Поточно свързване и индуктивност. Големината на самоиндукцията емф

Самоиндукция

Всеки проводник, през който протича електрически ток, е в собствено магнитно поле.

При промяна на силата на тока в проводника се променя м.полето, т.е. магнитният поток, създаден от този ток, се променя. Промяната в магнитния поток води до появата на вихрово електрическо поле и се появява във веригата индуцирана емф.

Това явление се нарича самоиндукция.

Самоиндукцията е явлението на възникване на индуцирана ЕДС в електрическа верига в резултат на промяна в силата на тока.
Получената ЕДС се нарича самоиндуцирана ЕДС

Проява на феномена на самоиндукцията

Затваряне на веригата

Когато има късо съединение в електрическата верига, токът се увеличава, което води до увеличаване на магнитния поток в бобината, появява се вихрово електрическо поле, насочено срещу тока, т.е. в бобината се появява самоиндуктивна е.д.с. предотвратява увеличаването на тока във веригата (вихровото поле инхибира електроните).
В резултат на това L1 светва по-късно от L2.

Отворена верига

При отваряне на електрическата верига токът намалява, настъпва намаляване на потока в бобината и се появява вихрово електрическо поле, насочено като ток (опитвайки се да поддържа същата сила на тока), т.е. В бобината възниква самоиндуцирана ЕДС, поддържаща тока във веригата.
В резултат на това L мига ярко, когато е изключен.

В електротехниката явлението самоиндукция се проявява, когато веригата е затворена (електрическият ток нараства постепенно) и когато веригата се отвори (електрическият ток не изчезва веднага).

ИНДУКТИВНОСТ

От какво зависи самоиндуцираната ЕДС?

Електрическият ток създава собствено магнитно поле. Магнитният поток през веригата е пропорционален на индукцията магнитно поле(Ф ~ V), индукцията е пропорционална на силата на тока в проводника
(B ~ I), следователно магнитният поток е пропорционален на силата на тока (Ф ~ I).
ЕДС на самоиндукция зависи от скоростта на изменение на тока в електрическата верига, от свойствата на проводника (размер и форма) и от относителната магнитна проницаемост на средата, в която се намира проводникът.
Физическа величина, показваща зависимостта на ЕДС на самоиндукция от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, се нарича коефициент на самоиндукция или индуктивност.

Индуктивност - физическо количество, числено равна на самоиндуктивната ЕДС, която възниква във веригата, когато токът се промени с 1 Ампер за 1 секунда.
Индуктивността може да се изчисли и по формулата:

където Ф е магнитният поток през веригата, I е силата на тока във веригата.

SI единици за индуктивност:

Индуктивността на бобината зависи от:
броя на навивките, размера и формата на бобината и относителната магнитна проницаемост на средата (евентуално ядро).

ЕМП НА САМОИНДУКЦИЯ

Самоиндуктивната ЕДС предотвратява увеличаването на тока, когато веригата е включена, и намаляването на тока, когато веригата е отворена.

ЕНЕРГИЯ НА МАГНИТНОТО ПОЛЕ НА ТОК

Около проводник с ток има магнитно поле, което има енергия.
От къде идва? Източникът на ток, включен в електрическата верига, има резерв от енергия.
В момента на затваряне на електрическата верига източникът на ток изразходва част от енергията си, за да преодолее ефекта от възникващата самоиндуктивна емф. Тази част от енергията, наречена собствена енергия на тока, отива за образуването на магнитно поле.

Енергията на магнитното поле е равна на собствената енергия на тока.
Собствената енергия на тока е числено равна на работата, която източникът на ток трябва да извърши, за да преодолее ЕДС на самоиндукция, за да създаде ток във веригата.

Енергията на магнитното поле, създадено от тока, е право пропорционална на квадрата на тока.
Къде отива енергията на магнитното поле след спиране на тока? - изпъква (когато се отвори верига с достатъчно голям ток, може да възникне искра или дъга)

ВЪПРОСИ ЗА КОНТРОЛНА РАБОТА

по темата "Електромагнитна индукция"

1. Избройте 6 начина за получаване на индукционен ток.
2. Феноменът на електромагнитната индукция (дефиниция).
3. Правилото на Ленц.
4. Магнитен поток (дефиниция, чертеж, формула, входни величини, техните мерни единици).
5. Законът за електромагнитната индукция (дефиниция, формула).
6. Вихрови свойства електрическо поле.
7. ЕДС на индукция на проводник, движещ се в еднородно магнитно поле (причина за появата, чертеж, формула, входни величини, техните мерни единици).
8. Самоиндукция (кратко проявление в електротехниката, определение).
9. ЕМП на самоиндукция (неговото действие и формула).
10. Индуктивност (дефиниция, формули, мерни единици).
11. Енергия на магнитното поле на тока (формулата откъде идва енергията на магнитното поле на тока, къде изчезва, когато токът спре).

ДЪРЖАВНА АВТОНОМНА ПРОФЕСИОНАЛНА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ

НОВОСИБИРСКА ОБЛАСТ

"МЕДИЦИНСКИ КОЛЕЖ БАРАБИНСКИ"

Разгледано на заседанието

ЦМК ОГСЕД

Протокол №___________

от ____________ 2018 г

Председател на ЦК

Хританкова Н. Ю.

______________________

(подпис)

МЕТОДИЧЕСКА РАЗРАБОТКА

КОМБИНИРАН УРОК ЗА УЧИТЕЛ

Специалност 34.02.01 Кърмене (с основна тренировка)

Дисциплина: "Физика"

Раздел 3 Електродинамика. Трептения и вълни. Оптика

Разработчик – учител Вашурина Т.В.

