Номер 3, страница 371 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Что такое самоиндукция?

3. Самоиндукция — это явление возникновения электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре при изменении силы тока, протекающего через этот же контур. Эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции.

Рассмотрим механизм этого явления по шагам:

1. Любой электрический ток $\text{I}$, протекающий по проводнику (контуру), создает вокруг себя магнитное поле. Магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий этот контур, прямо пропорционален силе тока, который его создал.

$ \Phi = LI $

Здесь $\text{L}$ — коэффициент пропорциональности, который называется индуктивностью контура (или коэффициентом самоиндукции). Индуктивность зависит от геометрических размеров, формы контура и магнитных свойств среды, в которой он находится. Единица измерения индуктивности в системе СИ — Генри (Гн).

2. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при любом изменении магнитного потока $ \Phi $ через поверхность, ограниченную контуром, в этом контуре возникает ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $, равная скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус:

$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt} $

3. Если изменение магнитного потока вызвано изменением силы тока в самом контуре, то возникающую ЭДС называют ЭДС самоиндукции ($ \mathcal{E}_{si} $). Подставив выражение для магнитного потока в закон Фарадея, получим формулу для ЭДС самоиндукции:

$ \mathcal{E}_{si} = - \frac{d(LI)}{dt} $

Если индуктивность контура $\text{L}$ постоянна, ее можно вынести за знак производной:

$ \mathcal{E}_{si} = -L \frac{dI}{dt} $

Эта формула показывает, что ЭДС самоиндукции пропорциональна индуктивности контура и скорости изменения силы тока в нем.

Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца: возникающий при самоиндукции индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать изменению силы тока, которое его вызвало. Например, если ток в цепи увеличивается ($ \frac{dI}{dt} > 0 $), то ЭДС самоиндукции направлена против основного тока, препятствуя его нарастанию. И наоборот, если ток в цепи уменьшается ($ \frac{dI}{dt} < 0 $), то ЭДС самоиндукции направлена так же, как и основной ток, поддерживая его и замедляя его убывание.

Таким образом, самоиндукция проявляется как своего рода «инертность» электрической цепи по отношению к изменениям тока. Элемент цепи, обладающий значительной индуктивностью (например, катушка), называется индуктором.

Ответ: Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре вследствие изменения силы тока в этом же контуре. ЭДС самоиндукции $ \mathcal{E}_{si} $ определяется формулой $ \mathcal{E}_{si} = -L \frac{dI}{dt} $ и всегда препятствует изменению тока в цепи.