Конспект на тему явление самоиндукции. Презентация на тему "самоиндукция и индуктивность". Вопросы игры «Каз Лото»

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.

Генри изобретал плоские катушки из полосовой меди, с помощью которых добивался силовых эффектов, выраженных более ярко, чем при использовании проволочных соленоидов. Ученый заметил, что при нахождении в цепи мощной катушки ток в этой цепи достигает своего максимального значения гораздо медленнее, чем без катушки.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки Д. Генри

На рис. 2 изображена электрическая схема экспериментальной установки, на основе которой можно продемонстрировать явление самоиндукции. Электрическая цепь состоит из двух параллельно соединенных лампочек, подключенных через ключ к источнику постоянного тока. Последовательно с одной из лампочек подключена катушка. После замыкания цепи видно, что лампочка, которая соединена последовательно с катушкой, загорается медленнее, чем вторая лампочка (рис. 3).

Рис. 3. Различный накал лампочек в момент включения цепи

При отключении источника лампочка, подключенная последовательно с катушкой, гаснет медленнее, чем вторая лампочка.

Почему лампочки гаснут не одновременно

При замыкании ключа (рис. 4) из-за возникновения ЭДС самоиндукции ток в лампочке с катушкой нарастает медленнее, поэтому эта лампочка загорается медленнее.

Рис. 4. Замыкание ключа

При размыкании ключа (рис. 5) возникающая ЭДС самоиндукции мешает убыванию тока. Поэтому ток еще некоторое время продолжает течь. Для существования тока нужен замкнутый контур. Такой контур в цепи есть, он содержит обе лампочки. Поэтому при размыкании цепи лампочки должны некоторое время светиться одинаково, и наблюдаемое запаздывание может быть вызвано другими причинами.

Рис. 5. Размыкание ключа

Рассмотрим процессы, происходящие в данной цепи при замыкании и размыкании ключа.

1. Замыкание ключа.

В цепи находится токопроводящий виток. Пусть ток в этом витке течет против часовой стрелки. Тогда магнитное поле будет направлено вверх (рис. 6).

Таким образом, виток оказывается в пространстве собственного магнитного поля. При возрастании тока виток окажется в пространстве изменяющегося магнитного поля собственного тока. Если ток возрастает, то созданный этим током магнитный поток также возрастает. Как известно, при возрастании магнитного потока, пронизывающего плоскость контура, в этом контуре возникает электродвижущая сила индукции и, как следствие, индукционный ток. По правилу Ленца, этот ток будет направлен таким образом, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока, пронизывающего плоскость контура.

То есть для рассматриваемого на рис. 6 витка индукционный ток должен быть направлен по часовой стрелке (рис. 7), тем самым препятствуя нарастанию собственного тока витка. Следовательно, при замыкании ключа ток в цепи возрастает не мгновенно благодаря тому, что в этой цепи возникает тормозящий индукционный ток, направленный в противоположную сторону.

2. Размыкание ключа

При размыкании ключа ток в цепи уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока сквозь плоскость витка. Уменьшение магнитного потока приводит к появлению ЭДС индукции и индукционного тока. В этом случае индукционный ток направлен в ту же сторону, что и собственный ток витка. Это приводит к замедлению убывания собственного тока.

Вывод: при изменении тока в проводнике возникает электромагнитная индукция в этом же проводнике, что порождает индукционный ток, направленный таким образом, чтобы препятствовать любому изменению собственного тока в проводнике (рис. 8). В этом заключается суть явления самоиндукции. Самоиндукция - это частный случай электромагнитной индукции.

Рис. 8. Момент включения и выключения цепи

Формула для нахождения магнитной индукции прямого проводника с током:

где - магнитная индукция; - магнитная постоянная; - сила тока; - расстояние от проводника до точки.

Поток магнитной индукции через площадку равен:

где - площадь поверхности, которая пронизывается магнитным потоком.

Таким образом, поток магнитной индукции пропорционален величине тока в проводнике.

Для катушки, в которой - число витков, а - длина, индукция магнитного поля определяется следующим соотношением:

Магнитный поток, созданный катушкой с числом витков N , равен:

Подставив в данное выражение формулу индукции магнитного поля, получаем:

Отношение числа витков к длине катушки обозначим числом :

Получаем окончательное выражение для магнитного потока:

Из полученного соотношения видно, что значение потока зависит от величины тока и от геометрии катушки (радиус, длина, число витков). Величина, равная , называется индуктивностью:

Единицей измерения индуктивности является генри:

Следовательно, поток магнитной индукции, вызванный током в катушке, равен:

С учетом формулы для ЭДС индукции , получаем, что ЭДС самоиндукции равна произведению скорости изменения тока на индуктивность, взятому со знаком «-»:

Самоиндукция - это явление возникновения электромагнитной индукции в проводнике при изменении силы тока, протекающего сквозь этот проводник.

Электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока, протекающего сквозь проводник, взятой со знаком минус. Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью , которая зависит от геометрических параметров проводника.

Проводник имеет индуктивность, равную 1 Гн, если при скорости изменения тока в проводнике, равной 1 А в секунду, в этом проводнике возникает электродвижущая сила самоиндукции, равная 1 В.

С явлением самоиндукции человек сталкивается ежедневно. Каждый раз, включая или выключая свет, мы тем самым замыкаем или размыкаем цепь, при этом возбуждая индукционные токи. Иногда эти токи могут достигать таких больших величин, что внутри выключателя проскакивает искра, которую мы можем увидеть.

Список литературы

1. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 2010.
2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. - М.: Дрофа, 2005.
3. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И., Физика 11. - М.: Мнемозина.

1. Интернет-портал Myshared.ru ().
2. Интернет-портал Physics.ru ().
3. Интернет-портал Festival.1september.ru ().

Домашнее задание

1. Вопросы в конце параграфа 15 (стр. 45) - Мякишев Г.Я. Физика 11 (см. список рекомендованной литературы)
2. Индуктивность какого проводника равна 1 Генри?

Явление самоиндукции.
Э.д.с. самоиндукции.
Энергия магнитного поля.

Цель:
Образовательные:
1. Обеспечить в ходе урока усвоение (повторение, закрепление) и изучение
следующих основных понятий, законов, теорий, научных фактов: что такое
самоиндукция, э.д.с. самоиндукции, нахождение энергии магнитного поля, график
зависимости магнитного потока от силы тока.
2. Проверить степень усвоения знаний.
Воспитательные:
1.
2. Изучить положение, принципы.
Задачи развития:
1.
Познавательность мира и его закономерностей
Развивать у учащихся умение выделять главное, существенное в изученном
материале, сравнивать, обобщать, логически излагать свои мысли.
2. Развить умение анализировать полученные знания, профессиональные умения.

План урока.
1.Явление самоиндукции. Определение самоиндукции. Э.д.с. самоиндукции.
2.Энергия магнитного поля. График зависимости магнитного потока от силы тока.
Самоиндукция
1. Самоиндукция
R
Рассмотрим цепь, состоящую из батареи, реостата R, катушки индуктивности L,
гальванометра Г и ключа К.
Если цепь замкнута, то по гальванометру Г и катушке индуктивности L протекает
электрический ток. В момент размыкания цепи стрелка гальванометра резко
отклоняется в обратную сторону. Это происходит потому, что при размыкании цепи
магнитный поток в катушке уменьшается, вызывая в ней э. д. с. самоиндукции. Ток
самоиндукции
, в соответствий с законом Ленца, препятствует убыванию
cиI
магнитного потока, т. е. он направлен в катушке так же, как и убывающий ток
2I
ток целиком проходит через гальванометр; но его направление противоположно
направлению
. Явление возникновения индуцированного тока в цепи в результате
. Этот
1I
изменения тока в этой цепи называют само
индукцией.

Самоиндукция - это частный случай явлений электромагнитной индукции.

Выясним, от чего зависит э. д. с. самоиндукций. Индукция В пропорциональна
силе тока в катушке, поэтому магнитный ПОТОК, возникающий в катушке, также
пропорционален силе тока:
Ф=LI.
Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью контура.
При изменении собственного; магнитного потока в контуре, согласно закону
электромагнитной индукции, возникает э. д. с. самоиндукции

си

Ф

t
Подставляя в выражение
формулу Ф=LI, находим; что э. д. с.

си

Ф

t
самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока:

си
L

I

t
2. Энергия магнитного поля
Энергия магнитного поля тока
Рассмотрим цепь
, состоящую из батареи Б, резистора
R, соленоида L, ключа К. Если ключ находится в положении 1, то через соленоид
протекает постоянный по значению и направлению ток I0. Всякий электрический ток
всегда окружен магнитным полем. Возникает вопрос: где локализована собственная
энергия тока - внутри проводов, по которым дрейфуют или в магнитном поле, т.е. в
среде, окружающей токи? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, что будет
происходить, если ключ разомкнуть и перевести в положеиие 2. В этом случае через
резистор R некоторое время будет течь убывающий до нуля ток, поддерживаемый
возникающим током самоиндукции, и происходит превращение энергии магнитного
поля тока главным образом в энергию молекулярно­теплового движения - нагревание
сопротивления. Значит, уменьшение энергии магнитного поля можно вычислить как
работу этого тока:
W = A . Так как собственный магнитный поток Ф = LI,

пронизывающий соленоид, пропорционален силе тока, то зависимость Ф от I может быть
изображена в виде, представленном на рис.

Площадь заштрихованной узкой полоски с основанием
I соответствует

элементарной работе
А, совершаемой током, при изменении его значения на

Полная работа А, совершаемая током, равна сумме элементарных работ
A и численно
I.


равна площади треугольника ОАВ:
А 
00IФ
2
Учитывая, что
, формулу
Ф 
0
LI
0
А 
можно переписать в виде
A 
.
2
0LI
2
00IФ
2
В процессе совершения этой работы энергия магнитного поля уменьшается до
нуля (так как ток убывает от значения до нуля). Поскольку при этом никаких
изменений в окружающих электрическую цепь телах не происходит, следует вывод:
магнитное поле является носителем энергии.
Итак, собственная энергия тока равна энергии магнитного поля:

2LI
2
справедлива для любого контура, она характеризует
Wм 
Формула
Wм 
2LI
2
зависимость энергии магнитного поля тока от силы тока в контуре и его индуктивности.

Вопросы для самопроверки.
1. Охарактеризуйте цепь, в которой возникает э.д.с. самоиндукции.
2. Что называют самоиндукцией?
3. Дайте характеристику отношения уменьшения энергии магнитного поля к
работе тока.
4. Изобразите график работы, и охарактеризуйте его.
5. Воспроизведите формулу нахождения энергии магнитного поля, дайте ее
характеристику.
Задачи для самопроверки.
1) Определите э.д.с. самоиндукции, если изменение силы тока равно 4,2 А,
изменение времени ­ 40 мс, а индуктивность контура ­ 0,37 Гн.
(Ответ: Э.д.с.=38,85 В)
2) Определите индуктивность контура, если известно, что изменение силы тока
равно 5,4 А, изменение времени – 57 мс, а э.д.с. самоиндукции равно 27 В.
(Ответ: L=0,285 Гн)
3) Определите, чему равна энергия магнитного поля, если индуктивность контура
равна 0,74 Гн, а сила тока – 25 А.
(Ответ:
Дж)
25.231mW

Литература
Дмитриева В.Ф. Физика: Учеб. пособие для техникумов./ Под ред. В.Л. Прокофьева,
– 4­е изд., стер. – М.: Высш. шк., 2001. – 415 с.: ил. ISBN 5­06­003668­5

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.

Генри изобретал плоские катушки из полосовой меди, с помощью которых добивался силовых эффектов, выраженных более ярко, чем при использовании проволочных соленоидов. Ученый заметил, что при нахождении в цепи мощной катушки ток в этой цепи достигает своего максимального значения гораздо медленнее, чем без катушки.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки Д. Генри

На рис. 2 изображена электрическая схема экспериментальной установки, на основе которой можно продемонстрировать явление самоиндукции. Электрическая цепь состоит из двух параллельно соединенных лампочек, подключенных через ключ к источнику постоянного тока. Последовательно с одной из лампочек подключена катушка. После замыкания цепи видно, что лампочка, которая соединена последовательно с катушкой, загорается медленнее, чем вторая лампочка (рис. 3).

Рис. 3. Различный накал лампочек в момент включения цепи

При отключении источника лампочка, подключенная последовательно с катушкой, гаснет медленнее, чем вторая лампочка.

Почему лампочки гаснут не одновременно

При замыкании ключа (рис. 4) из-за возникновения ЭДС самоиндукции ток в лампочке с катушкой нарастает медленнее, поэтому эта лампочка загорается медленнее.

Рис. 4. Замыкание ключа

При размыкании ключа (рис. 5) возникающая ЭДС самоиндукции мешает убыванию тока. Поэтому ток еще некоторое время продолжает течь. Для существования тока нужен замкнутый контур. Такой контур в цепи есть, он содержит обе лампочки. Поэтому при размыкании цепи лампочки должны некоторое время светиться одинаково, и наблюдаемое запаздывание может быть вызвано другими причинами.

