Взаимная индукция кто открыл

Самоиндукция и взаимоиндукция

Самоиндукция – это возникновение электродвижущей силы индукции в проводящем контуре при изменении тока, который протекает через контур.

Когда электрический ток меняется в контуре, то меняется и магнитный поток, который проходит через поверхность, ограниченную данным контуром. Изменение магнитного потока, благодаря закону электромагнитной индукции, является причиной возникновения в контуре индуктивной электродвижущей силы. Направление электродвижущей силы оказывается таким, что в случае возрастания тока в цепи электродвижущая сила самоиндукции направлена против того тока, а в случае убывания сонаправлена с ним. Самоиндукция проявляется в замедлении процессов, связанных с установлением и исчезновением тока. Если сопоставить силу электрического тока со скоростью в механике, а электрическую индуктивность с массой, то электродвижущая сила самоиндукции схожа с инерцией. Электродвижущая сила самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы переменного электрического тока, то есть:

где: L — коэффициент самоиндукции контура; i — сила переменного тока; t — время.

При зависимости синусоидального тока, который протекает через катушку, от времени, электродвижущая сила самоиндукции в катушке отстает от тока по фазе на п/2 или 90 градусов, в данном случае амплитуда данной электродвижущей силы пропорциональна амплитуде тока, частоте и индуктивности — $Е=L*w*I$, потому что скорость изменения функции представляет собой производную, то есть:

$((dsinwt)/dt) = wcoswt=wsin(wt + (п/2))$

Чтобы рассчитать сложные схемы, в состав которых входят индуктивные элементы, при синусоидальных напряжениях и токах используется метод комплексных импедансов, а при расчете более простых схем — метод векторных диаграмм. Вышеописанные методы применимы не только к синусоидальным токам и напряжениям, но и к произвольным, потому что они могут быть почти в любом случае разложены в ряд Фурье и сведены к синусоидальным.

Из-за самоиндукции в цепях с источником электродвижущей силы при ее замыкании устанавливается ток не мгновенно, а через какое-то время. Такие же процессы происходят и при размыкании цепи, в случае резкого размыкания величина электродвижущей силы процесса самоиндукции может быть существенно выше, чем электродвижущая сила источника. Данное явление используется в катушках зажигания автомобиля, поджига люминесцентных ламп в стандартной традиционной схеме с простой катушкой индуктивности — дроссель, данное явление учитывается при размыкании контактов, когда ток протекает по нагрузке с заметной индуктивностью.

Взаимная индукция

Взаимная индукция – это частный случай электромагнитной индукции, который был открыт Фарадеем.

Рассмотрим рисунок ниже.

Рисунок 1. Взаимная индукция. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Когда электрический ток проходит по контуру w1 появляется магнитный поток, пронизывающий витки контура w2. При изменении параметров электрического тока на контуре w1 меняются, то на втором контуре возникает электродвижущая сила индукции и наоборот. Электродвижущая сила, которая появляется на втором контуре из-за действия тока в первом контуре, может быть рассчитана следующим образом:

$Е2 = -dj1/dt = -L * (di1/dt)$

Формула для расчета электродвижущей силы второго контура выглядит следующим образом:

$Е1 = -dj2/dt = -L * (di2/dt)$

где j — сцепления потоков магнитных полей.

Коэффициент взаимной индукции зависит от следующих факторов:

• расположение контуров,
• магнитная проницаемость среды,
• форма и размеры контуров.

Такой показатель, как потокосцепление магнитных полей представляет собой сумму магнитных потоков, которые протекают сквозь каждый виток катушки. Данная величина является виртуальной, потому что не существует суммы потоков, а только магнитный поток. Однако, в том случае, когда нет возможности определить реальное распределение магнитного потока по виткам катушки, а величина потокосцепления известна, рассчитать количество витков достаточно легко.

На практике значение явления взаимной индукции очень велико. Она берется за основу действия индукционной катушки, которая является элементом двигателя внутреннего сгорания. Самым типичным примером двух катушек, которые связаны магнитным потоком, является трансформатор. Трансформаторы используются в электротехнике для измерения силы переменного электрического тока и напряжения. Трансформатор был изобретен в 1876 году, а его основная характеристика — коэффициент трансформации, показывающий во сколько раз электродвижущая сила во вторичном контуре отличается от электродвижущей силы в первом контуре. Данный коэффициент рассчитывается следующим образом:

$k = E2/E1 = I1/I2 = n2/n1$

В современной радиотехнике используются приборы, действие которых основано на взаимной индукции — вариометры. Их основное предназначение заключается в плавном изменении индуктивности цепи.

1.3.Явление взаимной индукции и самоиндукции.

Взаимная индукция – это явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в соседнем контуре.

M – коэффициент взаимной индукции.

Явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в этом же контуре называется самоиндукцией.

где, L – коэффициент самоиндукции.

Явление взаимной индукции лежит в основе работы трансформатора, устройства, предназначенного для повышения или понижения входящего напряжения.

Трансформатор состоит из двух или нескольких катушек с разным количеством витков. Катушки намотаны на ферромагнитный сердечник.

На первичную катушку подается переменное напряжение. Образованное вокруг нее магнитное поле пронизывает витки вторичной катушки, в которой вследствие взаимной индукции возникает ЭДС, порождающая ток. Количество витков на вторичной катушке пропорционально силе индукционного тока.

k – Коэффициент трансформации.

если, k>1 – трансформатор повышающий

k<1 – трансформатор понижающий

Ферромагнитный сердечник состоит из отдельных пластин, изолированных друг от друга, чтобы избежать вихревых токов.

Вопросы для самоконтроля

В чем заключается явление электромагнитной индукции?

Записать закон Фарадея.

Сформулировать правило Ленца.

В чем заключается явление самоиндукции?

В чем заключается явление взаимной индукции?

Чему равен коэффициент трансформации?

Список литературы Основная

Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. – СПБ. : Издательство «Лань», 2002.- 608 с — / Учебники для вузов. Специальная литература. Формирование научных понятий в условиях глобализации образования (монография). Монография. Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2004. 232 с.

Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

Дополнительная

Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

Пронин В.П. Практикум по физике : уч. пособия / В.П. Пронин.- 2-е изд. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

Лекция 14

ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

1.1. RLC — цепь

Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из резистора, конденсатора и катушки индуктивности.

Пусть приложено переменное напряжение.

Резистор в цепи переменного тока:

амплитуда колебаний

— круговая частота

время

На резисторе колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе:

Сопротивление резистора в цепи переменного тока называется активным.

В других случаях этого не происходит.

Конденсатор в цепи переменного тока:

На конденсаторе и на катушке индуктивности колебаний I и U не совпадают по фазе, поэтому сопротивление конденсатора и катушки называется реактивным.

Емкость в цепи постоянного и переменного тока ведет себя по-разному.

Конденсатор в цепи постоянного тока обладает бесконечно большим сопротивлением. В цепи же переменного тока конденсатор обладает ёмкостным сопротивлением.

Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока.

Пусть задано переменное напряжение:

По определению силы тока:

напряжение на конденсаторе

Фазы колебаний силы тока и напряжения на емкости различны и отличаются на .

Напряжение на конденсаторе отстает от силы тока.

сопротивление на конденсаторе

емкостное сопротивление

Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

Рассмотрим катушку индуктивности в цепи переменного тока. Получим сопротивление этой катушки.

Пусть по цепи протекает переменный ток:

по определению самоиндукции имеем:

Колебания силы тока и напряжения на катушке индуктивности не совпадают по фазе, а отличаются на , катушка обладает реактивным сопротивлением, но в отличие от конденсатора здесь напряжение опережает силу тока.

— индуктивное сопротивление обозначает:

— сопротивление на катушке индуктивности

Зависимость индуктивного и емкостного сопротивления от частоты тока.

Рассмотрим последовательную цепь переменного тока, содержащую резистор, конденсатор и катушку индуктивности.

равно сумме на отдельных ее участках, а ток один и тот же.

— общее сопротивление в цепи z.

общее сопротивление цепи

обобщенный закон Ома

, при частоте сопротивление минимально, таким образом значения амплитуды колебания силы тока возрастают до максимума.

Биология в лицее

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ

Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation

Многоуровневая организация работы головного мозга

В нейронах нервной системы действуют два основных противоположно направленных процесса: возбуждение и торможение. Возбуждение стимулирует орган к работе, как бы включает его в нее, торможение замедляет или останавливает эту работу. Благодаря этим процессам регулируется работа органов. Эта регуляция многоуровневая. Как показали исследования И. М. Сеченова, низшие центры работают под контролем высших центров. Они могут затормозить многие безусловные рефлексы (центральное торможение) или усилить их. Именно центры коры больших полушарий посылают тормозящие сигналы в спинной мозг, и мы не отдергиваем руку, когда у нас берут кровь для анализа.

Виды торможения

Безусловное (внешнее), или врожденное, торможение. Представьте, что вы занимаетесь каким-то делом, например читаете книгу, а вас позвали обедать. Вам предъявили два стимула, из них выбирается наиболее важный. Если книга очень интересная, вы, возможно, и не услышите обращенные к вам слова, так как малозначащие для вас раздражители воздействуют на заторможенные области коры. Иной выбор будет, если вы голодны, а книга скучна. Тогда будет заторможена прежняя деятельность и начнется новая. Благодаря безусловному торможению возможен выбор деятельности: с началом одной деятельности автоматически прекращается (или не начинается) другая.

Условное (внутреннее), или приобретенное, торможение. К условному торможению относится например, угасание условного рефлекса. Если условный сигнал оставлять без подкрепления, то вскоре условный рефлекс угаснет, а при продолжительном может превратиться в отрицательную (тормозную) условную связь. Благодаря этим тормозным связям животные и люди обучаются различать сходные раздражители. Если собаку кормить после одного звонка и не давать еду после двух, то слюноотделение станет возникать только после одного звонка (после двух его не будет). Конечно, это произойдет не сразу. Вначале слюна будет отделяться на оба раздражителя, и только после долгой тренировки животное научится правильно различать сигналы.

