Самоиндукция. Индуктивность

• Самоиндукция. Индуктивность.

• Ос­но­вы элек­тро­ди­на­ми­ки были за­ло­же­ны Ам­пе­ром в 1820 году. Ра­бо­ты Ам­пе­ра вдох­но­ви­ли мно­гих ин­же­не­ров на кон­стру­и­ро­ва­ние раз­лич­ных тех­ни­че­ских устройств, таких как элек­тро­дви­га­тель (кон­струк­тор Б.С. Якоби), те­ле­граф (С. Морзе), элек­тро­маг­нит, кон­стру­и­ро­ва­ни­ем ко­то­ро­го за­ни­мал­ся из­вест­ный аме­ри­кан­ский уче­ный Генри.
• Джо­зеф Генри (рис. 1) про­сла­вил­ся бла­го­да­ря со­зда­нию серии уни­каль­ных мощ­ней­ших элек­тро­маг­ни­тов с подъ­ем­ной силой от 30 до 1500 кг при соб­ствен­ной массе маг­ни­та 10 кг. Со­зда­вая раз­лич­ные элек­тро­маг­ни­ты, в 1832 году уче­ный от­крыл новое яв­ле­ние в элек­тро­маг­не­тиз­ме – яв­ле­ние са­мо­ин­дук­ции. 

• Генри изоб­ре­тал плос­кие ка­туш­ки из по­ло­со­вой меди, с по­мо­щью ко­то­рых до­би­вал­ся си­ло­вых эф­фек­тов, вы­ра­жен­ных более ярко, чем при ис­поль­зо­ва­нии про­во­лоч­ных со­ле­но­и­дов. Уче­ный за­ме­тил, что при на­хож­де­нии в цепи мощ­ной ка­туш­ки ток в этой цепи до­сти­га­ет сво­е­го мак­си­маль­но­го зна­че­ния го­раз­до мед­лен­нее, чем без ка­туш­ки.

• На ри­сун­ке изоб­ра­же­на элек­три­че­ская схема экс­пе­ри­мен­таль­ной уста­нов­ки, на ос­но­ве ко­то­рой можно про­де­мон­стри­ро­вать яв­ле­ние са­мо­ин­дук­ции. Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из двух па­рал­лель­но со­еди­нен­ных лам­по­чек, под­клю­чен­ных через ключ к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока. По­сле­до­ва­тель­но с одной из лам­по­чек под­клю­че­на ка­туш­ка. После за­мы­ка­ния цепи видно, что лам­поч­ка, ко­то­рая со­еди­не­на по­сле­до­ва­тель­но с ка­туш­кой, за­го­ра­ет­ся мед­лен­нее, чем вто­рая лам­поч­ка.

• При от­клю­че­нии ис­точ­ни­ка лам­поч­ка, под­клю­чен­ная по­сле­до­ва­тель­но с ка­туш­кой, гас­нет мед­лен­нее, чем вто­рая лам­поч­ка.
• Рас­смот­рим про­цес­сы, про­ис­хо­дя­щие в дан­ной цепи при за­мы­ка­нии и раз­мы­ка­нии ключа.
• 1. За­мы­ка­ние ключа.
• В цепи на­хо­дит­ся то­ко­про­во­дя­щий виток. Пусть ток в этом витке течет про­тив ча­со­вой стрел­ки. Тогда маг­нит­ное поле будет на­прав­ле­но вверх 

• Таким об­ра­зом, виток ока­зы­ва­ет­ся в про­стран­стве соб­ствен­но­го маг­нит­но­го поля. При воз­рас­та­нии тока виток ока­жет­ся в про­стран­стве из­ме­ня­ю­ще­го­ся маг­нит­но­го поля соб­ствен­но­го тока. Если ток воз­рас­та­ет, то со­здан­ный этим током маг­нит­ный поток также воз­рас­та­ет. Как из­вест­но, при воз­рас­та­нии маг­нит­но­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го плос­кость кон­ту­ра, в этом кон­ту­ре воз­ни­ка­ет элек­тро­дви­жу­щая сила ин­дук­ции и, как след­ствие, ин­дук­ци­он­ный ток. По пра­ви­лу Ленца этот ток будет на­прав­лен таким об­ра­зом, чтобы своим маг­нит­ным полем пре­пят­ство­вать из­ме­не­нию маг­нит­но­го по­то­ка, про­ни­зы­ва­ю­ще­го плос­кость кон­ту­ра.
• То есть, для рас­смат­ри­ва­е­мо­го на ри­сун­ке 4 витка ин­дук­ци­он­ный ток дол­жен быть на­прав­лен по ча­со­вой стрел­ке, тем самым пре­пят­ствуя на­рас­та­нию соб­ствен­но­го тока витка. Сле­до­ва­тель­но, при за­мы­ка­нии ключа ток в цепи воз­рас­та­ет не мгно­вен­но, бла­го­да­ря тому, что в этой цепи воз­ни­ка­ет тор­мо­зя­щий ин­дук­ци­он­ный ток, на­прав­лен­ный в про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну.
• 2. Раз­мы­ка­ние ключа.
• При раз­мы­ка­нии ключа ток в цепи умень­ша­ет­ся, что при­во­дит к умень­ше­нию маг­нит­но­го по­то­ка сквозь плос­кость витка. Умень­ше­ние маг­нит­но­го по­то­ка при­во­дит к по­яв­ле­нию ЭДС ин­дук­ции и ин­дук­ци­он­но­го тока. В этом слу­чае ин­дук­ци­он­ный ток на­прав­лен в ту же сто­ро­ну, что и соб­ствен­ный ток витка. Это при­во­дит к за­мед­ле­нию убы­ва­ния соб­ствен­но­го тока.
• Вывод:  при из­ме­не­нии тока в про­вод­ни­ке воз­ни­ка­ет элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция в этом же про­вод­ни­ке, что по­рож­да­ет ин­дук­ци­он­ный ток, на­прав­лен­ный таким об­ра­зом, чтобы пре­пят­ство­вать лю­бо­му из­ме­не­нию соб­ствен­но­го тока в про­вод­ни­ке. В этом за­клю­ча­ет­ся суть яв­ле­ния са­мо­ин­дук­ции. Са­мо­ин­дук­ция – это част­ный слу­чай элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции.

•  Основные выводы
• Са­мо­ин­дук­ция  – это яв­ле­ние воз­ник­но­ве­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции в про­вод­ни­ке при из­ме­не­нии силы тока, про­те­ка­ю­ще­го сквозь этот про­вод­ник.
• Элек­тро­дви­жу­щая сила са­мо­ин­дук­ции  прямо про­пор­ци­о­наль­на ско­ро­сти из­ме­не­ния тока, про­те­ка­ю­ще­го сквозь про­вод­ник, взя­той со зна­ком минус. Ко­эф­фи­ци­ент про­пор­ци­о­наль­но­сти на­зы­ва­ет­ся  ин­дук­тив­но­стью , ко­то­рая за­ви­сит от гео­мет­ри­че­ских па­ра­мет­ров про­вод­ни­ка.
• Про­вод­ник имеет ин­дук­тив­ность, рав­ную 1 Гн, если при ско­ро­сти из­ме­не­ния тока в про­вод­ни­ке, рав­ной 1 А в се­кун­ду, в этом про­вод­ни­ке воз­ни­ка­ет элек­тро­дви­жу­щая сила са­мо­ин­дук­ции, рав­ная 1 В.
• С яв­ле­ни­ем са­мо­ин­дук­ции че­ло­век стал­ки­ва­ет­ся еже­днев­но. Каж­дый раз, вклю­чая или вы­клю­чая свет, мы тем самым за­мы­ка­ем или раз­мы­ка­ем цепь, при этом воз­буж­дая ин­дук­ци­он­ные токи. Ино­гда эти токи могут до­сти­гать таких боль­ших ве­ли­чин, что внут­ри вы­клю­ча­те­ля про­ска­ки­ва­ет искра, ко­то­рую мы можем уви­деть.

Спасибо за внимание!