§ 49. Самоиндукция

В цепях электрического тока часто наблюдается особый вид электромагнитной индукции, называемой самоиндукцией. Рассмотрим подробнее это явление. Ранее было выяснено, что при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего данный контур, в последнем индуктируется э.д.с.

Это будет справедливо и для того случая, когда проводниковый контур будет пересекаться своим собственным магнитным потоком.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки, источника тока и ключа К (рис. 99). При разомкнутом ключе тока в цепи нет. Магнитное поле катушки отсутствует. При замыкании ключа в цепи начинает проходить ток, создающий магнитный поток внутри катушки. Направление тока в витках катушки показано одинарной стрелкой. Появившийся магнитный поток катушки, увеличиваясь, будет пересекать витки катушки и согласно закону электромагнитной индукции в витках при этом возникает индуктированная э.д.с. Это явление называется самоиндукцией, а э.д.с., возникшая в результате самоиндукции, называется э.д.с. самоиндукции и обозначается e_L.

Рис. 99. Включение катушки к источнику с постоянной э.д.с

Величина э.д.с. самоиндукции определяется тем же уравнением

Знак минус, стоящий в правой части уравнения, говорит о направлении индуктированной э.д.с., потому что в нем отображено правило Ленца. В самом деле, в момент замыкания цепи катушки появившийся ток вызовет возрастание магнитного потока катушки, т. е. поток получает положительное приращение (+ΔΦ). э.д.с. самоиндукции получит отрицательное значение.

Это означает, что э.д.с. самоиндукции, стремясь противодействовать возрастанию магнитного потока, будет иметь направление, противоположное э.д.с. (току) источника. Направление э.д.с. самоиндукции в момент замыкания цепи показано на рис. 99 двойной стрелкой.

По истечении некоторого промежутка времени возрастающий магнитный поток катушки достигнет своего установившегося значения, прирост потока будет равен нулю (ΔΦ = 0), индукция прекратится и э.д.с. самоиндукции исчезнет.

Момент размыкания цепи с катушкой показан на рис. 100. Исчезающий ток, направление которого показано одинарной стрелкой, будет уменьшать магнитное поле катушки. Изменение поля вызовет появление э.д.с. самоиндукции в витках катушки. Убывание магнитного потока можно представить как отрицательное приращение потока (-ΔΦ). э.д.с. самоиндукции при этом получает положительное значение. Это означает, что, стремясь поддержать величину магнитного потока, противодействуя его убыванию, э.д.с. самоиндукции будет иметь направление, согласное с э.д.с. (током) источника. Это направление показано на рис. 100 двойной стрелкой.

Рис. 100. Отключение катушки от источника с постоянной э.д.с

Необходимо заметить, что появление э.д.с. самоиндукции в катушке будет происходить не только в моменты включения или отключения цепи, но и при всяком изменении тока в цепи катушки.