Номер 4, страница 83 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 24. Самоиндукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 4, страница 83.

4. Почему при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно?

Почему при замыкании цепи сила тока в ней не нарастает мгновенно?

При замыкании электрической цепи, особенно содержащей катушку индуктивности, сила тока в ней не может возрасти мгновенно. Это явление объясняется электромагнитной самоиндукцией.

Процесс можно описать пошагово:

1. В момент замыкания цепи по ней начинает течь электрический ток от источника питания.
2. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Поскольку сила тока увеличивается от нуля, то и индукция создаваемого магнитного поля также нарастает.
3. Это нарастающее магнитное поле создает изменяющийся во времени магнитный поток, который пронизывает контур самой цепи.
4. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока через замкнутый контур порождает в этом контуре электродвижущую силу (ЭДС). Этот процесс возникновения ЭДС в цепи при изменении силы тока в ней же называется самоиндукцией, а возникающая ЭДС — ЭДС самоиндукции ($\mathcal{E}_{si}$).
5. В соответствии с правилом Ленца, индукционный ток, создаваемый ЭДС самоиндукции, всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. В данном случае причиной является нарастание силы тока. Следовательно, ЭДС самоиндукции будет направлена против ЭДС источника питания и будет препятствовать нарастанию тока.

Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности цепи $L$ и скорости изменения силы тока $\frac{dI}{dt}$:

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

Знак «минус» в формуле как раз и выражает правило Ленца — противодействие изменению. Таким образом, ЭДС самоиндукции действует как временное "сопротивление" нарастанию тока, из-за чего сила тока увеличивается плавно, а не мгновенно достигает своего максимального значения, определяемого законом Ома.

Ответ:

Сила тока в цепи при замыкании не нарастает мгновенно из-за явления электромагнитной самоиндукции. Нарастающий ток создает переменное магнитное поле, которое индуцирует в этой же цепи ЭДС самоиндукции. Согласно правилу Ленца, эта ЭДС направлена против основного тока, препятствуя его росту. В результате сила тока увеличивается постепенно.