Номер 2, страница 371 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Как определяется единица индуктивности?

1. Что называется индуктивностью?
Индуктивность — это физическая величина, являющаяся мерой способности проводящего контура создавать пронизывающий его магнитный поток при протекании электрического тока. Магнитный поток $Φ$, создаваемый током $\text{I}$ в контуре, прямо пропорционален этому току. Коэффициент пропорциональности между ними и есть индуктивность $\text{L}$. Математически это выражается формулой $Φ = L \cdot I$. Таким образом, индуктивность можно определить как отношение магнитного потока, пронизывающего контур, к силе тока в этом контуре: $L = \frac{Φ}{I}$. Индуктивность зависит от геометрических размеров и формы контура, а также от магнитных свойств окружающей среды (магнитной проницаемости). Единицей измерения индуктивности в системе СИ является Генри (Гн).

Ответ: Индуктивность – это физическая величина, характеризующая способность проводника (контура) создавать магнитное поле при протекании через него электрического тока и равная отношению создаваемого магнитного потока к силе тока.

2. Как определяется единица индуктивности?
Единица индуктивности в Международной системе единиц (СИ) — Генри (Гн), названная в честь американского ученого Джозефа Генри. Определение единицы индуктивности вытекает из явления самоиндукции. Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС самоиндукции $ε_{si}$, возникающая в контуре при изменении силы тока $\text{I}$, определяется выражением: $ε_{si} = -L \frac{ΔI}{Δt}$, где $\text{L}$ — индуктивность, а $\frac{ΔI}{Δt}$ — скорость изменения тока. Из этой формулы следует, что индуктивность контура равна 1 Генри, если при изменении силы тока в нем со скоростью 1 Ампер в секунду ($1 \text{ А/с}$) возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 Вольту ($1 \text{ В}$). Таким образом, $1 \text{ Гн} = \frac{1 \text{ В}}{1 \text{ А/с}} = 1 \text{ В} \cdot \text{с} / \text{А}$. Также 1 Генри можно определить через магнитный поток: это индуктивность такого контура, в котором при силе тока 1 Ампер создается магнитный поток, равный 1 Веберу ($1 \text{ Вб}$), т.е. $1 \text{ Гн} = 1 \text{ Вб} / \text{А}$.

Ответ: Единица индуктивности, Генри (Гн), определяется как индуктивность такого контура, в котором при изменении силы тока на 1 Ампер за 1 секунду возникает ЭДС самоиндукции, равная 1 Вольту.

3. Что такое самоиндукция?
Самоиндукция — это частный случай явления электромагнитной индукции, заключающийся в возникновении индукционного тока (и, соответственно, ЭДС индукции) в электрической цепи в результате изменения силы тока, протекающего в этой же цепи. Любое изменение тока в контуре приводит к изменению магнитного потока, который этот ток создает и который пронизывает сам контур. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС индукции. Эту ЭДС, возникающую в самом контуре, называют ЭДС самоиндукции $ε_{si}$. Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока в цепи: $ε_{si} = -L \frac{ΔI}{Δt}$, где $\text{L}$ — индуктивность цепи. Знак "минус" в формуле отражает правило Ленца: индукционный ток самоиндукции всегда направлен так, чтобы противодействовать изменению основного тока. Если ток в цепи возрастает, ЭДС самоиндукции направлена против тока, замедляя его рост. Если ток убывает, ЭДС самоиндукции направлена так, чтобы поддержать ток, замедляя его убывание. Из-за этого свойства индуктивность иногда называют "электрической инерцией".

Ответ: Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре в результате изменения силы тока в этом же контуре.

4. В каких опытах обнаруживается явление самоиндукции?
Явление самоиндукции можно наглядно продемонстрировать в нескольких опытах с электрическими цепями, содержащими элемент с большой индуктивностью — катушку (индуктор), особенно с железным сердечником.
Первый опыт — замыкание цепи. Собирают две параллельные ветви цепи: в одной — лампа накаливания и реостат, в другой — такая же лампа и катушка индуктивности. Сопротивления ветвей с помощью реостата делают одинаковыми. При замыкании ключа лампа в ветви с реостатом загорается практически мгновенно, а лампа в ветви с катушкой — с заметным опозданием, разгораясь постепенно. Это происходит потому, что при нарастании тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, которая, согласно правилу Ленца, препятствует этому нарастанию.
Второй опыт — размыкание цепи. Собирают цепь из источника тока, выключателя, катушки индуктивности с большой индуктивностью. Параллельно катушке подключают неоновую или обычную лампу накаливания. При замыкании цепи ток течет через катушку. Если напряжение источника невелико, лампа может не гореть. При размыкании цепи ток в катушке резко прекращается. Это быстрое изменение тока ($\frac{ΔI}{Δt}$ очень велико) создает в катушке значительную ЭДС самоиндукции ($ε_{si} = -L \frac{ΔI}{Δt}$), которая может во много раз превышать напряжение источника. Эта ЭДС вызывает кратковременный ток через лампу, что приводит к ее яркой вспышке. Если лампы нет, то между контактами ключа проскакивает искра.

Ответ: Явление самоиндукции обнаруживается в опытах с электрическими цепями, содержащими катушку индуктивности. Например, при размыкании цепи с катушкой наблюдается яркая вспышка параллельно подключенной лампы, а при замыкании — постепенное нарастание тока в цепи.