Eneseinduktsiooni nähtus on magnetvälja energia induktiivsus. Vortex elektriväli

Ahelat läbiv elektrivool loob selle ümber magnetvälja. Magnetvoog Φ läbi selle juhi vooluringi (seda nimetatakse enda magnetvoog) on võrdeline ahela sees oleva magnetvälja induktsioonimooduliga B \(\left(\Phi \sim B \right)\) ja magnetvälja induktsioon on omakorda võrdeline voolutugevusega ahelas \ (\left(B\sim I \right)\ ).

Seega on sisemine magnetvoog otseselt võrdeline vooluga vooluringis \(\left(\Phi \sim I \right)\). Seda sõltuvust saab matemaatiliselt esitada järgmiselt:

\(\Phi = L \cdot I,\)

Kus L on proportsionaalsuse koefitsient, mida nimetatakse ahela induktiivsus.

• Silmuse induktiivsus- skalaarne füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne tema enda vooluringi tungiva magnetvoo ja selles oleva voolutugevuse suhtega:

\(~L = \dfrac(\Phi)(I).\)

Induktiivsuse SI-ühik on henry (H):

1 H = 1 Wb / (1 A).

• Ahela induktiivsus on 1 H, kui 1 A alalisvoolu korral on ahelat läbiv magnetvoog 1 Wb.

Ahela induktiivsus sõltub vooluringi suurusest ja kujust, keskkonna magnetilistest omadustest, milles vooluahel asub, kuid ei sõltu juhi voolu tugevusest. Niisiis saab solenoidi induktiivsust arvutada valemiga

\(~L = \mu \cdot \mu_0 \cdot N^2 \cdot \dfrac(S)(l),\)

kus μ on südamiku magnetiline läbilaskvus, μ 0 on magnetkonstant, N- solenoidi pöörete arv, S- mähise piirkond, l on solenoidi pikkus.

Kui fikseeritud vooluringi kuju ja mõõtmed ei muutu, saab seda ahelat läbiv sisemine magnetvoog muutuda ainult siis, kui selles muutub voolutugevus, s.t.

\(\Delta \Phi =L \cdot \Delta I.\) (1)

Eneseinduktsiooni fenomen

Kui vooluringis läbib alalisvool, siis on ahela ümber pidev magnetväli ja vooluringi tungiv enda magnetvoog aja jooksul ei muutu.

Kui vooluringis läbiv vool aja jooksul muutub, siis vastavalt muutuv enda magnetvoog ja vastavalt elektromagnetilise induktsiooni seadusele tekitab vooluringis EMF-i.

• Induktsioon-EMF tekkimist vooluringis, mis on põhjustatud voolutugevuse muutumisest selles vooluringis, nimetatakse eneseinduktsiooni nähtus. Eneseinduktsiooni avastas Ameerika füüsik J. Henry 1832. aastal.

Samal ajal ilmuv EMF - iseinduktsiooni EMF E si . Iseinduktsiooni EMF loob ahelas iseinduktsioonivoolu ma si.

Iseinduktsioonivoolu suuna määrab Lenzi reegel: iseinduktsioonivool on alati suunatud nii, et see neutraliseerib põhivoolu muutumist. Kui põhivool suureneb, siis iseinduktsioonivool on suunatud põhivoolu suuna vastu, kui väheneb, siis põhivoolu ja iseinduktsioonivoolu suunad langevad kokku.

Elektromagnetilise induktsiooni seaduse kasutamine induktiivsusega ahela jaoks L ja võrrand (1), saame eneseinduktsiooni EMF avaldise:

\(E_(si) =-\dfrac(\Delta \Phi )(\Delta t)=-L\cdot \dfrac(\Delta I)(\Delta t).\)

• Iseinduktsiooni emf on otseselt võrdeline voolutugevuse muutumise kiirusega vooluringis, mis on võetud vastupidise märgiga. Seda valemit saab rakendada ainult voolutugevuse ühtlase muutusega. Suureneva vooluga (Δ ma> 0), negatiivne EMF (E si< 0), т.е. индукционный ток направлен в противоположную сторону тока источника. При уменьшении тока (Δma < 0), ЭДС положительная (E si >0), st. induktsioonivool on suunatud lähtevooluga samas suunas.

Saadud valemist järeldub, et

\(L=-E_(si) \cdot \dfrac(\Delta t)(\Delta I).\)

• Induktiivsus- see on füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktsiooni EMF-iga, mis tekib vooluringis, kui voolutugevus muutub 1 A võrra 1 sekundi jooksul.

Eneseinduktsiooni nähtust saab jälgida lihtsate katsetega. Joonisel 1 on kujutatud kahe identse lambi paralleelühenduse skeem. Üks neist on takisti kaudu allikaga ühendatud R ja teine ​​mähisega järjestikku L. Kui võti on suletud, vilgub esimene tuli peaaegu kohe ja teine ​​- märgatava viivitusega. Seda seletatakse asjaoluga, et lambiga vooluringi osas 1 induktiivsus puudub, seega ei teki iseinduktsioonivoolu ja selle lambi vool saavutab peaaegu koheselt oma maksimaalse väärtuse. Lambiga alal 2 kui voolutugevus ahelas suureneb (nullist maksimumini), ilmub iseinduktsioonivool ma si, mis takistab voolu kiiret suurenemist lambis. Joonisel 2 on kujutatud lambi voolu muutumise ligikaudne graafik 2 kui ahel on suletud.

Kui võti on avatud, siis vool lambis 2 samuti laguneb aeglaselt (joonis 3, a). Kui mähise induktiivsus on piisavalt suur, on kohe pärast võtme avamist võimalik isegi kerge voolu suurenemine (lamp 2 vilgub tugevamini) ja alles siis hakkab vool vähenema (joon. 3, b).

Riis. 3

Iseinduktsiooni nähtus tekitab vooluringi avanemise kohas sädeme. Kui vooluringis on võimsad elektromagnetid, võib säde minna kaarlahendusse ja lüliti rikkuda. Selliste vooluahelate avamiseks elektrijaamades kasutatakse spetsiaalseid lüliteid.

Magnetvälja energia

Induktiivpooli ahela magnetvälja energia L vooluga ma

\(~W_m = \dfrac(L \cdot I^2)(2).\)

Kuna \(~\Phi = L \cdot I\), saab voolu (mähise) magnetvälja energiat arvutada, teades mis tahes kahte kolmest väärtusest ( Φ, L, I):

\(~W_m = \dfrac(L \cdot I^2)(2) = \dfrac(\Phi \cdot I)(2)=\dfrac(\Phi^2)(2L).\)

Magnetvälja energiat, mis sisaldub välja poolt hõivatud ruumiühikus, nimetatakse mahuline energiatihedus magnetväli:

\(\omega_m = \dfrac(W_m)(V).\)

*Valemi tuletamine

1 järeldus.

Ühendame vooluallikaga induktiivsusega juhtiva ahela L. Laske voolul lühikese ajavahemiku Δt jooksul ühtlaselt suureneda nullist teatud väärtuseni ma (Δ ma = ma). Eneseinduktsiooni EMF on võrdne

\(E_(si) =-L \cdot \dfrac(\Delta I)(\Delta t) = -L \cdot \dfrac(I)(\Delta t).\)

Teatud aja jooksul Δ t laeng kantakse läbi vooluringi

\(\Delta q = \left\langle I \right \rangle \cdot \Delta t,\)

kus \(\left \langle I \right \rangle = \dfrac(I)(2)\) on voolu keskmine väärtus ajas Δ tühtlase kasvuga nullist ma.

Vool induktiivsusega ahelas L saavutab oma väärtuse mitte hetkega, vaid mingi piiratud ajaintervalli Δ jooksul t. Sel juhul tekib ahelas iseinduktsiooni EMF E si, mis takistab voolutugevuse suurenemist. Järelikult töötab vooluallikas, kui see on suletud, iseinduktsiooni EMF-i vastu, st.

\(A = -E_(si) \cdot \Delta q.\)

Töö, mida allikas kulutab voolu tekitamiseks vooluringis (välja arvatud soojuskaod), määrab voolu kandva ahela salvestatud magnetvälja energia. Niisiis

\(W_m = A = L \cdot \dfrac(I)(\Delta t) \cdot \dfrac(I)(2) \cdot \Delta t = \dfrac(L \cdot I^2)(2).\ )

2 järeldus.

Kui magnetvälja tekitab solenoidis läbiv vool, on pooli induktiivsus ja magnetvälja induktsioonimoodul võrdsed

\(~L = \mu \cdot \mu_0 \cdot \dfrac (N^2) (l) \cdot S, \,\,\, ~B = \dfrac (\mu \cdot \mu_0 \cdot N \cdot I)(l)\)

\(I = \dfrac (B \cdot l)(\mu \cdot \mu_0 \cdot N).\)

Asendades saadud avaldised magnetvälja energia valemiga, saame

\(~W_m = \dfrac (1) (2) \cdot \mu \cdot \mu_0 \cdot \dfrac (N^2) (l) \cdot S \cdot \dfrac (B^2 \cdot l^2) ((\mu \cdot \mu_0)^2 \cdot N^2) = \dfrac (1) (2) \cdot \dfrac (B^2) (\mu \cdot \mu_0) \cdot S \cdot l. \)

Kuna \(~S \cdot l = V\) on pooli ruumala, on magnetvälja energiatihedus

\(\omega_m = \dfrac (B^2)(2\mu \cdot \mu_0),\)

kus AT- magnetvälja induktsiooni moodul, μ - keskkonna magnetiline läbilaskvus, μ 0 - magnetkonstant.

Kirjandus

1. Aksenovitš L. A. Füüsika keskkoolis: teooria. Ülesanded. Testid: Proc. toetus üldisi osutavatele asutustele. keskkonnad, haridus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 351-355, 432-434.
2. Zhilko V.V. Füüsika: õpik. toetus 11. klassile. Üldharidus asutused vene keelega. lang. Haridus 12-aastase õppeperioodiga (põhi- ja kõrgtase) / V.V. Zhilko, L.G. Markovitš. - Mn.: Nar. asveta, 2008. - S. 183-188.
3. Myakishev, G.Ya. Füüsika: elektrodünaamika. 10-11 rakku. : õpingud. füüsika süvaõppeks / G.Ya. Mjakišev, A.3. Sinjakov, V.A. Slobodskov. - M.: Bustard, 2005. - S. 417-424.

« Füüsika – 11. klass

Eneseinduktsioon.

Kui mähise kaudu voolab vahelduvvool, siis:
pooli tungiv magnetvoog muutub aja jooksul,
ja mähises tekib induktsiooni emf.
Seda nähtust nimetatakse eneseinduktsioon.

Lenzi reegli kohaselt on voolu suurenedes pööriselektrivälja intensiivsus suunatud voolu vastu, s.o. keerisväli takistab voolu tõusu.
Voolu vähenemisel on keerise elektrivälja intensiivsus ja vool suunatud ühtemoodi, st keerisväli hoiab voolu.

Eneseinduktsiooni nähtus on sarnane mehaanika inertsi nähtusega.

Mehaanikas:
Inerts toob kaasa asjaolu, et jõu mõjul omandab keha järk-järgult teatud kiiruse.
Kere ei saa hetkega pidurdada, olenemata sellest, kui suur on pidurdusjõud.

Elektrodünaamikas:
Kui ahel on iseinduktsiooni tõttu suletud, suureneb voolutugevus järk-järgult.
Ahela avamisel säilitab iseinduktsioon voolu mõnda aega, hoolimata ahela takistusest.

Eneseinduktsiooni nähtus mängib elektri- ja raadiotehnikas väga olulist rolli.

Magnetvälja voolu energia

Vastavalt energia jäävuse seadusele magnetvälja energia, mis tekib voolu poolt, on võrdne energiaga, mida vooluallikas (näiteks galvaaniline element) peab voolu tekitamiseks kulutama.
Ahela avamisel muundatakse see energia muudeks energialiikideks.

Sulgemisel vooluahela vool suureneb.
Juhis tekib keeriselektriväli, mis toimib vastu vooluallika tekitatud elektrivälja.
Selleks, et vool muutuks võrdseks I-ga, peab vooluallikas tegema tööd keerisvälja jõudude vastu.
See töö läheb voolu magnetvälja energia suurendamiseks.

Avamisel vooluahela vool kaob.
Keerisväli teeb positiivset tööd.
Voolu poolt salvestatud energia vabaneb.
Seda paljastab näiteks võimas säde, mis tekib suure induktiivsusega vooluringi avamisel.

Induktiivsusega L ahela lõiku läbiva voolu tekitatud magnetvälja energia määratakse valemiga

Elektrivoolu tekitatud magnetväljal on energia, mis on otseselt võrdeline voolutugevuse ruuduga.

Magnetvälja energiatihedus (st energia ruumalaühiku kohta) on võrdeline magnetinduktsiooni ruuduga: w m ~ B 2,
sarnaselt sellele, kuidas elektrivälja energiatihedus on võrdeline elektrivälja w e ~ E 2 ruuduga.

RIIKLIK AUTONOOMNE KUTSEDÕPUSASUTUS

NOVOSIBIRSKI PIIRKOND

"BARABINSKY MEDITSIINIKOLLEG"

Arutati koosolekul

CMK OGSED

Protokoll nr ___________

kuupäevaga ____________ 2018

CMC esimees

Khritankova N. Yu.

______________________

(allkiri)

METOODILINE ARENG

KOMBINEERITUD TUND ÕPETAJALE

Eriala 34.02.01 Õendus (algkoolitusega)

Distsipliin: "füüsika"

3. jagu Elektrodünaamika. Vibratsioonid ja lained. Optika

Arendaja - õpetaja Vashurina T.V.

Metoodiline leht
Õppetundide ligikaudne ajakava
Toormaterjal
Lisa nr 1 Eelmise teema teadmiste kontroll
Lisa nr 2 Ülesanded uute teadmiste kinnistamiseks ja süstematiseerimiseks
Lisa nr 3 Teadmiste eelkontrolli ülesanded
Lisa nr 4 Kontrollmaterjal
Ülesanne õpilaste iseseisvaks klassiväliseks tööks
Kasutatud allikate loetelu

Väljavõte distsipliini "Füüsika" tööprogrammist

erialale 34.02.01 Õendus (algkoolitusega)

Sektsioonide ja teemade nimed		Kella helitugevus
Teema 3.14 Eneseinduktsioon. Induktiivsus. Eneseinduktsiooni EMF. Magnetvälja energia.
	Mõisted: eneseinduktsioon, induktiivsus. Magnetvälja induktsioon. Magnetvälja energia arvutamise valem. Füüsilise terminoloogia ja sümbolite enesekindla kasutamise oskuse harjutamine.
	Laboratoorsed tööd
	Praktiline tund
	Test
	Õpilaste iseseisev töö: Töö õpiku "Füüsika 10" elektroonilise lisaga; Töö õpikuga, harjutuste tegemine; Töö loengukonspektidega.

METOODIKALEHT

Tunni tüüp: kombineeritud õppetund.

Klassi tüüp: vestlus, selgitus koos visuaalsete abivahendite demonstreerimisega, probleemide lahendamine.

Kestus: 90 minutit.

