Nodarbības tēma: “Pašindukcijas fenomens. Induktivitāte

Plāns - nodarbības kopsavilkums

« pašindukcija . UN induktivitāte . Magnētiskā lauka enerģija pašreizējais"

Pabeidza 5. kursa students

grupa FM-112

pilna laika izglītība

fiziskā un matemātiskā izglītība

Kežutina Olga Vladislavovna

Datums: 23.09.16

Vladimirs 2016

Nodarbības tēma: pašindukcija . UN induktivitāte .

Klase: "11b"

Nodarbības veids : mācību stunda.

Nodarbības veids: nodarbība-lekcija.

Mērķis : veido priekšstatu, ka strāvas stipruma izmaiņas vadītājā rada virpuļviļņu, kas var vai nu paātrināt, vai palēnināt kustīgos elektronus; veido priekšstatu par elektriskās strāvas enerģiju vadītājā un strāvas radītā magnētiskā lauka enerģiju.

Uzdevumi:

Izglītības: Atkārtot skolēnu zināšanas par elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, padziļināt tās; uz šī pamata pētīt pašindukcijas fenomenu. Iemācieties izmantot elektromagnētiskās indukcijas likumu, lai izskaidrotu parādības.Ieviest formulu strāvas magnētiskā lauka enerģijas aprēķināšanai un elektromagnētiskā lauka jēdzienu.

Izglītības: Izkopt interesi par mācību priekšmetu, centību un spēju rūpīgi izvērtēt biedru atbildes, prasmi strādāt kolektīvi un pāros.

Attīstās: Studentu fiziskās domāšanas attīstība, studentu konceptuālā aparāta paplašināšana, prasmju veidošana, lai analizētu informāciju, izdarītu secinājumus no novērojumiem un eksperimentiem.

Aprīkojums:

Nodarbību laikā:

organizatoriskais posms.

11.20 – 11.21

Sveiki puiši, apsēdieties.

Skolēni gatavojas nodarbībai.

Zināšanu atjaunināšana.

11.22-11.28

Pārbaudot mājas darbus, ja skolēniem ir jautājumi, tad tos kārtojam.

Priekšējā aptauja:

Kādu lauku sauc par virpuļelektrisko lauku?

Kāds ir virpuļa lauka avots?

Kas ir Fuko straumes? Sniedziet to izmantošanas piemērus.

Kas nosaka indukcijas EML, kas rodas vadītājā, kas pārvietojas laikā mainīgā magnētiskajā laukā?

Studenti pārbauda savus mājasdarbus un atbild uz šādiem jautājumiem:

Lauks, kas radalaikā mainīgs magnētiskais lauks.

Laikā mainīgs magnētiskais lauks.

Indukcijas strāvas sasniedz lielu skaitlisko vērtību masīvajos vadītājos, jo to pretestība ir maza.

Par vadītāja ātrumu vienmērīgā magnētiskajā laukā.

Vadošo jautājumu paraugi:

4. Atcerieties formulu, pēc kuras jūs varat atrast indukcijas EML kustīgos vadītājos.

motivācijas posms.

11.29-11.31

Elektrodinamikas pamatus Ampērs ielika 1820. gadā. Ampera darbs iedvesmoja daudzus inženierus izstrādāt dažādas tehniskas ierīces, piemēram, elektromotoru (konstruktors B. S. Jacobi), telegrāfu (S. Morse), elektromagnētu, kuru izstrādāja slavenais amerikāņu zinātnieks Henrijs.

Džozefs Henrijs kļuva slavens, pateicoties unikālu jaudīgu elektromagnētu sērijas izveidei ar celšanas spēku no 30 līdz 1500 kg un magnēta pašsvaru 10 kg. Radot dažādus elektromagnētus, zinātnieks 1832. gadā atklāja jaunu parādību elektromagnētismā – pašindukcijas fenomenu. Šī nodarbība ir veltīta šai parādībai.

Uzrakstiet tēmu uz tāfeles: " pašindukcija . UN induktivitāte . Magnētiskā lauka strāvas enerģija ».

Jauna materiāla apgūšana.

11.32-11.45

Henrijs izgudroja plakanas vara sloksnes spoles, ar kurām viņš panāca spēka efektus, kas bija izteiktāki nekā ar stiepļu solenoīdiem. Zinātnieks pamanīja, ka tad, kad ķēdē atrodas jaudīga spole, strāva šajā ķēdē sasniedz maksimālo vērtību daudz lēnāk nekā bez spoles.

Pieredze: Attēlā parādīta eksperimentālā iestatījuma elektriskā ķēde, uz kuras pamata ir iespējams demonstrēt pašindukcijas fenomenu. Elektriskā ķēde sastāv no divām paralēli savienotām spuldzēm, kas caur atslēgu savienotas ar līdzstrāvas avotu. Ar vienu no spuldzēm virknē ir savienota spole. Pēc ķēdes aizvēršanas var redzēt, ka spuldze, kas ir virknē savienota ar spoli, iedegas lēnāk nekā otrā spuldze.

Kad avots ir izslēgts, spuldze, kas virknē savienota ar spoli, nodziest lēnāk nekā otrā spuldze.

Apsveriet procesus, kas notiek šajā ķēdē, kad atslēga ir aizvērta un atvērta.

1. Atslēgas aizvēršana.

Ķēdē ir vadoša cilpa. Ļaujiet strāvai šajā spolē plūst pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Tad magnētiskais lauks tiks vērsts uz augšu.

Tādējādi spole atrodas sava magnētiskā lauka telpā. Palielinoties strāvai, spole atradīsies savas strāvas mainīgā magnētiskā lauka telpā. Ja strāva palielinās, tad palielinās arī šīs strāvas radītā magnētiskā plūsma. Kā zināms, palielinoties magnētiskajai plūsmai, kas iekļūst ķēdes plaknē, šajā ķēdē rodas indukcijas elektromotora spēks un rezultātā indukcijas strāva. Saskaņā ar Lenca likumu šī strāva tiks virzīta tā, lai tās magnētiskais lauks novērstu magnētiskās plūsmas izmaiņas, kas iekļūst ķēdes plaknē.

Tas ir, 4. attēlā aplūkotajai spolei induktīvā strāva ir jāvirza pulksteņrādītāja virzienā, tādējādi novēršot pašas spoles strāvas palielināšanos. Līdz ar to, kad atslēga ir aizvērta, strāva ķēdē uzreiz nepalielinās, jo šajā ķēdē parādās bremzēšanas indukcijas strāva, kas ir vērsta pretējā virzienā.

2. Atslēgas atvēršana.

Atverot atslēgu, strāva ķēdē samazinās, kas noved pie magnētiskās plūsmas samazināšanās caur spoles plakni. Magnētiskās plūsmas samazināšanās izraisa indukcijas EML un indukcijas strāvas parādīšanos. Šajā gadījumā indukcijas strāva tiek virzīta tajā pašā virzienā kā pašas cilpas strāva. Tas noved pie lēnāka iekšējās strāvas samazināšanās.

Secinājums: mainoties strāvai vadītājā, elektromagnētiskā indukcija notiek tajā pašā vadītājā, kas ģenerē indukcijas strāvu, kas ir vērsta tā, lai novērstu jebkādas izmaiņas vadītāja iekšējā strāvā. Tāda ir pašindukcijas fenomena būtība. Pašindukcija ir īpašs elektromagnētiskās indukcijas gadījums.

pašindukcija - tā ir elektromagnētiskās indukcijas parādība vadītājā, kad mainās caur šo vadītāju plūstošās strāvas stiprums.

Induktivitāte. Strāvas radītā magnētiskā lauka indukcijas vektora B modulis ir proporcionāls strāvas stiprumam. Tā kā magnētiskā plūsma Ф ir proporcionāla B, tad Ф ~ V ~ I.

Tāpēc var apgalvot, ka

F \u003d LI,

kur L ir proporcionalitātes koeficients starp strāvu vadošajā ķēdē un magnētisko plūsmu.

Vērtību L sauc par ķēdes induktivitāti vai tās pašindukcijas koeficientu.

Izmantojot elektromagnētiskās indukcijas likumu un iegūto izteiksmi, iegūstam vienādību

No formulas izriet, kainduktivitāte ir fizikāls lielums, kas skaitliski vienāds ar pašindukcijas EML, kas rodas ķēdē, kad strāvas stiprums tajā mainās par 1 A 1 s.

Induktivitāte, tāpat kā elektriskā kapacitāte, ir atkarīga no ģeometriskiem faktoriem: vadītāja izmēra un formas, bet nav tieši atkarīga no strāvas stipruma vadītājā. Papildus vadītāja ģeometrijai induktivitāte ir atkarīga no vides, kurā atrodas vadītājs, magnētiskajām īpašībām.

Acīmredzot vienas stieples spoles induktivitāte ir mazāka nekā spolei (solenoīdam), kas sastāv no N vienādu spoļu, jo spoles magnētiskā plūsma palielinās N reizes.

SI induktivitātes vienību sauc par henriju (apzīmē Hn). Vadītāja induktivitāte ir 1 H, ja tajā, vienmērīgi mainoties strāvas stiprumam 1 A 1 s, rodas 1 V pašindukcijas EMF:

Cilvēks katru dienu saskaras ar sevis indukcijas fenomenu. Katru reizi, kad mēs ieslēdzam vai izslēdzam gaismu, mēs tādējādi aizveram vai atveram ķēdi, vienlaikus izraisot indukcijas strāvu. Dažreiz šīs strāvas var sasniegt tik lielas vērtības, ka slēdža iekšpusē izlec dzirkstele, ko mēs varam redzēt.

Pašindukcijas un inerces analoģija. Pašindukcijas fenomens ir līdzīgs inerces fenomenam mehānikā. Tātad inerce noved pie tā, ka spēka iedarbībā ķermenis neiegūst noteiktu ātrumu uzreiz, bet gan pakāpeniski. Virsbūvi nevar uzreiz nobremzēt, lai cik liels būtu bremzēšanas spēks. Tādā pašā veidā pašindukcijas dēļ, kad ķēde ir aizvērta, strāvas stiprums uzreiz neiegūst noteiktu vērtību, bet pakāpeniski palielinās. Izslēdzot avotu, mēs nekavējoties nepārtraucam strāvu. Pašindukcija to saglabā kādu laiku, neskatoties uz ķēdes pretestību.

Lai izveidotu elektrisko strāvu un līdz ar to arī tās magnētisko lauku, jāstrādā pret virpuļelektriskā lauka spēkiem. Šis darbs (saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu) ir vienāds ar elektriskās strāvas enerģiju vai strāvas magnētiskā lauka enerģiju.

Pierakstiet strāvas enerģijas izteiksmies, kas plūst caur ķēdi ar induktivitātiL, t.i., strāvas magnētiskā lauka enerģijai, tas ir iespējams, pamatojoties uz analoģiju starp inerci un pašindukciju.

Ja pašindukcija ir analoga inercei, tad induktivitātei ir tāda pati loma strāvas radīšanas procesā kā masai mehānikā, kad ātrums palielinās. Ķermeņa ātruma lomu elektrodinamikā spēlē strāvas stiprums kā lielums, kas raksturo elektrisko lādiņu kustību.

Tad strāvas enerģiju var uzskatīt par līdzīgas kinētiskās enerģijas vērtību mehānikā:

Strāvas magnētiskā lauka enerģija.

Atbildiet uz jautājumiem, iesaistieties diskusijā, izdariet secinājumus, veiciet piezīmes piezīmju grāmatiņās.

Izpētītā materiāla konsolidācija

11.46-11.56

Problēmas risināšanas piedāvājumi:

Atrisiniet problēmas pie galda un laukā.

Apkopojot. Mājasdarbs.

11.57-11.58

Atzīmēšana un pamatojums. Mājas darbu rakstīšana un apspriešana.

D/Z: 14.–16. punkts, 932., 934., 938. nr.

Pierakstiet mājas darbus

Atspulgs

11.59-12.00

Tiek organizēta saruna ar mērķi izprast nodarbības dalībniekus par viņu pašu rīcību nodarbības laikā.

Jautājumi:

1. Ko jaunu tu pats uzzināji nodarbībā?

2. Vai stundas materiāls bija skaidrs?

3. Vai jums patika nodarbība?

Piedalieties sarunā

№931. Kāda ir ķēdes induktivitāte, ja pie strāvas stipruma 5 A tajā rodas 0,5 mWb magnētiskā plūsma?

№933. Atrodiet vadītāja induktivitāti, kurā, vienmērīgi mainoties strāvas stiprumam 2 A 0,25 s, tiek ierosināts 20 mV pašindukcijas EML.

№937. Spolē ar induktivitāti 0,6 H strāvas stiprums ir 20 A. Kāda ir šīs spoles magnētiskā lauka enerģija? Kā mainīsies lauka enerģija, ja strāva tiks samazināta uz pusi?

№939. Atrodi solenoīda magnētiskā lauka enerģiju, kurā pie 10 A strāvas rodas magnētiskā plūsma 0,5 Wb.

№932. Kāda magnētiskā plūsma rodas ķēdē ar induktivitāti 0,2 mH pie strāvas stipruma 10 A?

№934. Kāds pašindukcijas EML tiek ierosināts elektromagnēta tinumā ar induktivitāti 0,4 H ar vienmērīgas strāvas stipruma izmaiņām tajā par 5 A 0,02 s?

№938. Kādai jābūt strāvas stiprumam induktora tinumā ar induktivitāti 0,5 Gn, lai lauka enerģija būtu vienāda ar 1 J?

Nodarbības mērķis: veidot priekšstatu, ka strāvas stipruma izmaiņas vadītājā rada virpuļviļņu, kas var vai nu paātrināt, vai palēnināt kustīgos elektronus.

Nodarbību laikā

Mājas darbu pārbaude ar individuālās aptaujas metodi

1. Iegūstiet formulu indukcijas elektromotora spēka aprēķināšanai vadītājam, kas pārvietojas magnētiskajā laukā.

2. Atvasināt formulu indukcijas elektromotora spēka aprēķināšanai, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas likumu.

3. Kur izmanto elektrodinamisko mikrofonu un kā tas ir izkārtots?

4. Uzdevums. Stieples spoles pretestība ir 0,03 omi. Magnētiskā plūsma spoles iekšpusē samazinās par 12 mWb. Kāds elektriskais lādiņš iziet cauri cilpas šķērsgriezumam?

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

Jauna materiāla apgūšana

1. Pašindukcija.

Ja caur vadītāju plūst maiņstrāva, tad tajā pašā vadītājā tas rada indukcijas EML - tā ir parādība

Pašindukcija. Vadošajai ķēdei ir divējāda loma: caur to plūst strāva, un šī strāva tajā rada indukcijas EML.

Balstīts uz Lenca likumu; strāvai pieaugot, virpuļelektriskā lauka intensitāte ir vērsta pret strāvu, t.i. neļauj tai augt.

Strāvas samazināšanās laikā virpuļlauks to uztur.

Apsveriet ķēdi, kas parāda, ka strāvas stiprums sasniedz noteiktu

vērtības pakāpeniski laika gaitā.

Eksperimentu demonstrēšana ar shēmām. Izmantojot pirmo ķēdi, mēs parādīsim, kā indukcijas emf parādās, kad ķēde ir aizvērta.

Kad atslēga ir aizvērta, pirmā lampiņa iedegas uzreiz, otrā ar kavēšanos, pateicoties lielai pašindukcijai ķēdē, ko rada serdes spole.

Izmantojot otro ķēdi, mēs parādīsim indukcijas EMF izskatu, kad ķēde tiek atvērta.

Atvēršanas brīdī caur ampērmetru plūdīs virzīta strāva pret sākotnējo strāvu.

Atverot, strāva var pārsniegt sākotnējo strāvas vērtību. Tas nozīmē, ka pašindukcijas EML var būt lielāks par strāvas avota EML.

Izdariet analoģiju starp inerci un pašindukciju

Induktivitāte.

Magnētiskā plūsma ir proporcionāla magnētiskās indukcijas lielumam un strāvas stiprumam. F~B~I.

F= L I; kur L ir proporcionalitātes koeficients starp strāvu un magnētisko plūsmu.

Šo attiecību bieži sauc cilpas induktivitāte vai pašindukcijas koeficients.

Izmantojot induktivitātes vērtību, elektromagnētiskās indukcijas likumu var uzrakstīt šādi:

ξis= – ΔФ/Δt = – L ΔI/Δt

Induktivitāte ir fizikāls lielums, kas skaitliski vienāds ar pašindukcijas EML, kas rodas ķēdē, kad strāva mainās par 1 A 1 sekundē.

Izmēriet induktivitāti pēc Henrija (H) 1 H = 1 V s / A

Par pašindukcijas nozīmi elektrotehnikā un radiotehnikā.

Secinājums: mainīgai strāvai plūstot caur vadītāju, parādās virpuļveida elektriskais lauks.

Virpuļlauks palēnina brīvos elektronus, palielinoties strāvai, un uztur to, strāvai samazinoties.

Izpētītā materiāla konsolidācija.

– Kā izskaidrot pašindukcijas fenomenu?

– Izdariet analoģiju starp inerci un pašindukciju.

- Kāda ir ķēdes induktivitāte, kādās mērvienībās mēra induktivitāti?

- Uzdevums. Pie strāvas stipruma 5 A ķēdē rodas 0,5 mWb magnētiskā plūsma. Kāda būs ķēdes induktivitāte?

Risinājums. ΔF/Δt = – L ΔI/Δt; L = ΔF/ΔI; L \u003d 1 10-4H

Apkopojot stundu

Mājas darbs: §15, rep. §13, piem. 2 Nr.10

Nodarbības mērķis: formulēt elektromagnētiskās indukcijas kvantitatīvo likumu; skolēniem vajadzētu uzzināt, kas ir magnētiskās indukcijas EML un kas ir magnētiskā plūsma. Nodarbības gaita Pārbauda mājasdarbus...
Nodarbības mērķis: veidot skolēnos priekšstatu par pretestības esamību tikai maiņstrāvas ķēdē - tās ir kapacitatīvās un induktīvās pretestības. Nodarbības gaita Pārbauda mājasdarbus...
Nodarbības mērķis: veidot priekšstatu par elektriskās strāvas enerģiju vadītājā un strāvas radītā magnētiskā lauka enerģiju. Nodarbības gaita Mājas darbu pārbaude, testējot...
Nodarbības mērķis: iepazīstināt ar elektromotora spēka jēdzienu; iegūt Oma likumu slēgtai ķēdei; radīt skolēnos priekšstatu par atšķirību starp EML, spriegumu un potenciālu starpību. Kustēties...
Nodarbības mērķis: veidot skolēnu izpratni par aktīvo pretestību maiņstrāvas ķēdē, strāvas un sprieguma efektīvo vērtību. Nodarbības norise Notiek mājas pārbaude...
Nodarbības mērķis: izveidot priekšstatu, ka indukcijas EML var rasties vai nu fiksētā vadītājā, kas novietots mainīgā magnētiskajā laukā, vai kustīgā vadītājā pastāvīgā ...
Nodarbības mērķis: noskaidrot, kā notika elektromagnētiskās indukcijas atklāšana; veidot elektromagnētiskās indukcijas jēdzienu, Faradeja atklājuma nozīmi mūsdienu elektrotehnikā. Nodarbības gaita 1. Kontroldarba analīze ...
Nodarbības mērķis: apsvērt transformatoru ierīci un darbības principu; sniedziet pierādījumus, ka elektriskajai strāvai nekad nebūtu bijis tik plašs pielietojums, ja vienā reizē ...
Nodarbības mērķis: noskaidrot, kas izraisa indukcijas EML kustīgos vadītājos, kas novietoti pastāvīgā magnētiskajā laukā; likt studentiem secināt, ka spēks darbojas uz apsūdzībām ...
Nodarbības mērķis: studentu asimilācijas kontrole par pētāmo tēmu, loģiskās domāšanas attīstība, skaitļošanas prasmju pilnveidošana. Nodarbības gaita Skolēnu organizēšana kontroldarba veikšanai 1.variants Nr.1. Fenomens...
Nodarbības mērķis: veidot skolēnu izpratni par elektrisko un magnētisko lauku, kā vienotu veselumu - elektromagnētisko lauku. Nodarbības gaita Mājas darbu pārbaude, testējot...
Nodarbības mērķis: pārbaudīt skolēnu zināšanas par apgūto tēmu, pilnveidot dažāda veida problēmu risināšanas prasmes. Stundu gaita Mājas darbu pārbaude Skolēnu atbilžu atbilstība mājās sagatavotajām...
Nodarbības mērķis: atkārtot un apkopot zināšanas par apskatīto tēmu; pilnveidot spēju domāt loģiski, vispārināt, risināt kvalitatīvas un skaitļošanas problēmas. Nodarbības gaita Mājasdarbu pārbaude 1....
Nodarbības mērķis: pierādīt skolēniem, ka brīvajām elektromagnētiskajām svārstībām ķēdē nav praktiska pielietojuma; tiek izmantotas neslāpētas piespiedu svārstības, kas ir ļoti noderīgas praksē. Kustēties...
Nodarbības mērķis: veidot magnētiskās indukcijas moduļa un ampērspēka jēdzienu; spēt atrisināt problēmas, lai noteiktu šos daudzumus. Nodarbības gaita Mājas darbu pārbaude pēc individuālās...

Nodarbība #46-169

pašindukcija- indukcijas EML parādība vadošā ķēdē, kad tajā mainās strāvas stiprums. Iegūtais emf tiek saukts Pašindukcijas EMF.

Pašindukcijas fenomena izpausme.

Ķēdes slēgšana. Kad ķēde ir slēgta, strāva palielinās, kas izraisa magnētiskās plūsmas palielināšanos spolē, rodas virpuļelektriskais lauks, kas vērsts pret strāvu, t.i. spolē rodas pašindukcijas EMF, kas neļauj ķēdē celties strāvai (virpuļa lauks palēnina elektronu darbību).

Rezultātā L1 iedegas vēlāk nekā L2.

Ķēdes atvēršana.

Atverot elektrisko ķēdi, strāva samazinās, spolē notiek magnētiskās plūsmas samazināšanās, rodas virpuļelektriskais lauks, kas virzīts kā strāva (tiecas saglabāt vienādu strāvas stiprumu), t.i. Spolē parādās pašinduktīvs emf, kas uztur strāvu ķēdē. Tā rezultātā, kad tas ir izslēgts, L mirgo spilgti.

Induktivitāte, jeb pašindukcijas koeficients - elektriskās ķēdes parametrs, kas nosaka ķēdē inducētās pašindukcijas EML, mainoties caur to plūstošajai strāvai un (un) tās deformācijai. Termins "induktivitāte" attiecas arī uz pašindukcijas spoli, kas nosaka ķēdes induktīvās īpašības.

pašindukcija - indukcijas EMF rašanās vadošā ķēdē, kad tajā mainās strāvas stiprums. Indukcijas emf rodas, mainoties magnētiskajai plūsmai. Ja šīs izmaiņas izraisa tā paša strāva, tad runā par pašindukcijas EML:

ε ir =–
= -L ,

Kur L - ķēdes induktivitāte vai tā koeficientspašindukcijas punkts.

Induktivitāte- fizikāls lielums, kas skaitliski vienāds ar pašindukcijas EML, kas rodas ķēdē, kad strāvas stiprums mainās par 1 A 1 sekundē.

Ф - magnētiskā plūsma caur ķēdi, I - strāvas stiprums ķēdē.SI induktivitātes mērvienībaHenrijs(GN): [ L] = [

] = [

]= Hn; 1 Hn = 1

Induktivitāte, tāpat kā kapacitāte, ir atkarīga no vadītāja ģeometrijas - tā izmēra un formas, bet nav atkarīga no strāvas stipruma vadītājā. Turklāt induktivitāte ir atkarīga no vides, kurā atrodas vadītājs, magnētiskajām īpašībām.

Spoles induktivitāte atkarīgs no:

- apgriezienu skaits,

− spoles izmērs un forma;

− uz vides relatīvo magnētisko caurlaidību (iespējams serde).

Strāvu veidošana un laušana Ar jebkuru strāvas ieslēgšanu un izslēgšanu ķēdē, t.s pašindukcijas ārstrāvas (īssavienojuma ārstrāvas undungot), kas rodas ķēdē pašindukcijas fenomena dēļ un novērš (saskaņā ar Lenca likumu) strāvas palielināšanos vai samazināšanos ķēdē. Induktivitāte raksturo inerciķēde saistībā ar strāvas izmaiņām tajā, un tāsvar uzskatīt par elektrodinamikuķermeņa masas analogs mehānikā, kas ir mērsķermeņa inerce. Tajā pašā laikā pašreizējā es spēlē ķermeņa ātruma lomu. Strāvas magnētiskā lauka enerģija. Atrodiet elektriskās strāvas enerģiju vadītājā. Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu strāvas radītā magnētiskā lauka enerģija ir vienāda ar enerģiju, kas strāvas avotam (galvaniskajam elementam, elektrostacijas ģeneratoram utt.) jāiztērē, lai radītu strāvu. Kad strāva tiek pārtraukta, šī enerģija tiek atbrīvota vienā vai otrā veidā. Noskaidrosim, kāpēc ir nepieciešams tērēt enerģiju, lai radītu strāvu, t.i., ir nepieciešams veikt darbu. Tas izskaidrojams ar to, ka tad, kad ķēde ir slēgta, kad strāva sāk palielināties, vadītājā parādās virpuļveida elektriskais lauks, kas iedarbojas pret elektrisko lauku, kas tiek radīts vadītājā strāvas avota ietekmē. Lai strāva kļūtu vienāda Man, strāvas avotam, ir jāstrādā pret virpuļlauka spēkiem. Šis darbs ir paredzēts, lai palielinātu strāvas magnētiskā lauka enerģiju.

Kad ķēde tiek atvērta, strāva pazūd, un virpuļlauks veic pozitīvu darbu. Tiek atbrīvota strāvas uzkrātā enerģija. To nosaka spēcīga dzirkstele, kas rodas, atverot ķēdi ar lielu induktivitāti.

I, kas plūst caur ķēdi ar induktivitāti L (t.i., strāvas magnētiskā lauka enerģijai), var balstīties uz analoģiju starp inerci un pašindukciju, kas tika apspriesta iepriekš. W m var uzskatīt par vērtību, kas ir līdzīga ķermeņa kinētiskajai enerģijai

mehānikā un rakstiet kā W m =

(**) L, un tajā esošās strāvas stiprums I. Taču to pašu enerģiju var izteikt arī ar lauka īpašībām. Aprēķini liecina, ka magnētiskā lauka enerģijas blīvums (t.i., enerģija uz tilpuma vienību) ir proporcionāls magnētiskās indukcijas kvadrātam, tāpat kā elektriskā lauka enerģijas blīvums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātes kvadrātam.

Elektriskās strāvas radītajam magnētiskajam laukam ir enerģija, kas ir tieši proporcionāla strāvas stipruma kvadrātam.

5. Spolē ar pretestību 2 omi ieplūst strāva 3 A. Spoles induktivitāte ir 50 mH. Kāds būs spriegums spoles spailēs, ja strāva tajā palielinās vienmērīgi ar ātrumu 200 ?

Nodarbība #46-169 Pašindukcija. Induktivitāte. Strāvas magnētiskā lauka enerģija. D/z: §15; 16. §1. pašindukcija- EML parādība vadošā ķēdē, kad tajā mainās strāvas stiprums. Iegūto emf sauc par pašindukcijas emf.Saskaņā ar Lenca likumu strāvas pieauguma brīdī virpuļa elektriskā lauka intensitāte ir vērsta pret strāvu, t.i. virpuļlauks neļauj strāvai pieaugt. Un šobrīd strāva samazinās, virpuļlauks to atbalsta.

Pašindukcijas fenomenu var novērot vienkāršos eksperimentos.

AR Divu identisku lukturu paralēlā savienojuma shēma. Viens no tiem ir savienots ar avotu caur rezistoruR , A otrs - virknē ar spoli L, aprīkots ar dzelzs serdi.

P
Kad atslēga ir aizvērta, pirmā lampiņa mirgo gandrīz nekavējoties, bet otrā - ar ievērojamu kavēšanos. Pašindukcijas emf šīs lampas ķēdē ir liela, un strāvas stiprums uzreiz nesasniedz maksimālo vērtību (Zīm.).

Pašindukcijas EMF parādīšanās atverot:

Kad atslēga ir atvērta spolēL satraukums ģenerē pašindukcijas EMF, atbalstot sākotnējostrāva. Rezultātā atvēršanas brīdī caur galvanometru plūst strāva (no R uz A ) vērsta pretsākotnējā strāva pirms atvēršanas ( es uz ampērmetru). Spēksstrāva, kad ķēde ir atvērta, var pārsniegt strāvu,

iet cauri galvanometram, kad atslēga ir aizvērta.Tas nozīmē, ka pašindukcijas EMLε IR . vairāk EMF ε ba elementu kastes.

2. Induktivitāte. Indukcijas vektora modulis strāvas radītais magnētiskais lauks ir proporcionāls strāvas stiprumam. Tā kā magnētiskā plūsma Ф ir proporcionāla , tad f ~ In ~ es. Var apgalvot, ka Ф=LI, (1)

kur L - proporcionalitātes koeficients starp strāvu vadošajā ķēdē un magnētisko plūsmu. L vērtība sauca ķēdes induktivitāte, vai viņa koeficientspašindukcijas apjoms.

Izmantojot elektromagnētiskās indukcijas un izteiksmes likumu (1), iegūstam vienādību

ε IR = -= -L (2), pieņemot, ka kontūras forma paliek nemainīga unstrāva mainās tikai strāvas stipruma izmaiņu dēļ.No formulas (2) izriet, kainduktivitāte - tas ir fi fiziskais daudzums, skaitliski vienāds ar pašindukcijas EMF, kas rodas ķēdē, kad strāvas stiprums tajā mainās par 1 A uz 1 s.

Induktivitāte ir atkarīga no ģeometriskiem faktoriem: vadītāja izmēra un formas, bet nav tieši atkarīga no strāvas stipruma vadītājā. Papildus vadītāja ģeometrijai induktivitāte ir atkarīga no vides, kurā atrodas vadītājs, magnētiskajām īpašībām.

Viena stieples pagrieziena induktivitāte ir mazāka nekā spolei (solenoīdam), kas sastāv no N vienādu pagriezienu, jo spoles magnētiskā plūsma palielinās N reizes.

Tiek saukta induktivitātes vienība SI Henrijs(apzīmē ar Gn). Vadītāja induktivitāte ir 1 gn, Jatajā ar vienmērīgām strāvas stipruma izmaiņām par 1 A aiz muguras 1 s Notiek pašindukcijas EML 1 V: 1 H = = 1

3. Pašreizējā magnētiskā lauka enerģija Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu strāvas radītā magnētiskā lauka enerģija ir vienāda ar enerģiju, kas strāvas avotam (galvaniskajam elementam, elektrostacijas ģeneratoram utt.) jāiztērē, lai radītu strāvu. Kad ķēde tiek atvērta, strāva pazūd, un virpuļlauks veic pozitīvu darbu. Tiek atbrīvota strāvas uzkrātā enerģija. To atklāj, piemēram, spēcīga dzirkstele, kas rodas, atverot ķēdi ar lielu induktivitāti. Uzrakstiet izteiksmi strāvas enerģijai I, kas plūst caur ķēdi ar induktivitāti L (t.i., strāvas magnētiskā lauka enerģijai), var balstīties uz analoģiju starp inerci un pašindukciju. Ja pašindukcija ir līdzīga inercei, tad, palielinot ķermeņa ātrumu mehānikā, induktivitātei strāvas radīšanas procesā vajadzētu būt tādai pašai lomai kā masai. Ķermeņa ātruma lomu elektrodinamikā spēlē strāvas stiprums I kā elektrisko lādiņu kustību raksturojošs lielums. Ja tā, tad pašreizējā enerģija W m var uzskatīt par vērtību, kas ir līdzīga ķermeņa kinētiskajai enerģijai mehānikā, un to var rakstīt kā W m = (**) Tieši šī strāvas enerģijas izteiksme tiek iegūta aprēķinu rezultātā. Strāvas enerģiju (**) izsaka kā vadītāja ģeometrisko raksturlielumu L, un strāvas stiprums tajā I. Taču to pašu enerģiju var izteikt arī ar lauka īpašībām. Aprēķini liecina, ka magnētiskā lauka enerģijas blīvums (t.i., enerģija uz tilpuma vienību) ir proporcionāls magnētiskās indukcijas kvadrātam w M ~ B 2, tāpat kā elektriskā lauka enerģijas blīvums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātes kvadrātam w E ~ E 2

Atcerieties: elektriskās strāvas radītajam magnētiskajam laukam ir enerģija, kas ir tieši proporcionāla strāvas stipruma kvadrātam.

Pamatformulas: Faradeja likums (elektromagnētiskās indukcijas likums): ε = -, kur ΔФ ir magnētiskās plūsmas izmaiņas, Δt ir laika intervāls, kurā notika šīs izmaiņas.

Pašindukcijas fenomens slēpjas faktā, ka tad, kad ķēdē mainās strāva, rodas EML, kas iebilst pret šīm izmaiņām. Magnētiskā plūsma Ф caur virsmu, ko ierobežo kontūra, ir tieši proporcionāla strāvas stiprumam I ķēdē: Ф \u003d LI,

kur L - proporcionalitātes koeficients, ko sauc par induktivitāti.

Pašindukcijas EMF tiek izteikts ar strāvas stipruma izmaiņām ķēdē Δ Es pēc šādas formulas:

ε = - = -L kur Δt ir laiks, kurā notika šīs izmaiņas.

Magnētiskā lauka enerģija W izsaka ar formulu: W=

Uzdevumi. Pašindukcija. Induktivitāte.

1. Kāds pašindukcijas EML rodas spolē ar induktivitāti 86 mH, ja tajā 0,012 s laikā pazūd 3,8A strāva?

2. Noteikt pašindukcijas EMF, ja spolē ar induktivitāti 0,016 mH strāvas stiprums samazinās ar ātrumu 0,5 kA / s.

3. Kāda ir spoles induktivitāte, ja, vienmērīgi mainoties strāvai tajā no 2 līdz 12 A, pašindukcijas EML notiek 0,1 s, kas vienāda ar 10 V?

4. Magnētiskā plūsma, kas iekļūst vadītāja kontūrā ar pretestību 0,2 omi, vienmērīgi mainās no 1,2∙10 -3 Wb līdz 0,4∙10 -3 Wb 2 ms laikā. Nosakiet strāvu ķēdē.

5. Spolē ar pretestību 2 omi ieplūst strāva 3 A. Spoles induktivitāte ir 50 mH. Kāds būs spriegums spoles spailēs, ja strāva tajā vienmērīgi palielinās ar ātrumu 200 A / s?

6. Kāds ir strāvas stipruma izmaiņu ātrums releja tinumā ar induktivitāti 3,5 H, ja tajā tiek ierosināts 105 V pašindukcijas EMF?

7. Spole ar nenozīmīgu pretestību un induktivitāti 3 H ir savienota ar strāvas avotu ar EMF 15 V un niecīgu iekšējo pretestību. Cik ilgā laikā strāva spolē sasniegs 50A? 8. Spole ar induktivitāti 0,2 H ir savienota ar strāvas avotu ar EMF = 10 V un iekšējo pretestību 0,4 Ohm. Nosakiet kopējo EML ķēdes atvēršanas brīdī, ja strāva tajā pazūd 0,04 s un spoles vada pretestība ir 1,6 omi. 9. Spole ar pretestību 10 omi un induktivitāti 0,01 H atrodas mainīgā magnētiskajā laukā. Kad šī lauka radītā magnētiskā plūsma pieauga par 0,01 Wb, strāva spolē palielinājās par 0,5 A. Kāds lādiņš šajā laikā izgāja caur spoli?

Šajā nodarbībā uzzināsim, kā un kas atklāja pašindukcijas fenomenu, izskatīsim eksperimentu, ar kuru demonstrēsim šo fenomenu, noteiksim, ka pašindukcija ir īpašs elektromagnētiskās indukcijas gadījums. Nodarbības beigās mēs ieviešam fizisko lielumu, kas parāda pašindukcijas EML atkarību no vadītāja izmēra un formas un vides, kurā vadītājs atrodas, t.i., induktivitāti.

Rīsi. 2. D. Henrija eksperimentālās iekārtas shēma

Uz att. 2. attēlā ir parādīta eksperimentālā iestatījuma elektriskā ķēde, uz kuras pamata ir iespējams demonstrēt pašindukcijas fenomenu. Elektriskā ķēde sastāv no divām paralēli savienotām spuldzēm, kas caur atslēgu savienotas ar līdzstrāvas avotu. Ar vienu no spuldzēm virknē ir savienota spole. Pēc ķēdes aizvēršanas var redzēt, ka spuldze, kas virknē savienota ar spoli, iedegas lēnāk nekā otrā spuldze (3. att.).

Rīsi. 3. Atšķirīga spuldžu kvēlspuldze ķēdes ieslēgšanas brīdī

Kad avots ir izslēgts, spuldze, kas virknē savienota ar spoli, nodziest lēnāk nekā otrā spuldze.

Kāpēc gaismas nodziest vienlaicīgi?

Kad atslēga ir aizvērta (4. att.), pašindukcijas EML rašanās dēļ strāva spuldzē ar spoli palielinās lēnāk, tāpēc šī spuldze iedegas lēnāk.

Rīsi. 4. Taustiņu slēdzene

Kad atslēga ir atvērta (5. att.), topošais pašindukcijas EMF neļauj strāvai samazināties. Tāpēc strāva kādu laiku turpina plūst. Strāvas pastāvēšanai ir nepieciešama slēgta ķēde. Ķēdē ir tāda ķēde, tajā ir abas spuldzes. Tāpēc, atverot ķēdi, spuldzēm kādu laiku vajadzētu spīdēt vienādi, un novērotā aizkave var būt citu iemeslu dēļ.

Rīsi. 5. Atslēgas atvēršana

Apsveriet procesus, kas notiek šajā ķēdē, kad atslēga ir aizvērta un atvērta.

1. Atslēgas aizvēršana.

Ķēdē ir vadoša cilpa. Ļaujiet strāvai šajā spolē plūst pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Tad magnētiskais lauks tiks vērsts uz augšu (6. att.).

Tas ir, tai, kas aplūkota attēlā. 6 apgriezienus, indukcijas strāva jāvirza pulksteņrādītāja virzienā (7. att.), tādējādi novēršot pagrieziena pašas strāvas palielināšanos. Līdz ar to, kad atslēga ir aizvērta, strāva ķēdē uzreiz nepalielinās, jo šajā ķēdē parādās bremzēšanas indukcijas strāva, kas ir vērsta pretējā virzienā.

2. Atslēgas atvēršana

Secinājums: mainoties strāvai vadītājā, tajā pašā vadītājā notiek elektromagnētiskā indukcija, kas ģenerē indukcijas strāvu, kas vērsta tā, lai novērstu jebkādas iekšējās strāvas izmaiņas vadītājā (8. att.). Tāda ir pašindukcijas fenomena būtība. Pašindukcija ir īpašs elektromagnētiskās indukcijas gadījums.

Rīsi. 8. Ķēdes ieslēgšanas un izslēgšanas brīdis

Formula tiešā vadītāja magnētiskās indukcijas noteikšanai ar strāvu:

kur - magnētiskā indukcija; - magnētiskā konstante; - strāvas stiprums; - attālums no vadītāja līdz punktam.

Magnētiskās indukcijas plūsma caur vietu ir vienāda ar:

kur ir virsmas laukums, kurā iekļūst magnētiskā plūsma.

Tādējādi magnētiskās indukcijas plūsma ir proporcionāla strāvas stiprumam vadītājā.

Spolei, kurā ir apgriezienu skaits un garums, magnētiskā lauka indukciju nosaka pēc šādas attiecības:

Magnētiskā plūsma, ko rada spole ar apgriezienu skaitu N, ir vienāds ar:

Šajā izteiksmē aizstājot magnētiskā lauka indukcijas formulu, mēs iegūstam:

Apgriezienu skaita attiecību pret spoles garumu apzīmē ar skaitli:

Mēs iegūstam galīgo magnētiskās plūsmas izteiksmi:

No iegūtās attiecības var redzēt, ka plūsmas vērtība ir atkarīga no strāvas stipruma un spoles ģeometrijas (rādiuss, garums, apgriezienu skaits). Vērtību, kas vienāda ar, sauc par induktivitāti:

Induktivitātes mērvienība ir henrijs:

Tāpēc magnētiskās indukcijas plūsma, ko izraisa strāva spolē, ir:

Ņemot vērā indukcijas EML formulu, mēs iegūstam, ka pašindukcijas EML ir vienāds ar strāvas un induktivitātes izmaiņu ātruma reizinājumu, kas ņemts ar “-” zīmi:

pašindukcija- tā ir elektromagnētiskās indukcijas parādība vadītājā, kad mainās caur šo vadītāju plūstošās strāvas stiprums.

Pašindukcijas elektromotora spēks ir tieši proporcionāls caur vadītāju plūstošās strāvas izmaiņu ātrumam, kas ņemts ar mīnusa zīmi. Proporcionalitātes koeficientu sauc induktivitāte, kas ir atkarīgs no vadītāja ģeometriskajiem parametriem.

Vadītāja induktivitāte ir vienāda ar 1 H, ja ar strāvas izmaiņu ātrumu vadītājā, kas vienāds ar 1 A sekundē, šajā vadītājā rodas pašindukcijas elektromotora spēks, kas vienāds ar 1 V.

Bibliogrāfija

Mjakiševs G.Ya. Fizika: Proc. 11 šūnām. vispārējā izglītība iestādēm. - M.: Izglītība, 2010.
Kasjanovs V.A. Fizika. 11. klase: Proc. vispārējai izglītībai iestādēm. - M.: Bustards, 2005.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizika 11. - M .: Mnemosyne.

Interneta portāls Myshared.ru ().
Interneta portāls Physics.ru ().
Interneta portāls Festival.1september.ru ().

Mājasdarbs

Jautājumi 15. rindkopas beigās (45. lpp.) - Myakishev G.Ya. Fizika 11 (skatīt ieteicamās literatūras sarakstu)
Kura vadītāja induktivitāte ir 1 Henrijs?

Nodarbība fizikā, izmantojot interneta resursus.

11. klase, tēma: "Pašindukcija, induktivitāte" - 2 stundas.

Mērķi:

izglītības kompetenču veidošana - patstāvīgi organizēt fizisko jēdzienu un likumu apguves procesu, risināt izglītības problēmas.
Pētniecisko kompetenču veidošana - patstāvīgas zināšanu apguves attīstīšana, izmantojot interneta resursus, analizēt un atlasīt nepieciešamo informāciju.
Sociālo un personisko kompetenču veidošanās - spēja noteikt zināšanu nozīmi sev un sabiedrībai.

Resursi nodarbības īstenošanai: jābūt datorklasei ar iespēju pieslēgties internetam.

Problēmas izklāsts: patstāvīgi, izmantojot interneta resursus, izpētiet pašindukcijas fenomenu, apsveriet induktivitātes jēdzienu, uzziniet, kā tiek noteikts pašindukcijas EML. Apsveriet pašindukcijas praktisko pielietojumu. Nosakiet fenomena nozīmi sev un zinātnei.

2. Studentu patstāvīgais darbs, kas ietver

pētnieciskās darbības informācijas iegūšanai, tās atlase un klasifikācija
grafisks savas zināšanu sistēmas attēlojums, pamatojoties uz saņemto informāciju diagrammas, grafika, apraksta veidā. Pētīto parādību un likumu praktiskās ievirzes atspoguļojums zīmējumu, fotogrāfiju veidā.
argumentācija par iegūto zināšanu nozīmi sev un sabiedrībai grafiskā veidā vai īsas esejas, esejas veidā.

Visas skolēnu aktivitātes tiek ierakstītas elektroniskā darba burtnīcā.

3. Pašpārbaude: studentiem tiek piedāvāts tests par apgūstamo materiālu (saite uz testu 2. pielikumā). Studenti paši izvēlas savu līmeni. Darbgrāmatā tiek ievietoti tikai atbilžu varianti.

Studentu darbu novērtējums:

Darba burtnīcu apmaiņa lokālajā tīklā, iegūto zināšanu analīze, kontroldarba pašpārbaude (atbildes 3.pielikumā). Skolēni paši vērtē savu klasesbiedru darba burtnīcas.

Nodarbības rezultāts: pārdomas, grūtību, vēlmju, sasniegto rezultātu apspriešana.

Mājas darbs: iegūto zināšanu izpratne, problemātiska materiāla sagatavošana diskusijai par tēmu "Pašindukcija, induktivitāte". Mājasdarbu veikšana ietver patstāvīgu darbu ar mācību grāmatu, papildu informāciju.

www.physics.nad.ru- Fizika animācijās

www.physics.ru- Fizika Atvērtajā koledžā

http://www.spin.nw.ru/ Fizika skolām

http://physicomp.lipetsk.ru/- elektroniskais žurnāls "Physicomp"

http://www.omsknet.ru/acad/fr_elect.htm- Elektroniskā fizikas mācību grāmata.

www.alsak.ruSkolas fizika skolotājiem un skolēniem.

www.physics-regelman.com

3.pielikums

Atbildes uz testu “Pašindukcija. Induktivitāte"