15.2 Явище самоіндукції. Індуктивність (динамічна) контуру. Перехідні процеси в колі з індуктивністю. Час релаксації.
Явище самоіндукції
1. Знайомство з явищем. При замиканні електричних ланцюгів з джерелом ЕРС і великою індуктивністю (електродвигунами, трансформаторами, реле і т.п.) струм у ланцюзі встановлюється не миттєво, а через якийсь час. У момент розмикання таких ланцюгів величина ЕРС самоіндукції може значно перевищувати ЕРС джерела, тому розмикання здійснюють за допомогою реостатів, поступово зменшуючи силу струму.
Явище самоіндукції використовують у коливальних контурах і генераторах незгасаючих коливань і для підпалу люмінесцентних ламп котушкою індуктивності - дроселем.
2. Визначення. Явище виникнення електрорушійної сили (ЕРС) у провіднику при зміні сили струму в цьому ж провіднику називають самоіндукцією.
3. Умови виникнення явища: а) повинен існувати замкнений електричний контур; б) у контурі повинна відбуватися зміна електричного струму .
4.
Математичний опис. Явище можна пояснити
двома формулами: законом електромагнітної
індукції
і
,
де ξСі
– електрорушійна сила самоіндукції;
dФ -
зміна магнітного потоку; dt
- час цієї зміни; L
– індуктивність
–
швидкість зміни сили струму. Знак «-»
пояснюється правилом Ленца.
5. Пояснення явища.
Перехідні процеси в колі з індуктивністю
В
изначення.
Перехідні процеси в
колі з індуктивністю
– це процеси що
відбуваються в ланцюзі, що містить
джерело струму з ЕРС ξ,
резистор опором R
і котушку індуктивністю L
в момент виключення і включення джерела
струму.
Пояснити перехідні процеси можна за допомогою дослідів, зображених на рисунку 15.4. При замиканні вимикача схеми а) лампа 1 загоряється відразу, а лампа 2 через деякий час. Пояснити цей дослід допоможе наступний ланцюжок міркувань:
- у момент замикання вимикача виникає змінний електричний струм;
- цей струм створює навколо котушки зчеплене з ним змінне магнітне поле;
- змінне магнітне поле утворює вихрове електричне поле;
- за правилом Ленца, вихрове електричне поле гальмує рух вільних носіїв зарядів у дроті котушки, уповільнюючи наростання струму в ній. Тобто в котушці виникає ЕРС, спрямована проти наростаючого струму. Тому лампочка 2 загоряється не відразу після замкнення ланцюга.
У розгалуженні 1 котушка відсутня, і тому лампочка 1 загоряється відразу.
У момент розмикання схеми б) лампа 3 яскраво спалахує. Це явище можна пояснити так:
- у момент розмикання вимикача електричний струм спадає;
- при зменшенні струму навколо котушки виникає змінне магнітне поле;
- змінне магнітне поле утворює вихрове електричне поле;
- за правилом Ленца, вихрове електричне поле примушує вільні носії зарядів рухатися по дроту котушки, підсилюючи в ній струм. Тобто на час розмикання кола котушка стає джерелом струму, величина ЕРС якого залежить від швидкості розмикання кола.
Індуктивність L (ф.в.)
1. Індуктивність характеризує здатність провідника створювати магнітне поле. Вона залежить від форми, розмірів провідника, і від середовища, у якому він знаходиться.
2. Визначення. Індуктивність - це фізична величина, яка дорівнює відношенню магнітного потоку, що створюється електричним струмом до величини цього струму.
3. Індуктивність – це скалярна величина.
4.
;
,
де L - індуктивність;
Ф –
магнітний потік, що утворюється контуром
внаслідок проходження по ньому струму
І; ξсі
– ЕРС самоіндукції;
– швидкість зміни струму в контурі.
5. [L] = Вб/А = Гн (Генрі)
6.
Визначення одного Генрі дають виходячи
з формули
.
Один Генрі – це
індуктивність провідника, при якій
зміна струму на один ампер за одну
секунду викликає в ньому ЕРС самоіндукції
1 В.
Час релаксації τ
1. Важливою характеристикою електричного ланцюга з індуктивністю є час релаксації.
2. Визначення. Час релаксації - це час, протягом якого сила струму зменшується в е разів.
3. Це скалярна величина.
4.
5.[τ]
=
