Опыт генри самоиндукция кратко
Обновлено: 02.07.2024
средняя общеобразовательная школа
с углубленным изучением отдельных предметов №1 г.Шагонара
Разработка урока в 10 классе на тему:
Учитель: Мареев ВВ
Цель урока: формирование понятия явления самоиндукции, его проявлении в цепях электрического тока, отработка навыков применения правила Ленца, умения проводить аналогии между явления природы, привитие интереса к предмету через знакомство с историей открытий в области физики.
Оборудование:
1) опыт по наблюдению явления самоиндукции при замыкании цепи;
2) опыт по наблюдению явления самоиндукции при размыкании цепи;
5) интерактивная доска.
В 1831году английский ученый М. Фарадей, директор лаборатории королевского института, в статье “Об индукции электрических токов” описал эксперимент, который стал открытием явления электромагнитной индукции: “На широкую деревянную катушку была намотана медная проволока длиной 203 фута, а между ее витками была намотана проволока такой же длины, изолированная от первой хлопчатобумажной нитью. Одна из этих спиралей была соединена с гальванометром, а другая с сильной батареей. При замыкании цепи наблюдалось внезапное, но чрезвычайно слабое действие на гальванометре, и тоже действие замечалось при прекращении тока”. Затем Фарадей получил электрический ток с помощью только лишь магнита, вталкивая его внутрь спирали, а при резком удалении магнита стрелка отклонялась в противоположную сторону.
В 1833 году русский ученый Э. Х. Ленц сформулировал правило для определения направления индукционного тока: “Если металлический проводник движется поблизости от магнита, то в нем возбуждается ток такого направления, что если бы данный проводник был неподвижен, то ток мог бы обусловить его перемещение в противоположную сторону”.
Перенесемся на другую сторону Атлантики в небольшой городок Олбани в Соединенных Штатах Америки. Здесь в Академии преподавал физику и математику Джозеф Генри. В свободное время он увлекался изготовлением электромагнитов и добился успехов: один из магнитов мог удержать платформу массой в тонну. Как и Фарадей Генри размышлял над проблемой получения электрического тока с помощью магнита.
Генри поставил эксперимент, вошедший во все учебники физики. Он изготовил две катушки, большую и малую, с таким расчетом, чтобы одна свободно вдвигалась в другую. Затем подключил малую катушку к электрической батарее, а большую к гальванометру, и, вдвигая первую во вторую, заметил отклонение стрелки.
Генри смог опубликовать свои результаты лишь в 1832 году т. е. уже после Фарадея.
Приехав в столицу Великобритании в 1838 году, Генри поспешил в лабораторию к Фарадею и поинтересовался над какой проблемой тот работает.
Фарадей показал Генри термопару, один спай которой был погружен в сосуд со льдом, а другой лежал на раскаленной печке. Фарадей поднес концы проводов от термопары друг к другу, безуспешно пытаясь получить между ними искру.
Тогда Генри сделал спираль, намотав на палец один из проводов, вдвинул в спираль железный стержень, поднес их концы друг к другу – и искра проскочила!
Каким же образом провод смотанный в катушку усилил действие термопары (источника тока)?
Демонстрация опыта 1.
Две одинаковые лампы присоединим к источнику тока параллельно друг другу, но одну - через реостат, а другую - через катушку с большим числом витков медного провода, в которую вставим железный сердечник.
Почему вторая лампа загорается позже первой?
Демонстрация опыта 2.
В цепь, содержащую дроссельную катушку, параллельно ей подключили светодиод в обратном направлении.
Почему при размыкании цепи вспыхивает светодиод?
Ответить на эти вопросы нам поможет изучение явления самоиндукции, открытого Джозефом Генри в 1829 году.
Повторим, что нам известно о явлении электромагнитной индукции.
Какое явление называется электромагнитной индукцией?
Как можно изменить магнитный поток через поверхность замкнутого контура?
Как определяется магнитный поток созданный проводником с током? Как его можно изменить?
От чего зависит индуктивность проводника?
Как читается закон электромагнитной индукции?
Какова современная формулировка правила Ленца?
Используя правило Ленца, определите направление индукционного тока в верхнем витке при замыкании и размыкании цепи витка, подключенного к источнику тока СЛАЙД 3.
Проверьте ваши результаты СЛАЙД 4
Ток — это движение заряженных частиц под действием электрического поля. Электрическое поле в проводнике возникло при изменении магнитного поля. Исходя из единства природы, мы должны предположить, что такое же явление должно происходить и в витке, подключенном к источнику тока. При замыкании ключа возникает ЭДС индукции направленная против ЭДС источника тока, а при размыкании – вдоль ЭДС источника тока. Это явление получило название явление самоиндукции СЛАЙД 5
Рассмотрим схемы предыдущих опытов СЛАЙД 6
Какая лампа на схеме 1 загорится позже? Почему?
Почему вспыхивает светодиод при размыкании ключа? Покажите на схеме направление тока самоиндукции.
Как зависит сила тока от времени при замыкании ключа и размыкании цепи?
От чего зависит ЭДС самоиндукции? СЛАЙД 7
Что принято за единицу измерения индуктивности? Индуктивность какого проводника равна 1 Генри?
Из-за большой индуктивности катушки ЭДС самоиндукции может значительно превысить ЭДС источника тока. Появление значительной разности потенциалов в месте размыкания цепи часто приводит к электрическому пробою воздуха, т. е. возникновению электрической искры. (Что и произошло, как вы помните в опыте Генри). Процесс самоиндукции задерживает увеличение и уменьшение тока в электрических схемах и линиях передачи сигналов, тем самым приводя к искажению информации.
Какому механическому явлению аналогично явление самоиндукции? СЛАЙД 8
Закрепление
Учащимся предлагается тест для самооценки полученных знаний по теме “Электромагнетизм”
Полученные ответы заносятся в бланки. После выполнения работы учащиеся сравнивают свои результаты с правильными ответами СЛАЙД 9. Разбираются вопросы, вызвавшие затруднение.
Домашнее задание: § 90 Вопросы (стр.267)
Всегда можно начать сначала. Не потому ли столько людей ходят по кругу? Анджей Сток
ещё >>
Самоиндукцией называется явление возникновения ЭДС в проводящем контуре при изменении в нем силы тока.
2. Как зависит индуктивность катушки от числа витков? Почему?
Если катушка состоит из N витков, то ее индуктивность в N 2 раз больше индуктивности одного витка, потому что, во-первых, суммируются индукции каждого из N витков, и, во-вторых, площадь, которая пронизывается результирующей индукцией, оказывается в N раз больше.
3. Почему при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно?
При замыкании ключа магнитный поток через соленоид возрастает, и по правилу Ленца возникает индукционный ток, который создает индукцию, направленную против внешней индукции. Полярность ЭДС самоиндукции включена встречно ЭДС внешнего источника, и оно препятствует нарастанию силы тока через катушку. Поэтому при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно.
4. Почему возникает ток размыкания? В каком направлении он протекает?
При размыкании ключа К возникает ток самоиндукции, направленный в ту же сторону, в которую протекал ток в цепи до ее размыкания. Магнитный поток поддерживается без изменения ЭДС самоиндукции, которая ускоряет движение электронов в проводнике. Поэтому ток в разомкнутой цепи продолжает протекать в течение некоторого времени релаксации.
5. Как время релаксации характеризует индукционные токи при замыкании и размыкании цепи?
Время релаксации - это характеристика инерционных свойств любой электрической цепи. Оно определяет время протекания тока размыкания и время нарастания тока замыкания.
Самоиндукция.
Если по катушке идет переменный ток, то:
магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется во времени,
а в катушке возникает ЭДС индукции .
Это явление называют самоиндукцией.
По правилу Ленца при увеличении тока напряженность вихревого электрического поля направлена против тока, т.е. вихревое поле препятствует нарастанию тока.
При уменьшения тока напряженность вихревого электрического поля и ток направлены одинаково, т.е.вихревое поле поддерживает ток.
На вышеприведенном рисунке:
при замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая — с заметным запозданием, т.к. ЭДС самоиндукции в цепи второй лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения.
При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, которая поддерживает уменьшающийся ток.
В момент размыкания через гальванометр идет ток размыкания, направленный против начального тока до размыкания.
Сила тока при размыкании может быть больше начального тока, т.е. ЭДС самоиндукции больше ЭДС источника тока.
Индуктивность
Величина индукции магнитного поля, создаваемого током, пропорционален силе тока, а магнитный поток пропорционален магнитной индукции.
Ф = LI
где L — индуктивность контура (иначе коэффициентом самоиндукции), т.е. это коэффициент пропорциональности между током в проводящем контуре и магнитным потоком.
Используя закон электромагнитной индукции, получаем равенство
Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока в нем на 1 А за 1 с.
Индуктивность зависит от размеров проводника, его формы и магнитных свойств среды, в которой находится проводник, но не зависит от силы тока в проводнике.
Индуктивность катушки (соленоида) зависит от количества витков в ней.
Единицу индуктивности в СИ называется генри (1Гн).
Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при равномерном изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В.
Аналогия между самоиндукцией и инерцией.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике.
В механике:
Инерция приводит к тому, что под действием силы тело приобретает определенную скорость постепенно.
Тело нельзя мгновенно затормозить, как бы велика ни была тормозящая сила.
В электродинамике:
При замыкании цепи за счет самоиндукции сила тока нарастает постепенно.
При размыкании цепи самоиндукция поддерживает ток некоторое время, несмотря на сопротивление цепи.
Явление самоиндукции выполняет очень важную роль в электротехнике и радиотехнике.
Энергия магнитного поля тока
По закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (например, гальванический элемент) на создание тока.
При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии.
При замыкании цепи ток нарастает.
В проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против электрического поля, созданного источником тока.
Чтобы сила тока стала равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля.
Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока.
При размыкании цепи ток исчезает.
Вихревое поле совершает положительную работу.
Запасенная током энергия выделяется.
Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.
Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле
Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.
Плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: wм ~ В 2 ,
аналогично тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля wэ ~ Е 2 .
Электромагнитная индукция. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика
На данном уроке мы узнаем, как и кем было открыто явление самоиндукции, рассмотрим опыт, с помощью которого продемонстрируем это явление, определим, что самоиндукция – это частный случай электромагнитной индукции. В конце урока введем физическую величину, показывающую зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, т. е. индуктивность.
Читайте также: