In dieser Lektion werden wir lernen, wie und von wem das Phänomen der Selbstinduktion entdeckt wurde, wir werden ein Experiment betrachten, mit dem wir dieses Phänomen demonstrieren, wir werden feststellen, dass die Selbstinduktion ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion ist. Am Ende der Lektion führen wir eine physikalische Größe ein, die die Abhängigkeit der Selbstinduktions-EMK von der Größe und Form des Leiters und von der Umgebung, in der sich der Leiter befindet, zeigt, nämlich die Induktivität.

Henry erfand Flachkupferbandspulen, mit denen er stärkere Kraftwirkungen erzielte als mit Drahtmagneten. Der Wissenschaftler bemerkte, dass, wenn eine starke Spule im Stromkreis ist, der Strom in diesem Stromkreis viel langsamer seinen Maximalwert erreicht als ohne Spule.

Reis. 2. Schema des Versuchsaufbaus von D. Henry

Auf Abb. 2 zeigt die elektrische Schaltung des Versuchsaufbaus, anhand derer das Phänomen der Selbstinduktion demonstriert werden kann. Der Stromkreis besteht aus zwei parallel geschalteten Glühbirnen, die über einen Schlüssel mit einer Gleichstromquelle verbunden sind. Eine Spule ist mit einer der Glühlampen in Reihe geschaltet. Nach dem Schließen des Stromkreises ist zu erkennen, dass die mit der Spule in Reihe geschaltete Glühlampe langsamer aufleuchtet als die zweite Glühlampe (Abb. 3).

Reis. 3. Unterschiedliches Glühen der Glühbirnen im Moment des Einschaltens des Stromkreises

Wenn die Quelle ausgeschaltet wird, erlischt die mit der Spule in Reihe geschaltete Glühlampe langsamer als die zweite Glühlampe.

Warum gehen gleichzeitig die Lichter aus?

Wenn der Schlüssel geschlossen ist (Abb. 4), steigt der Strom in der Lampe mit der Spule aufgrund des Auftretens von Selbstinduktions-EMK langsamer an, sodass diese Lampe langsamer aufleuchtet.

Reis. 4. Tastensperre

Beim Öffnen des Schlüssels (Abb. 5) verhindert die entstehende EMK der Selbstinduktion ein Absinken des Stroms. Daher fließt der Strom noch einige Zeit weiter. Für das Vorhandensein von Strom wird ein geschlossener Stromkreis benötigt. Es gibt eine solche Schaltung in der Schaltung, sie enthält beide Glühbirnen. Wenn der Stromkreis geöffnet wird, sollten die Lampen daher für einige Zeit gleich leuchten, und die beobachtete Verzögerung kann auf andere Gründe zurückzuführen sein.

Reis. 5. Öffnen des Schlüssels

Betrachten Sie die Vorgänge, die in diesem Schaltkreis beim Schließen und Öffnen des Schlüssels ablaufen.

1. Schließen des Schlüssels.

Im Stromkreis befindet sich eine Leiterschleife. Lassen Sie den Strom in dieser Spule gegen den Uhrzeigersinn fließen. Dann wird das Magnetfeld nach oben gerichtet (Abb. 6).

Die Spule befindet sich also im Raum ihres eigenen Magnetfeldes. Mit zunehmendem Strom befindet sich die Spule im Bereich eines sich ändernden Magnetfelds ihres eigenen Stroms. Wenn der Strom ansteigt, steigt auch der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluss. Wie Sie wissen, entsteht mit zunehmendem Magnetfluss, der die Ebene des Stromkreises durchdringt, in diesem Stromkreis eine elektromotorische Induktionskraft und infolgedessen ein Induktionsstrom. Dieser Strom wird nach der Lenzschen Regel so gelenkt, dass sein Magnetfeld eine Änderung des magnetischen Flusses verhindert, der die Leiterebene durchdringt.

Das heißt, für den in Abb. 6 Windungen muss der Induktionsstrom im Uhrzeigersinn geleitet werden (Bild 7), damit der Eigenstrom der Windung nicht ansteigt. Wenn der Schlüssel geschlossen wird, steigt folglich der Strom im Stromkreis nicht sofort an, da in diesem Stromkreis ein Bremsinduktionsstrom auftritt, der in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.

2. Öffnen des Schlüssels

Wenn der Schlüssel geöffnet wird, nimmt der Strom im Stromkreis ab, was zu einer Abnahme des Magnetflusses durch die Spulenebene führt. Eine Abnahme des Magnetflusses führt zum Auftreten einer Induktions-EMK und eines Induktionsstroms. In diesem Fall wird der Induktionsstrom in die gleiche Richtung wie der Eigenstrom der Schleife geleitet. Dies führt zu einem langsameren Abfall des Eigenstroms.

Fazit: Wenn sich der Strom im Leiter ändert, tritt in demselben Leiter eine elektromagnetische Induktion auf, die einen Induktionsstrom erzeugt, der so gerichtet ist, dass eine Änderung des Eigenstroms im Leiter verhindert wird (Abb. 8). Dies ist die Essenz des Phänomens der Selbstinduktion. Selbstinduktion ist ein Sonderfall der elektromagnetischen Induktion.

Reis. 8. Moment des Ein- und Ausschaltens des Stromkreises

Die Formel zur Bestimmung der magnetischen Induktion eines direkten Leiters mit Strom:

wo - magnetische Induktion; - magnetische Konstante; - Stromstärke; - Abstand vom Leiter zum Punkt.

Der Fluss der magnetischen Induktion durch den Standort ist gleich:

wo ist die Fläche, die vom magnetischen Fluss durchdrungen wird?

Somit ist der magnetische Induktionsfluss proportional zur Größe des Stroms im Leiter.

Für eine Spule, in der die Anzahl der Windungen und die Länge ist, wird die Magnetfeldinduktion durch die folgende Beziehung bestimmt:

Der magnetische Fluss, der von einer Spule mit der Anzahl der Windungen erzeugt wird N, entspricht:

Setzen wir die Formel für die Magnetfeldinduktion in diesen Ausdruck ein, erhalten wir:

Das Verhältnis der Anzahl der Windungen zur Länge der Spule wird durch die Zahl angegeben:

Wir erhalten den endgültigen Ausdruck für den magnetischen Fluss:

Aus der erhaltenen Beziehung ist ersichtlich, dass der Wert des Flusses von der Größe des Stroms und von der Geometrie der Spule (Radius, Länge, Windungszahl) abhängt. Ein Wert gleich heißt Induktivität:

Die Einheit der Induktivität ist das Henry:

Daher ist der durch den Strom in der Spule verursachte magnetische Induktionsfluss:

Unter Berücksichtigung der Formel für die EMK der Induktion erhalten wir, dass die EMK der Selbstinduktion gleich dem Produkt aus der Änderungsrate von Strom und Induktivität ist, genommen mit dem „-“ Zeichen:

Selbstinduktion- Dies ist das Phänomen des Auftretens elektromagnetischer Induktion in einem Leiter, wenn sich die Stärke des durch diesen Leiter fließenden Stroms ändert.

Elektromotorische Kraft der Selbstinduktion ist direkt proportional zur Änderungsrate des durch den Leiter fließenden Stroms, genommen mit einem Minuszeichen. Der Proportionalitätsfaktor wird aufgerufen Induktivität, die von den geometrischen Parametern des Leiters abhängt.

Ein Leiter hat eine Induktivität von 1 H, wenn bei einer Stromänderungsgeschwindigkeit im Leiter von 1 A pro Sekunde in diesem Leiter eine elektromotorische Selbstinduktionskraft von 1 V entsteht.

Jeden Tag begegnet der Mensch dem Phänomen der Selbstinduktion. Jedes Mal, wenn wir das Licht ein- oder ausschalten, schließen oder öffnen wir dadurch den Stromkreis, während wir Induktionsströme anregen. Manchmal können diese Ströme so hohe Werte erreichen, dass ein Funke im Inneren des Schalters überspringt, was wir sehen können.

Referenzliste

1. Myakishev G. Ya. Physik: Proc. für 11 Zellen. Allgemeinbildung Institutionen. -M.: Bildung, 2010.
2. Kasjanow V.A. Physik. Klasse 11: Proc. für Allgemeinbildung Institutionen. - M.: Trappe, 2005.
3. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physik 11. - M.: Mnemosyne.

1. Internetportal Myshared.ru ().
2. Internetportal Physics.ru ().
3. Das Internetportal Festival.1september.ru ().

Hausaufgaben

1. Fragen am Ende von Absatz 15 (S. 45) - Myakishev G.Ya. Physik 11 (siehe Literaturempfehlungsliste)
2. Welcher Leiter hat eine Induktivität von 1 Henry?

Der Zweck des Unterrichts: die Idee zu bilden, dass eine Änderung der Stromstärke in einem Leiter eine Wirbelwelle erzeugt, die sich bewegende Elektronen entweder beschleunigen oder abbremsen kann.

Während des Unterrichts

Überprüfung der Hausaufgaben nach der Methode der individuellen Befragung

1. Finden Sie eine Formel zur Berechnung der elektromotorischen Induktionskraft für einen Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt.

2. Leiten Sie eine Formel zur Berechnung der elektromotorischen Induktionskraft her, indem Sie das Gesetz der elektromagnetischen Induktion verwenden.

3. Wo wird ein elektrodynamisches Mikrofon eingesetzt und wie ist es angeordnet?

4. Aufgabe. Der Widerstand der Drahtspule beträgt 0,03 Ohm. Der magnetische Fluss nimmt innerhalb der Spule um 12 mWb ab. Welche elektrische Ladung geht durch den Querschnitt der Schleife?

Entscheidung. ξi=ΔF/Δt; ξi= Iiʹ·R; Ii = Δq/Δt; ΔF/Δt = ΔqR/Δt; Δq = ΔÄΔt/ RΔt; Δq= ΔÄ/R;

Neues Material lernen

1. Selbstinduktion.

Wenn ein Wechselstrom durch den Leiter fließt, erzeugt er im selben Leiter eine Induktions-EMK - dies ist ein Phänomen

Selbstinduktion. Der leitende Stromkreis spielt eine doppelte Rolle: Durch ihn fließt ein Strom, und durch diesen Strom wird darin eine Induktions-EMK erzeugt.

Basierend auf der Regel von Lenz; Wenn der Strom ansteigt, ist die Intensität des elektrischen Wirbelfeldes gegen den Strom gerichtet, d.h. verhindert, dass es wächst.

Während der Stromabnahme wird sie durch das Wirbelfeld aufrechterhalten.

Stellen Sie sich eine Schaltung vor, die zeigt, dass die Stromstärke einen bestimmten Wert erreicht

Werte allmählich im Laufe der Zeit.

Demonstration von Experimenten mit Schemata. Anhand des ersten Stromkreises zeigen wir, wie die Induktions-EMK erscheint, wenn der Stromkreis geschlossen ist.

Wenn der Schlüssel geschlossen wird, leuchtet die erste Lampe sofort auf, die zweite verzögert, aufgrund der großen Selbstinduktion im Stromkreis, die die Kernspule erzeugt.

Anhand des zweiten Stromkreises demonstrieren wir das Auftreten der Induktions-EMK beim Öffnen des Stromkreises.

Im Moment des Öffnens fließt ein gerichteter Strom gegen den Anfangsstrom durch das Amperemeter.

Beim Öffnen kann der Strom den ursprünglichen Stromwert überschreiten. Das bedeutet, dass die EMK der Selbstinduktion größer sein kann als die EMK der Stromquelle.

Ziehen Sie eine Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion

Induktivität.

Der magnetische Fluss ist proportional zur Größe der magnetischen Induktion und der Stärke des Stroms. F~B~I.

F= L I; wobei L der Proportionalitätsfaktor zwischen Strom und magnetischem Fluss ist.

Dieses Verhältnis wird oft genannt Schleifeninduktivität oder der Koeffizient der Selbstinduktion.

Mit dem Wert der Induktivität lässt sich das Gesetz der elektromagnetischen Induktion wie folgt schreiben:

ξis= – ΔÄ/Δt = – L ΔI/Δt

Die Induktivität ist eine physikalische Größe, die numerisch gleich der EMF der Selbstinduktion ist, die im Stromkreis auftritt, wenn sich der Strom in 1 s um 1 A ändert.

Messen Sie die Induktivität in Henry (H) 1 H = 1 V s / A

Zur Bedeutung der Selbstinduktion in der Elektro- und Funktechnik.

Schlussfolgerung: Wenn ein sich ändernder Strom durch einen Leiter fließt, entsteht ein elektrisches Wirbelfeld.

Das Wirbelfeld bremst die freien Elektronen bei steigendem Strom ab und hält sie bei abnehmendem Strom aufrecht.

Konsolidierung des studierten Materials.

– Wie lässt sich das Phänomen der Selbstinduktion erklären?

– Ziehen Sie eine Analogie zwischen Trägheit und Selbstinduktion.

- Wie groß ist die Induktivität des Stromkreises, in welchen Einheiten wird die Induktivität gemessen?

- Aufgabe. Bei einer Stromstärke von 5 A tritt im Stromkreis ein magnetischer Fluss von 0,5 mWb auf. Wie groß wird die Induktivität des Stromkreises sein?

Entscheidung. ΔF/Δt = – L ΔI/Δt; L = ΔF/ΔI; L \u003d 1 10-4H

Zusammenfassung der Lektion

Hausaufgaben: §15, rep. §13, Bsp. 2 Nr. 10

1. Der Zweck der Lektion: das quantitative Gesetz der elektromagnetischen Induktion zu formulieren; Die Schüler sollten lernen, was die EMF der magnetischen Induktion und was der magnetische Fluss ist. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben prüfen...
2. Der Zweck des Unterrichts: Den Schülern die Vorstellung vermitteln, dass Widerstand nur in einem Wechselstromkreis vorhanden ist - dies sind kapazitive und induktive Widerstände. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben prüfen...
3. Der Zweck der Lektion: sich eine Vorstellung von der Energie zu machen, die ein elektrischer Strom in einem Leiter hat, und von der Energie des Magnetfelds, das durch den Strom erzeugt wird. Unterrichtsfortschritt Überprüfung der Hausaufgaben durch Testen ...
4. Der Zweck der Lektion: Einführung in das Konzept der elektromotorischen Kraft; Holen Sie sich das Ohmsche Gesetz für einen geschlossenen Stromkreis; Schülern eine Vorstellung vom Unterschied zwischen EMF, Spannung und Potentialdifferenz zu vermitteln. Umzug...
5. Der Zweck der Lektion: Das Verständnis der Schüler für den aktiven Widerstand in einem Wechselstromkreis und den Effektivwert von Strom und Spannung zu schärfen. Unterrichtsfortschritt Startseite prüfen...
6. Der Zweck der Lektion: das Konzept zu bilden, dass die EMF der Induktion entweder in einem stationären Leiter auftreten kann, der sich in einem sich ändernden Magnetfeld befindet, oder in einem sich bewegenden Leiter in einem konstanten ...
7. Der Zweck der Lektion: herauszufinden, wie die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion stattfand; den Begriff der elektromagnetischen Induktion zu bilden, die Bedeutung von Faradays Entdeckung für die moderne Elektrotechnik. Unterrichtsablauf 1. Analyse der Kontrollarbeit ...
8. Der Zweck der Lektion: Betrachtung des Geräts und des Funktionsprinzips von Transformatoren; beweisen, dass elektrischer Strom niemals eine so breite Anwendung gehabt hätte, wenn zu einer Zeit ...
9. Der Zweck der Lektion: herauszufinden, was die Induktions-EMK in sich bewegenden Leitern verursacht, die sich in einem konstanten Magnetfeld befinden; die Schüler zu dem Schluss bringen, dass eine Kraft auf Ladungen wirkt ...
10. Der Zweck des Unterrichts: Kontrolle der Assimilation durch Studenten des studierten Themas, Entwicklung des logischen Denkens, Verbesserung der Rechenfähigkeiten. Unterrichtsablauf Organisation der Schüler zur Durchführung des Tests Option 1 Nr. 1. Phänomen...
11. Der Zweck des Unterrichts: das Verständnis der Schüler für die elektrischen und magnetischen Felder als Ganzes zu formen - das elektromagnetische Feld. Unterrichtsfortschritt Überprüfung der Hausaufgaben durch Testen ...
12. Der Zweck des Unterrichts: das Wissen der Schüler zu dem untersuchten Thema zu testen, die Fähigkeiten zur Lösung von Problemen verschiedener Art zu verbessern. Unterrichtsfortschritt Überprüfung der Hausaufgaben Antworten der Schüler nach zu Hause vorbereiteten ...
13. Der Zweck der Lektion: Wissen zum behandelten Thema wiederholen und zusammenfassen; Verbesserung der Fähigkeit, logisch zu denken, zu verallgemeinern, qualitative und rechnerische Probleme zu lösen. Unterrichtsfortschritt Hausaufgaben kontrollieren 1....
14. Der Zweck des Unterrichts: den Schülern zu beweisen, dass freie elektromagnetische Schwingungen im Stromkreis keine praktische Anwendung haben; ungedämpfte erzwungene Schwingungen verwendet, die in der Praxis von großem Nutzen sind. Umzug...
15. Der Zweck der Lektion: das Konzept des Moduls der magnetischen Induktion und der Ampere-Kraft zu bilden; Probleme zur Bestimmung dieser Größen lösen können. Unterrichtsverlauf Überprüfung der Hausaufgaben nach der Methode des individuellen ...

Folie 2

SELBSTINDUKTION

Jeder Leiter, durch den elektrischer Strom fließt, befindet sich in einem eigenen Magnetfeld.

Folie 3

Ändert sich die Stromstärke im Leiter, ändert sich das m.Feld, d.h. der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluss ändert sich. Eine Änderung des Magnetflusses führt zur Entstehung eines elektrischen Wirbelfeldes und im Stromkreis erscheint eine Induktions-EMK.

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Selbstinduktion - das Phänomen des Auftretens von Induktions-EMK in einem Stromkreis als Folge einer Änderung der Stromstärke. Die resultierende EMK wird als Selbstinduktions-EMK bezeichnet.

Folie 5

Manifestation des Phänomens der Selbstinduktion

Folie 6

Fazit In der Elektrotechnik manifestiert sich das Phänomen der Selbstinduktion, wenn der Stromkreis geschlossen wird (der elektrische Strom steigt allmählich an) und wenn der Stromkreis geöffnet wird (der elektrische Strom verschwindet nicht sofort).

Folie 7

INDUKTION

Wovon hängt die EMF der Selbstinduktion ab? Elektrischer Strom erzeugt ein eigenes Magnetfeld. Der magnetische Fluss durch den Stromkreis ist proportional zur Magnetfeldinduktion (Ф ~ B), die Induktion ist proportional zur Stromstärke im Leiter (B ~ I), daher ist der magnetische Fluss proportional zur Stromstärke (Ф ~ I ). Die Selbstinduktions-EMK hängt von der Änderungsgeschwindigkeit der Stromstärke im Stromkreis, von den Eigenschaften des Leiters (Größe und Form) und von der relativen magnetischen Permeabilität des Mediums ab, in dem sich der Leiter befindet. Eine physikalische Größe, die die Abhängigkeit der Selbstinduktions-EMK von der Größe und Form des Leiters und von der Umgebung, in der sich der Leiter befindet, zeigt, wird als Selbstinduktionskoeffizient oder Induktivität bezeichnet.

Folie 8

Induktivität - physikalisch. ein Wert, der numerisch gleich der EMF der Selbstinduktion ist, die im Stromkreis auftritt, wenn sich die Stromstärke in 1 Sekunde um 1 Ampere ändert.

Folie 9

Auch die Induktivität kann durch die Formel berechnet werden:

wobei F der magnetische Fluss durch den Stromkreis ist, I die Stromstärke im Stromkreis ist.

Folie 10

SI-Einheiten für Induktivität:

Folie 11

Die Induktivität einer Spule hängt ab von:

die Anzahl der Windungen, die Größe und Form der Spule und die relative magnetische Permeabilität des Mediums (ein Kern ist möglich).

Folie 12

SELBSTINDUKTION EMF

Die EMF der Selbstinduktion verhindert die Zunahme der Stromstärke beim Einschalten des Stromkreises und die Abnahme der Stromstärke beim Öffnen des Stromkreises.

Folie 13

ENERGIE DES MAGNETFELDS DES STROMS

Um einen Leiter mit Strom herum gibt es ein Magnetfeld, das Energie enthält. Woher kommt das? Die im Stromkreis enthaltene Stromquelle hat eine Energiereserve. Im Moment des Schließens des Stromkreises verbraucht die Stromquelle einen Teil ihrer Energie, um die Wirkung der entstehenden EMF der Selbstinduktion zu überwinden. Dieser Teil der Energie, die als Eigenenergie des Stroms bezeichnet wird, dient der Bildung eines Magnetfelds. Die Energie des Magnetfelds ist gleich der Eigenenergie des Stroms. Die Eigenenergie des Stroms ist numerisch gleich der Arbeit, die die Stromquelle leisten muss, um die Selbstinduktions-EMK zu überwinden, um einen Strom im Stromkreis zu erzeugen.

Folie 14

Die Energie des durch den Strom erzeugten Magnetfelds ist direkt proportional zum Quadrat der Stromstärke. Wo verschwindet die Energie des Magnetfeldes, nachdem der Strom aufhört? - fällt auf (wenn ein Stromkreis mit ausreichend großem Strom geöffnet wird, kann ein Funke oder Lichtbogen entstehen)

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1. Semester

ELEKTRODYNAMIK

3. Elektromagnetisches Feld

LEKTION 9/36

Gegenstand. Selbstinduktion. Induktivität

Der Zweck der Lektion: das Verständnis der Schüler für das Phänomen der elektromagnetischen Induktion zu erweitern; Erklären Sie das Wesen des Phänomens der Selbstinduktion.

Unterrichtsart: Unterrichtsstunde zum Erlernen von neuem Stoff.

UNTERRICHTSPLAN

Wissenskontrolle		1. Das Phänomen der elektromagnetischen Induktion. 2. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. 3. Lenzsche Regel.
Demonstrationen		1. Das Phänomen der Selbstinduktion beim Öffnen und Schließen des Kreises. 2. Verwenden der Selbstinduktion zum Anzünden der Leuchtstofflampe. 3. Fragmente des Videofilms „Das Phänomen der Selbstinduktion“.
Neues Material lernen		1. Selbstinduktion. 2. EMF der Selbstinduktion. 3. Induktivität
Konsolidierung des studierten Materials		1. Qualitative Fragen. 2. Lernen, Probleme zu lösen.

STUDIEREN SIE NEUES MATERIAL

Erste Ebene

1. In welchem ​​Moment zündet der Schalter: beim Schließen oder Öffnen des Kreises?

2. Wann kann man das Phänomen der Selbstinduktion in einem Gleichstromkreis beobachten?

3. Warum ist es unmöglich, die Stromstärke in einem geschlossenen Stromkreis sofort zu ändern?

Zweites Level

1. Wie hängt der Wert des Moduls des magnetischen Induktionsvektors von der Stromstärke ab?

2. Experimente zeigen, dass die Induktivität der Spule mit zunehmender Windungszahl der Spule zunimmt. Wie ist diese Tatsache zu erklären?

KONFIGURATION DES UNTERSUCHTEN MATERIALS

) . Qualitative Fragen

1. Warum entstehen Funken, wenn der Lichtbogen der Straßenbahn von der Oberleitung abreißt?

2. Ein Elektromagnet mit offenem Kern ist an einen Gleichstromkreis angeschlossen. Wenn der Anker den Kern schließt, nimmt die Stromstärke im Stromkreis kurzzeitig ab. Wieso den?

3. Warum werden leistungsstarke Elektromotoren mit einem Regelwiderstand sanft und langsam vom Netz getrennt?

) . Probleme lösen lernen

1. Eine supraleitende Spule mit einer Induktivität von 5 H wird an eine Stromquelle mit einer EMK von 20 V und einem sehr geringen Innenwiderstand angeschlossen. Bestimmen Sie unter der Annahme, dass der Strom in der Spule gleichmäßig ansteigt, die Zeit, die es dauert, bis der Strom 10 A erreicht.

Lösungen. Der Strom in der Spule steigt aufgrund des Phänomens der Selbstinduktion allmählich an. Wenden wir das Ohmsche Gesetz für eine vollständige Schaltung an: Wo ist die Gesamt-EMK der Schaltung, bestehend aus der EMK der Quelle und der EMK der Selbstinduktion: Dann nimmt das Ohmsche Gesetz die Form an.

Gliederung der Physikstunde „Selbstinduktion. Induktivität. Energie des Magnetfelds des Stroms "(Klasse 8)

Unterrichtsthema: Selbstinduktion. Induktivität. Die Energie des Magnetfeldes.

Ziel : Bildung des Konzepts des Phänomens der Selbstinduktion, seine Manifestation in elektrischen Stromkreisen. Die Verwendung von Selbstinduktion in elektrischen Geräten.

Aufgaben:

Lehrreich: Wissen der Schüler über das Phänomen der elektromagnetischen Induktion wiederholen, vertiefen; auf dieser Grundlage das Phänomen der Selbstinduktion zu untersuchen.

Lehrreich: Interesse am Thema, Fleiß und die Fähigkeit, die Antworten der Kameraden sorgfältig zu bewerten, zu fördern. Zeigen Sie die Bedeutung von Ursache-Wirkungs-Beziehungen für die Erkennbarkeit von Phänomenen auf.

Entwicklung: Die Entwicklung des physischen Denkens der Schüler, die Erweiterung des konzeptionellen Apparats der Schüler, die Bildung von Fähigkeiten zur Analyse von Informationen, das Ziehen von Schlussfolgerungen aus Beobachtungen und Experimenten.

Unterrichtstyp: Lektion lernen neues Material.

Ausrüstung: Kerninduktor - Demo, Netzteil, Schlüssel, zwei 3,5-V-Glühlampen, 100-Ohm-Dehnwiderstand, 200-V-Glühlampe.

Erfahrungen: 1) Erfahrung in der Beobachtung des Phänomens der Selbstinduktion bei geschlossenem Stromkreis; 2) Erfahrung in der Beobachtung des Phänomens der Selbstinduktion beim Öffnen des Stromkreises;

Unterrichtsplan:

Zeit organisieren.

Aktualisierung des Grundwissens.

Motivation.

Neues Material lernen.

Konsolidierung.

Hausaufgaben.

Während des Unterrichts

Zeit organisieren.(1 Minute)

Aktualisierung des Grundwissens.

Was ist das Phänomen der elektromagnetischen Induktion?

Welche Hypothese von Faraday führte zur Entdeckung der elektromagnetischen Induktion?

Wie entdeckte Faraday das Phänomen der elektromagnetischen Induktion?

Unter welchen Bedingungen tritt in einer Spule ein Induktionsstrom auf?

Was bestimmt die Richtung des induzierten Stroms?

Was erklärt die Abstoßung des Aluminiumrings, wenn ein Magnet in ihn eingeführt wird, und die Anziehung des Magneten, wenn er aus dem Ring entfernt wird?

Warum interagiert ein geschnittener Aluminiumring nicht mit einem sich bewegenden Magneten?

Formulieren Sie die Regel von Lenz.

Wie kann man die Lenz-Regel verwenden, um die Richtung des induktiven Stroms im Leiter zu bestimmen?

3 . Motivation.

Die Grundlagen der Elektrodynamik wurden 1820 von Ampère gelegt. Die Arbeit von Ampere inspirierte viele Ingenieure, verschiedene technische Geräte zu entwerfen, wie einen Elektromotor (Designer B.S. Jacobi), einen Telegrafen (S. Morse), einen Elektromagneten, der von dem berühmten amerikanischen Wissenschaftler Henry entworfen wurde. Mit der Schaffung verschiedener Elektromagnete entdeckte der Wissenschaftler 1832 ein neues Phänomen im Elektromagnetismus - das Phänomen der Selbstinduktion. Darüber werden wir in dieser Lektion sprechen.

4. Neues Material lernen.

Betrachten Sie einen Sonderfall der elektromagnetischen Induktion: das Auftreten eines induktiven Stroms in einer Spule, wenn sich die Stromstärke darin ändert.

Dazu führen wir das in der Abbildung gezeigte Experiment durch. Wir schließen den Stromkreis mit der Taste Kl. Lampe L1 leuchtet sofort und L2 - mit einer Verzögerung von ca. 1 s. Der Grund für die Verzögerung ist wie folgt. Gemäß dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion entstehen im Rheostat und in der Spule induktive Ströme. Sie verhindern ein Ansteigen der Stromstärke I 1 und I 2 (dies folgt aus der Lenz-Regel und der Rechte-Hand-Regel). Aber in der Spule K wird der Induktionsstrom viel größer sein als im Rheostat P, da die Spule eine viel größere Anzahl von Windungen und einen Kern hat, d.h. sie hat eine größere Induktivität als der Rheostat.

In unserem Experiment beobachten wir das Phänomen der Selbstinduktion.

Das Phänomen der Selbstinduktion ist das Auftreten eines Induktionsstroms in der Spule, wenn sich die Stromstärke darin ändert. In diesem Fall wird der resultierende Induktionsstrom als Selbstinduktionsstrom bezeichnet. Dieses Phänomen wurde von Joseph Henry fast gleichzeitig mit der Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion durch Faraday entdeckt.

Selbstinduktion beim Öffnen eines Stromkreises und die Energie eines Magnetfeldes. Das Auftreten eines starken Induktionsstroms beim Öffnen des Stromkreises zeigt an, dass das Magnetfeld des Stroms in der Spule Energie enthält. Durch die Verringerung der Energie des Magnetfelds wird Arbeit geleistet, um einen Induktionsstrom zu erzeugen. In diesem Moment blinkt die Ln-Lampe, die unter normalen Bedingungen bei einer Spannung von 200 V aufleuchtet. Und diese Energie sammelte sich früher an, als der Stromkreis geschlossen wurde, als aufgrund der Energie der Stromquelle Arbeit geleistet wurde, um den Selbstinduktionsstrom zu überwinden, der den Anstieg des Stroms im Stromkreis und seines Magnetfelds verhindert.

Induktivität- Dies ist ein Wert, der der EMF der Selbstinduktion entspricht, wenn sich die Stromstärke im Leiter in 1 s um 1 A ändert. Die Einheit der Induktivität ist Henry (H). 1 H = 1 V s/A. 1 Henry ist die Induktivität eines solchen Leiters, bei dem eine EMK der Selbstinduktion von 1 Volt bei einer Änderungsrate der Stromstärke von 1 A / s auftritt. L heißt Induktivität. Vorführung verschiedener Induktivitäten der Funktechnik und Elektrotechnik. Wir verwenden Handzettel, die die Schüler einsehen können. (Induktivitäten)

Leuchtstofflampe sind Gasentladungslichtquellen. Ihr Lichtstrom entsteht durch das Leuchten von Leuchtstoffen, die von der ultravioletten Strahlung der Entladung beeinflusst werden. Sein sichtbares Leuchten übersteigt normalerweise 1-2% nicht. Leuchtstofflampen (LL) werden häufig zur Beleuchtung verschiedener Arten von Räumlichkeiten verwendet. Ihre Lichtausbeute ist um ein Vielfaches höher als die herkömmlicher Glühlampen. Als Schalter wird ein Startergerät verwendet. Der Starter ist eine kleine Gasentladungs-Glimmlampe. Der Glaskolben wird mit einem Inertgas (Neon- oder Helium-Wasserstoff-Gemisch) gefüllt und in ein Metall- oder Kunststoffgehäuse gestellt. Wenn der Stromkreis für Netzspannung eingeschaltet wird, liegt diese vollständig am Starter an. Die Starterelektroden sind offen und es tritt eine Glimmentladung auf. Im Stromkreis fließt ein kleiner Strom (20-50 mA). Dieser Strom erwärmt die Bimetallelektroden, und sie biegen sich, schließen den Stromkreis und die Glimmentladung im Starter hört auf. Nachdem die Lampe gezündet ist, stellt sich im Stromkreis ein Strom ein, der gleich dem Nennbetriebsstrom der Lampe ist. Dieser Strom verursacht einen solchen Spannungsabfall über der Induktivität, dass die Lampenspannung ungefähr gleich der Hälfte der nominalen Netzspannung wird. Da der Starter parallel zur Lampe geschaltet ist, ist die Spannung an ihm gleich der Spannung an der Lampe, und da es nicht ausreicht, die Glimmentladung im Starter zu zünden, bleiben seine Elektroden offen, wenn die Lampe brennt.

5. Konsolidierung.

1. Welches Phänomen wurde im Experiment untersucht?
2. Was ist das Phänomen der Selbstinduktion?
3. Kann in einem gleichstromdurchflossenen Leiter ein Selbstinduktionsstrom auftreten? Wenn nicht, begründen Sie bitte warum; wenn ja, unter welchen voraussetzungen.
4. Durch das Reduzieren welcher Energie wurde die Arbeit geleistet, um einen induktiven Strom zu erzeugen, wenn der Stromkreis geöffnet wurde?

5. Welche Tatsachen beweisen, dass das Magnetfeld Energie hat?

6. Was ist Induktivität?

7. Was ist die SI-Einheit der Induktivität und wie heißt sie?

8. Was ist eine Drossel und warum wird sie beim Betrieb einer Leuchtstofflampe benötigt?

Aufgabe 1. Wie groß ist die Induktivität der Spule, wenn bei einer allmählichen Änderung der Stromstärke von 5 auf 10 A in 0,1 s eine EMK der Selbstinduktion von 20 V auftritt?