Екстракт от работна програмадисциплина "Физика"

за специалност 34.02.01 Медицинска сестра (с основно обучение)

МЕТОДИЧЕСКИ ЛИСТ

Тип урок:комбиниран урок.

Вид дейност: разговор, обяснение с демонстрация на нагледни средства, решаване на проблеми.

Продължителност: 90 минути.

ЦЕЛИ НА УРОКА

Цели на обучението:формират идеи за ролята и мястото на физиката в съвременната научна картинамир; разбиране на физическата същност на явленията, наблюдавани във Вселената чрез изучаване на концепцията за самоиндукция, индуктивност, самоиндукционна емф, енергия на магнитното поле; допринасят за формирането на способността за овладяване на основни физически понятия, уверено използване на физическа терминология и символи. За да насърчите формирането на способността да организирате собствените си дейности, изберете стандартни методи и начини за изпълнение на упражнения (GC 2).

Цели за развитие:развийте интерес към бъдеща професия, разбиране на същността и социалната значимост (OC 1), допринасят за формирането на способността за решаване на физически проблеми.

Образователни цели:насърчават развитието комуникационни умения; създават условия за развитие на скоростта на възприемане и обработка на информация, култура на речта; развиват умение за работа в екип и екип (ОК 6).

Методи на обучение: обяснително и илюстративно използване информационни технологии, репродуктивен.

местоположение:аудитория на колеж.

МОТИВАЦИЯ

Тема 3.14 „Самоиндукция. Индуктивност. Самоиндуцирана емф. Енергия на магнитното поле“ е включена в програмата по учебна дисциплина„Физиката“ заема значително място, т.к знанията, получени от изучаването на тази тема, са необходими за изучаване на много теми както в рамките на програмата по физика, така и при изучаването на сродни дисциплини (химия, математика). Опасността от работа с електрически уреди се крие във факта, че токът, магнитното поле на тока и напрежението нямат външни признаци, които биха позволили на човек, използвайки сетивата (зрение, слух, обоняние), да открие предстоящото опасност и вземете предпазни мерки.

За този урок са предвидени 2 учебни часа. По време на комбинирания урок се актуализират знания във формуляра устно разпитване, с цел проверка на остатъчните знания, които са необходими при изучаване на нов материал; директно изучаване на нов материал; първично консолидиране на нов материал чрез решаване на проблеми по тази тема. Контролът на нивото на овладяване на новия материал се извършва под формата на тестване на учениците. Всеки образован човек трябва непрекъснато да разширява знанията си в областта на физиката, да развива интерес към бъдещата си професия, да разбира същността и социалната значимост (GC 1), да се научи да организира дейността си, да може да избира методи и методи за изпълнение на задачи и впоследствие оценяват качеството им (GC2), а също така е необходимо бъдещият медицински работник да се научи да работи в екип и екип (OK6).

ПРИМЕРНА ХРОНОГРАМА НА КОМБИНИРАН УРОК

СУРОВ МАТЕРИАЛ

План за представяне учебен материалпо тази тема

„Самоиндукция. Индуктивност. Самоиндуцирана емф. Енергия на магнитното поле".

Самоиндукция.

Индуктивност.

Самоиндуцирана емф.

Енергия на магнитното поле.

1. Самоиндукция- феноменът на възникване на индуцирана ЕДС в проводяща верига, когато силата на тока в нея се промени. Получената ЕДС се нарича Самоиндуцирана емф.

Проява на феномена на самоиндукцията.

Затваряне на веригата.Когато възникне късо съединение в електрическата верига, токът се увеличава, което предизвиква увеличаване на магнитния поток в намотката и се появява вихрово електрическо поле, насочено срещу тока, т.е. В бобината възниква емф на самоиндукция, предотвратявайки увеличаването на тока във веригата (вихровото поле инхибира електроните).

В резултат L1 светва по-късноотколкото L2.

Отворена верига.

При отваряне на електрическата верига токът намалява, възниква намаляване на магнитния поток в бобината и се появява вихрово електрическо поле, насочено като ток (опитвайки се да поддържа същата сила на тока), т.е. В бобината възниква самоиндуцирана ЕДС, поддържаща тока във веригата. В резултат на това L мига ярко, когато е изключен.

2. Индуктивност, или коефициент на самоиндукция - параметър на електрическа верига, който определя едс на самоиндукция, индуцирана във веригата, когато протичащият през нея ток се промени и/или нейната деформация. Терминът "индуктивност" също се отнася до самоиндукционна намотка, която определя индуктивните свойства на веригата.

Индуктивност- физическа величина, числено равна на едс на самоиндукция, която възниква във веригата, когато токът се промени с 1 A за 1 s.

F - магнитен поток през веригата, I - сила на тока във веригата.

SI единица за индуктивност Хенри(Gn): [L] = [ ] = []= Gn; 1 Gn = 1
.

Индуктивността, подобно на електрическия капацитет, зависи от геометрията на проводника – неговия размер и форма, но не зависи от силата на тока в проводника. Освен това индуктивността зависи от магнитните свойства на средата, в която се намира проводникът.

Индуктивност на бобинатазависи от:

− брой завъртания,

− размер и форма на бобината;

− върху относителната магнитна проницаемост на средата (евентуално ядро).

Затварящи и отварящи токове.

Всеки път, когато токът се включва и изключва във веригата, т.нар допълнителни токове на самоиндукция (допълнителни токове на затваряне и отваряне),възникващи във верига поради феномена на самоиндукция и предотвратяване (според правилото на Ленц) увеличаване или намаляване на тока във веригата. Индуктивността характеризира инерцията на веригата по отношение на промените в тока в нея и може да се разглежда като електродинамичен аналог на масата на тялото в механиката, която е мярка за инерцията на тялото. В този случай силата на тока I играе ролята на скоростта на тялото.

