Sujet de cours : « Le phénomène d'auto-induction. Inductance

Plan - résumé de la leçon

« Auto-induction . ET inductance . Énergie du champ magnétique actuel"

Réalisé par un étudiant de 5ème année

Groupe FM-112

éducation à plein temps

enseignement de la physique et des mathématiques

Kejoutine Olga Vladislavovna

Date : 23/09/16

Vladimir 2016

Sujet de la leçon : Auto-induction . ET inductance .

Classe: "11b"

Type de cours : leçon d’apprentissage de nouvelles connaissances.

Type de cours : leçon-conférence.

Cible : former l'idée qu'un changement dans l'intensité du courant dans un conducteur crée une onde vortex, qui peut soit accélérer, soit ralentir les électrons en mouvement ; se faire une idée de l'énergie que possède un courant électrique dans un conducteur et de l'énergie du champ magnétique créé par le courant.

Tâches:

Éducatif: Réitérer les connaissances des élèves sur le phénomène d’induction électromagnétique, les approfondir ; sur cette base, étudier le phénomène d'auto-induction. Apprenez à utiliser la loi de l'induction électromagnétique pour expliquer les phénomènes.Présenter une formule de calcul de l'énergie du champ magnétique d'un courant et la notion de champ électromagnétique.

Éducatif: Cultiver l'intérêt pour le sujet, le travail acharné et la capacité d'évaluer soigneusement les réponses des camarades, la capacité de travailler collectivement et en binôme.

Éducatif: Développement de la pensée physique des élèves, expansion de l’appareil conceptuel des élèves, formation de compétences pour analyser l’information, tirer des conclusions à partir d’observations et d’expériences.

Équipement:

Pendant les cours :

Étape organisationnelle.

11.20 – 11.21

Bonjour les gars, asseyez-vous.

Les élèves se préparent pour le cours.

Actualisation des connaissances.

11.22-11.28

Vérification des devoirs, si les élèves ont des questions, nous les trions.

Enquête frontale :

Quel champ est appelé champ électrique vortex ?

Quelle est la source du champ de vortex ?

Que sont les courants de Foucault ? Donnez des exemples de leur utilisation.

Qu'est-ce qui détermine la force électromotrice induite qui se produit dans un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique variable dans le temps ?

Les élèves vérifient leurs devoirs et répondent aux questions :

Le champ qui génèrechamp magnétique variable dans le temps.

Champ magnétique variable dans le temps.

Courants d'induction atteignant des valeurs numériques élevées dans les conducteurs massifs du fait que leur résistance est faible.

Sur la vitesse de déplacement d'un conducteur dans un champ magnétique uniforme.

Exemples de questions directrices :

4.N'oubliez pas la formule par laquelle vous pouvez trouver la force électromotrice induite dans les conducteurs en mouvement.

Étape de motivation.

11.29-11.31

Les bases de l'électrodynamique ont été posées par Ampère en 1820. Le travail d'Ampère a inspiré de nombreux ingénieurs à concevoir divers dispositifs techniques, tels qu'un moteur électrique (conçu par B. S. Jacobi), un télégraphe (S. Morse) et un électro-aimant, conçu par le célèbre scientifique américain Henry.

Joseph Henry est devenu célèbre pour avoir créé une série d'électro-aimants uniques et puissants avec une force de levage de 30 à 1 500 kg et un poids propre de 10 kg. En créant divers électro-aimants, le scientifique découvrit en 1832 un nouveau phénomène dans l'électromagnétisme : le phénomène d'auto-induction. Cette leçon est dédiée à ce phénomène.

Écrivez le sujet au tableau : « Auto-induction . ET inductance . Énergie actuelle du champ magnétique ».

Apprendre du nouveau matériel.

11.32-11.45

Henry a inventé des bobines plates en bandes de cuivre, à l'aide desquelles il a obtenu des effets de puissance plus prononcés qu'avec des solénoïdes filaires. Le scientifique a remarqué que lorsqu'il y a une bobine puissante dans le circuit, le courant dans ce circuit atteint sa valeur maximale beaucoup plus lentement que sans la bobine.

Expérience: La figure montre un schéma électrique du dispositif expérimental, sur la base duquel le phénomène d'auto-induction peut être démontré. Un circuit électrique se compose de deux ampoules connectées en parallèle, connectées via un interrupteur à une source de courant continu. Une bobine est connectée en série avec l'une des ampoules. Après avoir fermé le circuit, on constate que l'ampoule connectée en série avec la bobine s'allume plus lentement que la deuxième ampoule.

Lorsque la source est éteinte, l'ampoule connectée en série avec la bobine s'éteint plus lentement que la deuxième ampoule.

Considérons les processus qui se produisent dans ce circuit lorsque la clé est fermée et ouverte.

1. Fermeture à clé.

Il y a une bobine conductrice de courant dans le circuit. Laissez le courant dans ce tour circuler dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le champ magnétique sera alors dirigé vers le haut.

Ainsi, la bobine se retrouve dans l’espace de son propre champ magnétique. À mesure que le courant augmente, la bobine se retrouvera dans l'espace d'un champ magnétique changeant de son propre courant. Si le courant augmente, alors le flux magnétique créé par ce courant augmente également. Comme on le sait, avec une augmentation du flux magnétique pénétrant dans le plan du circuit, une force d'induction électromotrice apparaît dans ce circuit et, par conséquent, un courant d'induction. Selon la règle de Lenz, ce courant sera dirigé de telle manière que son champ magnétique empêche une modification du flux magnétique pénétrant dans le plan du circuit.

