Розрахунок енергії магнітного поля.

Енергія магнітного поля струму.

Застосування і врахування самоіндукції в техніці.

Розглянемо дослід, у якому розмикають коло дросельної котушки із осердям. Один із Проводів залишається приєднаним до клеми котушки, а другим торкаємося до іншої клеми.

У момент розмикання помітне проскакування іскри, що може перейти и дуговий розряд невеликої інтенсивності, супроводжуваний тріском. Студенти знають, що іскра виникає під час високої напруги, й, отже, ще раз можуть переконатися, що під час розмикання кола створюється значна ЕРС самоіндукції.

Важливо зазначити, що особливо сильний розряд може виникати під час розмикання кіл (велика швидкість зміни струму), що містять котушки зі стальними осердями — електромагніти, двигуни, трансформатори.

Спостереження розрядів, які виникають під час розмикання кіл, можутьбути використані для обґрунтування необхідності спеціальних масляних вимикачів, у яких запобігається небезпечний наслідок ЕРС самоіндукції — дуговий розряд. Це особливо важливо під час вимикання кіл електропостачання заводів із великою кількістю електродвигунів, трамвайної мережі, промислових районів і т. д.

На закінчення лекції необхідно показати застосування явища самоіндукції в сучасній люмінесцентній лампі. У цій лампі знайшли застосування багато явищ, досліджуваних в курсі фізики, й тому її розгляд дозволить розв'язати низку педагогічних задач: повторити й поглибити раніше вивчений матеріал, причому в новій ситуації; підготувати вивчення нових питань; показати застосування в техніці одночасно кількох явищ, які використовуються в одному пристрої.

У досліді з лампочкою під час розмикання вимикача вона на мить спалахує яскравим білим світлом. Звідки ж береться енергія, що поглинається лампочкою в момент її спалаху й перетворюється в ній на тепло та світло? Адже спалах відбувається тоді, коли вимикач уже розімкнуто. Отже, енергія не може братися від акумулятора. Спалах у лампочці відбувається під час зникнення струму в котушці, тобто під час зникнення магнітного поля цієї котушки. Таким чином, ми доходимо висновку, що енергія, яка поглинається лампочкою в момент розмикання вимикача, була раніше запасена у вигляді енергії магнітного поля котушки.

Таким чином, описане вище явище самоіндукції наочно показує, що магнітне поле мас запас енергії. Ця енергія витрачається на створення магнітного поля, і її можна дістати назад під час зникнення поля.

Отже, створення електричного струму в колі веде до утворення магнітного поля. Для створення електричного струму, а отже, його магнітного поля, необхідно виконати роботу проти сил вихрового електричного поля. Ця робота (згідно із законом збереження енергії) дорівнює енергії електричного струму, або енергії магнітного поля струму.

	Під час замикання кола з котушкою струм, поступово наростаючи, через якийсь час набуває значення І	Автомобіль, рушаючи з місця і поступово набираючи швидкості, через якийсь час набуває швидкості V
	Для того щоб струм у колі з індуктивністю під час його замиканим досяг деякого значення, необхідно виконати роботу	Для того щоб автомобіль розігнати до деякої швидкості, необхідно виконати роботу
	Наростання струму І тим повільніше, чим більше (за інших однакових умов) індуктивність L	Наростання швидкості V тим повільніше, чим більше (за інших однакових умов) маса т

Часткова подібність між процесом виявлення струму в котушці індуктивності й розгоном автомобіля дозволяє припустити, що величини роботи з розгону автомобіля і з виявлення струму виражаються аналогічними співвідношеннями.

Механічна робота з розгону автомобіля дорівнює .

Цю величину можна взяти як модель для виявлення сили струму в котушці індуктивності. Співвідношення між I і v, L і m дозволяє перетворити на .

Отже, енергія магнітного поля струму визначається виразом: .

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?

Задачі:

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

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

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

4.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?

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

6.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.)

7.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.)

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

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

10. 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.)

11. 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.)

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

13. 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:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Одиниця індуктивності.	\|	У професійній діяльності

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.