Явление самоиндукции 9 класс реферат

Содержание

  • 1 Самоиндукция

    • 1.1 Явление самоиндукции
    • 1.2 Индуктивность
    • 1.3 Энергия магнитного поля
  • 2 Литература
  • 3 Составители

Самоиндукция

Явление самоиндукции

Если по катушке идет переменный ток, то магнитный поток, пронизы-вающий катушку, меняется. Поэтому возникает ЭДС индукции в том же самом проводнике, по которому идет переменный ток. Это явление называют самоиндукцией.

При самоиндукции проводящий контур играет двоякую роль: по нему протекает ток, вызывающий индукцию, и в нем же появляется ЭДС индукции. Изменяющееся магнитное поле индуцирует ЭДС в том самом проводнике, по которому течет ток, создающий это поле.

В момент нарастания тока напряженность вихревого электрического поля в соответствии с правилом Ленца направлена против тока. Следовательно, в этот момент вихревое поле препятствует нарастанию тока. Наоборот, в момент уменьшения тока вихревое поле поддерживает его.

Это приводит к тому, что при замыкании цепи, содержащей источник постоянной ЭДС, определенное значение силы тока устанавливается не сразу, а постепенно с течением времени (рис. 9). С другой стороны, при отключении источника ток в замкнутых контурах прекращается не мгновенно. Возникающая при этом ЭДС самоиндукции может превышать ЭДС источника, так как изменение тока и его магнитного поля при отключении источника происходит очень быстро.

Рис. 9

Явление самоиндукции можно наблюдать на простых опытах. На рисунке 10 показана схема параллельного включения двух одинаковых ламп. Одну из них подключают к источнику через резистор R, а другую — последовательно с катушкой L с железным сердечником. При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая — с заметным запозданием. ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения.

Рис. 10

Появление ЭДС самоиндукции при размыкании можно наблюдать на опыте с цепью, схематически показанной на рисунке 11. При размыкании ключа в катушке L возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая первоначальный ток. В результате в момент размыкания через гальванометр течет ток (штриховая стрелка), направленный против начального тока до размыкания (сплошная стрелка). Причем сила тока при размыкании цепи превосходит силу тока, проходящего через гальванометр при замкнутом ключе. Это означает, что ЭДС самоиндукции Eis больше ЭДС E батареи элементов.

Рис. 11

Индуктивность

Величина магнитной индукции B, создаваемой током в любом замкнутом контуре, пропорциональна силе тока. Так как магнитный поток Ф пропорционален В, то можно утверждать, что

(~Phi = L cdot I) ,

где L – коэффициент пропорциональности между током в проводящем контуре и созданным им магнитным потоком, пронизывающим этот контур. Величину L называют индуктивностью контура или его коэффициентом самоиндукции.

Используя закон электромагнитной индукции, получим равенство:

(~E_{is} = – frac{Delta Phi}{Delta t} = – L cdot frac{Delta I}{Delta t}) ,

если считать, что форма контура остается неизменной и поток меняется только за счет изменения тока.

Из полученной формулы следует, что

индуктивность – это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Индуктивность подобно электроемкости, зависит от геометрических факторов: размеров проводника и его формы, но не зависит непосредственно от силы тока в проводнике. Кроме геометрии проводника, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник.

Единицу индуктивности в СИ называют генри (Гн). Индуктивность проводника равна 1 Гн, если в нем при изменении силы тока на 1 А за 1 с возникает ЭДС самоиндукции 1 В:

1 Гн = 1 В / (1 А/с) = 1 В·с/А = 1 Ом·с

Энергия магнитного поля

Найдем энергию, которой обладает электрический ток в проводнике. Согласно закону сохранения энергии энергия тока равна той энергии, которую должен затратить источник тока (гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание тока. При прекращении тока эта энергия выделяется в той или иной форме.

