Явище самоіндукції - індуктивність енергія магнітного поля. Вихрове електричне поле

Електричний струм, що проходить контуром, створює навколо нього магнітне поле. Магнітний потік Φ через контур цього провідника (його називають власним магнітним потоком) пропорційний модулю індукції В магнітного поля всередині контуру \(\left(\Phi \sim B \right)\), а індукція магнітного поля в свою чергу пропорційна силі струму в контурі \(\left(B\sim I \right)\) ).

Таким чином, власний магнітний потік прямо пропорційний силі струму в контурі \(\left(\Phi \sim I \right)\). Цю залежність математично можна представити так:

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

Де L- Коефіцієнт пропорційності, який називається індуктивністю контуру.

• Індуктивність контуру- скалярна фізична величина, чисельно рівна відношенню власного магнітного потоку, що пронизує контур, до сили струму в ньому:

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

У СІ одиницею індуктивності є генрі (Гн):

1 Гн = 1 Вб/(1 А).

• Індуктивність контуру дорівнює 1 Гн, якщо за сили постійного струму 1 А магнітний потік через контур дорівнює 1 Вб.

Індуктивність контуру залежить від розмірів та форми контуру, від магнітних властивостей середовища, в якому знаходиться контур, але не залежить від сили струму у провіднику. Так, індуктивність соленоїда можна розрахувати за формулою

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

Де μ - магнітна проникність сердечника, μ 0 - магнітна постійна, N- Число витків соленоїда, S- площа витка, l- Довжина соленоїда.

При постійних формі і розмірах нерухомого контуру власний магнітний потік через цей контур може змінюватися лише за зміни сили струму у ньому, тобто.

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

Явище самоіндукції

Якщо контурі проходить постійний струм, то навколо контуру існує постійне магнітне поле, і власний магнітний потік, що пронизує контур, не змінюється з часом.

Якщо ж струм, що проходить у контурі, буде змінюватися з часом, то змінний власний магнітний потік, що відповідно змінюється, і, згідно із законом електромагнітної індукції, створює в контурі ЕРС.

• Виникнення ЕРС індукції в контурі, яке спричинене зміною сили струму в цьому контурі, називають явищем самоіндукції. Самоіндукція була відкрита американським фізиком Дж. Генрі у 1832 р.

ЕРС-ЕРС, що з'являється при цьому, самоіндукції E si. ЕРС самоіндукції створює в контурі струм самоіндукції I si.

Напрямок струму самоіндукції визначається за правилом Ленца: струм самоіндукції завжди спрямований так, що він протидіє зміні основного струму. Якщо основний струм зростає, то струм самоіндукції спрямований проти спрямування основного струму, якщо зменшується, то напрями основного струму та струму самоіндукції збігаються.

Використовуючи закон електромагнітної індукції для контуру індуктивністю Lі рівняння (1), отримуємо вираз для ЕРС самоіндукції:

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

• ЕРС самоіндукції прямо пропорційна швидкості зміни сили струму в контурі, взятій із протилежним знаком. Цю формулу можна застосовувати лише за рівномірної зміни сили струму. При збільшенні струму (Δ I> 0), ЕРС негативна (E si< 0), т.е. индукционный ток направлен в противоположную сторону тока источника. При уменьшении тока (ΔI < 0), ЭДС положительная (E si >0), тобто. індукційний струм спрямований у той самий бік, як і струм джерела.

З отриманої формули випливає, що

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

• Індуктивність- Це фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі при зміні сили струму на 1 А за 1 с.

Явище самоіндукції можна спостерігати на найпростіших дослідах. На малюнку 1 показано схему паралельного включення двох однакових ламп. Одну їх підключають до джерела через резистор R, а іншу - послідовно з котушкою L. При замиканні ключа перша лампа спалахує практично відразу, а друга - з помітним запізненням. Пояснюється це тим, що на ділянці ланцюга із лампою 1 немає індуктивності, тому струму самоіндукції не буде, і сила струму в цій лампі майже миттєво досягає максимального значення. На ділянці з лампою 2 при збільшенні струму в ланцюзі (від нуля до максимального) з'являється струм самоіндукції I siщо перешкоджає швидкому збільшенню струму в лампі. На малюнку 2 зображено зразковий графік зміни струму в лампі 2 при замиканні ланцюга.

При розмиканні ключа струм у лампі 2 також загасатиме повільно (рис. 3, а). Якщо індуктивність котушки досить велика, то відразу після розмикання ключа можливо навіть деяке збільшення струму (лампа 2 спалахує сильніше), і потім струм починає зменшуватися (рис. 3, б).

Рис. 3

Явище самоіндукції створює іскру там, де відбувається розмикання ланцюга. Якщо ланцюги є потужні електромагніти, то іскра може перейти в дуговий розряд і зіпсувати вимикач. Для розмикання таких ланцюгів на електростанціях користуються спеціальними вимикачами.

Енергія магнітного поля

Енергія магнітного поля контуру індуктивності Lіз силою струму I

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

Оскільки \(~\Phi = L \cdot I\), то енергію магнітного поля струму (котушки) можна розрахувати, знаючи будь-які дві величини з трьох ( Φ, L, I):

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

Енергію магнітного поля, укладену в одиниці обсягу простору, зайнятого полем, називають об'ємною щільністю енергіїмагнітного поля:

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

*Виведення формули

1 висновок.

Підключимо до джерела струму провідний контур з індуктивністю L. Нехай за малий проміжок часу Δt сила струму поступово збільшиться від нуля до деякого значення I (Δ I = I). ЕРС самоіндукції дорівнюватиме

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

За цей проміжок час Δ tчерез контур переноситься заряд

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

де \(\left \langle I \right \rangle = \dfrac(I)(2)\) - середнє значення сили струму за час Δ tпри рівномірному його зростанні від нуля до I.

Сила струму в контурі з індуктивністю Lдосягає свого значення не миттєво, а протягом деякого кінцевого проміжку часу Δ t. При цьому в ланцюзі виникає ЕРС самоіндукції E si, що перешкоджає наростанню сили струму. Отже, джерело струму під час замикання здійснює роботу проти ЕРС самоіндукції, тобто.

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

Робота, витрачена джерелом створення струму в контурі (без урахування теплових втрат), і визначає енергію магнітного поля, що запасається контуром зі струмом. Тому

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

2 висновок.

Якщо магнітне поле створено струмом, що проходить у соленоїді, то індуктивність та модуль індукції магнітного поля котушки рівні

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

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

Підставивши отримані вирази у формулу для енергії магнітного поля, отримаємо

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

Оскільки \(~S \cdot l = V\) - обсяг котушки, щільність енергії магнітного поля дорівнює

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

де У- модуль індукції магнітного поля, μ – магнітна проникність середовища, μ 0 – магнітна постійна.