Autrement dit, pour la spire considérée sur la figure 4, le courant d’induction doit être dirigé dans le sens des aiguilles d’une montre, empêchant ainsi l’augmentation du courant propre à la spire. Par conséquent, lorsque la clé est fermée, le courant dans le circuit n'augmente pas instantanément, du fait qu'un courant d'induction de freinage apparaît dans ce circuit, dirigé en sens inverse.

2. Ouverture de la clé.

Lorsque l'interrupteur est ouvert, le courant dans le circuit diminue, ce qui entraîne une diminution du flux magnétique à travers le plan de la bobine. Une diminution du flux magnétique entraîne l'apparition d'une force électromotrice induite et d'un courant induit. Dans ce cas, le courant induit est dirigé dans le même sens que le courant propre à la bobine. Cela conduit à une diminution plus lente du courant intrinsèque.

Conclusion: lorsque le courant dans un conducteur change, une induction électromagnétique se produit dans le même conducteur, qui génère un courant induit dirigé de manière à empêcher toute modification de son propre courant dans le conducteur. C’est l’essence du phénomène d’auto-induction. L'auto-induction est un cas particulier d'induction électromagnétique.

Auto-induction - c'est le phénomène d'apparition d'induction électromagnétique dans un conducteur lorsque l'intensité du courant circulant à travers ce conducteur change.

Inductance. L'amplitude du vecteur induction B du champ magnétique créé par le courant est proportionnelle à l'intensité du courant. Puisque le flux magnétique Ф est proportionnel à B, alors Ф ~ В~ I.

On peut donc affirmer que

Ф = LI,

où L est le coefficient de proportionnalité entre le courant dans le circuit conducteur et le flux magnétique.

La valeur de L est appelée l'inductance du circuit, ou son coefficient d'auto-inductance.

En utilisant la loi de l'induction électromagnétique et l'expression qui en résulte, on obtient l'égalité

De la formule il résulte queL'inductance est une quantité physique numériquement égale à la force électromotrice auto-inductive qui se produit dans un circuit lorsque le courant qu'il contient change de 1 A en 1 s.

L'inductance, comme la capacité électrique, dépend de facteurs géométriques : la taille du conducteur et sa forme, mais ne dépend pas directement de l'intensité du courant dans le conducteur. Outre la géométrie du conducteur, l'inductance dépend des propriétés magnétiques de l'environnement dans lequel se trouve le conducteur.

Évidemment, l'inductance d'un tour de fil est inférieure à celle d'une bobine (solénoïde) constituée de N tours similaires, puisque le flux magnétique de la bobine augmente N fois.

L'unité SI d'inductance est appelée le Henry (noté Gn). L'inductance d'un conducteur est égale à 1 H si, avec un changement uniforme de l'intensité du courant de 1 A en 1 s, une force électromotrice auto-inductive de 1 V y apparaît :

Les gens sont confrontés chaque jour au phénomène d’auto-induction. Chaque fois que nous allumons ou éteignons la lumière, nous fermons ou ouvrons ainsi le circuit, excitant ainsi les courants d'induction. Parfois, ces courants peuvent atteindre des valeurs si élevées qu'une étincelle jaillit à l'intérieur de l'interrupteur, ce que nous pouvons voir.

Analogie entre auto-induction et inertie. Le phénomène d’auto-induction s’apparente au phénomène d’inertie en mécanique. Ainsi, l'inertie conduit au fait que sous l'influence de la force, un corps n'acquiert pas instantanément une certaine vitesse, mais progressivement. Le corps ne peut pas être ralenti instantanément, quelle que soit l'importance de la force de freinage. De la même manière, en raison de l'auto-induction, lorsque le circuit est fermé, l'intensité du courant n'acquiert pas immédiatement une certaine valeur, mais augmente progressivement. En éteignant la source, on n'arrête pas le courant immédiatement. L'auto-induction le maintient pendant un certain temps, malgré la résistance du circuit.

Pour créer un courant électrique et donc son champ magnétique, il faut travailler contre les forces du champ électrique de Foucault. Ce travail (selon la loi de conservation de l'énergie) est égal à l'énergie du courant électrique ou à l'énergie du champ magnétique du courant.

Écrivez l’expression de l’énergie actuelleje, circulant à travers un circuit avec inductanceL, c'est-à-dire pour l'énergie du champ magnétique du courant, est possible sur la base de l'analogie entre l'inertie et l'auto-induction.

Si l’auto-induction est analogue à l’inertie, alors l’inductance joue le même rôle dans le processus de création de courant que la masse en mécanique lorsque la vitesse augmente. Le rôle de la vitesse du corps dans l'électrodynamique est joué par l'intensité du courant en tant que grandeur caractérisant le mouvement des charges électriques.

L'énergie actuelle peut alors être considérée comme une valeur similaire à l'énergie cinétique en mécanique :

Énergie actuelle du champ magnétique.

Ils répondent aux questions, participent à des discussions, tirent des conclusions et prennent des notes dans des cahiers.

Renforcer la matière apprise

11.46-11.56

Propose de résoudre le problème :

Résoudre les problèmes au conseil et sur place.

Résumer. Devoirs.

11.57-11.58

Délivrance et justification des notes. Enregistrer et discuter des devoirs.

D/Z : §14-16, n° 932, 934, 938.

Écrivez vos devoirs

Réflexion

11.59-12.00

Une conversation est organisée afin que les participants au cours comprennent leurs propres actions pendant le cours.

Des questions:

1. Quelles nouvelles choses avez-vous apprises pendant la leçon ?

2. Le contenu de la leçon était-il clair ?

3. Avez-vous aimé la leçon ?

Participez à la conversation

№931. Quelle est l'inductance du circuit si, à une intensité de courant de 5 A, un flux magnétique de 0,5 mWb y apparaît ?

№933. Trouvez l'inductance d'un conducteur dans lequel, avec un changement uniforme de l'intensité du courant de 2 A pendant 0,25 s, une force électromotrice auto-inductive de 20 mV est excitée.

№937. Dans une bobine d'inductance de 0,6 H, le courant est de 20 A. Quelle est l'énergie du champ magnétique de cette bobine ? Comment l'énergie du champ changera-t-elle si l'intensité du courant est réduite de moitié ?

№939. Trouvez l'énergie du champ magnétique d'un solénoïde dans lequel un flux magnétique de 0,5 Wb se produit à un courant de 10 A.

№932. Quel flux magnétique se produit dans un circuit avec une inductance de 0,2 mH à un courant de 10 A ?

№934. Quelle force électromotrice auto-inductive est excitée dans l'enroulement d'un électro-aimant avec une inductance de 0,4 H lorsque le courant qu'il contient change uniformément de 5 A en 0,02 s ?

№938. Quelle doit être l'intensité du courant dans l'enroulement d'une self avec une inductance de 0,5 H pour que l'énergie de champ soit égale à 1 J ?

Le but de la leçon: forment l'idée qu'un changement de courant dans un conducteur crée un vortex qui peut soit accélérer, soit ralentir les électrons en mouvement.

Pendant les cours

Vérification des devoirs par questionnement individuel

1. Obtenez une formule pour calculer la force électromotrice d’induction pour un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique.

2. Dérivez une formule pour calculer la force électromotrice d’induction en utilisant la loi de l’induction électromagnétique.

3. Où est utilisé un microphone électrodynamique et comment est-il conçu ?

4. Tâche. La résistance de la bobine de fil est de 0,03 Ohm. Le flux magnétique diminue à l'intérieur de la bobine de 12 mWb. Quelle charge électrique traverse la section transversale de la bobine ?

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

Apprendre du nouveau matériel

1. Auto-induction.

Si un courant alternatif circule à travers un conducteur, il crée une force électromotrice induite dans le même conducteur - c'est un phénomène

Auto-induction. Le circuit conducteur joue un double rôle : un courant le traverse et une force électromotrice induite y est créée par ce courant.

Basé sur la règle de Lenz ; lorsque le courant augmente, la force du champ électrique du vortex est dirigée contre le courant, c'est-à-dire empêche son augmentation.

À mesure que le courant diminue, le champ vortex le maintient.

Regardons un diagramme qui montre que l'intensité du courant atteint un certain

valeurs progressivement, au fil du temps.

Démonstration d'expériences avec des circuits. En utilisant le premier circuit, nous montrerons comment la force électromotrice induite apparaît lorsque le circuit est fermé.

Lorsque la clé est fermée, la première lampe s'allume instantanément, la seconde avec un retard, en raison de la grande auto-induction dans le circuit créée par la bobine avec le noyau.

En utilisant le deuxième circuit, nous démontrerons l’apparition de la force électromotrice induite lorsque le circuit est ouvert.

Au moment de l'ouverture, un courant traversera l'ampèremètre, dirigé à contre-courant du courant initial.

Lors de l'ouverture, le courant peut dépasser la valeur actuelle d'origine. Cela signifie que la force électromotrice d'auto-induction peut être supérieure à la force électromotrice de la source de courant.

Faites une analogie entre l'inertie et l'auto-induction

Inductance.

Le flux magnétique est proportionnel à l’ampleur de l’induction magnétique et à l’intensité du courant. F~B~I.

Ф= LI; où L est le coefficient de proportionnalité entre courant et flux magnétique.

Ce coefficient est souvent appelé inductance du circuit ou coefficient d'auto-induction.

En utilisant la grandeur de l’inductance, la loi de l’induction électromagnétique peut s’écrire comme suit :

ξis= – ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt

L'inductance est une quantité physique numériquement égale à la force électromotrice auto-inductive qui se produit dans le circuit lorsque le courant change de 1 A en 1 s.

L'inductance est mesurée en Henry (H) 1 H = 1 V s/A

Sur l'importance de l'auto-induction en génie électrique et radio.

Conclusion : lorsqu'un courant changeant traverse un conducteur, un champ électrique de Foucault apparaît.

Le champ vortex ralentit les électrons libres lorsque le courant augmente et le maintient lorsqu'il diminue.

Consolidation du matériel étudié.

– Comment expliquer le phénomène d’auto-induction ?

– Faites une analogie entre l’inertie et l’auto-induction.

– Qu'est-ce que l'inductance du circuit, dans quelles unités l'inductance est-elle mesurée ?

- Tâche. A un courant de 5 A, un flux magnétique de 0,5 mWb apparaît dans le circuit. Quelle sera l'inductance du circuit ?

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

Résumons la leçon

Devoir : §15, rep. §13, ex. 2 n°10

Objectif de la leçon : formuler la loi quantitative de l'induction électromagnétique ; Les étudiants doivent comprendre ce qu'est la force électromotrice d'induction magnétique et ce qu'est le flux magnétique. Déroulement de la leçon Vérification des devoirs...
Le but de la leçon : donner aux élèves une idée de l'existence de résistances uniquement dans un circuit à courant alternatif - ce sont des réactances capacitives et inductives. Déroulement de la leçon Vérification des devoirs...
Le but de la leçon : se faire une idée de l'énergie que possède un courant électrique dans un conducteur et de l'énergie du champ magnétique créé par le courant. Progression de la leçon Vérifier les devoirs à l'aide de tests...
Objectif de la leçon : introduire la notion de force électromotrice ; obtenir la loi d'Ohm pour un circuit fermé ; créer chez les étudiants une idée de la différence entre la force électromotrice, la tension et la différence de potentiel. Progrès...
Le but de la leçon : donner aux élèves une idée de la résistance active dans un circuit à courant alternatif, et de la valeur efficace du courant et de la tension. Progression de la leçon Vérification des devoirs...
Objectif de la leçon : former le concept selon lequel la force électromotrice induite peut se produire soit dans un conducteur stationnaire placé dans un champ magnétique changeant, soit dans un conducteur en mouvement situé dans un champ magnétique constant...
Objectif de la leçon : découvrir comment s'est produite la découverte de l'induction électromagnétique ; forment le concept d’induction électromagnétique, l’importance de la découverte de Faraday pour l’ingénierie électrique moderne. Déroulement de la leçon 1. Analyse du test...
Objectif de la leçon : considérer la structure et le principe de fonctionnement des transformateurs ; fournir la preuve que le courant électrique n'aurait jamais été aussi largement utilisé si à un moment donné...
Objectif de la leçon : découvrir les causes de la force électromotrice induite dans les conducteurs en mouvement placés dans un champ magnétique constant ; amener les élèves à la conclusion qu’une force agit sur la base de charges...
Le but du cours : contrôle de l'assimilation par les élèves du sujet étudié, développement de la pensée logique, amélioration des compétences informatiques. Déroulement de la leçon Organiser les élèves pour qu'ils réalisent le test Option 1 n°1. Phénomène...
Le but de la leçon : former chez les élèves une idée du champ électrique et magnétique dans son ensemble - le champ électromagnétique. Progression de la leçon Vérifier les devoirs à l'aide de tests...
Le but de la leçon : tester les connaissances des étudiants sur le sujet étudié, améliorer leurs compétences dans la résolution de problèmes de différents types. Déroulement du cours Vérification des devoirs Réponses des élèves en fonction de ce qu'ils ont préparé à la maison...
Le but de la leçon : répéter et résumer les connaissances sur le sujet abordé ; améliorer la capacité de penser logiquement, de généraliser, de résoudre des problèmes qualitatifs et de calcul. Déroulement de la leçon Vérification des devoirs 1....
Objectif de la leçon : prouver aux étudiants que les oscillations électromagnétiques libres dans un circuit n'ont aucune application pratique ; des oscillations forcées continues sont utilisées, qui ont une large application dans la pratique. Progrès...
Objectif de la leçon : former la notion de module d'induction magnétique et de force Ampère ; être capable de résoudre des problèmes pour déterminer ces quantités. Déroulement du cours Vérification des devoirs selon la méthode individuelle...

Leçon n° 46-169

Auto-induction- le phénomène d'apparition d'une force électromotrice induite dans un circuit conducteur lorsque l'intensité du courant dans celui-ci change. La FEM résultante est appelée FEM auto-induite.

Manifestation du phénomène d'auto-induction.

Fermeture du circuit. Lorsqu'un court-circuit se produit dans le circuit électrique, le courant augmente, ce qui provoque une augmentation du flux magnétique dans la bobine, et un champ électrique vortex apparaît, dirigé contre le courant, c'est-à-dire Une force électromotrice d'auto-induction apparaît dans la bobine, empêchant l'augmentation du courant dans le circuit (le champ vortex inhibe les électrons).

En conséquence L1 s'allume plus tard que L2.

Circuit ouvert.

Lorsque le circuit électrique est ouvert, le courant diminue, une diminution du flux magnétique dans la bobine se produit et un champ électrique vortex apparaît, dirigé comme un courant (en essayant de maintenir la même intensité de courant), c'est-à-dire Une force électromotrice auto-induite apparaît dans la bobine, maintenant le courant dans le circuit. En conséquence, L clignote vivement lorsqu'il est éteint.

Inductance, ou coefficient d'auto-induction - un paramètre d'un circuit électrique qui détermine la force électromotrice d'auto-induction induite dans le circuit lorsque le courant qui le traverse change et/ou sa déformation. Le terme « inductance » fait également référence à une bobine d'auto-induction, qui détermine les propriétés inductives du circuit.

