Лабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ САМОИНДУКЦИИ Цель работы:

Лабораторная работа
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ САМОИНДУКЦИИ
Цель работы: наблюдение возникновения вихревого электрического поля в
процессе самоиндукции.
О б о р у д о в а н и е: светодиод с резистором, мультиметр, катушка индуктивности
(дроссель), ключ, источник питания.
Содержание и метод выполнения работы
Возникновение вихревого электрического поля в цепи в результате изменения тока в
этой цепи называется явлением самоиндукции. Возникшее вихревое электрическое поле
всегда препятствует изменению тока в цепи.
Для наблюдения явления самоиндукции используется электрическая цепь, схема
которой приведена на рис. 1 Параллельно катушке индуктивности в цепь включается
светодиод VD и резистор R, установленный на плате вместе со светoдиодом. Полярность
включения светодиода выбирается такой, чтобы при замыкании ключа ток через
светодиод не протекал.
Рассмотрим работу данной цепи. Если ключ замкнуть, в цепи через некоторое время
установится ток, величина которого определяется сопротивлением провода катушки и
напряжением на выходе источника питания. Мультиметр, подключенный к выводам
катушки, покажет, что величина и полярность напряжения на ней соответствует
напряжению источника питания. Светодиод светиться не будет, т.к. он включен в цепь в
обратном направлении, и ток, идущий через него, чрезвычайно мал. Если теперь
разомкнуть ключ, то светодиод на короткое время вспыхнет.
Вспышка светодиода означает, что в течение короткого времени через него
протекает электрический ток, т.е. после отключения источника питания напряжение на
диоде меняет знак на противоположный знак. Мультиметр, применяемый для измерения
напряжения на катушке, не способен регистрировать быстрые процессы и не позволяет
проследить реальную картину изменения напряжения на катушке в момент размыкания
цепи. Сопротивление резистора, включенного последовательно со светодиодом (R=910
Ом) много больше омического сопротивления катушки индуктивности ( 30 Ом), поэтому
светодиод с резистором можно рассматривать как индикатор напряжения на катушке,
способный реагировать на достаточно быстрые сигналы.
В момент размыкания ключа ток в катушке уменьшается, и вокруг нее создается
вихревое электрическое поле. Этот процесс будет характеризоваться э.д.с. самоиндукции,
I
которую можно определить по формуле: E L   L , где L - индуктивность катушки, а I
t
- величина изменения тока за время t.
После отключения основного источника питания ток в катушке продолжает течь в
том же направлении, замыкаясь через цепь светодиода, а энергия магнитного поля,
Лабораторная работа « Изучение явления самоиндукции»
2
возникшего в катушке при протекании через нее тока от источника питания, излучается в
виде света от светодиода и выделяется в виде тепла в проводниках, образующих цепь
светодиода (провод, из которого сделана катушка, подводящие провода, светодиод,
резистор). Направления протекания тока в цепи при включенном источнике питания и
после его отключения показаны на рис. 3(а, б).
Порядок выполнения работы
1. Подключите к источнику питания плату светодиода с резистором, так чтобы
вначале светодиод был включен в прямом, а затем в обратном направлении (рис. 4а, 46) и
убедитесь в том, что он излучает свет только при прямой полярности приложенного
напряжения.
2. Соберите электрическую цепь в соответствии со схемой, представленной на рис. 1.
3. Замкните ключ и убедитесь в том, что напряжение на катушке соответствует
выходному напряжению источника питания.
4. Принимая во внимание полярность выходных клемм источника питания, укажите
направление тока в катушке.
5. Разомкните ключ и пронаблюдайте вспышку светодиода. Исходя из наблюдения
свечения, укажите направление тока в светодиоде и в катушке после отключения
источника питания.
б. Поскольку светодиод горит очень непродолжительное время, повторите опыт
несколько раз и надежно убедитесь в том, что светодиод вспыхивает при каждом
размыкании цепи питания катушки индуктивности. Сделайте заключение о полярности
э.д.с. самоиндукции в катушке при размыкании ключа.
Контрольные вопросы:
1. Изменяется ли направление протекания тока в катушке индуктивности при
отключении её от источника питания?
2. Откуда берется энергия для горения светодиода после отключения от источника
питания электрической цепи, собранной для проведения данного эксперимента?