Что такое самоиндукция?

Рассмотрим следующие экспериментальные факты.

Рис. 13.1

Опыт 1. Возьмем катушку с несколькими сотнями витков, надетую на замкнутый железный сердечник (рис. 13.1). К зажимам катушки присоединена 6-вольтовая лампочка. Катушку можно с помощью ключа К присоединить к аккумулятору с напряжением 2 В. Таким образом, когда ключ замкнут, то к аккумулятору присоединены параллельно катушка и лампочка. Когда же ключ разомкнут, то мы имеем только одну замкнутую цепь, состоящую из витков катушки и лампочки.

Так как лампочка рассчитана на напряжение значительно большее, чем напряжение, даваемое аккумулятором, то пока ключ замкнут, она горит очень слабо, темно-красным накалом. В момент же размыкания ключа она на мгновение вспыхивает ярким белым светом, а потом постепенно гаснет. Ясно, что при размыкании ключа через лампочку идет более сильный ток, чем до размыкания. Попробуем выяснить направление этого тока.

Рис. 13.2

Опыт 2.Заменим в опыте, изображенном на рис. 13.1 лампочку вольтметром (рис. 13.2), стрелка которого отклоняется в одну сторону при прохождении тока одного направления и в другую – при прохождении тока противоположного направления.

Пусть, например, при замкнутом ключе, когда ток течет в катушке в направлении ab, a в вольтметре – от d к с, стрелка вольтметра отклонена вправо. При размыкании ключа обнаружится, что стрелка резко отбрасывается влево, т. е. в вольтметре ток течет от с к d, а следовательно, в катушке, образующей с вольтметром замкнутый контур abcda, ток продолжает течь в направлении ab.

Таким образом, при размыкании ключа ток в катушке не исчезает сразу, а сначала, наоборот, усиливается и продолжает течь в прежнем направлении, постепенно ослабляясь.

Рис. 13.3

Опыт 3. На рис. 13.3показана схема параллельного включения двух одинаковых ламп. Од­ну из них подключают к источнику че­рез резистор R, а другую – последова­тельно с катушкой L с железным сер­дечником.

При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практиче­ски сразу, а вторая – с заметным запозданием. Получается, что катушка, включенная последовательно с лампой 2, задерживает возрастание тока в лампе.

Попробуем разобраться, в чем причина рассмотренных явлений. При изменении силы тока в контуре изменяется величина индукции магнитного поля, создаваемого этим током, а при изменении магнитного поля, как мы уже знаем, возникает вихревое электрическое поле. Причем напряженность этого поля направлена так, чтобы (по правилу Ленца) противодействовать изменению магнитного потока через контур. Следовательно, вихревое поле будет «поддерживать» угасающий ток и «тормозить» нарастающий ток.

На рис. 13.4, а показано направление напряженности вихревого тока при возрастании тока через нагрузку, а на рис. 13.4, б – при убывании.

Рис. 13.4

Как видим, в первом случае напряженность вихревого поля направлена навстречу напряженности поля, созданного источником , а во втором случае направлена в ту же сторону, что и . При этом вихревое поле совершает над элементарными зарядами работу. А значит, в контуре возникает дополнительная ЭДС, которую называют ЭДС самоиндукции (ℰ_is).

Если ток возрастает (DI > 0), то ЭДС самоиндукции как бы включается против направления тока (рис. 13.5, а), а если ток убывает (DI < 0), то – по направлению тока (рис. 13.5, б).

Рис. 13.5

Итак, самоиндукцией называется явление возникновения вихревого электрического поля в проводящем контуре при изменении тока в этом же самом контуре.