Фізика явище самоіндукції. Самоіндукція, індуктивність. самоіндукція кожен провідник, по якому протікає ел.ток, знаходиться у власному магнітному полі. Електромагнітна індукція самоіндукція урок дослідження

Тема урока : самоіндукції.

Мета уроку :

навчальна: Ознайомити уч-ся з явищем самоіндукції, сформувати знання по даному явищу.

розвиваюча:активізувати мислення школярів, розвивати мотивацію вивчення фізики.

Виховна: Виховувати інтерес до предмету.

Хід уроку:

Тип уроку Комбінований.

IОрганізаційна частина.

IIЕтап постановки цілей і завдань уроку:на даному уроці ми дізнаємося, як і ким було відкрито явище самоіндукції, розглянемо досвід, за допомогою якого продемонструємо це явище, визначимо, що самоіндукція - це окремий випадок електромагнітної індукції. В кінці уроку введемо фізичну величину, яка показує залежність ЕРС самоіндукції від розмірів і форм провідника і від середовища, в якій знаходиться провідник, тобто індуктивність.

IIIетап актуалізації опорних знань:

Питання класу:
1. Як формулюється закон ел.магнітной індукції.?
2. Записати закон ел. магнітної індукції?
3. Що означає знак "-"?
4. Чому закон ел.магнітной індукції формулюється для ЕРС, а не для тока7
5. Яке поле називають "вихровим"?
6. Що таке струми Фуко?

IVЕтап вивчення нового матеріалу:
самоіндукція

а. Біографічні відомості про вченого відкрило явище

Основи електродинаміки були закладені Ампером в 1820 році. Роботи Ампера надихнули багатьох інженерів на конструювання різних технічних пристроїв, таких як електродвигун (конструктор Б.С. Якобі), телеграф (С. Морзе), електромагніт, конструюванням якого займався відомий американський вчений Генрі.

Джозеф Генрі (рис. 1) прославився завдяки створенню серії унікальних найпотужніших електромагнітів з підйомною силою від 30 до 1500 кг при власній масі магніту 10 кг. Створюючи різні електромагніти, в 1832 році вчений відкрив нове явище в електромагнетизмі - явище самоіндукції. Саме цьому явищу присвячено даний урок.

Мал. 1. Джозеф Генрі

Джозеф Генрі -1832г.

б. Демонстрація схеми ланцюга:

Генрі винаходив плоскі котушки зі смугової міді, за допомогою яких домагався силових ефектів, виражених більш яскраво, ніж при використанні дротяних соленоїдів. Вчений зауважив, що під час перебування в ланцюзі потужної котушки струм в цьому ланцюгу досягає свого максимального значення набагато повільніше, ніж без котушки.

Мал. 2. Схема експериментальної установки Д. Генрі

Мал. 3. Різний напруження лампочок в момент включення ланцюга

При замиканні ключа перша лампа спалахує практично відразу, друга - з помітним запізненням.

ЕРС індукції в ланцюзі цієї лампи велика, і сила струму не відразу досягає свого значення.

При розмиканні ключа струм в ланцюзі зменшується ЕРС індукції в ланцюзі мало, а індукційний струм спрямований у ту ж сторону, що і власний струм витка. Це призводить до уповільнення спаду власного струму -Друга лампа гасне не відразу.

Висновок: при зміні струму в провіднику виникає електромагнітна індукція в тому ж провіднику, що породжує індукційний струм, спрямований таким чином, щоб перешкоджати будь-яким змінам власного струму в провіднику. У цьому полягає явище самоіндукції. Самоіндукція- це окремий випадок електромагнітної індукції. Формули для знаходження потоку магнітної індукції і ЕРС самоіндукції.

Основні висновки: Самоіндукція- це явище виникнення електромагнітної індукції в провіднику при зміні сили струму, що протікає крізь цей провідник.

Електрорушійна сила індукціїпрямо пропорційна швидкості зміни струму, що протікає крізь провідник, взятого зі знаком мінус. Коефіцієнт пропорційності називають индуктивностью, Яка залежить від геометричних параметрів провідника:

Провідник має індуктивність, рівну 1 Гн, якщо при швидкості зміни струму в провіднику, що дорівнює 1 А в секунду, в цьому провіднику виникає електрорушійна сила самоіндукції, що дорівнює 1В.

З явищем самоіндукції людина стикається щодня. Кожен раз, включаючи або вимикаючи світло, ми тим самим замикаємо або розмикаємо ланцюг, при цьому порушуючи індукційні струми. Іноді ці струми можуть досягати таких великих величин, що всередині вимикача проскакує іскра, яку ми можемо побачити.

Перегляд фрагмента диска "Самоіндукція в побуті і техніці "

V Етап закріплення нового матеріалу.

Питання класу:

1. Що називають самоіндукцією?
2. Як спрямовані по відношенню до струму лінії напруженості вихрового електричного поля в провіднику при збільшенні і зменшенні сили струму?
3. Що називають індуктивністю?
4. Що приймають за одиницею індуктивності?
5. Чому дорівнює ЕРС самоіндукції?

Вирішення задач:Марон, стор. 23 В1. Римкевіч № 931, 932, 934, 935, 926.

VI Домашнє завдання : П. 15, упр. Марон, стор.102 (1-й У 1-6)

Згідно з правилом Ленца, індуктивний струм, який виникає в замкнутому контурі, завжди протидіє зміні зовнішнього магнітного потоку, яке викликала його поява. Сьогодні ми будемо розглядати випадок, коли поява електромагнітної індукції обумовлено зміна сили струму, походять через котушку з великою кількістювитків. Якщо причина виникнення індукційного струму полягає в зростанні струму, то індукційний струм своїм магнітним полем буде протидіяти цьому зростанню. Переконатися в цьому можна на наступному досвіді. З'єднаємо паралельно дві лампочки, до першої лампочці ток потрапляє, проходячи через реостат, а до другої лампочці, проходячи через котушку індуктивності, причому число витків в цій котушці досить велике, а всередині знаходиться сердечник, що складається із сполучених між собою пластин трансформаторної сталі (магнітне поле , яке буде виникати навколо такої котушки, велике). Замкнемо ключем ланцюг. Обидві лампочки загорілися, але друга лампочка, загорілася з видимим запізненням. У чому причина цього явища? У момент замикання ключа, загальна сила струму I, і сили струму в кожній гілці I1 і I2 починають зростати. А якщо навколо провідників виникає посилення магнітного поля, тоді, відповідно до правила Ленца, в реостате і котушці виникають індукційні струми, які будуть перешкоджати своїм дією подальшого зростання сили струму в ланцюзі. Звичайно ж, магнітне поле, яке виникне навколо котушки з струмом, більш сильне, тому лампочка номер два загоряється пізніше.
Зверніть увагу, що в дослідах, які ми розглядали раніше, індукційний струм в контурі виникав внаслідок впливу зовнішнього магнітного поля. У нашому прикладі, індукційний струм в ланцюзі виник, через зміни сили струму в ланцюзі. Це явище отримало назву явище самоіндукції. Явище самоіндукції - це явище, обумовлене виникненням індукційного струму в провіднику або котушці, внаслідок зміни струму в ній. Виниклий ток називають струмом самоіндукції. Лампочка загорілася пізніше, проходячи через котушку, тому що в котушці індукційний струм більше, ніж в реостате (котушка має більше число витків і сердечник). Тому кажуть, що вона має більшу індуктивністю, ніж реостат.
Що ж таке індуктивність? Індуктивність - це нова фізична величина, за допомогою якої можна оцінити здатність котушки протидіяти зміні сили струму в ній. Позначають індуктивність буквою L (ель). Одиниці зміни індуктивності в міжнародній системі одиниць (СІ) - Генрі (Гн). Індуктивність різних котушок буде різною. Вона залежить від розмірів і форми котушки, числа витків, наявність сердечника і матеріалу, з якого він виготовлений. І звичайно, чим більшою індуктивністю володіє котушка, тим з великим запізненням буде загорятися лампочка.
Проведемо другий досвід, який продемонструє явище самоіндукції при розмиканні ланцюга. У схемі, яку ми збирали раніше, проведемо деякі заміни. Приберемо першу лампочку, а до котушки паралельно подсоединим неонову лампочку, яку на схемі позначимо Лн (ел з індексом ен). При замиканні ланцюга, ми спостерігаємо горіння тільки однієї лампочки. Напруга на джерелі струму менше, ніж необхідно для горіння неонової лампочки (напруга повинна бути не менше 80 Вольт). Розімкніть ланцюг, лампочка розжарювання згасає, а неонова лампочка освітлюється короткочасним спалахом.
Чому так відбувається? При зменшенні струму в ланцюзі в котушці виникає індукційний струм, своїм магнітним полем, що перешкоджає зменшенню струму в ланцюзі. Причому виникає індукційний струм настільки великий, що його напруги досить для горіння неонової лампочки, але він дуже швидко слабшає.
Подумайте і дайте відповідь на питання, в якому випадку в ланцюзі виникає явище самоіндукції?
А) при зменшенні струму в ланцюзі,
Б) при зростанні струму в ланцюзі,
В) в обох випадках.
Явище самоіндукції виникає при проходженні через котушку змінного струму (це може бути і збільшення струму і зменшення).
При замиканні ланцюга індукційний струм
А) перешкоджає збільшенню струму в ланцюзі,
Б) сприяє збільшенню струму в ланцюзі,
В) не впливає на перебіг струму в ланцюзі.
При замиканні ключа, що виникає індукційний струм перешкоджає зростанню струму в ланцюзі. Самоіндукція виникає у всіх провідниках, при зміні сили струму в ланцюзі, однак він буде помітний і зробить істотний вплив на інші елементи в ланцюзі, тільки в разі використання котушки з досить великою кількістю витків і сердечником.

На даному уроці ми дізнаємося, як і ким було відкрито явище самоіндукції, розглянемо досвід, за допомогою якого продемонструємо це явище, визначимо, що самоіндукція - це окремий випадок електромагнітної індукції. В кінці уроку введемо фізичну величину, яка показує залежність ЕРС самоіндукції від розмірів і форми провідника і від середовища, в якій знаходиться провідник, т. Е. Індуктивність.

Генрі винаходив плоскі котушки зі смугової міді, за допомогою яких домагався силових ефектів, виражених більш яскраво, ніж при використанні дротяних соленоїдів. Вчений зауважив, що під час перебування в ланцюзі потужної котушки струм в цьому ланцюгу досягає свого максимального значення набагато повільніше, ніж без котушки.

Мал. 2. Схема експериментальної установки Д. Генрі

На рис. 2 зображена електрична схема експериментальної установки, на основі якої можна продемонструвати явище самоіндукції. Електричне коло складається з двох паралельно з'єднаних лампочок, підключених через ключ до джерела постійного струму. Послідовно з однією з лампочок підключена котушка. Після замикання ланцюга видно, що лампочка, яка з'єднана послідовно з котушкою, загоряється повільніше, ніж друга лампочка (рис. 3).

Мал. 3. Різний напруження лампочок в момент включення ланцюга

При відключенні джерела лампочка, підключена послідовно з котушкою, гасне повільніше, ніж друга лампочка.

Чому лампочки гаснуть не одночасно

При замиканні ключа (рис. 4) через виникнення ЕРС самоіндукції ток в лампочці з котушкою зростає повільніше, тому ця лампочка загоряється повільніше.

Мал. 4. Замикання ключа

При розмиканні ключа (рис. 5) виникає ЕРС самоіндукції заважає зменшенням струму. Тому струм ще деякий час продовжує текти. Для існування струму потрібен замкнутий контур. Такий контур в ланцюзі є, він містить обидві лампочки. Тому при розмиканні ланцюга лампочки повинні деякий час світитися однаково, і спостережуване запізнювання може бути викликана іншими причинами.

Мал. 5. Розсування ключа

Розглянемо процеси, що відбуваються в даному колі при замиканні і розмиканні ключа.

1. Замикання ключа.

У ланцюзі знаходиться струмопровідний виток. Нехай струм в цьому витку тече проти годинникової стрілки. Тоді магнітне поле буде направлено вгору (рис. 6).

Таким чином, виток виявляється в просторі власного магнітного поля. При зростанні струму виток виявиться в просторі змінюється магнітного поля власного струму. Якщо струм зростає, то створений цим струмом магнітний потік також зростає. Як відомо, при зростанні магнітного потоку, що пронизує площину контуру, в цьому контурі виникає електрорушійна сила індукції і, як наслідок, індукційний струм. За правилом Ленца, цей струм буде спрямований таким чином, щоб своїм магнітним полем перешкоджати зміні магнітного потоку, що пронизує площину контуру.

Тобто для розглянутого на рис. 6 витка індукційний струм повинен бути спрямований за годинниковою стрілкою (рис. 7), тим самим перешкоджаючи наростання власного струму витка. Отже, при замиканні ключа струм в ланцюзі зростає не миттєво завдяки тому, що в цьому ланцюзі виникає гальмуючий індукційний струм, спрямований у протилежний бік.

2. Розсування ключа

При розмиканні ключа струм в ланцюзі зменшується, що призводить до зменшення магнітного потоку крізь площину витка. Зменшення магнітного потоку призводить до появи ЕРС індукції і індукційного струму. В цьому випадку індукційний струм спрямований у ту ж сторону, що і власний струм витка. Це призводить до уповільнення спаду власного струму.

висновок:при зміні струму в провіднику виникає електромагнітна індукція в цьому ж провіднику, що породжує індукційний струм, спрямований таким чином, щоб перешкоджати будь-яким змінам власного струму в провіднику (рис. 8). У цьому полягає суть явища самоіндукції. Самоіндукція - це окремий випадок електромагнітної індукції.

Мал. 8. Момент включення і виключення ланцюга

Формула для знаходження магнітної індукції прямого провідника зі струмом:

де - магнітна індукція; - магнітна постійна; - сила струму; - відстань від провідника до точки.

Потік магнітної індукції через площадку дорівнює:

де - площа поверхні, яка пронизує магнітним потоком.

Таким чином, потік магнітної індукції пропорційна величині струму в провіднику.

Для котушки, в якій - число витків, а - довжина, індукція магнітного поля визначається наступним співвідношенням:

Магнітний потік, створений котушкою з числом витків N, Дорівнює:

Підставивши в цей вираз формулу індукції магнітного поля, отримуємо:

Ставлення числа витків до довжини котушки позначимо числом:

Отримуємо остаточне вираз для магнітного потоку:

З отриманого співвідношення видно, що значення потоку залежить від величини струму і від геометрії котушки (радіус, довжина, число витків). Величина, що дорівнює, називається індуктивністю:

Одиницею вимірювання індуктивності є Генрі:

Отже, потік магнітної індукції, викликаний струмом в котушці, дорівнює:

З урахуванням формули для ЕРС індукції, отримуємо, що ЕРС самоіндукції дорівнює добутку швидкості зміни струму на індуктивність, взятому зі знаком «-»:

самоіндукція- це явище виникнення електромагнітної індукції в провіднику при зміні сили струму, що протікає крізь цей провідник.

Електрорушійна сила самоіндукціїпрямо пропорційна швидкості зміни струму, що протікає крізь провідник, взятої зі знаком мінус. Коефіцієнт пропорційності називається индуктивностью, Яка залежить від геометричних параметрів провідника.

Провідник має індуктивність, рівну 1 Гн, якщо при швидкості зміни струму в провіднику, що дорівнює 1 А в секунду, в цьому провіднику виникає електрорушійна сила самоіндукції, що дорівнює 1 В.

З явищем самоіндукції людина стикається щодня. Кожен раз, включаючи або вимикаючи світло, ми тим самим замикаємо або розмикаємо ланцюг, при цьому порушуючи індукційні струми. Іноді ці струми можуть досягати таких великих величин, що всередині вимикача проскакує іскра, яку ми можемо побачити.

Список літератури

1. Мякішев Г.Я. Фізика: Учеб. для 11 кл. загальноосвіт. установ. - М .: Просвещение, 2010 року.
2. Касьянов В.А. Фізика. 11 кл .: Учеб. для загальноосвіт. установ. - М .: Дрофа, 2005.
3. Генденштейн Л.Е., Дік Ю.І., Фізика 11. - М .: Мнемозина.

1. Інтернет-портал Myshared.ru ().
2. Інтернет-портал Physics.ru ().
3. Інтернет-портал Festival.1september.ru ().

Домашнє завдання

1. Питання в кінці параграфа 15 (стор. 45) - Мякішев Г.Я. Фізика 11 (див. Список рекомендованої літератури)
2. Індуктивність якого провідника дорівнює 1 Генрі?

Прояв явища самоіндукції Замикання цепіРазмиканіе ланцюга При замиканні в ел.цепі наростає струм, що викликає в котушці збільшення магнітного потоку, виникає вихровий ел.поле, спрямоване проти струму, тобто в котушці виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає наростанню струму в ланцюзі (вихровий поле гальмує електрони). В результаті Л1 загоряється пізніше, ніж Л2. При розмиканні ел.цепі ток убуває, виникає зменшення м.потока в котушці, виникає вихровий ел.поле, спрямоване як струм (що прагне зберегти колишню силу струму), тобто в котушці виникає ЕРС самоіндукції, що підтримує струм в ланцюзі. В результаті Л при виключенні яскраво спалахує.

Індуктивності Від чого залежить ЕРС самоіндукції? Ел.ток створює власне магнітне поле. Магнітний потік через контур пропорційний індукції магнітного поля (Ф ~ B), індукція пропорційна силі струму в провіднику (B ~ I), отже магнітний потік пропорційний силі струму (Ф ~ I). ЕРС самоіндукції залежить від швидкості зміни сили струму в ел.цепі, від властивостей провідника (розмірів і форми) і від відносної магнітної проникності середовища, в якій знаходиться провідник. Фізична величина, що показує залежність ЕРС самоіндукції від розмірів і форми провідника і від середовища, в якій знаходиться провідник, називається коефіцієнтом самоіндукції або індуктивністю.

ЕНЕРГІЯ магнітного поля струму Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле, яке має енергію. Звідки вона береться? Джерело струму, включений в ел.цепі, володіє запасом енергії. У момент замикання ел.цепі джерело струму витрачає частину своєї енергії на подолання дії виникає ЕРС самоіндукції. Ця частина енергії, яка називається власною енергією струму, і йде на освіту магнітного поля. Енергія магнітного поля дорівнює власної енергії струму. Власна енергія струму чисельно дорівнює роботі, яку повинен здійснити джерело струму для подолання ЕРС самоіндукції, щоб створити струм в ланцюзі.

Енергія магнітного поля, створеного струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму. Куди зникає енергія магнітного поля після припинення струму? - виділяється (у разі роз'єднання ланцюга з досить великою силою струму можливе виникнення іскри або дуги)