Урок явление самоиндукции. Самоиндукция, индуктивность. самоиндукция каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле. Почему лампочки гаснут не одновременно

Согласно правилу Ленца, индуктивный ток, который возникает в замкнутом контуре, всегда противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвала его появление. Сегодня мы будем рассматривать случай, когда появление электромагнитной индукции обусловлено изменение силы тока, походящего через катушку с большим количеством витков. Если причина возникновения индукционного тока состоит в возрастании тока, то индукционный ток своим магнитным полем будет противодействовать этому возрастанию. Убедиться в этом можно на следующем опыте. Соединим параллельно две лампочки, к первой лампочке ток попадает, проходя через реостат, а ко второй лампочке, проходя через катушку индуктивности, причем число витков в этой катушке достаточно велико, а внутри находится сердечник, состоящий из соединенных между собой пластин трансформаторной стали (магнитное поле, которое будет возникать вокруг такой катушки, велико). Замкнем ключом цепь. Обе лампочки загорелись, но вторая лампочка, загорелась с видимым запозданием. В чем причина данного явления? В момент замыкания ключа, общая сила тока I, и силы тока в каждой ветви I1 и I2 начинают возрастать. А если вокруг проводников возникает усиление магнитного поля, тогда, в соответствии с правилом Ленца, в реостате и катушке возникают индукционные токи, которые будут препятствовать своим действием дальнейшему возрастанию силы тока в цепи. Конечно же, магнитное поле, которое возникнет вокруг катушки с током, более сильное, поэтому лампочка номер два загорается позже.
Обратите внимание, что в опытах, которые мы рассматривали ранее, индукционный ток в контуре возникал вследствие воздействия внешнего магнитного поля. В нашем примере, индукционный ток в цепи возник, по причине изменения силы тока в цепи. Это явление получило название явление самоиндукции. Явление самоиндукции - это явление, обусловленное возникновением индукционного тока в проводнике или катушке, вследствие изменения тока в ней. Возникший ток называют током самоиндукции. Лампочка загорелась позже, проходя через катушку, т.к. в катушке индукционный ток больше, чем в реостате (катушка имеет большее число витков и сердечник). Поэтому говорят, что она обладает большей индуктивностью, чем реостат.
Что же такое индуктивность? Индуктивность - это новая физическая величина, с помощью которой можно оценить способность катушки противодействовать изменению силы тока в ней. Обозначают индуктивность буквой L (эль). Единицы изменения индуктивности в международной системе единиц (СИ) - генри (Гн). Индуктивность различных катушек будет различной. Она зависит от размеров и формы катушки, числа витков, наличие сердечника и материала, из которого он изготовлен. И конечно, чем большей индуктивностью обладает катушка, тем с большим запозданием будет загораться лампочка.
Проведем второй опыт, который продемонстрирует явление самоиндукции при размыкании цепи. В схеме, которую мы собирали ранее, проведем некоторые замены. Уберем первую лампочку, а к катушке параллельно подсоединим неоновую лампочку, которую на схеме обозначим Лн (эл с индексом эн). При замыкании цепи, мы наблюдаем горение только одной лампочки. Напряжение на источнике тока меньше, чем необходимо для горения неоновой лампочки (напряжение должно быть не менее 80 Вольт). Разомкнем цепь, лампочка накаливания потухает, а неоновая лампочка озаряется кратковременной вспышкой.
Почему так происходит? При уменьшении тока в цепи в катушке возникает индукционный ток, своим магнитным полем, препятствующий уменьшению тока в цепи. Причем возникающий индукционный ток настолько велик, что его напряжения достаточно для горения неоновой лампочки, но он очень быстро ослабевает.
Подумайте и ответьте на вопрос, в каком случае в цепи возникает явление самоиндукции?
А) при уменьшении тока в цепи,
Б) при возрастании тока в цепи,
В) в обоих случаях.
Явление самоиндукции возникает при прохождении через катушку переменного тока (это может быть и увеличение тока и уменьшение).
При замыкании цепи индукционный ток
А) препятствует увеличению тока в цепи,
Б) способствует увеличению тока в цепи,
В) не влияет на протекание тока в цепи.
При замыкании ключа, возникающий индукционный ток препятствует возрастанию тока в цепи. Самоиндукция возникает во всех проводниках, при изменении силы тока в цепи, однако он будет заметен и окажет существенное влияние на другие элементы в цепи, только в случае использования катушки с достаточно большим количеством витков и сердечником.

Тема урока : САМОИНДУКЦИЯ .

Цели урока :

Обучающая : ознакомить уч-ся с явлением самоиндукции, сформировать знания по данному явлению.

Развивающая: активизировать мышление школьников, развивать мотивацию изучения физики.

Воспитательная : воспитывать интерес к предмету.

Ход урока:

Тип урока : комбинированный.

I Организационная часть.

II Этап постановки целей и задач урока: 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 форм проводника и от среды, в которой находится проводник, т.е. индуктивность.

III Этап актуализации опорных знаний:

Вопросы классу:
1. Как формулируется закон эл.магнитной индукции.?
2. Записать закон эл. магнитной индукции?
3.Что означает знак "- "?
4. Почему закон эл.магнитной индукции формулируется для ЭДС,а не для тока7
5. Какое поле называют " вихревым"?
6.Что такое токи Фуко?

IV Этап изучения нового материала:
Самоиндукция

а. Биографические сведения об ученом открывшем явление

Основы электродинамики были заложены Ампером в 1820 году. Работы Ампера вдохновили многих инженеров на конструирование различных технических устройств, таких как электродвигатель (конструктор Б.С. Якоби), телеграф (С. Морзе), электромагнит, конструированием которого занимался известный американский ученый Генри.

Джозеф Генри (рис. 1) прославился благодаря созданию серии уникальных мощнейших электромагнитов с подъемной силой от 30 до 1500 кг при собственной массе магнита 10 кг. Создавая различные электромагниты, в 1832 году ученый открыл новое явление в электромагнетизме – явление самоиндукции. Именно этому явлению посвящен данный урок.

Рис. 1. Джозеф Генри

Джозеф Генри -1832г.

б. Демонстрация схемы цепи:

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

Рис. 3. Раз­лич­ный накал лам­по­чек в мо­мент вклю­че­ния цепи

При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, вторая - с заметным опозданием.

ЭДС индукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего значения.

При размыкании ключа ток в цепи уменьшается ЭДС индукции в цепи мало, а индукционный ток направлен в ту же сторону, что и собственный ток витка. Это приводит к замедлению убывания собственного тока -вторая лампа гаснет не сразу.

Вывод: при изменении тока в проводнике возникает электромагнитная индукция в том же проводнике, что порождает индукционный ток, направленный таким образом, чтобы препятствовать любому изменению собственного тока в проводнике. В этом заключается явление самоиндукции. Самоиндукция- это частный случай электромагнитной индукции. Формулы для нахождения потока магнитной индукции и ЭДС самоиндукции.

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

Электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения тока, протекающего сквозь проводник, взятого со знаком минус. Коэффициент пропорциональности называют 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, равной 1В.

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.

Просмотр фрагмента диска " Самоиндукция в быту и технике "

V Этап закрепления нового материала.

Вопросы классу:

1. Что называют самоиндукцией?
2. Как направлены по отношению к току линии напряженности вихревого электрического поля в проводнике при увеличении и уменьшении силы тока?
3. Что называют индуктивностью?
4. Что принимают за единицей индуктивности?
5. Чему равна ЭДС самоиндукции?

Решение задач: Марон, стр. 23 В1. Рымкевич № 931, 932, 934, 935, 926.

VI Домашнее задание : п. 15, упр. Марон, стр.102 (1-й В 1-6)

1-й семестр

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

3. Электромагнитное поле

УРОК 9/36

Тема. Самоиндукция. Индуктивность

Цель урока: расширить представление учащихся о явлении электромагнитной индукции; разъяснить сущность явления самоиндукции.

