Номер 5, страница 83 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 24. Самоиндукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 5, страница 83.

5. Почему возникает ток размыкания? В каком направлении он протекает?

Почему возникает ток размыкания? В каком направлении он протекает?

Ток размыкания, также известный как экстраток размыкания, возникает в электрической цепи, содержащей индуктивность (например, катушку), в момент ее размыкания. Это явление объясняется законом электромагнитной индукции.

Причина возникновения:

1. Когда по цепи с катушкой индуктивности протекает постоянный ток, вокруг катушки создается магнитное поле. Это поле обладает энергией, и его магнитный поток пронизывает витки самой катушки.

2. В момент размыкания цепи (например, при выключении рубильника) ток от источника питания стремится мгновенно прекратиться. Это приводит к очень быстрому изменению (уменьшению) магнитного потока, пронизывающего катушку.

3. Согласно явлению самоиндукции, любое изменение магнитного потока в контуре приводит к возникновению в нем электродвижущей силы (ЭДС). Эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции и определяется формулой: $ \mathcal{E}_{si} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t} $ где $ L $ – индуктивность катушки, а $ \frac{\Delta I}{\Delta t} $ – скорость изменения силы тока.

4. Поскольку при размыкании ток падает очень быстро, величина $ \frac{\Delta I}{\Delta t} $ становится очень большой. В результате в катушке возникает значительная по величине ЭДС самоиндукции, которая может во много раз превышать ЭДС источника питания в цепи.

5. Эта индуцированная ЭДС и создает кратковременный ток, называемый током размыкания. Именно он является причиной возникновения сильной электрической дуги между контактами выключателя в момент их расхождения.

Направление тока:

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

В случае размыкания цепи, причиной возникновения индукционного тока является уменьшение исходного тока и, следовательно, уменьшение магнитного потока. Чтобы противодействовать этому уменьшению, индуцированный ток (ток размыкания) должен создать магнитный поток, направленный в ту же сторону, что и исходный. Для этого он должен протекать в том же направлении, что и ток в цепи до ее размыкания. Таким образом, ток размыкания как бы "поддерживает" исчезающий ток.

Ответ: Ток размыкания возникает из-за явления электромагнитной самоиндукции в момент резкого уменьшения тока в цепи с индуктивностью. Возникающая при этом большая ЭДС самоиндукции создает этот ток. Согласно правилу Ленца, ток размыкания протекает в том же направлении, что и ток в цепи до ее размыкания, так как он препятствует уменьшению магнитного потока.