Модул 2: Самоиндукция. Индуктивност. Енергия на магнитно поле

Самоподготовка по Физика
за кандидат-студенти и матура

Профилирана подготовка – Модул 2, Тема 6: Явления, свързани с намотка с ток (бобина). Енергия на магнитно поле

Преговор от общообразователна подготовка (ООП)

Преговор за кондензатори (ООП)

Съдържание на темата:

Самоиндукция
Вижте подточките
Индуктивност на намотка с ток
Вижте подточките
Енергия на магнитно поле
Вижте подточките
- Енергия на зареден кондензатор
- Енергия на магнитно поле

Тестови задачи от изпити:

Софийски университетМатура

Теория

I. Самоиндукция:

Определение – Явлението, при което промяната на тока в един проводник индуцира ЕДН в същия проводник, се нарича самоиндукция.
Обяснение на самоиндукцията – На Фиг. 1 е показана намотка L, която е включена в източник с напрежение ε и променливо съпротивление R (t), т.е. потенциометър с плъзгач. Когато съпротивлението R (t) се намалява, токът I (t) във веригата расте и в намотката се създава магнитно поле B и магнитен поток Ф, който също се променя с времето. Така в намотката се самоиндуцира ЕДН, което съгласно правилото на Ленц се противопоставя на нарастването на тока I (t), т.е. индуцираният ток е насочен в противоположна посока и препятства нарастването на I (t). Така намотката се разглежда като източник на ЕДН с положителен полюс, който е свързан с положителния полюс на външния източник. Такъв „насрещно“ свързан източник намалява общия ток, т.е. токът на веригата намалява (когато съпротивлението R (t) расте, токът I (t) намалява, индуцираният ток ще има същата посока както I (t) и се стреми да компенсира това намаление, т.е. да поддържа първоначалния ток).
Закон на Фарадей при самоиндукция – Самоиндукцията също се описва от закона на Фарадей (формула 4). Знаем, че магнитният поток Ф зависи пропорционално от индукцията В на магнитното поле, но В зависи пропорционално от тока I, създавящ магнитното поле. От закона на Фарадей (формула 4) следва, че самоиндуцираното ЕДН зависи пропорционално от скоростта , с която се променя токът I (t), т.е.:
(1): ε_инд = – L .

Бележка:
Знакът „минус” се обуславя от правилото на Ленц и показва, че индуцираното напрежение ε се противопоставя на промяната на тока.

II. Индуктивност на намотка с ток:

Определение за индуктивност L – Във формула (1) участва коефициент на пропорционалност L. Той е основен параметър на всяка намотка (бобина), който отразява свойството ѝ да създава магнитно поле при протичане на електричен ток и да му се противопоставя при промяна на тока. Така показахме, че индуктивността на бобина L е физична величина, която характеризира способността на бобината да създава електродвижещо напрежение (ЕДН) при промяна на тока, протичащ през нея.
Фактори, влияещи на индуктивността L – Индуктивността зависи от:
- напречното сечение, формата (токова рамка, соленоид и др.), размерите;
- броя на навивките – при повече навивки имаме по-висока индуктивност;
- магнитната проницаемост на средата. Индуктивността нараства, ако в намотката се постави сърцевина с голяма магнитна проницаемост.
Връзка между магнитен поток Ф и индуктивност L – Знаем, че Магнитният поток Ф през намотката е правопропорционален на магнитната индукцията В на полето в намотката (формула 1 или 2), а индукцията В е правопропорционална на тока през нея (формула 3). Следователно между потока Ф, индуктивността L и тока I съществува зависимостта (в случай, че магнитната проницаемост на средата не зависи от магнитното поле, т.е. μ = const):
(2): Ф = L.I.
Какво означава голяма индуктивност – При по-голяма индуктивност на бобина:
- по-бавно се променя токът през нея;
- по-силно магнитно поле създава тя при даден ток.
Мерна единица – В системата SI мерната единица за индуктивност се нарича хенри [H] и се получава от формула (2):
(3): 1 H = .

III. Енергия на магнитно поле:

Енергия на зареден кондензатор – От електростатиката знаем, че енергията W_E на електричното поле на зареден кондензатор се задава с формула (15).
Енергия на магнитно поле – Магнитните полета също притежават енергия. По определение енергията W_L на магнитното поле на тока е равна на работата, която трябва да извърши източникът на ток, за да нарасне тока от 0 до I и формулата е:
(3): W_L = , където L е индуктивността на проводника.

Върни се нагоре Начало Предходен Следващ

Вижте още

Самоподготовка

Предстоят ви изпити или матура по Математика или Физика, но не сте убедени, че сами ще се справите. Учебен център „СОЛЕМА“ ви предоставя следните програми и тестове към тях:

МАТЕМАТИКА

Кандидат-студенти

Матура

10 клас

7 клас

ФИЗИКА

Кандидат-студенти

Матура