ФІЗИКА

Частина 3 ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ

 

Розділ 9 МАГНЕТИЗМ. МАГНІТНЕ ПОЛЕ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

 

9.9. Основний закон електромагнітної індукції. Самоіндукція

 

Вимірюючи силу індукційного струму, що виникає у контурах різної форми та розмірів, М. Фарадей сформулював такий закон: ЕРС електромагнітної індукції у контурі чисельно дорівнює і протилежна за знаком швидкості зміни магнітного потоку Ф крізь поверхню, обмежену цим контуром:

Напрям індукційного струму визначається за законом Ленца.

Знак мінус у формулі (9.48) свідчить про те, що електрорушійна сила індукції напрямлена так, що магнітне поле індукційного струму перешкоджає зміні потоку магнітної індукції: якщо магнітний потік збільшується (dФ > 0), то і поле індукційного струму напрямлене назустріч магнітному потоку; якщо ж магнітний потік зменшується (dФ<0), то його напрям і напрям магнітного поля індукційного струму збігаються.

Явищем самоіндукції називають виникнення ЕРС індукції внаслідок зміни сили струму в колі. Якщо, наприклад, змінюється сила струму в котушці, то ЕРС індукції виникає не тільки у найближчих до котушки провідниках, а й у самій котушці, оскільки вона перебуває у магнітному полі власного струму. Цю ЕРС індукції називають ЕРС самоіндукції. За законом Біо — Савара — Лапласа індукція магнітного поля струму в будь-якій заданій точці поля пропорційна силі струму І. Тому кількість ліній магнітної індукції Ф, що перетинають поверхню, обмежену контуром струму, при збільшенні сили струму зростає пропорційно його значенню:

При заданій силі струму провідники різних форм і розмірів охоплюють неоднакову кількість ліній магнітної індукції. Це враховують, вводячи у формулу (9.49) коефіцієнт пропорційності L, який називають коефіцієнтом самоіндукції, або індуктивністю контуру.

Коефіцієнтом самоіндукції, або індуктивністю контуру, називають величину, що чисельно дорівнює потоку магнітної індукції через поверхню, обмежену контуром, якщо по цьому контуру проходить струм одиничної сили. За одиницю індуктивності в СІ беруть генрі (Гн) — індуктивність такого контуру, магнітний потік самоіндукції якого при силі струму 1 А становить 1 Вб:

У системі СГСМ за одиницю індуктивності беруть 1 см, оскільки розмірність індуктивності контуру в цій системі одиниць збігається з розмірністю довжини. Індуктивність контуру дорівнює 1 сантиметру (см), якщо при силі струму в 1 одиницю СГСМ магнітний потік самоіндукції дорівнює 1 максвелу (Мкс). Оскільки 1 А = О,1 СГСМ, а 1 Вб = 108 Мкс, то 1 Гн = 109 см.

Обчислити коефіцієнт самоіндукції L важко, тому його визначають безпосередньо на досліді. Виходячи з основного закону електромагнітної індукції і врахувавши, що Ф = L для випадку, коли L залишається незмінним (наприклад, при замиканні та розмиканні кола), дістанемо вираз для електрорушійної сили самоіндукції:

Знак мінус у цій формулі означає, що при зростанні сили струму в колі (dI > 0) ЕРС самоіндукції намагається зменшити його, а при зменшенні сили струму (dI < 0) ЕРС самоіндукції, навпаки, намагається збільшити силу струму в колі. Наприклад, при замиканні електричного кола ЕРС самоіндукції, яка виникла в колі, перешкоджає струму набути відразу значення, що визначається законом Ома. ЕРС самоіндукції виникає й при розмиканні кола, однак у цьому разі вона змінює напрям і намагається підтримати струм у колі. Це явище можна спостерігати при вимиканні та вмиканні електричних лампочок за певних умов.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити