Номер 4, страница 371 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. В каких опытах обнаруживается явление самоиндукции?

3. Что такое самоиндукция?

Самоиндукция — это явление возникновения электродвижущей силы (ЭДС) индукции в проводящем контуре при изменении силы протекающего через этот контур электрического тока.

При изменении тока в контуре изменяется создаваемое им собственное магнитное поле. Это, в свою очередь, приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего данный контур. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока вызывает появление в контуре ЭДС, которую в данном случае называют ЭДС самоиндукции.

Согласно правилу Ленца, ЭДС самоиндукции всегда препятствует изменению тока, вызвавшего её. Если ток в цепи возрастает, ЭДС самоиндукции создает индукционный ток, направленный против основного тока. Если же основной ток убывает, индукционный ток будет сонаправлен с ним, стремясь поддержать его. Таким образом, самоиндукция придает цепи своего рода «электрическую инертность».

Магнитный поток $\Phi$, пронизывающий контур, прямо пропорционален силе тока $\text{I}$ в нём: $\Phi = LI$. Коэффициент пропорциональности $\text{L}$ называется индуктивностью или коэффициентом самоиндукции контура. ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_{si}$ выражается формулой:

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

Знак «минус» в формуле как раз и отражает правило Ленца.

Ответ: Самоиндукция — это возникновение ЭДС в проводящем контуре вследствие изменения силы тока в этом же контуре. Она проявляется как противодействие любым изменениям тока в цепи, подобно инерции в механике.

4. В каких опытах обнаруживается явление самоиндукции?

Явление самоиндукции можно наблюдать в экспериментах, где происходит изменение силы тока в электрической цепи, содержащей элемент со значительной индуктивностью, например, катушку.

Опыт при замыкании цепи. Собирают цепь из источника тока, ключа и двух параллельных ветвей. В одной ветви — лампа накаливания и резистор, в другой — такая же лампа и катушка индуктивности. При замыкании ключа лампа в ветви с резистором загорается почти мгновенно, а лампа в ветви с катушкой — с заметной задержкой. Задержка объясняется тем, что нарастающий ток в катушке создает ЭДС самоиндукции, которая замедляет его рост.

Опыт при размыкании цепи. Собирают цепь из источника тока, катушки большой индуктивности и ключа. Параллельно катушке подключают неоновую лампу, для зажигания которой требуется высокое напряжение. При размыкании цепи ток через катушку резко падает до нуля. Быстрое изменение магнитного потока порождает значительную ЭДС самоиндукции, которая может во много раз превышать ЭДС источника питания. Этой ЭДС оказывается достаточно, чтобы на мгновение зажечь неоновую лампу. Также при размыкании часто наблюдается искра между контактами ключа.

Ответ: Явление самоиндукции обнаруживается в опытах при замыкании и размыкании электрической цепи, содержащей катушку индуктивности. Например, при замыкании такой цепи ток устанавливается не мгновенно, а при размыкании возникает большая ЭДС, способная вызвать искру или зажечь неоновую лампу.

5. От чего зависит ЭДС самоиндукции?

Величина ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_{si}$ определяется по формуле, вытекающей из закона электромагнитной индукции:

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

Из данной формулы следует, что ЭДС самоиндукции зависит от двух основных факторов:

1. Индуктивность ($\text{L}$) контура. Это коэффициент, характеризующий меру "инертности" контура по отношению к изменению тока. Индуктивность зависит от геометрических параметров контура (размеров, формы, числа витков в катушке) и от магнитных свойств сердечника, если он есть. Чем больше индуктивность, тем больше возникающая ЭДС самоиндукции при одинаковой скорости изменения тока.

2. Скорость изменения силы тока ($\frac{dI}{dt}$) в контуре. Эта величина показывает, как быстро меняется ток во времени. Чем резче (быстрее) изменяется ток, тем больше по модулю будет ЭДС самоиндукции. Если ток в цепи постоянен (не изменяется со временем), то его скорость изменения равна нулю, и ЭДС самоиндукции также равна нулю.

Ответ: ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности контура и скорости изменения силы тока в этом контуре.