Në këtë mësim do të mësojmë se si dhe nga kush u zbulua fenomeni i vetë-induksionit, do të shqyrtojmë përvojën me të cilën do ta demonstrojmë këtë fenomen, do të përkufizojmë se vetëinduksioni është një rast i veçantë. induksioni elektromagnetik... Në fund të mësimit, ne prezantojmë një sasi fizike që tregon varësinë e EMF të vetë-induksionit nga madhësia dhe forma e përcjellësit dhe nga mjedisi në të cilin ndodhet përcjellësi, d.m.th. induktiviteti.

Henri shpiku mbështjellje me shirita bakri të sheshtë me të cilat ai arriti efekte të fuqisë që ishin më të theksuara sesa me solenoidet e telit. Shkencëtari vuri re se kur një spirale e fuqishme është në qark, rryma në këtë qark arrin vlerën e saj maksimale shumë më ngadalë sesa pa një spirale.

Oriz. 2. Skema e konfigurimit eksperimental D. Henri

Në fig. 2 përshkruan qark elektrik vendosje eksperimentale, në bazë të së cilës është e mundur të demonstrohet fenomeni i vetë-induksionit. Qarku elektrik përbëhet nga dy llamba të lidhura paralelisht të lidhura përmes një çelësi në një burim të rrymës së drejtpërdrejtë. Një spirale është e lidhur në seri me një nga llambat. Pas mbylljes së qarkut, shihet se llamba, e cila është e lidhur në seri me spiralen, ndizet më ngadalë se llamba e dytë (Fig. 3).

Oriz. 3. Inkandeshencë e ndryshme e llambave në momentin e ndezjes së qarkut

Kur burimi shkëputet, llamba e lidhur në seri me spiralen fiket më ngadalë se llamba e dytë.

Pse nuk fiken dritat në të njëjtën kohë?

Kur çelësi është i mbyllur (Fig. 4), për shkak të shfaqjes së EMF të vetë-induksionit, rryma në llambën me spirale rritet më ngadalë, prandaj kjo llambë ndizet më ngadalë.

Oriz. 4. Mbyllja e çelësit

Kur hapet çelësi (Fig. 5), EMF-ja e dalë e vetë-induksionit parandalon zvogëlimin e rrymës. Prandaj, rryma vazhdon të rrjedhë për disa kohë. Për të ekzistuar rryma nevojitet një lak i mbyllur. Ekziston një qark i tillë në qark, ai përmban të dy llamba. Prandaj, kur qarku hapet, llambat duhet të shkëlqejnë njësoj për ca kohë, dhe vonesa e vërejtur mund të shkaktohet nga arsye të tjera.

Oriz. 5. Hapja e çelësit

Merrni parasysh proceset që ndodhin në këtë qark kur çelësi mbyllet dhe hapet.

1. Mbyllja e çelësit.

Ekziston një spirale përçuese në qark. Lëreni rrymën në këtë lak të rrjedhë në drejtim të kundërt të akrepave të orës. Atëherë fusha magnetike do të drejtohet lart (Fig. 6).

Kështu, lak rezulton të jetë në hapësirën e vet fushë magnetike... Ndërsa rryma rritet, laku do të gjendet në hapësirën e një fushe magnetike në ndryshim rryma e vet... Nëse rryma rritet, atëherë rritet edhe fluksi magnetik i krijuar nga kjo rrymë. Siç e dini, me një rritje të fluksit magnetik që depërton në rrafshin e qarkut, në këtë qark lind një forcë elektromotore e induksionit dhe, si pasojë, një rrymë induksioni. Sipas rregullit të Lenz-it, kjo rrymë do të drejtohet në atë mënyrë që fusha e saj magnetike të parandalojë një ndryshim të fluksit magnetik që depërton në rrafshin e qarkut.

Kjo do të thotë, për atë të konsideruar në Fig. 6 rrotullime, rryma e induksionit duhet të drejtohet në drejtim të akrepave të orës (Fig. 7), duke parandaluar kështu një rritje të rrymës së vetë rrotullimit. Rrjedhimisht, kur çelësi mbyllet, rryma në qark nuk rritet menjëherë për shkak të faktit se në këtë qark shfaqet një rrymë induksioni frenimi, e drejtuar në drejtim të kundërt.

2. Hapja e çelësit

Kur hapet çelësi, rryma në qark zvogëlohet, gjë që çon në një ulje të fluksit magnetik përmes rrafshit të lakut. Një rënie në fluksin magnetik çon në shfaqjen e një EMF të rrymës së induksionit dhe induksionit. Në këtë rast, rryma e induksionit drejtohet në të njëjtin drejtim si rryma e vetë spirales. Kjo çon në një ngadalësim të uljes së vetë-rrymës.

Prodhimi: kur ndryshon rryma në përcjellës, në të njëjtin përcjellës ndodh induksioni elektromagnetik, i cili gjeneron një rrymë induksioni të drejtuar në atë mënyrë që të parandalojë çdo ndryshim në rrymën e brendshme në përcjellës (Fig. 8). Ky është thelbi i fenomenit të vetë-induksionit. Vetë-induksioni është një rast i veçantë i induksionit elektromagnetik.

Oriz. 8. Momenti i ndezjes dhe fikjes së qarkut

Formula për gjetjen e induksionit magnetik të një përcjellësi të drejtë me rrymë:

ku është induksioni magnetik; - konstante magnetike; - forca aktuale; është distanca nga përcjellësi në pikën.

Fluksi i induksionit magnetik përmes jastëkut është:

ku është sipërfaqja që shpohet fluksi magnetik.

Kështu, fluksi i induksionit magnetik është proporcional me sasinë e rrymës në përcjellës.

Për një spirale në të cilën është numri i rrotullimeve dhe është gjatësia, induksioni magnetik përcaktohet nga marrëdhënia e mëposhtme:

Fluksi magnetik i krijuar nga një spirale me një numër kthesash N, është e barabartë me:

Zëvendësimi në shprehje e dhënë Formula për induksionin e fushës magnetike, marrim:

Raporti i numrit të kthesave me gjatësinë e spirales shënohet me numrin:

Ne marrim shprehjen përfundimtare për fluksin magnetik:

Nga relacioni i fituar shihet se vlera e fluksit varet nga madhësia e rrymës dhe nga gjeometria e bobinës (rrezja, gjatësia, numri i rrotullimeve). Një vlerë e barabartë me quhet induktancë:

Njësia matëse për induktivitetin është henri:

Rrjedhimisht, fluksi i induksionit magnetik i shkaktuar nga rryma në spirale është:

Duke marrë parasysh formulën për EMF të induksionit, gjejmë se EMF e vetë-induksionit është e barabartë me produktin e shkallës së ndryshimit të rrymës nga induktiviteti, marrë me shenjën "-":

Vetëinduksioni- ky është fenomeni i shfaqjes së induksionit elektromagnetik në një përcjellës kur ndryshon forca e rrymës që kalon nëpër këtë përcjellës.

Forca elektromotore e vetë-induksionitështë drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë e ndryshimit të rrymës që rrjedh nëpër përcjellës, e marrë me shenjën minus. Raporti i pamjes quhet induktiviteti, e cila varet nga parametrat gjeometrikë të përcjellësit.

Një përcjellës ka një induktivitet prej 1 H nëse, me një shpejtësi ndryshimi të rrymës në përcjellësin prej 1 A për sekondë, në këtë përcjellës shfaqet një forcë vetë-induksioni elektromotor prej 1 V.

Një person ndeshet çdo ditë me fenomenin e vetë-induksionit. Çdo herë, duke ndezur ose fikur dritën, ne mbyllim ose hapim qarkun, duke nxitur rrymat e induksionit. Ndonjëherë këto rryma mund të arrijnë vlera aq të larta sa një shkëndijë kërcen brenda çelësit, të cilin ne mund ta shohim.

Bibliografi

1. Myakishev G.Ya. Fizikë: Teksti mësimor. për 11 cl. arsimi i përgjithshëm. institucionet. - M .: Arsimi, 2010.
2. Kasyanov V.A. Fizika. Klasa e 11-të: Teksti mësimor. për arsimin e përgjithshëm. institucionet. - M .: Bustard, 2005.
3. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I., Fizikë 11. - M .: Mnemosyne.

1. Portali i Internetit Myshared.ru ().
2. Portali i Internetit Physics.ru ().
3. Portali i Internetit Festival.1september.ru ().

Detyre shtepie

1. Pyetjet në fund të paragrafit 15 (fq. 45) - Myakishev G.Ya. Fizika 11 (shih listën e leximeve të rekomanduara)
2. Cili përcjellës ka një induktancë prej 1 Henri?

Çfarë është EMF e vetë-induksionit?

Sipas ligjit të Faradeit ℰ është= -. Nëse Ф = LI, pastaj ℰ është= = -. Me kusht që induktiviteti i qarkut të mos ndryshojë gjatë ndryshimit të rrymës (d.m.th., dimensionet gjeometrike të qarkut dhe vetitë magnetike të mediumit nuk ndryshojnë), atëherë

ℰ është = – . (13.2)

Nga kjo formulë shihet se nëse induktiviteti i bobinës Lështë mjaft e madhe, dhe koha e ndryshimit aktual është e vogël, atëherë sasia ℰ është mund të arrijë një vlerë të madhe dhe të tejkalojë EMF-në e burimit aktual kur qarku hapet. Është ky efekt që kemi vërejtur në eksperimentin 1.

Nga formula (13.2) mund të shprehemi L:

L = – ℰ është/ (D Unë/ D t),

ato. induktiviteti ka një kuptim tjetër fizik: është numerikisht i barabartë me EMF-në e vetë-induksionit me shpejtësinë e ndryshimit të rrymës përmes qarkut 1 A në 1 s.

Lexues: Por më pas del se dimensioni i induktivitetit

[L] = Gn =.

STOP! Vendosni vetë: A3, A4, B3 – B5, C1, C2.

Detyra 13.2. Sa është induktiviteti i një spirale me bërthamë hekuri nëse në kohën D t= 0,50 s rryma në qark ka ndryshuar nga Unë 1 = = 10,0 A në Unë 2 = 5.0 A, dhe EMF që rezulton i modulit të vetë-induksionit | ℰ është| = 25 V?

Përgjigju: L = ℰ është"2.5 G.

STOP! Vendosni vetë: A5, A6, B6.

Lexues: Dhe cili është kuptimi i shenjës minus në formulën (13.2)?

Oriz. 13.6

autor: Konsideroni një qark përçues nëpër të cilin rrjedh një rrymë. Le të zgjedhim drejtimi i anashkalimit kontur - në drejtim të akrepave të orës ose në të kundërt (Fig. 13.6). Kujtoni: nëse drejtimi i rrymës përkon me drejtimin e zgjedhur të anashkalimit, atëherë rryma konsiderohet pozitive, dhe nëse jo, negative.

Ndryshimi në D aktual Unë = Unë kon - Unë nach është gjithashtu një sasi algjebrike (negative ose pozitive). EMF i vetë-induksionit është puna e bërë nga fusha e vorbullës kur lëviz një të vetme ngarkesë pozitive përgjatë konturit përgjatë drejtimit të përshkimit të konturit... Nëse intensiteti i fushës së vorbullës drejtohet përgjatë drejtimit të anashkalimit të konturit, atëherë kjo punë është pozitive, dhe nëse kundër, është negative. Kështu, shenja minus në formulën (13.2) tregon se sasitë D Unë dhe ℰ ka gjithmonë shenja të ndryshme.

Le ta tregojmë këtë me shembuj (Fig.13.7):

a) Unë> 0 dhe D Unë> 0, pra ℰ është < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

b) Unë> 0 dhe D Unë < 0, значит, ℰështë >

v) Unë < 0, а D|Unë |> 0, d.m.th. moduli i rrymës rritet, dhe vetë rryma bëhet gjithnjë e më negative. Prandaj, D Unë < 0, тогда ℰështë> 0, d.m.th. EMF i vetë-induksionit është "i ndezur" përgjatë drejtimit të anashkalimit;

G) Unë < 0, а D|Unë | < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, DUnë> 0, pastaj ℰ është < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

Në detyra, sa herë që është e mundur, drejtimi i bypass-it duhet të zgjidhet në mënyrë që rryma të jetë pozitive.

Detyra 13.3. Në qarkun në fig. 13.8, një L 1 = 0,02 H dhe L 2 = 0,005 G. Në një moment, rryma Unë 1 = 0,1 A dhe rritet me një shpejtësi prej 10 A / s, dhe rryma Unë 2 = 0,2 A dhe rritet me një shpejtësi prej 20 A / s. Gjeni rezistencë R.

	a b Oriz. 13.8 Zgjidhje. Meqenëse të dy rrymat rriten, EMF e vetë-induksionit shfaqet në të dy mbështjelljet ℰ është 1
L 1 = 0,02 Gn L 2 = 0,005 H Unë 1 = 0,1 A Unë 2 = 0,2 A D Unë 1 / D t= 10 A/s D Unë 2 / D t= 20 A / s
R = ?

dhe ℰ është 2 ndezur rryma të kundërta Unë 1 dhe Unë 2 (fig.13.8, b), ku

|ℰ është 1 | =; | ℰ është 2 | = .

Le të zgjedhim drejtimin e anashkalimit në drejtim të akrepave të orës (shih fig.13.8, b) dhe zbatoni rregullin e dytë Kirchhoff

–|ℰ është 1 | + | ℰ është 2 | = Unë 1 R - I 2 R ,

R = |ℰ është 2 | - | ℰ është 1 | / (Unë 1 - Unë 2) = =

1 ohm.

Përgjigju: R = »1 Ohm.

STOP! Vendosni vetë: B7, B8, C3.

Detyra 13.4. Spirale rezistente R= 20 Ohm dhe induktiviteti L= 0,010 H është në një fushë magnetike alternative. Kur fluksi magnetik i krijuar nga kjo fushë u rrit me DF = 0,001 Vb, rryma në spirale u rrit me D Unë = 0,050 A. Çfarë ngarkese kaloi përmes spirales gjatë kësaj kohe?

Oriz. 13.9

duktimet |ℰ është| =. Dhe ℰ është"E ndezur" drejt ℰ i, meqenëse rryma në qark u rrit (Fig. 13.9).

Merrni drejtimin në drejtim të akrepave të orës për të përshkuar konturin. Pastaj, sipas rregullit të dytë të Kirchhoff, marrim:

|ℰ i| – |ℰ është| = IR ,

Unë = (|ℰ i| – |ℰ është|)/R = .

Ngarkimi q kaloi përgjatë spirales në kohën D t, është e barabartë me

q = I D t =

Përgjigju: 25 μC.

STOP! Vendosni vetë: B9, B10, C4.

Detyra 13.5. Spirale me induktor L dhe rezistenca elektrike R i lidhur përmes një çelësi në një burim aktual me EMF ℰ . Në këtë moment t= 0 çelësi është i mbyllur. Si ndryshon forca aktuale me kalimin e kohës Unë në qark menjëherë pas mbylljes së çelësit? Përtej kohe e gjate pas mbylljes? Vlerësoni kohën karakteristike t të rritjes së rrymës në një qark të tillë. Rezistenca e brendshme e burimit aktual mund të neglizhohet.

Oriz. 13.10

Oriz. 13.11

Menjëherë pas mbylljes së çelësit Unë= 0, kështu që mund të supozojmë »ℰ / L, d.m.th. rryma rritet me shpejtësi konstante (Unë = (ℰ / L)t; oriz. 13.11).

Kur çelësi mbyllet, në qarkun e paraqitur në figurën 1 do të shfaqet një rrymë elektrike, drejtimi i së cilës tregohet me shigjeta të vetme. Me shfaqjen e një rryme, lind një fushë magnetike, linjat e induksionit të së cilës kalojnë përcjellësin dhe nxisin një forcë elektromotore (EMF) në të. Siç tregohet në artikullin "Fenomeni i induksionit elektromagnetik", ky EMF quhet EMF i vetë-induksionit. Meqenëse çdo EMF e induktuar sipas rregullit të Lenz-it drejtohet kundër shkakut që e ka shkaktuar atë, dhe ky shkak do të jetë EMF i baterisë së qelizave, EMF i vetë-induksionit të spirales do të drejtohet kundër EMF-së së baterisë. Drejtimi i EMF të vetë-induksionit në figurën 1 tregohet me shigjeta të dyfishta.

Kështu, rryma nuk vendoset menjëherë në qark. Vetëm kur vendoset fluksi magnetik, kryqëzimi i përcjellësit vijat magnetike do të ndalet dhe EMF e vetë-induksionit do të zhduket. Pastaj një rrymë e drejtpërdrejtë do të rrjedhë në qark.

Figura 2 tregon një paraqitje grafike të një rryme direkte. Boshti horizontal është koha, boshti vertikal është aktual. Nga figura mund të shihet se nëse në momentin e parë të kohës rryma është 6 A, atëherë në momentin e tretë, të shtatë dhe kështu me radhë në kohë do të jetë gjithashtu e barabartë me 6 A.

Figura 3 tregon se si vendoset rryma në qark pas ndezjes. EMF i vetë-induksionit, i drejtuar në momentin e ndezjes kundër EMF të baterisë së qelizave, dobëson rrymën në qark, dhe për rrjedhojë në momentin e ndezjes së rrymës është zero... Më tej, në momentin e parë të kohës, rryma është 2 A, në momentin e dytë të kohës - 4 A, në të tretën - 5 A, dhe vetëm pas një kohe rryma prej 6 A vendoset në qark.

Figura 3. Grafiku i rritjes së rrymës në qark, duke marrë parasysh EMF-në e vetë-induksionit	Figura 4. EMF i vetë-induksionit në momentin e hapjes së qarkut drejtohet në të njëjtën mënyrë si EMF i burimit të tensionit

Kur qarku hapet (Figura 4), rryma që zhduket, drejtimi i së cilës tregohet me një shigjetë të vetme, do të ulë fushën e saj magnetike. Kjo fushë, duke u ulur nga një vlerë e caktuar në zero, do të kalojë përsëri përcjellësin dhe do të nxisë EMF-në e vetë-induksionit në të.

Kur qarku elektrik me induktivitet është i fikur, EMF i vetë-induksionit do të drejtohet në të njëjtin drejtim si EMF i burimit të tensionit. Drejtimi i EMF të vetë-induksionit është paraqitur në figurën 4 me një shigjetë të dyfishtë. Si rezultat i veprimit të EMF të vetë-induksionit, rryma në qark nuk zhduket menjëherë.

Kështu, EMF e vetë-induksionit drejtohet gjithmonë kundër shkakut që e ka shkaktuar atë. Duke vënë në dukje këtë veti të tij, ata thonë se EMF e vetë-induksionit është në natyrë reaktive.

Grafikisht, ndryshimi i rrymës në qarkun tonë, duke marrë parasysh EMF-në e vetë-induksionit kur mbyllet dhe me hapjen e tij pasuese në pikën e tetë të kohës, tregohet në Figurën 5.

Figura 5. Grafiku i rritjes dhe rënies së rrymës në qark, duke marrë parasysh EMF-në e vetë-induksionit	Figura 6. Rrymat e induksionit gjatë hapjes së qarkut

Kur hapni qarqe që përmbajnë një numër të madh kthesash dhe bërthama masive prej çeliku ose, siç thonë ata, kanë një induktivitet të lartë, EMF i vetë-induksionit mund të jetë shumë herë më i madh se EMF i burimit të tensionit. Më pas, në momentin e hapjes, hendeku i ajrit ndërmjet thikës dhe kapëses fikse të çelësit të thikës do të thyhet dhe harku elektrik që rezulton do të shkrijë pjesët e bakrit të çelësit, dhe në mungesë të një kase në çelës. kaloni, mund të djegë duart e një personi (Figura 6).

Në vetë qarkun, EMF i vetë-induksionit mund të depërtojë në izolimin e kthesave të mbështjelljeve, elektromagnetëve, etj. Për të shmangur këtë, në disa pajisje komutuese, ata organizojnë mbrojtje kundër EMF të vetë-induksionit në formën e një kontakti të veçantë që shkurton mbështjelljen e elektromagnetit kur ai fiket.

Duhet të kihet parasysh se EMF i vetë-induksionit manifestohet jo vetëm në momentet e ndezjes dhe fikjes së qarkut, por edhe me çdo ndryshim në rrymë.

Madhësia e EMF-së së vetë-induksionit varet nga shkalla e ndryshimit të rrymës në qark. Kështu, për shembull, nëse për të njëjtin qark në një rast brenda 1 sekondës rryma në qark ndryshoi nga 50 në 40 A (d.m.th. me 10 A), dhe në një rast tjetër nga 50 në 20 A (d.m.th. 30 A ), atëherë në rastin e dytë, një EMF tre herë më i madh i vetë-induksionit do të induktohet në qark.

Madhësia e EMF-së së vetë-induksionit varet nga induktiviteti i vetë qarkut. Qarqet me induktivitet të lartë janë mbështjelljet e gjeneratorëve, motorëve elektrikë, transformatorëve dhe mbështjelljeve me induksion me bërthama çeliku. Përçuesit e drejtë kanë më pak induktivitet. Përçuesit e drejtë të shkurtër, llambat inkandeshente dhe pajisjet elektrike të ngrohjes (soba, pllaka) praktikisht nuk kanë induktivitet dhe pamja e EMF të vetë-induksionit në to pothuajse nuk vërehet.

Fluksi magnetik që depërton në qark dhe nxit EMF të vetë-induksionit në të është proporcional me rrymën që rrjedh përgjatë qarkut:

Ф = L × Unë ,

ku L- koeficienti i proporcionalitetit. Ajo quhet induktancë. Le të përcaktojmë dimensionin e induktivitetit:

Ohm × sec quhet ndryshe henry (Hn).

1 henry = 10 3; millihenry (mH) = 10 6 mikrohenri (μH).

Induktiviteti, me përjashtim të henrit, matet në centimetra:

1 henry = 10 9 cm.

Kështu, për shembull, 1 km e një linje telegrafike ka një induktivitet prej 0,002 H. Induktiviteti i mbështjelljeve të elektromagnetëve të mëdhenj arrin në disa qindra henries.

Nëse rryma në lak ka ndryshuar me Δ i, atëherë fluksi magnetik do të ndryshojë me vlerën e Δ Ф:

Δ Ф = L × Δ i .

Vlera e EMF të vetë-induksionit që shfaqet në qark do të jetë e barabartë me ( Formula EMF vetë-induksioni):

Me një ndryshim uniform të rrymës me kalimin e kohës, shprehja do të jetë konstante dhe mund të zëvendësohet nga shprehja. Pastaj vlere absolute EMF vetë-induksion që lind në qark mund të gjendet si më poshtë:

Bazuar në formulën e fundit, ne mund të përcaktojmë njësinë e induktivitetit - henry:

Një përcjellës ka një induktivitet prej 1 H nëse, me një ndryshim uniform të rrymës me 1 A në 1 sekondë, në të induktohet një EMF e vetë-induksionit prej 1 V.

Siç e kemi parë më lart, EMF-ja e vetë-induksionit lind në qarkun DC vetëm në momentet e ndezjes, fikjes dhe në çdo ndryshim në të. Nëse madhësia e rrymës në qark është e pandryshuar, atëherë fluksi magnetik i përcjellësit është konstant dhe EMF e vetë-induksionit nuk mund të lindë (pasi. Në momentet e ndryshimit të rrymës në qark, EMF i vetë-induksionit ndërhyn me ndryshime në rrymë, pra ka një lloj rezistence ndaj saj.

Shpesh në praktikë, ka raste kur është e nevojshme të bëhet një spirale që nuk ka induktivitet (rezistenca shtesë ndaj instrumenteve matëse elektrike, rezistenca të reostateve plug-in dhe të ngjashme). Në këtë rast, përdoret një mbështjellje bifilare e spirales (Figura 7)

Fenomeni i vetë-induksionit

Nëse bobina shkon rrymë alternative, atëherë ndryshon fluksi magnetik që depërton në bobina. Prandaj, një EMF e induksionit ndodh në të njëjtin përcjellës përmes të cilit rrjedh rryma alternative. Ky fenomen quhet vetëinduksioni.

Me vetë-induksion, qarku përcjellës luan një rol të dyfishtë: një rrymë rrjedh përmes tij, duke shkaktuar induksion, dhe EMF e induksionit shfaqet në të. Fusha magnetike në ndryshim shkakton një EMF në vetë përcjellësin përmes të cilit rrjedh rryma, e cila krijon këtë fushë.

Në momentin e rritjes së rrymës, intensiteti i vorbullës fushe elektrike në përputhje me rregullin e Lenz-it, ai drejtohet kundër rrymës. Rrjedhimisht, në këtë moment, fusha e vorbullës pengon rritjen e rrymës. Përkundrazi, në momentin e zvogëlimit të rrymës, fusha e vorbullës e ruan atë.

Kjo çon në faktin se kur një qark që përmban një burim të EMF konstante mbyllet, një vlerë e caktuar e fuqisë aktuale nuk vendoset menjëherë, por gradualisht me kalimin e kohës (Fig. 9). Nga ana tjetër, kur burimi fiket, rryma në qarqet e mbyllura nuk ndalet menjëherë. EMF e vetë-induksionit që lind në këtë rast mund të tejkalojë EMF-në e burimit, pasi ndryshimi në rrymën dhe fushën e tij magnetike kur burimi fiket ndodh shumë shpejt.

Fenomeni i vetë-induksionit mund të vërehet në eksperimente të thjeshta... Figura 10 tregon një diagram të lidhjes paralele të dy llambave identike. Njëra prej tyre është e lidhur me burimin përmes një rezistence R dhe tjetra në seri me spiralen L me një bërthamë hekuri. Kur çelësi mbyllet, llamba e parë ndizet pothuajse menjëherë, dhe e dyta - me një vonesë të dukshme. EMF i vetë-induksionit në qarkun e kësaj llambë është i madh dhe forca aktuale nuk arrin menjëherë vlerën e saj maksimale.

Shfaqja e EMF e vetë-induksionit gjatë hapjes mund të vërehet eksperimentalisht me një qark të paraqitur në mënyrë skematike në figurën 11. Kur hapni çelësin në spirale L Lind EMF i vetë-induksionit, i cili ruan rrymën fillestare. Si rezultat, në momentin e hapjes, një rrymë rrjedh përmes galvanometrit (shigjeta e ndërprerë) e drejtuar kundër rrymës fillestare përpara hapjes (shigjeta e ngurtë). Për më tepër, forca e rrymës kur hapet qarku tejkalon forcën e rrymës që kalon përmes galvanometrit kur çelësi është i mbyllur. Kjo do të thotë se EMF e vetë-induksionit Eështë më shumë EMF E qelizat e baterisë.

Induktiviteti

Vlera e induksionit magnetik B e gjeneruar nga rryma në çdo lak të mbyllur është proporcionale me fuqinë aktuale. Që nga fluksi magnetik F proporcionale V, atëherë mund të argumentohet se

\ (~ \ Phi = L \ cdot I \),

ku L- koeficienti i proporcionalitetit ndërmjet rrymës në qarkun përcjellës dhe fluksit magnetik të krijuar prej tij, që depërton në këtë qark. Vlera e L quhet induktanca e lakut ose koeficienti i tij i vetëinduksionit.

Duke përdorur ligjin e induksionit elektromagnetik, marrim barazinë:

\ (~ E_ (është) = - \ frac (\ Delta \ Phi) (\ Delta t) = - L \ cdot \ frac (\ Delta I) (\ Delta t) \),

Nga formula që rezulton rezulton se

induktiviteti- kjo është sasi fizike, numerikisht e barabartë emf vetë-induksioni që lind në qark kur forca e rrymës ndryshon me 1 A për 1 s.

Induktiviteti, si kapaciteti elektrik, varet nga faktorët gjeometrikë: madhësia e përcjellësit dhe forma e tij, por nuk varet drejtpërdrejt nga rryma në përcjellës. Përveç gjeometrisë së përcjellësit, induktanca varet nga vetitë magnetike mjedisi në të cilin ndodhet përcjellësi.

Njësia SI e induktivitetit quhet henry (H). Induktiviteti i përcjellësit është i barabartë me 1 H, nëse në të, kur forca aktuale ndryshon me 1 A për 1 s, ndodh një EMF e vetë-induksionit prej 1 V:

1 H = 1 V / (1 A / s) = 1 V s / A = 1 Ohm s

Energjia e fushës magnetike

Le të gjejmë energjinë që zotëron rryma elektrike në përcjellës. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, energjia e rrymës është e barabartë me energjinë që duhet të shpenzojë burimi aktual (celula galvanike, gjeneratori në një termocentral etj.) për të krijuar një rrymë. Kur rryma ndalon, kjo energji lëshohet në një formë ose në një tjetër.

Energjia aktuale, e cila do të diskutohet tani, është e një natyre krejtësisht të ndryshme nga energjia e lëshuar nga rryma e drejtpërdrejtë në qark në formën e nxehtësisë, sasia e së cilës përcaktohet nga ligji Joule-Lenz.

Kur një qark që përmban një burim të EMF konstante është i mbyllur, energjia e burimit të rrymës fillimisht shpenzohet për krijimin e një rryme, d.m.th., në drejtimin e elektroneve të përcjellësit dhe formimin e një fushe magnetike të lidhur me rrymën, si dhe pjesërisht në rritjen e energjisë së brendshme të përcjellësit, dmth për ta ngrohur atë. Pas instalimit vlerë konstante forca aktuale, energjia e burimit shpenzohet ekskluzivisht në çlirimin e nxehtësisë. Në këtë rast, energjia aktuale nuk ndryshon.