Література

1. Аксенович Л. А. Фізика у середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Навч. посібник для установ, які забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракіна, К. С. Фаріно; За ред. К. С. Фаріно. – Мн.: Адукація i виховування, 2004. – C. 351-355, 432-434.
2. Жилко В.В. Фізика: навч. посібник для 11-го кл. загальноосвіт. установ з рос. яз. Навчання з 12-річним терміном навчання (базовий та підвищений рівні) / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. - Мн.: Нар. асвета, 2008. – С. 183-188.
3. Мякішев, Г.Я. Фізика: Електродинаміка. 10-11 кл. : навч. для поглибленого вивчення фізики/Г.Я. Мякішев, А.3. Синяков, В.А. Слобідськ. – М.: Дрофа, 2005. – С. 417-424.

« Фізика – 11 клас»

Самоіндукція.

Якщо по котушці йде змінний струм, то:
магнітний потік, що пронизує котушку, змінюється в часі,
а в котушці виникає ЕРС індукції.
Це явище називають самоіндукцією.

За правилом Ленца зі збільшенням струму напруженість вихрового електричного поля спрямовано проти струму, тобто. вихрове поле перешкоджає наростанню струму.
При зменшення струму напруженість вихрового електричного поля та струм спрямовані однаково, тобто вихрове поле підтримує струм.

Явище самоіндукції подібне до явища інерції в механіці.

У механіці:
Інерція призводить до того, що під дією сили тіло набуває певної швидкості поступово.
Тіло не можна миттєво загальмувати, якою б великою силою не була гальмівна.

В електродинаміці:
При замиканні ланцюга з допомогою самоіндукції сила струму наростає поступово.
При розмиканні ланцюга самоіндукція підтримує струм деякий час, незважаючи на опір ланцюга.

Явище самоіндукції виконує дуже важливу роль електротехніці і радіотехніці.

Енергія магнітного поля струму

За законом збереження енергії енергія магнітного поля, Створеного струмом, дорівнює тій енергії, яку повинен витратити джерело струму (наприклад, гальванічний елемент) на створення струму.
При розмиканні ланцюга ця енергія перетворюється на інші види енергії.

При замиканніланцюга струм наростає.
У провіднику з'являється електричне вихрове поле, що діє проти електричного поля, створеного джерелом струму.
Щоб сила струму стала рівною I, джерело струму має здійснити роботу проти сил вихрового поля.
Ця робота йде збільшення енергії магнітного поля струму.

При розмиканніланцюга струм зникає.
Вихрове поле здійснює позитивну роботу.
Запасена струмом енергія виділяється.
Це виявляється, наприклад, потужною іскре, що виникає при розмиканні ланцюга з великою індуктивністю.

Енергія магнітного поля, створеного струмом, що проходить ділянкою ланцюга з індуктивністю L, визначається за формулою

Магнітне поле, створене електричним струмом, має енергію, прямо пропорційну квадрату сили струму.

Щільність енергії магнітного поля (тобто енергія одиниці об'єму) пропорційна квадрату магнітної індукції: w м ~ В 2
аналогічно тому, як щільність енергії електричного поля пропорційна квадрату напруженості електричного поля w е ~ Е 2 .

ДЕРЖАВНИЙ АВТОНОМНИЙ ПРОФЕСІЙНИЙ ОСВІТНИЙ ЗАКЛАД

НОВОСИБІРСЬКОЇ ОБЛАСТІ

«БАРАБІНСЬКИЙ МЕДИЧНИЙ КОЛЕДЖ»

Розглянуто на засіданні

ЦМК ОДСЕД

Протокол № ___________

від ____________ 2018 р.

Голова ЦМК

Хрітанкова Н. Ю.

______________________

(Підпис)

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

КОМБІНОВАНОГО ЗАНЯТТЯ ДЛЯ Викладача

Спеціальність 34.02.01 Сестринська справа (з базовою підготовкою)

Дисципліна: «Фізика»

Розділ 3 Електродинаміка. Коливання та хвилі. Оптика

Розробник – викладач Вашуріна Т.В.

Методичний лист
Орієнтовна хронокарта заняття
Вихідний матеріал
Додаток №1 Контроль знань з попередньої теми
Додаток №2 Завдання для закріплення та систематизації нових знань
Додаток №3 Завдання для попереднього контролю знань
Додаток №4 Контролюючий матеріал
Завдання для самостійної позааудиторної роботи студентів
Список використаних джерел

Витяг з робочої програми дисципліни «Фізика»

для спеціальності 34.02.01 Сестринська справа (з базовою підготовкою)

Найменування розділів та тем		Об'єм годинника
Тема 3.14 Самоіндукція. Індуктивність. ЕРС самоіндукції. Енергія магнітного поля.
	Поняття: самоіндукція, індуктивність. Індукція магнітного поля. Формула розрахунку енергії магнітного поля. Відпрацювання вміння впевнено користуватися фізичною термінологією та символікою.
	Лабораторна робота
	Практичне заняття
	Контрольна робота
	Самостійна робота учнів: Робота з електронним додатком до підручника "Фізика 10"; Робота з підручником, виконання вправ; Робота із конспектом лекції.

МЕТОДИЧНЕ ЛИСТ

Тип заняття:комбінований урок.

Вид заняття: бесіда, пояснення з демонстрацією наочних посібників, вирішення завдань

Тривалість: 90 хвилин.

ЦІЛІ ЗАНЯТТЯ

Навчальні цілі:сформувати уявлення про роль та місце фізики в сучасній науковій картині світу; розуміння фізичної сутності спостережуваних у Всесвіті явищ через вивчення поняття самоіндукції, індуктивності, ЕРС самоіндукції, енергії магнітного поля; сприяти формуванню вміння володіти основними фізичними поняттями, впевнено користуватися фізичною термінологією та символікою. Сприяти формуванню вміння організовувати власну діяльність, вибирати типові методи та способи виконання вправ (ОК 2).

Розвиваючі цілі:розвивати інтерес до майбутньої професії, розуміння сутності та соціальної значущості (ОК 1), сприяти формуванню вміння вирішувати фізичні завдання.

Виховні цілі:сприяти розвитку комунікативних здібностей; створювати умови для розвитку швидкості сприйняття та переробки інформації, культури мови; формувати вміння працювати у колективі та команді (ОК 6).

Методи навчання: пояснювально-ілюстративний з використанням інформаційних технологій, репродуктивний

Місце проведення:аудиторія коледжу.

МОТИВАЦІЯ

Тема 3.14 «Самоіндукція. Індуктивність. ЕРС самоіндукції. Енергія магнітного поля» входить у програму з навчальної дисципліни «Фізика» та займає значне місце, т.к. знання, отримані щодо даної теми необхідні вивчення багатьох тем як у рамках програми з фізики, і щодо суміжних дисциплін (хімія, математика). Небезпека роботи з електроприладами полягає в тому, що струм, магнітне поле струму та напруга не мають зовнішніх ознак, які дозволили б людині за допомогою органів чуття (зору, слуху, нюху) виявити небезпеку, що загрожує, і вжити запобіжних заходів.

На це заняття відводиться 2 навчальні години. Під час комбінованого заняття проводиться актуалізація знань у формі усного опитування, з метою перевірки залишкових знань, необхідних щодо нового матеріалу; безпосереднє вивчення нового матеріалу; первинного закріплення нового матеріалу за допомогою розв'язання задач на цю тему. Контроль рівня засвоєння нового матеріалу проводиться у вигляді тестування студентів. Кожній освіченій людині необхідно безперервно поповнювати свої знання в галузі фізики, розвивати інтерес до майбутньої професії, розуміти сутність та соціальну значимість (ОК 1), навчитися організовувати свою діяльність, вміти обирати методи та способи виконання завдань та надалі оцінювати їх якість (ОК2), а також необхідно для майбутнього медичного працівника навчиться працювати у колективі та команді (ОК6).

ПРИКЛАДНА ХРОНОКАРТА КОМБІНОВАНОГО ЗАНЯТТЯ

	Найменування етапу	Час	Ціль етапу	Діяльність		Оснащення
				викладача	студентів
	Організаційний етап		Організація початку заняття, формування можливості організовувати свою діяльність (ОК 2).	Вітання. Перевірка готовності аудиторії. Зазначає відсутніх студентів у журналі.	Староста називає відсутніх студентів. Студенти приводять у відповідність зовнішній вигляд, готують робочі місця.	Журнал, зошити для конспектів.
	Контроль знань з попередньої теми		Оцінка рівня сформованості знань з попередньої теми. Розвиток грамотної мови учнів, самоконтроль своїх знань.	Інструктує та проводить контроль знань.	Повторюють домашнє завдання, відповідають усно.	Запитання для усного опитування. Додаток 1.
	Мотиваційний етап та цілепокладання		Розвиток інтересу до майбутньої професії, розуміння сутності та соціальної значущості (ОК 1), встановлення пріоритетів щодо теми.	Пояснює студентам важливість вивчення цієї теми, озвучує цілі заняття.	Слухають, запитують, записують нову тему в зошиті.	Методична розробка комбінованого заняття, мультимедійна презентація.
	Виклад вихідної інформації		Формування знань, розуміння сутності та соціальної значущості своєї майбутньої професії (ОК 1), Формування уявлення про роль та місце фізики в сучасній науковій картині світу; розуміння фізичної сутності спостережуваних у Всесвіті явищ через вивчення поняття самоіндукції, індуктивності, ЕРС самоіндукції, енергії магнітного поля; сприяти формуванню вміння володіти основними фізичними поняттями, впевнено користуватися фізичною термінологією та символікою.	Викладає новий матеріал, демонструє презентацію.	Слухають, читають матеріал на слайдах, записують.	Методична технологія (початковий матеріал), мультимедійне обладнання, мультимедійна презентація.
	Виконання завдань для закріплення знань		Закріплення, систематизація, узагальнення нових знань. Відпрацювати навичку вирішення завдань. Організація своєї діяльності, вибір типових методів і способів вирішення завдань, оцінка виконання (ОК2).	Інструктує та контролює виконання завдань, обговорює правильність відповідей, відповідає на запитання студентів.	Виконують завдання, слухають правильні відповіді після виконання, вносять корективи, запитують.
	Попередній контроль нових знань		Оцінка ефективності заняття та виявлення недоліків у нових знаннях.	Інструктує та проводить контроль.	Усно відповідають питання.	Питання попереднього контролю знань. Додаток 3.
	Підсумковий контроль. Взаємоперевірка		Закріплення матеріалу, формування вміння робити висновки, узагальнювати. Формування вміння працювати у команді (ОК6). Контроль засвоєння знань та вмінь учнів.	Контролює перебіг роботи. Контролює взаємоперевірку, пояснює критерії оцінки.	Працюють у малих групах, вирішують завдання за зразком (письмово). Надають виконане завдання, зіставляють відповіді з зразками, виставляють оцінки.	Контролюючий матеріал. Додаток 4. Слайд презентації з еталонами відповідей та критеріями позначки.
	Підбиття підсумків заняття		Розвиток емоційної стійкості, дисциплінованості, об'єктивності оцінки своїх дій, вміння працювати у колективі та команді (ОК6).	Оцінює роботу групи загалом. Оголошує оцінки, мотивує студентів, виокремлює найбільш підготовлених.	Слухають, беруть участь в обговоренні, запитують.	Журнал гурту.
	Завдання для самостійної позааудиторної роботи студентів			Дає завдання для самостійної позааудиторної роботи студентів, інструктує про правильність виконання, критерії оцінювання.	Записують завдання.	Слайд презентації з домашнім завданням.

ВИХІДНИЙ МАТЕРІАЛ

План викладу навчального матеріалу на тему

«Самоіндукція. Індуктивність. ЕРС самоіндукції. Енергія магнітного поля».

Самоіндукція.

Індуктивність.

ЕРС самоіндукції.

Енергія магнітного поля.

1. Самоіндукція- явище виникнення ЕРС індукції у провідному контурі за зміни у ньому сили струму. ЕРС, що виникає при цьому, називається ЕРС самоіндукції.

Прояв явища самоіндукції.

Замикання ланцюга.При замиканні електричної ланцюга наростає струм, що викликає у котушці збільшення магнітного потоку, виникає вихрове електричне полі, спрямоване проти струму, тобто. у котушці виникає ЕРС самоіндукції, що перешкоджає наростанню струму в ланцюзі (вихрове поле гальмує електрони).

В результаті Л1 спалахує пізніше,ніж Л2.

Розмикання ланцюга.

При розмиканні електричної ланцюга струм зменшується, виникає зменшення магнітного потоку в котушці, виникає вихрове електричне полі, спрямоване як струм (що прагне зберегти колишню силу струму), тобто. у котушці виникає ЕРС самоіндукції, що підтримує струм у ланцюзі. В результаті Л при вимкненні яскраво спалахує.

2.Індуктивність, або коефіцієнт самоіндукції - параметр електричного ланцюга, який визначає ЕРС самоіндукції, що наводиться в ланцюгу при зміні струму, що протікає по ній, або (і) її деформації. Терміном "індуктивність" позначають також котушку самоіндукції, яка визначає індуктивні властивості ланцюга.

