Co to jest samoindukowany emf?

Zgodnie z prawem Faradaya ℰ Jest= – . Jeśli Ф = LI, następnie ℰ Jest= = – . Pod warunkiem, że indukcyjność obwodu nie zmienia się podczas zmiany prądu (tj. Nie zmieniają się wymiary geometryczne obwodu i właściwości magnetyczne ośrodka), to

ℰ Jest = – . (13.2)

Z tego wzoru jasno wynika, że ​​jeśli indukcyjność cewki L jest wystarczająco duży, a czas zmiany prądu krótki, to wartość ℰ Jest może osiągnąć dużą wartość i przekroczyć pole elektromagnetyczne źródła prądu, gdy obwód zostanie otwarty. To jest dokładnie ten efekt, który zaobserwowaliśmy w eksperymencie 1.

Ze wzoru (13.2) możemy wyrazić L:

L = – ℰ Jest/(D I/D T),

te. indukcyjność ma jeszcze jedno znaczenie fizyczne: jest liczbowo równy samoindukcji emf przy szybkości zmiany prądu w obwodzie 1 A w ciągu 1 s.

Czytelnik: Ale potem okazuje się, że wymiar indukcyjności

[L] = Gn = .

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A3, A4, B3–B5, C1, C2.

Zadanie 13.2. Jaka jest indukcyjność cewki z rdzeniem żelaznym, jeżeli w czasie D T= 0,50 s, od którego zmienił się prąd w obwodzie I 1 = = 10,0 A wcześniej I 2 = 5,0 A, a wynikowy emf samoindukcyjny w wartości bezwzględnej jest równy |ℰ Jest| = 25 V?

Odpowiedź: L = ℰ Jest» 2,5 rodz.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A5, A6, B6.

Czytelnik: Jakie jest znaczenie znaku minus we wzorze (13.2)?

Ryż. 13.6

Autor: Rozważ dowolny obwód przewodzący, przez który przepływa prąd. Wybierzmy kierunek obejścia kontur - zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (ryc. 13.6). Przypomnijmy: jeśli kierunek prądu pokrywa się z wybranym kierunkiem obejścia, wówczas siłę prądu uważa się za dodatnią, a jeśli nie, za ujemną.

Obecna zmiana D ja = ja kon -I początek jest także wielkością algebraiczną (ujemną lub dodatnią). Sem samoindukcyjny to praca wykonywana przez pole wirowe podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż konturu wzdłuż kierunku przemieszczania się po konturze. Jeśli natężenie pola wirowego jest skierowane w kierunku omijania konturu, wówczas praca ta jest dodatnia, a jeśli jest przeciwna, jest ujemna. Zatem znak minus we wzorze (13.2) pokazuje, że wartości D I i ℰ zawsze ma inne znaki.

Pokażmy to na przykładach (ryc. 13.7):

A) I> 0 i D I> 0, co oznacza ℰ Jest < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

B) I> 0 i D I < 0, значит, ℰJest >

V) I < 0, а D|ja|> 0, tj. moduł prądu wzrasta, a sam prąd staje się coraz bardziej ujemny. Więc D I < 0, тогда ℰJest> 0, tj. Samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest „włączone” wzdłuż kierunku obejścia;

G) I < 0, а D|ja| < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, DI> 0, wtedy ℰ Jest < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

W przypadku problemów, jeśli to możliwe, należy wybrać taki kierunek obejścia, aby prąd był dodatni.

Zadanie 13.3. W obwodzie na rys. 13,8, i ja 1 = 0,02 H i L 2 = 0,005 Gn. W pewnym momencie prąd I 1 = 0,1 A i rośnie z szybkością 10 A/s oraz prąd I 2 = 0,2 A i rośnie z szybkością 20 A/s. Znajdź opór R.

	a b Ryż. 13.8 Rozwiązanie. Ponieważ oba prądy rosną, w obu cewkach powstaje samoindukcja emf ℰ Jest 1
L 1 = 0,02 H L 2 = 0,005 Hn I 1 = 0,1 A I 2 = 0,2 A D I 1/D T= 10 A/s D I 2/D T= 20 A/s
R= ?

i ℰ Jest 2 połączone pod prąd I 1 i I 2 (ryc. 13.8, B), Gdzie

|ℰ Jest 1 | = ; |ℰ Jest 2 | = .