Le të zbulojmë tani pse është e nevojshme të shpenzojmë energji për të krijuar një rrymë, d.m.th. duhet bërë punë. Kjo shpjegohet me faktin se kur qarku është i mbyllur, kur rryma fillon të rritet, një vorbull shfaqet në përcjellës. fushe elektrike, duke vepruar kundër fushës elektrike që krijohet në përcjellës për shkak të burimit të rrymës. Në mënyrë që forca aktuale të bëhet e barabartë Unë, burimi aktual duhet të bëjë punë kundër forcave të fushës së vorbullës. Kjo punë përdoret për të rritur energjinë e rrymës. Fusha e vorbullës bën punë negative.

Kur qarku hapet, rryma zhduket dhe fusha e vorbullës bën punë pozitive. Energjia e ruajtur nga rryma lirohet. Kjo zbulohet nga shkëndija e fuqishme që shfaqet kur hapet një qark me induktivitet të lartë.

Le të gjejmë një shprehje për energjinë aktuale Unë L.

Puna A kryhet nga një burim me EMF E në një kohë të shkurtër Δ t, është e barabartë me:

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

Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, kjo punë është e barabartë me shumën e rritjes së energjisë aktuale Δ W m dhe sasia e nxehtësisë së lëshuar \ (~ Q = I ^ 2 \ cdot R \ cdot \ Delta t \):

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

Prandaj, rritja e energjisë së rrymës

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

Sipas ligjit të Ohm-it për një qark të plotë

\ (~ I \ cdot R = E + E_ (është) \). (4)

ku \ (~ E_ (është) = - L \ cdot \ frac (\ Delta I) (\ Delta t) \) është EMF vetë-induksioni. Zëvendësimi në ekuacionin (3) të produktit Unë ∙ R vlerën e saj (4), marrim:

\ (~ \ Delta W_m = I \ cdot \ Delta t \ cdot (E - E - E_ (është)) = - E_ (është) \ cdot I \ cdot \ Delta t = L \ cdot I \ cdot \ Delta I \ ). (5)

Në grafikun e varësisë L ∙ I nga Unë(Fig. 12) shtimi i energjisë Δ W m është numerikisht e barabartë me sipërfaqen e drejtkëndëshit abcd me palët L ∙ I dhe Δ Unë... Ndryshimi i plotë i energjisë me rritjen e rrymës nga zero në Unë 1 është numerikisht i barabartë me sipërfaqen e trekëndëshit OBC me palët Unë 1 dhe L∙Unë 1 . Prandaj,

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

Rryma e energjisë Unë që rrjedh nëpër qark me induktivitet L, është e barabartë me

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

Energjia e fushës magnetike, e përmbajtur në një njësi të vëllimit të hapësirës së zënë nga fusha, quhet dendësia vëllimore e energjisë së fushës magnetike ω m:

\ (~ \ omega_m = \ frac (W_m) (V) \).

Nëse brenda një solenoidi me gjatësi krijohet një fushë magnetike l dhe zona e lakut S, atëherë, duke marrë parasysh se induktiviteti i solenoidit \ (~ L = \ frac (\ mu_0 \ cdot N ^ 2 \ cdot S) (l) \) dhe moduli i vektorit të induksionit magnetik brenda solenoidit \ (~ B = \ frac (\ mu_0 \ cdot N \ cdot I) (l) \), marrim

\ (~ 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 \ majtas (\ frac (B \ cdot l) (\ mu_0 \ cdot N) \ djathtas) ^ 2 = \ frac (B ^ 2) (2 \ cdot \ mu_0) \ cdot S \ cdot l \).

Sepse V = S ∙ l, pastaj dendësia e energjisë e fushës magnetike

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

Fusha magnetike e krijuar goditje elektrike, ka energji drejtpërsëdrejti proporcionale me katrorin e fuqisë aktuale. Dendësia e energjisë e fushës magnetike është proporcionale me katrorin e induksionit magnetik.

Letërsia

1. Zhilko V.V. Fizikë: Teksti mësimor. shtesa për klasën e 10-të. arsimi i përgjithshëm. shk. nga rus. gjuha. trajnimi / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn .: Nar. Asveta, 2001 .-- 319 f.
2. Myakishev, G. Ya. Fizikë: Elektrodinamikë. 10-11 cl. : tekst shkollor. për studim të thelluar të fizikës / G.Ya. Myakishev, A. 3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. - M .: Bustard, 2005 .-- 476 f.