Auto-induction - l'apparition d'une force électromotrice induite dans un circuit conducteur lorsque l'intensité du courant y change. Une force électromotrice induite se produit lorsque le flux magnétique change. Si ce changement est causé par son propre courant, alors ils parlent de force électromotrice auto-induite :

ε est =–
= –L ,

Où L - l'inductance du circuit, ou sa coefficientcit d'auto-induction.

Inductance- une grandeur physique numériquement égale à la force électromotrice d'auto-induction qui se produit dans le circuit lorsque le courant change de 1 A en 1 s.

F - flux magnétique à travers le circuit, I - intensité du courant dans le circuit.Unité SI d'inductanceHenri(Gn): [ L] = [

] = [

]= Gn; 1Gn = 1

L'inductance, comme la capacité électrique, dépend de la géométrie du conducteur - sa taille et sa forme, mais ne dépend pas de l'intensité du courant dans le conducteur. De plus, l'inductance dépend des propriétés magnétiques de l'environnement dans lequel se trouve le conducteur.

Inductance de la bobine dépend de:

− nombre de tours,

− taille et forme de la bobine ;

− sur la perméabilité magnétique relative du milieu (éventuellement un noyau).

Courants de fermeture et d'ouverture Chaque fois que le courant est activé et désactivé dans le circuit, ce qu'on appelle courants supplémentaires d'auto-induction (courants supplémentaires de fermeture et tempsmeuglement), apparaissant dans un circuit en raison du phénomène d’auto-induction et empêchant (selon la règle de Lenz) une augmentation ou une diminution du courant dans le circuit. L'inductance caractérise l'inertiecircuit par rapport au changement de courant dans celui-ci, et sonpeut être considéré comme électrodynamiqueanalogue de la masse corporelle en mécanique, qui est une mesurel'inertie du corps. Dans ce cas, la force actuelle je joue le rôle de la vitesse du corps. Énergie actuelle du champ magnétique. Trouvons l'énergie que possède le courant électrique dans le conducteur. Selon la loi de conservation de l'énergie, l'énergie du champ magnétique créé par le courant est égale à l'énergie que la source de courant (cellule galvanique, générateur d'une centrale électrique, etc.) doit dépenser pour créer le courant. Lorsque le courant s’arrête, cette énergie est libérée sous une forme ou une autre. Voyons pourquoi pour créer un courant, il faut dépenser de l'énergie, c'est-à-dire qu'il faut travailler. Cela s'explique par le fait que lorsque le circuit est fermé, lorsque le courant commence à augmenter, un champ électrique vortex apparaît dans le conducteur, agissant contre le champ électrique créé dans le conducteur en raison de la source de courant. Pour que le courant devienne égal Moi, la source actuelle, je dois travailler contre les forces du champ vortex. Ce travail vise à augmenter l'énergie du champ magnétique du courant.

Lorsque le circuit est ouvert, le courant disparaît et le champ vortex effectue un travail positif. L'énergie stockée dans le courant est libérée. Ceci est détecté par une puissante étincelle qui se produit lorsqu'un circuit à haute inductance est ouvert.

I circulant dans un circuit avec une inductance L, (c'est-à-dire pour l'énergie du champ magnétique du courant), peut être basé sur l'analogie entre l'inertie et l'auto-induction évoquée ci-dessus. W m peut être considéré comme une quantité similaire à l'énergie cinétique d'un corps

en mécanique, et écrivez-le sous la forme W m =

(**) L, et l'intensité du courant qu'il contient est I. Mais cette même énergie peut aussi s'exprimer à travers les caractéristiques du champ. Les calculs montrent que la densité d'énergie du champ magnétique (c'est-à-dire l'énergie par unité de volume) est proportionnelle au carré de l'induction magnétique, tout comme la densité d'énergie du champ électrique est proportionnelle au carré de l'intensité du champ électrique.

Le champ magnétique créé par un courant électrique a une énergie directement proportionnelle au carré du courant.

5. Un courant de 3 A circule dans une bobine avec une résistance de 2 Ohms. L'inductance de la bobine est de 50 mH. Quelle sera la tension aux bornes de la bobine si le courant y augmente uniformément à une vitesse de 200 ?

Leçon n° 46-169 Auto-induction. Inductance. Énergie actuelle du champ magnétique. D/z :§15 ; Article 161. Auto-induction– le phénomène d'apparition de champs électromagnétiques dans un circuit conducteur lorsque l'intensité du courant dans celui-ci change. La FEM qui apparaît dans ce cas est appelée FEM auto-induite.Selon la règle de Lenz, au moment où le courant augmente, l'intensité du champ électrique du vortex est dirigée contre le courant, c'est-à-dire le champ vortex empêche le courant d'augmenter. Et au moment où le courant diminue, le champ vortex le soutient.

Le phénomène d’auto-induction peut être observé dans des expériences simples.

AVEC Schéma de connexion en parallèle de deux lampes identiques. L'un d'eux est connecté à la source via une résistanceR. , UN l'autre - en série avec la bobine L, équipé d'un noyau de fer.

P.
Lorsque la clé est fermée, le premier voyant clignote presque immédiatement et le second avec un retard notable. La force électromotrice auto-inductive dans le circuit de cette lampe est importante et l'intensité du courant n'atteint pas immédiatement sa valeur maximale (Fig.).

L'apparition d'EMF d'auto-induction lors de l'ouverture :

Lorsque la clé dans la bobine est ouverteL bidouiller montre la force électromotrice auto-induite qui maintient la force initialetout courant. De ce fait, au moment de l'ouverture, un courant traverse le galvanomètre (depuis R à A ), dirigé contrecourant initial avant ouverture ( je à l'ampèremètre). Forcerle courant lors de l'ouverture du circuit peut dépasser l'intensité du courant,

traversant le galvanomètre avec l'interrupteur fermé.Cela signifie que la force électromotrice auto-induiteε EST . plus de fem ε ba conteneurs d’éléments.

2. Inductance. Module vectoriel d'induction Le champ magnétique créé par le courant est proportionnel à la force du courant. Puisque le flux magnétique Ф est proportionnel , alors F~ B ~ je. On peut affirmer que Ф=LI, (1)

où L - coefficient de proportionnalité entre le courant dans le circuit conducteur et le flux magnétique. La valeur de L appelé l'inductance du circuit, ou lui coefficientvolume d'auto-induction.

En utilisant la loi de l'induction électromagnétique et l'expression (1), on obtient l'égalité

ε EST = -= - L (2), si l'on suppose que la forme du contour reste inchangée tout au longLe courant change uniquement en raison des changements dans la force du courant.De la formule (2), il résulte queinductance - c'est fi quantité ique, numériquement égale à la force électromotrice d'auto-induction, survenant dans le circuit lorsque l'intensité du courant y change de 1 A pendant 1 s.

L'inductance dépend de facteurs géométriques : la taille du conducteur et sa forme, mais ne dépend pas directement de l'intensité du courant dans le conducteur. Outre la géométrie du conducteur, l'inductance dépend des propriétés magnétiques de l'environnement dans lequel se trouve le conducteur.

L'inductance d'un tour de fil est inférieure à celle d'une bobine (solénoïde) constituée de N tours similaires, puisque le flux magnétique de la bobine augmente de N fois.

L'unité SI d'inductance est appelée Henri(noté Gn). L'inductance du conducteur est égale à 1Gn, Sidedans avec un changement uniforme de l'intensité du courant par 1 A derrière 1 s une force électromotrice auto-induite se produit 1 V : 1Gn = = 1

3. Énergie actuelle du champ magnétique Selon la loi de conservation de l'énergie, l'énergie du champ magnétique créé par le courant est égale à l'énergie que la source de courant (cellule galvanique, générateur d'une centrale électrique, etc.) doit dépenser pour créer le courant. Lorsque le circuit est ouvert, le courant disparaît et le champ vortex effectue un travail positif. L'énergie stockée dans le courant est libérée. Ceci est détecté, par exemple, par une puissante étincelle qui se produit lors de l'ouverture d'un circuit à haute inductance. Écrivez l’expression de l’énergie actuelle I circulant dans un circuit d'inductance L, (c'est-à-dire pour l'énergie du champ magnétique du courant), peut être basée sur l'analogie entre l'inertie et l'auto-induction. Si l'auto-induction est similaire à l'inertie, alors l'inductance dans le processus de création de courant devrait jouer le même rôle que la masse lors de l'augmentation de la vitesse d'un corps en mécanique. Le rôle de la vitesse du corps dans l'électrodynamique est joué par l'intensité du courant I comme grandeur caractérisant le mouvement des charges électriques. Si tel est le cas, alors l'énergie actuelle W m peut être considéré comme une quantité similaire à l'énergie cinétique d'un corps en mécanique, et écrite sous la forme W m = (**) C'est précisément cette expression de l'énergie actuelle qui est obtenue à la suite de calculs. L'énergie actuelle (**) s'exprime à travers les caractéristiques géométriques du conducteur L, et l'intensité du courant est I. Mais cette même énergie peut également s'exprimer à travers les caractéristiques du champ. Les calculs montrent que la densité d'énergie du champ magnétique (c'est-à-dire l'énergie par unité de volume) est proportionnelle au carré de l'induction magnétique. w M ~ V 2, tout comme la densité d'énergie du champ électrique est proportionnelle au carré de l'intensité du champ électrique w E ~ E 2

N'oubliez pas : le champ magnétique créé par un courant électrique a une énergie directement proportionnelle au carré du courant.

Formules de base : Loi de Faraday (loi de l'induction électromagnétique) : ε = –, où ΔФ est le changement du flux magnétique, Δt est la période de temps pendant laquelle ce changement s'est produit.

Le phénomène d'auto-induction est que lorsque le courant change dans le circuit, une force électromotrice apparaît qui contrecarre ce changement. Le flux magnétique Ф à travers une surface délimitée par un contour est directement proportionnel à l'intensité du courant I dans le circuit : Ф = LI,

où L - coefficient de proportionnalité, appelé inductance.

La force électromotrice d'auto-induction s'exprime par le changement de l'intensité du courant dans le circuit Δ I par la formule suivante :

ε = - = -L où Δt est le temps pendant lequel ce changement s'est produit.

Énergie du champ magnétique W est exprimé par la formule : W=

Tâches. Auto-induction. Inductance.