Энергия тока, о которой сейчас пойдет речь, совсем иной природы, чем энергия, выделяемая постоянным током в цепи в виде теплоты, количество которой определяется законом Джоуля-Ленца.

При замыкании цепи, содержащей источник постоянной ЭДС, энергия источника тока первоначально расходуется на создание тока, т. е. на приведение в движение электронов проводника и образование связанного с током магнитного поля, а также отчасти на увеличение внутренней энергии проводника, т.е. на его нагревание. После того как установится постоянное значение силы тока, энергия источника расходуется исключительно на выделение теплоты. Энергия тока при этом уже не изменяется.

Выясним теперь, почему же для создания тока необходимо затратить энергию, т.е. необходимо совершить работу. Объясняется это тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала равной I, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа и идет на увеличение энергии тока. Вихревое поле совершает отрицательную работу.

При размыкании цепи ток исчезает и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью.

Найдем выражение для энергии тока I, текущего по цепи с индуктивностью L.

Работа А, совершаемая источником с ЭДС E за малое время Δt, равна:

(~A = E cdot I cdot Delta t) . (1)

Согласно закону сохранения энергии эта работа равна сумме приращения энергии тока ΔWm и количества выделяемой теплоты (~Q = I^2 cdot R cdot Delta t):

(~A = Delta W_m + Q) . (2)

Отсюда приращение энергии тока

(~Delta W_m = A – Q = I cdot Delta t cdot (E – I cdot R)) . (3)

Согласно закону Ома для полной цепи

(~I cdot R = E + E_{is}) . (4)

где (~E_{is} = – L cdot frac{Delta I}{Delta t}) — ЭДС самоиндукции. Заменяя в уравнении (3) произведение I∙R его значением (4), получим:

(~Delta W_m = I cdot Delta t cdot (E – E – E_{is}) = – E_{is} cdot I cdot Delta t = L cdot I cdot Delta I) . (5)

На графике зависимости L∙I от I (рис. 12) приращение энергии ΔWm численно равно площади прямоугольника abcd со сторонами L∙I и ΔI. Полное изменение энергии при возрастании тока от нуля до I1 численно равно площади треугольника ОВС со сторонами I1 и LI1. Следовательно,

(~W_m = frac{L cdot I^2_1}{2}) .

Рис. 12

Энергия тока I, текущего по цепи с индуктивностью L, равна

(~W_m = frac{L cdot I^2}{2}) .

Энергию магнитного поля, заключенную в единице объема пространства, занятого полем, называют объемной плотностью энергии магнитного поля ωm:

(~omega_m = frac{W_m}{V}) .

Если магнитное поле создано внутри соленоида длиной l и площадью витка S, тогда, учитывая, что индуктивность соленоида (~L = frac{mu_0 cdot N^2 cdot S}{l}) и модуль вектора индукции магнитного поля внутри соленоида (~B = frac{mu_0 cdot N cdot I}{l}) , получаем

(~I = frac{B cdot l}{mu_0 cdot N} ; W_m = frac{L cdot I^2}{2} = frac{1}{2} cdot frac{mu_0 cdot N^2 cdot S}{l} cdot left (frac{B cdot l}{mu_0 cdot N} right )^2 = frac{B^2}{2 cdot mu_0} cdot S cdot l) .

Так как V = S∙l, то плотность энергии магнитного поля

(~omega_m = frac{B^2}{2 cdot mu_0}) .

Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока. Плотность энергии магнитного поля пропорциональна квадрату магнитной индукции.

Литература

  1. Жилко В.В. Физика: Учеб. пособие для 10-го кл. общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2001. – 319 с.
  2. Мякишев, Г.Я. Физика : Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – 476 с.

Составители

Хомченко Е. (11 «А» МГОЛ № 1, 2008 г.)

Явление самоиндукции


Явление самоиндукции

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 130.

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 130.

Одним из важных явлений, происходящих в катушке индуктивности при прохождении через нее переменного тока, является самоиндукция. Рассмотрим, в чем заключается явление самоиндукции.

