Unterrichtsthema: „Das Phänomen der Selbstinduktion. Induktivität

Plan – Zusammenfassung der Lektion

« Selbstinduktion . UND Induktivität . Magnetfeldenergie aktuell"

Abgeschlossen von einem Studenten im 5. Jahr

FM-112-Gruppe

Vollzeitausbildung

Physik- und Mathematikunterricht

Kezhutina Olga Wladislawowna

Datum: 23.09.16

Wladimir 2016

Unterrichtsthema: Selbstinduktion . UND Induktivität .

Klasse: „11b“

Unterrichtsart : Lektion im Erlernen neuen Wissens.

Unterrichtsart: Unterrichtsvorlesung.

Ziel : Entwickeln Sie die Idee, dass eine Änderung der Stromstärke in einem Leiter eine Wirbelwelle erzeugt, die sich bewegende Elektronen entweder beschleunigen oder verlangsamen kann; Machen Sie sich eine Vorstellung von der Energie, die ein elektrischer Strom in einem Leiter besitzt, und der Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfelds.

Aufgaben:

Lehrreich: Wiederholen Sie das Wissen der Schüler über das Phänomen der elektromagnetischen Induktion und vertiefen Sie es. Untersuchen Sie auf dieser Grundlage das Phänomen der Selbstinduktion. Lehren Sie, das Gesetz der elektromagnetischen Induktion zur Erklärung von Phänomenen zu nutzen.Führen Sie eine Formel zur Berechnung der Energie des magnetischen Feldes eines Stroms und das Konzept eines elektromagnetischen Feldes ein.

Lehrreich: Interesse am Thema, Fleiß und die Fähigkeit, die Antworten der Kameraden sorgfältig zu bewerten, die Fähigkeit zur gemeinsamen und paarweisen Arbeit zu fördern.

Lehrreich: Entwicklung des körperlichen Denkens der Schüler, Erweiterung des konzeptionellen Apparats der Schüler, Bildung von Fähigkeiten zur Analyse von Informationen, zum Ziehen von Schlussfolgerungen aus Beobachtungen und Experimenten.

Ausrüstung:

Während des Unterrichts:

Organisationsphase.

11.20 – 11.21

Hallo Leute, setzt euch.

Die Schüler bereiten sich auf den Unterricht vor.

Wissen aktualisieren.

11.22-11.28

Wir prüfen die Hausaufgaben, wenn Schüler Fragen haben, klären wir diese.

Frontale Befragung:

Welches Feld wird als elektrisches Wirbelfeld bezeichnet?

Was ist die Quelle des Wirbelfeldes?

Was sind Foucault-Ströme? Nennen Sie Beispiele für deren Verwendung.

Was bestimmt die induzierte EMK, die in einem Leiter auftritt, der sich in einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld bewegt?

Die Schüler überprüfen ihre Hausaufgaben und beantworten Fragen:

Das Feld, das generiertzeitlich veränderliches Magnetfeld.

Zeitveränderliches Magnetfeld.

Induktionsströme erreichen in massiven Leitern große Zahlenwerte, da ihr Widerstand gering ist.

Über die Bewegungsgeschwindigkeit eines Leiters in einem gleichmäßigen Magnetfeld.

Beispielhafte Leitfragen:

4. Merken Sie sich die Formel, mit der Sie die induzierte EMK in bewegten Leitern ermitteln können.

Motivationsphase.

11.29-11.31

Die Grundlagen der Elektrodynamik wurden 1820 von Ampere gelegt. Amperes Arbeit inspirierte viele Ingenieure zum Entwurf verschiedener technischer Geräte, wie zum Beispiel eines Elektromotors (entworfen von B. S. Jacobi), eines Telegraphen (S. Morse) und eines Elektromagneten, der vom berühmten amerikanischen Wissenschaftler Henry entworfen wurde.

Joseph Henry wurde berühmt für die Entwicklung einer Reihe einzigartiger, leistungsstarker Elektromagnete mit einer Hubkraft von 30 bis 1500 kg bei einem Eigengewicht des Magneten von 10 kg. Bei der Entwicklung verschiedener Elektromagnete entdeckte der Wissenschaftler 1832 ein neues Phänomen im Elektromagnetismus – das Phänomen der Selbstinduktion. Diese Lektion ist diesem Phänomen gewidmet.

Schreiben Sie das Thema an die Tafel: „ Selbstinduktion . UND Induktivität . Aktuelle Magnetfeldenergie ».

Neues Material lernen.

11.32-11.45

Henry erfand Flachspulen aus Bandkupfer, mit deren Hilfe er stärkere Krafteffekte erzielte als mit Drahtmagneten. Der Wissenschaftler stellte fest, dass bei einer starken Spule im Stromkreis der Strom in diesem Stromkreis seinen Maximalwert viel langsamer erreicht als ohne Spule.

Erfahrung: Die Abbildung zeigt ein elektrisches Diagramm des Versuchsaufbaus, anhand dessen das Phänomen der Selbstinduktion demonstriert werden kann. Ein Stromkreis besteht aus zwei parallel geschalteten Glühbirnen, die über einen Schalter an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Eine Spule ist in Reihe mit einer der Glühbirnen geschaltet. Nach dem Schließen des Stromkreises ist zu erkennen, dass die Glühbirne, die in Reihe mit der Spule geschaltet ist, langsamer leuchtet als die zweite Glühbirne.

Wenn die Quelle ausgeschaltet ist, erlischt die mit der Spule in Reihe geschaltete Glühbirne langsamer als die zweite Glühbirne.

Betrachten wir die Vorgänge, die in diesem Stromkreis beim Schließen und Öffnen des Schlüssels ablaufen.

1. Schlüsselverschluss.

Im Stromkreis befindet sich eine stromdurchflossene Spule. Lassen Sie den Strom in dieser Windung gegen den Uhrzeigersinn fließen. Dann wird das Magnetfeld nach oben gerichtet.

Dadurch landet die Spule im Raum ihres eigenen Magnetfeldes. Wenn der Strom zunimmt, befindet sich die Spule im Raum eines sich ändernden Magnetfelds ihres eigenen Stroms. Wenn der Strom zunimmt, nimmt auch der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluss zu. Wie bekannt ist, entsteht mit einer Zunahme des magnetischen Flusses, der die Ebene des Stromkreises durchdringt, in diesem Stromkreis eine elektromotorische Induktionskraft und infolgedessen ein Induktionsstrom. Nach der Lenzschen Regel wird dieser Strom so gelenkt, dass sein Magnetfeld eine Änderung des magnetischen Flusses verhindert, der die Ebene des Stromkreises durchdringt.

Das heißt, für die in Abbildung 4 betrachtete Windung sollte der Induktionsstrom im Uhrzeigersinn gerichtet sein, um so den Anstieg des Eigenstroms der Windung zu verhindern. Wenn der Schlüssel geschlossen ist, steigt der Strom im Stromkreis daher nicht sofort an, da in diesem Stromkreis ein Bremsinduktionsstrom auftritt, der in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.

2. Öffnen des Schlüssels.

Wenn der Schalter geöffnet wird, nimmt der Strom im Stromkreis ab, was zu einer Verringerung des magnetischen Flusses durch die Spulenebene führt. Eine Abnahme des magnetischen Flusses führt zum Auftreten einer induzierten EMK und eines induzierten Stroms. In diesem Fall ist der induzierte Strom in die gleiche Richtung gerichtet wie der Eigenstrom der Spule. Dies führt zu einem langsameren Abfall des Eigenstroms.

Abschluss: Wenn sich der Strom in einem Leiter ändert, kommt es in demselben Leiter zu einer elektromagnetischen Induktion, die einen induzierten Strom erzeugt, der so gerichtet ist, dass sich der eigene Strom im Leiter nicht ändert. Dies ist die Essenz des Phänomens der Selbstinduktion. Die Selbstinduktion ist ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion.

Selbstinduktion - Dies ist das Phänomen des Auftretens elektromagnetischer Induktion in einem Leiter, wenn sich die Stärke des durch diesen Leiter fließenden Stroms ändert.

Induktivität. Die Größe des Induktionsvektors B des durch den Strom erzeugten Magnetfelds ist proportional zur Stromstärke. Da der magnetische Fluss Ф proportional zu B ist, gilt Ф ~ В~ I.

Man kann daher argumentieren

Ф = LI,

wobei L der Proportionalitätskoeffizient zwischen dem Strom im Stromkreis und dem magnetischen Fluss ist.

Der Wert von L wird als Induktivität des Stromkreises oder als sein Selbstinduktivitätskoeffizient bezeichnet.

Mit dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion und dem daraus resultierenden Ausdruck erhalten wir die Gleichheit

Aus der Formel folgt dasInduktivität ist eine physikalische Größe, die numerisch der selbstinduktiven EMK entspricht, die in einem Stromkreis auftritt, wenn sich der Strom darin in 1 s um 1 A ändert.

Die Induktivität hängt wie die elektrische Kapazität von geometrischen Faktoren ab: der Größe des Leiters und seiner Form, hängt jedoch nicht direkt von der Stromstärke im Leiter ab. Neben der Geometrie des Leiters hängt die Induktivität von den magnetischen Eigenschaften der Umgebung ab, in der sich der Leiter befindet.

Offensichtlich ist die Induktivität einer Drahtwindung geringer als die einer Spule (Solenoid), die aus N ähnlichen Windungen besteht, da der magnetische Fluss der Spule N-mal zunimmt.

Die SI-Einheit der Induktivität heißt Henry (bezeichnet mit Gn). Die Induktivität eines Leiters ist gleich 1 H, wenn bei einer gleichmäßigen Änderung der Stromstärke um 1 A in 1 s in ihm eine selbstinduktive EMK von 1 V entsteht:

Menschen begegnen dem Phänomen der Selbstinduktion täglich. Jedes Mal, wenn wir das Licht ein- oder ausschalten, schließen oder öffnen wir dadurch den Stromkreis und regen dadurch Induktionsströme an. Manchmal können diese Ströme so hohe Werte erreichen, dass im Inneren des Schalters ein Funke überspringt, was wir sehen können.

Analogie zwischen Selbstinduktion und Trägheit. Das Phänomen der Selbstinduktion ähnelt dem Phänomen der Trägheit in der Mechanik. Trägheit führt also dazu, dass ein Körper unter Krafteinwirkung nicht sofort, sondern allmählich eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht. Der Körper kann nicht sofort abgebremst werden, egal wie groß die Bremskraft ist. Ebenso nimmt die Stromstärke aufgrund der Selbstinduktion beim Schließen des Stromkreises nicht sofort einen bestimmten Wert an, sondern steigt allmählich an. Durch das Abschalten der Quelle unterbrechen wir den Strom nicht sofort. Durch Selbstinduktion wird es trotz des Widerstands des Stromkreises für einige Zeit aufrechterhalten.

Um einen elektrischen Strom und damit sein Magnetfeld zu erzeugen, muss Arbeit gegen die Kräfte des elektrischen Wirbelfelds verrichtet werden. Diese Arbeit ist (gemäß dem Energieerhaltungssatz) gleich der Energie des elektrischen Stroms oder der Energie des Magnetfelds des Stroms.

Schreiben Sie den Ausdruck für die aktuelle Energie aufICH, fließt durch einen Stromkreis mit InduktivitätL, also für die Energie des Magnetfeldes des Stromes, ist aufgrund der Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion möglich.

Wenn Selbstinduktion analog zur Trägheit ist, dann spielt die Induktivität bei der Stromerzeugung die gleiche Rolle wie die Masse in der Mechanik, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. Die Rolle der Körpergeschwindigkeit in der Elektrodynamik spielt die Stromstärke als Größe, die die Bewegung elektrischer Ladungen charakterisiert.

Dann kann die aktuelle Energie als ein der kinetischen Energie in der Mechanik ähnlicher Wert betrachtet werden:

Aktuelle Magnetfeldenergie.

Sie beantworten Fragen, beteiligen sich an Diskussionen, ziehen Schlussfolgerungen und machen sich Notizen in Notizbüchern.

Vertiefung des Gelernten

11.46-11.56

Angebote zur Lösung des Problems:

Lösen Sie Probleme an der Tafel und vor Ort.

Zusammenfassend. Hausaufgaben.

11.57-11.58

Vergabe und Begründung von Noten. Hausaufgaben aufzeichnen und besprechen.

D/Z: §14-16, Nr. 932, 934, 938.

Schreiben Sie Hausaufgaben auf

Betrachtung

11.59-12.00

Damit die Unterrichtsteilnehmer ihre eigenen Handlungen während des Unterrichts verstehen, wird ein Gespräch organisiert.

Fragen:

1. Was haben Sie im Unterricht Neues gelernt?

2. War der Unterrichtsstoff klar?

3. Hat Ihnen die Lektion gefallen?

Beteiligen Sie sich am Gespräch

№931. Wie groß ist die Induktivität des Stromkreises, wenn bei einer Stromstärke von 5 A ein magnetischer Fluss von 0,5 mWb darin auftritt?

№933. Finden Sie die Induktivität eines Leiters, in dem bei einer gleichmäßigen Änderung der Stromstärke um 2 A für 0,25 s eine selbstinduktive EMK von 20 mV erregt wird.

№937. In einer Spule mit einer Induktivität von 0,6 H beträgt der Strom 20 A. Welche Energie hat das Magnetfeld dieser Spule? Wie verändert sich die Feldenergie, wenn die Stromstärke halbiert wird?

№939. Bestimmen Sie die Energie des Magnetfeldes eines Elektromagneten, in dem bei einem Strom von 10 A ein magnetischer Fluss von 0,5 Wb auftritt.

№932. Welcher magnetische Fluss tritt in einem Stromkreis mit einer Induktivität von 0,2 mH bei einem Strom von 10 A auf?

№934. Welche selbstinduktive EMK wird in der Wicklung eines Elektromagneten mit einer Induktivität von 0,4 H erregt, wenn sich der Strom darin in 0,02 s gleichmäßig um 5 A ändert?

№938. Wie groß muss der Strom in der Wicklung einer Drossel mit einer Induktivität von 0,5 H sein, damit die Feldenergie 1 J beträgt?

Der Zweck der Lektion: Entwickeln Sie die Idee, dass eine Stromänderung in einem Leiter einen Wirbel erzeugt, der sich bewegende Elektronen entweder beschleunigen oder verlangsamen kann.

Während des Unterrichts

Hausaufgabenkontrolle durch Einzelbefragung

1. Besorgen Sie sich eine Formel zur Berechnung der elektromotorischen Induktionskraft für einen Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt.

2. Leiten Sie eine Formel zur Berechnung der elektromotorischen Induktionskraft mithilfe des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion her.

3. Wo wird ein elektrodynamisches Mikrofon eingesetzt und wie ist es aufgebaut?

4. Aufgabe. Der Widerstand der Drahtspule beträgt 0,03 Ohm. Der magnetische Fluss nimmt innerhalb der Spule um 12 mWb ab. Welche elektrische Ladung fließt durch den Querschnitt der Spule?

Lösung. ξi=ΔФ/Δt; ξi= Ii·R; Ii =Δq/Δt; ΔФ/Δt = Δq R/Δt; Δq = ΔФΔt/ RΔt; Δq= ΔФ/R;

Neues Material lernen

1. Selbstinduktion.

Wenn ein Wechselstrom durch einen Leiter fließt, erzeugt er im selben Leiter eine induzierte EMK – das ist ein Phänomen

Selbstinduktion. Der leitende Stromkreis spielt eine doppelte Rolle: Durch ihn fließt Strom, und durch diesen Strom wird in ihm eine induzierte EMK erzeugt.

Basierend auf der Lenz-Regel; Wenn der Strom zunimmt, ist die Stärke des elektrischen Wirbelfelds gegen den Strom gerichtet, d. h. verhindert dessen Zunahme.

Wenn der Strom abnimmt, wird er durch das Wirbelfeld aufrechterhalten.

Schauen wir uns ein Diagramm an, das zeigt, dass die aktuelle Stärke einen bestimmten Wert erreicht

Werte allmählich, im Laufe der Zeit.

Demonstration von Experimenten mit Schaltkreisen. Anhand des ersten Stromkreises zeigen wir, wie die induzierte EMK aussieht, wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Beim Schließen des Schlüssels leuchtet die erste Lampe sofort auf, die zweite mit Verzögerung, aufgrund der großen Selbstinduktion im Stromkreis, der von der Spule mit dem Kern erzeugt wird.

Anhand des zweiten Stromkreises werden wir das Auftreten einer induzierten EMK beim Öffnen des Stromkreises demonstrieren.

Im Moment des Öffnens fließt ein Strom durch das Amperemeter, der dem Anfangsstrom entgegengerichtet ist.

Beim Öffnen kann der Strom den ursprünglichen Stromwert überschreiten. Dies bedeutet, dass die Selbstinduktions-EMK größer sein kann als die EMK der Stromquelle.

Zeichnen Sie eine Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion

Induktivität.

Der magnetische Fluss ist proportional zur Größe der magnetischen Induktion und der Stromstärke. F~B~I.

Ф= L I; wobei L der Proportionalitätskoeffizient zwischen Strom und magnetischem Fluss ist.

Dieser Koeffizient wird oft genannt Schaltungsinduktivität oder Selbstinduktionskoeffizient.

Unter Verwendung der Größe der Induktivität kann das Gesetz der elektromagnetischen Induktion wie folgt geschrieben werden:

ξis= – ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt

Die Induktivität ist eine physikalische Größe, die numerisch der selbstinduktiven EMK entspricht, die im Stromkreis auftritt, wenn sich der Strom in 1 s um 1 A ändert.

Die Induktivität wird in Henry (H) 1 H = 1 V s/A gemessen

Zur Bedeutung der Selbstinduktion in der Elektro- und Funktechnik.

Fazit: Wenn ein sich ändernder Strom durch einen Leiter fließt, entsteht ein elektrisches Wirbelfeld.

Das Wirbelfeld bremst freie Elektronen, wenn der Strom zunimmt, und hält sie aufrecht, wenn er abnimmt.

Konsolidierung des untersuchten Materials.

– Wie lässt sich das Phänomen der Selbstinduktion erklären?

– Zeichnen Sie eine Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion.

– Was ist die Induktivität eines Stromkreises, in welchen Einheiten wird die Induktivität gemessen?

- Aufgabe. Bei einem Strom von 5 A entsteht im Stromkreis ein magnetischer Fluss von 0,5 mWb. Wie hoch wird die Induktivität des Stromkreises sein?

Lösung. ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt; L = ΔФ/ΔI; L =1 ·10-4H

Fassen wir die Lektion zusammen

Hausaufgaben: §15, rep. §13, Bsp. 2 Nr. 10

Ziel der Lektion: das quantitative Gesetz der elektromagnetischen Induktion formulieren; Die Schüler müssen verstehen, was magnetische Induktions-EMK ist und was magnetischer Fluss ist. Fortschritt der Lektion Hausaufgaben überprüfen...
Der Zweck des Unterrichts: Den Schülern eine Vorstellung davon zu vermitteln, dass es nur in einem Wechselstromkreis Widerstände gibt – dies sind kapazitive und induktive Reaktanzen. Fortschritt der Lektion Hausaufgaben überprüfen...
Der Zweck der Lektion: sich eine Vorstellung von der Energie zu machen, die ein elektrischer Strom in einem Leiter besitzt, und von der Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfelds. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben durch Tests überprüfen...
Ziel der Lektion: Einführung in das Konzept der elektromotorischen Kraft; Ermitteln Sie das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis. Schaffen Sie bei den Schülern eine Vorstellung vom Unterschied zwischen EMK, Spannung und Potentialdifferenz. Fortschritt...
Der Zweck des Unterrichts: Den Schülern eine Vorstellung vom aktiven Widerstand in einem Wechselstromkreis und dem Effektivwert von Strom und Spannung zu vermitteln. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben überprüfen...
Ziel der Lektion: das Konzept zu entwickeln, dass induzierte EMK entweder in einem stationären Leiter auftreten kann, der sich in einem sich ändernden Magnetfeld befindet, oder in einem sich bewegenden Leiter, der sich in einem konstanten Magnetfeld befindet...
Zweck der Lektion: herauszufinden, wie es zur Entdeckung der elektromagnetischen Induktion kam; Das Konzept der elektromagnetischen Induktion prägt die Bedeutung von Faradays Entdeckung für die moderne Elektrotechnik. Unterrichtsfortschritt 1. Analyse des Tests...
Zweck der Lektion: Betrachtung des Aufbaus und der Funktionsweise von Transformatoren; Beweise dafür liefern, dass elektrischer Strom niemals eine so weit verbreitete Verwendung gehabt hätte, wenn ...
Zweck der Lektion: herauszufinden, was die induzierte EMK in bewegten Leitern verursacht, die in einem konstanten Magnetfeld angeordnet sind; Führen Sie die Schüler zu dem Schluss, dass eine Kraft auf Ladungen einwirkt ...
Der Zweck des Unterrichts: Kontrolle der Aufnahme des untersuchten Themas durch die Schüler, Entwicklung des logischen Denkens, Verbesserung der Rechenfähigkeiten. Fortschritt des Unterrichts: Organisation der Schüler zum Absolvieren des Tests Option 1 Nr. 1. Phänomen...
Der Zweck des Unterrichts: den Schülern eine Vorstellung vom elektrischen und magnetischen Feld als Ganzes zu vermitteln – dem elektromagnetischen Feld. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben durch Tests überprüfen...
Der Zweck des Unterrichts besteht darin, das Wissen der Schüler über das untersuchte Thema zu testen und ihre Fähigkeiten bei der Lösung von Problemen verschiedener Art zu verbessern. Fortschritt der Lektion. Überprüfung der Hausaufgaben. Die Antworten der Schüler basieren auf dem, was sie zu Hause vorbereitet haben.
Der Zweck der Lektion: Wissen zum behandelten Thema zu wiederholen und zusammenzufassen; Verbessern Sie die Fähigkeit, logisch zu denken, zu verallgemeinern und qualitative und rechnerische Probleme zu lösen. Fortschritt der Lektion Hausaufgabenkontrolle 1....
Zweck des Unterrichts: den Schülern zu beweisen, dass freie elektromagnetische Schwingungen in einem Stromkreis keine praktische Anwendung haben; Es werden kontinuierlich erzwungene Schwingungen eingesetzt, die in der Praxis breite Anwendung finden. Fortschritt...
Zweck der Lektion: das Konzept des magnetischen Induktionsmoduls und der Amperekraft zu bilden; in der Lage sein, Probleme zur Bestimmung dieser Größen zu lösen. Fortschritt der Lektion Hausaufgabenkontrolle mit der Einzelmethode...

Lektion Nr. 46-169

Selbstinduktion- das Phänomen des Auftretens einer induzierten EMK in einem leitenden Stromkreis, wenn sich die Stromstärke darin ändert. Die resultierende EMK wird aufgerufen Selbstinduzierte EMK.

Manifestation des Phänomens der Selbstinduktion.

Den Stromkreis schließen. Wenn im Stromkreis ein Kurzschluss auftritt, erhöht sich der Strom, was zu einer Erhöhung des magnetischen Flusses in der Spule führt, und es entsteht ein elektrisches Wirbelfeld, das gegen den Strom gerichtet ist, d.h. In der Spule entsteht eine Selbstinduktions-EMK, die den Stromanstieg im Stromkreis verhindert (das Wirbelfeld hemmt die Elektronen).

Als Ergebnis L1 leuchtet später auf als L2.

Offener Kreislauf.

Wenn der Stromkreis geöffnet wird, nimmt der Strom ab, der magnetische Fluss in der Spule nimmt ab und es entsteht ein elektrisches Wirbelfeld, das wie ein Strom ausgerichtet ist (versucht, die gleiche Stromstärke aufrechtzuerhalten), d. h. In der Spule entsteht eine selbstinduzierte EMK, die den Strom im Stromkreis aufrechterhält. Dadurch blinkt L im ausgeschalteten Zustand hell.

Induktivität oder Selbstinduktionskoeffizient – ein Parameter eines Stromkreises, der die Selbstinduktions-EMK bestimmt, die im Stromkreis induziert wird, wenn sich der durch ihn fließende Strom ändert und/oder sich verformt. Der Begriff „Induktivität“ bezieht sich auch auf eine Selbstinduktionsspule, die die induktiven Eigenschaften des Stromkreises bestimmt.

Selbstinduktion - das Auftreten einer induzierten EMK in einem leitenden Stromkreis, wenn sich die Stromstärke darin ändert. Eine induzierte EMK entsteht, wenn sich der magnetische Fluss ändert. Wenn diese Änderung durch den eigenen Strom verursacht wird, spricht man von selbstinduzierter EMK:

ε ist =–
= –L ,

Wo L - Schaltungsinduktivität oder deren KoeffizientSelbstinduktionszit.

Induktivität- eine physikalische Größe, die numerisch der Selbstinduktions-EMK entspricht, die im Stromkreis auftritt, wenn sich der Strom in 1 s um 1 A ändert.

F – magnetischer Fluss durch den Stromkreis, I – Stromstärke im Stromkreis.SI-Einheit der InduktivitätHenry(Gn): [ L] = [

] = [

]= Gn; 1 Gn = 1

Die Induktivität hängt wie die elektrische Kapazität von der Geometrie des Leiters – seiner Größe und Form – ab, hängt jedoch nicht von der Stromstärke im Leiter ab. Darüber hinaus hängt die Induktivität von den magnetischen Eigenschaften der Umgebung ab, in der sich der Leiter befindet.

Spuleninduktivität hängt von der:

− Anzahl der Windungen,

− Spulengröße und -form;

− von der relativen magnetischen Permeabilität des Mediums (möglicherweise eines Kerns).

Schließ- und Öffnungsströme Immer wenn der Strom im Stromkreis ein- und ausgeschaltet wird, sog zusätzliche Selbstinduktionsströme (zusätzliche Schließungsströme und Zeiten).muhen), entstehen in einem Stromkreis aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion und verhindern (gemäß der Lenz-Regel) einen Anstieg oder Abfall des Stroms im Stromkreis. Die Induktivität charakterisiert die TrägheitStromkreis in Bezug auf die Änderung des Stroms in ihm und seinekann als elektrodynamisch betrachtet werdenAnalogon der Körpermasse in der Mechanik, die ein Maß istKörperträgheit. In diesem Fall die aktuelle Stärke ICH spielt die Rolle der Körpergeschwindigkeit. Aktuelle Magnetfeldenergie. Lassen Sie uns die Energie ermitteln, die der elektrische Strom im Leiter besitzt. Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes gleich der Energie, die die Stromquelle (galvanische Zelle, Generator in einem Kraftwerk usw.) aufwenden muss, um den Strom zu erzeugen. Wenn der Strom stoppt, wird diese Energie in der einen oder anderen Form freigesetzt. Lassen Sie uns herausfinden, warum es notwendig ist, Energie aufzuwenden, um einen Strom zu erzeugen, d. h. Arbeit zu verrichten. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass beim Schließen des Stromkreises, wenn der Strom ansteigt, im Leiter ein elektrisches Wirbelfeld entsteht, das dem elektrischen Feld entgegenwirkt, das im Leiter aufgrund der Stromquelle erzeugt wird. Damit der Strom gleich wird I, die Stromquelle muss gegen die Kräfte des Wirbelfeldes arbeiten. Diese Arbeit dient dazu, die Energie des Magnetfelds des Stroms zu erhöhen.

Wenn der Stromkreis geöffnet wird, verschwindet der Strom und das Wirbelfeld verrichtet positive Arbeit. Die im Strom gespeicherte Energie wird freigesetzt. Dies wird durch einen starken Funken erkannt, der entsteht, wenn ein Stromkreis mit hoher Induktivität geöffnet wird.

I, der durch einen Stromkreis mit der Induktivität L fließt (d. h. für die Energie des Magnetfelds des Stroms), kann auf der oben diskutierten Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion basieren. W m kann als eine Größe betrachtet werden, die der kinetischen Energie eines Körpers ähnelt

in der Mechanik, und schreiben Sie es in der Form W m =

(**) L, und die Stromstärke darin ist I. Dieselbe Energie kann aber auch durch die Eigenschaften des Feldes ausgedrückt werden. Berechnungen zeigen, dass die Energiedichte des Magnetfelds (d. h. die Energie pro Volumeneinheit) proportional zum Quadrat der magnetischen Induktion ist, ebenso wie die Energiedichte des elektrischen Felds proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke ist.

Das durch einen elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld hat eine Energie, die direkt proportional zum Quadrat des Stroms ist.

5. Ein Strom von 3 A fließt in eine Spule mit einem Widerstand von 2 Ohm. Die Induktivität der Spule beträgt 50 mH. Wie hoch wird die Spannung an den Spulenanschlüssen sein, wenn der Strom darin gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit von 200 ansteigt? ?

Lektion Nr. 46-169 Selbstinduktion. Induktivität. Aktuelle Magnetfeldenergie. D/z:§15; § 161. Selbstinduktion– das Phänomen des Auftretens von EMF in einem leitenden Stromkreis, wenn sich die Stromstärke darin ändert. Die dabei entstehende EMK wird als selbstinduzierte EMK bezeichnet.Nach der Lenzschen Regel ist in dem Moment, in dem der Strom zunimmt, die Intensität des elektrischen Wirbelfeldes gegen den Strom gerichtet, d.h. Das Wirbelfeld verhindert, dass der Strom ansteigt. Und in dem Moment, in dem der Strom abnimmt, wird er vom Wirbelfeld unterstützt.

Das Phänomen der Selbstinduktion kann in einfachen Experimenten beobachtet werden.

MIT Diagramm der Parallelschaltung zweier identischer Lampen. Einer von ihnen ist über einen Widerstand mit der Quelle verbundenR , A der andere - in Reihe mit der Spule L, ausgestattet mit einem Eisenkern.

P
Beim Schließen des Schlüssels blinkt die erste Lampe fast sofort und die zweite – mit spürbarer Verzögerung. Die selbstinduktive EMK im Stromkreis dieser Lampe ist groß und die Stromstärke erreicht nicht sofort ihren Maximalwert (Abb.).

Das Auftreten von Selbstinduktions-EMF beim Öffnen:

Wenn der Schlüssel in der Spule geöffnet wirdL herumfummeln zeigt die selbstinduzierte EMK, die den Anfang aufrechterhältny aktuell. Dadurch fließt im Moment des Öffnens ein Strom durch das Galvanometer (von R nach A ), gerichtet gegenAnfangsstrom vor dem Öffnen ( ICH zum Amperemeter). GewaltStrom beim Öffnen des Stromkreises kann die Stromstärke überschreiten,

Durchlaufen des Galvanometers bei geschlossenem Schalter.Dies bedeutet, dass die selbstinduzierte EMKε IST . mehr EMK ε ba Behälter mit Elementen.

2. Induktivität. Induktionsvektormodul Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld ist proportional zur Stärke des Stroms. Da der magnetische Fluss Ф proportional ist , dann F ~ B~ ICH. Es kann argumentiert werden, dass Ф=LI, (1)

wo L - Proportionalitätskoeffizient zwischen dem Strom im Stromkreis und dem magnetischen Fluss. Der Wert von L angerufen Schaltungsinduktivität, oder er KoeffizientVolumen der Selbstinduktion.

Unter Verwendung des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion und des Ausdrucks (1) erhalten wir die Gleichheit

ε IST = -= - L (2), wenn wir davon ausgehen, dass die Form der Kontur durchgehend unverändert bleibtDer Strom ändert sich nur aufgrund von Änderungen der Stromstärke.Aus Formel (2) folgt dasInduktivität - Das ist fi ische Größe, numerisch gleich der Selbstinduktions-EMK, entsteht im Stromkreis, wenn sich die Stromstärke darin ändert 1 A für 1 s.

Die Induktivität hängt von geometrischen Faktoren ab: der Größe des Leiters und seiner Form, hängt jedoch nicht direkt von der Stromstärke im Leiter ab. Neben der Geometrie des Leiters hängt die Induktivität von den magnetischen Eigenschaften der Umgebung ab, in der sich der Leiter befindet.

Die Induktivität einer Drahtwindung ist geringer als die einer Spule (Solenoid), die aus N gleichen Windungen besteht, da der magnetische Fluss der Spule um zunimmt N-mal.

Die SI-Einheit der Induktivität wird aufgerufen Henry(bezeichnet mit Gn). Die Leiterinduktivität ist gleich 1 Gn, Wenndarin mit einer gleichmäßigen Änderung der Stromstärke durch 1 A hinter 1 s Es kommt zu einer selbstinduzierten EMK 1 V: 1 Gn = = 1

3. Aktuelle Magnetfeldenergie Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes gleich der Energie, die die Stromquelle (galvanische Zelle, Generator in einem Kraftwerk usw.) aufwenden muss, um den Strom zu erzeugen. Wenn der Stromkreis geöffnet wird, verschwindet der Strom und das Wirbelfeld verrichtet positive Arbeit. Die im Strom gespeicherte Energie wird freigesetzt. Dies erkennt man beispielsweise an einem starken Funken, der beim Öffnen eines Stromkreises mit hoher Induktivität entsteht. Schreiben Sie den Ausdruck für die aktuelle Energie auf I, der durch einen Stromkreis mit der Induktivität L fließt (d. h. für die Energie des Magnetfelds des Stroms), kann auf der Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion beruhen. Wenn die Selbstinduktion der Trägheit ähnelt, sollte die Induktivität bei der Stromerzeugung in der Mechanik die gleiche Rolle spielen wie die Masse bei der Erhöhung der Geschwindigkeit eines Körpers. Die Rolle der Körpergeschwindigkeit in der Elektrodynamik spielt die Stromstärke Ich als Größe, die die Bewegung elektrischer Ladungen charakterisiert. Wenn das so ist, dann die aktuelle Energie W m kann als eine der kinetischen Energie eines Körpers in der Mechanik ähnliche Größe betrachtet und in der Form W m = (**) geschrieben werden. Genau dieser Ausdruck für die aktuelle Energie ergibt sich aus Berechnungen. Die aktuelle Energie (**) wird durch die geometrischen Eigenschaften des Leiters ausgedrückt L, und die Stromstärke darin ist I. Dieselbe Energie kann aber auch durch die Eigenschaften des Feldes ausgedrückt werden. Berechnungen zeigen, dass die Energiedichte des Magnetfelds (d. h. die Energie pro Volumeneinheit) proportional zum Quadrat der magnetischen Induktion ist w M ~ V 2, ebenso wie die Energiedichte des elektrischen Feldes proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke ist w E ~ E 2

Denken Sie daran: Das durch einen elektrischen Strom erzeugte Magnetfeld hat eine Energie, die direkt proportional zum Quadrat des Stroms ist.

Grundformeln: Faradaysches Gesetz (Gesetz der elektromagnetischen Induktion): ε = –,wobei ΔФ die Änderung des magnetischen Flusses ist, Δt der Zeitraum, in dem diese Änderung auftrat.

Das Phänomen der Selbstinduktion besteht darin, dass bei einer Stromänderung im Stromkreis eine EMK auftritt, die dieser Änderung entgegenwirkt. Der magnetische Fluss Ф durch eine durch eine Kontur begrenzte Oberfläche ist direkt proportional zur Stromstärke I im Kreis: Ф = LI,

wo L - Proportionalitätskoeffizient, Induktivität genannt.

Die Selbstinduktions-EMK wird durch die Änderung der Stromstärke im Stromkreis Δ ausgedrückt Ich nach folgender Formel:

ε = - = -L wobei Δt die Zeit ist, während der diese Änderung auftrat.

Magnetfeldenergie W wird durch die Formel ausgedrückt: W=

Aufgaben. Selbstinduktion. Induktivität.

1. Welche selbstinduktive EMK entsteht in einer Spule mit einer Induktivität von 86 mH, wenn in ihr in 0,012 s ein Strom von 3,8 A verschwindet?

2. Bestimmen Sie die Selbstinduktions-EMK, wenn der Strom in einer Spule mit einer Induktivität von 0,016 mH mit einer Geschwindigkeit von 0,5 kA/s abnimmt.

3. Wie groß ist die Induktivität der Spule, wenn bei einer gleichmäßigen Änderung des Stroms in ihr von 2 auf 12 A in 0,1 s eine selbstinduktive EMK von 10 V auftritt?

4. Der magnetische Fluss, der den Stromkreis eines Leiters mit einem Widerstand von 0,2 Ohm durchdringt, ändert sich in 2 ms gleichmäßig von 1,2∙10 -3 Wb auf 0,4∙10 -3 Wb. Bestimmen Sie die Stromstärke im Stromkreis.

6. Wie groß ist die Stromänderungsgeschwindigkeit in einer Relaiswicklung mit einer Induktivität von 3,5 H, wenn darin eine selbstinduktive EMK von 105 V erregt wird?

7. Eine Spule mit vernachlässigbarem Widerstand und einer Induktivität von 3 H wird an eine Stromquelle mit einer EMK von 15 V und vernachlässigbarem Innenwiderstand angeschlossen. Nach welcher Zeit erreicht der Strom in der Spule 50A? 8. Eine Spule mit einer Induktivität von 0,2 H wird an eine Stromquelle mit EMK = 10 V und einem Innenwiderstand von 0,4 Ohm angeschlossen. Bestimmen Sie die gesamte EMF zum Zeitpunkt des Öffnens des Stromkreises, wenn der Strom darin in 0,04 s verschwindet und der Widerstand des Spulendrahts 1,6 Ohm beträgt. 9. Eine Spule mit einem Widerstand von 10 Ohm und einer Induktivität von 0,01 H befindet sich in einem magnetischen Wechselfeld. Als der durch dieses Feld erzeugte magnetische Fluss um 0,01 Wb zunahm, erhöhte sich der Strom in der Spule um 0,5 A. Wie viel Ladung floss in dieser Zeit durch die Spule?

In dieser Lektion erfahren wir, wie und von wem das Phänomen der Selbstinduktion entdeckt wurde, betrachten die Erfahrung, mit der wir dieses Phänomen demonstrieren, und stellen fest, dass die Selbstinduktion ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion ist. Am Ende der Lektion stellen wir eine physikalische Größe vor, die die Abhängigkeit der selbstinduktiven EMK von der Größe und Form des Leiters und von der Umgebung, in der sich der Leiter befindet, d. h. der Induktivität, zeigt.

Reis. 2. Diagramm des Versuchsaufbaus von D. Henry

In Abb. Abbildung 2 zeigt ein elektrisches Diagramm des Versuchsaufbaus, anhand dessen das Phänomen der Selbstinduktion demonstriert werden kann. Ein Stromkreis besteht aus zwei parallel geschalteten Glühbirnen, die über einen Schalter an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Eine Spule ist in Reihe mit einer der Glühbirnen geschaltet. Nach dem Schließen des Stromkreises ist zu erkennen, dass die Glühbirne, die in Reihe mit der Spule geschaltet ist, langsamer leuchtet als die zweite Glühbirne (Abb. 3).

Reis. 3. Unterschiedliches Glühen der Glühbirnen beim Einschalten des Stromkreises

Wenn die Quelle ausgeschaltet ist, erlischt die mit der Spule in Reihe geschaltete Glühbirne langsamer als die zweite Glühbirne.

Warum gehen die Lichter nicht gleichzeitig aus?

Bei geschlossenem Schalter (Abb. 4) steigt der Strom in der Glühbirne mit der Spule aufgrund des Auftretens der Selbstinduktions-EMK langsamer an, sodass diese Glühbirne langsamer leuchtet.

Reis. 4. Schlüsselverschluss

Beim Öffnen des Schalters (Abb. 5) verhindert die entstehende Selbstinduktions-EMK, dass der Strom abnimmt. Daher fließt der Strom noch einige Zeit weiter. Damit Strom vorhanden ist, ist ein geschlossener Stromkreis erforderlich. Es gibt einen solchen Stromkreis im Stromkreis; er enthält beide Glühbirnen. Wenn der Stromkreis geöffnet wird, sollten die Glühbirnen daher einige Zeit lang gleich leuchten, und die beobachtete Verzögerung kann andere Ursachen haben.

Reis. 5. Schlüsselöffnung

Betrachten wir die Vorgänge, die in diesem Stromkreis beim Schließen und Öffnen des Schlüssels ablaufen.

1. Schlüsselverschluss.

Im Stromkreis befindet sich eine stromdurchflossene Spule. Lassen Sie den Strom in dieser Windung gegen den Uhrzeigersinn fließen. Dann wird das Magnetfeld nach oben gerichtet (Abb. 6).

Das heißt, für die in Abb. Bei ca. 6 Windungen sollte der Induktionsstrom im Uhrzeigersinn gerichtet sein (Abb. 7), um so den Anstieg des Eigenstroms der Windung zu verhindern. Wenn der Schlüssel geschlossen ist, steigt der Strom im Stromkreis daher nicht sofort an, da in diesem Stromkreis ein Bremsinduktionsstrom auftritt, der in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.

2. Öffnen des Schlüssels

Abschluss:Ändert sich der Strom in einem Leiter, kommt es im selben Leiter zu einer elektromagnetischen Induktion, die einen induzierten Strom erzeugt, der so gerichtet ist, dass sich der eigene Strom im Leiter nicht ändert (Abb. 8). Dies ist die Essenz des Phänomens der Selbstinduktion. Die Selbstinduktion ist ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion.

Reis. 8. Der Moment des Ein- und Ausschaltens des Stromkreises

Formel zum Ermitteln der magnetischen Induktion eines geraden Leiters mit Strom:

wo ist magnetische Induktion; - magnetische Konstante; - aktuelle Stärke; - Abstand vom Leiter zum Punkt.

Der magnetische Induktionsfluss durch die Fläche ist gleich:

Wo ist die Oberfläche, die vom magnetischen Fluss durchdrungen wird?

Somit ist der magnetische Induktionsfluss proportional zur Stärke des Stroms im Leiter.

Für eine Spule, bei der die Anzahl der Windungen und die Länge gleich ist, wird die Magnetfeldinduktion durch die folgende Beziehung bestimmt:

Magnetischer Fluss, der von einer Spule mit der Anzahl der Windungen erzeugt wird N, ist gleich:

Wenn wir die Formel für die Magnetfeldinduktion in diesen Ausdruck einsetzen, erhalten wir:

Das Verhältnis der Windungszahl zur Spulenlänge wird mit der Zahl angegeben:

Wir erhalten den endgültigen Ausdruck für den magnetischen Fluss:

Aus der resultierenden Beziehung wird deutlich, dass der Flusswert vom Stromwert und von der Geometrie der Spule (Radius, Länge, Windungszahl) abhängt. Ein Wert gleich heißt Induktivität:

Die Einheit der Induktivität ist Henry:

Daher ist der magnetische Induktionsfluss, der durch den Strom in der Spule verursacht wird, gleich:

Unter Berücksichtigung der Formel für die induzierte EMK stellen wir fest, dass die Selbstinduktions-EMK gleich dem Produkt aus der Änderungsrate von Strom und Induktivität ist, genommen mit dem „-“-Zeichen:

Selbstinduktion- Dies ist das Phänomen des Auftretens elektromagnetischer Induktion in einem Leiter, wenn sich die Stärke des durch diesen Leiter fließenden Stroms ändert.

Elektromotorische Kraft der Selbstinduktion ist direkt proportional zur Änderungsrate des durch den Leiter fließenden Stroms, angegeben mit einem Minuszeichen. Der Proportionalitätsfaktor heißt Induktivität, was von den geometrischen Parametern des Leiters abhängt.

Ein Leiter hat eine Induktivität von 1 H, wenn bei einer Stromänderungsrate im Leiter von 1 A pro Sekunde in diesem Leiter eine selbstinduktive elektromotorische Kraft von 1 V entsteht.

Referenzliste

Myakishev G.Ya. Physik: Lehrbuch. für die 11. Klasse Allgemeinbildung Institutionen. - M.: Bildung, 2010.
Kasyanov V.A. Physik. 11. Klasse: Pädagogisch. für die Allgemeinbildung Institutionen. - M.: Bustard, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physik 11. - M.: Mnemosyne.

Internetportal Myshared.ru ().
Internetportal Physics.ru ().
Internetportal Festival.1september.ru ().

Hausaufgaben

Fragen am Ende von Absatz 15 (S. 45) - Myakishev G.Ya. Physik 11 (siehe Liste empfohlener Lektüre)
Die Induktivität welches Leiters beträgt 1 Henry?

Physikunterricht mit Internetressourcen.

11. Klasse, Thema: „Selbstinduktion, Induktivität“ – 2 Stunden.

Ziele:

Bildung pädagogischer Kompetenzen - den Prozess des Studiums physikalischer Konzepte und Gesetze selbstständig organisieren, pädagogische Probleme lösen.
Bildung von Forschungskompetenzen – Entwicklung des selbstständigen Wissenserwerbs, Nutzung von Internetressourcen, Analyse und Auswahl der notwendigen Informationen.
Bildung sozialer und persönlicher Kompetenzen – die Fähigkeit, die Bedeutung von Wissen für sich selbst und die Gesellschaft zu bestimmen.

Ressourcen für die Unterrichtsdurchführung: Ein Computerraum mit Internetanschluss ist erforderlich.

Problemstellung: Untersuchen Sie selbstständig mithilfe von Internetressourcen das Phänomen der Selbstinduktion, betrachten Sie das Konzept der Induktivität und finden Sie heraus, wie die EMF der Selbstinduktion bestimmt wird. Betrachten Sie die praktische Anwendung der Selbstinduktion. Bestimmen Sie die Bedeutung des Phänomens für sich selbst und für die Wissenschaft.

2. Selbstständiges Arbeiten der Studierenden, das beinhaltet

Forschungsaktivitäten, um Informationen zu erhalten, auszuwählen und zu klassifizieren
grafische Darstellung des eigenen Wissenssystems basierend auf den erhaltenen Informationen in Form eines Diagramms, einer Grafik oder einer Beschreibung. Reflexion der Praxisorientierung der untersuchten Phänomene und Gesetze in Form von Zeichnungen und Fotografien.
Argumentation über die Bedeutung des erworbenen Wissens für sich selbst und die Gesellschaft in grafischer Form oder in Form eines kurzen Aufsatzes, Aufsatzes.

Alle studentischen Aktivitäten werden im elektronischen Arbeitsbuch widergespiegelt.

3. Selbsttest: Den Studierenden wird ein Test zum Lernstoff angeboten (Link zum Test in Anlage 2). Die Schüler wählen ihr eigenes Niveau. In der Arbeitsmappe werden nur Antwortoptionen abgelegt.

Beurteilung studentischer Arbeiten:

Austausch von Arbeitsbüchern über ein lokales Netzwerk, Analyse des erworbenen Wissens, Selbsttest (Antworten in Anhang 3). Die Schüler bewerten die Arbeitshefte ihrer Mitschüler selbst.

Zusammenfassung der Lektion: Reflexion, Diskussion von Schwierigkeiten, Wünschen, erzielten Ergebnissen.

Hausaufgabe: Das erworbene Wissen verstehen, Problemmaterial für die Diskussion zum Thema „Selbstinduktion, Induktivität“ vorbereiten. Bei den Hausaufgaben geht es darum, selbständig mit einem Lehrbuch und zusätzlichen Informationen zu arbeiten.

www.physics.nad.ru- Physik in Animationen

www.physics.ru- Physik am Open College

http://www.spin.nw.ru/ Physik für Schulen

http://physicomp.lipetsk.ru/- Elektronische Zeitschrift „Physikomp“

http://www.omsknet.ru/acad/fr_elect.htm- Elektronisches Lehrbuch der Physik.

www.alsak.ru-Schulphysik für Lehrer und Schüler.

www.physics-regelman.com

Anhang 3

Antworten zum Test „Selbstinduktion. Induktivität"

Stufe A	Stufe B	Stufe C
Frage Nr.	Antwort	Frage Nr.	Antwort	Frage Nr.	Antwort