Індуктивність- фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі за зміни сили струму на 1 А за 1 с.

Ф – магнітний потік через контур, I – сила струму в контурі.

Одиниця індуктивності у СІ генрі(Гн): [L] = [ ] = []= Гн; 1 Гн = 1
.

Індуктивність, як і електроємність, залежить від геометрії провідника - його розмірів та форми, але не залежить від сили струму у провіднику. Крім того, індуктивність залежить від магнітних властивостей середовища, в якому знаходиться провідник.

Індуктивність котушкизалежить від:

− числа витків,

− розмірів та форми котушки;

− від відносної магнітної проникності середовища (можливий сердечник).

Струми замикання та розмикання.

При будь-якому включенні та вимкненні струму в ланцюзі спостерігаються так звані екстратоки самоіндукції (екстратоки замикання та розмикання),що виникають у ланцюзі внаслідок явища самоіндукції і перешкоджають (відповідно до правила Ленца) наростання чи спадання струму в ланцюзі. Індуктивність характеризує інерційність ланцюга по відношенню до зміни в ній струму, і її можна розглядати як електродинамічний аналог маси тіла в механіці, що є мірою інертності тіла. При цьому сила струму відіграє роль швидкості тіла.

3. ЕРС самоіндукції.

Самоіндукція - виникнення ЕРС індукції у провідному контурі за зміни у ньому сили струму. ЕРС індукції виникає за зміни магнітного потоку. Якщо ця зміна викликається власним струмом, то говорять про ЕРС самоіндукції :

ε is =–
= -L ,

де L- індуктивність контуру, або його коефіцієнт самоіндукції.

4. Енергія магнітного поля струму.

Знайдемо енергію, якою володіє електричний струм у провіднику. Відповідно до закону збереження енергії енергія магнітного поля, створеного струмом, дорівнює тій енергії, яку має витратити джерело струму (гальванічний елемент, генератор на електростанції та ін) створення струму. При припиненні струму ця енергія виділяється у тій чи іншій формі.

З'ясуємо, чому для створення струму необхідно витратити енергію, тобто необхідно здійснити роботу. Пояснюється це тим, що при замиканні ланцюга, коли струм починає наростати, у провіднику з'являється вихрове електричне поле, що діє проти електричного поля, яке створюється у провіднику завдяки джерелу струму. Для того, щоб сила струму стала рівною I, джерело струму має здійснити роботу проти сил вихрового поля. Ця робота йде збільшення енергії магнітного поля струму.

При розмиканні ланцюга струм зникає і вихрове поле здійснює позитивну роботу. Запасена струмом енергія виділяється. Це виявляється по потужній іскрі, що виникає під час розмикання ланцюга з великою індуктивністю.

Записати вираз для енергії струму I, поточного ланцюга з індуктивністю L, (тобто для енергії магнітного поля струму), можна на підставі аналогії між інерцією і самоіндукцією, про яку йшлося вище.

Якщо самоіндукція аналогічна інерції, то індуктивність у процесі створення струму має відігравати ту ж роль, що і маса зі збільшенням швидкості тіла в механіці. Роль швидкості тіла у електродинаміці грає сила струму I як величина, що характеризує рух електричних зарядів.

Якщо це так, то енергію струму W м можна вважати величиною, подібною до кінетичної енергії тіла
у механіці, і записати у вигляді W м =
(**).

Саме такий вираз енергії струму і виходить у результаті розрахунків.

Енергія струму (**) виражена через геометричну характеристику провідника L і силу струму в ньому I. Але цю ж енергію можна виразити і через характеристики поля. Обчислення показують, що щільність енергії магнітного поля (тобто енергія одиниці об'єму) пропорційна квадрату магнітної індукції, подібно до того, як щільність енергії електричного поля пропорційна квадрату напруженості електричного поля.

Магнітне поле, створене електричним струмом, має енергію, прямо пропорційну квадрату сили струму.

Основні формули:

Закон Фарадея(Законом електромагнітної індукції): ε = -
,Де ΔФ - зміна магнітного потоку, Δt - проміжок часу, за яке ця зміна відбулася.

Явище самоіндукції полягаєу тому, що при зміні струму в ланцюзі виникає ЕРС, що протидіє цій зміні.

Магнітний потік Фчерез поверхню, обмежену контуром, прямо пропорційний силі струму I контурі: Ф = LI,

де L - Коефіцієнт пропорційності, званий індуктивністю.

ЕРС самоіндукціївиражається через зміну сили струму в ланцюзі ΔI наступною формулою:

ε = -
= -L де Δt - час, за який ця зміна відбулася.

Енергія магнітного поля W виражається формулою: W=

ДОДАТОК №1

КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ ПО ПОПЕРЕДНІЙ ТЕМІ (усно)

«Правило Ленца. Вихрові струми. Електромагнітна теорія Максвелла»

Правило Ленца.

Відповідь: Фарадей експериментально встановив, що при зміні магнітного потоку в провідному контурі виникає ЕРС індукції, що дорівнює швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром, взятою зі знаком мінус:

Ця формула зветься закону Фарадея.

Досвід показує, що індукційний струм, що збуджується в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку, завжди спрямований так, що магнітне поле, що створюється, перешкоджає зміні магнітного потоку, що викликає індукційний струм. Це твердження, сформульоване 1833 р., називається правилом Ленца.

Рис. 1 ілюструє правило Ленца з прикладу нерухомого провідного контуру, що у однорідному магнітному полі, модуль індукції якого збільшується у часі.

Правило Ленца відбиває той експериментальний факт, як і мають протилежні знаки (знак «мінус» у формулі Фарадея). Правило Ленца має глибоке фізичне значення – воно виражає закон збереження енергії.

Правило Ленца (закон Ленца)було встановлено Еге. X. Ленцем 1834 р. Воно уточнює закон електромагнітної індукції, відкритий 1831 р. М. Фарадеєм. Правило Ленца визначає напрямок індукційного струму в замкнутому контурі при його русі в зовнішньому магнітному полі.

Напрямок індукційного струму завжди такий, що сили, що випробовуються ним з боку магнітного поля, протидіють руху контуру, а створюваний цим струмом магнітний потік. Фiпрагне компенсувати зміни зовнішнього магнітного потоку Фe.

Закон Ленца є виразом закону збереження енергії для електромагнітних явищ. Дійсно, при русі замкнутого контуру в магнітному полі за рахунок зовнішніх сил необхідно виконати деяку роботу проти сил, що виникають в результаті взаємодії індукованого струму з магнітним полем і спрямованих у бік протилежний руху.