Wybierzmy kierunek rundy zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrz ryc. 13.8, B) i zastosuj drugą regułę Kirchhoffa

–|ℰ Jest 1 | + |ℰ Jest 2 | = I 1 R – I 2 R ,

R = |ℰ Jest 2 | – |ℰ Jest 1 | / (I 1 -I 2) = =

1 om.

Odpowiedź: R = » 1 om.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: B7, B8, C3.

Zadanie 13.4. Cewka oporowa R= 20 omów i indukcyjność L= 0,010 H znajduje się w zmiennym polu magnetycznym. Kiedy strumień magnetyczny wytworzony przez to pole wzrósł o DF = 0,001 Wb, prąd w cewce wzrósł o D ja = 0,050 A. Ile ładunku przepłynęło przez cewkę w tym czasie?

Ryż. 13.9

indukcja |ℰ Jest| = . Ponadto ℰ Jest„włączony” w kierunku ℰ I, ponieważ prąd w obwodzie wzrósł (ryc. 13.9).

Przyjmijmy kierunek poruszania się po obwodzie zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Następnie, zgodnie z drugą zasadą Kirchhoffa, otrzymujemy:

|ℰ I| – |ℰ Jest| = IR ,

I = (|ℰ I| – |ℰ Jest|)/R = .

Opłata Q, przeszedł przez cewkę w czasie D T, jest równy

q = ja D T =

Odpowiedź: 25 µC.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: B9, B10, C4.

Zadanie 13.5. Cewka z indukcyjnością L I opór elektryczny R podłączony za pomocą klucza do źródła prądu o polu elektromagnetycznym ℰ . W tym momencie T= 0 klucz jest zamknięty. Jak prąd zmienia się w czasie? I w obwodzie zaraz po zamknięciu kluczyka? Poprzez długi czas po zamknięciu? Wskaźnik czas charakterystyczny t zwiększa prąd w takim obwodzie. Można pominąć rezystancję wewnętrzną źródła prądu.

Ryż. 13.10

Ryż. 13.11

Zaraz po zamknięciu klucza I= 0, więc możemy rozważyć » ℰ /L, tj. prąd wzrasta wraz z stała prędkość (I = (ℰ /L)T;Ryż. 13.11).

Indukcja elektromagnetyczna to wytwarzanie prądu elektrycznego przez pola magnetyczne, które zmieniają się w czasie. Odkrycie tego zjawiska przez Faradaya i Henry'ego wprowadziło pewną symetrię do świata elektromagnetyzmu. Maxwellowi udało się zebrać wiedzę o elektryczności i magnetyzmie w jednej teorii. Jego badania przewidywały istnienie fale elektromagnetyczne przed obserwacjami eksperymentalnymi. Hertz udowodnił ich istnienie i otworzył przed ludzkością erę telekomunikacji.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Eksperymenty Faradaya

Prawa Faradaya i Lenza

Prądy elektryczne powodują efekty magnetyczne. Czy pole magnetyczne może wygenerować pole elektryczne? Faraday odkrył, że pożądane efekty powstają w wyniku zmian pola magnetycznego w czasie.

Kiedy przez przewodnik przepływa zmienny strumień magnetyczny, indukuje się w nim siła elektromotoryczna, powodując przepływ prądu elektrycznego. Układem generującym prąd może być magnes trwały lub elektromagnes.

Zjawisko Indukcja elektromagnetyczna rządzą się dwoma prawami: Faradaya i Lenza.

Prawo Lenza pozwala scharakteryzować siłę elektromotoryczną ze względu na jej kierunek.

Ważny! Kierunek indukowanego emf jest taki, że wywołany przez niego prąd ma tendencję do przeciwstawiania się przyczynie, która go tworzy.

Faraday zauważył, że natężenie indukowanego prądu wzrasta, gdy liczba zmienia się szybciej linie energetyczne, przecinając kontur. Innymi słowy, emf indukcji elektromagnetycznej zależy bezpośrednio od prędkości poruszającego się strumienia magnetycznego.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

indukowany emf

Wzór na indukowaną siłę emf definiuje się jako:

E = - dФ/dt.

Znak „-” pokazuje, w jaki sposób biegunowość indukowanego emf jest powiązana ze znakiem strumienia i zmieniającą się prędkością.

Otrzymuje się ogólne sformułowanie prawa indukcji elektromagnetycznej, z którego można wyprowadzić wyrażenia dla szczególnych przypadków.

Ruch drutu w polu magnetycznym

Kiedy drut o długości l porusza się w MF mającym indukcję B, w jego wnętrzu indukuje się siła elektromotoryczna proporcjonalna do jego prędkości liniowej v. Do obliczenia pola elektromagnetycznego stosuje się wzór:

• w przypadku ruchu przewodu prostopadle do kierunku pole magnetyczne:

mi = - b x l x v;

• w przypadku ruchu pod innym kątem α:

E = — B x l x v x sin α.

Indukowany emf i prąd zostaną skierowane w kierunku, który znajdziemy za pomocą reguły prawa ręka: umieszczenie dłoni prostopadle do linii pola magnetycznego i skierowanie kciuk w kierunku ruchu przewodnika możesz znaleźć kierunek pola elektromagnetycznego za pomocą pozostałych czterech wyprostowanych palców.

Jpg?x15027" alt="Przesuwanie przewodu w MP" width="600" height="429">!}

Przesuwanie drutu w MP

Obrotowy bęben

Działanie generatora prądu opiera się na obrocie obwodu w MP mającym N zwojów.

Pole elektromagnetyczne indukuje się w obwodzie elektrycznym za każdym razem, gdy przepływa przez niego strumień magnetyczny, zgodnie z definicją strumienia magnetycznego Ф = B x S x cos α (indukcja magnetyczna pomnożona przez powierzchnię, przez którą przechodzi MF, i cosinus utworzonego kąta przez wektor B i linię prostopadłą do płaszczyzny S).

Z wzoru wynika, że ​​F podlega zmianom w następujących przypadkach:

• Zmiany natężenia MF – wektor B;
• obszar ograniczony konturem jest zmienny;
• zmienia się orientacja między nimi, określona przez kąt.

W pierwszych eksperymentach Faradaya prądy indukowane uzyskano poprzez zmianę pola magnetycznego B. Można jednak indukować emf bez poruszania magnesu lub zmiany prądu, ale po prostu obracając cewkę wokół własnej osi w MF. W tym przypadku strumień magnetyczny zmienia się w wyniku zmiany kąta α. Kiedy cewka się obraca, przecina linie MF i pojawia się pole elektromagnetyczne.

Jeśli cewka obraca się równomiernie, ta okresowa zmiana powoduje okresową zmianę strumienia magnetycznego. Lub liczba linii pola MP przekraczanych co sekundę równe wartości w regularnych odstępach.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Obrót konturu w MP

Ważny! Indukowany emf zmienia się wraz z orientacją w czasie z dodatniego na ujemny i odwrotnie. Graficzną reprezentacją pola elektromagnetycznego jest linia sinusoidalna.

We wzorze na pole elektromagnetyczne indukcji elektromagnetycznej stosuje się następujące wyrażenie:

E = B x ω x S x N x sin ωt, gdzie:

• S – obszar ograniczony jednym zwojem lub ramą;
• N – liczba zwojów;
• ω – prędkość kątowa, z jaką obraca się cewka;
• B – indukcja MP;
• kąt α = ωt.

W praktyce w generatorach prądu przemiennego cewka często pozostaje nieruchoma (stojan), a wokół niej obraca się elektromagnes (wirnik).

Samoindukowane emf

Kiedy prąd przemienny przepływa przez cewkę, generuje przemienny MF, który ma zmienny strumień magnetyczny, który indukuje emf. Efekt ten nazywany jest samoindukcją.

