Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1
Электростатическая защита - помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля. Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так (явление электрической индукции), что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.
2 10/2.Явление самоиндукции. Индуктивность. Индуктивность длинного соленоида. ЭДС самоиндукции.
1 вариант
Самоиндукция. Индуктивность
Если в контуре течёт переменный ток, то в этом контуре возникает ЭДС индукции, т.к. ток создаёт через контур переменный магнитный поток, величина которого изменяется в соответствии с изменениями тока. Возникающая ЭДС создаёт дополнительный ток в контуре. Это явление называется самоиндукцией, а дополнительные токи – экстратоками самоиндукции. Индукция магнитного поля пропорциональна току, следовательно, величина магнитного потока через контур также пропорциональна току: Φ = L∙I (3.12), где L – коэффициент самоиндукции или индуктивность контура, зависящая от формы и размеров, а также от свойств окружающей среды. Применяя к явлению индукции закон электромагнитной индукции Фарадея, получим:
e = - ΔΦ/Δt = - L∙ΔI/Δt (3.13)
ЭДС самоиндукции, возникающая в контуре при изменении тока в нём, прямо пропорциональна скорости этого тока. Индуктивность контура численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в нём при изменении тока на единицу за единицу времени.
Индуктивность можно сравнить с массой тела, т.к., чем больше индуктивность, тем труднее изменить силу тока в контуре. Индуктивность измеряется в генри – Н, Гн.
1 Гн – это индуктивность такого контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 вольт при изменении тока в нём на 1 ампер за 1 секунду.
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности, источника питания и выключателя. Изменение тока через катушку индуктивности после включения в момент времени t1 будет выглядеть следующим образом:
Если теперь выключить ток, то ЭДС самоиндукции пытается сохранить его, т.е. препятствует его уменьшению.
При отключении выключателя в момент времени t2 ток и магнитный поток уменьшаются до 0. Изменение тока вызывает в катушке ЭДС самоиндукции eL, которая препятствует уменьшению тока через контур, поэтому ток уменьшается не мгновенно, а по экспоненте, как показано на рисунке. Скорость изменения тока зависит от индуктивности контура и его активного сопротивления. Их отношение определяет постоянную времени:
τ = L/R, где
τ – постоянная времени контура в секундах;
L – индуктивность контура (Гн);
R – сопротивление контура (Ом).
Во время разрыва контакта переключателя напряжение между его контактами
U + eL, которое может во много раз превышать напряжение источника питания.
Поэтому между контактами переключателя может возникать электрическая дуга, ионизирующая воздух и позволяющая после размыкания контактов протекать току ещё некоторое время. Искрение или образование дуги разрушает контакты, поэтому в большинстве случаев механические контакты снабжаются пружинами для ускорения их размыкания.
Явление самоиндукции. Индуктивность.
Как было показано ранее, любое переменное магнитное создает вихревое электрическое поле. Если в некоторой цепи (рис. 523)
рис. 523
изменяется электрический ток, то этот ток создает изменяющееся магнитное поле B, которое приводит к появлению вихревого электрического поля E. Причем это поле появляется во всех точках пространства, где изменяется поле магнитное, в том числе и проводниках, образующих электрическую цепь. Таким образом, изменяющийся ток посредством переменного магнитного поля оказывает воздействие на себя самого. Явление возникновения ЭДС в цепи вследствие изменения силы тока в этой же цепи называется самоиндукцией. Это явление является частным случаем электромагнитной индукции, поэтому формула для ЭДС самоиндукции остается прежней
где Ф − магнитный поток поля, создаваемого током в контуре. В соответствии с правилом Ленца возможный индукционный ток препятствует изменению магнитного потока через контур. Поэтому ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в цепи. Так если ток в цепи возрастает, то возрастает и магнитный поток, поэтому направление индукционного тока противоположно исходному току. При уменьшении силы тока в цепи, ЭДС индукции поддерживает затухающий ток.
Задание для самостоятельной работы.
1. Используя правила для определения направления индукции поля и направления индуцированного электрического поля, определите направления векторов этих полей в случаях включения и выключения тока в схеме на рис. 523.
Фигурирующий в формуле (1) магнитный поток всегда пропорционален силе тока в цепи I, так он является потоком поля, созданного этим током
коэффициент пропорциональности в этом выражении называется индуктивностью цепи. Используя это выражение для магнитного потока и закон электромагнитной индукции легко получить формулу для ЭДС самоиндукции, возникающей в цепи при изменении электрического тока
Величина индуктивности полностью определяется геометрическими размерами и формой цепи и магнитными свойствами среды, в которой расположена цепь. Часто индуктивность относят не ко всей цепи, а к некоторым ее элементам. Следует подчеркнуть, что любая электрическая цепь, любой ее элемент обладает индуктивностью. Однако во многих случаях явление самоиндукции оказывает настолько слабое влияние на ток в цепи, что часто им пренебрегают. Понятно, что это явление полностью отсутствует в цепях постоянного тока, когда токи и созданные ими магнитные поля не изменяются. В таких цепях явления самоиндукции могут играть заметную роль только в моменты включения и выключения тока, когда поля могут изменяться достаточно резко и приводить к появлению сильных индукционных токов.
Индуктивность является важной характеристикой элементов цепи, поэтому в Международной системе единиц СИ введена специальная единица измерения Генри (сокращенно Гн), названная в честь американского физика Джозефа Генри (1797 − 1878). Индуктивностью в 1 Генри обладает электрическая цепь (или элемент цепи), в которой при изменении тока на 1 Ампер за 1 секунду возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 Вольту.
Наибольшей индуктивностью обладают катушки (соленоиды) с большим числом витков. В такой катушке ЭДС индукции возникает в каждом витке, поэтому ее суммарное значение может быть очень заметным. Рассчитаем индуктивность длинной цилиндрической катушки (соленоида) длиной l, содержащей N проволочных витков, плотно намотанных на сердечник радиуса r, изготовленный из материала с магнитной проницаемостью μ (рис. 524).