Головна ⇒ 📌Плани-конспекти уроків по фізиці ⇒ Самоіндукція. Індуктивність

Самоіндукція. Індуктивність

1-й семестр

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

3. Електромагнітне поле

УРОК 9/36

Тема. Самоіндукція. Індуктивність

Мета уроку: розширити уявлення учнів про явище електромагнітної індукції; роз’яснити сутність явища самоіндукції.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань	4 хв.	1. Явище електромагнітної індукції. 2. Закон електромагнітної індукції. 3. Правило Ленца.
Демонстрації	5 хв.	1. Явище самоіндукції під час розмикання й замикання кола. 2. Використання самоіндукції для запалювання люмінесцентної лампи. 3. Фрагменти відеофільму “Явище самоіндукції”.
Вивчення нового матеріалу	24 хв.	1. Самоіндукція. 2. ЕРС самоіндукції. 3. Індуктивність
Закріплення вивченого матеріалу	12 хв.	1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Самоіндукція

Якщо магнітний потік через замкнутий контур змінюється, то виникає вихрове електричне поле, а внаслідок цього – ЕРС індукції в котушці.

Магнітний потік не обов’язково повинен бути створений полем магніту або полем іншої котушки: точно так само потік може бути створений електричним струмом самої котушки. Отже, магнітний потік може змінюватися під час зміни сили струму в котушці.

Тому будь-яка зміна сили струму в котушці призводить до виникнення в цій же котушці ЕРС (її називають ЕРС самоіндукції ).

O Самоіндукція – явище виникнення ЕРС індукції в провідному контурі внаслідок зміни сили струму в цьому ж контурі.

Відповідно до правила Ленца ЕРС самоіндукції протидіє зміні сили струму. Отже, самоіндукція завжди послабляє збільшення сили струму після замикання кола постійного струму. За відсутності самоіндукції сила струму миттєво зросла б до максимального значення під час замикання ключа. Але якщо в колі є котушка зі значною кількістю витків, а тим більше з феромагнітним сердечником, сила струму підвищуватиметься значно повільніше.

Отже, внаслідок явища самоіндукції замкнутий контур зі струмом володіє “інертністю”: силу струму в контурі, що містить котушку, не можна збільшити миттєво. У той же час її не можна й зменшити миттєво.

2. ЕРС самоіндукції

Як відомо учням, енергетичною характеристикою вихрового електричного поля є ЕРС індукції. Оскільки самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції, то для обчислення ЕРС самоіндукції можна застосувати формулу:

Де N – число витків.

Однак на практиці ЕРС самоіндукції пов’язують не зі швидкістю зміни магнітного потоку, а зі швидкістю зміни сили струму. Модуль вектора індукції магнітного поля, створюваного струмом, пропорційний силі струму. Оскільки магнітний потік Ф пропорційний B, то Ф ~ B ~ I.

Отже, можна стверджувати, що Ф = LI, де L – коефіцієнт пропорційності між струмом у провідному контурі й магнітному потоці, що пронизує цей контур. Величину L називають коефіцієнтом самоіндукції або індуктивністю контуру.

Якщо вважати, що форма контуру залишається незмінною й магнітний потік змінюється тільки за рахунок зміни сили струму, то для ЕРС самоіндукції одержимо:

3. Індуктивність

Струм I, що протікає через будь-який замкнутий контур, створює магнітний потік Ф, що пронизує поверхню, обмежену цим провідником. Якщо провідник нерухомий і магнітні властивості

Середовища не змінюються, магнітний потік пропорційний силі струму: Ф ~ I або Ф = LI, де L – величина, що характеризує контур (наприклад, котушку) і навколишнє його середовище (сердечник).

За такого способу введення індуктивності її фізичний зміст визначають з виразу:

O Індуктивність – це власна якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.

З останнього виразу випливає, що індуктивність чисельно дорівнює потоку магнітної індукції, яка створюється силою струму в 1 А. У системі СІ одиницею індуктивності є генрі (Гн). Ця одиниця названа на честь американського фізика Джозефа Генрі, що спостерігав уперше явище самоіндукції 1832 року, наступного року після відкриття явища електромагнітної індукції:

1 генрі – це індуктивність такого провідника, у якому струм силою в 1 А створює магнітний потік в 1 Вб.

Для розв’язання задач із використанням формули можна дати й інше визначення індуктивності й одиниці її виміру.

При? I = 1 А й? t = 1 c одержуємо: Таким чином, відповідно до збільшення індуктивності зростає й ЕРС індукції.

Індуктивність провідника дорівнює 1 Гн, якщо в ньому за зміни сили струму в 1 А за 1 с виникає ЕРС самоіндукції 1 В:

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. У який момент зазвичай іскрить рубильник: у разі замикання або розмикання кола?

2. Коли можна спостерігати явище самоіндукції в колі постійного струму?

3. Чому не можна миттєво змінити силу струму в замкнутому контурі?

Другий рівень

1. Як залежить значення модуля вектора магнітної індукції від сили струму?

2. Досліди показують, що індуктивність котушки збільшується відповідно до збільшення числа витків у котушці. Як цей факт можна пояснити?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. Чому за відриву дуги трамвая від повітряного проводу виникає іскріння?

2. Електромагніт з розімкнутим сердечником увімкнений у коло постійного струму. Під час замикання сердечника якорем відбувається короткочасне зменшення сили струму в колі. Чому?

3. Чому відімкнення від живильної мережі потужних електродвигунів здійснюють плавно й повільно за допомогою реостата?

2). Навчаємося розв’язувати задачі

1. Надпровідну котушку індуктивністю 5 Гн замикають на джерело струму з ЕРС 20 В і дуже малим внутрішнім опором. Уважаючи, що сила струму в котушці збільшується рівномірно, визначте час, за який сила струму досягне 10 А.

Розв’язання. Сила струму в котушці збільшується поступово внаслідок явища самоіндукції. Скористаємося законом Ома для повного кола: де – повна ЕРС кола, що складається з ЕРС джерела й ЕРС самоіндукції: Тоді закон Ома набуває вигляду:

Оскільки звідки де? I/?t – швидкість зміни сили струму.

Струм у котушці змінюється рівномірно, тому час, за який він досягне значення 10 А, дорівнює:

Визначимо значення шуканої величини:

Відповідь: час, за який струм у котушці досягне значення 10 А, становить 2,5 с.

2. Знайдіть індуктивність провідника, у якому рівномірна зміна сили струму на 2 А упродовж 0,25 с збуджує ЕРС самоіндукції 20 мВ.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

– Самоіндукція – явище виникнення ЕРС індукції в провідному контурі внаслідок зміни сили струму в цьому ж контурі.

– ЕРС самоіндукції:

– Індуктивність – це власна якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.