Явление самоиндукции. Индуктивность. Энергия магнитного поля

1.

ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ.
ИНДУКТИВНОСТЬ. ЭНЕРГИЯ
МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Федоров А.М. – учитель физики Кюкяйской СОШ
Сунтарского улуса Республики Саха

2.

САМОИНДУКЦИЯ
Если по катушке идет переменный ток, то
магнитный поток, пронизывающий катушку,
меняется. Поэтому в том же самом проводнике, по
которому идет переменный ток, возникает ЭДС
индукции.
Это
явление
называют
самоиндукцией.
При самоиндукции проводящий контур выполняет
двойную роль: переменный ток в проводнике
вызывает появление магнитного потока через
поверхность, ограниченную контуром.
А так как магнитный поток изменяется со временем, то появляется ЭДС
индукции . По правилу Ленца в момент нарастания тока напряженность
вихревого электрического поля направлена против тока. Следовательно, в этот
момент вихревое поле препятствует нарастанию тока. Наоборот, в момент
уменьшения тока вихревое поле поддерживает его.
Явление самоиндукции можно наблюдать в простых опытах. На рисунке 2.13
показана схема параллельного соединения двух одинаковых ламп. Одну из них
подключают к источнику через резистор R, а другую — последовательно с
катушкой L, снабженной железным сердечником.
При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая
— с заметным запозданием. ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и
сила тока не сразу достигает своего максимального значения.

3.

САМОИНДУКЦИЯ ПРИ РАЗМЫКАНИИ
При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а
вторая — с заметным запозданием. ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы
велика, и сила тока не сразу
ЭДС самоиндукции при размыкании можно наблюдать в опыте с цепью,
схематически показанной на рисунке 2.15. При размыкании ключа в
катушке
L
возникает
ЭДС
самоиндукции,
поддерживающая
первоначальный ток. В результате в момент размыкания через
гальванометр идет ток (цветная стрелка), направленный против
начального тока до размыкания (черная стрелка).
Сила тока при размыкании цепи может превышать силу тока,
проходящего через гальванометр при замкнутом ключе. Это означает, что
ЭДС самоиндукции больше ЭДС батареи элементов.

4.

ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ
ЭДС самоиндукции наблюдается в сети
при любом изменении величины тока.
Самоиндукция также возникает при
подключении цепи к напряжению и
при
его
отключении.
ЭДС
самоиндукции всегда направлено в
противоположную
сторону
относительно изменения напряжения.
Другими словами, при возрастании тока, ток самоиндукции направлен
против увеличения, в результате чего общий ток повышается не мгновенно,
а постепенно или даже принимает обратные значения (зависит от
индуктивности цепи).
Когда происходит размыкание цепи, ток самоиндукции направлен в том же
направлении, что и протекающий в системе ток. Явление самоиндукции
можно сравнить с инерцией, однако с учётом того, что ЭДС самоиндукции
может превышать величины ЭДС источника тока многократно. По этой
причине при размыкании цепи часто возникает искра между элементами
реле или рубильника. При особо большой индуктивности может
установиться дуга, в результате чего контакты выключателя обгорают или
повреждаются.

5.

АНАЛОГИЯ МЕЖДУ САМОИНДУКЦИЕЙ И
ИНЕРЦИЕЙ
Явление
самоиндукции
подобно
явлению инерции в механике. Так,
инерция приводит к тому, что под
действием силы тело не мгновенно
приобретает определенную скорость,
а постепенно. Тело нельзя мгновенно
затормозить, как бы велика ни была
тормозящая сила. Точно так же за
счет самоиндукции при замыкании
цепи сила тока не сразу приобретает
определенное значение, а нарастает
постепенно. Выключая источник, мы
не
прекращаем
ток
сразу.
Самоиндукция поддерживает его
некоторое
время,
несмотря
на
сопротивление цепи.

6.

ИНДУКТИВНОСТЬ
Модуль вектора индукции В магнитного поля, создаваемого током,
пропорционален силе тока. Так как магнитный поток Ф
пропорционален В, то Ф ~ В~ I.
Можно, следовательно, утверждать, что
Ф = LI,
(2.7)
где L — коэффициент пропорциональности между током в
проводящем контуре и магнитным потоком. Величину L называют
индуктивностью
контура,
или
его
коэффициентом
самоиндукции.
Используя закон электромагнитной индукции и выражение (2.7),
получаем равенство
Единицу индуктивности в СИ называют генри (обозначается Гн).
Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при равномерном
изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В:

7.

КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ
Различные катушки могут иметь разную
индуктивность. Она зависит от:
• размеров и формы катушки;
• числа витков;
• наличия сердечника;
• материала, из которого изготовлен
сердечник.
Чем большей индуктивностью обладает катушка, тем с большим
запозданием будет загораться лампа.
Явление самоиндукции можно наблюдать и при размыкании цепи.
При резком пропадании напряжения образуется явление обратнойЭДС широко известное технике. Выступает причиной искрения
коллекторных двигателей. Используется лакированный (с лаковой
изоляцией) медный провод нужного сечения. Количество витков,
форма сердечника определяются предварительно расчетами или по
имеющемуся образцу.

8.

БИФИЛЛЯРНАЯ КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ
1. Одна
обмотка
заземляется.
Устраняет
паразитную
противо-ЭДС,
вызывающую
искрение, некоторые другие негативные
эффекты. Когда резко пропадает напряжение,
магнитное поле по большей части наводит
тока в заземленной обмотке, поскольку
активное сопротивление цепи наименьшее.
Эффект противо-ЭДС гасится.
2. Идеи Тесла не забыты. Часто в виде
бифилярных
катушек
изготавливаются
резисторы малого номинала. Сопротивления
часто имеют схожее строение. Например,
известные МЛТ, лента навивается на
керамическое основание.
3. В импульсных блоках питания напряжение одной полярности, меняется по
амплитуде. Позволит бифилярный трансформатор защитить от явления
паразитной противо-ЭДС, спасает ключевой транзистор от пробоя.
4. Идеи Тесла используются при создании вечных двигателей (в литературе:
СЕ – сверхъединичных устройств, с КПД выше 1). Используется возможность
устранения реактивного сопротивления для идеализации процесса работы.

9.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА
Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного
током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока
(гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание
тока. При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии.
То, что для создания тока необходимо затратить энергию, т. е. необходимо
совершить работу, объясняется тем, что при замыкании цепи, когда ток
начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое
поле, действующее против того электрического поля, которое создается в
проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала
равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого
поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока.
Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи
с индуктивностью L, определяется по формуле
Энергия магнитного поля выражена
проводника L и силу тока в нем I.
здесь
через
характеристику

10.

УПРАЖНЕНИЯ
1. Kaкoвa индуктивнocть виткa пpoвoлoки, ecли пpи тoкe 6 A
coздaeтcя мaгнитный пoтoк 12 мBб?
2. B кaтушкe из 150 виткoв тeчeт тoк 7,5 A, и пpи этoм coздaeтcя
мaгнитный пoтoк 20 мBб. Kaкoвa индуктивнocть кaтушки?
3. Чepeз coлeнoид, индуктивнocть кoтopoгo 0,4 мГн и плoщaдь
пoпepeчнoгo ceчeния 10 cм2, пpoxoдит тoк 0,5 A. Kaкoвa индукция
пoля внутpи coлeнoидa, ecли oн coдepжит 100 виткoв?
4. Oпpeдeлить индуктивнocть кoнтуpa c тoкoм 1,2 A, ecли кoнтуp
oгpaничивaeт плoщaдь 20 cм2, a мaгнитнaя индукция пoля paвнa
0,8 Tл, пpичeм вeктop мaгнитнoй индукции нaпpaвлeн пoд углoм
З0o к плocкocти кoнтуpa.
5. Kaкaя ЭДC caмoиндукции вoзбуждaeтcя в oбмoткe
элeктpoмaгнитa c индуктивнocтью 0,4 Гн пpи измeнeнии cилы
тoкa нa 5 A зa 0,02 ceкунды?
6. Oпpeдeлить энepгию мaгнитнoгo пoля кaтушки, ecли ee
индуктивнocть 0,2 Гн, a тoк в нeй 12 A.
7. Kaкoй дoлжнa быть cилa тoкa в кaтушкe c индуктивнocтью 0,5 Гн,
чтoбы энepгия мaгнитнoгo пoля oкaзaлacь paвнoй 1 Дж?
8. Haйти энepгию мaгнитнoгo пoля coлeнoидa, индуктивнocть
кoтopoгo 0,02 Гн, a мaгнитный пoтoк чepeз нeгo cocтaвляeт 0,4 Bб.

11.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

12.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ССЫЛКИ
1. https://pue8.ru/elektrotekhnik/379-yavlenie-samoinduktsii.html
2. https://avtodvigateli.com/sovety-po-ehkspluatacii/tormozit-dvigatelem.html
3. https://vashtehnik.ru/enciklopediya/katushka-induktivnosti.html
4. http://xn--24-6kct3an.xn-p1ai/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0_11_%D0%BA
%D0%BB_%D0%9C%D1%8F%D0%BA%D0%B8%D1%88%D0%B5%D0%B2/
17.html
5. http://fizika.ru/kniga/tema-10/p-10b-4.gif