Ponieważ MF jest proporcjonalna do natężenia prądu, to:

gdzie L jest indukcyjnością (H), wyznaczaną przez wielkości geometryczne: liczbę zwojów na jednostkę długości oraz wymiary ich przekroju.

W przypadku indukowanego emf wzór ma postać:

E = - L x dI/dt.

Indukcja wzajemna

Jeżeli dwie cewki znajdują się obok siebie, to indukuje się w nich emf wzajemnej indukcji, zależny od geometrii obu obwodów i ich orientacji względem siebie. Wraz ze wzrostem separacji obwodów, indukcyjność wzajemna maleje, ponieważ maleje łączący je strumień magnetyczny.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Indukcja wzajemna

Niech będą dwie cewki. Prąd I1 przepływa przez drut jednej cewki o zwojach N1, tworząc MF przechodzący przez cewkę o zwojach N2. Następnie:

1. Indukcyjność wzajemna drugiej cewki względem pierwszej:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Strumień magnetyczny:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Znajdźmy indukowany emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. Pole elektromagnetyczne jest indukowane identycznie w pierwszej cewce:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Ważny! Siła elektromotoryczna wywołana wzajemną indukcją w jednej cewce jest zawsze proporcjonalna do zmiany prądu elektrycznego w drugiej cewce.

Indukcyjność wzajemną można uznać za równą:

M12 = M21 = M.

Odpowiednio E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

gdzie K jest współczynnikiem sprzężenia między dwiema indukcyjnościami.

Zjawisko wzajemnej indukcji wykorzystywane jest w transformatorach – urządzeniach elektrycznych pozwalających na zmianę wartości napięcia przemiennego prądu elektrycznego. Urządzenie składa się z dwóch cewek nawiniętych wokół jednego rdzenia. Prąd obecny w pierwszym z nich wytwarza zmienny MF w obwodzie magnetycznym i prąd elektryczny w drugiej cewce. Jeśli liczba zwojów pierwszego uzwojenia jest mniejsza niż drugiego, napięcie wzrasta i odwrotnie.

Prąd o zmieniającej się wielkości zawsze wytwarza zmienne pole magnetyczne, które z kolei zawsze indukuje emf. Przy każdej zmianie prądu w cewce (lub ogólnie w przewodniku) indukowany jest w nim samoindukcyjny emf. Kiedy w cewce indukuje się emf w wyniku zmiany jej własnego strumienia magnetycznego, wielkość tego emf zależy od szybkości zmian prądu. Im większa szybkość zmian prądu, tym większa siła samoindukcji. Wielkość emf samoindukcji zależy również od liczby zwojów cewki, gęstości ich uzwojenia i wielkości cewki. Im większa średnica cewki, liczba jej zwojów i gęstość uzwojenia, tym większa siła samoindukcji. Ta zależność emf samoindukcji od szybkości zmian prądu w cewce, liczby jej zwojów i wymiarów ma ogromne znaczenie w elektrotechnice. Kierunek emf samoindukcji jest określony przez prawo Lenza. Samoindukcyjne pole elektromagnetyczne zawsze ma kierunek, w którym zapobiega zmianie prądu, który go spowodował.

Rozproszenie światła (rozkład światła) to zjawisko spowodowane zależnością bezwzględnego współczynnika załamania światła substancji od częstotliwości (lub długości fali) światła (rozproszenie częstotliwości) lub tym samym zależność prędkości fazowej światła w substancji na długości fali (lub częstotliwości). Została odkryta eksperymentalnie przez Newtona około 1672 roku, choć teoretycznie dość dobrze wyjaśniona znacznie później.

Dyspersja przestrzenna to zależność tensora stałej dielektrycznej ośrodka od wektora falowego. Zależność ta powoduje szereg zjawisk zwanych efektami polaryzacji przestrzennej.