3. ЕМП на самоиндукция.

Самоиндукция - появата на индуцирана ЕДС в проводяща верига, когато силата на тока в нея се промени. Индуцирана ЕДС възниква, когато магнитният поток се промени. Ако тази промяна е причинена от собствен ток, тогава говорим за Самоиндуцирана емф :

ε е =–
= –L ,

Където Л- индуктивност на веригата или нейната коефициент на самоиндукция.

4. Енергия на магнитното поле на тока.

Нека намерим енергията, притежавана от електрическия ток в проводника. Съгласно закона за запазване на енергията, енергията на магнитното поле, създадено от тока, е равна на енергията, която източникът на ток (галваничен елемент, генератор в електроцентрала и др.) трябва да изразходва, за да създаде тока. Когато токът спре, тази енергия се освобождава под една или друга форма.

Нека разберем защо, за да създадем ток, е необходимо да изразходваме енергия, т.е. необходимо е да вършим работа. Това се обяснява с факта, че когато веригата е затворена, когато токът започне да нараства, в проводника се появява вихрово електрическо поле, което действа срещу електрическото поле, което се създава в проводника поради източника на ток. За да стане силата на тока равна на I, източникът на ток трябва да извърши работа срещу силите на вихровото поле. Тази работа отива за увеличаване на енергията на магнитното поле на тока.

Когато веригата се отвори, токът изчезва и вихровото поле извършва положителна работа. Енергията, съхранявана в тока, се освобождава. Това се открива чрез мощна искра, която възниква при отваряне на верига с висока индуктивност.

Израз за енергията на тока I, протичащ през верига с индуктивност L (т.е. за енергията на магнитното поле на тока) може да бъде написан въз основа на аналогията между инерцията и самоиндукцията, разгледана по-горе.

Ако самоиндукцията е подобна на инерцията, тогава индуктивността в процеса на създаване на ток трябва да играе същата роля като масата при увеличаване на скоростта на тялото в механиката. Ролята на скоростта на тялото в електродинамиката се играе от силата на тока I като величина, характеризираща движението електрически заряди.

Ако това е така, тогава текущата енергия W m може да се счита за стойност, подобна на кинетичната енергия на тялото
в механиката и го напишете във формата W m =
(**).

Именно този израз за текущата енергия се получава в резултат на изчисления.

Енергията на тока (**) се изразява чрез геометричната характеристика на проводника L, а силата на тока в него I. Но същата тази енергия може да се изрази и чрез характеристиките на полето. Изчисленията показват, че енергийната плътност на магнитното поле (т.е. енергията на единица обем) е пропорционална на квадрата на магнитната индукция, точно както енергийната плътност на електрическото поле е пропорционална на квадрата на напрегнатостта на електрическото поле.

Магнитното поле, създадено от електрически ток, има енергия, право пропорционална на квадрата на тока.

Основни формули:

Закон на Фарадей(закон за електромагнитната индукция): ε = –
, където ΔФ е изменението на магнитния поток, Δt е периодът от време, през който е настъпила тази промяна.

Феноменът на самоиндукцията ее, че когато токът се промени във веригата, възниква емф, който противодейства на тази промяна.

Магнитен поток Fпрез повърхността, ограничена от контура, е право пропорционална на силата на тока I във веригата: Ф = LI,

където Л - коефициент на пропорционалност, наречен индуктивност.

Самоиндуцирана емфсе изразява чрез промяната на тока във веригата ΔI по следната формула:

ε = -
= -L където Δt е времето, през което е настъпила тази промяна.

Енергия на магнитното поле W се изразява с формулата: W=

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

КОНТРОЛ НА ЗНАНИЯТА ПО ПРЕДХОДНАТА ТЕМА (устно)

„Правилото на Ленц. Вихрови течения. Електромагнитната теория на Максуел"

Правилото на Ленц.

Отговор: Фарадей експериментално установи, че когато магнитният поток се промени в проводяща верига, възниква индуцирана емф, равна на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от веригата, взета със знак минус:

Тази формула се нарича закон на Фарадей.

Опитът показва, че индукционният ток, възбуден в затворен контур, когато магнитният поток се променя, винаги е насочен по такъв начин, че създаденото от него магнитно поле предотвратява промяната в магнитния поток, причиняваща индукционния ток. Това твърдение, формулирано през 1833 г., се нарича правило на Ленц.

Ориз. 1 илюстрира правилото на Ленц, използвайки примера на неподвижна проводяща верига, която е в еднородно магнитно поле, чийто модул на индукция нараства с времето.

Правилото на Ленц отразява експерименталния факт, че и винаги имат противоположни знаци (знакът минус във формулата на Фарадей). Правилото на Ленц е дълбоко физически смисъл– изразява закона за запазване на енергията.

Правилото на Ленц (закон на Ленц)е установен от Е. Х. Ленц през 1834 г. Той изяснява закона за електромагнитната индукция, открит през 1831 г. от М. Фарадей. Правилото на Ленц определя посоката на индуцирания ток в затворен контур, докато се движи във външно магнитно поле.

Посоката на индукционния ток винаги е такава, че силите, които изпитва от магнитното поле, противодействат на движението на веригата и магнитния поток, създаден от този ток Еазима тенденция да компенсира промените във външния магнитен поток Ед.

Законът на Ленц е израз на закона за запазване на енергията за електромагнитни явления. Наистина, когато затворен контур се движи в магнитно поле поради външни сили, е необходимо да се извърши някаква работа срещу силите, възникващи в резултат на взаимодействието на индуцирания ток с магнитното поле и насочени в посока, обратна на движението .

