Лабораторная работа n 225 определение индуктивности катушки методом амперметра-вольтметра Теория.
1. Явление электромагнитной индукции.
При движении проводника в магнитном поле в нем возникает электродвижущая сила индукции, а если при этом проводник замкнут, то в нем появляется электрический ток индукции.
Это явление электромагнитной индукции возникает как при пересечении движущимся проводником магнитных силовых линий, так и при любом изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром проводника.
Основной закон электромагнитной индукции: "электродвижущая сила индукции в замкнутом контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром, т.е.
ε
=
(1)
Учитывая то, что магнитный поток пропорционален числу магнитных силовых линий, пересекающих поверхность, ограниченную контуром проводника, можно сказать, что для возникновения явления электромагнитной индукции необходимо пересечение проводником линий магнитной индукции Следовательно, при движении проводника вдоль линий магнитной индукции ЭДС индукции равна нулю.
Направление индукционного тока может быть определено по закону Ленца: индукционный ток имеет такое направление, при котором
он создает через площадь, ограниченную контуром проводника, собственный поток магнитной индукции, стремящийся скомпенсировать то изменение потока магнитной индукции, которое его вызывает. Закон Ленца обуславливает появление знака "минус" в формуле (1).
2. Явление самоиндукции. Явление электромагнитной индукции
вызывается изменением потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром проводника. При этом совершенно безразлично, чем обусловлено это изменение. Оно, например, может быть вызвано непостоянным током, который протекает по проводнику. Если по проводнику течет непостоянный ток, то магнитное поле, создаваемое этим током, тоже непостоянно. Следовательно, меняется поток магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром проводника, что приводит к возникновению в проводнике ЭДС индукции. Таким образом, изменение тока в проводнике является причиной возникновения ЭДС индукции в том же самом проводнике. Это явление называется явлением самоиндукции.
Проводники различной формы обладают различной способностью обнаруживать явление самоиндукции. Наиболее интенсивно это явление протекает в катушках индуктивности, которые представляют собой проводник, согнутый в форме витков. Способность любого проводника к самоиндукции характеризуется коэффициентом самоиндукции, или, как будем дальше именовать, просто индуктивностью, которая может быть введена следующим образом.
Согласно закону Био-Савара-Лапласа ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле, напряженность и индуктивность пропорциональны току I. Иначе говоря, поток магнитной индукции Ф, пронизывающий поверхность, ограниченную контуром проводника, пропорционален току, текущему по проводнику:
(2)
Коэффициент пропорциональности между током в проводнике и величиной магнитного потока, создаваемого этим током, называется индуктивностью проводника L.
Чем больше индуктивность, тем больше величина ЭДС самоиндукции.
ε=
(3)
Из (3) следует, что индуктивность проводника численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в проводнике в тот момент, когда величина силы тока в проводнике меняется на единицу за единицу времени. Если при изменении тока со скоростью 1а в 1 сек. в проводнике возникает ЭДС самоиндукции в 1 вольт, то говорят, что такой проводник обладает индуктивностью в 1 генри (Гн).
Следовательно, в системе СИ размерность генри выражается как
Необходимо отметить, что величина индуктивности проводника определяется его геометрической формой и размерами, а также магнитной проницаемостью среды, в которой находится проводник.