Номер 2, страница 209 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. В каких опытах можно наблюдать явление самоиндукции?

Явление самоиндукции — это возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре в результате изменения силы тока в этом же контуре. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея и правилу Ленца, эта ЭДС всегда противодействует причине, её вызвавшей, то есть изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции определяется формулой: $\mathcal{E}_{си} = -L \frac{dI}{dt}$, где $L$ — индуктивность контура, а $\frac{dI}{dt}$ — скорость изменения силы тока.

Следовательно, явление самоиндукции можно наблюдать в любых экспериментах, где происходит изменение силы тока в цепи, обладающей заметной индуктивностью (например, содержащей катушку). Наиболее наглядно это демонстрируют следующие опыты.

1. Опыт с задержкой зажигания лампы при замыкании цепи

Схема опыта: Собирают электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и двух параллельных ветвей. В одной ветви находится лампа накаливания Л₁ и резистор R. Во второй ветви — идентичная лампа Л₂ и катушка индуктивности L с большим числом витков и железным сердечником (для увеличения индуктивности).

Наблюдение: При замыкании ключа лампа Л₁ в ветви с резистором загорается практически мгновенно. Лампа же Л₂ в ветви с катушкой индуктивности загорается с заметным опозданием, её яркость нарастает постепенно.

Объяснение: При замыкании ключа ток в обеих ветвях начинает возрастать от нуля до своего установившегося значения. В ветви с катушкой индуктивности нарастающий ток создает изменяющийся во времени собственный магнитный поток. Это изменение потока порождает ЭДС самоиндукции, которая, согласно правилу Ленца, направлена против тока от источника и препятствует его нарастанию. В результате ток в этой ветви достигает своего максимального значения не сразу, а по прошествии некоторого времени, что и проявляется в виде задержки зажигания лампы.

Ответ: Явление самоиндукции можно наблюдать в опыте с замыканием цепи, содержащей две параллельные ветви: одна с резистором и лампой, другая — с катушкой индуктивности и такой же лампой. Лампа в ветви с катушкой загорится с видимой задержкой по сравнению с первой лампой.

2. Опыт с экстратоками размыкания

Схема опыта: Собирают цепь из источника постоянного тока (например, аккумулятора на 6-12 В), ключа и катушки с большой индуктивностью. Параллельно катушке подключают неоновую лампу, для зажигания которой требуется высокое напряжение (например, 80-100 В), значительно превышающее напряжение источника.

Наблюдение: Пока ключ замкнут, через катушку течет постоянный ток, а неоновая лампа не горит, так как напряжение на ней недостаточно для ее зажигания. В момент размыкания ключа неоновая лампа ярко вспыхивает на короткое мгновение. Если лампы нет, то при размыкании ключа между его контактами проскакивает сильная искра.

Объяснение: При размыкании цепи ток от источника прекращается, и сила тока в катушке начинает очень быстро спадать до нуля. Очень большая скорость изменения тока ($\frac{dI}{dt}$ имеет большое отрицательное значение) приводит к возникновению очень большой ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_{си} = -L \frac{dI}{dt}$. Эта ЭДС, направленная на поддержание убывающего тока, создает в замкнутом контуре "катушка-лампа" кратковременный ток (экстраток размыкания), напряжение которого достаточно для вспышки лампы.

Ответ: Явление самоиндукции можно наблюдать при размыкании цепи с катушкой индуктивности. Если параллельно катушке подключить неоновую лампу, она ярко вспыхнет в момент размыкания. Также явление проявляется в виде мощной искры между контактами выключателя.