1. Quelle force électromotrice auto-inductive se produit dans une bobine avec une inductance de 86 mH si un courant de 3,8 A y disparaît en 0,012 s ?

2. Déterminez la FEM d'auto-induction si le courant dans une bobine avec une inductance de 0,016 mH diminue à un taux de 0,5 kA/s.

3. Quelle est l'inductance de la bobine si, avec un changement uniforme du courant de 2 à 12 A en 0,1 s, une force électromotrice auto-inductive égale à 10 V se produit ?

4. Le flux magnétique pénétrant dans le circuit d'un conducteur avec une résistance de 0,2 Ohm change uniformément de 1,2∙10 -3 Wb à 0,4∙10 -3 Wb en 2 ms. Déterminez l’intensité du courant dans le circuit.

6. Quelle est la vitesse de variation du courant dans un enroulement de relais avec une inductance de 3,5 H si une force électromotrice auto-inductive de 105 V y est excitée ?

7. Une bobine avec une résistance et une inductance négligeables de 3 H est connectée à une source de courant avec une force électromotrice de 15 V et une résistance interne négligeable. Au bout de combien de temps le courant dans la bobine atteint-il 50A ? 8. Une bobine avec une inductance de 0,2 H est connectée à une source de courant avec EMF = 10 V et une résistance interne de 0,4 Ohm. Déterminez la FEM totale au moment où le circuit s'ouvre si le courant qu'il contient disparaît en 0,04 s et que la résistance du fil de la bobine est de 1,6 Ohm. 9. Une bobine avec une résistance de 10 Ohms et une inductance de 0,01 H est située dans un champ magnétique alternatif. Lorsque le flux magnétique créé par ce champ a augmenté de 0,01 Wb, le courant dans la bobine a augmenté de 0,5 A. Quelle quantité de charge a traversé la bobine pendant ce temps ?

Dans cette leçon, nous apprendrons comment et par qui le phénomène d'auto-induction a été découvert, considérerons l'expérience avec laquelle nous démontrerons ce phénomène et déterminerons que l'auto-induction est un cas particulier d'induction électromagnétique. À la fin de la leçon, nous introduirons une grandeur physique montrant la dépendance de la force électromotrice auto-inductive de la taille et de la forme du conducteur et de l'environnement dans lequel se trouve le conducteur, c'est-à-dire l'inductance.

Riz. 2. Schéma du dispositif expérimental de D. Henry

En figue. La figure 2 montre un schéma électrique du dispositif expérimental, sur la base duquel le phénomène d'auto-induction peut être démontré. Un circuit électrique se compose de deux ampoules connectées en parallèle, connectées via un interrupteur à une source de courant continu. Une bobine est connectée en série avec l'une des ampoules. Après avoir fermé le circuit, on constate que l'ampoule connectée en série avec la bobine s'allume plus lentement que la deuxième ampoule (Fig. 3).

Riz. 3. Incandescence différente des ampoules au moment où le circuit est allumé

Lorsque la source est éteinte, l'ampoule connectée en série avec la bobine s'éteint plus lentement que la deuxième ampoule.

Pourquoi les lumières ne s'éteignent-elles pas en même temps ?

Lorsque l'interrupteur est fermé (Fig. 4), en raison de l'apparition d'une force électromotrice d'auto-induction, le courant dans l'ampoule avec la bobine augmente plus lentement, de sorte que cette ampoule s'allume plus lentement.

Riz. 4. Fermeture à clé

Lorsque l'interrupteur est ouvert (Fig. 5), la force électromagnétique d'auto-induction qui en résulte empêche le courant de diminuer. Le courant continue donc de circuler pendant un certain temps. Pour que le courant existe, un circuit fermé est nécessaire. Il existe un tel circuit dans le circuit, il contient les deux ampoules. Par conséquent, lorsque le circuit est ouvert, les ampoules doivent briller de la même manière pendant un certain temps, et le retard observé peut être causé par d'autres raisons.

Riz. 5. Ouverture de la clé

Considérons les processus qui se produisent dans ce circuit lorsque la clé est fermée et ouverte.

1. Fermeture à clé.

Il y a une bobine conductrice de courant dans le circuit. Laissez le courant dans ce tour circuler dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ensuite, le champ magnétique sera dirigé vers le haut (Fig. 6).

Autrement dit, pour celui considéré sur la Fig. 6 tours, le courant d'induction doit être dirigé dans le sens des aiguilles d'une montre (Fig. 7), évitant ainsi l'augmentation du courant propre au tour. Par conséquent, lorsque la clé est fermée, le courant dans le circuit n'augmente pas instantanément du fait qu'un courant d'induction de freinage apparaît dans ce circuit, dirigé en sens inverse.

2. Ouverture de la clé

Conclusion: lorsque le courant dans un conducteur change, une induction électromagnétique se produit dans le même conducteur, qui génère un courant induit dirigé de manière à empêcher toute modification de son propre courant dans le conducteur (Fig. 8). C’est l’essence du phénomène d’auto-induction. L'auto-induction est un cas particulier d'induction électromagnétique.

Riz. 8. Le moment de la mise sous et hors tension du circuit

Formule pour trouver l'induction magnétique d'un conducteur droit avec courant :

où est l'induction magnétique ; - constante magnétique ; - la force actuelle ; - distance du conducteur au point.