TUNNI EESMÄRGID

Õppeeesmärgid: kujundada ideid füüsika rollist ja kohast kaasaegses teaduslikus maailmapildis; Universumis vaadeldavate nähtuste füüsikalise olemuse mõistmine eneseinduktsiooni, induktiivsuse, iseinduktsiooni EMF, magnetvälja energia mõiste uurimise kaudu; edendada füüsiliste põhimõistete valdamise, füüsilise terminoloogia ja sümbolite enesekindla kasutamise oskuse kujunemist. Aidata kaasa oma tegevuse korraldamise oskuse kujunemisele, valida tüüpilisi harjutuste sooritamise meetodeid ja viise (OK 2).

Arengu eesmärgid: arendada huvi tulevase elukutse vastu, mõista selle olemust ja sotsiaalset tähtsust (OK 1), aidata kaasa kehaliste probleemide lahendamise oskuse kujunemisele.

Hariduslikud eesmärgid: soodustada suhtlemisoskuste arengut; luua tingimused teabe tajumise ja töötlemise kiiruse, kõnekultuuri arendamiseks; kujundada meeskonnas ja meeskonnas töötamise oskus (OK 6).

Õppemeetodid: selgitav ja illustreeriv infotehnoloogiat kasutades, reprodutseeriv.

Asukoht: kolledži auditoorium.

MOTIVATSIOON

Teema 3.14 “Eneseinduktsioon. Induktiivsus. Eneseinduktsiooni EMF. Magnetvälja energia" on kaasatud teadusharu "Füüsika" programmi ja sellel on oluline koht, sest selle teema õppimisel omandatud teadmised on vajalikud paljude teemade õppimiseks nii füüsika programmi raames kui ka sellega seotud erialade (keemia, matemaatika) õppimisel. Elektriseadmetega töötamise ohtlikkus seisneb selles, et voolul, voolu magnetväljal ja pingel puuduvad välised tunnused, mis võimaldaksid inimesel meelte (nägemine, kuulmine, haistmine) abil tuvastada voolutugevust. ähvardava ohu eest ja võtke kasutusele ettevaatusabinõud.

Selle tunni jaoks on aega 2 klassitundi. Kombineeritud tunnis uuendatakse teadmisi suulise küsitluse vormis, et kontrollida jääkteadmisi, mis on vajalikud uue materjali õppimisel; uue materjali vahetu uurimine; uue materjali esmane konsolideerimine selleteemaliste ülesannete lahendamise teel. Uue materjali assimilatsiooni taseme kontrollimine toimub õpilaste testimise vormis. Iga haritud inimene peab pidevalt täiendama oma teadmisi füüsika vallas, arendama huvi oma tulevase elukutse vastu, mõistma selle olemust ja sotsiaalset tähtsust (GC 1), õppima oma tegevust korraldama, oskama valida ülesannete täitmise meetodeid ja viise. ja nende kvaliteeti edasi hinnata (GC 2), samuti on vajalik, et tulevane meditsiinitöötaja õpiks meeskonnas ja meeskonnas töötama (OK6).

KOMBINEERITUD TUNNI AJASKAA NÄIDE

	Lavanimi	Aeg	Lava eesmärk	Tegevus		Varustus
				õpetaja	õpilased
	Organisatsiooniline etapp		Tundide alguse organiseerimine, oma tegevust organiseerimisoskuse kujundamine (OK 2).	Tervitused. Publiku valmisoleku kontrollimine. Märgib päevikusse puuduvaid õpilasi.	Koolijuhataja helistab puuduvatele õpilastele. Õpilased kohendavad välimust, valmistavad ette töid.	Ajakiri, märkmikud kokkuvõtete jaoks.
	Eelmise teema teadmiste kontroll		Teadmiste kujunemise taseme hindamine eelneval teemal. Õpilaste pädeva kõne arendamine, oma teadmiste enesekontroll.	Juhendab ja viib läbi teadmiste kontrolli.	Korda kodutööd, vasta suuliselt.	Küsimused suuliseks küsitluseks. 1. lisa.
	Motivatsioonietapp ja eesmärgi seadmine		Tuleviku eriala vastu huvi arendamine, olemuse ja sotsiaalse tähtsuse mõistmine (GC 1), prioriteetide seadmine teema uurimisel.	Selgitab õpilastele selle teema õppimise tähtsust, sõnastab tunni eesmärgid.	Nad kuulavad, esitavad küsimusi, kirjutavad uue teema vihikusse.	Kombineeritud tunni, multimeedia esitluse metoodiline arendus.
	Taustteabe avaldus		Teadmiste kujunemine, oma tulevase elukutse olemuse ja sotsiaalse tähtsuse mõistmine (OK 1), Ideede kujundamine füüsika rollist ja kohast kaasaegses teaduslikus maailmapildis; Universumis vaadeldavate nähtuste füüsikalise olemuse mõistmine eneseinduktsiooni, induktiivsuse, iseinduktsiooni EMF, magnetvälja energia mõiste uurimise kaudu; edendada füüsiliste põhimõistete valdamise, füüsilise terminoloogia ja sümbolite enesekindla kasutamise oskuse kujunemist.	Esitab uut materjali, demonstreerib ettekannet.	Kuulake, lugege slaididelt materjali, kirjutage üles.	Metoodiline arendus (alikmaterjal), multimeedia seadmed, multimeedia esitlus.
	Ülesannete täitmine teadmiste kinnistamiseks		Uute teadmiste kinnistamine, süstematiseerimine, üldistamine. Arendada probleemide lahendamise oskusi. Oma tegevuse organiseerimine, tüüpiliste meetodite ja probleemide lahendamise meetodite valik, nende rakendamise hindamine (OK2).	Juhendab ja kontrollib ülesannete täitmist, arutleb vastuste õigsuse üle, vastab õpilaste küsimustele.	Sooritage ülesandeid, kuulake pärast täitmist õigeid vastuseid, tehke kohandusi, esitage küsimusi.
	Uute teadmiste eelkontroll		Tunni tulemuslikkuse hindamine ja puudujääkide tuvastamine uutes teadmistes.	Juhendab ja juhendab.	Vastake küsimustele suuliselt.	Küsimused teadmiste eelkontrolliks. 3. lisa
	Lõplik kontroll. Vastastikune kontroll		Materjali kinnistamine, järelduste tegemise, üldistusvõime kujunemine. Meeskonnas töötamise oskuse kujunemine (OK6). Õpilaste teadmiste ja oskuste omastamise jälgimine.	Kontrollib töö edenemist. Kontrollib vastastikust kontrolli, selgitab hindamiskriteeriume.	Töötage väikestes rühmades, lahendage ülesandeid mudeli järgi (kirjalikult). Annavad täidetud ülesande, võrdlevad vastuseid standarditega, annavad hindeid.	kontrollmaterjal. 4. lisa Esitlusslaid näidisvastuste ja märkimiskriteeriumitega.
	Õppetunni kokkuvõte		Emotsionaalse stabiilsuse, distsipliini, objektiivsuse arendamine oma tegevuse hindamisel, meeskonnas ja meeskonnas töötamise oskus (OK6).	Hindab rühma tööd tervikuna. Teatab hindeid, motiveerib õpilasi, tõstab esile kõige ettevalmistatumad.	Kuulake, osalege arutelus, esitage küsimusi.	Rühmapäevik.
	Ülesanne õpilaste iseseisvaks klassiväliseks tööks			Annab ülesande õpilaste iseseisvaks klassiväliseks tööks, juhendab õiget teostamist, hindamiskriteeriume.	Kirjutage ülesanne üles.	Esitlusslaid kodutööga.

TOORMATERJAL

Teemakohase õppematerjali esitamise plaan

"Eneseinduktsioon. Induktiivsus. Eneseinduktsiooni EMF. Magnetvälja energia.

Eneseinduktsioon.

Induktiivsus.

Eneseinduktsiooni EMF.

Magnetvälja energia.