Тип урока: урок изучения нового материала.

ПЛАН УРОКА

Контроль знаний		1. Явление электромагнитной индукции. 2. Закон электромагнитной индукции. 3. Правило Ленца.
Демонстрации		1. Явление самоиндукции во время размыкания и замыкания круга. 2. Использование самоиндукции для зажигания люминесцентной лампы. 3. Фрагменты видеофильма «Явление самоиндукции».
Изучение нового материала		1. Самоиндукция. 2. ЭДС самоиндукции. 3. Индуктивность
Закрепление изученного материала		1. Качественные вопросы. 2. Учимся решать задачи.

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

Первый уровень

1. В какой момент искрит рубильник: в случае замыкания или размыкания круга?

2. Когда можно наблюдать явление самоиндукции в цепи постоянного тока?

3. Почему нельзя мгновенно изменить силу тока в замкнутом контуре?

Второй уровень

1. Как зависит значение модуля вектора магнитной индукции от силы тока?

2. Опыты показывают, что индуктивность катушки увеличивается в соответствии с увеличением числа витков в катушке. Как этот факт можно объяснить?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

) . Качественные вопросы

1. Почему за отрыва дуги трамвая от воздушного провода возникает искрение?

2. Электромагнит с разомкнутым сердечником включен в круг постоянного тока. При замыкании якорем сердечника происходит кратковременное уменьшение силы тока в цепи. Почему?

3. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей осуществляют плавно и медленно при помощи реостата?

) . Учимся решать задачи

1. Сверхпроводящую катушку индуктивностью 5 Гн замыкают на источник тока с ЭДС 20 В и очень малым внутренним сопротивлением. Считая, что сила тока в катушке увеличивается равномерно, определите время, за которое сила тока достигнет 10 А.

Решения. Сила тока в катушке увеличивается постепенно вследствие явления самоиндукции. Воспользуемся законом Ома для полной цепи: где - полная ЭДС цепи, состоящей из ЭДС источника и ЭДС самоиндукции: Тогда закон Ома принимает вид.

Урок физики № 47 в 9 классе.

Дата:

Тема: «Самоиндукция»

Цель урока :

• Изучение сущности явления самоиндукции; знакомство с величиной индуктивность, формулой для расчета энергии магнитного поля, выяснение физического смысла этой формулы.
• Развитие логического мышления, внимания, умений анализировать результаты эксперимента, делать выводы.
• Воспитание культуры умственного труда; интереса к физике; формирование коммуникативных качеств личности.

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: смешанная.

Д/З: § 49, 50.

Ход урока

1. Орг. момент.
2. Проверка д/з.

1. Устный опрос.

• Явление электромагнитной индукции.
• Способы индуцирования тока.

1. Индивидуальная работа по карточкам.

1. Объяснение нового материала.

1. Дополнительный материал.

Направление индукционного тока.

Вопросы к учащимся для актуализации прежних знаний:

• Назвать две серии опытов Фарадея по исследованию явления электромагнитной индукции (возникновение индукционного тока в катушке при вдвигании и выдвигании магнита или катушки с током; возникновение индукционного тока в одной катушке при изменении тока в другой путем замыкания-размыкания цепи или использования реостата).
• Зависит ли направление отклонения стрелки гальванометра от направления движения магнита относительно катушки? (зависит: при приближении магнита к катушке стрелка отклоняется в одну сторону, при удалении магнита - в другую).
• Чем отличается (судя по показаниям гальванометра) индукционный ток, возникающий в катушке при приближении магнита, от тока, возникающего при удалении магнита (при одинаковой скорости движения магнита)? (ток отличается направлением).

Таким образом, при движении магнита относительно катушки направление отклонения стрелки гальванометра (а, значит, и направление тока) может быть различным. Сформулируем при помощи опыта Ленца правило нахождения направления индукционного тока (видеоролик «Демонстрация явления электромагнитной индукции»).

Объяснение опыта Ленца: Если приближать магнит к проводящему кольцу, то оно начнет отталкиваться от магнита. Это отталкивание можно объяснить только тем, что в кольце возникает индукционный ток, обусловленный возрастанием магнитного потока через кольцо, а кольцо с током взаимодействует с магнитом.

Правило Ленца и закон сохранения энергии.

возрастает , то направление индукционного тока в контуре таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля направлен противоположно вектору магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Если магнитный поток через контур уменьшается , то направление индукционного тока таково, что вектор магнитной индукции созданного этим током поля сонаправлен вектору магнитной индукции внешнего поля.

Формулировка правила Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток.

Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

1. Явление самоиндукции.

• Прежде, чем рассмотреть явление самоиндукции, вспомним, в чем заключается суть явления электромагнитной индукции - это возникновение индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Рассмотрим один из вариантов опытов Фарадея: Если в цепи, содержащей замкнутый контур (катушку) менять силу тока, то в самом контуре возникнет ещё и индукционный ток. Этот ток также будет подчиняться правилу Ленца.

Рассмотрим опыт по замыканию цепи, содержащей катушку. При замыкании цепи с катушкой определенное значение силы тока устанавливается лишь спустя некоторое время.

• Видеофрагмент «Самоиндукция»
• Определение самоиндукции: САМОИНДУКЦИЯ - возникновение вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении силы тока в нем; частный случай электромагнитной индукции .
  Вследствие самоиндукции замкнутый контур обладает «инертностью»: силу тока в контуре, содержащем катушку, нельзя изменить мгновенно.

3. Индуктивность.

Ф=LI

Единицы измерения индуктивности в системе СИ: [L] = 1 = 1 Гн (генри).

1. Применение и учет самоиндукции в технике .

Вследствие явления самоиндукции при размыкании цепей, содержащих катушки со стальными сердечниками (электромагниты, двигатели, трансформаторы) создается значительная ЭДС самоиндукции и может возникнуть искрение или даже дуговой разряд. В качестве домашнего задания предлагаю (по желанию) подготовить презентацию на тему «Как устранить нежелательную самоиндукцию при размыкании цепи?».

1. Энергия магнитного поля

1. Закрепление.

1. Упр. 41 - устно.
2. № 830, 837 - у доски.
3. № 834 - на рабочих местах.

1. Рефлексия.
2. Итог урока.
3. Д/з.

style="&6�#:.��I �E s New Roman""> Опыт Фарадея.

Магнитные и электрические поля связаны друг с другом. Эл. ток способен вызывать появление магнитного поля. А не может ли магнитное поле создать электрический ток? Эту задачу пытались решить многие ученые в начале 19 века. Но первый решающий вклад в открытии ЭМ взаимодействий был сделан Майклом Фарадеем.

“Превратить магнетизм в электричество”- записал Фарадей в своем дневнике. 1821г. И только через10 лет он смог решить эту задачу. Мы с вами откроем, то, что Фарадей не мог открыть 10 лет, за несколько минут. Фарадей не мог понять одного: что только движущийся магнит вызывает ток. Покоящийся магнит не вызывает в ней тока. Какие же опыты проводил Фарадей? Давайте повторим опыты Фарадея, с помощью которых он открыл явление ЭМИ.

Демонстрация: возникновение индукционного тока (катушка, миллиамперметр, постоянный магнит)

Определение: Возникновение в замкнутом проводнике электрического тока, обусловленное изменение магнитного поля называют явлением ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.

Полученный ток называют - индукционным.

ВЫВОД: Индукционный ток возникает только при относительном перемещении катушки и магнита. Направление индукционного тока зависит от направления вектора В внешнего магнитного поля.

1. Способы получения индукционного тока.

Индукционный ток в замкнутом контуре появляется только в том случае, когда изменяется магнитный поток, который проходит через площадь охваченную контуром.

Работа в группах (использование учебника, Интернета)

1 группа: 1 способ (рис. 127)

1. Закрепление нового материала.

1. Упр. 39 (1,2) - устно;
2. Упр. 40 (2) - устно.

1. Рефлексия.
2. Итог урока.
3. Д/з.