Jeden z najbardziej ilustrujące przykłady dyspersja - rozkład światła białego podczas przejścia przez pryzmat (eksperyment Newtona). Istotą zjawiska dyspersji jest różnica w szybkości propagacji promieni świetlnych o różnych długościach fal w substancji przezroczystej – ośrodku optycznym (podczas gdy w próżni prędkość światła jest zawsze taka sama, niezależnie od długości fali, a co za tym idzie i barwy) . Zazwyczaj im wyższa częstotliwość fali świetlnej, tym wyższy jest dla niej współczynnik załamania światła ośrodka i mniejsza prędkość fali w ośrodku:

światło czerwone ma maksymalną prędkość propagacji w ośrodku, a stopień załamania jest minimalny,

W przypadku światła fioletowego prędkość propagacji w ośrodku jest minimalna, a stopień załamania maksymalny.

Rozkład światła białego przez pryzmat na widmo jest znany od bardzo dawna. Jednak nikt przed Newtonem nie był w stanie zrozumieć tego zjawiska.

Naukowców zajmujących się optyką interesowało pytanie o naturę koloru. Najczęstszym przekonaniem było, że białe światło jest proste. Kolorowe promienie uzyskuje się w wyniku pewnych zmian w nim. Pojawiły się różne teorie na ten temat, nad którymi nie będziemy się rozwodzić.

Badając zjawisko rozkładu światła białego na widmo, Newton doszedł do wniosku, że światło białe jest światłem złożonym. Jest to suma prostych kolorowych promieni.

Newton pracował z prostą konfiguracją. W okiennicy okna zaciemnionego pokoju zrobiono małą dziurę. Przez ten otwór przechodziła wąska wiązka światła słonecznego. Na drodze wiązki światła umieszczono pryzmat, a za pryzmatem umieszczono ekran. Na ekranie Newton zaobserwował widmo, czyli wydłużony obraz okrągłej dziury, jakby złożonej z wielu kolorowych kół. W tym przypadku największe odchylenie miały promienie fioletowe – jeden koniec widma – a najmniejsze – czerwone – drugi koniec widma.

Ale ten eksperyment nie był jeszcze ostatecznym dowodem na złożoność białego światła i istnienie prostych promieni. Było to powszechnie wiadome i można było z tego wywnioskować, że światło białe przechodząc przez pryzmat nie rozkłada się na proste promienie, lecz zmienia się, jak wielu myślało przed Newtonem.

Problem z biletem nr 25

Określ energię W pola magnetycznego cewki zawierającej N = 120 zwojów, jeśli przy natężeniu prądu i = 7,5 A strumień magnetyczny na zewnątrz jest równy Ф = 2,3 * 10^-3 Wb

Strumień magnetyczny przenikający wszystkie N zwojów elektromagnesu można obliczyć ze wzoru Ф=B*S*N, ale zgodnie z warunkiem, jaki jest nam dany (uwzględniając liczbę zwojów), wówczas energia magnetyczna pole cewki

W=Ф*i/2=2,3*10^-3*7,5/2=8,6*10^-3 J

Odpowiedź 8,6*10^-3 J

1. Budowa jądra. Model atomu. Eksperymenty Rutherforda.

2. Transformator. Urządzenie, zasada działania, zastosowanie.

3. Podczas rozładowywania akumulatora składającego się z 20 identycznych kondensatorów o pojemności 4 μF każdy, połączonych równolegle, zostaje wydzielone 10 J ciepła. Określ, do jakiej różnicy potencjałów zostały naładowane kondensatory.

Odpowiedzi na bilet nr 26

1) Jądro atomowe- Środkowa część atom, w którym skoncentrowana jest większość jego masy (ponad 99,9%). Jądro jest naładowane dodatnio; ładunek jądra zależy od pierwiastka chemicznego, do którego należy atom. Wymiary jąder różnych atomów to kilka femtometrów, czyli ponad 10 tysięcy razy mniejsze rozmiary samego atomu.

Fizyka jądrowa bada jądra atomowe.

Jądro atomowe składa się z nukleonów – dodatnio naładowanych protonów i obojętnych neutronów, które są połączone ze sobą poprzez oddziaływanie silne. Proton i neutron mają swój własny moment pędu (spin), równy momentowi magnetycznemu i z nim związany. Jedynym atomem, który nie zawiera neutronu w jądrze, jest lekki wodór (prot).

Jądro atomowe, uważane za klasę cząstek o pewna liczba protony i neutrony są zwykle nazywane nuklidami.

Atom to cząstka substancji o mikroskopijnych rozmiarach i masie, najmniejsza część pierwiastka chemicznego, będąca nośnikiem jego właściwości.

Atom składa się z jądra atomowego i elektronów. Jeśli liczba protonów w jądrze pokrywa się z liczbą elektronów, wówczas atom jako całość okazuje się elektrycznie obojętny. W przeciwnym razie ma ładunek dodatni lub ujemny i nazywa się go jonem. W niektórych przypadkach atomy są rozumiane jedynie jako układy elektrycznie obojętne, w których ładunek jądra jest równy całkowitemu ładunkowi elektronów, kontrastując w ten sposób z jonami naładowanymi elektrycznie.

Jądro, które przenosi prawie całą (ponad 99,9%) masę atomu, składa się z dodatnio naładowanych protonów i nienaładowanych neutronów, połączonych ze sobą silnym oddziaływaniem. Atomy klasyfikuje się według liczby protonów i neutronów w jądrze: liczba protonów Z odpowiada numer seryjny atom w układ okresowy Mendelejewa i określa jego przynależność do niektórych pierwiastek chemiczny, a liczba neutronów N - do konkretnego izotopu tego pierwiastka. Jedynym atomem, który nie zawiera neutronów w jądrze, jest lekki wodór (prot). Liczba Z określa również dodatni ładunek elektryczny netto (Ze) jądra atomowego i liczbę elektronów w atomie obojętnym, co określa jego rozmiar.

Atomy różne rodzaje w różnych ilościach, połączone wiązaniami międzyatomowymi, tworzą cząsteczki.

>> Samoindukcja. Indukcyjność

§ 15 SAMOINDUKCJA. INDUKCYJNOŚĆ

Samoindukcja. Jeżeli przez cewkę przepływa prąd przemienny, wówczas zmienia się strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę. Dlatego w tym samym przewodniku, przez który przepływa prąd przemienny, występuje indukowany emf. Zjawisko to nazywa się samoindukcja.

W przypadku samoindukcji obwód przewodzący pełni podwójną rolę: prąd przemienny w przewodniku powoduje pojawienie się strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez obwód. A ponieważ strumień magnetyczny zmienia się w czasie, pojawia się indukowany emf. Zgodnie z regułą Lenza, w momencie wzrostu prądu natężenie wiru pole elektryczne skierowane pod prąd. W rezultacie w tym momencie pole wirowe zapobiega wzrostowi prądu. Wręcz przeciwnie, w momencie spadku prądu pole wirowe go wspiera.

Zjawisko samoindukcji można zaobserwować w prostych eksperymentach. Rysunek 2.13 pokazuje schemat równoległego połączenia dwóch identycznych lamp. Jeden z nich jest połączony ze źródłem poprzez rezystor R, a drugi szeregowo z cewką L wyposażoną w żelazny rdzeń.

Po zamknięciu kluczyka pierwsza lampka miga niemal natychmiast, a druga z zauważalnym opóźnieniem. Samoindukcyjny emf w obwodzie tej lampy jest duży, a prąd nie osiąga go natychmiast maksymalna wartość(ryc. 2.14).

Pojawienie się samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego po otwarciu można zaobserwować w eksperymencie z obwodem pokazanym schematycznie na rysunku 2.15. Po otwarciu przełącznika w cewce L pojawia się samoindukcja emf, utrzymując prąd początkowy. w rezultacie w momencie otwarcia przez galwanometr przepływa prąd (kolorowa strzałka), skierowany przeciwnie do prądu początkowego przed otwarciem (czarna strzałka). Prąd przy otwartym obwodzie może przekroczyć prąd przepływający przez galwanometr, gdy przełącznik jest zamknięty. Oznacza to, że emf samoindukcji jest większy niż emf baterii ogniw.

