Номер 3, страница 175 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 39. Самоиндукция. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 175.

Условие.

3. Опишите опыт по наблюдению явления самоиндукции.

Решение.

Явление самоиндукции — это возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в проводящем контуре при изменении силы тока, протекающего через этот контур. ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока. Для наблюдения этого явления можно провести следующие опыты.

Опыт 1: Запаздывание тока в катушке индуктивности

Цель опыта: Продемонстрировать, что индуктивность катушки замедляет нарастание тока в цепи.

Оборудование: Источник постоянного тока, ключ, две одинаковые лампочки накаливания ($Л_1$ и $Л_2$), катушка с большой индуктивностью ($\text{L}$), резистор ($\text{R}$), сопротивление которого равно активному сопротивлению катушки.

Схема и порядок проведения: Собирают электрическую цепь, состоящую из двух параллельных ветвей, подключенных к источнику тока через общий ключ. Первая ветвь содержит последовательно соединенные лампочку $Л_1$ и резистор $\text{R}$. Вторая ветвь содержит последовательно соединенные лампочку $Л_2$ и катушку индуктивности $\text{L}$. При замыкании ключа подается напряжение на обе ветви одновременно.

Наблюдение: Лампочка $Л_1$ (в цепи с резистором) загорается практически мгновенно. Лампочка $Л_2$ (в цепи с катушкой) загорается с заметным опозданием и ее яркость нарастает постепенно.

Объяснение: При замыкании ключа ток в цепи начинает возрастать. В катушке индуктивности $\text{L}$ нарастающий ток создает изменяющееся магнитное поле, которое индуцирует в той же катушке ЭДС самоиндукции ($\mathcal{E}_{si}$). Согласно правилу Ленца, эта ЭДС направлена так, чтобы противодействовать нарастанию тока. В результате ток в ветви с катушкой достигает своего максимального значения не мгновенно, а за некоторое время, что и приводит к плавному разгоранию лампочки $Л_2$. В ветви с резистором индуктивность пренебрежимо мала, поэтому ток устанавливается почти сразу.

Опыт 2: ЭДС самоиндукции при размыкании цепи (экстратоки размыкания)

Цель опыта: Продемонстрировать возникновение ЭДС самоиндукции большой величины при размыкании цепи.

Оборудование: Источник постоянного тока (например, батарея на 6–12 В), ключ, катушка с большой индуктивностью $\text{L}$ (с железным сердечником), неоновая лампа (рассчитанная на напряжение зажигания ~80–100 В).

Схема и порядок проведения: Катушку индуктивности $\text{L}$ и неоновую лампу соединяют параллельно. Эту группу элементов подключают к источнику тока через ключ.

Наблюдение: При замыкании ключа через катушку течет ток, но неоновая лампа не горит, так как напряжение источника недостаточно. При размыкании ключа неоновая лампа ярко вспыхивает на короткое время.

Объяснение: В момент размыкания цепи ток через катушку начинает резко уменьшаться. Быстрое изменение тока (величина $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ велика) приводит к возникновению в катушке большой по модулю ЭДС самоиндукции, определяемой формулой $\mathcal{E}_{si} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$. Эта ЭДС стремится поддержать ток в цепи и создает на зажимах катушки (и параллельно подключенной лампы) напряжение, значительно превышающее напряжение источника. Этого напряжения оказывается достаточно, чтобы зажечь неоновую лампу.

Ответ: Для наблюдения явления самоиндукции собирают цепь из источника тока, ключа и двух параллельных ветвей. В одной ветви находится лампочка и резистор, а в другой — такая же лампочка и катушка индуктивности. При замыкании ключа лампочка в ветви с катушкой загорается с опозданием, так как возникающая ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию тока. Другой опыт заключается в подключении катушки индуктивности к источнику тока через ключ, при этом параллельно катушке подсоединена неоновая лампа. При размыкании цепи лампа ярко вспыхивает, так как резкое убывание тока создает в катушке ЭДС самоиндукции, достаточную для зажигания лампы.