1-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
3. Електромагнітне поле
УРОК 9/36
Тема. Самоіндукція. Індуктивність
Мета уроку: розширити уявлення учнів про явище електромагнітної індукції; роз’яснити сутність явища самоіндукції.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 4 хв. | 1. Явище електромагнітної індукції. 2. Закон електромагнітної індукції. 3. Правило Ленца. |
Демонстрації | 5 хв. | 1. 2. Використання самоіндукції для запалювання люмінесцентної лампи. 3. Фрагменти відеофільму “Явище самоіндукції”. |
Вивчення нового матеріалу | 24 хв. | 1. Самоіндукція. 2. ЕРС самоіндукції. 3. Індуктивність |
Закріплення вивченого матеріалу | 12 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Самоіндукція
Якщо магнітний потік через замкнутий контур змінюється, то виникає вихрове електричне поле, а внаслідок
Тому будь-яка зміна сили струму в котушці призводить до виникнення в цій же котушці ЕРС (її називають ЕРС самоіндукції 
).
O Самоіндукція – явище виникнення ЕРС індукції в провідному контурі внаслідок зміни сили струму в цьому ж контурі.
Відповідно до правила Ленца ЕРС самоіндукції протидіє зміні сили струму. Отже, самоіндукція завжди послабляє збільшення сили струму після замикання кола постійного струму. За відсутності самоіндукції сила струму миттєво зросла б до максимального значення під час замикання ключа. Але якщо в колі є котушка зі значною кількістю витків, а тим більше з феромагнітним сердечником, сила струму підвищуватиметься значно повільніше.
Отже, внаслідок явища самоіндукції замкнутий контур зі струмом володіє “інертністю”: силу струму в контурі, що містить котушку, не можна збільшити миттєво. У той же час її не можна й зменшити миттєво.
2. ЕРС самоіндукції
Як відомо учням, енергетичною характеристикою вихрового електричного поля є ЕРС індукції. Оскільки самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції, то для обчислення ЕРС самоіндукції можна застосувати формулу:
Де N – число витків.
Однак на практиці ЕРС самоіндукції пов’язують не зі швидкістю зміни магнітного потоку, а зі швидкістю зміни сили струму. Модуль вектора індукції магнітного поля, створюваного струмом, пропорційний силі струму. Оскільки магнітний потік Ф пропорційний B, то Ф ~ B ~ I.
Отже, можна стверджувати, що Ф = LI, де L – коефіцієнт пропорційності між струмом у провідному контурі й магнітному потоці, що пронизує цей контур. Величину L називають коефіцієнтом самоіндукції або індуктивністю контуру.
Якщо вважати, що форма контуру залишається незмінною й магнітний потік змінюється тільки за рахунок зміни сили струму, то для ЕРС самоіндукції одержимо:
3. Індуктивність
Струм I, що протікає через будь-який замкнутий контур, створює магнітний потік Ф, що пронизує поверхню, обмежену цим провідником. Якщо провідник нерухомий і магнітні властивості
Середовища не змінюються, магнітний потік пропорційний силі струму: Ф ~ I або Ф = LI, де L – величина, що характеризує контур (наприклад, котушку) і навколишнє його середовище (сердечник).
За такого способу введення індуктивності її фізичний зміст визначають з виразу:
O Індуктивність – це власна якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.
З останнього виразу випливає, що індуктивність чисельно дорівнює потоку магнітної індукції, яка створюється силою струму в 1 А. У системі СІ одиницею індуктивності є генрі (Гн). Ця одиниця названа на честь американського фізика Джозефа Генрі, що спостерігав уперше явище самоіндукції 1832 року, наступного року після відкриття явища електромагнітної індукції:
1 генрі – це індуктивність такого провідника, у якому струм силою в 1 А створює магнітний потік в 1 Вб.
Для розв’язання задач із використанням формули 
можна дати й інше визначення індуктивності й одиниці її виміру.
При? I = 1 А й? t = 1 c одержуємо: 
Таким чином, відповідно до збільшення індуктивності зростає й ЕРС індукції.
Індуктивність провідника дорівнює 1 Гн, якщо в ньому за зміни сили струму в 1 А за 1 с виникає ЕРС самоіндукції 1 В:
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. У який момент зазвичай іскрить рубильник: у разі замикання або розмикання кола?
2. Коли можна спостерігати явище самоіндукції в колі постійного струму?
3. Чому не можна миттєво змінити силу струму в замкнутому контурі?
Другий рівень
1. Як залежить значення модуля вектора магнітної індукції від сили струму?
2. Досліди показують, що індуктивність котушки збільшується відповідно до збільшення числа витків у котушці. Як цей факт можна пояснити?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. Чому за відриву дуги трамвая від повітряного проводу виникає іскріння?
2. Електромагніт з розімкнутим сердечником увімкнений у коло постійного струму. Під час замикання сердечника якорем відбувається короткочасне зменшення сили струму в колі. Чому?
3. Чому відімкнення від живильної мережі потужних електродвигунів здійснюють плавно й повільно за допомогою реостата?
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Надпровідну котушку індуктивністю 5 Гн замикають на джерело струму з ЕРС 20 В і дуже малим внутрішнім опором. Уважаючи, що сила струму в котушці збільшується рівномірно, визначте час, за який сила струму досягне 10 А.
Розв’язання. Сила струму в котушці збільшується поступово внаслідок явища самоіндукції. Скористаємося законом Ома для повного кола: 
де 
– повна ЕРС кола, що складається з ЕРС джерела й ЕРС самоіндукції: 
Тоді закон Ома набуває вигляду:
Оскільки 
звідки 
де? I/?t – швидкість зміни сили струму.
Струм у котушці змінюється рівномірно, тому час, за який він досягне значення 10 А, дорівнює:
Визначимо значення шуканої величини:
Відповідь: час, за який струм у котушці досягне значення 10 А, становить 2,5 с.
2. Знайдіть індуктивність провідника, у якому рівномірна зміна сили струму на 2 А упродовж 0,25 с збуджує ЕРС самоіндукції 20 мВ.
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
– Самоіндукція – явище виникнення ЕРС індукції в провідному контурі внаслідок зміни сили струму в цьому ж контурі.
– ЕРС самоіндукції:
– Індуктивність – це власна якість провідного контуру, обумовлена відношенням зміни потоку магнітної індукції, що пронизує контур, до зміни сили струму в ньому.
– Індуктивність провідника дорівнює 1 Гн, якщо в ньому в разі зміни сили струму в 1 А за 1 с виникає ЕРС самоіндукції 1 В.
Домашнє завдання
1. Підр-1: § 23 (п. 1, 2).; підр-2: § 13 (п. 1, 2).
2. Зб.:
Рів1 № 8.4; 8.5; 8.20; 8.21.
Рів2 № 8.46; 8.47; 8.48; 8.49.
Рів3 № 8.59, 8.60; 8.61; 8.62.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)