Treść lekcji notatki z lekcji ramka wspomagająca prezentację lekcji metody przyspieszania technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia autotest warsztaty, szkolenia, case'y, zadania prace domowe dyskusja pytania retoryczne pytania uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazy, grafiki, tabele, diagramy, humor, anegdoty, dowcipy, komiksy, przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły sztuczki dla ciekawskich szopki podręczniki podstawowy i dodatkowy słownik terminów inne Udoskonalanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu podręcznika, elementy innowacji na lekcji, wymiana przestarzałej wiedzy na nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na dany rok wytyczne programy dyskusyjne Zintegrowane Lekcje

Gdy przełącznik zostanie zamknięty w obwodzie pokazanym na rysunku 1, nie będzie Elektryczność, którego kierunek jest pokazany pojedynczymi strzałkami. Wraz z pojawieniem się prądu powstaje pole magnetyczne, którego linie indukcyjne przecinają przewodnik i indukują w nim siłę elektromotoryczną (EMF). Jak stwierdzono w artykule „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej”, to pole elektromagnetyczne nazywa się polem samoindukcyjnym. Ponieważ zgodnie z regułą Lenza każdy indukowany emf jest skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała, a przyczyną tą będzie emf baterii elementów, to emf samoindukcji cewki będzie skierowany przeciwko emf baterii. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji na rysunku 1 pokazano podwójnymi strzałkami.

Zatem prąd nie jest ustalany natychmiast w obwodzie. Dopiero po ustaleniu strumienia magnetycznego przecięcie przewodnika z liniami magnetycznymi ustanie i emf samoindukcji zniknie. Następnie w obwodzie popłynie prąd stały.

Rysunek 2 przedstawia graficzną reprezentację prądu stałego. Oś pozioma przedstawia czas, wzdłuż Oś pionowa- aktualny. Z rysunku widać, że jeśli w pierwszej chwili prąd wynosi 6 A, to w trzeciej, siódmej i tak dalej chwili będzie on również równy 6 A.

Rysunek 3 pokazuje, jak ustala się prąd w obwodzie po włączeniu. Samoindukcja emf, skierowana w momencie włączenia przeciwko emf baterii elementów, osłabia prąd w obwodzie, dlatego w momencie włączenia prąd wynosi zero. Następnie w pierwszej chwili prąd wynosi 2 A, w drugiej chwili - 4 A, w trzeciej - 5 A, a dopiero po pewnym czasie w obwodzie ustala się prąd o wartości 6 A.

Rysunek 3. Wykres wzrostu prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcyjny	Rysunek 4. Pole elektromagnetyczne samoindukcji w momencie otwarcia obwodu jest skierowane w tym samym kierunku, co pole elektromagnetyczne źródła napięcia

Kiedy obwód zostanie otwarty (rysunek 4), zanikający prąd, którego kierunek jest pokazany pojedynczą strzałką, zmniejszy jego pole magnetyczne. Pole to, zmniejszając się od pewnej wartości do zera, ponownie przejdzie przez przewodnik i indukuje w nim samoindukcję emf.

Kiedy obwód elektryczny z indukcyjnością zostanie wyłączony, samoindukcyjny emf będzie skierowany w tym samym kierunku, co emf źródła napięcia. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji pokazano na rysunku 4 podwójną strzałką. W wyniku działania samoindukcyjnego emf prąd w obwodzie nie zanika natychmiast.

Zatem wywołany przez siebie emf jest zawsze skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała. Zauważając tę ​​właściwość, mówią, że pole elektromagnetyczne samoindukcyjne ma charakter reaktywny.

Graficznie zmianę prądu w naszym obwodzie, biorąc pod uwagę siłę samoindukcji podczas jego zamykania i późniejszego otwierania w ósmym momencie, pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5. Wykres wzrostu i spadku prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcji	Rysunek 6. Prądy indukcyjne kiedy obwód się otworzy

Podczas otwierania obwodów zawierających duża liczba zwoje i masywne rdzenie stalowe lub, jak mówią, mając wysoką indukcyjność, samoindukcyjny emf może być wielokrotnie większy niż emf źródła napięcia. Wówczas w momencie otwarcia szczelina powietrzna pomiędzy nożem a dociskiem stałym wyłącznika zostanie przerwana i powstający łuk elektryczny stopi miedziane części wyłącznika, a w przypadku braku obudowy na wyłączniku może poparzyć ręce (ryc. 6).

W samym obwodzie samoindukcyjne pole elektromagnetyczne może przebić się przez izolację zwojów cewek, elektromagnesów i tak dalej. Aby tego uniknąć, niektóre urządzenia przełączające zapewniają ochronę przed samoindukcją pola elektromagnetycznego w postaci specjalnego styku, który po wyłączeniu zwiera uzwojenie elektromagnesu.

Należy wziąć pod uwagę, że samoindukcyjne pole elektromagnetyczne objawia się nie tylko w momentach włączania i wyłączania obwodu, ale także podczas wszelkich zmian prądu.

Wielkość emf samoindukcji zależy od szybkości zmian prądu w obwodzie. I tak na przykład, jeśli dla tego samego obwodu w jednym przypadku w ciągu 1 sekundy prąd w obwodzie zmienił się z 50 na 40 A (czyli o 10 A), a w innym przypadku z 50 na 20 A (czyli o 30 A), to w drugim przypadku w obwodzie zaindukuje się trzykrotnie większy emf samoindukcji.

Wielkość samoindukcyjnego emf zależy od indukcyjności samego obwodu. Obwody o dużej indukcyjności to uzwojenia generatorów, silników elektrycznych, transformatorów i cewek indukcyjnych z rdzeniami stalowymi. Proste przewodniki mają niższą indukcyjność. Krótkie proste przewodniki, lampy żarowe i elektryczne urządzenia grzewcze (piece, piece) praktycznie nie mają indukcyjności i prawie nie obserwuje się w nich pojawienia się samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego.

Strumień magnetyczny przenikający obwód i indukujący w nim emf samoindukcji jest proporcjonalny do prądu płynącego przez obwód:

F = L × I ,

Gdzie L- współczynnik proporcjonalności. Nazywa się to indukcyjnością. Określmy wymiar indukcyjności:

Om × s jest inaczej nazywany Henrym (Hn).

1 Henryk = 10 3 ; milihenr (mH) = 10 6 mikrohenrów (µH).

Indukcyjność, z wyjątkiem Henry'ego, mierzy się w centymetrach:

1 Henryk = 10 9 cm.

Na przykład 1 km linii telegraficznej ma indukcyjność 0,002 H. Indukcyjność uzwojeń dużych elektromagnesów sięga kilkuset henrów.

Jeśli prąd pętli zmieni się o Δ I, wówczas strumień magnetyczny zmieni się o wartość Δ Ф:

Δ Ф = L × Δ I .

Wielkość pola elektromagnetycznego samoindukcji pojawiająca się w obwodzie będzie równa (wzór pola elektromagnetycznego samoindukcji):

Jeśli prąd zmienia się równomiernie w czasie, wyrażenie będzie stałe i można je zastąpić wyrażeniem. Następnie całkowita wartość Samoindukcyjny emf powstający w obwodzie można znaleźć w następujący sposób:

Na podstawie ostatniego wzoru możemy zdefiniować jednostkę indukcyjności - henr:

Przewodnik ma indukcyjność 1 H, jeśli przy równomiernej zmianie prądu o 1 A na 1 sekundę indukuje się w nim samoindukcyjny emf o wartości 1 V.

Jak widzieliśmy powyżej, samoindukcja emf występuje w obwodzie prądu stałego tylko w momentach jego włączania, wyłączania i za każdym razem, gdy się zmienia. Jeśli wielkość prądu w obwodzie pozostaje niezmieniona, wówczas strumień magnetyczny przewodnika jest stały i emf samoindukcji nie może powstać (ponieważ. W momentach zmiany prądu w obwodzie emf samoindukcji zakłóca zmiany prądu, to znaczy zapewnia mu rodzaj oporu.

Często w praktyce zdarzają się przypadki, gdy konieczne jest wykonanie cewki, która nie ma indukcyjności (dodatkowa rezystancja dla elektrycznych przyrządów pomiarowych, rezystancja reostatów wtykowych i tym podobne). W tym przypadku stosuje się uzwojenie cewki bifilarnej (rysunek 7)