Образование тормозных условных рефлексов происходит и при воспитании людей. Плач и бурная реакция при закапывании капель в нос, различных уколах и других процедурах взрослыми не одобряются. Эти реакции систематически не подкрепляются и потому затормаживаются. Контроль со стороны взрослых переходит в самоконтроль, и ребенок постарше уже сам, без всяких уговоров, пытается держаться «молодцом». Развивается воля, которая, с одной стороны, направлена на преодоление препятствий, а с другой – на сдерживание нежелательных реакций, в частности бурных эмоций.

Явление доминанты (от лат. dominans – господствующий). Поведение во многом определяется потребностями. В этом случае, когда одна из потребностей перерастает в сильное желание и подчиняет все остальное, возникает состояние доминанты. Оно было исследовано российским ученым-физиологом академиком Алексеем Алексеевичем Ухтомским (1875-1942). В этом состоянии в коре больших полушарий и других отделах мозга возникает мощный очаг временного возбуждения, которое затормаживает информацию, поступающую от других раздражителей, или переключает, как бы притягивает ее к себе. В условиях доминанты легко образуются условно-рефлекторные связи между сигнальным раздражителем и безусловным подкреплением.

Явление доминанты у человека может наступить при любой потребности, как биологической, так и социальной. Благодаря доминанте человек целиком «уходит» в работу, ничего его не отвлекает, он не слышит, когда к нему обращаются. Внимание концентрируется на том, что он делает.

Закон взаимной индукции. Сильный очаг возбуждения в головном мозге вызывает вокруг себя состояние торможения, что и происходит при доминанте. Но бывает и обратное: сильный очаг торможения может вызвать процесс возбуждения в других структурах. Так, торможение в коре больших полушарий, вызванное усталостью, у маленьких детей может по закону взаимной индукции вызвать резкое возбуждение подкорки: смех, капризы, плач.

Законом взаимной индукции можно объяснить, почему при рассматривании фигуры «ваза – два профиля» мы видим то вазу, то профили (рис. Д). Причем восприятие непрерывно меняется: мы видим то одно, то другое. Когда мы видим вазу, изображение профилей заторможено, и оно воспринимается как фон. Но через какое-то время нервные центры, воспринимающие вазу, затормаживаются, и она сама превращается в фон. Возбуждение переходит к тем нервным центрам, которые воспринимают профили. Затем они устают и затормаживаются, и мы снова видим вазу. Закон взаимной индукции процессов возбуждения и торможения был открыт И. П. Павловым.

В нервной системе действуют два процесса: возбуждение и торможение. Возбуждение стимулирует работу органов, торможение или замедляет, или прекращает ее. И. М. Сеченов установил, что высшие центры головного мозга регулируют работу нижерасположенных нервных центров. Они могут повысить рефлекторный ответ или затормозить его.

И. П. Павлов открыл два вида торможения – безусловное и условное. Безусловное торможение не требует выработки, оно, как и безусловный рефлекс, является врожденным. Условное торможение вырабатывается в случаях, когда условный рефлекс не подкрепляется тем жизненно важным событием, о котором предупреждал условный сигнал. Благодаря условному торможению удается различать важные сигналы от похожих на них раздражителей.

Поведение животных и человека регулируется потребностями. А. А. Ухтомский обнаружил явление доминанты: возникновение в головном мозге мощного временного очага возбуждения, вызываемого какой-то насущной потребностью. Благодаря доминанте облегчается образование временной связи между будущим сигналом и возникшей потребностью, что благоприятствует выработке условного рефлекса.

И. П. Павловым был открыт закон взаимной индукции: возбуждение в одном центре вызывает в конкурирующем центре торможение, и наоборот. Существует и последовательная индукция: возбуждение в одном центре через некоторое время сменяется торможением, и наоборот.

Явление взаимной индукции

Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС электромагнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей.

Рассмотрим два неподвижных контура 1 и 2, расположенных достаточно близко друг от друга (рис. 17.7). Пусть вблизи контуров нет ферромагнетиков (см. подтему 16.3).

Рис. 17.7. Явление взаимной индукции

При возникновении силы тока в одном из контуров, например У, силы тока /[ в другом индуцируется ЭДС взаимной индукции Е_<2 и течет индукционный ток.

Аналогично, если в контуре 2 возникает ток /₂, то в контуре индуцируется ЭДС взаимной индукции Е_п. Таким образом, можно записать:

где Ф₂₁ — магнитный поток, который создает ток У, через контур 2; Ф₁₂ — магнитный поток, который создает ток /₂ через контур /; У^, и Ц₂

имные индуктивности контуров.

При отсутствии ферромагнетиков выполняется теорема взаимности:

Физически выражение (17.11а) эквивалентно отношению ——=

Коэффициенты L_n и Ь_2] не зависят от токов, а зависят от формы, размеров и взаимного расположения контуров, а также от магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Эти коэффициенты выражаются в тех же единицах, что и индуктивность L.