Номер 2, страница 194 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. Расскажите о ходе каждой части опыта. Объясните наблюдаемые явления.

1. На опыте, который мог быть представлен на рисунках 147 и 148, изучалось явление электромагнитной самоиндукции.

Ответ: На опыте изучалось явление самоиндукции.

2. Опыт, демонстрирующий явление самоиндукции, как правило, состоит из двух частей, показывающих эффекты при замыкании и размыкании электрической цепи с катушкой индуктивности.

Ход опыта при замыкании цепи (условно, рис. 147):

Собирают электрическую цепь, состоящую из источника постоянного тока, выключателя и двух параллельно соединенных ветвей. В первой ветви находится лампа накаливания Л1. Во второй ветви последовательно с такой же лампой Л2 включена катушка с большой индуктивностью (например, с железным сердечником внутри). При замыкании выключателя наблюдают за поведением ламп.

Наблюдаемое явление: Лампа Л1 загорается почти мгновенно после замыкания цепи. Лампа Л2, соединенная с катушкой, загорается с заметной задержкой, и ее яркость нарастает постепенно.

Объяснение: Когда выключатель замыкается, ток в обеих ветвях начинает расти. В первой ветви ток быстро достигает своего стационарного значения. Во второй ветви нарастающий ток создает в катушке изменяющееся магнитное поле. Это поле, в свою очередь, порождает в витках катушки вихревое электрическое поле, которое создает ЭДС индукции (ЭДС самоиндукции). Согласно правилу Ленца, ЭДС самоиндукции направлена так, чтобы противодействовать причине, ее вызвавшей, то есть препятствует нарастанию тока. В результате ток в ветви с катушкой достигает своего максимального значения не сразу, а постепенно, что и объясняет задержку в загорании лампы Л2.

Ход опыта при размыкании цепи (условно, рис. 148):

Собирают цепь из источника постоянного тока (например, 6 В), выключателя и катушки с большой индуктивностью. Параллельно катушке подключают неоновую лампу, для зажигания которой требуется высокое напряжение (например, 80-100 В). Сначала цепь замыкают; ток течет через катушку, а неоновая лампа не горит, так как напряжение источника недостаточно. Затем цепь резко размыкают.

Наблюдаемое явление: В момент размыкания выключателя неоновая лампа ярко вспыхивает.

Объяснение: При размыкании цепи ток через катушку начинает очень быстро убывать до нуля. Быстрое изменение тока приводит к быстрому изменению магнитного потока, пронизывающего катушку. В результате в катушке возникает очень большая по величине ЭДС самоиндукции. Согласно правилу Ленца, эта ЭДС стремится поддержать убывающий ток, поэтому она направлена в ту же сторону, что и ток от источника. Напряжение на концах катушки (и на неоновой лампе) становится на короткое время очень большим, достаточным для зажигания лампы. Энергия, накопленная в магнитном поле катушки, расходуется на эту вспышку.

Ответ: Опыт демонстрирует возникновение ЭДС самоиндукции при изменении силы тока в катушке. При замыкании цепи ЭДС самоиндукции замедляет нарастание тока, что проявляется в запаздывании загорания лампы. При размыкании цепи резкое убывание тока порождает большую ЭДС самоиндукции, способную создать напряжение, достаточное для вспышки неоновой лампы.

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

Это частный случай электромагнитной индукции. Протекающий по контуру ток создает вокруг себя магнитное поле. Магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий сам контур, прямо пропорционален силе тока $ I $ в нем:

$ \Phi = LI $

Здесь $ L $ — коэффициент пропорциональности, который называется индуктивностью контура (или коэффициентом самоиндукции). Индуктивность зависит от геометрических размеров и формы контура, а также от магнитных свойств окружающей среды.

При любом изменении силы тока в контуре ($ dI/dt \ne 0 $) изменяется и создаваемый им магнитный поток. Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, это изменение потока приводит к возникновению в контуре ЭДС, которую в данном случае называют ЭДС самоиндукции ($ \mathcal{E}_{si} $):

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

Знак «минус» в этой формуле является математическим выражением правила Ленца, согласно которому индукционный ток (и порождающая его ЭДС) всегда направлен так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван. Таким образом, ЭДС самоиндукции всегда препятствует изменению силы тока в цепи.

Ответ: Явление самоиндукции заключается в возникновении ЭДС в электрической цепи в результате изменения силы тока в этой же цепи. Возникающая ЭДС самоиндукции всегда противодействует изменению тока.