1. Eneseinduktsioon- induktsioon-EMF ilmnemise nähtus juhtivas vooluringis, kui voolutugevus selles muutub. Saadud emf-i nimetatakse Eneseinduktsiooni EMF.

Eneseinduktsiooni nähtuse ilming.

Ahela sulgemine. Kui vooluring on suletud, siis vool suureneb, mis põhjustab magnetvoo suurenemist mähises, tekib keeriselektriväli, mis on suunatud voolu vastu, s.o. mähises tekib iseinduktsiooni EMF, mis takistab voolu tõusu ahelas (keerisväli aeglustab elektrone).

Selle tulemusena L1 süttib hiljem kui L2.

Ahela avamine.

Elektriahela avamisel vool väheneb, toimub magnetvoo vähenemine mähises, tekib keeriselektriväli, mis on suunatud nagu vool (kipudes säilitama sama voolutugevust), s.t. Mähisesse ilmub iseinduktiivne emf, mis hoiab vooluahelas voolu. Selle tulemusena vilgub L väljalülitamisel eredalt.

2. Induktiivsus, ehk iseinduktsiooni koefitsient - elektriahela parameeter, mis määrab ahelas indutseeritud iseinduktsiooni EMF-i, kui seda läbiv vool muutub ja (ja) selle deformatsiooniks. Mõiste "induktiivsus" viitab ka iseinduktsioonimähisele, mis määrab vooluringi induktiivsed omadused.

Induktiivsus- füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktsiooni EMF-ga, mis tekib vooluringis, kui voolutugevus muutub 1 A võrra 1 sekundi jooksul.

Ф - magnetvoog läbi vooluahela, I - voolutugevus ahelas.

SI induktiivsuse ühik Henry(H): [L] = [ ] = []= Hn; 1 Hn = 1
.

Induktiivsus, nagu ka mahtuvus, sõltub juhi geomeetriast - selle suurusest ja kujust, kuid ei sõltu juhi voolutugevusest. Lisaks sõltub induktiivsus keskkonna magnetilistest omadustest, milles juht asub.

Pooli induktiivsus sõltub:

- pöörete arv,

− pooli mõõtmed ja kuju;

− kandja (võimaliku tuuma) suhtelise magnetilise läbilaskvuse kohta.

Sulgemis- ja avamisvoolud.

Mis tahes voolu sisse- ja väljalülitamisel vooluringis on nn eneseinduktsiooni lisavoolud (sulgemise ja avamise lisavoolud), tekkivad ahelas iseinduktsiooni nähtuse tõttu ja takistavad (vastavalt Lenzi reeglile) voolu suurenemist või vähenemist ahelas. Induktiivsus iseloomustab vooluringi inertsust selles oleva voolu muutumise suhtes ja seda võib mehaanikas käsitleda kui keha massi elektrodünaamilist analoogi, mis on keha inertsi mõõt. Sel juhul mängib voolutugevus I keha kiiruse rolli.

3. Eneseinduktsiooni EMF.

eneseinduktsioon - induktsioon-EMF tekkimine juhtivas vooluringis, kui voolutugevus selles muutub. Induktsiooni emf tekib siis, kui magnetvoog muutub. Kui selle muutuse põhjustab tema enda vool, siis räägitakse sellest EMF-i iseinduktsioon :

ε on =–
= -L ,

kus L- ahela induktiivsus või selle eneseinduktsiooni koefitsient.

4. Voolu magnetvälja energia.

Leidke juhis oleva elektrivoolu energia. Vastavalt energia jäävuse seadusele on voolu tekitatud magnetvälja energia võrdne energiaga, mida vooluallikas (galvaanielement, generaator elektrijaamas jne) peab voolu tekitamiseks kulutama. Voolu katkemisel vabaneb see energia ühel või teisel kujul.

Uurime välja, miks on vaja voolu tekitamiseks energiat kulutada, st tööd teha. Seda seletatakse asjaoluga, et kui vooluahel on suletud, siis kui vool hakkab suurenema, tekib juhis keeriselektriväli, mis toimib vastu elektriväljale, mis juhis vooluallika tõttu tekib. Selleks, et vool muutuks võrdseks I-ga, peab vooluallikas tegema tööd keerisvälja jõudude vastu. See töö läheb voolu magnetvälja energia suurendamiseks.

Ahela avamisel vool kaob ja keerisväli teeb positiivset tööd. Voolu poolt salvestatud energia vabaneb. Seda tuvastab võimas säde, mis tekib suure induktiivsusega vooluringi avamisel.

Eelpool mainitud inertsi ja iseinduktsiooni analoogia põhjal saate kirjutada avaldise induktiivsusega L ahelat läbiva voolu I energia jaoks (st voolu magnetvälja energia jaoks).

Kui iseinduktsioon sarnaneb inertsiga, siis induktiivsus voolu loomise protsessis peaks keha kiiruse suurendamisel mehaanikas mängima sama rolli kui mass. Keha kiiruse rolli elektrodünaamikas mängib voolutugevus I kui elektrilaengute liikumist iseloomustav suurus.

Kui jah, siis võib voolu W m energiat pidada keha kineetilise energiaga sarnaseks väärtuseks
mehaanikas ja kirjutage kujul W m =
(**).

Just see voolu energia avaldis saadakse arvutuste tulemusena.

Voolu energia (**) väljendub juhi L geomeetrilise karakteristiku kaudu ja voolu tugevus selles I. Kuid sama energiat saab väljendada ka välja karakteristikute kaudu. Arvutused näitavad, et magnetvälja energiatihedus (st energia ruumalaühiku kohta) on võrdeline magnetinduktsiooni ruuduga, nii nagu elektrivälja energiatihedus on võrdeline elektrivälja tugevuse ruuduga.

Elektrivoolu tekitatud magnetväljal on energia, mis on otseselt võrdeline voolutugevuse ruuduga.

Põhivalemid:

Faraday seadus(elektromagnetilise induktsiooni seaduse järgi): ε = –
, kus ΔФ on magnetvoo muutus, Δt on ajavahemik, mille jooksul see muutus toimus.

Eneseinduktsiooni fenomen on selles, et kui voolutugevus ahelas muutub, tekib EMF, mis on sellele muutusele vastu.

Magnetvoog F läbi kontuuriga piiratud pinna, on otseselt võrdeline voolutugevusega I ahelas: Ф \u003d LI,

kus L - proportsionaalsustegur, mida nimetatakse induktiivsuseks.

EMF-i iseinduktsioon väljendatakse voolutugevuse muutuse kaudu vooluringis ΔI järgmise valemiga:

ε = -
=-L kus Δt on aeg, mille jooksul see muutus toimus.

Magnetvälja energia W väljendatakse valemiga: W=

LISA №1

EELMISE TEEMA TEADMISTE KONTROLL (suuline)

Lenzi reegel. Pöörisvoolud. Maxwelli elektromagnetiline teooria"

Lenzi reegel.

Vastus: Faraday tegi eksperimentaalselt kindlaks, et kui juhtivas vooluringis muutub magnetvoog, tekib induktsioon-EMF, mis on võrdne vooluringiga piiratud pinna läbiva magnetvoo muutumise kiirusega, võttes miinusmärgiga:

Seda valemit nimetatakse Faraday seaduseks.

Kogemused näitavad, et suletud vooluringis magnetvoo muutumisel ergastuv induktsioonvool on alati suunatud nii, et selle tekitatav magnetväli takistab induktiivvoolu tekitava magnetvoo muutumist. Seda 1833. aastal sõnastatud väidet nimetatakse Lenzi reegliks.

Riis. 1 illustreerib Lenzi reeglit fikseeritud juhtiva ahela näitel, mis on ühtlases magnetväljas, mille induktsioonimoodul aja jooksul suureneb.

Lenzi reegel peegeldab eksperimentaalset tõsiasja, et ja neil on alati vastandmärgid (miinusmärk Faraday valemis). Lenzi reeglil on sügav füüsiline tähendus – see väljendab energia jäävuse seadust.

Lenzi reegel (Lenzi seadus) asutas E. X. Lenz aastal 1834. See täpsustab elektromagnetilise induktsiooni seadust, mille avastas 1831. aastal M. Faraday. Lenzi reegel määrab induktsioonivoolu suuna suletud ahelas, kui see liigub välises magnetväljas.

Induktsioonivoolu suund on alati selline, et selle poolt magnetvälja küljelt kogevad jõud on vastuolus vooluringi liikumisega ja selle voolu tekitatud magnetvooga Fi püüab kompenseerida välise magnetvoo muutusi Fe.

Lenzi seadus väljendab elektromagnetiliste nähtuste energia jäävuse seadust. Tõepoolest, kui suletud ahel liigub magnetväljas välisjõudude mõjul, on vaja teha teatud tööd jõudude vastu, mis tekivad indutseeritud voolu ja magnetvälja vastastikusest mõjust ja on suunatud liikumisele vastupidises suunas.

Lenzi reeglit illustreerib joonis:

Kui püsimagnet lükata galvanomeetriga suletud mähisesse, on mähises olev induktsioonvool sellise suunaga, mis tekitab vektoriga magnetvälja AT", mis on suunatud magnetvälja induktsioonivektorile vastupidiselt AT st lükkab magneti mähist välja või takistab selle liikumist. Magneti mähisest välja tõmbamisel tõmbab induktiivvoolu tekitatud väli pooli enda poole, st takistab taas selle liikumist.

Kirjeldage Lenzi reegli praktikas rakendamise algoritmi.

Vastus: Lenzi reegli rakendamiseks induktiivvoolu suuna määramiseks mae vooluringis peate järgima järgmisi soovitusi:

1. Määrake välise magnetvälja magnetinduktsiooni joonte suund.

2. Uurige, kas selle välja magnetilise induktsiooni voog suureneb läbi kontuuriga piiratud pinna ( ΔF 0) või väheneb ( ΔF

3. Määrake induktsioonivoolu magnetvälja magnetinduktsiooni joonte suund mai. Need jooned tuleks Lenzi reegli kohaselt suunata vastupidiselt joontele if ΔF 0 ja nende suund on sama, kui neil ΔF

4. Teades magnetinduktsiooni joonte suunda, määrake induktsioonivoolu suund mai, kasutades kere reegel.

3. Mis on magnetvoo muutumise põhjused (vastab 2 inimest).

Vastus: Suletud vooluringi läbiva magnetvoo muutumine võib toimuda kahel põhjusel.

1. Magnetvoog muutub ahela või selle osade liikumise tõttu ajas konstantses magnetväljas. Seda siis, kui juhid ja koos nendega vabad laengukandjad liiguvad magnetväljas. Induktsioon-EMFi tekkimine on seletatav Lorentzi jõu mõjuga vabadele laengutele liikuvates juhtides. Lorentzi jõud mängib sel juhul välisjõu rolli.

Vaatleme näiteks induktsioon-EMF-i esinemist ristkülikukujulises vooluringis, mis on paigutatud vooluringi tasapinnaga risti ühtlasesse magnetvälja. Laske l pikkuse kontuuri ühel küljel libiseda kiirusega mööda kahte teist külge (joonis 2).

Lorentzi jõud mõjub selles kontuurilõigus vabadele laengutele. Selle jõu üks komponentidest, mis on seotud laengute ülekandekiirusega, on suunatud piki juhti. See komponent on näidatud joonisel fig. 1.20.3. Ta mängib välise jõu rolli. Selle moodul on

Vastavalt EMF määratlusele

Kontuuri muudes fikseeritud osades on välisjõud null. Ind-i suhtele võib anda tuttava vormi. Aja jooksul Δt muutub kontuuri pindala ΔS = lυΔt võrra. Magnetvoo muutus selle aja jooksul on võrdne ΔΦ = BlυΔt. Seega

Märgi seadmiseks valemis, mis ühendab ja, tuleb valida kontuuri läbimise normaal- ja positiivne suund, mis on üksteisega kooskõlas, vastavalt parempoolse kere reeglile, nagu on tehtud joonisel fig. 1.20.1 ja 1.20.2. Kui see on tehtud, on Faraday valemini lihtne jõuda.

Kui kogu ahela takistus on R, siis läbib seda induktiivne vool, mis on võrdne. Aja jooksul Δt eraldub takistusel R džauli soojust

Tekib küsimus: kust see energia tuleb, sest Lorentzi jõud ei tööta! See paradoks tekkis seetõttu, et võtsime arvesse ainult ühe Lorentzi jõu komponendi tööd. Kui induktiivne vool liigub magnetväljas läbi juhi, mõjutab vaba laenguid Lorentzi jõu teine ​​komponent, mis on seotud laengute suhtelise kiirusega piki juhti. See komponent vastutab amprijõu väljanägemise eest. Joonisel fig. 1.20.3, Ampère'i jõumoodul on võrdne FA = I B l. Ampere jõud on suunatud juhi liikumisele; seetõttu teeb see negatiivset mehaanilist tööd. Aja jooksul Δt on see töö Amex võrdne

Magnetväljas liikuv juht, mida läbib induktsioonivool, kogeb magnetpidurdamist. Lorentzi jõu kogutöö on null. Džauli soojust eraldub ahelas kas välisjõu töö tõttu, mis hoiab juhi kiirust muutumatuna, või juhi kineetilise energia vähenemise tõttu.

2. Teiseks ahelasse tungiva magnetvoo muutumise põhjuseks on magnetvälja aja muutumine vooluringi paigalseisul. Sel juhul ei saa induktsiooni-EMF tekkimist enam seletada Lorentzi jõu toimega. Fikseeritud juhi elektrone saab liikuma panna ainult elektriväli. Selle elektrivälja tekitab ajas muutuv magnetväli. Selle välja töö ühe positiivse laengu liigutamisel mööda suletud ahelat võrdub induktsiooni EMF-ga statsionaarses juhis. Seetõttu ei ole muutuva magnetvälja tekitatud elektriväli potentsiaalne. Seda nimetatakse keerise elektriväljaks. Pöörise elektrivälja idee tõi füüsikasse suur inglise füüsik James Maxwell 1861. aastal.

4. Kirjeldage elektromagnetilise induktsiooni esinemist fikseeritud juhtides.

Vastus: Elektromagnetilise induktsiooni nähtust fikseeritud juhtides, mis tekib ümbritseva magnetvälja muutumisel, kirjeldab ka Faraday valem. Seega kulgevad induktsiooninähtused liikuvates ja statsionaarsetes juhtides ühtemoodi, kuid induktiivvoolu tekkimise füüsikaline põhjus osutub neil kahel juhul erinevaks: liikuvate juhtide puhul on tingitud induktsiooni EMF Lorentzi vägedele; fikseeritud juhtmete korral on induktsioon-EMF magnetvälja muutumisel tekkiva keerise elektrivälja vabade laengute toime tagajärg.

5. Kirjeldage pöörisvoolude kasutamist erinevate seadmete töö näitel.

Vastus:

Venemaal.

Elektrimootoris ilmub voolu läbimisel pöördemoment

Esimese elektrimootori konstrueeris Jacobi (1836).

Suletud voolusid, mis tekivad pidevas juhtivas keskkonnas, nimetatakse pöörisvooludeks või Foucault voolud nime saanud need avastanud prantsuse teadlase järgi. Foucault voolud võivad olla nii kahjulikud (trafode südamikus, generaatorite ja mootorite pöörlevates osades, Foucault voolud põhjustavad asjatut kuumutamist) kui ka kasulikud (induktsioonahjudes metallide sulatamiseks või keetmiseks). Sel juhul mängib juhtiv keha (metall või toit) tegelikult südamiku rolli. See asetatakse mähise sisse, mille kaudu juhitakse kõrgsageduslikku vahelduvvoolu, tekitades mähise sees vahelduva magnetvälja. Ja siis "töötab" elektromagnetilise induktsiooni seadus. Vahelduv magnetväli põhjustab Foucault' induktsioonivoolude ilmnemise, mis soojendavad juhtivat keha.

6. Kirjeldage Maxwelli elektromagnetilise teooria põhisätteid.

Vastus: Maxwelli teooria on järjekindel teooria ühe elektromagnetvälja kohta, mille loob suvaline elektrilaengute ja voolude süsteem. Maxwelli teoorias on elektrodünaamika põhiprobleem lahendatud: laengute ja voolude etteantud jaotuse järgi arvutatakse välja nende tekitatud elektri- ja magnetvälja karakteristikud. Maxwelli teooria on üldistus olulisematest elektri- ja magnetnähtusi kirjeldavatest seadustest: Gaussi teoreem, koguvoolu seadus, elektromagnetilise induktsiooni seadus.

See teooria ei võta arvesse keskkonnas toimuvate ja elektri- ja magnetvälja ilmnemist põhjustavate nähtuste sisemist mehhanismi. Meediumi kirjeldamisel kasutatakse kolme suurust, mis määravad selle elektrilised ja magnetilised omadused: suhteline läbitavus, suhteline magnetiline läbilaskvus ja elektrijuhtivus.

Vaadeldakse makroskoopilisi välju, mis tekivad makroskoopiliste laengute ja voolude, mis on kontsentreeritud ruumaladesse, palju suuremate aatomite ja molekulide mahtudega. Kaugused väljade allikatest vaadeldavate ruumipunktideni on palju suuremad kui aatomite ja molekulide lineaarsed mõõtmed. Seetõttu muutuvad makroskoopilised väljad märgatavalt ainult vahemaadel, mis on palju suuremad kui aatomite mõõtmed.

Makroskoopilised laengud ja voolud on mikroskoopiliste laengute ja voolude kogumid, mis loovad oma elektrilised ja magnetilised mikroväljad. Need mikroväljad muutuvad aja jooksul pidevalt igas ruumipunktis. Makroskoopilised väljad on keskmistatud mikroväljad.

Maxwelli teooria on lühitoimeteooria, mille kohaselt toimuvad elektrilised ja magnetilised vastastikmõjud elektromagnetvälja abil ning need levivad piiratud kiirusega, mis on võrdne valguse kiirusega antud keskkonnas.

Hindamiskriteeriumid:

Hinne "5" -õpilane andis esitatud küsimusele täieliku üksikasjaliku vastuse ja vastas lisaküsimusele;

Hinne "4" -õpilane andis esitatud küsimusele täieliku üksikasjaliku vastuse, kuid ei vastanud lisaküsimusele;

Hinne "3" -õpilane vastas esitatud küsimusele mittetäielikult ega osanud lisaküsimusele vastata;

Hinnang "2" - ei vastanud püstitatud küsimusele.

LISA №2

ÜLESANDED UUTE TEADMISTE KONSOLIDEERIMISEKS JA SÜSTEMATISEERIMISEKS(kirjutatud, hindamata)

Füüsika 11 Mitmetasandiline iseseisev ja kontrolltöö A. Kirik lk 10 keskmine tase nr 1-6.

Ülesannete vastuste näidised konsolideerimiseks ja süstematiseerimiseks

Tase / nr.
Keskmine tase

LISA nr 3

TEADMISTE EELKONTROLLI ÜLESANDED

(Suuline, ei hinnata. Algmaterjalis sisalduvad näidisvastused teadmiste eelkontrolli küsimustele)

Defineerige eneseinduktsioon.

Kirjeldage selle nähtuse esinemist.

Sõnasta induktiivsuse definitsioon.

Mis on induktiivsuse mõõtühik?

Millistest parameetritest see väärtus sõltub?

Mis on magnetvälja energia arvutamise valem?

LISA №4

KONTROLLMATERJAL (kirjalikult)

Test

Millist nähtust nimetatakse eneseinduktsiooniks?

A) juhtivas vooluringis induktsioon-EMF esinemise nähtus

B) füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne eneseinduktsiooni EMF-ga

C) induktsiooni EMF-i nähtus juhtivas vooluringis, kui voolutugevus selles muutub

D) elektrivoolu esinemise nähtus juhtivas ahelas

Mis on induktiivsuse väärtus?

A) magnetilise induktsiooni voog läbi kontuuriga piiratud pinna

B) füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktsiooni EMF-iga, mis tekib vooluringis, kui voolutugevus muutub 1 A võrra 1 sekundi jooksul.

C) füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktsiooni EMF-ga

3. Kuidas nimetatakse magnetilise induktiivsuse mõõtühikut?

4. Mis on magnetvälja energia arvutamise valem?

A) W=

B) ε = –
,

Kuidas muutub magnetvälja energia, kui voolutugevus ahelas kahekordistub?

A) ei muutu

B) kahekordistunud

B) suureneb 4 korda

Kuidas muutub magnetvälja energia, kui ahela induktiivsust kahekordistada?

A) väheneb 4 korda

B) kahekordistub

B) ei muutu

D) kahekordistunud

Kontrollmaterjali ülesannete vastuste näidised:

Töö number

Hindamiskriteeriumid:

4 õige vastuse eest - "3" punkti;

5 õige vastuse eest - "4" punkti;

6 õige vastuse eest - "5" punkti.

ÜLESANNE ÕPILASTE ISESEISVAKS KAVAVÄLISEKS TÖÖKS

Sihtmärk: Määrake õpilase iseseisvaks tööks teabe hulk, pöörake tähelepanu olulistele punktidele.

Aeg ülesande täitmiseks: 45 minutit.

G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, Phys. 11. klass. Õpik haridusasutustele (rakendusega elektroonilisel meedial). Põhi- ja profiilitasemed - M .: Haridus, 2011, lk. 43–48, lõiked 15–17 loe, tutvu konspektiga; koos. 50 eks. 2 (4).

Hindamiskriteeriumid:

õpilane õppis abstrakti - "3" punkti;

õpilane luges lõike ja õppis abstrakti, omab õpikust infot - "4" punkti;

õpilane on õppinud abstrakti, omab õpikust infot, täitnud ülesande - "5" punkti.

KASUTATUD ALLIKATE LOETELU

Infotund Avatud tunni arendamine

Induktiivsus
Induktiivsuse ühik
eneseinduktsioon
Magnetvälja energia

Induktiivsus. Juhti läbiv elektrivool loob selle ümber magnetvälja. magnetvoog F läbi vooluahela sellest juhist on võrdeline ahela sees oleva magnetvälja induktsiooni mooduliga ja magnetvälja induktsioon on omakorda võrdeline voolutugevusega juhis. Seetõttu on ahelat läbiv magnetvoog otseselt võrdeline voolutugevusega vooluringis:

Ф = LI. (55.1)

Proportsionaalsustegur L voolutugevuse vahel ma ahelas ja magnetvoos F Selle voolu poolt tekitatud nimetatakse induktiivsus. Induktiivsus sõltub juhi suurusest ja kujust, selle keskkonna magnetilistest omadustest, milles juht asub.

Induktiivsuse ühik. Võetakse induktiivsuse ühik rahvusvahelises süsteemis Henry(GN). See ühik määratakse valemi (55.1) alusel:

Ahela induktiivsus on 1 H, kui alalisvoolu 1 A korral on ahelat läbiv magnetvoog 1 Wb:

Eneseinduktsioon. Kui voolutugevus mähises muutub, muutub selle voolu tekitatav magnetvoog. Mähisesse tungiva magnetvoo muutus peaks tekitama mähises induktsioon-emf-i. Nähtust, kus elektriahelas tekib induktsioon-EMF voolutugevuse muutumise tagajärjel selles vooluringis nimetatakse eneseinduktsioon.
Vastavalt Lenzi reeglile takistab iseinduktsiooni EMF voolutugevuse suurenemist vooluahela sisselülitamisel ja voolutugevuse vähenemist vooluahela väljalülitamisel.
Iseinduktsiooni nähtust saab jälgida, kui suure induktiivsusega mähisest, takistist, kahest ühesugusest hõõglambist ja vooluallikast kokku panna elektriahel (joon. 197).

Takistil peab olema sama elektritakistus kui pooli juhtmel. Kogemus näitab, et kui vooluring on suletud, süttib mähisega järjestikku ühendatud elektrilamp mõnevõrra hiljem kui takistiga järjestikku ühendatud lamp. Voolu suurenemist pooli vooluringis sulgemisel takistab iseinduktsiooni EMF, mis tekib mähises oleva magnetvoo suurenemisega. Kui toiteallikas on välja lülitatud, vilguvad mõlemad tuled. Sel juhul toetab vooluahela voolu iseinduktsiooni EMF, mis tekib siis, kui mähises olev magnetvoog väheneb.
Iseinduktsiooni EMF, mis tekib induktiivsusega mähises L, on elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt võrdne

Iseinduktsiooni EMF on otseselt võrdeline mähise induktiivsusega ja mähise voolutugevuse muutumise kiirusega.
Kasutades avaldist (55.3), saame anda induktiivsuse ühiku teise definitsiooni: elektriahela elemendi induktiivsus on 1 H, kui voolutugevuse ühtlasel muutumisel ahelas 1 A võrra 1 sekundi jooksul. , tekib selles 1 V iseinduktsiooni EMF.

Magnetvälja energia. Kui induktiivpool on vooluallikast lahti ühendatud, annab mähisega paralleelselt ühendatud hõõglamp lühikese sähvatuse. Voolu vooluringis tekib iseinduktsiooni EMF toimel. Elektriahelas vabaneva energia allikaks on sel juhul mähise magnetväli.
Induktiivpooli magnetvälja energiat saab arvutada järgmiselt. Arvutamise lihtsustamiseks kaaluge juhtumit, kui pärast mähise allikast lahtiühendamist väheneb voolutugevus ahelas aja jooksul vastavalt lineaarsele seadusele. Sel juhul on eneseinduktsiooni EMF konstantne väärtus, mis on võrdne

kus t- ajavahemik, mille jooksul voolutugevus ahelas algväärtusest väheneb ma 0-le.
ajal t voolutugevuse lineaarse vähenemisega alates ma kuni 0 ahelas läbib elektrilaengu:

seega elektrivoolu tehtud töö on

See töö toimub tänu mähise magnetvälja energiale.
Induktiivpooli magnetvälja energia võrdub poolega selle induktiivsuse ja selles oleva voolu ruudu korrutusest:

(Tuginedes käsiraamatu "Füüsika – võrdlusmaterjalid" materjalidele Kabardin O.F.)

Plaan – tunni kokkuvõte

« eneseinduktsioon . Ja induktiivsus . Magnetvälja energia praegune"

Lõpetanud 5. kursuse üliõpilane

rühm FM-112

täiskoormusega haridus

kehaline ja matemaatiline kasvatus

Kežutina Olga Vladislavovna

Kuupäev: 23.09.16

Vladimir 2016

Tunni teema: eneseinduktsioon . Ja induktiivsus .

Klass: "11b"

Tunni tüüp : õppetund.

Tunni tüüp: õppetund-loeng.

Sihtmärk : kujundada ettekujutus, et voolutugevuse muutumine juhis tekitab keerislaine, mis võib liikuvaid elektrone kas kiirendada või aeglustada; moodustavad ettekujutuse elektrivoolu energiast juhis ja voolu tekitatud magnetvälja energiast.

Ülesanded:

Hariduslik: Korrata õpilaste teadmisi elektromagnetilise induktsiooni nähtusest, süvendada neid; selle põhjal uurida eneseinduktsiooni fenomeni. Õppige kasutama elektromagnetilise induktsiooni seadust nähtuste selgitamiseks.Tutvustage voolu magnetvälja energia arvutamise valem ja elektromagnetvälja mõiste.

Hariduslik: Kasvatada huvi aine vastu, töökust ja oskust hoolikalt hinnata seltsimeeste vastuseid, oskust töötada kollektiivselt ja paaris..

Arendamine: Õpilaste füüsilise mõtlemise arendamine, õpilaste mõisteaparaadi laiendamine, teabe analüüsimise, vaatluste ja katsete põhjal järelduste tegemise oskuste kujundamine.

Varustus:

Tundide ajal:

korralduslik etapp.

11.20 – 11.21

Tere poisid, istuge maha.

Õpilased valmistuvad tunniks.

Teadmiste värskendus.

11.22-11.28

Kodutööde kontrollimine, kui õpilastel on küsimusi, siis lahendame need ära.

Esiküsitlus:

Millist välja nimetatakse keerise elektriväljaks?

Mis on keerisevälja allikas?

Mis on Foucault voolud? Tooge näiteid nende kasutamise kohta.

Mis määrab ajas muutuvas magnetväljas liikuvas juhis tekkiva induktsiooni EMF-i?

Õpilased kontrollivad oma kodutööd ja vastavad järgmistele küsimustele:

Väli, mis genereeribajas muutuv magnetväli.

Ajas muutuv magnetväli.

Induktsioonivoolud saavutavad massiivsetes juhtides suure arvulise väärtuse, kuna nende takistus on väike.

Juhi kiirusest ühtlases magnetväljas.

Juhtküsimuste näidis:

4. Pidage meeles valem, mille abil saate leida liikuvates juhtides induktsiooni EMF.

motivatsiooni etapp.

11.29-11.31

Elektrodünaamika aluse pani Ampère 1820. aastal. Ampere'i töö inspireeris paljusid insenere kavandama erinevaid tehnilisi seadmeid, nagu elektrimootor (disainer B.S. Jacobi), telegraaf (S. Morse), elektromagnet, mille konstrueeris kuulus Ameerika teadlane Henry.

Joseph Henry sai kuulsaks tänu ainulaadsete võimsate elektromagnetide seeria loomisele, mille tõstejõud on 30–1500 kg ja magneti tühimass on 10 kg. Erinevaid elektromagneteid luues avastas teadlane 1832. aastal elektromagnetismis uue nähtuse – iseinduktsiooni fenomeni. See õppetund on pühendatud sellele nähtusele.

Kirjutage teema tahvlile: " eneseinduktsioon . Ja induktiivsus . Magnetvälja voolu energia ».

Uue materjali õppimine.

11.32-11.45

Henry leiutas lamedad vasest rullid, millega saavutas jõuefektid, mis olid tugevamad kui traatsolenoididega. Teadlane märkas, et kui vooluringis on võimas mähis, saavutab vool selles vooluringis oma maksimaalse väärtuse palju aeglasemalt kui ilma mähiseta.

Kogemus: Joonisel on kujutatud eksperimentaalse seadistuse elektriahel, mille põhjal on võimalik demonstreerida iseinduktsiooni fenomeni. Elektriahel koosneb kahest paralleelselt ühendatud lambipirnist, mis on võtme kaudu ühendatud alalisvooluallikaga. Ühe pirniga on järjestikku ühendatud mähis. Pärast vooluringi sulgemist on näha, et mähisega järjestikku ühendatud pirn süttib aeglasemalt kui teine ​​pirn.

Kui allikas on välja lülitatud, kustub mähisega järjestikku ühendatud pirn aeglasemalt kui teine ​​pirn.

Mõelge protsessidele, mis toimuvad selles vooluringis, kui võti on suletud ja avatud.

1. Võtme sulgemine.

Ahelas on juhtiv ahel. Laske voolul selles mähises voolata vastupäeva. Siis on magnetväli suunatud ülespoole.

Seega on mähis oma magnetvälja ruumis. Voolu suurenemisega on mähis oma voolu muutuva magnetvälja ruumis. Kui vool suureneb, siis suureneb ka selle voolu tekitatav magnetvoog. Nagu teate, tekib vooluringi tasapinnale tungiva magnetvoo suurenemisega selles ahelas induktsiooni elektromotoorjõud ja selle tulemusena induktsioonivool. Lenzi reegli kohaselt suunatakse see vool nii, et selle magnetväli takistab vooluringi tasapinnale tungiva magnetvoo muutumist.

See tähendab, et joonisel 4 vaadeldava mähise puhul peab induktiivne vool olema suunatud päripäeva, vältides sellega mähise enda voolu suurenemist. Järelikult, kui võti on suletud, ei suurene vooluahelas vool hetkega, kuna selles ahelas ilmub pidurdusinduktsioonvool, mis on suunatud vastupidises suunas.

2. Võtme avamine.

Võtme avamisel väheneb voolutugevus vooluringis, mis viib mähise tasapinna kaudu läbiva magnetvoo vähenemiseni. Magnetvoo vähenemine põhjustab induktsiooni ja induktsioonivoolu EMF-i ilmnemise. Sel juhul on induktsioonivool suunatud silmuse enda vooluga samas suunas. See toob kaasa sisevoolu aeglasema vähenemise.

Järeldus: kui voolutugevus juhis muutub, tekib samas juhis elektromagnetiline induktsioon, mis tekitab induktsioonivoolu, mis on suunatud nii, et see välistaks juhi sisevoolu muutumise. See on eneseinduktsiooni fenomeni olemus. Iseinduktsioon on elektromagnetilise induktsiooni erijuht.

eneseinduktsioon - see on elektromagnetilise induktsiooni nähtus juhis, kui seda juhti läbiva voolu tugevus muutub.

Induktiivsus. Voolu tekitatud magnetvälja induktsioonivektori B moodul on võrdeline voolu tugevusega. Kuna magnetvoog Ф on võrdeline B-ga, siis Ф ​​~ V ~ I.

Seetõttu võib väita, et

F \u003d LI,

kus L on juhtivusahelas oleva voolu ja magnetvoo vaheline proportsionaalsustegur.

Väärtust L nimetatakse ahela induktiivsuseks või selle iseinduktsiooni koefitsiendiks.

Kasutades elektromagnetilise induktsiooni seadust ja sellest tulenevat avaldist, saame võrdsuse

Valemist tuleneb, etinduktiivsus on füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne iseinduktsiooni EMF-ga, mis tekib vooluringis, kui voolutugevus selles muutub 1 A võrra 1 sekundi jooksul.

Induktiivsus, nagu ka elektriline mahtuvus, sõltub geomeetrilistest teguritest: juhi suurusest ja kujust, kuid ei sõltu otseselt voolu tugevusest juhis. Lisaks juhi geomeetriale sõltub induktiivsus keskkonna magnetilistest omadustest, milles juht asub.

Ilmselgelt on ühe juhtme pöörde induktiivsus väiksem kui mähisel (solenoidil), mis koosneb N samasugusest pöördest, kuna mähise magnetvoog suureneb N korda.

Induktiivsuse SI ühikut nimetatakse henryks (tähistatakse H). Juhi induktiivsus on 1 H, kui selles tekib voolutugevuse ühtlasel muutumisel 1 A 1 sekundi jooksul 1 V iseinduktsiooni EMF:

Inimene puutub iga päev kokku eneseinduktsiooni fenomeniga. Iga kord, kui valgust sisse või välja lülitame, sulgeme või avame vooluringi, tekitades samal ajal induktsioonivoolu. Mõnikord võivad need voolud jõuda nii kõrgetele väärtustele, et lüliti sees hüppab säde, mida me näeme.

Analoogia eneseinduktsiooni ja inertsi vahel. Eneseinduktsiooni nähtus on sarnane mehaanika inertsi nähtusega. Niisiis viib inerts selleni, et jõu mõjul ei omanda keha teatud kiirust koheselt, vaid järk-järgult. Kere ei saa hetkega pidurdada, olenemata sellest, kui suur on pidurdusjõud. Samamoodi ei omanda voolutugevus iseinduktsiooni tõttu vooluringi sulgemisel kohe teatud väärtust, vaid suureneb järk-järgult. Allika väljalülitamisel ei peata me voolu kohe. Iseinduktsioon säilitab selle mõnda aega, hoolimata ahela takistusest.

Elektrivoolu ja seega ka selle magnetvälja tekitamiseks tuleb teha tööd pööriselektrivälja jõudude vastu. See töö (vastavalt energia jäävuse seadusele) võrdub elektrivoolu energiaga või voolu magnetvälja energiaga.

Kirjutage üles voolu energia avaldisma, voolab läbi ahela induktiivsusegaL, ehk voolu magnetvälja energia jaoks on see võimalik inertsi ja iseinduktsiooni analoogia alusel.

Kui iseinduktsioon on analoogne inertsiga, siis induktiivsus mängib voolu tekitamise protsessis sama rolli nagu mass mehaanikas kiiruse kasvades. Keha kiiruse rolli elektrodünaamikas mängib voolutugevus kui elektrilaengute liikumist iseloomustav suurus.

Siis võib voolu energiat pidada mehaanikas sarnase kineetilise energia väärtuseks:

Voolu magnetvälja energia.

Vasta küsimustele, arutleda, teha järeldusi, teha märkmeid vihikusse.

Õpitud materjali koondamine

11.46-11.56

Pakkumised probleemi lahendamiseks:

Lahendage ülesandeid lauas ja põllul.

Kokkuvõtteid tehes. Kodutöö.

11.57-11.58

Märgistamine ja põhjendamine. Kodutööde kirjutamine ja arutamine.

D/Z: §14–16, nr 932, 934, 938.

Pane kodutöö kirja

Peegeldus

11.59-12.00

Korraldatakse vestlus eesmärgiga mõista tunnis osalejaid nende endi tegudest tunni jooksul.

Küsimused:

1. Mida uut sa tunnis enda jaoks õppisid?

2. Kas tunni materjal oli selge?

3. Kas tund meeldis?

Osalege vestluses

№931. Kui suur on vooluahela induktiivsus, kui voolutugevusel 5 A tekib selles magnetvoog 0,5 mWb?

№933. Leidke juhi induktiivsus, milles voolutugevuse ühtlasel muutumisel 2 A 0,25 s jooksul ergastub 20 mV iseinduktsiooni EMF.

№937. Poolis, mille induktiivsus on 0,6 H, on voolutugevus 20 A. Kui suur on selle pooli magnetvälja energia? Kuidas muutub välja energia, kui vool väheneb poole võrra?

№939. Leidke solenoidi magnetvälja energia, milles voolutugevusel 10 A tekib magnetvoog 0,5 Wb.

№932. Milline magnetvoog tekib voolutugevusel 10 A vooluringis, mille induktiivsus on 0,2 mH?

№934. Milline iseinduktsiooni EMF ergastub 0,4 H induktiivsusega elektromagneti mähises, mille voolutugevus muutub selles ühtlaselt 5 A võrra 0,02 s?

№938. Kui suur peaks olema voolutugevus induktiivpooli mähises induktiivsusega 0,5 Gn, et väljaenergia oleks võrdne 1 J?