ЭДС самоиндукции

В результате электромагнитной индукции, при изменении магнитного потока через проводящий контур, в нем возникает электродвижующая сила (ЭДС), пропорциональная скорости изменения потока.

Явление электромагнитной индукции

Рис. 1. Явление электромагнитной индукции.

При этом для возникновения ЭДС нет разницы, какой источник был у магнитного потока, пронизывающего контур. Этот магнитный поток мог наводиться другой катушкой, постоянным магнитом, или даже обычным проводником с током, вокруг которого также возникает магнитное поле.

А теперь проследим, что происходит, если через катушку будет проходить не постоянный, а переменный ток.

Ток, идущий по катушке, создает магнитное поле, пронизывающее витки. Поскольку ток переменный, а индукция магнитного поля прямо пропорциональна силе порождающего тока, то и магнитный поток, порождаемый этим током, будет переменным. Изменение же магнитного потока приводит к возникновению ЭДС, которая будет также переменной.

Получается интересная ситуация: переменный ток, идущий по катушке, наводит переменное магнитное поле. Это магнитное поле наводит в той же катушке переменную ЭДС, которая, по правилу Ленца направлена так, чтобы препятствовать породившему ее току. Катушка «сопротивляется» изменениям тока. Данное явление называется самоиндукцией.

Самоиндукция

Рис. 2. Самоиндукция.

Индуктивность

Оценим величину возникающей ЭДС самоиндукции.

Согласно закону электромагнитной индукции:

$$mathscr{E}_{is}=-{ΔФover Δt}$$

Изменение же индукции и наведенного магнитного потока пропорционально изменению тока в катушке (если не меняется ориентация катушки и площадь ее сечения):

$$Delta B sim Delta Phi sim Delta I$$

То есть, изменение потока можно приравнять изменению тока, введя коэффициент пропорциональности $L$, и получить следующее выражение для ЭДС самоиндукции:

$$mathscr{E}_{is}=-L{Delta Iover Delta t}$$

Коэффициент пропорциональности $L$, входящий в эту формулу, является важной характеристикой катушки, и называется индуктивность. Физический смысл ее в том что это ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1A за 1с.

За единицу индуктивности в СИ принят 1 Генри. (Гн). Такую индуктивность имеет катушка или проводник, в котором при изменении силы тока на 1А возникает ЭДС самоиндукции 1В:

$$Генри = {Вольт × секунда over Ампер}$$

Самоиндукция и инерция

Явление самоиндукции – это следствие законов сохранения. Самоиндукция подобна инерции в механике. Материальная точка «сопротивляется» прилагаемому воздействию, и сопротивление тем больше, чем больше масса. И для разгона, и для остановки требуется затратить энергию.

Точно так же катушка (и любой проводник) «сопротивляется» изменению тока, и это сопротивление тем сильнее, чем больше индуктивность. И для создания и для прекращения тока требуется затратить энергию.

В случае механики приложенная энергия изменяет кинетическую энергию точки. В случае катушки энергия изменяет энергию магнитного поля.

Аналогия массы и индуктивности

Рис. 3. Аналогия массы и индуктивности.

Заключение

Что мы узнали?

Явление самоиндукции состоит в том, что при изменении тока через катушку, в нем возникает ЭДС самоиндукции, сопротивляющаяся изменениям. Данное явление аналогично инерции в механике.

Тест по теме

Доска почёта

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 130.


А какая ваша оценка?

Сообщение на тему:
Самоиндукция, энергия поля

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.

http://fizmat.by/pic/PHYS/page448/im6.pnghttp://fizmat.by/pic/PHYS/page448/form6.gif

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:

http://fizmat.by/pic/PHYS/page448/im7.pnghttp://fizmat.by/pic/PHYS/page448/form7.gif

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.

http://fizmat.by/pic/PHYS/page448/im7.gif

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.

