Явление самоиндукции. Индуктивность

Урок 41. Явление самоиндукции. Индуктивность

Цель урока: сформировать представление о том, что изменение силы тока в проводнике создает вихревое воле, которое может или ускорять или тормозить движущиеся электроны.

План:

1) Организационный момент. Актуализация знаний.

2) Изучение нового материала.

3) Закрепление изученного. Итог урока.

Ход урока:

1)Организационный момент. Проверка домашнего задания, повторение

1. 1. Кто открыл явление электромагнитной индукции? – Фарадей.

2. Что называется явлением электромагнитной индукции? – Явление порождения в пространстве переменным магнитным полем переменного эл. поля называется явлением электромагнитной индукции.

3. Когда возникает индукционный ток? – Индукционный ток возникает, когда меняется магнитный поток, пронизывающий замкнутую поверхность.

4. Что такое поток электромагнитной индукции? - Физическую величину, которая прямо пропорциональна количеству линий магнитной индукции, которые пронизывают данную поверхность, называют потоком магнитной индукции.

5. Формула для Ф? - 

6. Ед. измер.? - [Ф]=[Вб] Вебер

7. Как определить направление индукционного тока? – По правилу Ленца.

8. Сформулируйте правило правой руки

9. Задача. Сопротивление проволочного витка равно 0,03 Ом. Магнитный поток уменьшается внутри витка на 12 мВб. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение витка?

(Решение. ξi=ΔФ/Δ t; ξi= Iiʹ·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/ RΔt; Δq= ΔФ/R;Δq=400 мКл)

2)Изучение нового материала

При изменении магнитного поля тока, идущего по проводнику, э.д.с. индукции возникает не только с соседних проводниках, но и в нем самом, поскольку этот проводник находится в том же магнитном поле (см. рис. 3). Возникновение э.д.с. в каком-либо проводнике при изменении силы тока в нем же самом называется самоиндукцией, а ток, индуцируемый в этом проводнике, - током самоиндукции. Вследствие самоиндукции при замыкании цепи сила тока не сразу достигает своего установившегося значения, а через некоторый промежуток времени; при размыкании цепи э.д.с. исчезает не сразу, вследствие чего в месте размыкания появляется искра, а если есть другой замкнутый контур, то в нем продолжает идти слабеющий ток .

В приборах, в которых требуется быстрое изменение тока, самоиндукция крайне нежелательна, поскольку она тормозит изменение тока. В катушках таких приборов применяется бифилярная обмотка. Проволока, предназначенная для обмотки, складывается предварительно вдвое и в таком виде наматывается. Можно также произвести намотку на катушку половины проволоки в одном направлении, половины – в другом.

На основании правила Ленца; когда ток увеличивается, напряженность вихревого электрического поля, направлена против тока, т. е. препятствует его увеличению.

Во время уменьшения тока вихревое поле его поддерживает.

Э.д.с. самоиндукции определяется скоростью изменения магнитного потока. Так как магнитный поток пропорционален силе тока, то э.д.с. самоиндукции определяется формулой

Знак «–» в этом выражении означает, что направление э.д.с. таково, чтобы препятствовать изменению тока.

Демонстрация опытов со схемами. С помощью первой цепи покажем, как появляется ЭДС индукции при замыкании цепи.

При замыкании ключа первая лампа загорается мгновенно, вторая с опозданием, из-за большой самоиндукции в цепи, которую создает катушка с сердечником.

С помощью второй цепи продемонстрируем появление ЭДС индукции при размыкании цепи.

В момент размыкания через амперметр, пойдет ток направленный, против начального тока.

При размыкании сила тока может превысить первоначальное значение тока. Значит, ЭДС самоиндукции может быть больше ЭДС источника тока.

Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью проводника. Он зависит от геометрии проводника (т.е. от его формы и размеров), а также от магнитной проницаемости окружающей проводник среды.

 Индуктивность прямолинейного проводника невелика. Индуктивность того же проводника в форме витка значительно больше.

    Индуктивность соленоида, т.е. очень длинной однослойной катушки («очень длинной» означает , что длина катушки l во много раз больше ее диаметра d), определяется формулой

L =  μ₀μn²V,

где μ – относительная магнитная проницаемость сердечника соленоида, n – число витков, приходящееся на единицу длины, т.е. n = N/l, V – объем соленоида, равный πd²l/4.

 Единицей индуктивности является генри (Гн). Индуктивностью 1 Гн обладает такой проводник, в котором при изменении тока на 1 А в 1 с возникает э.д.с. самоиндукции 1 В. Из формулы (1) следует, что 1 Гн = 1 В∙с/А.

Появление мощного индукционного тока при размыкании цепи свидетельствует о том, что магнитное поле тока в катушке обладает энергией. Именно за счет уменьшения энергии магнитного поля совершается работа по созданию индукционного тока. А накопилась эта энергия раньше, при замыкании цепи, когда за счет энергии источника тока совершалась работа по преодолению тока самоиндукции, препятствующего увеличению тока в цепи, и его магнитного поля.

Энергия магнитного поля .

W – Энергия магнитного пол катушки с током.(дж)

L – Индуктивность катушки (гн)

I – сила тока, протекающая по катушке (а)

3. Закрепление изученного материала.

1. Как объяснить явление самоиндукции?

2. Какое явление изучалось на опытах, представленных на рисунках 135 и 136?

3. Что такое индуктивность контура, в каких единицах измеряется индуктивность?

4. От чего зависит индуктивность?

5. По какой формуле рассчитать энергию магнитного поля?

6. Задача. При силе тока в 5 А в контуре возникает магнитный поток 0,5 мВб. Чему будет равна индуктивность контура?

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

Подведем итоги урока

Домашнее задание: §50, упражнение 41