No Image

Явление самоиндукции индуктивность энергия магнитного поля тока

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
11 марта 2020

Тестирование онлайн

Явление самоиндукции

Мы уже изучили, что около проводника с током возникает магнитное поле. А также изучили, что переменное магнитное поле порождает ток (явление электромагнитной индукции). Рассмотрим электрическую цепь. При изменении силы тока в этой цепи произойдет изменение магнитного поля, в результате чего в этой же цепи возникнет дополнительный индукционный ток. Такое явление называется самоиндукцией, а ток, возникающий при этом, называется током самоиндукции.

Явление самоиндукции — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

ЭДС самоиндукции определяется по формуле:

Явление самоиндукции подобно явлению инерции. Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции. Если в цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп, последовательно со второй лампой включить катушку, то при замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием.

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки очень часто перегорают при выключении света.

Магнитное поле контура, в котором сила тока изменяется, индуцирует ток не только в других контурах, но и в себе самом. Это явление получило название самоиндукции.

Опытным путём установлено, что магнитный поток вектора магнитной индукции поля, создаваемого текущим в контуре током, пропорционален силе этого тока:

где L– индуктивность контура. Постоянная характеристика контура, которая зависит от его формы и размеров, а так же от магнитной проницаемости среды, в которой находится контур. [L] = Гн (Генри,

Если за время dtток в контуре изменится наdI, то магнитный поток, связанный с этим током, изменится наdФ =LdIв результате чего в этом контуре появится ЭДС самоиндукции:

. (4)

Знак минус показывает, что ЭДС самоиндукции (а, следовательно, и ток самоиндукции) всегда препятствует изменению силы тока, который вызвал самоиндукцию.

Наглядным примером явления самоиндукции служат экстратоки замыкания и размыкания, возникающие при включении и выключении электрических цепей, обладающей значительной индуктивностью.

Энергия магнитного поля

Магнитное поле обладает потенциальной энергией, которая в момент его образования (или изменения) пополняется за счёт энергии тока в цепи, совершающего при этом работу против ЭДС самоиндукции, возникающей вследствие изменения поля.

Работа dAза бесконечно малый промежуток времениdt, в течении которого ЭДС самоиндукциии токIможно считать постоянными, равняется:

. (5)

Знак минус указывает, что элементарная работа совершается током против ЭДС самоиндукции. Чтобы определить работу при изменении тока от 0 до I, проинтегрируем правую часть, получим:

. (6)

Эта работа численно равна приросту потенциальной энергии ΔWпмагнитного поля, связанного с этой цепью, т.е.A= -ΔWп.

Выразим энергию магнитного поля через его характеристики на примере соленоида. Будем считать, что магнитное поле соленоида однородно и в основном расположено внутри его. Подставим в (5) значение индуктивности соленоида, выраженное через его параметры и значение силы тока I, выраженное из формулы индукции магнитного поля соленоида:

, (7)

где N – общее число витков соленоида; ℓ – его длина; S – площадь сечения внутреннего канала соленоида.

, (8)

После подстановки имеем:

. (9)

Разделив обе части на V, получим объёмную плотность энергии поля:

(10)

или, с учётом, что получим,. (11)

Переменный ток

2.1 Переменный ток и его основные характеристики

Переменным называется ток, изменяющийся с течением времени и по величине и по направлению. Примером переменного тока может служить потребляемый промышленный ток. Этот ток является синусоидальным, т.е. мгновенное значение его параметров меняются со временем по закону синуса (или косинуса):

Читайте также:  Как включить духовку в газовой плите gorenje

Переменный синусоидальный ток можно получить, если вращать рамку (контур) с постоянной скоростью

в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.5). При этом магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется по закону

, (16)

где S– площадь контура, α = ωt– угол поворота рамки за время t. Изменение потока приводит к возникновению ЭДС индукции

, (17)

направление которой определяется по правилу Ленца.

Если контур замкнут (рис.5), то по нему идёт ток:

. (18)

График изменения электродвижущей силыи индукционного токаiпредставлен на рис.6.

Переменный ток характеризуется периодом Т, частотой ν = 1/Т, циклической частотой и фазой φ = (ωt + φ) Графически значения напряжения и силы переменного тока на участке цепи будут представляться двумя синусоидами, в общем случае сдвинутыми по фазе на φ.

Для характеристики переменного тока вводятся понятия действующего (эффективного) значения тока и напряжения. Эффективным значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который выделяет в данном проводнике столько же тепла за время одного периода, сколько выделяет тепла и данный переменный ток.

,. (13)

Приборы, включенные в цепь переменного тока (амперметр, вольтметр), показывают эффективные значения тока и напряжения.

Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.

Самоиндукцией называется явление возникновение индукционного тока в цепи при резком изменении основного тока в цепи

Л1— лампочка загорается мгновенно

Л2 – лампочка запаздывает (загорается и гаснет не мгновенно)

t. c
Л1

Правило Ленца для явления самоиндукции: Направление индукционного тока в цепи направлено в противоположную сторону изменения основного тока в цепи. Например, если при замыкании цепи ток возрастает от 0 до максимума, индукционный ток этому препятствует, если цепь размыкается и основной ток падает от максимума до 0, то индукционный ток препятствует резкому падению.

Катушка ( ) – это устройство, содержащее некоторое количество витков, которые изолированы друг от друга (лаком) и железного сердечника (в некоторых случаях). Свойство катушки характеризуются индуктивностью.

Железный сердечник – выполнен из листовой электротехнической стали, листы изолированы друг от друга (лаком). Это сделано, что бы избежать появления вихревых магнитных полей, которые приводят к перегреву сердечника, сбоев в работе с катушкой и не экономии электроэнергии.

Индуктивность ( [L]=Гн – генри)- это физическая величина, характеризующая способность контуров с током и окружающей их среды накапливать магнитное поле. Зависит от размеров витков, их количества и наличия железного сердечника.

, где L- коэффициент пропорциональности, n – количество витков катушки, I – сила тока, t- время протекания тока.

Учет самоиндукции в технике: при быстром изменении тока в цепях, содержащих катушки индуктивности (двигатели, генераторы, трансформаторы), например при обрыве цепей, возникает ЭДС индукции, она может достигать очень больших значений – в результате: пробой изоляции. Это учитывается в эл.цепях

Катушки – это источники магнитного поля. Магн. поле обладает энергией.

Доказательство: при замыкании цепей ток постепенно нарастает до определенного значения Imax, то есть совершается работа. Для совершения любой работы необходима энергия.

Энергия магн.поля определяется формулой:

19/2. Качественные задачи по теме «Законы термодинамики».

1) Почему при быстром сжатии газа он нагревается?

2) Почему при быстром расширении газа он охлаждается?

3) Почему повышается давление газа при его нагревании в закрытом сосуде?

15. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колеба­тельный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

Колебание – это процесс (движение), которое повторяется через определенный промежуток времени.(например: колебание листьев и деревьев во время ветра, биение сердца, колебание качелей, колебание тела на пружине, колебание струны, колебания поршня в цилиндре, колебания шарика на нити)

Электромагнитное колебание — это периодическое изменение магнитного и электрического полей.

Читайте также:  Цветок пахира уход в домашних условиях

1. Свободные колебания – это колебания, совершенные после действия внешней силы. Являются затухающими. (Эл. колебания, возникающие при разрядке конденсатора. Период колебаний равен Т=10 -6 с.)

2. Вынужденные колебания – это колебания, которые совершаются под действием внешней периодической силы. (Работа генератора эл тока)

Механические колебательные системы известны: колебание тела на пружине (автомобиль на рессорах) и колебание шарика на нити (маятник часов).

Примером электромагнитной колебательной системы является КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР.

Электрическая цепь, состоящая из кон­денсатора и катушки, в которой могут происходить свободные электрические колебания, называется колебательным контуром.

Ит.д.

Подтверждается фундаментальный закон физики: энергия никуда не исчезает и ни из чего не возникает, а переходит из одного вида в другой.

20/2. Экспериментальное задание по теме «Динамика»: построение графи­ка зависимости силы упругости от удлинения (для пружины или резинового образца).

Измеряя динамометром силу упругости при различных удлинениях пружины, сделать таблицу:

Удлинение,м
Сила упругости, Н

По таблице построить график.

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
Электромагни́тное излуче́ние ПОДРАЗДЕЛЯЕТСЯ НА:

-радиоволны (начиная со сверхдлинных),

-рентгеновское излучение и жесткое (гамма-излучение)
Применение: 1) Радиосвязь; 2) Медицина, безконтактный нагрев; 3) трудно сказать где оно не ипользуется; 4) искуственный загар, искуственное освещение для растений; 5) медицина, дефектоскопия.
Свойства: всем электромагнитным излучениям в той или иной свойственны интерференция, дифракция, преломление, и др. Однако, у высокоэнергетического ЭМ-излучения (экстремальный УФ и выше) эти свойства менее выражены.

21/2. Качественные задачи по теме «Строение газов, жидкостей и твердых тел».

1. Почему газы легко сжимаются, а жидкости нет?

2. Почему при движении автомобиля давление в камере колеса увеличивается?

1. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Испускание и поглощение света атомами. Спектры.

В науке очень долго считалось, что Атом – это наименьшая, НЕДЕЛИМАЯ частиц ве-щества.

1.Первым, кто нарушил эти представления был Томсон: он считал, что атом – это некая положительная субстан-ция, в которую «как изюминки в кекс» вкраплены элек-троны. Важность этой теории – то, что атом перестали признавать неделимым

2. Резерфорд поставил опыт по рассеиванию альфа-частиц. Радиоактивным веществом бомбардировались тяжелые элементы (золотая фольга).

Резерфорд ожидал увидеть светящиеся круги, а увидел светящиеся кольца.

Объяснение Резерфорда: в центре атома находится весь положительный заряд, а электроны ни оказывают ника-кого влияния на поток альфа-частиц.

3. Планетарная модель атома водорода по БОРУ

Квантовые постулаты Бора: 1. Электрон, вращаясь по стационарной орбите энергии не из-лучает. 2. Поглощая или излучая энергию электрон соответственно поднимается на более дальнюю о ядра орбиту (уровень), либо опускается на более близкий к ядру уровень.

Читайте также:  Как сделать мотор из магнитов

Излучая порцию энергии (видимой) атом дает только ему присущий набор длин волн – спектр.

1. Спектр излучения (испускания): (дают тела в нагретом состоянии)

а) Сплошной – дают все атомы в твердом, жидком состоянии или плотные газы

б) Линейчатый – дают атомы в газообразном состоянии

2. Спектр поглощения: если через вещество пропустить свет, то это вещество будет поглощать именно те волны, которые излучает в нагретом состоянии (на сплошном спектре появляются темные полоски)

Спектральный анализ – это метод определения химического состава вещества по его спектру излучения или поглощения.

Метод основан на том, что каждому химическому элементу присущ свой набор длин волн.

Применение спектрального анализа: в криминалистике, медицине, в астрофизике.

Спектрограф – это прибор, для проведения спектрального анализа. Спектроскоп отличает-ся от спектрографа тем, что с помощью него можно не просто наблюдать за спектрами, но и сделать фотографический снимок спектра.

22/2. Лабораторная работа «Расчет общего сопротивления двух последовательно соединенных резисторов».

Чтобы вычислить сопротивление необходимо знать силу тока через резистор и напряжение на нем. Для измерения этих величин можно собрать следующую цепь:

Сопротивление находим по формуле:

где U и I — напряжение и сила тока, измеренные приборами.

23/1 Квантовые свойства света. Фотоэффект и его законы.

Применение фотоэффекта в технике.

ЯВЛЕНИЕ ВЫРЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ВЕЩЕСТВА ПОД ДЕЙСТВИЕМ СВЕТА НАЗЫВАЕТСЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ или ФОТОЭФФЕК-ТОМ. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 г. Количественные закономерности фото-эффекта были установлены выдающимся русским физиком Столетовым. Он открыл три закона фотоэффекта:

1. Сила тока насыщения, т.е. количество электронов, вырываемых светом с поверх-ности металла за секунду, прямо пропорционально падающему световому потоку.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с часто-той света и не зависит от падающего светового потока.

3. Если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества мини-мальной частоты, то фотоэффект не происходит ("красная граница фотоэффекта").

Эти законы, открытые экспериментально, не удавалось объяснить на основе элек-тромагнитной теории света. Сделать это смог в 1905 г. Альберт Эйнштейн на основании квантовых представлений о природе света.

Согласно квантовым представлениям свет — это поток частиц — фотонов (световых квантов). Энергия одного фотона равна:

где h = 6,62.10-34 Дж.с — постоянная Планка;

 — частота света, Гц.

На основе представлений о фотоне как частице, которая может излучаться или поглощаться как единое целое, явление фотоэффекта получает простое объяснение: поглощая один фотон, электрон внутри фотокатода увеличивает свою энергию на величину энергии фотона. Если она больше работы выхода

то электрон может покинуть фотокатод, а оставшаяся часть энергии перейдет в кинетиче-скую энергию электрона:

Это соотношение называется УРАВНЕНИЕМ ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ ФОТОЭФФЕКТА. Таким образом, удалось объяснить линейную зависимость максимальной скорости фо-тоэлектронов от частоты.

Красная граница фотоэффекта объясняется тем, что электрон не может покинуть фотокатод, если энергия фотона меньше работы выхода. Минимальная частота, при ко-торой начинается фотоэффект, равна:

Фотоэффект позволил создать фотоэлементы — устройства, ток в которых возникает при их освещении. Фотоэлементы используются в киноустановках для воспроизведения звука, в устройствах автоматики, в метро.

2. Качественные задачи по теме «Электрический ток».

Как изменяется сопротивление полупроводников при нагревании? (уменьшается, так как рвутся связи между атомами) Как изменяется сопротивление полупроводников при освещении? Приведите примеры.

Теорию см. в билете 17/1.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9666 — | 7535 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector