Номер 13, страница 109 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

13. На рисунке Т3.11 представлена схема опыта по обнаружению явления самоиндукции. В этом опыте лампа 1 включена последовательно с катушкой К, а лампа 2 включена последовательно с резистором, обладающим таким же электрическим сопротивлением, как обмотка катушки К. Как обнаруживается явление самоиндукции при замыкании цепи?

Рис. Т3.11

1) лампа 1 загорается позже лампы 2

2) лампа 2 загорается позже лампы 1

3) лампа 2 совсем не загорается

4) лампа 1 совсем не загорается

В задаче описан опыт для демонстрации явления электромагнитной самоиндукции. Схема состоит из источника постоянного тока, выключателя и двух параллельных ветвей.

Дано:

Электрическая схема, показанная на рисунке.

Ветвь 1: катушка индуктивности K и лампа 1, соединенные последовательно.

Ветвь 2: резистор R и лампа 2, соединенные последовательно.

Лампы 1 и 2 идентичны, их сопротивления равны ($R_{Л1} = R_{Л2} = R_Л$).

Активное сопротивление обмотки катушки K равно сопротивлению резистора R ($R_K = R$).

Найти:

Описать, как проявляется явление самоиндукции при замыкании цепи, сравнив моменты зажигания ламп 1 и 2.

Решение:

Когда ключ замыкается, электрический ток начинает течь от источника питания по двум параллельным ветвям.

Ветвь 2 (с резистором):

Эта ветвь содержит только активные сопротивления (резистор R и лампа 2). В такой цепи ток устанавливается почти мгновенно после замыкания ключа. Величина тока определяется законом Ома для полной цепи. Таким образом, лампа 2 загорается практически сразу.

Ветвь 1 (с катушкой индуктивности):

Эта ветвь, помимо активного сопротивления (сопротивление обмотки катушки $R_K$ и лампы $R_Л$), содержит катушку индуктивности K. Ключевое свойство катушки индуктивности — противодействие изменению протекающего через нее тока. Это явление называется самоиндукцией.

В момент замыкания ключа ток в этой ветви начинает возрастать с нуля. Это изменение тока создает в катушке изменяющееся магнитное поле. Согласно закону электромагнитной индукции, это переменное магнитное поле индуцирует в катушке электродвижущую силу (ЭДС), называемую ЭДС самоиндукции. Величина этой ЭДС пропорциональна скорости изменения тока: $E_{си} = -L \frac{dI}{dt}$, где $\text{L}$ — индуктивность катушки.

Согласно правилу Ленца, ЭДС самоиндукции всегда направлена так, чтобы противодействовать причине, ее вызывающей. В данном случае она направлена против нарастающего тока, замедляя его рост. В результате ток в первой ветви достигает своего установившегося значения не мгновенно, а постепенно. Следовательно, лампа 1 загорается с заметной задержкой по сравнению с лампой 2.

Вывод:

Сравнивая поведение двух ветвей, мы видим, что лампа 2 загорается почти мгновенно, в то время как лампа 1 загорается с задержкой. Эта задержка в загорании лампы 1 и есть наблюдаемое проявление явления самоиндукции. Поскольку по условию полные активные сопротивления обеих ветвей равны ($R_K + R_Л = R + R_Л$), то после окончания переходного процесса (когда ток в катушке стабилизируется) обе лампы будут гореть с одинаковой яркостью.

Ответ: 1) лампа 1 загорается позже лампы 2