Занятие 16 самоиндукция. Взаимная индукция
Учебная цель: сформировать понимание физической сущности явлений самоиндукции и взаимной индукции. Привить навыки самостоятельного решения задач на данную тему.
Литература
Основная: Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1989. - Гл.25, § 25.2, 25.3, 25.4.
Дополнительная: Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1987. - Т.2. - гл. 8, § 64 – 67.
Контрольные вопросы для подготовки к занятию
1. Запишите выражение и сформулируйте основной закон электромагнитной индукции (Закон Фарадея - Ленца).
2. Дайте определение явления самоиндукции; по какой формуле определяется ЭДС самоиндукции?
3. Каков физический смысл индуктивности L, в каких единицах измеряется?
4. От чего зависит индуктивность контура?
5. Запишите и поясните выражение для определения индуктивности бесконечно длинного соленоида.
6. Запишите закон изменения силы тока в цепи, содержащей последовательно включенные R и L при включении и выключении источника постоянного тока с ЭДС (Е). Постройте график и поясните его.
7. Дайте определение явления взаимной индукции, напишите формулу определения ЭДС взаимной индукции.
8. Каков физический смысл взаимной индуктивности М, в каких единицах измеряется?
9. От чего зависит взаимная индуктивность?
10. Действие каких электрических приборов основано на явлении взаимной индукции.
Краткие теоретические сведения и основные формулы
Электрический ток, текущий в любом контуре, создает пронизывающий этот контур магнитный поток. При изменениях тока изменяется также и магнитный поток через площадь, охватываемую этим контуром, вследствие чего в контуре индуктируется ЭДС.
Возникновение электродвижущей силы в контуре при изменении силы электрического тока, идущего по этому контуру, называется самоиндукцией.
В соответствии с законом Био - Савара - Лапласа магнитная индукция В пропорциональна силе тока, вызвавшего поле. Отсюда вытекает, что ток I в контуре и создаваемый им полный магнитный поток через контур пропорциональны друг другу:
.
(16.1)
Коэффициент пропорциональности L между силой тока и полным магнитным потоком называется индуктивностью контура.
Линейная зависимость
от I
наблюдается только в том случае, если
магнитная проницаемость среды ,
которой окружен контур, не зависит от
напряженности поля Н,
то есть в отсутствие ферромагнетиков.
В противном случае
является сложной функцией от I
и, поскольку
,
зависимость
от I
также будет довольно сложной. Однако
соотношение (16.1) распространяют и на
этот случай, считая индуктивность L
функцией от I.
При неизменной силе тока I магнитный поток может изменяться за счет изменения формы и размеров контура.
Следовательно, индуктивность L зависит от геометрии контура (его формы, размеров), а также от магнитных свойств (от ) окружающей контур среды. Если контур жесткий и поблизости от него нет ферромагнетиков, индуктивность L является постоянной величиной.
За единицу индуктивности в СИ принимается генри (Гн): 1 Гн – индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб:
1 Гн = 1
= 1
.
Индуктивность бесконечно длинного соленоида. При протекании по нему тока I внутри соленоида возбуждается однородное магнитное поле, индукция которого равна
Поток через каждый из витков равен Фт = В S, а полный магнитный поток, сцепленный с соленоидом,
(16.2)