Oppitunti 87.11 Lissitzky P.A.

Ohjelmaosio: "Magneettikenttä"

Oppitunnin aihe: "Itse-induktion ilmiö. Induktanssi. Magneettikentän energia. Ongelmanratkaisu"

Tarkoitus: Opiskelijan tulee oppia itseinduktioilmiön olemus ja itseinduktion laki sekä induktanssin ja magneettikentän energian käsite.

Oppitunnin tavoitteet.

Koulutuksellinen:

Paljastaa itseinduktioilmiön olemus;

Johda itseinduktion laki ja anna induktanssin käsite sekä johda magneettikentän energian kaava graafisesti.

Koulutuksellinen:

Osoita syy-seuraus-suhteiden merkitys ilmiöiden tunnistettavissa.

Ajatteleva kehitys:

Työskentele taitojen muodostamiseksi tunnistaaksesi pääasiallinen syy, joka vaikuttaa tulokseen (muodostaa "valppaus" haussa);

Jatka työskentelyä taitojen muodostamiseksi johtopäätösten tekemiseksi.

Oppitunnin tyyppi: uuden materiaalin oppitunti.

Koulutusteknologiat: didaktisten yksiköiden laajentamisteknologian (UDE) elementit.

Tuntien aikana.

1. Oppitunnin alustus (opettajan ja oppilaiden molemminpuolinen tervehdys, valmius oppituntiin jne.)

2. Johdatus tuntisuunnitelmaan.

Ensin ihailemme syvää tietämystä yhdessä - ja tätä varten teemme pienen suullisen kyselyn. Sitten yritämme vastata kysymykseen: mikä on itseinduktioilmiön ydin? Mikä on induktanssi? Kuinka laskea magneettikentän energia? Sitten harjoittelemme aivojamme - ratkaisemme ongelmia. Ja lopuksi vedämme muistin koloista esiin jotain arvokasta - sähkömagneettisen induktion ilmiön (toiston aihe).

2. Ohjauskeskustelu aiheesta "Sähkömagneettisen induktion ilmiöt".

Mikä on sähkömagneettisen induktion ilmiö?

Sähkömagneettisen induktion lain kaava.

Miten sähkömagneettisen induktion laki luetaan?

Kaava induktiiviselle virralle, jos piiri on suljettu?

Magneettivuon kaava.

Käämin magneettisen induktiovektorin moduulin kaava.

3. Työskentele opitun materiaalin parissa.

Ongelmallinen kokemus.

Koottu sähköpiiri. Suljemme sen ja säädämme sitä reostaatilla niin, että sipulit 1 ja 2 palavat samalla voimakkuudella. Nyt avataan piiri ja suljetaan se uudelleen. Polttimo 1, jonka piirissä on piiri (käämi, jossa on suuri määrä kuparilangan kierroksia), syttyy täydellä lämmöllä paljon myöhemmin kuin polttimo 2.

Kun piiri avataan, päinvastoin hehkulamppu 1, jonka piirissä on piiri (käämi, jossa on suuri määrä kuparilangan kierroksia), sammuu paljon myöhemmin kuin hehkulamppu 2.

Projisoitu tietokoneen ja projektorin diojen läpi, jotta voidaan keskittyä aiheen keskeiseen kokemukseen.

Ongelma muotoillaan: Mistä tämä ilmiö johtuu?

Välittömästi avaimen sulkemisen jälkeen molempiin haaroihin AB ja CD kytketään jännite. CD-haarassa valo 2 syttyy lähes välittömästi, koska reostaatin kierrosten määrä on pieni, jolloin magneettikenttä saavuttaa maksimiarvonsa lähes välittömästi. Toinen asia haara AB. Kelassa ei ollut magneettikenttää ennen avaimen K sulkemista, ja avaimen sulkemisen jälkeen syntyy virta, joka kasvaa. Samalla kasvaa myös magneettikentän induktio, joka tunkeutuu kelan omiin haaroihin. Jokaisessa monista käännöksistä indusoituu e i, joka on suunnattu ulkoista EMF:ää vastaan ​​(e)

Itseinduktiota kutsutaan ilmiöksi, jossa EMF esiintyy samassa suljetussa piirissä, jonka läpi vaihtovirta kulkee. Etsitään tämän kelan induktanssikaava.

magneettinen virtaus

Magneettisen induktion vektorin moduuli kelassa B=m 0 mnI

Kierrosten lukumäärä pituusyksikköä kohti, jolloin kelan magneettivuo on , tai F = LI (1)

Induktanssi on fysikaalinen suure, joka on vakio tietylle kelalle ja on yhtä suuri kuin , [L]=1H= (2)

Johtimen induktanssi on yhtä suuri kuin 1H, jos siinä indusoituu 1 V:n itseinduktion EMF, kun virran voimakkuus muuttuu 1 sekunnissa.

Induktanssin fyysinen merkitys. Induktanssi on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin itseinduktion EMF, joka tapahtuu piirissä, kun virta muuttuu 1 ampeerilla sekunnissa.

Induktanssi, kuten sähköinen kapasitanssi, riippuu geometrisista tekijöistä: johtimen koosta ja muodosta, mutta ei suoraan johtimessa olevasta virranvoimakkuudesta. Johtimen geometrian lisäksi induktanssi riippuu väliaineen (), jossa johdin sijaitsee, magneettisista ominaisuuksista.

Magneettivuo kelassa on suoraan verrannollinen virran voimakkuuteen. Itseinduktion laki Kelassa esiintyvä induktion EMF on suoraan verrannollinen virranvoimakkuuden muutosnopeuteen, otettuna päinvastaisella merkillä. Itseinduktion lain kaava (3) Magneettikentän energian kaavan johtaminen graafisella menetelmällä. Kuvasta voidaan nähdä, että magneettikentän energia on: joule, tästä, kun otetaan huomioon f.(1), saadaan: (4) Volumetrinen energiatiheys on tilavuusyksikköä kohti tulevan energian määräämä arvo. Magneettikentän tilavuusenergiatiheys on: (5)

Käyttämällä kaavoja ja B=m 0 mnI. Täältä.

Tällöin magneettikentän energia on yhtä suuri kuin:

Volumetrinen energiatiheys (magneettinen paine) on yhtä suuri kuin (6).

Otetaan käyttöön koulutusteknologian UDE. Tätä varten harkitse mekaanisten, sähköisten ja magneettisten suureiden analogiataulukkoa.

Mekaaninen	Magneettinen
Hitauden ilmiö	Itseinduktion ilmiö induktanssi

Mekaaninen	Sähkö
muodonmuutosilmiö Jäykkyystekijä	Kondensaattorin latausilmiö Sähköinen kapasiteetti

Korostamme, että magneettivuo on samanlainen kuin hiukkasen liikemäärä

Koulutusmateriaalin yhdistäminen.

Mitä ilmiötä kutsutaan itseinduktioksi?

Selitä, miksi suljetussa piirissä, jonka läpi virtaa joko suuruus- tai suuntamuuttuva virta, syntyy väistämättä toinen virta, jota kutsutaan itseinduktiovirraksi?

Mikä on magneettisen paineen arvo?

Ongelmanratkaisu.

Tehtävä numero 1. Miten virta muuttuu, kun piiri on suljettu, jonka piiri on esitetty kuvassa.

Jos piirissä ei olisi induktanssia, virta kasvaisi maksimiarvoonsa lähes välittömästi. Todellisuudessa virran voimakkuus saavuttaa vähitellen maksimin ajan t 1 kuluessa. Tämä johtuu siitä, että kelassa EMF-itseinduktio. Virran voimakkuutta määrää nyt paitsi lähteen EMF, myös induktion EMF. Induktiivinen virta suunnataan virtalähteen oikosulun aikana synnyttämää virtaa vastaan.

Tehtävä nro 2 Mikä on kelan induktanssi, jos virranvoimakkuuden asteittainen muuttuessa 5:stä 10A:iin 0,1 sekunnissa tapahtuu itseinduktion EMF, joka on yhtä suuri kuin 20 V?

Tehtävä nro 3 Kelassa, jonka induktanssi on 0,6H, virranvoimakkuus on 20A. Mikä on tämän kelan magneettikentän energia? Miten kentän energia muuttuu, jos virta puolitetaan?

Kotitehtävät ja ohjeet: §11.6; Nro 5-6 harjoitus 22 Oppitunnin tulokset. Heijastus.

Epäilemättä ongelmalähtöinen lähestymistapa, uudet teknologiat (UDE), PPB:n voittaminen, tieteelliset menetelmät niiden soveltamiseksi niin tärkeiden ongelmien ratkaisemiseen paljastavat enemmän kuin yhden salaisuuden harkitsevalle tutkijalle, joka on mukana lahjakkaiden koululaisten älyn kehittämisessä. .

Olemme jo tutkineet, että magneettikenttä syntyy virtaa kuljettavan johtimen lähellä. Ja myös tutkittu, että muuttuva magneettikenttä synnyttää virran (sähkömagneettisen induktion ilmiö). Harkitse sähköpiiriä. Kun virran voimakkuus muuttuu tässä piirissä, tapahtuu muutos magneettikentässä, jonka seurauksena samaan piiriin ilmestyy lisäjännite. induktiovirta. Tällaista ilmiötä kutsutaan itseinduktio, ja tuloksena olevaa virtaa kutsutaan itseinduktiovirta.

Itseinduktion ilmiö- tämä on EMF:n esiintyminen johtavassa piirissä itse piirin virranvoimakkuuden muutoksen vuoksi.

Silmukan induktanssi riippuu sen muodosta ja koosta, ympäristön magneettisista ominaisuuksista eikä riipu piirin virranvoimakkuudesta.

Itseinduktion EMF määritetään kaavalla:

Itseinduktioilmiö on samanlainen kuin inertiailmiö. Aivan kuten mekaniikassa on mahdotonta pysäyttää liikkuvaa kappaletta välittömästi, ei virta voi saada hetkessä tiettyä arvoa itseinduktioilmiön vuoksi. Jos kela on kytketty sarjaan toisen lampun kanssa piirissä, joka koostuu kahdesta identtisestä lampusta, jotka on kytketty rinnan virtalähteeseen, niin kun piiri suljetaan, ensimmäinen lamppu syttyy lähes välittömästi ja toinen huomattavalla viiveellä.

Kun piiri avataan, virran voimakkuus laskee nopeasti ja tuloksena oleva itseinduktio-EMF estää magneettivuon pienenemisen. Tässä tapauksessa indusoitunut virta suunnataan samalla tavalla kuin alkuperäinen. Itse aiheutettu emf voi olla monta kertaa suurempi kuin ulkoinen emf. Siksi hehkulamput palavat usein, kun valo sammutetaan.

Magneettikentän energia

Virran kanssa olevan piirin magneettikentän energia.

Jos piirissä kulkee muuttuva sähkövirta, virran muutos aiheuttaa muutoksen sen omassa magneettikentässä. Johtimessa, jossa on virta ja joka on muuttuvassa omassa magneettikentässä, tapahtuu sähkömagneettisen induktion ilmiö, jonka ominaisuus on emf itseinduktio.

Virran oma magneettikenttä piirissä muodostaa magneettivuon Ф S piirin itsensä rajoittaman pinta-alan läpi. Magneettivuo Ф S on nimeltään silmukan itseinduktiovirta . Jos piiri ei ole ferromagneettisessa ympäristössä, niin Ф S on verrannollinen piirin virranvoimakkuuteen I: Ф s = LI.

Arvoa L kutsutaan piirin induktanssiksi ja se on sen sähköinen ominaisuus, kuten vastus Rääriviivat ja muut ominaisuudet. Merkitys L riippuu piirin mitoista, sen geometrisestä muodosta ja sen väliaineen suhteellisesta magneettisesta läpäisevyydestä, jossa piiri sijaitsee. Esimerkiksi riittävän pitkälle solenoidille l ja kelan S poikkipinta-ala kelojen kokonaismäärällä N, jonka sisällä olevan magneettisen induktion muoto on B \u003d mu 0 NI,

induktanssi on,

missä μo\u003d 4π 10 -7 H / m - magneettinen vakio, μ - väliaineen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti, - kierrosten lukumäärä pituusyksikköä kohti, V = Sl on solenoidin tilavuus.

Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan emf itseinduktio ε on yhtä suuri kuin .

Jos virtapiiri ei ole muotoutunut ja väliaineen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti on vakio, piirin induktanssi on vakio. Tällöin ε on verrannollinen vain virranvoimakkuuden muutosnopeuteen: .

Vaikutuksen alaisena ε i s piirissä ilmaantuu induktiovirta I s, joka Lenzin säännön mukaan vastustaa itseinduktioilmiön aiheuttanutta virran muutosta piirissä. Päävirran päälle asetettu virta I hidastaa sen nousua tai estää sen pienenemisen. Silmukan induktanssi mittaa sen "inertiteettiä" suhteessa virran muutokseen silmukassa. Tässä mielessä piirin induktanssi L on sähködynamiikassa sama rooli kuin kappaleen massa mekaniikassa.

Virran I luomiseksi piiriin, jonka induktanssi on L, on tehtävä työtä emf:n voittamiseksi. itseinduktio. Oma energia W m . virtavoima I on arvo, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin tämä työ:

Virran omaenergia keskittyy virtaa kuljettavan johtimen luomaan magneettikenttään. Siksi he puhuvat magneettikentän energiasta, ja uskotaan, että virran omaenergia jakautuu koko tilaan, jossa on magneettikenttä. Magneettikentän energia on yhtä suuri kuin virran omaenergia. Tasaisen magneettikentän energia, joka on keskittynyt isotrooppisen ja ei-ferromagneettisen väliaineen tilavuuteen V,

missä AT- magneettikentän induktio.

Magneettikentän tilavuusenergiatiheys ω m on kentän tilavuusyksikköön sisältyvä energia:

Magneettikenttään isotrooppisessa ja ei-ferromagneettisessa väliaineessa.

Tämä lauseke pätee homogeenisen kentän lisäksi myös mielivaltaisille, mukaan lukien ajassa vaihteleville magneettikentille.

Lisäksi sinun on tiedettävä seuraavat kaavat: laskea suoran johtimen magneettinen induktio

missä r on etäisyys johtimesta kenttäpisteeseen

Pyöreän virran magneettikentän induktio (käämin r-säde)

Magneettikenttien superpositioperiaate

Vektorimoduuli B:

Johtavan piirin läpi kulkeva virta muodostaa sen ympärille magneettikentän. Piiriin kytketty magneettivuo Ф on suoraan verrannollinen tämän piirin virranvoimakkuuteen: Ф=LI, missä L on piirin induktanssi. Johtimen induktanssi riippuu sen muodosta, mitoista sekä ympäristön ominaisuuksista. Koska induktiovirta johtuu virran voimakkuuden muutoksesta itse johtimessa, tätä induktiovirran esiintymisilmiötä kutsutaan itseinduktioksi, ja tuloksena oleva emf on itseinduktio-emf. Itseinduktio on sähkömagneettisen induktion ilmiön erikoistapaus. Jos I muuttuu lineaarisesti ajan myötä, niin E ci = - (Ф/t)= - L(I/t), missä I/t on virran muutoksen nopeus. Tämä kaava pätee vain L=const. Induktanssi - arvo, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin itseinduktion emf, joka tapahtuu piirissä, kun virran voimakkuus siinä muuttuu yhdellä yksiköllä aikayksikköä kohti. SI:ssä induktanssin yksikkö on sellaisen johtimen induktanssi, jossa virran muuttuessa 1A 1 sekunnissa ilmaantuu 1V itseinduktio-emf. Tätä yksikköä kutsutaan Henryksi (Hn): 1Hn=1V*s/A.

Magneettikentän energia, virran luoma energian säilymislain mukaan, on yhtä suuri kuin energia, jonka lähde käyttää virran luomiseen. Kun piiri on suljettu, itseinduktion aiheuttama virta piirissä ei saavuta maksimiarvoa I 0, vaan vähitellen. Kun piiri liotetaan, virta ei myöskään katoa heti, vaan vähitellen, kun lämpöä vapautuu johtimessa. Koska piiri on auki, tämä lämpö ei voi vapautua lähteen työn vuoksi, vaan se voi olla vain seurausta solenoidiin kertyneestä energiasta, magneettikentän energiasta. Solenoidin magneettikentän energia, kun virta pysähtyy kokonaan, muuttuu Joule-lämmöksi. Solenoidin magneettikentän lauseke on: W m =LI 2 /2.

Itseinduktion ilmiö. Induktanssi

Johtimen läpi kulkeva sähkövirta luo magneettikentän sen ympärille. Magneettivuo piirin läpi tästä johtimesta on verrannollinen magneettikentän induktion moduuliin piirin sisällä, ja magneettikentän induktio puolestaan ​​on verrannollinen johtimessa olevaan virranvoimakkuuteen. Siksi piirin läpi kulkeva magneettivuo on suoraan verrannollinen piirin virranvoimakkuuteen:

Suhteellisuuskerrointa piirissä olevan virran voimakkuuden ja tämän virran synnyttämän magneettivuon välillä kutsutaan induktanssiksi. Induktanssi riippuu johtimen koosta ja muodosta, sen väliaineen magneettisista ominaisuuksista, jossa johdin sijaitsee.

Induktanssin yksikkö kansainvälisessä järjestelmässä otetaan Henry. Piirin induktanssi on 1 H, jos virranvoimakkuudella 1 A piirin läpi kulkeva magneettivuo on 1 Wb:

Kun virran voimakkuus kelassa muuttuu, tämän virran luoma magneettivuo muuttuu. Muutoksen magneettikentässä, joka tunkeutuu kelaan, pitäisi aiheuttaa induktio-emf:n ilmestyminen kelaan. Ilmiötä induktio-EMF:n esiintymisestä sähköpiirissä tämän piirin virranvoimakkuuden muutoksen seurauksena kutsutaan ns. itseinduktio.

Lenzin säännön mukaisesti itseinduktion EMF estää virran voimakkuuden lisääntymisen, kun piiri kytketään päälle, ja virran voimakkuuden pienenemisen, kun piiri kytketään pois päältä.

Kelassa esiintyvä itseinduktio-emf sähkömagneettisen induktion lain mukaan on yhtä suuri kuin

, eli

Itseinduktion EMF on suoraan verrannollinen kelan induktanssiin ja virran voimakkuuden muutosnopeuteen kelassa.

Sähköpiirin elementin induktanssi on 1 H, jos siinä tapahtuu 1 V:n itseinduktio-EMF, kun piirin virranvoimakkuus muuttuu tasaisesti 1 A:lla 1 sekunnin ajan.

Magneettikentän muuttuessa syntyvä sähkökenttä on rakenteeltaan täysin erilainen kuin sähköstaattinen. Se ei ole suoraan yhteydessä sähkövarauksiin, eivätkä sen jännityslinjat voi alkaa ja päättyä niihin. Ne eivät yleensä ala tai pääty mihinkään, vaan ovat suljettuja linjoja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin magneettikentän induktiolinjat. Tämä on niin kutsuttu pyörresähkökenttä. Voi herää kysymys: miksi itse asiassa tätä kenttää kutsutaan sähköiseksi? Loppujen lopuksi sillä on eri alkuperä ja erilainen konfiguraatio kuin staattinen sähkökenttä. Vastaus on yksinkertainen: pyörrekenttä vaikuttaa varaukseen q samalla tavalla kuin sähköstaattinen, ja pidimme ja pidämme tätä kentän pääominaisuutena. Panokseen vaikuttava voima on edelleen F= qE, missä E- pyörrekentän intensiteetti.

Jos magneettivuon muodostaa tasainen magneettikenttä, joka on keskittynyt pitkään kapeaan sylinterimäiseen putkeen, jonka säde on r 0 (kuva 5.8), niin symmetrianäkökulmasta on selvää, että sähkökentän voimakkuuden viivat ovat kohtisuorassa suorat B ja ovat ympyröitä. Lenzin säännön mukaisesti kasvavalla magneettisuudella

jännityksen E induktiolinjat muodostavat vasemman ruuvin, jonka suunta on magneettinen induktio B.

Toisin kuin staattinen tai kiinteä sähkökenttä, pyörrekentän työ suljetulla polulla ei ole nolla. Loppujen lopuksi, kun varaus liikkuu suljettua sähkökentän voimakkuuden linjaa pitkin, työllä polun kaikilla osilla on sama merkki, koska voima ja siirtymä ovat samansuuntaisia. Pyörresähkökenttä, kuten magneettikenttä, ei ole potentiaalinen.

Pyörteen sähkökentän työ yhden positiivisen varauksen siirtämisessä suljettua kiinteää johtimia pitkin on numeerisesti yhtä suuri kuin tämän johtimen induktio-EMF.

Jos kelan läpi kulkee vaihtovirta, kelaan läpäisevä magneettivuo muuttuu. Siksi induktio-EMF esiintyy samassa johtimessa, jonka läpi vaihtovirta kulkee. Tätä ilmiötä kutsutaan itseinduktioksi.

Itseinduktiossa johtavalla piirillä on kaksinkertainen rooli: sen läpi kulkee virta, joka aiheuttaa induktion, ja siihen ilmestyy induktion EMF. Vaihtuva magneettikenttä indusoi EMF:n juuri siihen johtimeen, jonka läpi virta kulkee, luoden tämän kentän.

Virran nousuhetkellä pyörresähkökentän intensiteetti on Lenzin säännön mukaisesti suunnattu virtaa vastaan. Siksi tällä hetkellä pyörrekenttä estää virran nousun. Päinvastoin, sillä hetkellä, kun virta pienenee, pyörrekenttä tukee sitä.

Tämä johtaa siihen, että kun jatkuvan EMF-lähteen sisältävä piiri suljetaan, tiettyä virranvoimakkuuden arvoa ei aseteta välittömästi, vaan asteittain ajan kuluessa (kuva 5.13). Toisaalta, kun lähde sammutetaan, virta suljetuissa piireissä ei pysähdy hetkessä. Tuloksena oleva itseinduktion EMF voi ylittää lähteen EMF:n, koska virran ja sen magneettikentän muutos tapahtuu hyvin nopeasti, kun lähde sammutetaan.

Itseinduktioilmiö voidaan havaita yksinkertaisissa kokeissa. Kuva 5.14 esittää kahden identtisen lampun rinnakkaiskytkennän. Yksi niistä on kytketty lähteeseen vastuksen kautta R, ja toinen sarjassa kelan kanssa L jossa on rautainen ydin. Kun avain suljetaan, ensimmäinen merkkivalo vilkkuu melkein välittömästi ja toinen - huomattavalla viiveellä. Itseindusoitunut emf tämän lampun piirissä on suuri, eikä virta heti saavuta maksimiarvoaan. Itseinduktion EMF:n ilmaantuminen avaamisen yhteydessä voidaan havaita kokeessa, jossa piiri on kaaviomaisesti esitetty kuvassa 5.15. Kun avain avataan kelassa L Näytölle tulee itseinduktion EMF, joka säilyttää alkuvirran. Tämän seurauksena galvanometrin läpi kulkee avaushetkellä virta (katkoviivanuoli), joka on suunnattu alkuvirtaa vastaan ​​ennen avaamista (kiinteä nuoli). Lisäksi virran voimakkuus, kun piiri avataan, ylittää galvanometrin läpi kulkevan virran voimakkuuden, kun avain on kiinni. Tämä tarkoittaa, että itseinduktion EMF ξ. lisää emf ξ on paristot.

Itseinduktioilmiö on samanlainen kuin mekaniikan inertiailmiö. Joten inertia johtaa siihen, että voiman vaikutuksesta keho ei saavuta hetkessä tiettyä nopeutta, vaan vähitellen. Kehoa ei voi välittömästi hidastaa, vaikka jarrutusvoima olisi kuinka suuri. Samalla tavalla itseinduktion vuoksi, kun piiri on suljettu, virran voimakkuus ei heti saa tiettyä arvoa, vaan kasvaa vähitellen. Kun sammutat lähteen, emme pysäytä virtaa välittömästi. Itseinduktio ylläpitää sitä jonkin aikaa, vaikka piirin vastus on olemassa.

Lisäksi kehon nopeuden lisäämiseksi mekaniikan lakien mukaan on tehtävä työtä. Jarrutettaessa runko itse tekee positiivista työtä. Samalla tavalla virran luomiseksi on tehtävä työtä pyörteen sähkökenttää vastaan, ja kun virta katoaa, tämä kenttä itse tekee positiivista työtä.

Tämä ei ole vain pinnallinen analogia. Sillä on syvä sisäinen merkitys. Loppujen lopuksi virta on kokoelma liikkuvia varautuneita hiukkasia. Elektronien nopeuden kasvaessa niiden luoma magneettikenttä muuttuu ja muodostaa pyörresähkökentän, joka vaikuttaa itse elektroneihin ja estää niiden nopeuden välittömän kasvun ulkoisen voiman vaikutuksesta. Jarruttaessa pyörrekenttä päinvastoin pyrkii pitämään elektronin nopeuden vakiona (Lenzin sääntö). Siten elektronien inertisyys ja siten niiden massa on ainakin osittain sähkömagneettista alkuperää. Massa ei voi olla täysin sähkömagneettista, koska on sähköisesti neutraaleja hiukkasia, joilla on massa (neutronit jne.)

Induktanssi.

Virran synnyttämän magneettisen induktion moduuli B missä tahansa suljetussa piirissä on verrannollinen virran voimakkuuteen. Koska magneettivuo F on verrannollinen B:hen, niin F ~ B ~ I.

Näin ollen voidaan väittää

missä L- johtavassa piirissä olevan virran ja sen luoman magneettivuon välinen suhteellisuuskerroin, joka tunkeutuu tähän piiriin. arvo L jota kutsutaan piirin induktanssiksi tai sen itseinduktiokertoimeksi.

Käyttämällä sähkömagneettisen induktion ja lausekkeen lakia (5.7.1) saadaan yhtäläisyys:

(5.7.2)

Kaavasta (5.7.2) seuraa, että induktanssi- tämä on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin itseinduktion EMF, joka tapahtuu piirissä, kun virran voimakkuus muuttuu 1 A per 1 s.

Induktanssi, kuten sähköinen kapasitanssi, riippuu geometrisista tekijöistä: johtimen koosta ja muodosta, mutta ei suoraan johtimen virranvoimakkuudesta. Paitsi

Johtimen geometriasta riippuen induktanssi riippuu väliaineen magneettisista ominaisuuksista, jossa johtime sijaitsee.

Induktanssin SI-yksikköä kutsutaan henryksi (H). Johtimen induktanssi on 1 Gn, jos siinä, kun virran voimakkuus muuttuu 1 A per 1s Itseinduktion EMF tapahtuu 1 V:

Toinen sähkömagneettisen induktion erikoistapaus on keskinäinen induktio. Keskinäistä induktiota kutsutaan induktiivisen virran esiintymiseksi suljetussa piirissä(kela) kun muutat virran voimakkuutta viereisessä piirissä(kela). Piirit on kiinnitetty toisiinsa nähden, kuten esimerkiksi muuntajan kelat.

Kvantitatiivisesti keskinäiselle induktiolle on tunnusomaista keskinäisen induktion kerroin tai keskinäinen induktanssi.

Kuva 5.16 esittää kaksi piiriä. Kun muutat virran voimakkuutta I 1 piirissä 1 ääriviivassa 2 on induktiivinen virta I 2 .

Magneettisen induktion vuo Ф 1.2, joka syntyy ensiöpiirissä olevasta virrasta ja tunkeutuu toisen piirin rajoittamaan pintaan, on verrannollinen virranvoimakkuuteen I 1:

Suhteellisuuskerrointa L 1, 2 kutsutaan keskinäisiksi induktanssiksi. Se on samanlainen kuin induktanssi L.

Toisen piirin induktio-emf on sähkömagneettisen induktion lain mukaan yhtä suuri:

Kerroin L 1,2 määräytyy molempien piirien geometrian, niiden välisen etäisyyden, keskinäisen sijoittelun ja ympäristön magneettisten ominaisuuksien perusteella. Keskinäinen induktanssi ilmaistaan L 1,2, sekä induktanssi L, henryssä.

Jos virran voimakkuus muuttuu toisessa piirissä, ensimmäisessä piirissä tapahtuu induktio-EMF

Kun virran voimakkuus muuttuu johtimessa, syntyy viimeksi mainittuun pyörresähkökenttä. Tämä kenttä hidastaa elektroneja virran kasvaessa ja nopeuttaa niitä virran pienentyessä.

Virran magneettikentän energia.

Kun jatkuvan EMF-lähteen sisältävä piiri suljetaan, virtalähteen energia kuluu aluksi virran luomiseen, eli johtimen elektronien liikkeelle saattamiseen ja virtaan liittyvän magneettikentän muodostamiseen, ja myös osittain. johtimen sisäisen energian lisäämiseen, eli sen lämmitykseen. Kun virranvoimakkuuden vakioarvo on määritetty, lähteen energia käytetään yksinomaan lämmön vapauttamiseen. Nykyinen energia ei muutu.

Virran luomiseksi on tarpeen kuluttaa energiaa, eli on tarpeen tehdä työtä. Tämä selittyy sillä, että kun piiri suljetaan, kun virta alkaa kasvaa, johtimeen ilmestyy pyörresähkökenttä, joka vaikuttaa johtimeen virranlähteen vuoksi syntyvää sähkökenttää vastaan. Jotta virrasta tulisi yhtä suuri kuin I, virtalähteen on tehtävä työtä pyörrekentän voimia vastaan. Tämä työ lisää virran energiaa. Pyörrekenttä tekee negatiivista työtä.

Kun piiri avataan, virta katoaa ja pyörrekenttä tekee positiivista työtä. Virran varastoima energia vapautuu. Tämä havaitaan voimakkaalla kipinällä, joka syntyy, kun suuren induktanssin piiri avataan.

Voit kirjoittaa inertian ja itseinduktion välisen analogian perusteella lausekkeen induktanssin L piirin läpi kulkevalle virran I energialle.

Jos itseinduktio on analoginen inertiaan, niin induktanssilla virran muodostumisprosessissa tulisi olla sama rooli kuin massalla, kun kehon nopeutta lisätään mekaniikassa. Kehon nopeuden roolia sähködynamiikassa esittää virran voimakkuus I suureena, joka kuvaa sähkövarausten liikettä. Jos näin on, virran W m energiaa voidaan pitää suurena, joka on samanlainen kuin kehon liike-energia - mekaniikassa ja kirjoita muodossa.