Правило Ленца ілюструють малюнок:

Якщо постійний магніт всунути в котушку, замкнуту на гальванометр, індукційний струм у котушці матиме такий напрямок, який створить магнітне поле з вектором В", спрямованим протилежно до вектора індукції поля магніту У, тобто виштовхуватиме магніт з котушки або перешкоджатиме його руху. При витягуванні магніту з котушки, навпаки, поле, створюване індукційним струмом, притягатиме котушку, тобто знову перешкоджатиме його руху.

Опишіть алгоритм застосування правила Ленца практично.

Відповідь:Для застосування правила Ленца з метою визначення напряму індукційного струму Ieу контурі необхідно дотримуватися таких рекомендацій:

1. Встановити напрямок ліній магнітної індукції зовнішнього магнітного поля.

2. З'ясувати, чи збільшується потік магнітної індукції цього поля через поверхню, обмежену контуром ( ΔФ 0), або зменшується ( ΔФ

3. Встановити напрямок ліній магнітної індукції магнітного поля індукційного струму Ii. Ці лінії мають бути спрямовані, згідно з правилом Ленца, протилежно лініям, якщо ΔФ 0, і мати однаковий з ними напрямок, якщо ΔФ

4. Знаючи напрямок ліній магнітної індукції , визначити напрямок індукційного струму Ii, користуючись правилом свердла.

3. У чому полягають причини зміни магнітного потоку (2 особи відповідають).

Відповідь:Зміна магнітного потоку, що пронизує замкнутий контур, може відбуватися з двох причин.

1. Магнітний потік змінюється внаслідок переміщення контуру або його частин у постійному магнітному полі. Це випадок, коли провідники, а разом із ними й вільні носії заряду, рухаються у магнітному полі. Виникнення ЕРС індукції пояснюється дією сили Лоренца на вільні заряди в провідниках, що рухаються. Сила Лоренца грає у разі роль сторонньої сили.

Розглянемо як приклад виникнення ЕРС індукції у прямокутному контурі, поміщеному в однорідне магнітне поле перпендикулярне площині контуру. Нехай одна із сторін контуру довжиною l ковзає зі швидкістю по двох інших сторонах (рис. 2).

На вільні заряди у цій ділянці контуру діє сила Лоренца. Одна зі складових цієї сили, пов'язана з переносною швидкістю зарядів, спрямована вздовж провідника. Ця складова вказана на рис. 1.20.3. Вона грає роль сторонньої сили. Її модуль дорівнює

За визначенням ЕРС

В інших нерухомих частинах контуру стороння сила дорівнює нулю. Співвідношенню для інд можна надати звичного вигляду. За час Δt площа контуру змінюється на ΔS = lυΔt. Зміна магнітного потоку за цей час дорівнює ΔΦ = BlυΔt. Отже,

Для того, щоб встановити знак у формулі, що зв'язує і потрібно вибрати узгоджені між собою за правилом правого свердла напрям нормалі і позитивний напрям обходу контуру як це зроблено на рис. 1.20.1 та 1.20.2. Якщо це зробити, то легко дійти формули Фарадея.

Якщо опір всього ланцюга дорівнює R, то по ньому протікатиме індукційний струм, що дорівнює . За час Δt на опорі R виділиться джоулеве тепло

Виникає питання: звідки береться ця енергія, адже сила Лоренца роботи не робить! Цей парадокс виник через те, що ми врахували роботу лише однієї складової сили Лоренца. При протіканні індукційного струму провідником, що знаходиться в магнітному полі, на вільні заряди діє ще одна складова сили Лоренца, пов'язана з відносною швидкістю руху зарядів уздовж провідника. Ця складова відповідальна за появу сили ампера. Для випадку, зображеного на рис. 1.20.3 модуль сили Ампера дорівнює FA = I B l. Сила Ампера спрямована назустріч руху провідника; тому вона здійснює негативну механічну роботу. За час Δt ця робота Aмех дорівнює

Провідник, що рухається в магнітному полі, по якому протікає індукційний струм, відчуває магнітне гальмування. Повна робота сили Лоренца дорівнює нулю. Джоулева тепло в контурі виділяється або за рахунок роботи зовнішньої сили, яка підтримує швидкість провідника незмінною, або за рахунок зменшення кінетичної енергії провідника.

2. Друга причина зміни магнітного потоку, що пронизує контур – зміна в часі магнітного поля при нерухомому контурі. І тут виникнення ЕРС індукції не можна пояснити дією сили Лоренца. Електрони в нерухомому провіднику можуть рухатися тільки електричним полем. Це електричне поле породжується магнітним полем, що змінюється в часі. Робота цього поля при переміщенні одиничного позитивного заряду замкненого контуру дорівнює ЕРС індукції в нерухомому провіднику. Отже, електричне поле, породжене магнітним полем, що змінюється, не є потенційним. Його називають вихровим електричним полем. Уявлення про вихрове електричне поле було введено у фізику великим англійським фізиком Джеймсом Максвеллом у 1861 р.

4. Опишіть виникнення електромагнітної індукції у нерухомих провідниках.

Відповідь: Явище електромагнітної індукції у нерухомих провідниках, що виникає при зміні навколишнього магнітного поля, також описується формулою Фарадея. Таким чином, явища індукції в рухомих і нерухомих провідниках протікають однаково, але фізична причина виникнення індукційного струму виявляється в цих двох випадках різною: у випадку провідників ЕРС, що рухаються, індукції обумовлена ​​силою Лоренца; у разі нерухомих провідників ЕРС індукції є наслідком на вільні заряди вихрового електричного поля, що виникає при зміні магнітного поля.

5. Опишіть застосування вихрових струмів на прикладі різних приладів.

Відповідь:

В Росії.

В електродвигуні при пропущенні струму з'являється момент, що обертає

Перший електродвигун сконструйований Якобі (1836).

Замкнуті струми, що виникають у суцільних провідних середовищах, називаються вихровими струмами або струмами Фуко– на ім'я французького вченого, що їх відкрив. Токи Фуко можуть бути як шкідливими (у сердечниках трансформаторів, частин генераторів і двигунів, що обертаються, струми Фуко викликають марне нагрівання), так і корисними (в індукційних печах для плавки металів або приготування їжі). При цьому тіло, що проводить (метал або їжа) фактично грає роль сердечника. Воно поміщається всередину котушки, через яку пропускається змінний струм високої частоти, що породжує всередині котушки змінне магнітне поле. А далі "працює" закон електромагнітної індукції. Змінне магнітне поле викликає появу індукційних струмів Фуко, які і розігрівають тіло, що проводить.

6. Опишіть основні тези електромагнітної теорії Максвелла.

Відповідь:Теорія Максвелла – це послідовна теорія єдиного електромагнітного поля, яке створюється довільною системою електричних зарядів та струмів. Теоретично Максвелла вирішується основне завдання електродинаміки: по заданому розподілу зарядів і струмів обчислюються характеристики створюваних ними електричного і магнітного полів. Теорія Максвелла - це узагальнення найважливіших законів, що описують електричні та магнітні явища: теореми Гаусса, закону повного струму, закону електромагнітної індукції.

Ця теорія не розглядає внутрішній механізм явищ, що відбуваються в середовищі та викликають появу електричних та магнітних полів. Середовище описується за допомогою трьох величин, що задають її електричні та магнітні властивості: відносної діелектричної проникності, відносної магнітної проникності та питомої електричної провідності.

Розглядаються макроскопічні поля, які створюються макроскопічними зарядами і струмами, зосередженими обсягами, багато великих обсягів атомів і молекул. Відстань від джерел полів до розглянутих точок простору набагато більше лінійних розмірів атомів і молекул. Тому макроскопічні поля змінюються помітно лише з відстанях, багато великих розмірів атомів.

Макроскопічні заряди та струми є сукупністю мікроскопічних зарядів та струмів, які створюють свої електричні та магнітні мікрополя. Ці мікрополя безперервно змінюються з часом у кожній точці простору. Макроскопічні поля – усереднені мікрополя.

Теорія Максвелла – теорія близькодії, за якою електричні і магнітні взаємодії здійснюються у вигляді електромагнітного поля і поширюються з кінцевою швидкістю, що дорівнює швидкості світла у цьому середовищі.

Критерії оцінювання:

Оцінка 5" -на поставлене запитання студент дав повну розгорнуту відповідь та відповів на додаткове запитання;

Оцінка «4» -на поставлене запитання студент дав повну розгорнуту відповідь, але не відповів на додаткове запитання;

Оцінка «3» -на поставлене запитання студент дав неповну відповідь та не зміг відповісти на додаткове запитання;

Оцінка «2» – не відповівна поставлене запитання.

ДОДАТОК №2

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ЗАКРІПЛЕННЯ І СИСТЕМАТИЗАЦІЇ НОВИХ ЗНАНЬ(писемно, не оцінюється)

Фізика 11 Різнорівневі самостійні та контрольні роботи А. Кирик Стор. 10 Середній рівень №1-6.

Еталони відповідей до завдань для закріплення та систематизації

Рівень / №
Середній рівень

ДОДАТОК № 3

ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПОПЕРЕДНЬОГО КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

(Усно, не оцінюється. Еталони відповідей до питань для попереднього контролю знань містяться у вихідному матеріалі)

Дайте визначення самоіндукції.

Опишіть випадки виникнення цього явища.

Сформулюйте визначення індуктивності.

Які одиниці вимірюють індуктивність?

Від яких параметрів залежить ця величина?

За якою формулою розраховується енергія магнітного поля?

ДОДАТОК №4

КОНТРОЛЮЮЧИЙ МАТЕРІАЛ (письмово)

Тест

Яке явище називається самоіндукцією?

А) явище виникнення ЕРС індукції у провідному контурі

Б) фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції

В) явище виникнення ЕРС індукції у контурі, що проводить, при зміні в ньому сили струму

Г) явище виникнення електричного струму в провідному контурі

Яка величина називається індуктивністю?

А) потік магнітної індукції через поверхню, обмежену контуром

Б) фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі за зміни сили струму на 1 А за 1 с.

В) фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції

3. Як називається одиниця виміру магнітної індуктивності?

4. За якою формулою обчислюється енергія магнітного поля?

А) W =

Б) ε = -
,

Як зміниться енергія магнітного поля, якщо силу струму в ланцюзі збільшити в 2 рази?

А) не зміниться

Б) зменшиться у 2 рази

В) збільшиться у 4 рази

Як зміниться енергія магнітного поля, якщо індуктивність контуру зменшити в 2 рази?

А) зменшиться у 4 рази

Б) збільшиться у 2 рази

В) не зміниться

Г) зменшиться у 2 рази

Еталони відповідей до завдань контролюючого матеріалу:

Номер завдання

Критерії оцінювання:

за 4 правильні відповіді – «3» бали;

за 5 правильних відповідей – «4» бали;

за 6 правильних відповідей – 5 балів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ ПОЗААУДИТОРНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТІВ

Ціль:Визначити обсяг інформації для самостійної роботи студента, звернути увагу до значних моментів.

Час для виконання завдання: 45 хвилин.

Г. Я. Мякішев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцький, Фізика. 11 клас. Підручник для загальноосвітніх установ (з додатком на електронному носії). Базовий та профільний рівні – М.: Просвітництво, 2011 р., с. 43-48, параграфи 15-17 прочитати, конспект вивчити; с. 50 упр. 2 (4).

Критерії оцінювання:

студент вивчив конспект – «3» бали;

студент прочитав параграфи та вивчив конспект, володіє інформацією з підручника – «4» бали;

студент вивчив конспект, володіє інформацією із підручника, виконав завдання – «5» балів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

Інфоурок Розробка відкритого уроку

Індуктивність
Одиниця індуктивності
Самоіндукція
Енергія магнітного поля

Індуктивність.Електричний струм, що проходить провідником, створює навколо нього магнітне поле. Магнітний потік Фчерез контур із цього провідника пропорційний модулю індукції магнітного поля всередині контуру, а індукція магнітного поля у свою чергу пропорційна силі струму у провіднику. Отже, магнітний потік через контур прямо пропорційний силі струму в контурі:

Ф = LI. (55.1)

Коефіцієнт пропорційності Lміж силою струму Iу контурі та магнітним потоком Ф, створюваним цим струмом, називається індуктивністю.Індуктивність залежить від розмірів та форми провідника, від магнітних властивостей середовища, в якому знаходиться провідник.

Одиниця індуктивності.За одиницю індуктивності у Міжнародній системі приймається генрі(Гн). Ця одиниця визначається на підставі формули (55.1):

Індуктивність контуру дорівнює 1 Гн, якщо при силі постійного струму 1 А магнітний потік через контур дорівнює 1 Вб:

Самоіндукція.При зміні сили струму в котушці відбувається зміна магнітного потоку, який створюється цим струмом. Зміна магнітного потоку, що пронизує котушку, має викликати появу ЕРС індукції в котушці. Явище виникнення ЕРС індукції в електричному ланцюзі в результаті зміни сили струму в цьому ланцюзі називається самоіндукцією.
Відповідно до правила Ленца ЕРС самоіндукції перешкоджає наростанню сили струму при включенні та зменшенні сили струму при вимиканні ланцюга.
Явище самоіндукції можна спостерігати, зібравши електричний ланцюг із котушки з великою індуктивністю, резистора, двох однакових ламп розжарювання та джерела струму (рис. 197).

Резистор повинен мати такий самий електричний опір, як і провід котушки. Досвід показує, що при замиканні ланцюга електрична лампа, послідовно включена з котушкою, спалахує трохи пізніше, ніж лампа, включена послідовно з резистором. Наростання струму в ланцюзі котушки при замиканні перешкоджає ЕРС самоіндукції, що виникає при зростанні магнітного потоку в котушці. При відключенні джерела струму спалахують обидві лампи. У цьому випадку струм у ланцюзі підтримується ЕРС самоіндукції, що виникає при зменшенні магнітного потоку в котушці.
ЕРС самоіндукції, що виникає в котушці з індуктивністю L, згідно із законом електромагнітної індукції дорівнює

ЕРС самоіндукції прямо пропорційна індуктивності котушки та швидкості зміни сили струму в котушці.
Використовуючи вираз (55.3), можна дати друге визначення одиниці індуктивності: елемент електричного ланцюга має індуктивність в 1 Гн, якщо при рівномірній зміні сили струму в ланцюгу на 1 А за 1 з в ньому виникає ЕРС самоіндукції 1 В.

Енергія магнітного поля.При відключенні котушки індуктивності від джерела струму лампа розжарювання, включена паралельно до котушки, дає короткочасний спалах. Струм у ланцюзі виникає під дією ЕРС самоіндукції. Джерелом енергії, що виділяється при цьому в електричному ланцюзі, є магнітне поле котушки.
Енергію магнітного поля котушки індуктивності можна обчислити в такий спосіб. Для спрощення розрахунку розглянемо такий випадок, коли після відключення котушки від джерела струм у ланцюзі зменшується з часом за лінійним законом. У цьому випадку ЕРС самоіндукції має постійне значення, що дорівнює

де t- проміжок часу, протягом якого сила струму в ланцюзі зменшується від початкового значення Iдо 0.
За час tпри лінійному спаданні сили струму від Iдо 0 в ланцюзі проходить електричний заряд:

тому робота електричного струму дорівнює

Ця робота здійснюється за рахунок енергії магнітного поля котушки.
Енергія магнітного поля котушки індуктивності дорівнює половині добутку її індуктивності на квадрат сили струму в ній:

(за матеріалами посібника "Фізика - довідкові матеріали" Кабардін О.Ф.)

План – конспект уроку

« Самоіндукція . І ндуктивність . Енергія магнітного поля струму»

Виконала студентка 5 курсу

групи ФМ-112

очної форми навчання

фізико-математичної освіти

Кежутіна Ольга Владиславівна

Дата проведення: 23.09.16

Володимир 2016

Тема урока: Самоіндукція . І ндуктивність .

Клас: «11б»

Тип уроку : урок засвоєння нових знань.

Вигляд уроку: урок-лекція.

Ціль : сформувати уявлення про те, що зміна сили струму в провіднику створює вихрову волю, яка може або прискорювати або гальмувати електрони, що рухаються; сформувати уявлення про енергію, якою володіє електричний струм у провіднику та енергії магнітного поля, створеного струмом.

Завдання:

Освітні: Повторити знання учнів про явище електромагнітної індукції, поглибити їх; на цій основі вивчити явище самоіндукції. Навчити використовувати закон електромагнітної індукції пояснення явищ.Ввести формулу для розрахунку енергії магнітного поля струму та поняття електромагнітного поля.

Виховні: Виховати інтерес до предмета, працьовитість та вміння уважно оцінювати відповіді товаришів, уміння працювати колективно та в парах.

Розвиваючі: Розвиток фізичного мислення учнів, розширення понятійного апарату учнів, формування умінь аналізувати інформацію, робити висновки зі спостережень та дослідів.

Обладнання:

Хід уроку:

Організаційний етап.

11.20 – 11.21

Здрастуйте, хлопці, сідайте.

Учні налаштовуються на урок.

Актуалізація знань.

11.22-11.28

Перевірка домашнього завдання, якщо в учнів виникли питання, то розбираємо їх.

Фронтальне опитування:

Яке поле називають вихровим електричним полем?

Що є джерелом вихрового поля?

Що таке струми Фуко? Наведіть приклади їхнього використання.

Від чого залежить ЕРС індукції, що виникає у провіднику, що рухається у змінному у часі магнітному полі?

Учні перевіряють домашнє завдання, відповідають на запитання:

Поле, яке породжуєзмінне у часі, магнітне поле.

Магнітне поле, що змінюється в часі.

Індукційні струми, що досягають у масивних провідниках великого числового значення, через те, що їх опір мало.

Від швидкості руху провідника у однорідному магнітному полі.

Зразкові питання:

4.Згадайте формулу, за якою можна знайти ЕРС індукції в провідниках, що рухаються.

Мотиваційний етап.

11.29-11.31

Основи електродинаміки було закладено Ампером 1820 року. Роботи Ампера надихнули багатьох інженерів на конструювання різних технічних пристроїв, таких як електродвигун (конструктор Б.С. Якобі), телеграф (С. Морзе), електромагніт, конструювання якого займався відомий американський вчений Генрі.

Джозеф Генрі прославився завдяки створенню серії унікальних потужних електромагнітів із підйомною силою від 30 до 1500 кг за власної маси магніту 10 кг. Створюючи різні електромагніти, 1832 року вчений відкрив нове явище в електромагнетизмі – явище самоіндукції. Саме цьому явищу присвячений цей урок.

Запис теми на дошці: « Самоіндукція . І ндуктивність . Енергія магнітного поля струму ».

Вивчення нового матеріалу.

11.32-11.45

Генрі винаходив плоскі котушки зі смугової міді, за допомогою яких домагався силових ефектів, виражених яскравіше, ніж при використанні дротяних соленоїдів. Вчений зауважив, що при знаходженні в ланцюзі потужної котушки струм у цьому ланцюзі досягає свого максимального значення набагато повільніше, ніж без котушки.

Досвід: На малюнку зображено електричну схему експериментальної установки, на основі якої можна продемонструвати явище самоіндукції. Електричний ланцюг складається із двох паралельно з'єднаних лампочок, підключених через ключ до джерела постійного струму. Послідовно з однією лампочкою підключена котушка. Після замикання ланцюга видно, що лампочка, яка з'єднана послідовно з котушкою, спалахує повільніше, ніж друга лампочка.

При відключенні джерела лампочка, підключена послідовно з котушкою, гасне повільніше, ніж друга лампочка.

Розглянемо процеси, що відбуваються в цьому ланцюгу при замиканні та розмиканні ключа.

1. Замикання ключа.

У ланцюзі знаходиться струмопровідний виток. Нехай струм у цьому витку тече проти годинникової стрілки. Тоді магнітне поле буде спрямоване нагору.

Таким чином, виток виявляється у просторі власного магнітного поля. При зростанні струму виток опиниться в просторі магнітного поля власного струму, що змінюється. Якщо струм зростає, створений цим струмом магнітний потік також зростає. Як відомо, при зростанні магнітного потоку, що пронизує площину контуру, в цьому контурі виникає електрорушійна сила індукції і, як наслідок, струм індукційний. За правилом Ленца цей струм буде спрямований таким чином, щоб своїм магнітним полем перешкоджати зміні магнітного потоку, що пронизує площину контуру.

Тобто, для розглянутого малюнку 4 витка індукційний струм повинен бути направлений за годинниковою стрілкою, тим самим перешкоджаючи наростанню власного струму витка. Отже, при замиканні ключа струм у ланцюгу зростає не миттєво, завдяки тому, що в цьому ланцюгу виникає індукційний струм, що гальмує, спрямований у протилежний бік.

2. Розмикання ключа.

При розмиканні ключа струм у ланцюзі зменшується, що призводить до зменшення магнітного потоку крізь площину витка. Зменшення магнітного потоку призводить до появи ЕРС індукції та індукційного струму. У цьому випадку індукційний струм спрямований у той самий бік, як і власний струм витка. Це призводить до уповільнення зменшення власного струму.

Висновок: при зміні струму у провіднику виникає електромагнітна індукція у цьому провіднику, що породжує індукційний струм, спрямований таким чином, щоб перешкоджати будь-якій зміні власного струму в провіднику. У цьому полягає суть явища самоіндукції. Самоіндукція – це окремий випадок електромагнітної індукції.

Самоіндукція - Це явище виникнення електромагнітної індукції в провіднику при зміні сили струму, що протікає крізь цей провідник.

Індуктивність. Модуль вектора індукції магнітного поля, створюваного струмом, пропорційний силі струму. Так як магнітний потік Ф пропорційний, то Ф ~ В ~ I.

Можна, отже, стверджувати, що

Ф = LI,

де L - коефіцієнт пропорційності між струмом у провідному контурі та магнітним потоком.

Величину L називають індуктивністю контуру, чи його коефіцієнтом самоіндукції.

Використовуючи закон електромагнітної індукції та отриманий вираз, отримуємо рівність

З формули випливає, щоіндуктивність - це фізична величина, чисельно рівна ЕРС самоіндукції, що виникає в контурі за зміни сили струму в ньому на 1 А за 1 с.

Індуктивність, подібно до електроємності, залежить від геометричних факторів: розмірів провідника та його форми, але не залежить безпосередньо від сили струму у провіднику. Крім геометрії провідника, індуктивність залежить від магнітних властивостей середовища, в якому знаходиться провідник.

Очевидно, що індуктивність одного дротяного витка менша, ніж у котушки (соленоїда), що складається з N таких же витків, так як магнітний потік котушки збільшується в N разів.

Одиницю індуктивності в СІ називають генрі (позначається Гн). Індуктивність провідника дорівнює 1 Гн, якщо в ньому при рівномірному зміні сили струму на 1 А за 1 з виникає ЕРС самоіндукції 1 В:

З явищем самоіндукції людина стикається щодня. Щоразу, включаючи чи вимикаючи світло, ми тим самим замикаємо або розмикаємо ланцюг, при цьому збуджуючи індукційні струми. Іноді ці струми можуть досягати таких великих величин, що всередині вимикача проскакує іскра, яку ми можемо побачити.

Аналогія між самоіндукцією та інерцією. Явище самоіндукції подібне до явища інерції в механіці. Так, інерція призводить до того, що під дією сили тіло не миттєво набуває певної швидкості, а поступово. Тіло не можна миттєво загальмувати, якою б великою силою не була гальмівна. Так само за рахунок самоіндукції при замиканні ланцюга сила струму не відразу набуває певного значення, а наростає поступово. Вимикаючи джерело, ми не припиняємо струм одразу. Самоіндукція підтримує його деякий час, незважаючи на опір ланцюга.

Для створення електричного струму і, отже, його магнітного поля необхідно виконати роботу проти сил електричного вихрового поля. Ця робота (згідно із законом збереження енергії) дорівнює енергії електричного струму або енергії магнітного поля струму.

Записати вираз енергії струмуI, поточного ланцюга з індуктивністюL, Т. е. для енергії магнітного поля струму, можна на підставі аналогії між інерцією та самоіндукцією.

Якщо самоіндукція аналогічна інерції, то індуктивність у процесі створення струму грає таку ж роль, як і маса зі збільшенням швидкості у механіці. Роль швидкості тіла у електродинаміці грає сила струму як величина, що характеризує рух електричних зарядів.

Тоді енергію струму можна вважати величиною подібної кінетичної енергії в механіці:

Енергія магнітного поля струму.

Відповідають питання, вступають у дискусію, роблять висновки, роблять записи у зошитах.

Закріплення вивченого матеріалу

11.46-11.56

Пропонує вирішити завдання:

Вирішують завдання біля дошки та на місцях.

Підведення підсумків. Домашнє завдання.

11.57-11.58

Виставлення та обґрунтування позначок. Запис та обговорення домашнього завдання.

Д/З: §14-16, № 932, 934, 938.

Записують домашнє завдання

Рефлексія

11.59-12.00

Організовується розмова з метою осмислення учасниками уроку своїх дій під час уроку.

Запитання:

1. Що нового ви дізналися на уроці?

2. Чи був зрозумілий матеріал уроку?

3. Чи сподобався вам урок?

Беруть участь у розмові

№931. Яка індуктивність контуру, якщо за сили струму 5 А ньому виникає магнітний потік 0,5 мВб?

№933. Знайти індуктивність провідника, у якому за рівномірному зміні сили струму на 2 А протягом 0,25 з збуджується ЕРС самоіндукції 20 мВ.

№937. У котушці індуктивністю 0,6 Гн сила струму дорівнює 20 А. Яка енергія магнітного поля цієї котушки? Як зміниться енергія поля, якщо сила струму зменшиться вдвічі?

№939. Знайти енергію магнітного поля соленоїда, у якому за силі струму 10 А виникає магнітний потік 0,5 Вб.

№932. Який магнітний потік виникає у контурі індуктивністю 0,2 мГн при силі струму 10 А?

№934. Яка ЕРС самоіндукції збуджується в обмотці електромагніту індуктивністю 0,4 Гн за рівномірної зміни сили струму в ній на 5 А за 0,02 с?

№938. Якою має бути сила струму в обмотці дроселя індуктивністю 0,5 Гн, щоб енергія поля дорівнювала 1 Дж?