Le flux d'induction magnétique à travers la zone est égal à :

où est la surface pénétrée par le flux magnétique.

Ainsi, le flux d’induction magnétique est proportionnel à l’intensité du courant dans le conducteur.

Pour une bobine dont est le nombre de tours et la longueur, l'induction du champ magnétique est déterminée par la relation suivante :

Flux magnétique créé par une bobine avec le nombre de tours N, est égal à:

En substituant la formule de l'induction du champ magnétique dans cette expression, nous obtenons :

Le rapport entre le nombre de tours et la longueur de la bobine est indiqué par le nombre :

On obtient l'expression finale du flux magnétique :

De la relation qui en résulte, il ressort clairement que la valeur du flux dépend de la valeur du courant et de la géométrie de la bobine (rayon, longueur, nombre de tours). Une valeur égale à est appelée inductance :

L'unité d'inductance est Henry :

Par conséquent, le flux d’induction magnétique provoqué par le courant dans la bobine est égal à :

En tenant compte de la formule de la force électromotrice induite, nous constatons que la force électromotrice d'auto-induction est égale au produit du taux de variation du courant et de l'inductance, pris avec le signe « - » :

Auto-induction- c'est le phénomène d'apparition d'induction électromagnétique dans un conducteur lorsque l'intensité du courant circulant à travers ce conducteur change.

Force électromotrice d'auto-induction est directement proportionnel au taux de variation du courant circulant dans le conducteur, pris avec un signe moins. Le facteur de proportionnalité s’appelle inductance, qui dépend des paramètres géométriques du conducteur.

Un conducteur a une inductance égale à 1 H si, à un taux de variation du courant dans le conducteur égal à 1 A par seconde, une force électromotrice auto-inductive égale à 1 V apparaît dans ce conducteur.

Bibliographie

Myakishev G.Ya. Physique : Manuel. pour la 11e année enseignement général établissements. - M. : Éducation, 2010.
Kassianov V.A. La physique. 11e année : Éducative. pour l'enseignement général établissements. - M. : Outarde, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physique 11. - M. : Mnémosyne.

Portail Internet Myshared.ru ().
Portail Internet Physics.ru ().
Portail Internet Festival.1september.ru ().

Devoirs

Questions à la fin du paragraphe 15 (p. 45) - Myakishev G.Ya. Physique 11 (voir liste des lectures recommandées)
L'inductance de quel conducteur est 1 Henry ?

Leçon de physique utilisant les ressources Internet.

11e année, thème : « Auto-induction, inductance » - 2 heures.

Objectifs:

formation de compétences éducatives - organiser de manière indépendante le processus d'étude des concepts physiques et des lois, résoudre des problèmes éducatifs.
Formation de compétences de recherche - développement de l'acquisition indépendante de connaissances, utilisation des ressources Internet, analyse et sélection des informations nécessaires.
Formation de compétences sociales et personnelles - la capacité de déterminer l'importance des connaissances pour soi et pour la société.

Ressources pour la mise en œuvre des cours : un laboratoire informatique avec connexion Internet est requis.

Énoncé du problème : de manière autonome, à l'aide des ressources Internet, étudier le phénomène d'auto-induction, considérer la notion d'inductance, découvrir comment est déterminée la FEM d'auto-induction. Considérez l'application pratique de l'auto-induction. Déterminez l'importance du phénomène pour vous-même et pour la science.

2. Travail indépendant des étudiants, qui implique

activités de recherche pour obtenir des informations, les sélectionner et les classer
représentation graphique de son propre système de connaissances basée sur les informations reçues sous forme de diagramme, de graphique, de description. Reflet de l'orientation pratique des phénomènes et lois étudiés sous forme de dessins et de photographies.
raisonner sur l'importance des connaissances acquises pour soi et pour la société sous forme graphique ou sous la forme d'un court essai, essai.

Toutes les activités des étudiants sont reflétées dans le cahier d'exercices électronique.

3. Auto-test : les étudiants se voient proposer un test sur la matière étudiée (lien vers le test en annexe 2). Les étudiants choisissent leur propre niveau. Seules les options de réponse sont placées dans le classeur.

Évaluation du travail des étudiants :

Échange de cahiers d'exercices sur un réseau local, analyse des connaissances acquises, autotest (réponses en annexe 3). Les élèves évaluent eux-mêmes les cahiers d’exercices de leurs camarades.

Résumé du cours : réflexion, discussion des difficultés, des souhaits, des résultats obtenus.

Devoirs : comprendre les connaissances acquises, préparer du matériel problématique pour une discussion sur le thème « Auto-induction, inductivité ». Faire ses devoirs implique de travailler de manière autonome avec un manuel et des informations supplémentaires.

www.physics.nad.ru- La physique dans les animations

www.physics.ru- Physique à l'Open College

http://www.spin.nw.ru/ Physique pour les écoles

http://physicomp.lipetsk.ru/- Revue électronique "Physikomp"

http://www.omsknet.ru/acad/fr_elect.htm- Manuel électronique de physique.

www.alsak.ru-Physique scolaire pour les enseignants et les étudiants.

www.physics-regelman.com

Annexe 3

Réponses au test « Auto-induction. Inductance"

Niveau A	Niveau B	Niveau C
Question n°	répondre	Question n°	répondre	Question n°	répondre