11 класс физика. Тема. Взаимодействие токов
 Скачать 225.64 Kb.
|
|
Тема. Самоиндукция.Индуктивность.Энергия магнитного поля тока. Цель.Изучить Самоиндукцию,индуктивность,Энергию магнитного поля. Ход урока. Что называют Самоиндукцией. Самоиндукция. Индуктивность Индуктивность, или коэффициент самоиндукции (от лат. inductio — наведение, возбуждение) — это параметр электрической цепи, который определяет ЭДС самоиндукции, наводимой в цепи при изменении протекающего по ней тока или (и) ее деформации. Термином «индуктивность» обозначают также катушку самоиндукции, которая определяет индуктивные свойства цепи. Самоиндукция — возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. Самоиндукция была открыта в 1832 г. американским ученым Дж. Генри. Независимо от него в 1835 г. это явление открыл М. Фарадей. ЭДС индукции возникает при изменении магнитного потока. Если это изменение вызывается собственным током, то говорят об ЭДС самоиндукции: εis=−
=−L
где L — индуктивность контура, или его коэффициент самоиндукции. Индуктивность — это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1А за 1с. Индуктивность, как и электроемкость, зависит от геометрии проводника — его размеров и формы, но не зависит от силы тока в проводнике. Так, индуктивность прямого провода гораздо меньше индуктивности того же провода, свернутого в спираль. Расчеты показывают, что индуктивность описанного выше соленоида в воздухе определяется по формуле: L=
где μ0 — магнитная постоянная, N — число витков соленоида, l — длина соленоида, S — площадь поперечного сечения. Кроме того, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник, а именно от его магнитной проницаемости, которая определяется по формуле:
=μ где L0 — индуктивность контура в вакууме, L — индуктивность контура в однородном веществе, заполняющем магнитное поле. Единицей индуктивности в СИ является генри (Гн): 1 Гн=1В·с/А. Токи замыкания и размыкания При любом включении и выключении тока в цепи наблюдаются так называемые экстратоки самоиндукции (экстратоки замыкания и размыкания), возникающие в цепи вследствие явления самоиндукции и препятствующие, согласно правилу Ленца, нарастанию либо убыванию тока в цепи. На рисунке показана схема соединения двух одинаковых ламп. Одна из них подключена к источнику через резистор R, а другая — последовательно соединена с катушкой L с железным сердечником.  При замыкании цепи первая лампа вспыхивает практически мгновенно, а вторая — с заметным опозданием. Это вызвано тем, что ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения.  При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток. В результате в момент размыкания через гальванометр течет ток (светлая стрелка), направленный против начального тока до размыкания (черная стрелка). При этом ЭДС самоиндукции может быть гораздо больше ЭДС батареи элементов, что будет проявляться в том, что экстраток размыкания будет существенно превышать стационарный ток при замкнутом ключе.  Индуктивность характеризует инерционность цепи по отношению к изменению в ней тока, и ее можно рассматривать как электродинамический аналог массы тела в механике, являющейся мерой инертности тела. При этом ток I играет роль скорости тела. Энергия магнитного поля По аналогии с кинетической энергией тела для цепей постоянного тока энергия магнитного поля Wм записывается в форме, аналогичной выражению для кинетической энергии
WM=
При этом индуктивность включает часть, связанную с энергией магнитного поля, сосредоточенную в проводниках, внутреннюю индуктивность Li и внешнюю Le, связанную с внешним магнитным полем: L=Li+Le. Тема. Электромагнитное поле. Вихревое электрическое поле. Цель: выяснить условия возникновения ЭДВ в движущихся проводниках. Ход урока I. Организационный момент II. Повторение - В чем заключается явление электромагнитной индукции? - Какие условия необходимы для существования явления электромагнитной индукции? - Как устанавливается направление индукционного тока правилом Ленца? - По какой формуле определяется ЭДС индукции и какой физический смысл имеет знак «минус» в эт Формула используется в любом проводнике, движущемся в магнитном поле, если  Если между векторами  есть угол α, то используется формула: Так как  то Причина возникновения ЭДC - сила Лоренца. Знак е можно определить по правилу правой руки. IV. Закрепление изученного материала - Какое поле называется индукционными или вихревым электрическим полем? - Что является источником индукционного электрического поля? ой формуле? III. Изучение нового материала Возьмем трансформатор. Включив одну из обмоток в сеть переменного тока, получим ток в другой катушке. На свободные заряды действует электрическое поле. Электроны в неподвижном проводнике приводятся в движение электрическим полем, и электрическое поле непосредственно порождается переменным магнитным полем. Изменяясь во времени, магнитное поле порождает электрическое поле. Поле приводит в движение электроны в проводнике и тем самым обнаруживает себя. Электрическое поле, возникающее при изменении магнитного поля, имеет другую структуру, чем электростатическое. Оно не связано с зарядами, оно нигде не начинается и нигде не заканчивается. Представляет собой замкнутые линии. Его называют вихревым электрическим полем. Но в отличие от стационарного электрического поля, работа вихревого поля по замкнутому пути не равна нулю. Индукционный ток в массивных проводниках называют токами Фуко. Применение: плавка металлов в вакууме. Вредное действие: бесполезная потеря энергии в сердечниках трансформаторов и в генераторах. ЭДС при движении проводника в магнитном поле При движении перемычки U на электроны действует сила Лоренца, совершающая работу. Электроны перемещаются от С к Л. Перемычка-источник ЭДС, следовательно, - Что такое токи Фуко? Приведите примеры их использования. В каких случаях с ними приходится бороться? - Какими отличительными свойствами обладает индукционное электрическое поле по сравнению с магнитным полем? Стационарным или электростатическим полем? V. Подведение итогов урока Домашнее задание п. 14 |