Тема уроку. Самоіндукція. Індуктивність.

Мета. Розширити знання учнів про явище електромагнітної індукції. Ознайомити їх з однією із характеристик провідника – індуктивністю.

Обладнання: лампочки, котушка індуктивності, резистор, джерело струму, вимикач, провідники.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Хід уроку

Актуалізація опорних знань.

Математичний диктант:

1. Формула магнітного потоку:

2. Закон електромагнітної індукції:

3. Сила Лоренца:

4. ЕРС індукції в рухомих провідниках:

11. Пояснення нового матеріалу:

Явище електромагнітної індукції спостерігається в усіх випадках, коли змінюється магнітний потік через контур. Але провідник зі струмом знаходиться в власному магнітному полі, і якщо це поле змінюється, то в провіднику повинна збуджуватися ЕРС індукції. Власне магнітне поле провідника зі струмом залежить від сили струму в ньому, тому при зміні сили струму в колі в провіднику збуджується ЕРС. Виникнення ЕРС в деякому провіднику при зміні сили струму в ньому називаєтьсясамоіндукцією.

Мал. 2

роводимо дослід про існування явища самоіндукції. Нехай маємо розімкнене коло (Мал..1) складене з джерела постійного ЕРС і послідовно включених вимикача, лампочки і котушки. При замиканні кола лампочка загорається з певним запізненням, що пояснює виникнення в котушці ЕРС самоіндукції. За правилом Ленца при збільшенні сили струму в колі напруженість вихрового електричного поля направлена проти напруженості електричного поля джерела, відповідно, в такому випадку самоіндукція заважає зростанню сили струму в колі і відповідна сила постійного струму I0 встановлюється в колі не зразу, а поступово з часом (Мал..2).

Для спостереження явища самоіндукції при розмиканні кола зручно використовувати схему (Мал..3). при розмиканні кола вимикачем залишається замкнуте коло котушки і лампочки. Оскільки сила струму в котушці при розмиканні вимикача швидко зменшується (мал..4), то в ній виникає ЕРС самоіндукції, яка сповільнює швидкість зменшення сили струму. При цьому котушка на певний час стає джерелом енергії, підтримуючи силу струму в лампочці в момент розмикання кола сила струму в лампочці зменшується до нуля, і змінивши напрям стрибком зростає до значення, яке може значно підвищити силу струму в лампочці розмикання. Тому лампочка в момент розмикання кола може ярко спалахнути і навіть перегоріти. Струс самоіндукції, виникаючи в момент розмикання кола, модна спостерігати в вигляді іскри чи навіть дуги між проводом і трамвайною дугою, між ножами рубильників при їх виключенні .

Оскільки самоіндукція - частинний випадок явища електромагнітної індукції, то закон Фарадея можна застосувати і для визначення ЕРС самоіндукції. Нагадаємо, що магнітний потік, який пронизує площу, обмежену контуром, пропорційний силі струму. Справді,ф=BS, а магнітна індукція поля, створена струмом, пропорційна в всіх випадках силі струму, то В~І. Відповідно, можна стверджувати, що Ф=LІ (1), де L –коефіцієнт пропорційності між силою струму в контурі і створеним ним потоком магнітної індукції, який пронизує контур.

Коефіцієнт L називають індуктивністю провідника чи його коефіцієнта самоіндукції. Індуктивність провідника в даному середовищі визначається його розмірами і формою. У прямолінійному провіднику вона не велика, але значно зростає, якщо з нього зробити виток. Індуктивність котушки зросте пропорційно кількості його витків.

(1)

Якщо форма контуру не змінюється, то L=const і тоді

(2)

Таким чином, ЕРС самоіндукції в колі пропорційно швидкості зміни сили струму в такому колі.

Якщо то ε=-L, тобто індуктивність – це фізична величина, рівна ЕРС самоіндукції, яка виникає в контурі при зміні сили струму на 1А за 1с.

За одиницю індукції в СІ приймають Генрі (Гн). З формули видно, що Генрі – це індуктивність такого провідника, в якому при зміні сили струму на 1А за 1с виникає ЕРС самоіндукції в 1В.

Індуктивність провідника можна вирахувати, вимірюючи на досліді величини .

Індуктивність контуру можна розглядати як міру його “інертності” відносно зміни сили струму в котушці. В цьому розумінні індуктивність L контуру в електродинаміці грає роль, аналогічну масі тіла в механіці.

ЕРС самоіндукції, яка виникає при замиканні і розмиканні кола, може бути в деяких випадках значною. Чим більша індуктивність кола, тим більша ЕРС і сила струму самоіндукції. Ось чому при вимиканні вимикачів, які розмикають електричне коло з потужними електромагнітами, електродвигунами, трансформаторами та іншими приладами з великою індуктивністю, між їх ножами пролітає іскра, яка іноді може перейти в дуговий розряд і зіпсувати вимикач. Причиною цього являється виникнення в колі настільки більшою ЕРС самоіндукції, що між ножами вимикач пробиває повітряний проміжок. Для розімкнення таких плів користуються масляними вимикачами і застосовують інші міри безпеки. В лініях електропередач, навантажених великою індуктивністю, для термінового вимикання передбачені спеціальні автоматичні вимикачі, розміщені в окремих приміщеннях без людей і забезпечені іскрозатухаючими пристроями. Щоб попередити виникнення великих ЕРС самоіндукції, часто спочатку зменшують силу струму в колі, а потім повністю вимикають струм. По тій же причині не можна подачу електроенергії в великому цеху, де працюють багато станків, вимикають спільним рубільником. Спочатку потрібно вимкнути станки, а потім спільний рубільник, інакше може виникнути небезпека пробивання ізоляції обмоток електродвигуна.

ІІІ. Закріплення матеріалу.

1. На малюнку 4 зображено графік залежностіІ від t в котушці під час замикання і розмикання кола. В якому випадку сила струму змінюється швидше: під час замикання чи розмикання?

чи правильне твердження: електромагніт діє на мідну пластину?
Кількість витків у трьох обмотках однакова, однакова і довжина проводів. Який з цих провідників має найбільшу, а який – найменшу індуктивність?