Энергия магнитного поля

Энергия
магнитного поля контура с током:

http://fizmat.by/pic/PHYS/page448/im8.pnghttp://fizmat.by/pic/PHYS/page448/form8.gif

Самоиндукция

2слайд.

Что такое самоиндукция?

Явление электромагнитной индукции очень часто наблюдается в электротехнике. Взаимное влияние электрических и магнитных полей иногда приводит к интересным результатам. Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.

Общеизвестно, что причиной порождения электрического тока является переменное магнитное поле. Именно этот принцип реализован в конструкциях современных генераторов. Природа самоиндукции также связана с электромагнетизмом, но это явление проявляется она по-другому.

3слайд.
Определение. Магнитное поле катушки

Рассмотрим схему катушки, по обмоткам которой протекает электрический ток (рис. 1). Так как вокруг проводника, который находится под током, всегда существует связанное с ним магнитное поле, то силовые линии этого поля пронизывают плоскости витков. В результате такого взаимодействия соленоиды образуют собственное магнитное поле, магнитные линии которого замыкаются за его пределами.

4слайд.
Явление самоиндукции

Частным случаем катушки является замкнутый контур (один виток). В нём, как и в катушке, образуется собственное магнитное поле (см. рис. 2). Если ток постоянный, то в контуре никаких изменений не происходит.

Но при изменении параметров, например, в результате размыкания цепи, изменяется магнитный поток, создаваемый электрическим полем, что является причиной возникновения ЭДС индукции. Аналогичное изменение произойдёт и в случае замыкания цепи.

Изменение параметров магнитного поля вызывает появление вихревого электрического поля, что в свою очередь приводит к возбуждению индуктивной электродвижущей силы. Возникновение ЭДС индукции, в результате изменения ток в замкнутом контуре, называется самоиндукцией.

Магнитный поток, ограниченный поверхностью контура, меняется прямо пропорционально изменению тока, циркулирующего в нём.

5слайд.
Схема опыта с лампочками

Направление вектора ЭДС самоиндукции не совпадает с направлением тока в период его возрастания (при замыкании цепи), но он сонаправлен с ним в период убывания (разъединения цепи). Такое действие проявляется в замедлении появления тока в соленоиде при замыкания цепи, или в его задержке на какое-то время после разрыва цепи.

Описанное явление можно наблюдать на опыте с лампочками, одна из которых подключена последовательно с индуктивностью (см. рис. 3).
Как видно на рисунке слева, ток от источника питания, проходящий через лампочку 2, при замыкании контактов встретит сопротивление вихревых токов, поскольку они противоположно направлены. Поэтому зажигание этой лампочки произойдёт с задержкой.

На время включения лампочки 1 вихревые токи повлияют, но сила тока в её цепи уменьшится после зажигания лампы 2. При отключении цепи от источника питания произойдёт обратный процесс: лампочка в цепи индуктивности некоторое время будет медленно угасать, а вторая лампа потухнет сразу после разъединения контактов.

6слайд. Иллюстрация задержки изменения тока в цепи индуктивности

7слайд.
Возникновение самоиндукции
Аналогичные процессы происходят в цепи, состоящей из одной катушки. На рисунке 5 изображена такая схема и график изменения силы тока.

Остаётся добавить, что скорость изменение величины ЭДС зависит от количества витков соленоида. Чем больше витков, тем больше влияние вихревых токов, на параметры цепи.

В случае с переменным током амплитуда ЭДС самоиндукции пропорциональна амплитуде синусоиды питания, её частоте и индуктивности катушки.

Синусоидальный ток, проходя через катушку индуктивности, сдвигается по фазе на величину π/2. Именно этот сдвиг является причиной отставания собственного тока катушки от тока, вырабатываемого источником питания.

8слайд.
Формулы

Собственный магнитный поток контура (Ф) связан прямо пропорциональной зависимостью с индуктивностью (L) этого контура и величиной тока в нём (i). Данная зависимость выражается формулой: Ф = L*i. Коэффициент пропорциональности L принято называть коэффициентом самоиндукции или же просто индуктивностью контура.

