicą potencjałów. Postęp...
- Cel lekcji: ukształtowanie u uczniów pojęcia rezystancji czynnej w obwodzie prądu przemiennego oraz wartości skutecznej prądu i napięcia. Postęp lekcji Sprawdzanie pracy domowej...
- Cel lekcji: sformułowanie koncepcji, że indukowany emf może wystąpić albo w nieruchomym przewodniku umieszczonym w zmiennym polu magnetycznym, albo w poruszającym się przewodniku znajdującym się w stałym...
- Cel lekcji: dowiedzieć się, jak doszło do odkrycia indukcji elektromagnetycznej; z pojęcia indukcji elektromagnetycznej, znaczenia odkrycia Faradaya dla współczesnej elektrotechniki. Postęp lekcji 1. Analiza testu...
- Cel lekcji: rozważenie budowy i zasady działania transformatorów; dostarczają dowodów na to, że prąd elektryczny nigdy nie miałby tak szerokiego zastosowania, gdyby kiedyś...
- Cel lekcji: dowiedzieć się, co powoduje siłę emf indukowaną w poruszających się przewodnikach umieszczonych w stałym polu magnetycznym; doprowadzić uczniów do wniosku, że na ładunki działa siła...
- Cel lekcji: kontrola przyswojenia przez uczniów studiowanego tematu, rozwój logicznego myślenia, doskonalenie umiejętności obliczeniowych. Postęp lekcji Organizacja uczniów do rozwiązania testu Opcja 1 nr 1. Zjawisko...
- Cel lekcji: ukształtowanie u uczniów wyobrażenia o polu elektrycznym i magnetycznym jako jednej całości - polu elektromagnetycznym. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych za pomocą testów...
- Cel lekcji: sprawdzenie wiedzy uczniów na badany temat, doskonalenie umiejętności rozwiązywania problemów różnego typu. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych Odpowiedzi uczniów na podstawie tego, co przygotowali w domu...
- Cel lekcji: powtórzenie i podsumowanie wiedzy na omawiany temat; doskonalić umiejętność logicznego myślenia, uogólniania, rozwiązywania problemów jakościowych i obliczeniowych. Postęp lekcji Sprawdzanie pracy domowej 1....
- Cel lekcji: udowodnienie uczniom, że swobodne oscylacje elektromagnetyczne w obwodzie nie mają praktycznego zastosowania; stosowane są ciągłe oscylacje wymuszone, które mają szerokie zastosowanie w praktyce. Postęp...
- Cel lekcji: sformułowanie koncepcji modułu indukcji magnetycznej i siły amperowej; umieć rozwiązywać problemy w celu wyznaczenia tych wielkości. Postęp lekcji Sprawdzanie zadań domowych metodą indywidualną...
Jeżeli prąd w obwodzie się zmienia, wówczas zmienia się pole magnetyczne tego prądu i własny strumień magnetyczny przenikający obwód. Jeżeli prąd w obwodzie się zmienia, wówczas zmienia się pole magnetyczne tego prądu i własny strumień magnetyczny przenikający obwód. W obwodzie powstaje indukowany emf, który zgodnie z regułą Lenza zapobiega zmianie prądu w obwodzie. W obwodzie powstaje indukowany emf, który zgodnie z regułą Lenza zapobiega zmianie prądu w obwodzie.
SAMOINDUKCJA Samoindukcja to zjawisko polegające na występowaniu indukowanego pola elektromagnetycznego w obwodzie, gdy w tym samym obwodzie zmienia się prąd elektryczny. Samoindukcja to zjawisko występowania indukowanego emf w obwodzie, gdy prąd elektryczny zmienia się w tym samym obwodzie. Samoindukcja jest ważnym szczególnym przypadkiem indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja jest ważnym szczególnym przypadkiem indukcji elektromagnetycznej.
INDUKCJANOŚĆ Strumień własny magnetyczny Φ przenikający prąd do obwodu lub cewki jest proporcjonalny do natężenia prądu I. Strumień własny magnetyczny Φ przenikający przez obwód lub cewkę z prądem jest proporcjonalny do natężenia prądu I. Współczynnik proporcjonalności L w tym wzorze nazywany jest współczynnikiem samoindukcji lub indukcyjnością cewki.
INDUKCJA Jednostka indukcyjności w układzie SI nazywana jest henrem (H). Jednostka indukcyjności w układzie SI nazywana jest henrem (H). Indukcyjność obwodu lub cewki wynosi 1 H, jeśli przy prądzie stałym 1 A jego własny strumień wynosi 1 Wb. Indukcyjność obwodu lub cewki wynosi 1 H, jeśli przy prądzie stałym 1 A jego własny strumień wynosi 1 Wb. 1 H = 1 Wb / 1 A
SAMOINDUKCJA SEM samoindukcji występujący w cewce o stałej wartości indukcyjności jest równy SEM samoindukcji występującej w cewce o stałej wartości indukcyjności jest równy SEM samoindukcji, który jest wprost proporcjonalny do indukcyjność cewki i szybkość zmian prądu w niej. Sem samoindukcji jest wprost proporcjonalny do indukcyjności cewki i szybkości zmian prądu w niej.
Energia magnetyczna. Po otwarciu kluczyka lampka jasno miga. Po otwarciu kluczyka lampka jasno miga. Prąd w obwodzie powstaje pod wpływem samoindukcji emf. Źródłem energii uwalnianej w obwodzie elektrycznym jest pole magnetyczne cewki.
Energia magnetyczna. Z prawa zachowania energii wynika, że cała energia zgromadzona w cewce zostanie uwolniona w postaci ciepła Joule'a. Jeśli oznaczymy całkowity opór obwodu przez R, to w czasie Δt zostanie uwolniona pewna ilość ciepła.Z prawa zachowania energii wynika, że cała energia zgromadzona w cewce zostanie uwolniona w postaci Joule'a ciepło. Jeśli oznaczymy całkowity opór obwodu przez R, to w czasie Δt zostanie uwolniona ilość ciepła ΔQ = I 2 RΔt
Energia magnetyczna. Wykreślmy zależność strumienia magnetycznego Φ(I) od prądu I. Wykreślmy zależność strumienia magnetycznego Φ(I) od prądu I. Całkowita ilość wydzielonego ciepła, równa początkowej rezerwie energii pola magnetycznego , jest określony przez obszar trójkąta. ФI/2
Cel lekcji : sformułowaj pogląd, że zmiana prądu w przewodniku tworzy wir, który może przyspieszać lub spowalniać poruszające się elektrony.
Podczas zajęć
Sprawdzanie zadań domowych metodą zadawania pytań indywidualnych
1. Uzyskaj wzór na obliczenie siły elektromotorycznej indukcji dla przewodnika poruszającego się w polu magnetycznym.
2. Wyprowadzić wzór na obliczenie siły elektromotorycznej indukcji wykorzystując prawo indukcji elektromagnetycznej.
3. Gdzie stosuje się mikrofon elektrodynamiczny i jak jest zaprojektowany?
4. Zadanie. Rezystancja cewki drutu wynosi 0,03 oma. Strumień magnetyczny wewnątrz cewki zmniejsza się o 12 mWb. Jaki ładunek elektryczny przechodzi przez przekrój cewki?
Rozwiązanie. ξi=ΔФ/Δt; ξi= Iiʹ·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/RΔt; Δq= ΔФ/R;
Δq=400 mC
Nauka nowego materiału
1. Samoindukcja.
Jeśli prąd przemienny przepływa przez przewodnik, wówczas wytwarza w tym samym przewodniku indukowany emf - jest to zjawisko samoindukcji. Obwód przewodzący pełni podwójną rolę: przepływa przez niego prąd i przez ten prąd powstaje w nim indukowany emf.
Na podstawie reguły Lenza; gdy prąd wzrasta, siła wirowego pola elektrycznego jest skierowana w stronę prądu, tj. zapobiega jego wzrostowi.
Gdy prąd maleje, pole wirowe go utrzymuje.
Spójrzmy na diagram pokazujący, że aktualna siła osiąga pewną wartość
wartości stopniowo, z biegiem czasu.
L L2 R A
Demonstracja eksperymentów z obwodami. Korzystając z pierwszego obwodu, pokażemy, jak pojawia się indukowany emf, gdy obwód jest zamknięty.
Po zamknięciu kluczyka pierwsza lampka zapala się natychmiast, druga z opóźnieniem, wynikającym z dużej indukcji własnej w obwodzie wytwarzanym przez cewkę z rdzeniem.
Korzystając z drugiego obwodu, zademonstrujemy pojawienie się indukowanego pola elektromagnetycznego po otwarciu obwodu.
W momencie otwarcia przez amperomierz przepływa prąd skierowany przeciwnie do prądu początkowego.
Podczas otwierania prąd może przekroczyć pierwotną wartość prądu. Oznacza to, że emf samoindukcji może być większy niż emf źródła prądu.
Narysuj analogię pomiędzy bezwładnością a samoindukcją
Indukcyjność.
Strumień magnetyczny jest proporcjonalny do wielkości indukcji magnetycznej i natężenia prądu. F~B~I.
Ф= L I; gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności między prądem a strumieniem magnetycznym.
Współczynnik ten jest często nazywany indukcyjność obwodu lub współczynnik samoindukcji.
Korzystając z wielkości indukcyjności, prawo indukcji elektromagnetycznej można zapisać w następujący sposób:
ξis= - ΔФ/Δt = - L ΔI/Δt
Indukcyjność jest wielkością fizyczną liczbowo równą samoindukcyjnemu emf, który występuje w obwodzie, gdy prąd zmienia się o 1 A w ciągu 1 sekundy.
Indukcyjność mierzy się w henrach (H) 1 H = 1 V s/A
O znaczeniu samoindukcji w elektrotechnice i radiu.
Wniosek: kiedy zmienny prąd przepływa przez przewodnik, pojawia się wirowe pole elektryczne.
Pole wirowe spowalnia wolne elektrony, gdy prąd wzrasta i utrzymuje je, gdy maleje.
Konsolidacja badanego materiału.
- Jak wytłumaczyć zjawisko samoindukcji?
- Narysuj analogię pomiędzy bezwładnością a samoindukcją.
- Co to jest indukcyjność obwodu i w jakich jednostkach się ją mierzy?
- Zadanie. Przy prądzie 5 A w obwodzie pojawia się strumień magnetyczny o wartości 0,5 mWb. Jaka będzie indukcyjność obwodu?
Rozwiązanie. ΔФ/Δt = - L ΔI/Δt; L = ΔФ/ΔI; L =1 ·10-4H
Podsumujmy lekcję
Praca domowa: §15, rep. §13, ust. 2 nr 10