Рис. 5. Размыкание ключа

Рассмотрим процессы, происходящие в данной цепи при замыкании и размыкании ключа.

1. Замыкание ключа.

В цепи находится токопроводящий виток. Пусть ток в этом витке течет против часовой стрелки. Тогда магнитное поле будет направлено вверх (рис. 6).

Таким образом, виток оказывается в пространстве собственного магнитного поля. При возрастании тока виток окажется в пространстве изменяющегося магнитного поля собственного тока. Если ток возрастает, то созданный этим током магнитный поток также возрастает. Как известно, при возрастании магнитного потока, пронизывающего плоскость контура, в этом контуре возникает электродвижущая сила индукции и, как следствие, индукционный ток. По правилу Ленца, этот ток будет направлен таким образом, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока, пронизывающего плоскость контура.

То есть для рассматриваемого на рис. 6 витка индукционный ток должен быть направлен по часовой стрелке (рис. 7), тем самым препятствуя нарастанию собственного тока витка. Следовательно, при замыкании ключа ток в цепи возрастает не мгновенно благодаря тому, что в этой цепи возникает тормозящий индукционный ток, направленный в противоположную сторону.

2. Размыкание ключа

При размыкании ключа ток в цепи уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока сквозь плоскость витка. Уменьшение магнитного потока приводит к появлению ЭДС индукции и индукционного тока. В этом случае индукционный ток направлен в ту же сторону, что и собственный ток витка. Это приводит к замедлению убывания собственного тока.

Вывод: при изменении тока в проводнике возникает электромагнитная индукция в этом же проводнике, что порождает индукционный ток, направленный таким образом, чтобы препятствовать любому изменению собственного тока в проводнике (рис. 8). В этом заключается суть явления самоиндукции. Самоиндукция - это частный случай электромагнитной индукции.

Рис. 8. Момент включения и выключения цепи

Формула для нахождения магнитной индукции прямого проводника с током:

где - магнитная индукция; - магнитная постоянная; - сила тока; - расстояние от проводника до точки.

Поток магнитной индукции через площадку равен:

где - площадь поверхности, которая пронизывается магнитным потоком.

Таким образом, поток магнитной индукции пропорционален величине тока в проводнике.

Для катушки, в которой - число витков, а - длина, индукция магнитного поля определяется следующим соотношением:

Магнитный поток, созданный катушкой с числом витков N , равен:

Подставив в данное выражение формулу индукции магнитного поля, получаем:

Отношение числа витков к длине катушки обозначим числом :

Получаем окончательное выражение для магнитного потока:

Из полученного соотношения видно, что значение потока зависит от величины тока и от геометрии катушки (радиус, длина, число витков). Величина, равная , называется индуктивностью:

Единицей измерения индуктивности является генри:

Следовательно, поток магнитной индукции, вызванный током в катушке, равен:

С учетом формулы для ЭДС индукции , получаем, что ЭДС самоиндукции равна произведению скорости изменения тока на индуктивность, взятому со знаком «-»:

Самоиндукция - это явление возникновения электромагнитной индукции в проводнике при изменении силы тока, протекающего сквозь этот проводник.

Электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока, протекающего сквозь проводник, взятой со знаком минус. Коэффициент пропорциональности называется индуктивностью , которая зависит от геометрических параметров проводника.

Проводник имеет индуктивность, равную 1 Гн, если при скорости изменения тока в проводнике, равной 1 А в секунду, в этом проводнике возникает электродвижущая сила самоиндукции, равная 1 В.

С явлением самоиндукции человек сталкивается ежедневно. Каждый раз, включая или выключая свет, мы тем самым замыкаем или размыкаем цепь, при этом возбуждая индукционные токи. Иногда эти токи могут достигать таких больших величин, что внутри выключателя проскакивает искра, которую мы можем увидеть.

Список литературы

1. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. - М.: Просвещение, 2010.
2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. - М.: Дрофа, 2005.
3. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И., Физика 11. - М.: Мнемозина.

1. Интернет-портал Myshared.ru ().
2. Интернет-портал Physics.ru ().
3. Интернет-портал Festival.1september.ru ().

Домашнее задание

1. Вопросы в конце параграфа 15 (стр. 45) - Мякишев Г.Я. Физика 11 (см. список рекомендованной литературы)
2. Индуктивность какого проводника равна 1 Генри?

Урок по физике с применением Интернет – ресурсов.

11 класс, тема: «Самоиндукция, индуктивность» - 2 часа.

Цели:

1. формирование учебных компетенций - самостоятельно организовывать процесс изучения физических понятий и законов, решать учебные проблемы.
2. Формирование исследовательских компетенций - развитие самостоятельного получения знаний, используя ресурсы Интернета, анализировать и отбирать необходимую информацию.
3. Формирование социально- личностных компетенций – умения определять значимость знаний для себя и общества.

Ресурсы для реализации урока: необходимо наличие компьютерного класса с возможностью подключения к Интернету.

1. Постановка проблемы: самостоятельно, используя ресурсы Интернета, изучить явление самоиндукции, рассмотреть понятие индуктивности, выяснить, как определяется ЭДС самоидукции. Рассмотреть вопросы практического применения самоиндукции. Определить значимость явления для себя и для науки.

2. Самостоятельная работа учащихся, которая предполагает

• исследовательскую деятельность по получению информации, ее отбору и классификации
• графическое представление собственной системы знаний на основе полученной информации в виде схемы, графа, описания. Отражение практической направленности изученных явлений и законов в виде рисунков, фотографий.
• рассуждения о значимости полученных знаний для себя и общества в графической форме или в виде небольшого сочинения, эссе.

Вся деятельность учащихся отражается в электронной рабочей тетради.

3. Самотестирование: учащимся предлагается тест по изученному материалу (ссылка на тест в приложении 2). Уровень ученики выбирают самостоятельно. В рабочую тетрадь помещают только варианты ответов.

1. Оценивание работ учащихся:

Обмен рабочими тетрадями по локальной сети, анализ полученных знаний, самопроверка теста (ответы в приложении 3). Учащиеся сами оценивают рабочие тетради одноклассников.

1. Итог урока: рефлексия, обсуждение затруднений, пожелания, достигнутые результаты.

1. Домашнее задание: осмысление полученных знаний, подготовка проблемного материала для обсуждения по теме «Самоиндукция, индуктивность». Выполнение домашнего задания предполагает самостоятельную работу с учебником, дополнительной информацией.

www.physics.nad.ru - Физика в анимациях

www.physics.ru - Физика в Открытом колледже

http://www.spin.nw.ru/ Физика для школ

http://physicomp.lipetsk.ru/ - Электронный журнал «Физикомп»

http://www.omsknet.ru/acad/fr_elect.htm - Электронный учебник по физике.

www.alsak.ru- Школьная физика для учителей и учеников.

www.physics-regelman.com

Приложение 3

Ответы на тест «Самоиндукция. Индуктивность»

Уровень А	Уровень В	Уровень С
№ вопроса	ответ	№ вопроса	ответ	№ вопроса	ответ

Если ток в контуре изменяется, то изменяется магнитное поле этого тока и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. Если ток в контуре изменяется, то изменяется магнитное поле этого тока и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС индукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре. В контуре возникает ЭДС индукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.

САМОИНДУКЦИЯ Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении электрического тока в этом же контуре. Самоиндукция – это явление возникновения ЭДС индукции в контуре при изменении электрического тока в этом же контуре. Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции. Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции.

ИНДУКТИВНОСТЬ Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I. Собственный магнитный поток Φ, пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I. Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки.

ИНДУКТИВНОСТЬ Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). Единица индуктивности в СИ называется генри (Гн). Индуктивность контура или катушки равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А собственный поток равен 1 Вб. Индуктивность контура или катушки равна 1 Гн, если при силе постоянного тока 1 А собственный поток равен 1 Вб. 1 Гн = 1 Вб / 1 А

САМОИНДУКЦИЯ ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, равна ЭДС самоиндукции, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, равна ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней. ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.

Магнитная энергия. При размыкании ключа лампа ярко вспыхивает. При размыкании ключа лампа ярко вспыхивает. Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Магнитная энергия. Из закона сохранения энергии следует, что вся энергия, запасенная в катушке, выделится в виде джоулева тепла. Если обозначить через R полное сопротивление цепи, то за время Δt выделится количество теплоты Из закона сохранения энергии следует, что вся энергия, запасенная в катушке, выделится в виде джоулева тепла. Если обозначить через R полное сопротивление цепи, то за время Δt выделится количество теплоты ΔQ = I 2 RΔt
Магнитная энергия. Изобразим на графике зависимость магнитного потока Φ(I) от тока I Изобразим на графике зависимость магнитного потока Φ(I) от тока I Полное количество выделившейся теплоты, равное первоначальному запасу энергии магнитного поля, определяется площадью треугольника. ФI/2