ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองคือการเหนี่ยวนำซึ่งเป็นพลังงานของสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าวอร์เท็กซ์

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านวงจรจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ฟลักซ์แม่เหล็ก Φ ผ่านวงจรของตัวนำนี้ (เรียกว่า ฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเอง) เป็นสัดส่วนกับโมดูลการเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กภายในวงจร \(\left(\Phi \sim B \right)\) และการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในทางกลับกันจะเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสในวงจร \(\ ซ้าย(B\sim I \right)\ )

ดังนั้น ฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเองจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสในวงจร \(\left(\Phi \sim I \right)\) ความสัมพันธ์นี้สามารถแสดงได้ทางคณิตศาสตร์ดังนี้:

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

ที่ไหน ล- ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งเรียกว่า ตัวเหนี่ยวนำวงจร.

• ตัวเหนี่ยวนำลูป- ปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพซึ่งเท่ากับตัวเลขอัตราส่วนของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะวงจรต่อความแรงของกระแสในนั้น:

\(~L = \dfrac(\พี)(I).\)

หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำคือเฮนรี่ (H):

1 H = 1 วัตต์/(1 A)

• ความเหนี่ยวนำของวงจรคือ 1 H ถ้าที่กระแสตรง 1 A ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรคือ 1 Wb

ความเหนี่ยวนำของวงจรขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของวงจร ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมที่วงจรนั้นตั้งอยู่ แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ ดังนั้นสามารถคำนวณความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์ได้โดยใช้สูตร

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

โดยที่μคือความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กของแกนกลาง μ 0 คือค่าคงที่แม่เหล็ก เอ็น- จำนวนรอบของโซลินอยด์ ส- พื้นที่คอยล์ ล- ความยาวโซลินอยด์

ด้วยรูปร่างและขนาดของวงจรคงที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กภายในผ่านวงจรนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้เฉพาะเมื่อความแรงของกระแสในนั้นเปลี่ยนแปลงเท่านั้น เช่น

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

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง

หากกระแสตรงไหลผ่านวงจร จะมีสนามแม่เหล็กคงที่รอบวงจร และฟลักซ์แม่เหล็กภายในที่ไหลผ่านวงจรจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป

หากกระแสที่ไหลผ่านในวงจรเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเองจะเปลี่ยนไปตามลำดับและตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะสร้าง EMF ในวงจร

• เรียกว่าการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในวงจรนี้ ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง. การเหนี่ยวนำตัวเองถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เจ. เฮนรี ในปี พ.ศ. 2375

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ปรากฏในกรณีนี้คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง E si แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองสร้างกระแสเหนี่ยวนำตัวเองในวงจร ฉันศรี

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำตัวเองถูกกำหนดโดยกฎของ Lenz: กระแสเหนี่ยวนำตัวเองจะถูกควบคุมเสมอเพื่อต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของกระแสหลัก หากกระแสหลักเพิ่มขึ้น กระแสเหนี่ยวนำในตัวเองจะถูกหันไปทางทิศทางของกระแสหลัก หากลดลง ทิศทางของกระแสหลักและกระแสเหนี่ยวนำในตัวเองจะตรงกัน

การใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับวงจรอุปนัย ลและสมการ (1) เราได้นิพจน์สำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง:

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

• แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรโดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม สูตรนี้สามารถใช้ได้กับการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสที่สม่ำเสมอเท่านั้น ด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้น (Δ ฉัน> 0) EMF เป็นลบ (E si< 0), т.е. индукционный ток направлен в противоположную сторону тока источника. При уменьшении тока (Δฉัน < 0), ЭДС положительная (E si >0) กล่าวคือ กระแสเหนี่ยวนำจะถูกนำไปในทิศทางเดียวกับกระแสแหล่งกำเนิด

จากสูตรที่ได้จึงเป็นไปตามนั้น

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

• ตัวเหนี่ยวนำคือปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 A ใน 1 วินาที

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองสามารถสังเกตได้จากการทดลองง่ายๆ รูปที่ 1 แสดงแผนภาพการเชื่อมต่อแบบขนานของหลอดไฟสองดวงที่เหมือนกัน หนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดผ่านตัวต้านทาน รและอีกอันต่ออนุกรมกับคอยล์ ล. เมื่อปิดกุญแจ ไฟดวงแรกจะกะพริบเกือบจะในทันที และไฟดวงที่สองจะกะพริบอย่างเห็นได้ชัด นี่คือคำอธิบายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าในส่วนของวงจรที่มีหลอดไฟ 1 ไม่มีการเหนี่ยวนำดังนั้นจึงไม่มีกระแสเหนี่ยวนำในตัวเองและกระแสในหลอดนี้เกือบจะถึงค่าสูงสุดในทันที ในบริเวณที่มีโคมไฟ 2 เมื่อกระแสในวงจรเพิ่มขึ้น (จากศูนย์ถึงสูงสุด) กระแสเหนี่ยวนำตัวเองจะปรากฏขึ้น ฉันศรีซึ่งช่วยป้องกันกระแสไฟที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในหลอดไฟ รูปที่ 2 แสดงกราฟโดยประมาณของการเปลี่ยนแปลงปัจจุบันในหลอดไฟ 2 เมื่อวงจรถูกปิด

เมื่อเปิดกุญแจจะมีกระแสไฟในหลอดไฟ 2 ก็จะจางลงอย่างช้าๆ เช่นกัน (รูปที่ 3, ก) หากความเหนี่ยวนำของขดลวดมีขนาดใหญ่เพียงพอ กระแสไฟอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อยหลังจากเปิดสวิตช์ทันที (หลอดไฟ 2 ลุกเป็นไฟแรงยิ่งขึ้น) จากนั้นกระแสก็เริ่มลดลง (รูปที่ 3, b)

ข้าว. 3

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองทำให้เกิดประกายไฟ ณ จุดที่วงจรเปิด หากมีแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังแรงอยู่ในวงจร ประกายไฟอาจกลายเป็นส่วนโค้งและทำให้สวิตช์เสียหายได้ ในการเปิดวงจรดังกล่าว โรงไฟฟ้าจะใช้สวิตช์พิเศษ

พลังงานสนามแม่เหล็ก

พลังงานสนามแม่เหล็กของวงจรเหนี่ยวนำ ลด้วยความแข็งแกร่งในปัจจุบัน ฉัน

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

เนื่องจาก \(~\Phi = L \cdot I\) สามารถคำนวณพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแส (ขดลวด) ได้โดยรู้ค่าสองค่าจากสามค่าใดค่าหนึ่ง ( Φ, ล, ไอ):

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

พลังงานสนามแม่เหล็กที่มีอยู่ในหน่วยปริมาตรของพื้นที่ที่ถูกครอบครองโดยสนามนั้นเรียกว่า ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรสนามแม่เหล็ก:

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

*ที่มาของสูตร

1 เอาท์พุท

มาเชื่อมต่อวงจรตัวนำที่มีการเหนี่ยวนำกับแหล่งกระแส ล. ปล่อยให้กระแสเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอจากศูนย์ถึงค่าหนึ่งในช่วงเวลาสั้นๆ Δt ฉัน (Δ ฉัน = ฉัน). แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองจะเท่ากับ

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

ในช่วงเวลาที่กำหนด ∆ ทีประจุจะถูกถ่ายโอนผ่านวงจร

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

โดยที่ \(\left \langle I \right \rangle = \dfrac(I)(2)\) คือมูลค่ากระแสเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่ง Δ ทีด้วยการเพิ่มขึ้นสม่ำเสมอจากศูนย์เป็น ฉัน.

ความแรงของกระแสในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ ลถึงค่าของมันไม่ถึงทันที แต่ภายในระยะเวลาอันจำกัด Δ ที. ในกรณีนี้ แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเอง E si เกิดขึ้นในวงจร เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟเพิ่มขึ้น ดังนั้น เมื่อแหล่งที่มาปัจจุบันถูกปิด มันจะทำงานกับแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเอง เช่น

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

งานที่แหล่งกำเนิดใช้เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าในวงจร (โดยไม่คำนึงถึงการสูญเสียความร้อน) จะเป็นตัวกำหนดพลังงานสนามแม่เหล็กที่เก็บไว้โดยวงจรที่นำกระแสไฟฟ้า นั่นเป็นเหตุผล

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

2 เอาท์พุท.

หากสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโซลินอยด์ ความเหนี่ยวนำและโมดูลัสของสนามแม่เหล็กของขดลวดจะเท่ากัน

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

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

เราได้ผลลัพธ์มาแทนนิพจน์ผลลัพธ์เป็นสูตรสำหรับพลังงานสนามแม่เหล็ก

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

เนื่องจาก \(~S \cdot l = V\) คือปริมาตรของขดลวด ความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็กจึงเท่ากับ

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

ที่ไหน ใน- โมดูลการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก, μ - การซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง, μ 0 - ค่าคงที่แม่เหล็ก

วรรณกรรม

1. Aksenovich L. A. ฟิสิกส์ในโรงเรียนมัธยม: ทฤษฎี งาน การทดสอบ: หนังสือเรียน เบี้ยเลี้ยงสำหรับสถาบันการศึกษาทั่วไป สิ่งแวดล้อม การศึกษา / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; เอ็ด เค.เอส. ฟาริโน. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - หน้า 351-355, 432-434.
2. Zhilko V.V. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. เบี้ยเลี้ยงสำหรับเกรด 11 การศึกษาทั่วไป สถาบันที่มีภาษารัสเซีย ภาษา การฝึกอบรมระยะเวลาเรียน 12 ปี (ระดับพื้นฐานและขั้นสูง) / V.V. ซิลโค, แอล.จี. มาร์โควิช. - ม.: น. แอสเวตา, 2008. - หน้า 183-188.
3. Myakishev, G.Ya. ฟิสิกส์: ไฟฟ้าพลศาสตร์. เกรด 10-11 : หนังสือเรียน เพื่อศึกษาฟิสิกส์เชิงลึก / G.Ya. มียาคิเชฟ, A.3. ซินยาคอฟ วี.เอ. สโลโบดสคอฟ. - ม.: อีแร้ง, 2548. - หน้า 417-424.

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11"

การเหนี่ยวนำตนเอง

หากกระแสสลับไหลผ่านขดลวดแสดงว่า:
ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดจะแปรผันตามเวลา
และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในขดลวด
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การเหนี่ยวนำตนเอง.

ตามกฎของ Lenz เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ความเข้มของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะพุ่งตรงต่อกระแส กล่าวคือ สนามกระแสน้ำวนจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้น
เมื่อกระแสไฟฟ้าลดลง ความเข้มของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนและกระแสไฟฟ้าจะถูกทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน กล่าวคือ สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนรองรับกระแสไฟฟ้า

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองนั้นคล้ายคลึงกับปรากฏการณ์ความเฉื่อยในกลศาสตร์

ในกลศาสตร์:
ความเฉื่อยทำให้ร่างกายค่อยๆ ได้รับความเร็วที่แน่นอนภายใต้อิทธิพลของแรง
ร่างกายไม่สามารถชะลอความเร็วลงได้ในทันทีไม่ว่าแรงเบรกจะแรงแค่ไหนก็ตาม

ในไฟฟ้าพลศาสตร์:
เมื่อปิดวงจรเนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเอง ความแรงของกระแสจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย
เมื่อวงจรถูกเปิด การเหนี่ยวนำตัวเองจะรักษากระแสไว้ระยะหนึ่ง แม้ว่าวงจรจะมีความต้านทานก็ตาม

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุ

พลังงานสนามแม่เหล็กในปัจจุบัน

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสจะเท่ากับพลังงานที่แหล่งกำเนิดกระแส (เช่น เซลล์กัลวานิก) ต้องใช้เพื่อสร้างกระแส
เมื่อเปิดวงจร พลังงานนี้จะเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่น

เมื่อปิดแล้วกระแสวงจรเพิ่มขึ้น
สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นในตัวนำ โดยทำหน้าที่ต่อต้านสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า
เพื่อให้ความแรงของกระแสมีค่าเท่ากับ I แหล่งกำเนิดกระแสจะต้องต้านแรงของสนามกระแสน้ำวน
งานนี้ไปเพื่อเพิ่มพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

เมื่อเปิดกระแสไฟฟ้าในวงจรหายไป
สนามกระแสน้ำวนทำงานได้ดี
พลังงานที่สะสมอยู่ในกระแสจะถูกปล่อยออกมา
สิ่งนี้ถูกตรวจพบโดยประกายไฟอันทรงพลังที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดวงจรที่มีความเหนี่ยวนำสูง

พลังงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสที่ไหลผ่านส่วนของวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ L ถูกกำหนดโดยสูตร

สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้ามีพลังงานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของกระแส

ความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็ก (เช่น พลังงานต่อหน่วยปริมาตร) เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก: w m ~ V 2,
คล้ายกับความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความแรงของสนามไฟฟ้า w e ~ E 2

สถาบันการศึกษาวิชาชีพอิสระของรัฐ

ภูมิภาคโนโวซีบีร์สค์

"วิทยาลัยแพทย์บาราบินสกี้"

พิจารณาในที่ประชุม

ทีเอสเอ็มเค อ็อกเซด

พิธีสารเลขที่___________

ลงวันที่ ____________ 2018

ประธานคณะกรรมการกลาง

Khritankova N. Yu.

______________________

(ลายเซ็น)

การพัฒนาระเบียบวิธี

บทเรียนรวมสำหรับครู

พิเศษ 34.02.01 การพยาบาล (มีการฝึกขั้นพื้นฐาน)

วินัย: “ฟิสิกส์”

ส่วนที่ 3 ไฟฟ้าพลศาสตร์ การสั่นและคลื่น เลนส์

นักพัฒนา – ครู Vashurina T.V.

เอกสารระเบียบวิธี
ระยะเวลาเรียนโดยประมาณ
วัตถุดิบ
ภาคผนวกที่ 1 การทดสอบความรู้ในหัวข้อก่อนหน้า
ภาคผนวกที่ 2 งานสำหรับการรวบรวมและจัดระบบความรู้ใหม่
ภาคผนวกที่ 3 งานควบคุมความรู้เบื้องต้น
ภาคผนวกที่ 4 วัสดุควบคุม
การมอบหมายงานนอกหลักสูตรอิสระของนักศึกษา
รายชื่อแหล่งที่มาที่ใช้

สารสกัดจากโปรแกรมงานสาขาวิชา “ฟิสิกส์”

สำหรับวิชาชีพเฉพาะทาง 34.02.01 การพยาบาล (มีการฝึกขั้นพื้นฐาน)

ชื่อของส่วนและหัวข้อ		ปริมาณชั่วโมง
หัวข้อ 3.14 การเหนี่ยวนำตนเอง ตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก
	แนวคิด: การเหนี่ยวนำตนเอง การเหนี่ยวนำ การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก สูตรคำนวณพลังงานสนามแม่เหล็ก การพัฒนาความสามารถในการใช้คำศัพท์ทางกายภาพและสัญลักษณ์อย่างมั่นใจ
	งานห้องปฏิบัติการ
	บทเรียนภาคปฏิบัติ
	ทดสอบ
	งานอิสระของนักศึกษา: การทำงานกับอาหารเสริมอิเล็กทรอนิกส์ในตำราเรียน "ฟิสิกส์ 10" ทำงานกับตำราเรียนทำแบบฝึกหัด การทำงานกับบันทึกการบรรยาย

เอกสารวิธีการ

ประเภทของบทเรียน:บทเรียนรวม

ประเภทของกิจกรรม: การสนทนา การอธิบายพร้อมการสาธิตการมองเห็น การแก้ปัญหา

ระยะเวลา: 90 นาที

วัตถุประสงค์ของบทเรียน

วัตถุประสงค์การเรียนรู้:เพื่อสร้างแนวคิดเกี่ยวกับบทบาทและสถานที่ของฟิสิกส์ในภาพวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของโลก ทำความเข้าใจแก่นแท้ทางกายภาพของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในจักรวาลโดยการศึกษาแนวคิดเรื่องการเหนี่ยวนำตัวเอง การเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก มีส่วนช่วยในการสร้างความสามารถในการเชี่ยวชาญแนวคิดทางกายภาพขั้นพื้นฐาน ใช้คำศัพท์และสัญลักษณ์ทางกายภาพอย่างมั่นใจ เพื่อส่งเสริมการสร้างความสามารถในการจัดกิจกรรมของตนเองให้เลือกวิธีมาตรฐานและวิธีการออกกำลังกาย (GC 2)

เป้าหมายการพัฒนา:พัฒนาความสนใจในอาชีพในอนาคตเข้าใจสาระสำคัญและความสำคัญทางสังคม (OC 1) ทำให้เกิดความสามารถในการแก้ไขปัญหาทางกายภาพ

เป้าหมายทางการศึกษา:ส่งเสริมการพัฒนาความสามารถในการสื่อสาร สร้างเงื่อนไขสำหรับการพัฒนาความเร็วของการรับรู้และการประมวลผลข้อมูลวัฒนธรรมการพูด พัฒนาความสามารถในการทำงานเป็นทีมและทีม (ตกลง 6)

