- •Тема 1. Електричне поле 7
- •1.1. Фізика і її зв’язок з іншими науками і технікою.
- •Тема 2. Постійний струм 27
- •Тема 3. Магнітне поле. Електромагнітна індукція 53
- •3.4. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної
- •Тема 4. Електромагнітні коливання і хвилі 72
- •4.4. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і
- •4.5. Передача і перетворенняя змінного струму.
- •1.1. Фізика і її зв’язок з іншими
- •Основні поняття теорії фізики
- •1.1.3. Фізичні величини та їх вимірювання
- •1.1.4. Фізичні поняття, закони і теорії
- •1.1.5. Зв'язок фізики з іншими науками і технікою
- •1.2.2. Заряд і поле. Поле як вид матерії
- •1.2.3. Взаємодія заряджених тіл. Закон кулона
- •1.2.4. Напруженість електричного поля
- •1.2.5. Графічне відображення електричного поля
- •1.3.2. Теорема остроградського - гаусса
- •1.3.3. Застосування теореми остроградського - гаусса
- •2. Напруженість електричного поля рівномірно зарядженої сферичної поверхні.
- •1.4.2. Потенціал електричного поля. Різниця потенціалів (напруга). Еквіпотенціальні поверхні
- •1.4.3. Різниця потенціалів (напруга). Еквіпотенціальні поверхні
- •1.5.2. Діелектрики в електричному полі. Поляризація діелектриків
- •1.5.3. Особливості деяких діелектриків
- •1.6. Електроємнсь. Конденсатори. З'єднання конденсаторів
- •1.6.1. Електроємність провідника
- •1.6.2. Конденсатори та їх застосування
- •1.6.3. З’єднання конденсаторів
- •Тема 2. Постійний струм
- •2.1. Постійний струм. Опір. Закон ома
- •2.1.1. Електричний струм. Основні характеристики електричного струму
- •2.1.2. Закон ома для ділянки кола. Опір
- •2.1.3. Сторонні сили. Джерело електричного струму
- •2.1.4. Закон ом а для будь-якої ділянки і для повного кола
- •2.2. Правила кірхгофа
- •2.2.1. Розгалуження струму. Правила кірхгофа
- •2.2.2. Вимірювання сили струму. Розширення меж вимірювання амперметра.
- •2.2.3. Вимірювання напруги. Розширення меж вимірювання вольтметра.
- •2.3. Робота і потужність струму. Закон джоуля-ленца
- •2.3.1. Робота постійного електричного струму
- •2.3.2. Потужність постійного електричного струму
- •2.3.3. Теплова дія електричного струму. Закон джоуля - ленца
- •2.4. Електропровідність твердих тіл
- •2.4.1. Електричний струм в металах
- •2.4.2. Залежність опору металів від температури. Надпровдність
- •2.4.3. Поняття про квантову теорію провідності твердих тіл
- •2.5. Електричний струм в напівпровідниках
- •2.5.1. Будова й електричні властивості напівпровідників
- •2.5.2. Власна й домішкова провідність напівпровідників
- •2.5.3. Електронно-дірковий перехід
- •2.6. Термоелектричні і контактні явища
- •2.6.1. Робота виходу
- •2.6.2. Контактна різниця потенціалів. Закони вольта
- •2.6.3. Термоелектричні явища
- •2.7. Електричний струм в рідинах і газах
- •2.7.1. Електричний струм в рідинах
- •2.7.2. Електричний струм в газах
- •2.7.3. Поняття про плазму
- •2.7.4. Термоелектронна емісія
- •Тема 3. Магнітне поле. Електромагнітна індукція
- •3.1. Магнітне поле і його характеристики. Закон ампера
- •3.1.1. Магнітне поле і його характеристики
- •3.1.2. Дія магнітного поля на електричний струм. Сила ампера
- •3.1.3. Магнітне поле постійного електричного струму. Закон біо - савара - лапласа
- •3.1.4. Взаємодія двох прямих струмів
- •3.2. Дія електричного і магнітного полів на рухомий заряд
- •3.2.1. Дія магнітного поля на рухому заряджену частинку. Сила лоренца
- •3.2.2. Рух електрона в однорідному магнітному полі
- •3.2.3. Еффект холла
- •4.3. Магнітні властивості речовин
- •3.3.1. Магнетики 1 їх намагнічування
- •3.3.2. Магнітне поле в магнетиках. Діамагнетики і парамагнетики
- •3.3.3. Феромагнетики та їх властивості
- •3.3.4. Магнітні матеріали I їх застосування
- •3.4. Електромагнітна індукція. Закон електромагнітної індукції
- •3.4.1. Потік магнітної індукції (магнітний потік)
- •3.4.2. Електромагнітна індукція. Досліди фарадея
- •3.4.3. Закон ленца
- •3.4.4. Основний закон електромагнітної індукції
- •3.5. Самоіндукція. Взаємна індукція. Енергія магнітного поля струму
- •3.5.1. Явище самоіндукції. Індуктивність контуру
- •3.5.2. Явище взаємної індукції
- •3.5.3. Енергія магнітного поля струму.
- •Тема 4. Електромагнітні коливання і хвилі
- •4.1. Вільні електромагнітні коливання
- •4.1.1. Коливальний контур. Власні електричні коливання
- •4.1.2. Затухаючі електричні коливання
- •4.2. Вимушені електромагніні коливання.
- •4.2.1. Вимушені електромагніні коливання
- •4.2.2. Автоколивання
- •4.2.3. Енератор незатухаючих коливань
- •4.3. Змінний струм, його характеристики і добування
- •4.3.1. Змінний електричний струм. Добування змінного струму
- •4.3.2. Діючі значення сили змінного струму і напруги
- •4.3.3. Зсув фаз між струмом 1 напругою
- •4.4. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і ємністю. Резонанс
- •4.4.1. Коло змінного струму з опором, індуктивністю і ємністю. Резонанс
- •4.4.2. Електричний резонанс
- •4.4.3. Робота і потужність змінного струму
- •4.5. Передача і перетворенняя змінного струму. Трансформатор. Електричні станції
- •4.5.1. Передача змінного струму
- •4.5.2. Перетворення змінного струму. Трансформатор
- •4.5.3. Електричні станції
- •4.6. Електромагнітні хвилі (частина 1)
- •4.6.1. Досліди г. Герца
- •4.6.2. Винайдення радіо
- •4.6.3. Принципи радіозвязку
- •4.7. Електромагнітні хвилі (частина 2)
- •4.7.1. Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання
- •4.7.2. Рентгенівське випромінювання
- •4.7.3. Шкала електромагнітних хвиль
- •Про автора
- •18000, М. Черкаси, вул. Смілянська, 2
3.5. Самоіндукція. Взаємна індукція. Енергія магнітного поля струму
План лекції
3.5.1. Явище самоіндукції. Індуктивність контуру
3.5.2. Явище взаємної індукції
3.5.3. Енергія магнітного поля струму
3.5.1. Явище самоіндукції. Індуктивність контуру
Розглянемо котушку, приєднану до джерела струму. У цьому випадку всередині й навколо котушки існуватиме власний магнітний потік. Якщо цей магнітний потік змінюватиметься, наприклад, в результаті внесення в котушку залізного осердя, зміни величини струму в колі або розмикання і замикання електричного кола, відповідно до закону електромагнітної індукції в котушці виникатиме ЕРС індукції, додаткова до ЕРС джерела.
Явище виникнення в котушці ЕРС індукції внаслідок зміни власного магнітного потоку називається самоіндукцією.
Для кількісної оцінки самоіндукції провідника введено фізичну величину, яка називається індуктивністю (позначається L). Фізична суть цієї величини стає очевидною з таких міркувань. Для заданого контуру потік магнітної індукції пропорційний вектору індукції: Ф ~ В . В свою чергу, згідно з законом Біо - Савара - Лапласа, модуль вектора індукції пропорційний силі струму в контурі В ~ І.
Отже, магнітний потік, обмежений контуром, пропорційний силі струму в контурі, тобто:
, (3.30)
де L - коефіцієнт пропорційності, який виражає індуктивність даного контуру.
Як бачимо, індуктивність контуру - це фізична величина, яка вимірюється магнітним потоком через площу, обмежену контуром, якщо в цьому контурі проходить одиничний струм і немає інших джерел магнітного поля. Якщо форма контуру незмінна і середовища не змінюється, то L = соnst. Тоді величина ЕРС самоіндукції:
. (3.31)
З формули (3.) видно, що індуктивність контуру вимірюється величиною ЕРС, яка індукується в цьому контурі, якщо сила струму в ньому змінюється на одиницю за одну секунду. Одиниця індуктивності в СІ називається генрі (Гн).
Індуктивність контуру залежить від його форми, розмірів, магнітної проникності середовища і не залежить від хімічного складу провідника. У цьому розумінні індуктивність аналогічна електроємності.
Характерним прикладом самоіндукції може бути виникнення екстраструму замикання і розмикання.
Коли коло замикається, виникає струм, а одночасно з ним зростає магнітний потік; останній збуджує в контурі екстраструм замикання. За законом Ленца, екстраструм замикання напрямлений проти струму джерела. Через якийсь час магнітне поле стабілізується і струм встановлюється відповідно до закону Ома.
Залежність зміни струму замикання від часу:
. (3.32)
З виразу (3.) випливає, що при вмиканні джерела струм у колі не відразу, а поступово досягає значення І0 і тим повільніше, чим більший коефіцієнт самоіндукції контуру L і чим менший опір контуру R (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Струм замикання
З енергетичного погляду повільне наростання струму пояснюється тим, що енергія джерела струму при замиканні спочатку перерозподіляється між струмом і магнітним полем.
Прояв екстраструму замикання можна спостерігати на досліді О.С. Попова (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Дослід О.С.Попова зі струмом замикання
У паралельних ділянках кола за допомогою змінного опору добирають режим однакового розжарення ламп. Але після замикання кола лампа Л1 розжарюється значно пізніше порівняно з лампою Л2.
Рис. 3.16. Струм розмикання
Після розмикання кола струм спадає до нуля, але одночасно з ним зменшується магнітний потік; останній збуджує в контурі екстраструм розмикання. За законом Ленца, екстраструм розмикання за напрямом збігається з струмом джерела, тому струм у колі спадає поступово (рис. 3.16) за експоненціальним законом:
. (3.33)
Оскільки час розмикання кола малий, то екстраструм розмикання може збільшитись і пошкодити обмотки приладу, спричинити потужну електричну іскру на рубильнику. Щоб запобігти цій шкідливій дії екстраструму розмикання, струм перед розмиканням поступово зменшують, рубильники занурюють у технічне масло тощо.
Рис. 3.17. Дослід О.С.Попова зі струмом розмикання
Прояв екстраструму розмикання можна спостерігати на досліді О.С. Попова (рис. 3.17). У паралельні ділянки кола вмикають котушку з великою індуктивністю L і лампочку Л, слабке розжарювання якої встановлюють за допомогою реостата R. При розмиканні кола лампочка розжарювання яскраво спалахує і може перегоріти. На котушці виникає ЕРС самоіндукції, яка в замкненому колі через лампочку утворює струм I´, значно більший, ніж струм від джерела.