Закон о самоиндукции

В физике существует явление — установление и спад магнитного поля катушки, при протекании тока катушки через резистор. Это явление называется самоиндукцией. Вывод дифференциального уравнения для самоиндукции приведено в книге С. Г. Калашникова «Электричество» (§ 95. Исчезновение и установление тока в катушке.).

Закон самоиндукции. Направление процесса: нарастание магнитного поля

Проведём простые эксперименты с установлением (и со спадом) магнитного поля катушки при протекании тока катушки через резистор. Для опытов возьмём катушку без сердечника с индуктивностью 0,214 генри. Катушка намотана проводом диаметром 1,8 миллиметра.

Рис. 3.1 Нарастание тока в катушке, индуктивностью 0,214 генри, при токе источника 2,7 ампера, через общее сопротивление 5,5 ома, в зависимости от времени Внутреннее сопротивление провода катушки равно 5,4 ом.

Для нарастания и спада тока катушки используем резистор номиналом 0,1 ом. Ток катушки регистрируем на данном резисторе при помощи осциллографа RIGOL DS1102E. В качестве источника питания используем блок питания GSV 1200.

Проведём опыт с нарастанием тока в катушке. Получим экспоненциально-разностную кривую (см. рис. 3.1.).

Для того, чтобы сделать анализ экспоненциальности кривой, преобразуем экспериментальные данные по формуле:

(3.01).

И получим падающую экспоненциальную кривую (см. рис. 3.2.).

Рис. 3.2 График нарастания тока катушки в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду Для того, чтобы доказать экспоненциальность графика, следует построить график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе, преобразовав шкалу ординат согласно уравнению:

(3.02).

Рис. 3.3 График нарастания тока катушки в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду и построен в полулогарифмическом масштабе На рисунке 3.3. построен график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе. Такой график имеет вид прямой с отрицательным значением коэффициента.

Закон самоиндукции. Направление процесса: спад магнитного поля

Проведём опыт со спадом тока в катушке, замкнутой на резистор 0,1 ома. Графиком опыта является падающая экспонента. (см. рис. 3.4.).

Рис. 3.4 График спада тока в катушке, индуктивностью 0,214 генри, при токе источника 2,7 ампера, через общее сопротивление 5,5 ома, в зависимости от времени Для того, чтобы доказать экспоненциальность графика, следует построить график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе, преобразовав шкалу ординат согласно уравнению:

(3.03).

На рисунке 3.5 построен график экспериментальных данных в полулогарифмическом масштабе.

Рис. 3.5 График спада тока в катушке в зависимости от времени преобразован к экспоненциальному виду и построен в полулогарифмическом масштабе.