• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

ЕНЕРГІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПРОВІДНИКА ЗІ СТРУМОМ

Явище самоіндукції підтверджує дію закону збереження і перетворення енергії в електромагнітних явищах. Унаслідок явища самоіндукції при замиканні електричного кола з'являється ЕРС самоіндукції яка за правилом Ленца мала б компенсувати ЕРС джерела струму і, тим самим, унеможливити встановлення струму певного значення в електричному колі. Насправді такого не спостерігається. Хоча й протягом певного часу, але в колі врешті-решт встановлюється струм, значення якого визначається лише законом Ома для повного кола:

де І—сила струму; — ЕРС джерела струму; (R + г) — повний опір електричного кола.

За умови, що сила струму в колі не змінюється, ЕРС самоіндукції дорівнює нулю. Такий стан в електричному колі встановлюється тому, що за рахунок енергії джерела струму виконується робота з коменсації ЕРС самоіндукції. Це аналогічно випадку, коли для надання нерухомому тілу масоют певної швидкості v потрібно виконати певну роботу з подолання інерції:

· Явище самоіндукції підпорядко ване закону збереження енергії

· ЕРС самоіндукції компенсується за рахунок ЕРС джерела струму

· ЕРС самоіндукції залежить від індуктивності провідника і швидкості зміни сили струму в ньому

Робота джерела струму, за законом збереження і перетворення енергії, виконується не безслідно. У котушці зі струмом чи навколо будь-якого провідника виявимо магнітне поле. Будь-які зміни сили струму в котушці викличуть появу ЕРС індукції і приведуть до виконання роботи джерелом струму. Ця робота змінить енергію магнітного поля котушки чи провідника довільної форми.

· Отже, магнітне поле провідника зі струмом має енергію, яка дорівнює роботі джерела струму впродовж встановлення стабільного значення сили струму в колі.

Нехай котушка індуктивності L увімкнена в електричне коло із джерела струму GB і вимикача S (мал.1.30).

Довжина з'єднувальних провідників невелика, тому їх індуктивністю можна знехтувати.

У момент замикання електричного кола з'являється ЕРС самоіндукції, яка дорівнює

Для компенсації цієї ЕРС джерело струму виконує роботу з переміщення заряджених частинок, загальний заряд яких дорівнює q. За визначенням, ця робота дорівнює

або

При цьому сила струму в колі змінюється від нуля до І_mах.

За означенням

Однак при замиканні кола струм не має сталого значення. Для спрощення вважатимемо, що сила струму для розрахунку значення заряду лінійно змінюється з плином часу. Тоді візьмемо значення сили струму . Отже,

Зміна сили струму ΔI за інтервал часу Δt дорівнюватиме I_mах:

Робота, виконана джерелом струму, дорівнюватиме енергії магнітного поля котушки зі струмом. Отже,

Врахувавши, що І_max = I_o, одержимо

Робота в електричному колі при електромагнітній індукції

Енергія магнітного поля залежить від індуктивності провідника і сили струму в ньому

Енергія магнітного поля котушки зі струмом пропорційна індуктивності котушки і квадрату сили струму в ній.

Висновок справедливий для будь-якого провідника зі струмом, крім біфілярного.

За рахунок енергії магнітного поля виникає ЕРС самоіндукції при розмиканні кола (див. §9). Струм у колі котушки і лампочки, ввімкненої паралельно котушці, деякий час проходить, хоча джерело струму від'єднане.

Маса — в механіці, індуктивність — в електродинаміці

Порівняння формул для енергії магнітного поля і енергії рухомого тіла дає змогу дійти висновку, що індуктивність в електричному колі є аналогом маси у механічних взаємодіях, виступає «інерційним» елементом у колі і визначає швидкість зміни сили струму.

ЗАПИТАННЯ

1. Як проявляється явище самоіндукції при замиканні електричного кола?

2. У чому проявляється явище самоіндукції при розмиканні електричного кола?

3. Як впливає індуктивність кола на перебіг самоіндукції?

4. Як пояснюють явище самоіндукції?

5. Яка роль джерела струму в колі у момент прояву явища самоіндукції?

6. Від чого залежить ЕРС самоіндукції?

7. Дайте означення одиниці індуктивності в СІ.