วิธีการสอน: อธิบายและยกตัวอย่างโดยใช้เทคโนโลยีสารสนเทศ การสืบพันธุ์

ที่ตั้ง:หอประชุมวิทยาลัย

แรงจูงใจ

หัวข้อ 3.14 “การชักนำตนเอง ตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก" รวมอยู่ในหลักสูตรวิชาการวินัย "ฟิสิกส์" และครองตำแหน่งสำคัญเพราะ ความรู้ที่ได้รับจากการศึกษาหัวข้อนี้จำเป็นต่อการศึกษาหัวข้อต่างๆ มากมาย ทั้งที่อยู่ในกรอบของโปรแกรมฟิสิกส์และในการศึกษาสาขาวิชาที่เกี่ยวข้อง (เคมี คณิตศาสตร์) อันตรายในการทำงานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าอยู่ที่กระแสสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าไม่มีสัญญาณภายนอกที่จะช่วยให้บุคคลใช้ประสาทสัมผัส (การมองเห็น การได้ยิน กลิ่น) เพื่อตรวจจับสิ่งที่กำลังจะเกิดขึ้น อันตรายและควรระมัดระวัง

บทเรียนนี้จัดสรรเวลาเรียน 2 ชั่วโมง ในระหว่างบทเรียนรวม ความรู้จะได้รับการปรับปรุงในรูปแบบของการสำรวจปากเปล่าเพื่อตรวจสอบความรู้ที่เหลืออยู่ซึ่งจำเป็นเมื่อศึกษาเนื้อหาใหม่ การศึกษาวัสดุใหม่โดยตรง การรวมวัสดุใหม่เบื้องต้นโดยการแก้ปัญหาในหัวข้อนี้ การตรวจสอบระดับความเชี่ยวชาญของเนื้อหาใหม่นั้นดำเนินการในรูปแบบของการทดสอบนักเรียน ผู้มีการศึกษาทุกคนจำเป็นต้องขยายความรู้ในสาขาฟิสิกส์อย่างต่อเนื่อง พัฒนาความสนใจในอาชีพในอนาคต เข้าใจสาระสำคัญและความสำคัญทางสังคม (GC 1) เรียนรู้การจัดกิจกรรม สามารถเลือกวิธีการและวิธีการปฏิบัติงาน และ ประเมินคุณภาพในภายหลัง (GC2) และจำเป็นสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ในอนาคตที่จะเรียนรู้การทำงานเป็นทีมและทีม (OK6)

ตัวอย่างผังบทเรียนแบบรวม

	ชื่อเวที	เวลา	วัตถุประสงค์ของเวที	กิจกรรม		อุปกรณ์
				ครู	นักเรียน
	เวทีองค์กร		การเริ่มชั้นเรียน การพัฒนาความสามารถในการจัดกิจกรรมของตนเอง (GC 2)	ทักทาย. การตรวจสอบความพร้อมของผู้ชม ทำเครื่องหมายนักเรียนขาดเรียนในวารสาร	ผู้ใหญ่บ้านเรียกนักเรียนที่ขาดเรียน นักเรียนปรับรูปลักษณ์และเตรียมสถานที่ทำงาน	วารสารสมุดบันทึกสำหรับบันทึกย่อ
	การทดสอบความรู้ในหัวข้อก่อนหน้า		การประเมินระดับความรู้ในหัวข้อก่อนหน้า การพัฒนาความสามารถในการพูดของนักเรียน การควบคุมความรู้ของตนเอง	สั่งสอนและดำเนินการควบคุมความรู้	ทำการบ้านซ้ำแล้วตอบด้วยวาจา	คำถามสำหรับการซักถามด้วยวาจา ภาคผนวก 1
	ขั้นตอนการสร้างแรงบันดาลใจและการตั้งเป้าหมาย		การพัฒนาความสนใจในอาชีพในอนาคต เข้าใจสาระสำคัญและความสำคัญทางสังคม (OC 1) กำหนดลำดับความสำคัญเมื่อศึกษาหัวข้อ	อธิบายให้นักเรียนทราบถึงความสำคัญของการศึกษาหัวข้อนี้โดยกล่าวถึงเป้าหมายของบทเรียน	พวกเขาฟัง ถามคำถาม เขียนหัวข้อใหม่ลงในสมุดบันทึก	การพัฒนาระเบียบวิธีของบทเรียนรวม การนำเสนอมัลติมีเดีย
	การนำเสนอข้อมูลความเป็นมา		การสร้างความรู้ความเข้าใจในสาระสำคัญและความสำคัญทางสังคมของอาชีพในอนาคต (GC 1) การสร้างแนวคิดเกี่ยวกับบทบาทและสถานที่ของฟิสิกส์ในภาพวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ของโลก ทำความเข้าใจแก่นแท้ทางกายภาพของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ในจักรวาลโดยการศึกษาแนวคิดเรื่องการเหนี่ยวนำตัวเอง การเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก มีส่วนช่วยในการสร้างความสามารถในการเชี่ยวชาญแนวคิดทางกายภาพขั้นพื้นฐาน ใช้คำศัพท์และสัญลักษณ์ทางกายภาพอย่างมั่นใจ	นำเสนอเนื้อหาใหม่และสาธิตการนำเสนอ	ฟัง อ่านเนื้อหาในสไลด์ และจดบันทึก	การพัฒนาระเบียบวิธี (แหล่งข้อมูล) อุปกรณ์มัลติมีเดีย การนำเสนอมัลติมีเดีย
	เสร็จสิ้นภารกิจเพื่อรวบรวมความรู้		การรวม การจัดระบบ การวางนัยทั่วไปของความรู้ใหม่ ฝึกทักษะการแก้ปัญหา การจัดกิจกรรมของคุณเอง การเลือกวิธีการมาตรฐานและวิธีการในการแก้ปัญหา การประเมินการนำไปปฏิบัติ (OK2)	สั่งสอนและติดตามความสำเร็จของงาน อภิปรายการคำตอบที่ถูกต้อง และตอบคำถามของนักเรียน	พวกเขาทำงานให้เสร็จสิ้น ฟังคำตอบที่ถูกต้องหลังจากเสร็จสิ้น ทำการปรับเปลี่ยน และถามคำถาม
	การควบคุมความรู้ใหม่เบื้องต้น		การประเมินประสิทธิผลของบทเรียนและการระบุข้อบกพร่องในความรู้ใหม่	สั่งสอนและกำกับดูแล	ตอบคำถามด้วยวาจา	คำถามเพื่อการควบคุมความรู้เบื้องต้น ภาคผนวก 3
	การควบคุมขั้นสุดท้าย เพียร์รีวิว		เสริมเนื้อหาพัฒนาความสามารถในการสรุปและสรุป การก่อตัวของความสามารถในการทำงานเป็นทีม (OK6) ติดตามการได้มาซึ่งความรู้และทักษะของนักเรียน	ควบคุมความก้าวหน้าของงาน กำกับดูแลการตรวจสอบร่วมกันและอธิบายเกณฑ์การประเมิน	ทำงานเป็นกลุ่มเล็กๆ แก้ปัญหาตามแบบ (เป็นลายลักษณ์อักษร) โดยจะจัดเตรียมงานที่เสร็จสมบูรณ์ เปรียบเทียบคำตอบกับมาตรฐาน และให้คะแนน	วัสดุควบคุม ภาคผนวก 4 สไลด์นำเสนอพร้อมมาตรฐานคำตอบและเกณฑ์การให้คะแนน
	สรุปบทเรียน		การพัฒนาความมั่นคงทางอารมณ์ วินัย ความเที่ยงธรรมในการประเมินการกระทำ ความสามารถในการทำงานเป็นทีมและทีม (OK6)	ประเมินการทำงานของกลุ่มโดยรวม ประกาศเกรด จูงใจนักเรียน และเลือกสิ่งที่พร้อมที่สุด	พวกเขาฟัง มีส่วนร่วมในการอภิปราย ถามคำถาม	วารสารกลุ่ม
	การมอบหมายงานนอกหลักสูตรอิสระของนักศึกษา			มอบหมายงานนอกหลักสูตรอิสระของนักเรียนแนะนำความถูกต้องของการดำเนินการและเกณฑ์การประเมินผล	เขียนงาน.	สไลด์นำเสนอการบ้าน.

วัตถุดิบ

แผนการนำเสนอสื่อการเรียนรู้ในหัวข้อ

“การอุปถัมภ์ตนเอง ตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก”

การเหนี่ยวนำตนเอง

ตัวเหนี่ยวนำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

พลังงานสนามแม่เหล็ก

1. การเหนี่ยวนำตนเอง- ปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรตัวนำเมื่อความแรงของกระแสในนั้นเปลี่ยนไป แรงเคลื่อนไฟฟ้าผลลัพธ์เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

การแสดงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง

ปิดวงจร.เมื่อไฟฟ้าลัดวงจรเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดเพิ่มขึ้น และสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้น พุ่งตรงต่อกระแส กล่าวคือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในขดลวด ป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นในวงจร (สนามกระแสน้ำวนยับยั้งอิเล็กตรอน)

ผลลัพธ์ก็คือ L1 จะสว่างขึ้นในภายหลังกว่า L2

วงจรเปิด.

เมื่อเปิดวงจรไฟฟ้ากระแสจะลดลงฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดลดลงและสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นทิศทางเหมือนกระแส (พยายามรักษาความแรงของกระแสเดียวกัน) เช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเองเกิดขึ้นในขดลวดเพื่อรักษากระแสในวงจร ด้วยเหตุนี้ L จะกะพริบสว่างเมื่อปิดเครื่อง

2.ตัวเหนี่ยวนำหรือค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตัวเอง - พารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าที่กำหนดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลงและ/หรือการเสียรูป คำว่า "ตัวเหนี่ยวนำ" ยังหมายถึงขดลวดเหนี่ยวนำในตัว ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติอุปนัยของวงจร

ตัวเหนี่ยวนำ- ปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 A ใน 1 วินาที

F - ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจร I - ความแรงของกระแสในวงจร

หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำ เฮนรี่(GN): [ล] = [ ] = []= Gn; 1 Gn = 1
.

ความเหนี่ยวนำ เช่นเดียวกับความจุไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับรูปทรงของตัวนำ - ขนาดและรูปร่าง แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสในตัวนำ นอกจากนี้ การเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่

ตัวเหนี่ยวนำคอยล์ขึ้นอยู่กับ:

- จำนวนรอบ

- ขนาดและรูปร่างของขดลวด

− เกี่ยวกับความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของตัวกลาง (อาจเป็นแกนกลาง)

กระแสปิดและเปิด

เมื่อใดก็ตามที่กระแสไฟถูกเปิดปิดในวงจรจะเรียกว่า กระแสพิเศษของการเหนี่ยวนำตัวเอง (กระแสพิเศษของการปิดและเปิด)เกิดขึ้นในวงจรเนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองและการป้องกัน (ตามกฎของ Lenz) การเพิ่มหรือลดกระแสในวงจร ตัวเหนี่ยวนำแสดงลักษณะของความเฉื่อยของวงจรที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของกระแสในนั้นและถือได้ว่าเป็นอะนาล็อกไฟฟ้าไดนามิกของมวลกายในกลศาสตร์ซึ่งเป็นการวัดความเฉื่อยของร่างกาย ในกรณีนี้ความแข็งแกร่งในปัจจุบันที่ฉันมีบทบาทเป็นความเร็วของร่างกาย

3. EMF ของการเหนี่ยวนำตนเอง

การเหนี่ยวนำตนเอง - การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรนำไฟฟ้าเมื่อความแรงของกระแสในนั้นเปลี่ยนไป แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง หากการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากกระแสของตัวเองเราก็พูดถึง แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง :

ε คือ =–
= –ล ,

ที่ไหน ล- ตัวเหนี่ยวนำวงจรหรือของมัน ค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตนเอง

4. พลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

ลองหาพลังงานที่กระแสไฟฟ้าในตัวนำมีอยู่ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสจะเท่ากับพลังงานที่แหล่งกำเนิดกระแส (เซลล์กัลวานิก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในโรงไฟฟ้า ฯลฯ) ต้องใช้เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าหยุดลง พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง

เรามาดูกันว่าเหตุใดจึงต้องใช้พลังงานเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้านั่นคือจำเป็นต้องทำงาน สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อปิดวงจรเมื่อกระแสเริ่มเพิ่มขึ้นสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นในตัวนำโดยทำหน้าที่ต่อต้านสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในตัวนำเนื่องจากแหล่งกำเนิดกระแส เพื่อให้ความแรงของกระแสมีค่าเท่ากับ I แหล่งกำเนิดกระแสจะต้องต้านแรงของสนามกระแสน้ำวน งานนี้ไปเพื่อเพิ่มพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

เมื่อวงจรถูกเปิด กระแสไฟฟ้าจะหายไปและสนามกระแสน้ำวนจะทำงานในเชิงบวก พลังงานที่สะสมอยู่ในกระแสจะถูกปล่อยออกมา สิ่งนี้ถูกตรวจพบโดยประกายไฟอันทรงพลังที่เกิดขึ้นเมื่อเปิดวงจรที่มีความเหนี่ยวนำสูง

การแสดงออกของพลังงานของกระแส I ที่ไหลผ่านวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ L (เช่น สำหรับพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า) สามารถเขียนได้บนพื้นฐานของการเปรียบเทียบระหว่างความเฉื่อยและการเหนี่ยวนำตัวเองที่กล่าวถึงข้างต้น

หากการเหนี่ยวนำตัวเองคล้ายกับความเฉื่อย การเหนี่ยวนำในกระบวนการสร้างกระแสไฟฟ้าควรมีบทบาทเช่นเดียวกับมวลเมื่อเพิ่มความเร็วของร่างกายในกลศาสตร์ บทบาทของความเร็วของร่างกายในพลศาสตร์ไฟฟ้านั้นเล่นโดยความแรงของกระแส I ซึ่งเป็นปริมาณที่แสดงถึงการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า

หากเป็นเช่นนั้น พลังงานปัจจุบัน W m ก็ถือได้ว่าเป็นค่าที่คล้ายกับพลังงานจลน์ของร่างกาย
ในกลศาสตร์ และเขียนไว้ในรูป W m =
(**).

เป็นการแสดงออกอย่างแม่นยำสำหรับพลังงานปัจจุบันที่ได้รับจากการคำนวณ

พลังงานในปัจจุบัน (**) แสดงผ่านลักษณะทางเรขาคณิตของตัวนำ L และความแรงของกระแสในนั้น I แต่พลังงานเดียวกันนี้ยังสามารถแสดงผ่านลักษณะของสนามได้เช่นกัน การคำนวณแสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็ก (เช่น พลังงานต่อหน่วยปริมาตร) เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เช่นเดียวกับที่ความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความแรงของสนามไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้ามีพลังงานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของกระแส

สูตรพื้นฐาน:

กฎของฟาราเดย์(กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า): ε = –
โดยที่ ΔФ คือการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก Δt คือช่วงเวลาที่การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้น

ปรากฏการณ์การอุปนัยตนเองก็คือคือเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงในวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเพื่อต่อต้านการเปลี่ยนแปลงนี้

ฟลักซ์แม่เหล็ก Fผ่านพื้นผิวที่ถูก จำกัด ด้วยรูปร่างเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแส I ในวงจร: Ф = LI

ที่ไหน L - ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองแสดงผ่านการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจร ΔI โดยสูตรต่อไปนี้:

ε = -
= -ล โดยที่ Δt คือเวลาที่การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้น

พลังงานสนามแม่เหล็ก W แสดงได้ด้วยสูตร: W=

ภาคผนวกที่ 1

การควบคุมความรู้ในหัวข้อก่อนหน้า (วาจา)

“กฎของเลนซ์ กระแสเอ็ดดี้. ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์"

กฎของเลนซ์

คำตอบ: ฟาราเดย์ทดลองว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงในวงจรตัวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวงจร โดยมีเครื่องหมายลบ:

สูตรนี้เรียกว่ากฎของฟาราเดย์

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ากระแสเหนี่ยวนำตื่นเต้นในวงปิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปเสมอในลักษณะที่สนามแม่เหล็กสร้างขึ้นป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำ ข้อความนี้ซึ่งจัดทำขึ้นในปี พ.ศ. 2376 เรียกว่ากฎของเลนซ์

ข้าว. ในรูป 1 แสดงให้เห็นกฎของเลนซ์โดยใช้ตัวอย่างวงจรตัวนำคงที่ซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ โมดูลัสการเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นตามเวลา

กฎของ Lenz สะท้อนถึงข้อเท็จจริงจากการทดลองที่ว่า และ มักจะมีเครื่องหมายตรงกันข้าม (เครื่องหมายลบในสูตรของฟาราเดย์) กฎของ Lenz มีความหมายทางกายภาพที่ลึกซึ้ง - เป็นการแสดงออกถึงกฎการอนุรักษ์พลังงาน

กฎของเลนซ์ (กฎของเลนซ์)ก่อตั้งโดย E. H. Lenz ในปี 1834 โดยให้ความกระจ่างเกี่ยวกับกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งค้นพบในปี 1831 โดย M. Faraday กฎของ Lenz กำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำในวงปิดขณะที่มันเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กภายนอก

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำมักจะทำให้แรงที่ได้รับจากสนามแม่เหล็กต้านการเคลื่อนที่ของวงจร และฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสนี้ เอฟฉันมีแนวโน้มที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอก เอฟจ.

กฎของเลนซ์เป็นการแสดงออกถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า อันที่จริงเมื่อวงปิดเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กเนื่องจากแรงภายนอกจำเป็นต้องทำงานบางอย่างกับแรงที่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำกับสนามแม่เหล็กและมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ .

กฎของ Lenz แสดงไว้ด้วยรูปต่อไปนี้:

ถ้าแม่เหล็กถาวรถูกย้ายเข้าไปในขดลวดที่ใกล้กับกัลวาโนมิเตอร์ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดจะมีทิศทางที่จะสร้างสนามแม่เหล็กด้วยเวกเตอร์ ใน"ตรงข้ามกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก ในกล่าวคือ มันจะดันแม่เหล็กออกจากขดลวดหรือรบกวนการเคลื่อนที่ของมัน เมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกจากขดลวด ในทางกลับกัน สนามที่สร้างขึ้นโดยกระแสเหนี่ยวนำจะดึงดูดขดลวด กล่าวคือ ขัดขวางการเคลื่อนที่ของมันอีกครั้ง

อธิบายอัลกอริทึมสำหรับการนำกฎของ Lenz ไปใช้ในทางปฏิบัติ

คำตอบ:เพื่อใช้กฎของเลนซ์เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ ฉันจในวงจรคุณต้องปฏิบัติตามคำแนะนำเหล่านี้:

1. กำหนดทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กภายนอก

2. ค้นหาว่าฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามนี้เพิ่มขึ้นผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบหรือไม่ ( ∆F 0) หรือลดลง ( ∆F

3. กำหนดทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กของกระแสเหนี่ยวนำ ฉันฉัน. เส้นเหล่านี้จะต้องกำกับตามกฎของ Lenz ตรงข้ามกับเส้น if ∆F 0 และมีทิศทางเดียวกันกับถ้า ∆F

4. รู้ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ ฉันฉัน, โดยใช้ กฎของ gimlet.

3. อะไรคือสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงฟลักซ์แม่เหล็ก (คำตอบ 2 คน)

คำตอบ:การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรปิดสามารถเกิดขึ้นได้จากสองสาเหตุ

1. ฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวงจรหรือชิ้นส่วนในสนามแม่เหล็กคงที่ตามเวลา นี่เป็นกรณีที่ตัวนำและผู้ให้บริการชาร์จฟรีเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก การเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำอธิบายได้จากการกระทำของแรงลอเรนซ์ต่อประจุอิสระในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ แรงลอเรนซ์มีบทบาทเป็นแรงภายนอกในกรณีนี้

ให้เราพิจารณาเป็นตัวอย่าง การเกิดขึ้นของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรสี่เหลี่ยมที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่ตั้งฉากกับระนาบของวงจร ปล่อยให้ด้านใดด้านหนึ่งของโครงร่างความยาว ล. เลื่อนไปตามอีกสองด้านด้วยความเร็ว (รูปที่ 2)

แรงลอเรนซ์กระทำต่อประจุอิสระในส่วนนี้ของวงจร ส่วนประกอบหนึ่งของแรงนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับความเร็วการถ่ายโอนของประจุนั้นพุ่งไปตามตัวนำ ส่วนประกอบนี้แสดงไว้ในรูปที่. 1.20.3. เธอรับบทเป็นพลังภายนอก โมดูลของมันมีค่าเท่ากัน

ตามคำจำกัดความของ EMF

ในส่วนที่อยู่นิ่งอื่นๆ ของวงจร แรงภายนอกจะเป็นศูนย์ อัตราส่วนของ ind สามารถกำหนดได้ในรูปแบบปกติ ในช่วงเวลา Δt พื้นที่เส้นชั้นความสูงจะเปลี่ยน ΔS = lυΔt การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กในช่วงเวลานี้เท่ากับ ΔΦ = BlυΔt เพราะฉะนั้น,

เพื่อสร้างเครื่องหมายในสูตรการเชื่อมต่อ และคุณต้องเลือกทิศทางปกติและทิศทางบวกของการเคลื่อนที่ในแนวเส้นโครง โดยให้สอดคล้องกันตามกฎของสว่านด้านขวา ดังที่ทำไว้ในรูปที่ 1 1.20.1 และ 1.20.2. หากเสร็จแล้ว ก็จะได้สูตรของฟาราเดย์โดยง่าย

หากความต้านทานของวงจรทั้งหมดเท่ากับ R ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะเท่ากับ ในช่วงเวลา Δt ความร้อนของจูลจะถูกปล่อยออกมาที่ความต้านทาน R

คำถามเกิดขึ้น: พลังงานนี้มาจากไหน เนื่องจากแรงลอเรนซ์ไม่ทำงาน! ความขัดแย้งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเราคำนึงถึงงานขององค์ประกอบเดียวของกองกำลังลอเรนซ์เท่านั้น เมื่อกระแสเหนี่ยวนำไหลผ่านตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก ส่วนประกอบอื่นของแรงลอเรนซ์ซึ่งสัมพันธ์กับความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่ของประจุตามแนวตัวนำจะทำหน้าที่กับประจุอิสระ ส่วนประกอบนี้มีหน้าที่รับผิดชอบต่อการปรากฏตัวของกำลังแอมแปร์ สำหรับกรณีที่แสดงในรูป 1.20.3 โมดูลัสแรงแอมแปร์เท่ากับ FA = I B l แรงของแอมแปร์มุ่งตรงไปที่การเคลื่อนที่ของตัวนำ ดังนั้นจึงทำงานทางกลเชิงลบ ในช่วงเวลา Δt งานนี้ Amech เท่ากับ

ตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กซึ่งกระแสเหนี่ยวนำไหลผ่านจะเกิดการเบรกด้วยแม่เหล็ก งานทั้งหมดที่ทำโดยกองกำลังลอเรนซ์เป็นศูนย์ ความร้อนของจูลในวงจรจะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการทำงานของแรงภายนอกซึ่งรักษาความเร็วของตัวนำไม่เปลี่ยนแปลงหรือเนื่องจากพลังงานจลน์ของตัวนำลดลง

2. เหตุผลที่สองสำหรับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะเข้าไปในวงจรคือการเปลี่ยนแปลงเวลาของสนามแม่เหล็กเมื่อวงจรหยุดนิ่ง ในกรณีนี้ การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่สามารถอธิบายได้ด้วยการกระทำของแรงลอเรนซ์อีกต่อไป อิเล็กตรอนในตัวนำที่อยู่นิ่งสามารถถูกขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้าเท่านั้น สนามไฟฟ้านี้เกิดจากสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา งานของสาขานี้เมื่อเคลื่อนที่ประจุบวกหนึ่งประจุไปตามวงจรปิดจะเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำที่อยู่กับที่ ดังนั้นสนามไฟฟ้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กจึงไม่มีศักย์ไฟฟ้า มันถูกเรียกว่าสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน แนวคิดของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนถูกนำมาใช้ในฟิสิกส์โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ เจมส์ แม็กซ์เวลล์ ในปี พ.ศ. 2404

4. อธิบายการเกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำที่อยู่นิ่ง

คำตอบ: ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำที่อยู่นิ่ง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กโดยรอบเปลี่ยนแปลง ก็มีอธิบายไว้ในสูตรของฟาราเดย์เช่นกัน ดังนั้นปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำในตัวนำที่เคลื่อนที่และตัวนำที่อยู่กับที่จะดำเนินการในลักษณะเดียวกัน แต่สาเหตุทางกายภาพของการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะแตกต่างกันในทั้งสองกรณี: ในกรณีของตัวนำที่เคลื่อนที่ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดจาก กองกำลังลอเรนซ์; ในกรณีของตัวนำที่อยู่นิ่ง แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นผลมาจากการกระทำของประจุอิสระของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง

5. อธิบายการใช้กระแสเอ็ดดี้โดยใช้ตัวอย่างการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ

คำตอบ:

ในประเทศรัสเซีย.

ในมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อกระแสไหลผ่าน แรงบิดจะปรากฏขึ้น

มอเตอร์ไฟฟ้าตัวแรกได้รับการออกแบบโดย Jacobi (1836)

กระแสปิดที่เกิดขึ้นในตัวกลางนำไฟฟ้าต่อเนื่องเรียกว่ากระแสไหลวนหรือ กระแสน้ำของฟูโกต์- ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้ค้นพบสิ่งเหล่านี้ กระแสฟูโกต์อาจเป็นอันตรายได้ (ในแกนหม้อแปลง ชิ้นส่วนที่หมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ กระแสฟูโกต์ทำให้เกิดความร้อนโดยไม่จำเป็น) หรือมีประโยชน์ (ในเตาเหนี่ยวนำสำหรับการหลอมโลหะหรือการปรุงอาหาร) ในกรณีนี้ ตัวตัวนำ (โลหะหรืออาหาร) มีบทบาทเป็นแกนกลางจริงๆ มันถูกวางไว้ภายในขดลวดซึ่งกระแสสลับความถี่สูงผ่านไป ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กสลับภายในขดลวด จากนั้นกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าก็ "ได้ผล" สนามแม่เหล็กสลับทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำฟูโกต์ ซึ่งทำให้ตัวตัวนำร้อนขึ้น

6. อธิบายบทบัญญัติหลักของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์

คำตอบ:ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นทฤษฎีที่สอดคล้องกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียวซึ่งสร้างขึ้นโดยระบบประจุไฟฟ้าและกระแสตามอำเภอใจ ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์แก้ปัญหาหลักของพลศาสตร์ไฟฟ้า: คำนวณลักษณะของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยพิจารณาจากการกระจายตัวของประจุและกระแสที่กำหนด ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นการสรุปกฎที่สำคัญที่สุดที่อธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก: ทฤษฎีบทของเกาส์ กฎของกระแสรวม กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ทฤษฎีนี้ไม่พิจารณากลไกภายในของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อมและทำให้เกิดการปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สื่ออธิบายโดยใช้ปริมาณสามปริมาณที่กำหนดคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก: ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์ การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ และค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ

เราพิจารณาสนามขนาดมหึมาที่สร้างขึ้นโดยประจุและกระแสน้ำขนาดใหญ่ที่มีความเข้มข้นในปริมาตรของอะตอมและโมเลกุลขนาดใหญ่จำนวนมาก ระยะทางจากแหล่งกำเนิดสนามไปจนถึงจุดที่พิจารณาในอวกาศนั้นมากกว่ามิติเชิงเส้นของอะตอมและโมเลกุลมาก ดังนั้นสนามขนาดมหภาคจึงเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดเฉพาะในระยะทางที่ใหญ่กว่าขนาดของอะตอมเท่านั้น

ประจุและกระแสด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นกลุ่มของประจุและกระแสด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของพวกมันเอง ไมโครฟิลด์เหล่านี้เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อเวลาผ่านไปในแต่ละจุดในอวกาศ ฟิลด์ Macroscopic คือไมโครฟิลด์เฉลี่ย

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นทฤษฎีช่วงสั้นซึ่งปฏิกิริยาทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเกิดขึ้นผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและแพร่กระจายด้วยความเร็วจำกัดเท่ากับความเร็วแสงในตัวกลางที่กำหนด

เกณฑ์การประเมิน:

เรตติ้ง "5" -นักเรียนให้คำตอบโดยละเอียดครบถ้วนสำหรับคำถามที่ตั้งไว้และตอบคำถามเพิ่มเติม

เรตติ้ง "4" -นักเรียนให้คำตอบโดยละเอียดครบถ้วนสำหรับคำถามที่ถูกถาม แต่ไม่ได้ตอบคำถามเพิ่มเติม

เรตติ้ง "3" -นักเรียนตอบคำถามที่ถามไม่ครบถ้วนและไม่สามารถตอบคำถามเพิ่มเติมได้

เรตติ้ง "2" - ไม่ตอบต่อคำถามที่ตั้งไว้

ภาคผนวกหมายเลข 2

ภารกิจในการรวบรวมและจัดระบบความรู้ใหม่(เขียนไม่ได้ให้คะแนน)

ฟิสิกส์ 11 งานอิสระหลายระดับและงานทดสอบ อ.คีริก หน้า 10 ระดับกลาง หมายเลข 1-6

ตัวอย่างคำตอบสำหรับงานสำหรับการรวมและจัดระบบ

ระดับ/เลขที่
ระดับเฉลี่ย

ภาคผนวกหมายเลข 3

งานเพื่อการควบคุมความรู้เบื้องต้น

(วาจา ไม่ได้ประเมิน ตัวอย่างคำตอบสำหรับคำถามเพื่อการควบคุมความรู้เบื้องต้นมีอยู่ในแหล่งข้อมูล)

กำหนดการเหนี่ยวนำตนเอง

อธิบายกรณีที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้น

กำหนดนิยามของการเหนี่ยวนำ

ความเหนี่ยวนำวัดได้ในหน่วยใด?

ค่านี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ใด

สูตรใดใช้คำนวณพลังงานสนามแม่เหล็ก

ภาคผนวกหมายเลข 4

วัสดุควบคุม (เขียน)

ทดสอบ

ปรากฏการณ์ใดที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง?

A) ปรากฏการณ์การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรตัวนำ

B) ปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง

B) ปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรนำไฟฟ้าเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนไป

D) ปรากฏการณ์การเกิดกระแสไฟฟ้าในวงจรนำไฟฟ้า

ปริมาณใดเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ?

A) ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยเส้นขอบ

B) ปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 A ใน 1 วินาที

B) ปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเอง

3. หน่วยวัดความเหนี่ยวนำแม่เหล็กเรียกว่าอะไร?

4. สูตรใดใช้คำนวณพลังงานของสนามแม่เหล็ก

ก) ว=

ข) ε = –
,

พลังงานของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากกระแสในวงจรเป็นสองเท่า?

ก) จะไม่เปลี่ยนแปลง

B) จะลดลง 2 เท่า

B) จะเพิ่มขึ้น 4 เท่า

พลังงานของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากความเหนี่ยวนำของวงจรลดลง 2 เท่า?

ก) จะลดลง 4 เท่า

B) จะเพิ่มขึ้น 2 เท่า

ข) จะไม่เปลี่ยนแปลง

D) จะลดลง 2 เท่า

มาตรฐานคำตอบสำหรับงานควบคุมวัสดุ:

หมายเลขงาน

เกณฑ์การประเมิน:

สำหรับคำตอบที่ถูกต้อง 4 ข้อ - “3” คะแนน

สำหรับคำตอบที่ถูกต้อง 5 ข้อ - “4” คะแนน

สำหรับคำตอบที่ถูกต้อง 6 ข้อ – “5” คะแนน

งานสำหรับงานนอกห้องเรียนอิสระของนักเรียน

เป้า:กำหนดจำนวนข้อมูลสำหรับงานอิสระของนักเรียนโดยให้ความสนใจกับประเด็นสำคัญ

เวลาที่จะดำเนินการให้เสร็จสิ้น: 45 นาที

G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 หนังสือเรียนสถานศึกษาทั่วไป (พร้อมใบสมัคร บนสื่ออิเล็กทรอนิกส์) ระดับพื้นฐานและโปรไฟล์ - ม.: การศึกษา, 2011, หน้า. อ่านบันทึกการศึกษาหน้าที่ 43-48 ย่อหน้าที่ 15-17 กับ. 50 แบบฝึกหัด 2 (4)

เกณฑ์การประเมิน:

นักเรียนได้เรียนรู้บันทึกย่อแล้ว - คะแนน "3"

นักเรียนได้อ่านย่อหน้าและจดจำบันทึก มีข้อมูลจากหนังสือเรียน - คะแนน "4"

นักเรียนได้เรียนรู้บันทึก มีข้อมูลจากหนังสือเรียน ทำงานเสร็จแล้ว - “5” คะแนน

รายชื่อแหล่งที่มาที่ใช้

บทเรียนข้อมูล การพัฒนาบทเรียนแบบเปิด

ตัวเหนี่ยวนำ
หน่วยของการเหนี่ยวนำ
การเหนี่ยวนำตนเอง
พลังงานสนามแม่เหล็ก

ตัวเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวตัวนำ สนามแม่เหล็ก เอฟการผ่านห่วงของตัวนำนี้จะแปรผันตามโมดูลัสของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กภายในลูป และการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในทางกลับกันจะแปรผันตามความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านลูปจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสในลูป:

ฟ = ลี. (55.1)

ปัจจัยสัดส่วน ลระหว่างความแรงในปัจจุบัน ฉันในวงจรและฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟที่สร้างโดยกระแสนี้เรียกว่า ตัวเหนี่ยวนำความเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของตัวนำ และคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมที่ตัวนำนั้นตั้งอยู่

หน่วยของการเหนี่ยวนำหน่วยความเหนี่ยวนำในระบบสากลจะคิดเป็น เฮนรี่(จีเอ็น). หน่วยนี้ถูกกำหนดตามสูตร (55.1):

ความเหนี่ยวนำของวงจรคือ 1 Hn หากกระแสตรง 1 A ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรคือ 1 Wb:

การเหนี่ยวนำตนเองเมื่อกระแสในขดลวดเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดควรทำให้เกิดลักษณะที่ปรากฏของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด ปรากฏการณ์การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในวงจรนี้เรียกว่า การเหนี่ยวนำตนเอง
ตามกฎของ Lenz แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นเมื่อวงจรเปิดอยู่ และกระแสไฟลดลงเมื่อปิดวงจร
ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองสามารถสังเกตได้โดยการประกอบวงจรไฟฟ้าจากขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำสูง, ตัวต้านทาน, หลอดไส้สองหลอดที่เหมือนกันและแหล่งกำเนิดกระแส (รูปที่ 197)

ตัวต้านทานต้องมีความต้านทานไฟฟ้าเท่ากับขดลวด ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อวงจรปิด หลอดไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมกับขดลวดจะสว่างช้ากว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน การเพิ่มขึ้นของกระแสในวงจรคอยล์ในระหว่างการปิดถูกป้องกันโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในคอยล์เพิ่มขึ้น เมื่อปิดแหล่งพลังงาน ไฟทั้งสองดวงจะกะพริบ ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะถูกรักษาโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดลดลง
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในขดลวดอุปนัย ลตามกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ามีค่าเท่ากับ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเหนี่ยวนำของขดลวดและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด
เมื่อใช้นิพจน์ (55.3) เราสามารถให้คำจำกัดความที่สองของหน่วยตัวเหนี่ยวนำได้: องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้ามีความเหนี่ยวนำ 1 H หากมีการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรสม่ำเสมอ 1 A ใน 1 วินาที แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเอง 1 V เกิดขึ้น

พลังงานสนามแม่เหล็กเมื่อขดลวดเหนี่ยวนำถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า หลอดไส้ที่ต่อขนานกับขดลวดจะทำให้เกิดแสงวาบในระยะสั้น กระแสในวงจรเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง แหล่งกำเนิดพลังงานที่ปล่อยออกมาในวงจรไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กของขดลวด
พลังงานของสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้ดังนี้ เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ให้พิจารณากรณีที่หลังจากถอดขดลวดออกจากแหล่งกำเนิดแล้ว กระแสในวงจรจะลดลงตามเวลาตามกฎเชิงเส้น ในกรณีนี้แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าคงที่เท่ากับ

ที่ไหน ที- ระยะเวลาที่กระแสไฟฟ้าในวงจรลดลงจากค่าเริ่มต้น ฉันถึง 0
ในระหว่าง ทีโดยมีความแรงของกระแสไฟฟ้าลดลงเชิงเส้นจาก ฉันถึง 0 ประจุไฟฟ้าจะผ่านวงจร:

ดังนั้นงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าคือ

งานนี้สำเร็จเนื่องจากพลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวด
พลังงานของสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของการเหนี่ยวนำและกำลังสองของกระแสในนั้น:

(ขึ้นอยู่กับวัสดุจากคู่มือ "ฟิสิกส์ - วัสดุอ้างอิง" Kabardin O.F. )

แผน-สรุปบทเรียน

« การเหนี่ยวนำตนเอง . และ ตัวเหนี่ยวนำ . พลังงานสนามแม่เหล็ก ปัจจุบัน"

จบโดยนักศึกษาชั้นปีที่ 5

กลุ่มเอฟเอ็ม-112

การศึกษาเต็มเวลา

การศึกษาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์

เคซูติน่า โอลก้า วลาดิสลาฟนา

วันที่: 09/23/59

วลาดิมีร์ 2559

หัวข้อบทเรียน: การเหนี่ยวนำตนเอง . และ ตัวเหนี่ยวนำ .

ระดับ: "11บี"

ประเภทบทเรียน : บทเรียนในการเรียนรู้ความรู้ใหม่

ประเภทบทเรียน: บทเรียนบรรยาย

เป้า : สร้างแนวคิดที่ว่าการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในตัวนำจะสร้างคลื่นน้ำวนซึ่งสามารถเร่งหรือชะลอการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน สร้างแนวคิดเกี่ยวกับพลังงานที่มีกระแสไฟฟ้าในตัวนำและพลังงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้า

งาน:

เกี่ยวกับการศึกษา: ทำซ้ำความรู้ของนักเรียนเกี่ยวกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น บนพื้นฐานนี้ให้ศึกษาปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง สอนการใช้กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่ออธิบายปรากฏการณ์แนะนำสูตรในการคำนวณพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้าและแนวคิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

เกี่ยวกับการศึกษา: เพื่อปลูกฝังความสนใจในเรื่องการทำงานหนักและความสามารถในการประเมินคำตอบของสหายอย่างรอบคอบความสามารถในการทำงานร่วมกันและเป็นคู่.

เกี่ยวกับการศึกษา: การพัฒนาการคิดทางกายภาพของนักเรียน การขยายเครื่องมือแนวคิดของนักเรียน การพัฒนาทักษะในการวิเคราะห์ข้อมูล การสรุปผลจากการสังเกตและการทดลอง

อุปกรณ์:

ระหว่างเรียน:

เวทีองค์กร

11.20 – 11.21

สวัสดีเพื่อนๆ นั่งลง

นักเรียนกำลังเตรียมตัวสำหรับบทเรียน

อัพเดทความรู้.

11.22-11.28

ตรวจการบ้าน หากนักเรียนมีคำถาม เราก็จัดเรียงให้

การสำรวจหน้าผาก:

สนามใดเรียกว่าสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน?

แหล่งกำเนิดของสนามวอร์เท็กซ์คืออะไร?

กระแสฟูโกต์คืออะไร? ยกตัวอย่างการใช้งาน

อะไรเป็นตัวกำหนดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา

นักเรียนตรวจการบ้านและตอบคำถาม:

สนามที่สร้างสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา

สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา

กระแสเหนี่ยวนำถึงค่าตัวเลขขนาดใหญ่ในตัวนำขนาดใหญ่เนื่องจากความต้านทานของพวกมันต่ำ

เกี่ยวกับความเร็วการเคลื่อนที่ของตัวนำในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ

ตัวอย่างคำถามชี้แนะ:

4.จำสูตรที่คุณสามารถหาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำที่กำลังเคลื่อนที่ได้

เวทีสร้างแรงบันดาลใจ

11.29-11.31

แอมแปร์เป็นผู้วางรากฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2363 งานของแอมแปร์เป็นแรงบันดาลใจให้วิศวกรหลายคนออกแบบอุปกรณ์ทางเทคนิคต่างๆ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า (ออกแบบโดย B. S. Jacobi) โทรเลข (S. Morse) และแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งออกแบบโดย Henry นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันผู้โด่งดัง

โจเซฟ เฮนรี่มีชื่อเสียงจากการสร้างชุดแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลังและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวด้วยแรงยกตั้งแต่ 30 ถึง 1,500 กก. โดยมีน้ำหนักแม่เหล็กอยู่ที่ 10 กก. ในขณะที่สร้างแม่เหล็กไฟฟ้าหลายชนิด ในปี พ.ศ. 2375 นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบปรากฏการณ์ใหม่ในแม่เหล็กไฟฟ้า - ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเอง บทเรียนนี้จัดทำขึ้นเพื่อปรากฏการณ์นี้โดยเฉพาะ

เขียนหัวข้อบนกระดาน: “ การเหนี่ยวนำตนเอง . และ ตัวเหนี่ยวนำ . พลังงานสนามแม่เหล็กในปัจจุบัน ».

การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

11.32-11.45

เฮนรีคิดค้นขดลวดแบนที่ทำจากทองแดงแถบ ด้วยความช่วยเหลือทำให้เขาได้รับเอฟเฟกต์ด้านพลังงานที่เด่นชัดกว่าเมื่อใช้โซลินอยด์แบบลวด นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าเมื่อมีขดลวดที่ทรงพลังในวงจร กระแสในวงจรนี้จะถึงค่าสูงสุดช้ากว่ามากเมื่อไม่มีขดลวด

ประสบการณ์: รูปนี้แสดงแผนภาพทางไฟฟ้าของการตั้งค่าการทดลอง โดยสามารถแสดงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองได้ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยหลอดไฟที่เชื่อมต่อแบบขนานสองหลอดที่เชื่อมต่อผ่านสวิตช์ไปยังแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ขดลวดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟหลอดใดหลอดหนึ่ง หลังจากปิดวงจรจะเห็นว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะสว่างช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง

เมื่อปิดแหล่งกำเนิดไฟ หลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะดับช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง

ให้เราพิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรนี้เมื่อปิดและเปิดกุญแจ

1. การปิดกุญแจ

มีขดลวดนำกระแสอยู่ในวงจร ปล่อยให้กระแสในเทิร์นนี้ไหลทวนเข็มนาฬิกา จากนั้นสนามแม่เหล็กจะพุ่งขึ้น

ดังนั้นขดลวดจึงไปอยู่ในอวกาศของสนามแม่เหล็กของมันเอง เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ขดลวดจะพบว่าตัวเองอยู่ในอวกาศของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปของกระแสของมันเอง หากกระแสเพิ่มขึ้นฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังที่ทราบกันดีว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นในวงจรนี้ และผลที่ตามมาคือกระแสเหนี่ยวนำ ตามกฎของ Lenz กระแสนี้จะถูกส่งไปในลักษณะที่สนามแม่เหล็กของมันป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร

นั่นคือสำหรับการหมุนที่พิจารณาในรูปที่ 4 กระแสเหนี่ยวนำควรถูกกำกับตามเข็มนาฬิกา เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสของเทิร์นเพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อปิดกุญแจ กระแสในวงจรจะไม่เพิ่มขึ้นทันที เนื่องจากกระแสเหนี่ยวนำการเบรกปรากฏในวงจรนี้ ซึ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

2. การเปิดกุญแจ

เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลง ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบของขดลวดลดลง การลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในกรณีนี้ กระแสเหนี่ยวนำจะมีทิศทางเดียวกับกระแสของคอยล์เอง สิ่งนี้ส่งผลให้กระแสภายในลดลงช้าลง

บทสรุป: เมื่อกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำเดียวกัน ซึ่งสร้างกระแสเหนี่ยวนำที่มุ่งตรงในลักษณะที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของกระแสในตัวตัวนำ นี่คือแก่นแท้ของปรากฏการณ์การชักนำตนเอง การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นกรณีพิเศษของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำตนเอง - นี่คือปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำเมื่อความแรงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำนี้เปลี่ยนไป

ตัวเหนี่ยวนำ ขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนั้นแปรผันตามความแรงของกระแส เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็ก Ф เป็นสัดส่วนกับ B ดังนั้น Ф ~ В~ I.

จึงสามารถโต้แย้งได้ว่า

Ф = LI

โดยที่ L คือสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างกระแสในวงจรนำไฟฟ้าและฟลักซ์แม่เหล็ก

ค่าของ L เรียกว่าความเหนี่ยวนำของวงจรหรือค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตัวเอง

การใช้กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและการแสดงออกที่ได้ทำให้เราได้รับความเท่าเทียมกัน

จากสูตรเป็นไปตามนั้นตัวเหนี่ยวนำเป็นปริมาณทางกายภาพเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสในนั้นเปลี่ยนแปลง 1 A ใน 1 วินาที

ความเหนี่ยวนำ เช่นเดียวกับความจุไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเรขาคณิต ได้แก่ ขนาดของตัวนำและรูปร่าง แต่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำโดยตรง นอกจากรูปทรงของตัวนำแล้ว ความเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสภาพแวดล้อมที่ตัวนำนั้นตั้งอยู่ด้วย

แน่นอนว่าความเหนี่ยวนำของการหมุนลวดหนึ่งเส้นนั้นน้อยกว่าของขดลวด (โซลินอยด์) ซึ่งประกอบด้วยการหมุนที่คล้ายกัน N เนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดจะเพิ่มขึ้น N ครั้ง

หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำเรียกว่าเฮนรี่ (แสดงโดย Gn) ความเหนี่ยวนำของตัวนำเท่ากับ 1 H หากมีการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสสม่ำเสมอ 1 A ใน 1 วินาทีจะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่ 1 V:

ผู้คนพบกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองทุกวัน ทุกครั้งที่เราเปิดหรือปิดไฟ เราจะปิดหรือเปิดวงจร ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำที่น่าตื่นเต้น บางครั้งกระแสเหล่านี้สามารถไปถึงค่าที่สูงมากจนประกายไฟกระโดดเข้าไปในสวิตช์ซึ่งเราสามารถมองเห็นได้

การเปรียบเทียบระหว่างการเหนี่ยวนำตัวเองและความเฉื่อย ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองนั้นคล้ายคลึงกับปรากฏการณ์ความเฉื่อยในกลศาสตร์ ดังนั้นความเฉื่อยนำไปสู่ความจริงที่ว่าภายใต้อิทธิพลของแรงร่างกายไม่ได้รับความเร็วที่แน่นอนในทันที แต่จะค่อยๆ ร่างกายไม่สามารถชะลอความเร็วลงได้ในทันทีไม่ว่าแรงเบรกจะแรงแค่ไหนก็ตาม ในทำนองเดียวกัน เนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเอง เมื่อปิดวงจร ความแรงของกระแสจะไม่ได้รับค่าที่แน่นอนในทันที แต่จะค่อยๆ เพิ่มขึ้น การปิดแหล่งจ่ายจะไม่หยุดกระแสทันที การเหนี่ยวนำตัวเองจะคงอยู่ระยะหนึ่งแม้จะมีความต้านทานของวงจรก็ตาม

ในการสร้างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของมัน จะต้องทำงานต้านแรงของสนามไฟฟ้าเอ็ดดี้ งานนี้ (ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน) มีค่าเท่ากับพลังงานของกระแสไฟฟ้าหรือพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า

เขียนนิพจน์สำหรับพลังงานปัจจุบันฉันไหลผ่านวงจรที่มีความเหนี่ยวนำลกล่าวคือ สำหรับพลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้านั้นเป็นไปได้โดยอาศัยการเปรียบเทียบระหว่างความเฉื่อยและการเหนี่ยวนำตัวเอง

หากการเหนี่ยวนำตัวเองนั้นคล้ายคลึงกับความเฉื่อย การเหนี่ยวนำจะมีบทบาทเดียวกันในกระบวนการสร้างกระแสไฟฟ้าเหมือนกับที่มวลทำในกลศาสตร์เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น บทบาทของความเร็วของร่างกายในพลศาสตร์ไฟฟ้านั้นเล่นโดยความแรงของกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นปริมาณที่แสดงถึงการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า

จากนั้นพลังงานปัจจุบันถือได้ว่าเป็นค่าที่คล้ายกับพลังงานจลน์ในกลศาสตร์:

พลังงานสนามแม่เหล็กในปัจจุบัน

พวกเขาตอบคำถาม เข้าร่วมการอภิปราย สรุปผล และจดบันทึกลงในสมุดบันทึก

เสริมสร้างเนื้อหาที่เรียนรู้

11.46-11.56

ข้อเสนอในการแก้ปัญหา:

แก้ไขปัญหาที่กระดานและตรงจุด

สรุป. การบ้าน.

11.57-11.58

การออกและแสดงเครื่องหมายแสดงเหตุผล การบันทึกและการอภิปรายการบ้าน

D/Z: §14-16, เลขที่ 932, 934, 938

เขียนการบ้าน

การสะท้อน

11.59-12.00

การสนทนาจัดขึ้นเพื่อให้ผู้เข้าร่วมบทเรียนเข้าใจการกระทำของตนเองในระหว่างบทเรียน

คำถาม:

1. คุณได้เรียนรู้อะไรใหม่ๆ ในระหว่างบทเรียน?

2. เนื้อหาบทเรียนชัดเจนหรือไม่

3. คุณชอบบทเรียนหรือไม่?

มีส่วนร่วมในการสนทนา

№931. ค่าความเหนี่ยวนำของวงจรจะเป็นเท่าใดหากที่ความแรงของกระแส 5 A มีฟลักซ์แม่เหล็ก 0.5 mWb ปรากฏขึ้น?

№933 ค้นหาความเหนี่ยวนำของตัวนำซึ่งเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ 2 A เป็นเวลา 0.25 วินาที แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่ 20 mV ตื่นเต้น

№937. ในขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ 0.6 H กระแสไฟฟ้าคือ 20 A พลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวดนี้คืออะไร? พลังงานสนามจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากความแรงของกระแสลดลงครึ่งหนึ่ง?

№939. ค้นหาพลังงานของสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ซึ่งมีฟลักซ์แม่เหล็ก 0.5 Wb เกิดขึ้นที่กระแส 10 A

№932. ฟลักซ์แม่เหล็กชนิดใดเกิดขึ้นในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ 0.2 mH ที่กระแส 10 A

№934. แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองอะไรที่น่าตื่นเต้นในการคดเคี้ยวของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเหนี่ยวนำ 0.4 H เมื่อกระแสในนั้นเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ 5 A ใน 0.02 วินาที?

№938. ความแรงของกระแสไฟฟ้าในขดลวดโช้คที่มีความเหนี่ยวนำ 0.5 H ควรเป็นเท่าใดเพื่อให้พลังงานสนามเท่ากับ 1 J