Почему явление самоиндукции называют частным случаем электромагнитной индукции?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Похожие вопросы
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,703
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Почему самоиндукция является частным случаем явления электромагнитной индукции
Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая, согласно правилу Ленца, препятствует изменению тока в контуре.
Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока :
Коэффициент пропорциональности в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). Индуктивность контура или катушки равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А собственный поток равен 1 Вб:
Индуктивность зависит от формы и размеров контура, а также магнитных свойств среды.
Согласно закону электромагнитной индукции и определению индуктивности, для ЭДС самоиндукции получаем формулу:
Эта формула раскрывает физический смысл индуктивности: индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике. Самоиндукция обусловлена порождением вихревого электрического поля переменным магнитным полем. Замкнутый контур проявляет как бы «инертные» свойства: чтобы изменить ток в контуре, необходимо совершить работу. Это напоминает инертные свойства в механике: чтобы разогнать тело, сообщив ему кинетическую энергию, также необходимо совершить работу. Электрический ток в цепи (так же, как скорость в механике) не может измениться мгновенно.
 |
 |
|
 |
 |
Рис. 1. Изменение тока в цепи не происходит мгновенно
Экспериментально явление самоиндукции можно наблюдать в следующем опыте (см. рисунок): так как при замыкании цепи ток нарастает постепенно, то в цепи с большой индуктивностью лампа Л1 вспыхивает заметно позже лампы Л2.
Почему самоиндукция является частным случаем явления электромагнитной индукции
Билет №7 Явление самоиндукции, как частный случай электромагнитной индукции. ЭДС электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Применение
Билет №7 Явление самоиндукции, как частный случай электромагнитной индукции. ЭДС электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Применение этого явления.
Ответ:
Важным частным случаем явления электромагнитной индукции называют явление самоиндукции. В этом случае изменяющийся магнитный поток через замкнутый контур создается переменным током в самом контуре.
Рассмотрим тонкий замкнутый проводник, по которому течет ток силой . Этот ток создает пронизывающий контур магнитный поток. В соответствии с законом Био–Савара магнитная индукция пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Отсюда вытекает, что ток и создаваемый им магнитный поток пропорциональны друг другу:
.
Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью контура или коэффициентом самоиндукции. Линейная зависимость от наблюдается только в отсутствие ферромагнетиков, в противном случае будет зависеть от . Индуктивность зависит от геометрии контура (то есть его формы и размеров), а также от магнитных свойств окружающей среды. Если виток имеет жесткую форму и вблизи него нет ферромагнетиков, индуктивность является постоянной величиной.
За единицу индуктивности в системе единиц СИ принимается индуктивность такого проводника, у которого при силе тока в нем в 1 А возникает сцепленный с ним поток, равный 1 Вб. Эту единицу называют генри (Гн):
.
Для примера вычислим индуктивность идеального соленоида, пренебрегая при этом краевыми эффектами. Пусть – длина соленоида, – число витков на единицу длины, – площадь одного витка. Индукция магнитного поля внутри соленоида равна . Тогда магнитный поток, пронизывающий соленоид, будет равен , отсюда
.
Если ток в проводнике меняется, то меняется и магнитный поток, пронизывающий контур, вследствие чего в витке индуцируется электродвижущая сила самоиндукции . Если при этом индуктивность контура L остается неизменной, то электродвижущая сила самоиндукции, согласно основному закону электромагнитной индукции, имеет вид
.
Знак минус в этой формуле обусловлен правилом Ленца.
ЭДС самоиндукции
Индуктивность L связывает магнитный поток Ф, пронизывающий контур, с силой тока I в контуре, создающий этот поток:
Ф = L • I
Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока.
При изменении тока в контуре меняется поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, изменение потока магнитной индукции приводит к возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление ЭДС оказывается таким, что при увеличении тока в цепи эдс препятствует возрастанию тока, а при уменьшении тока — убыванию.
Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения силы тока I и индуктивности контура L:
.
За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом величина ЭДС самоиндукции может значительно превышать ЭДС источника. Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей. Типичное напряжение самоиндукции при напряжении питающей батареи 12В составляет 7-25кВ.
Это явление применяется для под жига люминесцентных ламп в стандартной схеме.
ФИЗИКА
Самоиндукция — является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции. Если в цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп, последовательно со второй лампой включить катушку, то при замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием.
При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки очень часто перегорают при выключении света.
Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока :
Коэффициент пропорциональности в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). Индуктивность контура или катушки равна , если при силе постоянного тока собственный поток равен :
В качестве примера рассчитаем индуктивность длинного соленоида, имеющего витков, площадь сечения и длину . Магнитное поле соленоида определяется формулой
где – ток в соленоиде, – число витков на единицу длины соленоида.
Магнитный поток, пронизывающий все витков соленоида, равен
Следовательно, индуктивность соленоида равна
| = μ0 2 = μ0 2 , |
где = – объем соленоида, в котором сосредоточено магнитное поле. Полученный результат не учитывает краевых эффектов, поэтому он приближенно справедлив только для достаточно длинных катушек. Если соленоид заполнен веществом с магнитной проницаемостью μ, то при заданном токе индукция магнитного поля возрастает по модулю в μ раз, поэтому индуктивность катушки с сердечником также увеличивается в μ раз:
| μ = μ = μ0 μ 2 . |
ЭДС самоиндукции , возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно закона Фарадея равна
ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.
Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии. Если включить электрическую лампу параллельно катушке с большой индуктивностью в электрическую цепь постоянного тока, то при размыкании ключа наблюдается кратковременная вспышка лампы. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.
Магнитная энергия катушки. При размыкании ключа лампа ярко вспыхивает
Из закона сохранения энергии следует, что вся энергия, запасенная в катушке, выделится в виде джоулева тепла. Если обозначить через полное сопротивление цепи, то за время Δ выделится количество теплоты .
Ток в цепи равен
Выражение для Δ можно записать в виде
| Δ = –Δ = –Φ () Δ. |
В этом выражении Δ < 0; ток в цепи постепенно убывает от первоначального значения 0 до нуля. Полное количество теплоты, выделившейся в цепи, можно получить, выполнив операцию интегрирования в пределах от 0 до 0. Это дает
Эту формулу можно получить графическим методом, изобразив на графике зависимость магнитного потока Φ () от тока Полное количество выделившейся теплоты, равное первоначальному запасу энергии магнитного поля, определяется площадью изображенного треугольника.