8. Від яких величин залежить енергія магнітного поля провідника зі струмом?

9. Які перетворення енергії відбуваються під час замикання електричного кола з індуктивністю?

10. Які перетворення енергії відбуваються під час розмикання електричного кола з індуктивністю?

11. Яка механічна величина аналогічна, індуктивності провідника?

12. Чим пояснюють появу дільника «2» у формулі енергії магнітного поля електричного струму?

Задачі:

1. Чому під час відривання дуги трамвая від повітряного проводу виникає іскріння?

2. Електромагніт із розімкнутим осердям ввімкнений у коло постійного струму. Під час замикання осердя якорем відбувається короткочасне зменшення сили струму в колі. Чому?

3. Чому під час розмикання кола живлення трансформатора чи електродвигуна може виникнути сильна іскра?

4. Автомобільна котушка запалювання живиться через переривник від бортової мережі 12 В. Чому під час руху автомобіля напруга між контактами переривника може перевищувати 300 В?

5. Визначте швидкість зміни струму в котушці з індуктивністю 100 мГн, якщо в ній виникла ЕРС самоіндукції 80 В.

6. У котушці опором 5 Ом тече струм 17 А. Індуктивність котушки 50мГн. Якою буде напруга на затискачах котушки, якщо струм у ній рівномір­но зростає зі швидкістю 1000 А/с?

7. Чому дорівнює індуктивність контуру, якщо за сили струму 6 А його пронизує магнітний потік 0,3 мВб? (36: № 3.8. Відповідь: 50 мкГн.)

8. Чому дорівнює ЕРС самоіндукції, яка виникає в котушці з індуктивністю 20 мГн під час рівномірної зміни сили струму на 15 А за 1 с? (36: № 3.9. Відповідь: 0,3 В.)

9. Чому дорівнює індуктивність контуру, якщо під час рівномірної зміни сили струму на 5 А за 50 мс у цьому контурі створюється ЕРС 10 В? (36: №3.11. Відповідь: 100 мГн.)

10. Котушка індуктивністю 1 Гн вмикається на напругу 20 В. Визначте час, за який сила струму в ній досягає 30 А. (Відповідь: 1,5 с.) ,

11. Індуктивність контуру 0,05 Гн. Чому дорівнює магнітний потік, що пронизує контур, якщо сила струму в ньому 8 А? (Відповідь: 0,4 Вб.)

12. Котушка опором 50 Ом та індуктивністю 10^-3 Гн перебуває в магнітному полі. Під час рівномірної зміни магнітного поля потік через котушку зріс на 10³ Вб і струм у котушці збільшився на 0,1 А. Який заряд пройшов за цей час по котушці? (Відповідь: 0,18 ∙ 10 ⁴ Кл.)

13. Котушка із залізним осердям перерізом 20 см² має індуктивність 0,02 Гн. Якою повинна бути сила струму в котушці, щоб індукція маг­нітного поля в осерді була 1 мТл, якщо котушка має 1000 витків? (Від­повідь: 0,1 А.)

14. По котушці тече струм 10 А. За якої індуктивності котушки енергія її магнітного поля буде дорівнювати 6 Дж? (Відповідь: 0,12 Гн.)

15. Зі зміною сили струму в котушці, індуктивність якої дорівнює 0,11 Гн, у 5,13 разу енергія магнітного поля змінилася на 16,2 Дж. Знайдіть по­чаткові значення енергії та сили струму. (Відповідь: 0,64 Дж; 3,41 А.)

Читайте також:

1. Аналіз умов ураження людини електричним струмом.
2. Аналогія величин і рівнянь поступального і обертального руху. Кінетична енергія обертання тіла
3. Апаратура методу природного магнітного поля
4. Апаратура ядерно-магнітного каротажу
5. БІОЛОГІЧНА ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ
6. Важливим параметром конденсаторів є пробивна напруга конденсатора. Чим вона більша, тим надійніший конденсатор, тим більша енергія може сконцентруватись на ньому.
7. Види ураження електричним струмом
8. Види ураження людини електричним струмом
9. Визначення магнітного кола
10. Власна енергія зарядів.
11. Внутрішня енергія реального газу
12. Внутрішня енергія реального газу

Переглядів: 6302