mozok.click » Фізика » Самоіндукція
Інформація про новину
  • Переглядів: 7
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:50
12-02-2018, 19:50

Самоіндукція

Категорія: Фізика

ЕРС самоіндукції. За законом Фарадея-Максвелла

електрорушійна сила індукції виникає за будь-яких змін магнітного потоку через контур провідника незалежно від природи цього потоку. Будь-які зміни власного магнітного потоку, створюваного струмом у провіднику, також приводять до виникнення в ньому індукційного струму.

Розглянемо котушку, що має N витків, в якій тече струм І від зовнішнього джерела. Цей струм створює в котушці магнітне поле, і тому її витки пронизує власний магнітний потік Ф. Якщо якимось способом змінювати струм у котушці (наприклад, за допомогою реостата або замиканням і розмиканням кола), то змінюватиметься і власний магнітний потік котушки. Як показують досліди, при цьому в котушці виникає ЕРС індукції, величину якої можна обчислити за загальним законом Фарадея-Максвелла.

Явище виникнення в провіднику електрорушійної сили індукції за умови зміни власного магнітного потоку, зумовленої зміною струму в цьому провіднику, називається самоіндукцією

Самоіндукція - це окремий випадок явища електромагнітної індукції. Електрорушійну силу в цьому випадку називають ЕРС самоіндукції £сі. Оскільки власний магнітний потік котушки пропорційний струму І в ній, то £сі зручніше пов’язати зі швидкістю зміни струму в котушці. Очевидно,

коефіцієнт, що характеризує індивідуальні

властивості котушки. Його називають коефіцієнтом самоіндукції, або індуктивністю провідника.



Визначимо одиницю індуктивності провідника в СІ:

Одиницю індуктивності названо на честь американського фізика Джозефа Генрі (1799-1878).

Явище самоіндукції найбільш яскраво проявляється у виникненні так званих струмів замикання та струмів розмикання в колах, які містять котушки великої індуктивності. Струми замикання можна спостерігати в колі, складеному за схемою мал. 145, а. Дві однакові лампочки Лх і Л2 від кишенькового ліхтарика увімкнено в дві паралельні вітки, одна з яких містить котушку індуктивністю L, а друга повзунковий реостат R, за допомогою якого активні опори обох віток роблять однаковими. Замкнувши коло вимикачем К, ми побачимо, що лампочка Лх загорається дещо пізніше. Дій-

сно, у початковий момент часу сила струму зростає від нуля до деякого значення /0 (мал. 145, б). Але зі зростанням струму у вітці, що містить котушку індуктивності, зростатиме і власний магнітний потік котушки. При цьому в результаті явища самоіндукції у вітці з котушкою виникатиме індукційний струм, який за правилом Ленца буде напрямлений проти струму, створюваного зовнішнім джерелом ЕРС. Отже, результуючий струм у вітці, що містить котушку індуктивністю L та опором R, в початковий момент часу буде меншим, ніж у вітці з таким самим за величиною опором R, але без індуктивності. Тому максимальне світіння лампочки Лх у першій вітці настане дещо пізніше, ніж у другій вітці.

Струми розмикання виникають у момент розриву електричного кола, і якщо коло містить котушку великої індуктивності, ці струми можуть бути значними. Струм розмикання наочніше можна спостерігати за допомогою схеми (мал. 146, а). Замкнувши ключ К, почекаємо рівномірного світіння лампочки Л і розімкнемо коло. Якщо котушка L має достатньо велику індуктивність, ми побачимо, що лампочка згасла лише через деякий час після розмикання кола. І в цьому разі зміна (спадання) струму в момент вимикання приводить до виникнення змінного магнітного потоку в котушці, а отже, до виникненння струму самоіндукції. При цьому за правилом Ленца струм розмикання має такий самий напрямок, як і основний струм від зовнішнього джерела.


Наявність великої індуктивності в електричному колі або дуже швидка зміна сили струму можуть призвести до того, що, нехай і короткочасно, але

загальна сила струму значно перевищить робочу силу струму. Як наслідок, включені в таке коло прилади вийдуть з ладу. Тому електричні кола з великими індуктивностями вимикають поступово за допомогою реостата, і з тієї ж причини електролампочки у вас вдома перегорають найчастіше в момент вимикання або вмикання струму в них.

Явище самоіндукції подібне до явища інерції в механіці. Внаслідок самоіндукції під час замикання кола сила струму не одразу набуває максимального значення. І, навпаки, під час вимикання джерела струм не зникає одразу, а самоіндукція підтримує його деякий час, незважаючи на опір кола. Мірою «інертності* контуру відносно змін сили струму в ньому (аналогічно масі тіла в механіці) в електродинаміці є індуктивність, або коефіцієнт самоіндукції контуру L.

Індуктивність. Щоб розкрити фізичний зміст поняття індуктивності, вважатимемо, що струм у котушці змінюється зі швидкістю


Тоді

отже, індуктивність котушки дорівнює тій електрорушійній силі

самоіндукції, яка виникає в котушці, якщо струм змінюється в ній зі швидкістю

Враховуючи те, що для нормального соленоїда Ф = BS, а магнітна індукція всередині соленоїда з кількістю витків N і довжиною І дорівнює

формулу закону електромагнітної індукції для випадку само

індукції можна записати так:

Порівнюючи цей

вираз із формулою

дістаємо формулу для обчислення індуктив

ності нормального соленоїда

Цю формулу можна виразити че

рез об’єм соленоїда. Оскільки

де п - кіль

кість витків на одиницю довжини,

З двох виразів для ЕРС самоіндукції, а саме

отримуємо LAI = NA0. Струм, що проходить у контурі, створює в навколишньому середовищі магнітне поле, причому зчеплений з контуром (або пронизує його) магнітний потік прямо пропорційний струмові.

Дайте відповіді на запитання

1. Що називають явищем самоіндукції? Запишіть формулу, за якою визначають ЕРС самоіндукції.

2. Намалюйте схему досліду і поясніть явище самоіндукції під час замикання і розмикання кола.

3. Що називають індуктивністю провідника? Який фізичний зміст індуктивності?

4. Як зміниться індуктивність котушки, якщо, розтягуючи уздовж осі, збільшити її довжину?

5. Послідовно з котушкою індуктивності Lj ввімкнули другу - індуктивністю Ь2. У якому випадку індуктивність цієї ділянки буде сумою Lj + L2?

6. Котушка без осердя має один шар витків. Як зміниться її індуктивність, якщо зверху намотати другий шар витків?



^