Номер 2, страница 200 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 35. Самоиндукция. Индуктивность - номер 2, страница 200.

Условие.

2. Объясните опытный факт 2, описанный в начале параграфа. Почему при размыкании цепи загорается светодиод 2?

Решение.

Решение

Светодиод 2 загорается в момент размыкания цепи из-за явления электромагнитной самоиндукции в катушке, к которой он подключен параллельно.

1. Когда цепь замкнута, через катушку индуктивности протекает установившийся постоянный ток $\text{I}$. Этот ток создает в катушке магнитное поле, в котором запасена энергия $W_м = \frac{LI^2}{2}$. Напряжение на зажимах катушки при этом мало (определяется ее активным сопротивлением $\text{R}$ как $U = I \cdot R$) и его величины недостаточно для того, чтобы светодиод 2 загорелся.

2. В момент размыкания цепи (например, с помощью ключа) ток от внешнего источника прекращается, и ток в катушке начинает очень быстро убывать ($I \rightarrow 0$). Это приводит к резкому изменению (уменьшению) магнитного потока, пронизывающего витки катушки.

3. Согласно закону электромагнитной индукции, в катушке возникает ЭДС самоиндукции ($\mathcal{E}_{си}$), которая препятствует изменению магнитного потока (и, соответственно, тока). Величина этой ЭДС определяется формулой: $\mathcal{E}_{си} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$.

4. Поскольку при размыкании цепи время изменения тока $\Delta t$ чрезвычайно мало, а само изменение тока $\Delta I$ равно начальному току в цепи, возникающая ЭДС самоиндукции может достигать очень больших значений, значительно превышающих ЭДС источника питания.

5. По правилу Ленца, эта ЭДС направлена так, чтобы поддержать убывающий ток. В результате катушка на короткое время сама становится источником ЭДС, создавая высокое напряжение на своих клеммах. В этот момент образуется новый замкнутый контур, состоящий из катушки и параллельно подключенного к ней светодиода 2.

6. Высокое напряжение от ЭДС самоиндукции прикладывается к светодиоду 2, и его оказывается достаточно для того, чтобы через светодиод пошел ток. Это вызывает яркую, но кратковременную вспышку. Энергия, которая расходуется на эту вспышку, — это энергия, которая была запасена в магнитном поле катушки. Светодиод гаснет, как только вся эта энергия рассеивается.

Ответ: При размыкании цепи светодиод 2 загорается из-за возникновения в катушке индуктивности большой ЭДС самоиндукции, которая создает кратковременный импульс высокого напряжения, достаточного для протекания тока через светодиод.