Правилото на Ленц е илюстрирано със следната фигура:

Ако постоянен магнит се премести в намотка, затворена за галванометър, индуцираният ток в намотката ще има посока, която ще създаде магнитно поле с вектора В", насочен срещу вектора на индукция на магнитното поле IN, т.е. ще избута магнита извън намотката или ще попречи на неговото движение. Когато магнитът се извади от намотка, напротив, полето, създадено от индукционния ток, ще привлече намотката, т.е. отново ще попречи на нейното движение.

Опишете алгоритъма за прилагане на правилото на Ленц на практика.

Отговор:Да се ​​приложи правилото на Ленц за определяне на посоката на индуцирания ток аздвъв веригата трябва да следвате тези препоръки:

1. Задайте посоката на линиите на магнитната индукция на външното магнитно поле.

2. Разберете дали потокът на магнитната индукция на това поле се увеличава през повърхността, ограничена от контура ( ΔФ 0), или намалява ( ΔФ

3. Задайте посоката на линиите на магнитната индукция на магнитното поле на индуцирания ток азаз. Тези линии трябва да са насочени, съгласно правилото на Ленц, противоположно на линиите if ΔФ 0 и имат същата посока като тях, ако ΔФ

4. Познавайки посоката на линиите на магнитната индукция, определете посоката на индукционния ток азаз, използвайки gimlet rule.

3. Какви са причините за промяната на магнитния поток (2 души отговарят).

Отговор:Промяна в магнитния поток, проникващ в затворена верига, може да възникне по две причини.

1. Магнитният поток се променя поради движението на веригата или нейните части в постоянно магнитно поле. Такъв е случаят, когато проводници, а с тях и свободни носители на заряд, се движат в магнитно поле. Появата на индуцирана ЕДС се обяснява с действието на силата на Лоренц върху свободните заряди в движещи се проводници. Силата на Лоренц в този случай играе ролята на външна сила.

Нека разгледаме като пример появата на индуцирана ЕДС в правоъгълна верига, поставена в еднородно магнитно поле перпендикулярна на равнинатаконтур. Нека една от страните на контур с дължина l се плъзга със скорост по другите две страни (фиг. 2).

Силата на Лоренц действа върху свободните заряди в този участък от веригата. Един от компонентите на тази сила, свързан със скоростта на прехвърляне на зарядите, е насочен по протежение на проводника. Този компонент е показан на фиг. 1.20.3. Тя играе ролята на външна сила. Модулът му е равен

Според дефиницията на ЕМП

В други неподвижни части на веригата външната сила е нула. Съотношението за ind може да бъде дадено в обичайната форма. За време Δt площта на контура се променя с ΔS = lυΔt. Изменението на магнитния поток през това време е равно на ΔΦ = BlυΔt. следователно

За да установите знака във формулата, свързващ и, трябва да изберете нормалната посока и положителната посока на преминаване на контура, съгласувани една с друга съгласно правилото на десния гимлет, както е направено на фиг. 1.20.1 и 1.20.2. Ако това се направи, тогава е лесно да се стигне до формулата на Фарадей.

Ако съпротивлението на цялата верига е равно на R, тогава индукционен ток е равен на . През времето Δt ще се отдели джаулова топлина при съпротивлението R

Възниква въпросът откъде идва тази енергия, след като силата на Лоренц не върши работа! Този парадокс възникна, защото взехме предвид работата само на един компонент на силата на Лоренц. При протичане на индукционен ток през проводник, разположен в магнитно поле, върху свободните заряди действа друга компонента на силата на Лоренц, свързана с относителната скорост на движение на зарядите по протежение на проводника. Този компонент е отговорен за появата на амперна мощност. За случая, показан на фиг. 1.20.3, модулът на амперната сила е равен на FA = I B l. Силата на Ампер е насочена към движението на проводника; следователно извършва отрицателна механична работа. За времето Δt тази работа Amech е равна на

Проводник, движещ се в магнитно поле, през което протича индуциран ток, изпитва магнитно спиране. Общата работа, извършена от силата на Лоренц, е нула. Джаулова топлина във веригата се освобождава или поради работата на външна сила, която поддържа скоростта на проводника непроменена, или поради намаляване на кинетичната енергия на проводника.

2. Втората причина за промяната на магнитния поток, проникващ във веригата, е промяната във времето на магнитното поле, когато веригата е неподвижна. В този случай възникването на индуцирана ЕДС вече не може да се обясни с действието на силата на Лоренц. Електроните в неподвижен проводник могат да се задвижват само от електрическо поле. Това електрическо поле се генерира от променящо се във времето магнитно поле. Работата на това поле при преместване на единичен положителен заряд по затворена верига е равна на индуцираната ЕДС в неподвижен проводник. Следователно електрическото поле, генерирано от променящо се магнитно поле, не е потенциално. Нарича се вихрово електрическо поле. Концепцията за вихрово електрическо поле е въведена във физиката от великия английски физикДжеймс Максуел през 1861 г

4. Опишете възникването на електромагнитна индукция в неподвижни проводници.

Отговор: Явлението електромагнитна индукция в неподвижни проводници, което възниква при промяна на околното магнитно поле, също се описва с формулата на Фарадей. По този начин явленията на индукция в движещи се и неподвижни проводници протичат по един и същи начин, но физическата причина за възникването на индуцирания ток се оказва различна в тези два случая: в случай на движещи се проводници индукционната едс се дължи на към силата на Лоренц; в случай на неподвижни проводници, индуцираната ЕДС е следствие от действието върху свободните заряди на вихровото електрическо поле, което възниква при промяна на магнитното поле.

Отговор:

В Русия.

В електрическия двигател, когато токът преминава, се появява въртящ момент

Първият електрически мотор е проектиран от Якоби (1836 г.).

Затворените токове, възникващи в непрекъснати проводящи среди, се наричат ​​вихрови токове или Течения на Фуко- кръстени на френския учен, който ги открива. Токовете на Фуко могат да бъдат или вредни (в трансформаторни ядра, въртящи се части на генератори и двигатели; токовете на Фуко причиняват ненужно нагряване) или полезни (в индукционни пещи за топене на метали или готвене). В този случай проводящото тяло (метал или храна) всъщност играе ролята на сърцевина. Той е поставен вътре в намотка, през която преминава високочестотен променлив ток, генерирайки променливо магнитно поле вътре в намотката. И тогава законът за електромагнитната индукция „работи“. Променливото магнитно поле предизвиква появата на индукционни токове на Фуко, които нагряват проводящото тяло.

6. Опишете основните положения на електромагнитната теория на Максуел.

Отговор:Теорията на Максуел е последователна теория за единично електромагнитно поле, който се създава от произволна система от електрически заряди и токове. Теорията на Максуел решава основния проблем на електродинамиката: въз основа на дадено разпределение на зарядите и токовете се изчисляват характеристиките на електрическите и магнитните полета, които създават. Теорията на Максуел е обобщение на най-важните закони, описващи електрическите и магнитните явления: теоремата на Гаус, закона за пълния ток, закона за електромагнитната индукция.

Тази теория не разглежда вътрешния механизъм на явленията, възникващи в околната среда и причиняващи появата на електрически и магнитни полета. Средата се описва с помощта на три величини, които определят нейните електрически и магнитни свойства: относителна диелектрична константа, относителна магнитна проницаемост и специфична електрическа проводимост.

Ние разглеждаме макроскопични полета, които са създадени от макроскопични заряди и токове, концентрирани в обеми от много големи обеми атоми и молекули. Разстоянията от източниците на полето до разглежданите точки в пространството са много по-големи от линейните размери на атомите и молекулите. Следователно макроскопичните полета се променят забележимо само на разстояния, много по-големи от размера на атомите.

Макроскопичните заряди и токове са колекции от микроскопични заряди и токове, които създават свои собствени електрически и магнитни микрополета. Тези микрополета непрекъснато се променят във времето във всяка точка на пространството. Макроскопичните полета са осреднени микрополета.

Теорията на Максуел е теория за къси разстояния, според която електрическите и магнитните взаимодействия се осъществяват чрез електромагнитно поле и се разпространяват с крайна скорост, еднаква скоростсветлина в дадена среда.

Критерии за оценка:

Оценка "5" -ученикът даде пълен, подробен отговор на зададения въпрос и отговори на допълнителен въпрос;

Оценка "4" -ученикът даде пълен, подробен отговор на поставения въпрос, но не отговори на допълнителния въпрос;

Оценка "3" -ученикът е дал непълен отговор на поставения въпрос и не е могъл да отговори на допълнителния въпрос;

Оценка "2" - без отговорна поставения въпрос.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

ЗАДАЧИ ЗА ЗАТВЪРЖДАВАНЕ И СИСТЕМАТИЗИРАНЕ НА НОВИТЕ ЗНАНИЯ(писмено, без оценка)

Физика 11 Многостепенна независима и тестови работиА. Кирик стр. 10 средно ниво № 1-6.

Примерни отговори на задачи за затвърдяване и систематизиране

ПРИЛОЖЕНИЕ №3

ЗАДАЧИ ЗА ПРЕДВАРИТЕЛЕН КОНТРОЛ НА ЗНАНИЯТА

(Устно, не се оценява. Примерни отговори на въпроси за предварителен контрол на знанията се съдържат в изходния материал)

Дефинирайте самоиндукцията.

Опишете случаите, в които се случва това явление.

Формулирайте определението за индуктивност.

В какви единици се измерва индуктивността?

От какви параметри зависи тази стойност?

Каква формула се използва за изчисляване на енергията на магнитното поле?

ПРИЛОЖЕНИЕ №4

КОНТРОЛНИ МАТЕРИАЛИ (писмено)

Тест

Какво явление се нарича самоиндукция?

А) феноменът на възникване на индуцирана ЕДС в проводяща верига

Б) физична величина, числено равна на едс на самоиндукция

Б) феноменът на възникване на индуцирана ЕДС в проводяща верига, когато силата на тока се променя в нея

Г) феноменът на възникване на електрически ток в проводяща верига

Каква величина се нарича индуктивност?

А) поток на магнитна индукция през повърхност, ограничена от контур

Б) физична величина, числено равна на самоиндуктивната ЕДС, която възниква във веригата, когато токът се промени с 1 A за 1 s.

Б) физична величина, числено равна на едс на самоиндукция

3. Как се нарича единицата за измерване на магнитната индуктивност?

4. Каква формула се използва за изчисляване на енергията на магнитно поле?

А) W=

B) ε = –
,

Как ще се промени енергията на магнитното поле, ако токът във веригата се удвои?

А) няма да се промени

Б) ще намалее 2 пъти

Б) ще се увеличи 4 пъти

Как ще се промени енергията на магнитното поле, ако индуктивността на веригата се намали 2 пъти?

А) ще намалее 4 пъти

Б) ще се увеличи 2 пъти

Б) няма да се промени

Г) ще намалее 2 пъти

Стандарти за отговори на задачи от контролен материал:

Критерии за оценка:

за 4 верни отговора – “3” точки;

за 5 верни отговора – “4” точки;

за 6 верни отговора – “5” точки.

ЗАДАЧА ЗА САМОСТОЯТЕЛНА ИЗВЪНКЛАСНА РАБОТА НА УЧЕНИЦИ

Мишена:Определете количеството информация за самостоятелна работастудент, обърнете внимание на важни точки.

Време за изпълнение на задачата: 45 минути.

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцки, Физика. 11 клас. Урок за образователни институции(със заявление на електронен носител). Основни и нива на профил- М.: Образование, 2011, стр. 43-48, четене на параграфи 15-17, учебни бележки; с. 50 упражнения 2 (4).

Критерии за оценка:

ученикът е научил нотите – “3” точки;

ученикът е прочел параграфите и е запомнил бележките, има информация от учебника – „4” точки;

ученикът е научил бележките, има информация от учебника, изпълнил е задачата – „5” точки.

СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНИТЕ ИЗТОЧНИЦИ

Информационен урок Разработка на открит урок

Феноменът на самоиндукция се състои в появата на индуцирана ЕДС в самия проводник, когато токът в него се променя. Пример за явлението самоиндукция е експеримент с две електрически крушки, свързани паралелно чрез ключ към източник на ток, едната от които е свързана чрез намотка (фиг. 39). Когато ключът е затворен, крушка 2, включена през бобината, светва по-късно от крушка 1. Това се случва, защото след затваряне на ключа токът достига максимална стойностне веднага, магнитното поле на нарастващия ток ще генерира индуцирана ЕДС в намотката, която, в съответствие с правилото на Ленц, ще пречи на нарастващия ток.
За самоиндукция установеното емпиричнозакон: ЕДС на самоиндукция е право пропорционална на скоростта на промяна на тока в проводника. .
Коефициентът на пропорционалност L се нарича индуктивност. Индуктивността е стойност, равна на самоиндуктивната ЕДС при скорост на изменение на тока в проводник от 1 A/s. Единицата за индуктивност е хенри (H). 1 H = 1 V s/A. 1 хенри е индуктивността на проводник, в който възниква самоиндуктивна ЕДС от 1 волт при скорост на промяна на тока от 1 A/s. Индуктивността характеризира магнитните свойства на електрическа верига (проводник) и зависи от магнитната проницаемост на сърцевината, размера и формата на намотката и броя на навивките в нея.
Когато бобината на индуктора е изключена от източника на ток, лампа, свързана успоредно на бобината, дава кратко мигане (фиг. 40).

Токът във веригата възниква под въздействието на самоиндукция емф. Източникът на енергия, освободена в електрическата верига, е магнитното поле на намотката. Енергията на магнитното поле се намира по формулата Енергията на магнитното поле зависи от индуктивността на проводника и силата на тока в него. Тази енергия може да се преобразува в енергия на електрическото поле. Вихровото електрическо поле се генерира от променливо магнитно поле, а променливото електрическо поле генерира променливо магнитно поле, т.е. променливите електрически и магнитни полета не могат да съществуват едно без друго. Тяхната връзка ни позволява да заключим, че съществува едно електромагнитно поле. Електромагнитното поле е едно от основните физически полета, чрез които се осъществява взаимодействието на електрически заредени частици или частици с магнитен момент. Електромагнитното поле се характеризира с напрегнатост на електрическото поле и магнитна индукция. Връзката между тези величини и пространственото разпределение на електрическите заряди и токове е установена през 60-те години на миналия век от Дж. Максуел. Тази връзка се нарича основните уравнения на електродинамиката, които описват електромагнитни явления в различни среди и във вакуум. Тези уравнения са получени като обобщение на експериментално установените закономерности на електрическите и магнитните явления.

План – конспект на урока

« Самоиндукция . И индуктивност . Енергия на магнитното поле текущ"

Завършен от студент 5 курс

Група FM-112

пълен работен денобучение

обучение по физика и математика

Кежутина Олга Владиславовна

Дата: 23.09.16г

Владимир 2016 г

Тема на урока: Самоиндукция . И индуктивност .

клас: "11б"

Тип урок : урок за усвояване на нови знания.

Тип урок: урок-лекция.

Мишена : формират идеята, че промяната в силата на тока в проводник създава вихрова вълна, която може или да ускори, или да забави движещи се електрони; формират представа за енергията, притежавана от електрически ток в проводник, и енергията на магнитното поле, създадено от тока.

Задачи:

Образователни: Повторете знанията на учениците за явлението електромагнитна индукция, задълбочете ги; на тази основа изучавайте феномена на самоиндукцията. Научете как да използвате закона за електромагнитната индукция, за да обяснявате явления.Въведете формула за изчисляване на енергията на магнитното поле на ток и концепцията за електромагнитно поле.

Образователни: Да култивира интерес към темата, упорит труд и способност за внимателна оценка на отговорите на другарите, способност за работа колективно и по двойки.

Образователни: Развитие на физическото мислене на учениците, разширяване на концептуалния апарат на учениците, формиране на умения за анализ на информация, правене на изводи от наблюдения и експерименти.

Оборудване:

По време на часовете:

11.20 – 11.21

Здравейте момчета, седнете.

Учениците се подготвят за урока.

Актуализиране на знанията.

11.22-11.28

Проверка на домашните, ако учениците имат въпроси, ние ги подреждаме.

Фронтално проучване:

Какво поле се нарича вихрово електрическо поле?

Какъв е източникът на вихровото поле?

Какво представляват теченията на Фуко? Дайте примери за тяхното използване.

Какво определя индуцираната ЕДС, която възниква в проводник, движещ се в променящо се във времето магнитно поле?

Учениците проверяват домашните си и отговарят на въпроси:

Полето, което генерирапроменящо се във времето магнитно поле.

Променящо се във времето магнитно поле.

Индукционните токове достигат големи числени стойности в масивни проводници поради факта, че тяхното съпротивление е ниско.

За скоростта на движение на проводник в еднородно магнитно поле.

Примерни насочващи въпроси:

4. Запомнете формулата, по която можете да намерите индуцираната ЕДС в движещи се проводници.

Мотивационен етап.

11.29-11.31

Основите на електродинамиката са положени от Ампер през 1820 г. Работата на Ампер вдъхнови много инженери да проектират различни технически устройства, като електродвигател (проектиран от Б. С. Якоби), телеграф (С. Морз) и електромагнит, проектиран от известния американски учен Хенри.

Джоузеф Хенри стана известен със създаването на серия от уникални, мощни електромагнити с повдигаща сила от 30 до 1500 кг със собствено тегло на магнита от 10 кг. Създавайки различни електромагнити, през 1832 г. ученият открива ново явление в електромагнетизма - явлението самоиндукция. Този урок е посветен на това явление.

Напишете темата на дъската: „ Самоиндукция . И индуктивност . Текуща енергия на магнитното поле ».

Учене на нов материал.

11.32-11.45

Хенри изобретява плоски намотки, изработени от медна лента, с помощта на които постига по-силни ефекти, отколкото при използване на телени соленоиди. Ученият забеляза, че когато във веригата има мощна намотка, токът в тази верига достига максималната си стойност много по-бавно, отколкото без намотка.

Опит: На фигурата е показана електрическа схема на експерименталната постановка, въз основа на която може да се демонстрира явлението самоиндукция. Електрическа веригасе състои от две паралелно свързани електрически крушки, свързани чрез ключ към източник на постоянен ток. Намотка е свързана последователно с една от електрическите крушки. След затваряне на веригата се вижда, че електрическата крушка, която е свързана последователно с бобината, свети по-бавно от втората крушка.

Когато източникът е изключен, електрическата крушка, свързана последователно с бобината, изгасва по-бавно от втората крушка.

Нека разгледаме процесите, протичащи в тази верига, когато ключът е затворен и отворен.

1. Затваряне с ключ.

Във веригата има намотка с ток. Нека токът в този завой тече обратно на часовниковата стрелка. Тогава магнитното поле ще бъде насочено нагоре.

Така бобината се озовава в пространството на собственото си магнитно поле. С увеличаването на тока бобината ще се окаже в пространството на променящо се магнитно поле на собствения си ток. Ако токът се увеличи, тогава магнитният поток, създаден от този ток, също се увеличава. Както е известно, с увеличаване на магнитния поток, проникващ в равнината на веригата, в тази верига възниква електродвижеща сила на индукция и, като следствие, индукционен ток. Съгласно правилото на Ленц този ток ще бъде насочен по такъв начин, че неговото магнитно поле предотвратява промяната в магнитния поток, проникващ в равнината на веригата.

Тоест, за завоя, разглеждан на фигура 4, индукционният ток трябва да бъде насочен по посока на часовниковата стрелка, като по този начин се предотвратява увеличаването на собствения ток на завоя. Следователно, когато ключът е затворен, токът във веригата не се увеличава моментално, поради факта, че в тази верига се появява спирачен индукционен ток, насочен в обратна посока.

2. Отваряне на ключа.

Когато ключът е отворен, токът във веригата намалява, което води до намаляване на магнитния поток през равнината на намотката. Намаляването на магнитния поток води до появата на индуцирана ЕДС и индуциран ток. В този случай индуцираният ток е насочен в същата посока като собствения ток на намотката. Това води до по-бавно намаляване на собствения ток.

Заключение: когато токът в проводник се промени, в същия проводник възниква електромагнитна индукция, която генерира индуциран ток, насочен по такъв начин, че да предотврати всяка промяна в собствения си ток в проводника. Това е същността на явлението самоиндукция. Самоиндукцията е частен случай на електромагнитна индукция.

Самоиндукция - това е феноменът на възникване на електромагнитна индукция в проводник, когато силата на тока, протичащ през този проводник, се променя.

Индуктивност. Големината на вектора на индукция B на магнитното поле, създадено от тока, е пропорционална на силата на тока. Тъй като магнитният поток Ф е пропорционален на В, то Ф ~ В~ I.

Следователно може да се твърди, че

Ф = LI,

където L е коефициентът на пропорционалност между тока в проводимата верига и магнитния поток.

Стойността на L се нарича индуктивност на веригата или нейният коефициент на самоиндукция.

Използвайки закона за електромагнитната индукция и получения израз, получаваме равенството

От формулата следва, чеиндуктивността е физична величина, числено равна на самоиндуктивната едс, която възниква във верига, когато токът в нея се промени с 1 A за 1 s.

Индуктивността, подобно на електрическия капацитет, зависи от геометрични фактори: размера на проводника и неговата форма, но не зависи пряко от силата на тока в проводника. В допълнение към геометрията на проводника, индуктивността зависи от магнитните свойства на средата, в която се намира проводникът.

Очевидно индуктивността на един проводник е по-малка от тази на намотка (соленоид), състояща се от N подобни навивки, тъй като магнитният поток на бобината се увеличава N пъти.

SI единицата за индуктивност се нарича хенри (обозначава се с Gn). Индуктивността на проводник е равна на 1 H, ако при равномерно изменение на силата на тока с 1 A за 1 s в него възниква самоиндуктивна едс от 1 V:

Хората се сблъскват с феномена на самоиндукцията всеки ден. Всеки път, когато включим или изключим светлината, ние затваряме или отваряме веригата, като по този начин възбуждаме индукционни токове. Понякога тези токове могат да достигнат толкова високи стойности, че вътре в превключвателя прескача искра, която можем да видим.

Аналогия между самоиндукция и инерция. Феноменът на самоиндукцията е подобен на феномена на инерцията в механиката. По този начин инерцията води до факта, че под въздействието на сила тялото не придобива моментално определена скорост, а постепенно. Тялото не може да бъде забавено незабавно, независимо колко голяма е спирачната сила. По същия начин, поради самоиндукция, когато веригата е затворена, силата на тока не придобива веднага определена стойност, но се увеличава постепенно. Изключвайки източника, ние не спираме тока веднага. Самоиндукцията го поддържа известно време, въпреки съпротивлението на веригата.

За да се създаде електрически ток и следователно неговото магнитно поле, трябва да се извърши работа срещу силите на вихровото електрическо поле. Тази работа (според закона за запазване на енергията) е равна на енергията на електрическия ток или на енергията на магнитното поле на тока.

Запишете израза за текущата енергияаз, протичащи през верига с индуктивностЛ, т.е. за енергията на магнитното поле на тока, е възможно въз основа на аналогията между инерция и самоиндукция.

Ако самоиндукцията е аналогична на инерцията, тогава индуктивността играе същата роля в процеса на създаване на ток, както масата в механиката, когато скоростта се увеличава. Ролята на скоростта на тялото в електродинамиката се играе от силата на тока като величина, характеризираща движението на електрическите заряди.

Тогава текущата енергия може да се счита за стойност, подобна на кинетичната енергия в механиката:

Текуща енергия на магнитното поле.

Те отговарят на въпроси, влизат в дискусии, правят изводи и си водят бележки в тетрадките.

Затвърдяване на научения материал

11.46-11.56

Предлага за решаване на проблема:

Решавайте проблеми на дъската и на място.

Обобщаване. Домашна работа.

11.57-11.58

Издаване и оправдаване на оценки. Записване и обсъждане на домашните.

D/Z: §14-16, № 932, 934, 938.

Запишете домашното

Отражение

11.59-12.00

Организира се разговор, за да могат участниците в урока да разберат собствените си действия по време на урока.

Въпроси:

1. Какви нови неща научихте по време на урока?

2. Ясен ли беше материалът на урока?

3. Хареса ли ви урокът?

Участвайте в разговора

№931. Каква е индуктивността на веригата, ако при сила на тока 5 A в нея се появи магнитен поток 0,5 mWb?

№933. Намерете индуктивността на проводник, в който при равномерна промяна на силата на тока с 2 A за 0,25 s се възбужда самоиндуктивна едс от 20 mV.

№937. В намотка с индуктивност 0,6 H токът е 20 A. Каква е енергията на магнитното поле на тази намотка? Как ще се промени енергията на полето, ако силата на тока се намали наполовина?

№939. Намерете енергията на магнитното поле на соленоид, в който възниква магнитен поток от 0,5 Wb при ток от 10 A.

№932. Какъв магнитен поток възниква във верига с индуктивност 0,2 mH при ток 10 A?

№934. Каква самоиндукционна едс се възбужда в намотката на електромагнит с индуктивност 0,4 H, когато токът в него се променя равномерно с 5 A за 0,02 s?

№938. Каква трябва да бъде силата на тока в намотката на дросел с индуктивност 0,5 H, така че енергията на полето да е равна на 1 J?

« Физика - 11 клас"

Самоиндукция.

Ако през бобината протича променлив ток, тогава:
магнитният поток, преминаващ през бобината, варира с времето,
и в бобината възниква индуцирана емф.
Това явление се нарича самоиндукция.

Според правилото на Ленц с увеличаване на тока интензитетът на вихровото електрическо поле е насочен срещу тока, т.е. вихровото поле предотвратява увеличаването на тока.
Когато токът намалява, интензитетът на вихровото електрическо поле и токът са насочени по същия начин, т.е. вихровото поле поддържа тока.

Феноменът на самоиндукцията е подобен на феномена на инерцията в механиката.

В механиката:
Инерцията кара тялото постепенно да придобие определена скорост под въздействието на сила.
Тялото не може да бъде забавено незабавно, независимо колко голяма е спирачната сила.

В електродинамиката:
Когато веригата е затворена поради самоиндукция, силата на тока нараства постепенно.
Когато веригата е отворена, самоиндукцията поддържа тока за известно време, въпреки съпротивлението на веригата.

Явлението самоиндукция играе много важна роля в електротехниката и радиотехниката.

Текуща енергия на магнитното поле

Според закона за запазване на енергията енергия на магнитното поле, създаден от тока, е равен на енергията, която източникът на ток (например галваничен елемент) трябва да изразходва, за да създаде тока.
Когато веригата се отвори, тази енергия се трансформира в други видове енергия.

Когато е затворентокът на веригата се увеличава.
В проводника се появява вихрово електрическо поле, което действа срещу електрическото поле, създадено от източника на ток.
За да стане силата на тока равна на I, източникът на ток трябва да извърши работа срещу силите на вихровото поле.
Тази работа отива за увеличаване на енергията на магнитното поле на тока.

При отварянетокът на веригата изчезва.
Вихровото поле върши положителна работа.
Енергията, съхранявана в тока, се освобождава.
Това се открива, например, чрез мощна искра, която възниква при отваряне на верига с висока индуктивност.

Енергията на магнитното поле, създадено от ток, преминаващ през секция от верига с индуктивност L, се определя по формулата

Създадено магнитно поле токов удар, има енергия, право пропорционална на квадрата на тока.

Плътността на енергията на магнитното поле (т.е. енергията на единица обем) е пропорционална на квадрата на магнитната индукция: w m ~ V 2,
подобно на това как енергийната плътност на електрическото поле е пропорционална на квадрата на напрегнатостта на електрическото поле w e ~ E 2.