Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля

Явление самоиндукции

Явление самоиндукции - частный случай электромагнитной индукции и, следовательно, для него справедливы все закономерности явления электромагнитной индукции. При этом

  1. Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДСиндукции в том же самом проводнике, по которому течет ток, создающий это поле.
  2. Вихревое магнитное поле препятствует нарастанию тока в проводнике.
  3. При уменьшении тока вихревое поле поддерживает его.

В момент замыкания ключа ЭДС самоиндукции $ {\LARGE \varepsilon}_{\large {si}} $ в катушке препятствует нарастанию тока I: Л2 загорается позжеЛ1 (рис). (Резистор R уравновешивает сопротивление катушки L, чтобы лампочки горели с одинаковой яркостью).

Опыт иллюстрирует, что для изменения тока требуется время, т.е. явление самоиндукции аналогично явлению инерции в механике.

При размыкании этой цепи лампочки гаснут одновременно, т.к. две верхних ветви соединены последовательно (токи одинаковы в любой момент времени).

Цепь разомкнули. В момент размыкания через гальванометр течет ток против начального тока $ {\LARGE \varepsilon}_{\large {si}} $ может быть больше ЭДС источника  (рис). Следовательно, ток после размыкания увеличивается.

Учёт ЭДС самоиндукции в технике.
Масляные выключатели - при размыкании цепи с большой индуктивностью параллельно включают конденсатор с большой электроёмкостью и высоким напряжением.
При замыкании и размыкании цепи возникают экстратоки замыкания (размыкания), тем большие по величине, чем быстрее происходит процесс.

Индуктивность

Если через катушку пропускать ток, то Ф ~ I. Следовательно, Ф=LI, где L — индуктивность катушки (коэффициент самоиндукции), характеризующая её магнитные свойства.

Индуктивность показывает, какой магнитный поток пронизывает данный проводник при прохождении по нему тока силой 1 А (в СИ).

$$\bf Ф = L \cdot I $$

Согласно закону электромагнитной индукции $ {\LARGE \varepsilon}_{\large {si}} = \frac{\left|\Delta Ф \right|}{\Delta t} $

Но ΔФ=LΔI, следовательно: $ {\LARGE \varepsilon}_{\large {si}} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t} $

$$ {\LARGE \varepsilon}_{\large {si}} = -L\frac{\Delta I}{\Delta t} $$

Индуктивность численно равна эдс самоиндукции, возникающей в проводнике при изменении силы тока на единицу силы тока (1 А) за единицу времени (1с).

В СИ единица индуктивности – Генри, названа так в честь американского учёного Джозефа Генри.

$$\bf 1 Гн = \frac{1 Вб}{1 А} = \frac{1 В}{\frac{1 А}{1 с}} $$
Индуктивность – характеристика проводника, зависящая только от:
1) формы
2) размеров
3) магнитной проницаемости среды ($\mu$).

Например, индуктивность катушки зависит от числа витков, диаметра катушки, её длины и материала сердечника.

Энергия магнитного поля.

По аналогии с кинетической энергией $ \large W = \frac{L\cdot {I}^{2}}{2} $ $$\bf W = \frac{L\cdot {I}^{2}}{2} $$

При замыкании цепи энергия равна работе по созданию тока (вихревого электрического поля). При размыкании энергия магнитного поля превращается в тепловую (искра, дуга)

 
Источник: сайт сообщества учителей физики Санкт-Петербурга www.eduspb.com