При этом индуктивность контура пребывает в зависимости от его геометрии, площади плоскости ограниченной витком и магнитной проницаемости окружающей среды. Но этот коэффициент не зависит от силы тока в контуре. Если же форма, линейные размеры и магнитная проницаемость не изменяются, то для определения величины индуктивной ЭДС применяется формула:

где Eсамоинд. – ЭДС самоиндукции, Δi – изменение силы тока за время Δt.

9слайд.
Индуктивность
Выше мы отметили, что индуктивность контура зависит от его геометрии и размеров, а также от магнитной проницаемости среды. Если речь идёт о катушке, то эти утверждения справедливы и для неё. На индуктивность катушки влияет её диаметр и количество витков. Индуктивность существенно повышается, если в катушку добавить ферромагнитный сердечник.

Магнитные поля отдельных витков катушки складываются. Если витков достаточно много, то ток, протекающий через катушку, образует вокруг неё сильное магнитное поле, реагирующее на изменения электрического поля. Индуктивность является той величиной, которая характеризует то, насколько сильно проводник, из которого состоят витки, противодействует электрическому току.

Чем больше индуктивность катушки и чем выше скорость прерывания её цепи, тем больший всплеск ЭДС произойдёт в цепи. При этом полярность вихревых токов на выводах катушки противоположна направлению тока источника питания.

Индуктивность (то есть коэффициент пропорциональности) является важной характеристикой катушек, дросселей и других контурных элементов. Этот параметр можно сравнить с ёмкостью конденсаторов. Тем более что действие катушки индуктивности и конденсатора в электрических цепях очень похожи. RL и RC цепочки часто используют для сглаживания всплесков напряжений в различных фильтрах.

Единицей измерения индуктивности в международной системе СИ является генри. Величина размеров в 1 Гн – это такая индуктивность, при которой ЭДС составляет 1 В, при скорости изменения тока на 1 А за секунду.

Индуктивность определяет количество энергии, выделяющейся в результате действия собственного магнитного поля при самоиндукции. Эту энергию легко рассчитать по формуле:

Собственная энергия катушки численно равна работе, которую необходимо выполнить источником питания при преодолении ЭДС самоиндукции.

Важно знать, что в результате резкого разрыва цепи с большой индуктивностью, энергия высвобождается в виде искры или даже с образованием дугового разряда.

10слайд.
Примеры использования на практике
Явление самоиндукции нашло широкое практическое применение. Автолюбители прекрасно знают, что такое катушка зажигания. Без неё карбюраторный двигатель не запустится.

Работает этот важный узел следующим образом:

  1. На катушку с большой индуктивностью подаётся бортовое напряжение 12 В.
  2. Электрическая цепь резко обрывается специальным прерывателем.
  3. Накопленная энергия самоиндукции поступает по высоковольтным проводам на свечу и образует на её электродах мощную искру.
  4. Искровой разряд зажигает топливную смесь, приводя в движение поршень.

В современных автомобилях разрыв цепи выполняет электроника, но суть от этого не меняется – для образования искры по-прежнему используется энергия самоиндукции.

Мы уже упоминали о сетевых фильтрах, в которых используется явление самоиндукции. RL цепочка реагирует на любое изменение параметров. При его возрастании она задерживает во времени пиковые скачки и заполняет собственными вихревыми токами провалы. Таким образом, происходит сглаживание напряжения в электрически цепях.

В блоках питания электронной аппаратуры таким же способом убирают:

  1. шумы;
  2. пульсации;
  3. нежелательные частоты.

Самоиндукция дросселей используется в люминесцентных лампах для розжига электродов. После срабатывания стартера происходит разрыв контактов, в результате чего в дросселе наводится ЭДС самоиндукции. Энергия дросселя разжигает дугу на электродах, и люминесцентная лампа начинает светиться.

Перечисленные примеры демонстрируют полезное применение самоиндукции. Однако, как это всегда бывает, индуктивная ЭДС может наносить вред. При разъединении контактов выключателей, нагрузкой которых являются цепи с большой индуктивностью, возможны дуговые разряды. Они разрушают контакты, замедляют время защиты и т.п. С целью снижения риска от негативных влияний самоиндукции автоматические выключатели оборудуют дугогасительными камерами.

В таких случаях приходится принимать меры для нейтрализации энергии ЭДС самоиндукции. Ещё большая потребность в рассеянии энергии самоиндукции возникает в полупроводниковых ключах, чувствительных к пробоям.

В промышленности и энергетике самоиндукция является серьёзной проблемой. При отключении нагруженных линий ЭДС самоиндукции может достигать опасных для жизни величин. Это требует дополнительных затрат на принятие мер предосторожности. В частности, необходимо устанавливать на линиях устройства, препятствующие молниеносному размыканию цепи.

Вы уже знаете, что основы электродинамики были заложены Андре
Мари Ампером в 1820 году. Его работы вдохновили многих инженеров на
конструирование различных устройств, с многими из которых вы знакомились в восьмом
классе. Среди них электродвигатель, изобретённый Борисом Семёновичем Якоби,
телеграф Самюэля Морзе, а также электромагнит, усовершенствованием которого
занимался Джозеф Генри.

Удивительно, но уже тогда он смог разработать магниты,
способные поднимать массу до полутора тонн при собственной массе магнита около
10 кг. Так вот, создавая различные электромагниты, в 1832 году Генри обнаружил
новое явление в электромагнетизме — явление самоиндукции, которое, как
оказалось, являлось частным случаем проявления электромагнитной индукции.

Познакомимся с этим явлением поближе. Для этого соберём
электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа, двух одинаковых
лампочек, катушки с сердечником и резистора, с электрическим сопротивлением,
равным сопротивлению обмотки катушки.

Если мы замкнём цепь, то заметим, что лампочка, соединённая
последовательно с реостатом, загорается практически моментально. А вот
лампочка, соединённая последовательно с электромагнитом, с заметным опозданием
(в реальном времени около одной секунды). Следовательно, при замыкании цепи
электрический ток в катушке постепенно нарастает от нуля до некоторой
постоянной величины.

— Почему же так происходит?

Давайте разбираться. Итак, при замыкании цепи в катушке
возникает магнитное поле. При увеличении силы тока начинает увеличиваться
индукция магнитного поля катушки, и магнитный поток, пронизывающий её витки.

Получается, что проходящий через катушку переменный магнитный
поток создаётся не внешними причинами, а в связи с изменением тока в самом
устройстве. Мы уже знаем, при изменении магнитного потока в витках катушки
возникает индукционный ток. При этом, согласно правилу Ленца, возникающий
индукционный ток будет препятствовать увеличению силы тока в цепи катушки.
Когда же ток в катушке достигает постоянной величины, изменение магнитного
потока прекращается и индукционный ток исчезает.

Явление возникновения индукционного тока в катушке при
изменении силы тока в ней называется самоиндукцией. При этом возникающий
индукционный ток называется током самоиндукции.

Таким образом, чем больше будет сила тока самоиндукции, тем
большее противодействие он оказывает изменению силы тока, созданного источником.
Поэтому ток в ветви с катушкой возрастает медленнее, чем в ветви с реостатом.

В 1853 году Уильямом Томсоном для оценивания способности
катушки противодействовать изменению силы тока в ней, была введена специальная
физическая величина, называемая коэффициентом самоиндукции (или просто индуктивностью).
Обозначается она большой латинской буквой L, а единицей индуктивности в СИ является генри (Гн).

В старших классах будет показано, что индуктивность катушки
зависит от:

·                  
её размеров и формы;

·                  
количества витков;

·                  
наличия или отсутствия сердечника.

Теперь посмотрим, что происходит при размыкании цепи. Для
этого соберём цепь, состоящую из источника постоянного тока, ключа, катушки и
лампочки. Параллельно катушке подключим ещё одну лампочку, обладающую большим
сопротивлением (например, неоновую).

При замыкании цепи лампа, соединённая последовательно с
катушкой, загорается, а неоновая нет, так как напряжение, необходимое для её
зажигания, намного больше чем то, которое подаётся от нашего источника тока.

А теперь разомкнём цепь.

Видим, что лампа накаливания гаснет, зато неоновая даёт
кратковременную яркую вспышку. Это говорит о том, что уменьшение тока в цепи
создаёт такой сильный ток самоиндукции, противодействующий уменьшению тока в
катушке, что напряжение на ней оказывается достаточным для зажигания лампы.

Объясняется наблюдаемое явление всё тем же правилом Ленца: при
размыкании цепи вместе с током исчезает и его магнитное поле, что вызывает в
катушке появление тока самоиндукции, направление которого совпадает с
направлением тока, создаваемого источником, и усиливает его.

Чтобы в этом убедиться, проведём такой опыт. В цепь
постоянного тока параллельно катушке подключим гальванометр. При замыкании цепи
через гальванометр пойдёт ток и стрелка гальванометра отклонится (в нашем
случае вправо). Разомкнём цепь и поставим около стрелки «задержку».

Теперь, когда мы вновь замкнём цепь, эта задержка не даст
стрелке гальванометра отклониться вправо. Разомкнув цепь, мы заметим, как
стрелка гальванометра отклониться влево, обнаруживая текущий по цепи ток,
который не сразу исчезает в катушке, а постепенно. Этот опыт показывает, что
действительно, ток самоиндукции в катушке имеет тоже направление, что и ток,
текущий в ней до отключения источника.

Появление сильного тока самоиндукции при размыкании цепи
говорит о том, что магнитное поле катушки с током обладает определённым запасом
энергии. Но откуда она берётся?

Чтобы ответить на этот вопрос давайте проведём небольшой
опыт. Итак, у нас есть электрическая цепь, в которой с лампочкой
последовательно подключена катушка большой индуктивности. Через ключ мы можем
замыкать эту цепь либо на источник тока, либо на резистор. С помощью амперметра
будем следить за током в цепи. Для начала замкнём нашу цепь на источник тока:
амперметр фиксирует появление в цепи тока постоянной силы.

Теперь быстро переключим ключ, замыкая катушку на резистор:
амперметр фиксирует ток, который со временем убывает. В течение этого времени
всё ещё происходит перенос заряда в цепи катушки и резистора, то есть
совершается работа —убывание тока вызывает явление самоиндукции.

Эта работа и равна энергии магнитного поля катушки с током,
так как именно энергия характеризует способность тел совершать работу. Энергию
магнитного поля можно рассчитать по формуле:

— А что, ток самоиндукции возникает лишь в катушках?

Конечно же нет. Его возникновение возможно в любых
проводниках. Однако, в катушках с малым числом витков (а тем более в прямых
проводниках), то есть в элементах цепи, обладающих малой индуктивностью, ток
самоиндукции совсем небольшой, и поэтому не оказывает какого-либо значимого
влияния на процессы в цепи.

А теперь давайте с вами решим одну несложную задачу.

В заключении отметим, что явление самоиндукции имеет место в
любых случаях изменения силы тока в цепи, содержащей индуктивность, или изменения
самой индуктивности. Вообще, данное явление подобно явлению инерции в механике.
Вы знаете, что, например, автомобиль не может мгновенно набрать скорость, как
не может и мгновенно остановиться, как бы велика не была тормозящая сила. Точно
так же, за счёт самоиндукции при замыкании цепи, сила тока не сразу достигает
своего максимального значения, а нарастает постепенно. Выключая источник, мы не
прекращаем ток сразу — самоиндукция будет поддерживать его некоторое время,
даже не смотря на большое сопротивление цепи.