La formule par laquelle la force électromotrice d'auto-induction est déterminée. Générateur d'impulsions de FEM à auto-induction
Ce phénomène est appelé auto-induction. (Le concept est lié au concept d'induction mutuelle, en étant pour ainsi dire un cas particulier).
La direction de la FEM d'auto-induction s'avère toujours telle que lorsque le courant dans le circuit augmente, la FEM d'auto-induction empêche cette augmentation (dirigée contre le courant), et lorsque le courant diminue, elle diminue (co-dirigée avec le courant). Cette propriété de la force électromotrice d'auto-induction est similaire à la force d'inertie.
L'ampleur de la force électromagnétique d'auto-induction est proportionnelle au taux de variation du courant :
.Le facteur de proportionnalité s’appelle coefficient d'auto-induction ou inductance circuit (bobine).
Courant auto-inductif et sinusoïdal
Dans le cas d'une dépendance sinusoïdale du courant circulant dans la bobine en fonction du temps, la force électromotrice auto-inductive dans la bobine est en retard sur le courant en phase de (c'est-à-dire 90°), et l'amplitude de cette force électromotrice est proportionnelle à la amplitude du courant, fréquence et inductance (). Après tout, le taux de variation d’une fonction est sa dérivée première, a.
Pour calculer plus ou moins circuits complexes contenant des éléments inductifs, c'est-à-dire des spires, des bobines, etc. des dispositifs dans lesquels on observe une auto-induction (surtout complètement linéaire, c'est-à-dire ne contenant pas d'éléments non linéaires) dans le cas de courants et de tensions sinusoïdaux, la méthode des impédances complexes est utilisée ou, dans des cas plus simples, une méthode moins puissante, mais une option plus visuelle est la méthode du diagramme vectoriel.
Notez que tout ce qui est décrit s'applique non seulement directement aux courants et tensions sinusoïdaux, mais aussi pratiquement à ceux qui sont arbitraires, puisque ces derniers peuvent presque toujours être développés en une série de Fourier ou une intégrale et ainsi réduits à une sinusoïdale.
En lien plus ou moins direct avec cela, on peut citer l'utilisation du phénomène d'auto-induction (et, par conséquent, des inducteurs) dans une variété de circuits oscillants, filtres, lignes à retard et autres circuits électroniques et électriques divers.
Auto-inductance et surintensité
En raison du phénomène d'auto-induction dans circuit électrique avec une source EMF, lorsque le circuit est fermé, le courant ne s'établit pas instantanément, mais après un certain temps. Des processus similaires se produisent lorsque le circuit s'ouvre et (avec une ouverture brusque) la valeur de la FEM d'auto-induction à ce moment peut dépasser considérablement la FEM source.
Le plus souvent dans vie ordinaire il est utilisé dans les bobines d'allumage des automobiles. La tension d'allumage typique avec une tension de batterie de 12 V est de 7 à 25 kV. Cependant, l'excès de FEM dans le circuit de sortie par rapport à la FEM de la batterie est ici dû non seulement à une interruption brutale du courant, mais également au rapport de transformation, car le plus souvent ce n'est pas une simple bobine d'inductance qui est utilisée. , mais une bobine de transformateur dont l'enroulement secondaire est généralement plusieurs fois grande quantité tours (c'est-à-dire que dans la plupart des cas, le circuit est un peu plus complexe que celui dont le fonctionnement serait entièrement expliqué par auto-induction ; cependant, la physique de son fonctionnement dans cette version coïncide en partie avec la physique du fonctionnement d'un circuit avec une simple bobine).
Ce phénomène est également utilisé pour l'inflammation. lampes fluorescentes en norme schéma traditionnel(Ici nous parlons de spécifiquement sur un circuit avec un simple inducteur - une self).
De plus, il faut toujours tenir compte lors de l'ouverture des contacts, si le courant traverse une charge avec une inductance notable : le saut de FEM qui en résulte peut conduire à une rupture de l'espace entre les contacts et/ou à d'autres effets indésirables, à supprimer dans ce cas. Dans ce cas, il est généralement nécessaire de prendre diverses mesures spéciales.
Remarques
Liens
- À propos de l’auto-induction et de l’induction mutuelle de « l’École des électriciens »
Fondation Wikimédia. 2010.
Voyez ce qu'est « l'auto-induction » dans d'autres dictionnaires :
Auto-induction... Dictionnaire d'orthographe-ouvrage de référence
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Excitation de la force électromotrice d'induction (fem) dans un circuit électrique lors du changement courant électrique dans cette chaîne; cas particulier induction électromagnétique. La force électromotrice de l'auto-induction est directement proportionnelle au taux de variation du courant ;... ... Grand dictionnaire encyclopédique
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Auto-induction- induction électromagnétique provoquée par une modification de l'adhésion au circuit Flux magnétique, provoqué par le courant électrique dans ce circuit... Source : GÉNIE ÉLECTRIQUE. TERMES ET DÉFINITIONS DES CONCEPTS DE BASE. GOST R 52002 2003 (approuvé... ... Terminologie officielle
Nom, nombre de synonymes : 1 excitation de force électromotrice (1) Dictionnaire des synonymes ASIS. V.N. Trishin. 2013… Dictionnaire de synonymes
auto-induction- L'induction électromagnétique provoquée par une modification du flux magnétique imbriqué dans le circuit, provoquée par le courant électrique dans ce circuit. [GOST R 52002 2003] EN auto-induction induction électromagnétique dans un tube de courant due aux variations… … Guide du traducteur technique
AUTO-INDUCTION- un cas particulier d'induction électromagnétique (voir (2)), consistant en l'apparition d'une force électromotrice induite (induite) dans le circuit et provoquée par des changements de temps champ magnétique, créé par un courant changeant circulant dans le même circuit.... ... Grande encyclopédie polytechnique
Livres
- Ensemble de tableaux. La physique. Électrodynamique (10 tableaux), . Album pédagogique de 10 feuilles. Courant électrique, intensité du courant. Résistance. Loi d'Ohm pour une section d'un circuit. Dépendance de la résistance du conducteur à la température. Connexion des fils. CEM. La loi d'Ohm…
L'auto-induction est l'induction de champs électromagnétiques dans un conducteur lorsque le courant électrique dans ce conducteur change.
Lorsqu’une tension est appliquée à la bobine de l’électro-aimant, le courant n’augmente pas immédiatement. Cela augmente progressivement. L’augmentation du courant est inhibée par la tension résultante, qui est opposée à celle appliquée. Cette tension est la force électromotrice (FEM) de l'auto-induction. La valeur EMF diminue progressivement et le courant dans l'électro-aimant augmente jusqu'à la valeur nominale.
L'interaction des champs électriques et magnétiques est à l'origine de l'auto-induction
Les champs électriques et magnétiques sont interconnectés : courant électrique ou changement champ électrique crée un champ magnétique.
À son tour, le champ magnétique changeant crée un champ électrique.
Considérons les processus dans un circuit conducteur lorsque le courant électrique qui y circule change (par exemple, il est allumé ou éteint).
- Une force électromotrice est induite dans un conducteur placé dans un champ magnétique changeant.
- Si l'amplitude du courant électrique change dans un conducteur, un champ magnétique changeant apparaît.
- Un champ magnétique changeant créé par un courant dans un conducteur induit une force électromotrice auto-inductive dans le même conducteur.
Tous les circuits électriques ne subissent pas d’auto-induction. Une ampoule à incandescence clignote instantanément lorsqu'un courant est appliqué et s'éteint instantanément lorsqu'elle est éteinte, et dans un électro-aimant auquel une tension constante est appliquée et éteinte, les processus s'étendent dans le temps. Une ampoule et un électro-aimant ont des inerties différentes.
En mécanique, la mesure de l'inertie est la masse : pour mettre un objet massif en mouvement, il faut appliquer une force pendant un certain temps.
En génie électrique, la mesure de l’inertie est une grandeur appelée inductance. Il est indiqué par le symbole L. L'unité d'inductance est Henry (H), ainsi que les unités dérivées : milliHenry (mH), microHenry (μH), etc. Plus l'inductance du circuit est grande, plus les processus transitoires sont longs et puissants. Une ampoule à incandescence a une très petite inductance, tandis qu'un électro-aimant a une grande inductance.
En génie radio et en génie électrique, on utilise des selfs - des pièces qui ont des valeurs d'inductance standardisées.
La figure montre un schéma d'une expérience démontrant le phénomène d'auto-induction.
Une bobine enroulée sur un noyau de ferrite possède une inductance importante. La source d'alimentation est une batterie d'une valeur nominale d'un volt et demi. Lorsque l'interrupteur à bascule est allumé, l'ampoule s'allume faiblement car la tension de la batterie n'est pas suffisante. Après avoir ouvert l'interrupteur à bascule, la lumière clignote vivement puis s'éteint.
Pourquoi le voyant clignote-t-il après avoir coupé l'alimentation ? Grâce à lui, la CEM d'auto-induction induite dans la bobine au moment où la tension est coupée est déchargée.
Mais pourquoi la lumière non seulement continue-t-elle à brûler, mais clignote plus fort que lorsque l'interrupteur à bascule était allumé ? La force électromotrice auto-induite dépasse la tension nominale de la batterie. Voyons de quoi dépend cet effet.
De quoi dépend la force électromotrice auto-induite ?
La force électromotrice auto-inductive qui se produit dans un circuit électrique dépend de son inductance et du taux de variation du courant dans le circuit.
Le taux de changement du courant a important. S'il s'éteint instantanément, c'est-à-dire que le taux de changement est très important, alors l'EMF d'auto-induction est également importante. La tension induite est déchargée à travers des branches parallèles du circuit (dans l'expérience avec une ampoule - à travers une ampoule).
Processus d'auto-induction et transitoires dans les circuits électriques
Inductance cuisinière électrique ou les ampoules à incandescence est très faible, et le courant dans ces appareils électriques, lorsqu'ils sont allumés et éteints, apparaît ou disparaît presque instantanément. L'inductance du moteur électrique est élevée et il « se met en marche » en quelques minutes.
Si vous coupez le courant dans un gros électro-aimant avec grande valeur induction, permettant grande vitesse Si le courant diminue, une étincelle apparaît entre les contacts de l'interrupteur, et si le courant est élevé, un arc voltaïque peut s'enflammer. Ce phénomène dangereux Par conséquent, dans les circuits à inductance élevée, le courant est réduit progressivement à l'aide d'un rhéostat (un élément à résistance électrique variable).
Arrêt de courant sécurisé – Problème sérieux. Tous les interrupteurs sont soumis à des « charges de choc » qui surviennent en raison de la force électromotrice auto-inductive lorsque le courant est coupé, et les interrupteurs « étincellent ». Pour chaque type d'interrupteur, la valeur maximale du courant pouvant être commutée est indiquée. Si le courant dépasse valeur admissible, l'interrupteur peut clignoter arc électrique.
Dans les industries dangereuses, les mines de charbon et les installations de stockage de produits pétroliers, la simple étincelle des interrupteurs est inacceptable. Des interrupteurs antidéflagrants sont utilisés ici, protégés de manière fiable par un boîtier en plastique scellé. Le prix de ces commutateurs est des dizaines de fois plus élevé que celui des commutateurs ordinaires - il s'agit d'un paiement nécessaire pour la sécurité.
Physique 10-11e année. AUTO-INDUCTION
Chaque conducteur traversé par le courant électrique se trouve dans son propre champ magnétique.
Lorsque l'intensité du courant change dans le conducteur, le champ m change, c'est-à-dire le flux magnétique créé par ce courant change. Un changement de flux magnétique conduit à l'émergence d'un champ électrique vortex et une force électromotrice induite apparaît dans le circuit.
Ce phénomène est appelé auto-induction.
L'auto-induction est le phénomène d'apparition d'une force électromotrice induite dans un circuit électrique à la suite d'un changement dans l'intensité du courant.
La FEM résultante est appelée FEM auto-induite
Manifestation du phénomène d'auto-induction
Fermeture du circuit
Lorsqu'il y a un court-circuit dans le circuit électrique, le courant augmente, ce qui provoque une augmentation du flux magnétique dans la bobine, et un champ électrique vortex apparaît, dirigé contre le courant, c'est-à-dire Une force électromotrice d'auto-induction apparaît dans la bobine, empêchant l'augmentation du courant dans le circuit (le champ vortex inhibe les électrons).
Par conséquent L1 s'allume plus tard, que L2.
Circuit ouvert
Lorsque le circuit électrique est ouvert, le courant diminue, une diminution du flux dans la bobine se produit et un champ électrique vortex apparaît, dirigé comme un courant (en essayant de maintenir la même intensité de courant), c'est-à-dire Une force électromotrice auto-induite apparaît dans la bobine, maintenant le courant dans le circuit.
Un courant qui change d'amplitude crée toujours un champ magnétique changeant, qui, à son tour, induit toujours une force électromotrice. Avec tout changement de courant dans une bobine (ou dans un conducteur en général), une force électromotrice auto-inductive y est induite, cela dépend du taux de changement de courant ; Plus le taux de variation du courant est élevé, plus la force électromotrice d'auto-induction est grande.
L'ampleur de la force électromagnétique d'auto-induction dépend également du nombre de tours de la bobine et de sa taille. Plus le diamètre de la bobine et le nombre de ses tours sont grands, plus la force électromotrice d'auto-induction est grande. Cette dépendance a grande importance en génie électrique. La direction de l'EMF d'auto-induction détermine la loi de Lenz:
La FEM auto-induite a Toujoursune telle direction dans laquelle il empêche le changement du courant qui l'a provoqué.
En d'autres termes, une diminution du courant dans la bobine entraîne l'apparition d'une force électromotrice d'auto-induction dirigée dans le sens du courant, c'est-à-dire empêchant sa diminution. Et, à l'inverse, lorsque le courant augmente dans la bobine, une force électromotrice d'auto-induction apparaît, dirigée contre le courant, c'est-à-dire empêchant son augmentation. Si le courant dans la bobine ne change pas, aucune force électromotrice d'auto-induction ne se produit. Le phénomène d'auto-induction est particulièrement prononcé dans un circuit contenant une bobine avec un noyau en acier, car l'acier augmente considérablement le flux magnétique de la bobine, et donc l'ampleur de la force électromotrice d'auto-induction.
Le phénomène d’auto-induction peut être démontré en réalisant l’expérience suivante. Assemblons un circuit électrique composé d'une batterie, d'un sectionneur et de deux circuits parallèles : dans le premier - une ampoule et une résistance, et dans le second - une ampoule et une bobine, et la résistance des deux ampoules est la même , et la résistance de la résistance et de la bobine est également la même.
1. Lorsque le sectionneur est allumé, la lampe L1 s'allume avec un retard, car la force électromotrice auto-inductive de la bobine empêche une augmentation rapide du courant dans le circuit de la lampe L1 (Fig. 1a et 1b).
2. Lorsque le sectionneur est éteint, les deux lampes clignotent brièvement, car la force électromotrice auto-inductive de la bobine est supérieure à la force électromotrice de la batterie. Lorsque la force électromotrice d'auto-induction sèche, les deux lampes s'éteignent simultanément (Fig. 2a et 2b).
Le phénomène d'auto-induction a des effets à la fois positifs et propriétés négatives, et tous deux se manifestent lors du fonctionnement des appareils et des circuits électriques du matériel roulant du métro :
- Shunt inductif, connecté en parallèle aux enroulements d'excitation des moteurs de traction, atténue les oscillations haute tension sur le rail de contact (ou lors d'une séparation de courte durée des pantographes). L'inductance de ce shunt est comparable à l'inductance des enroulements d'excitation, et sa FEM est toujours dirigée à l'opposé de la FEM de l'OF TED. Ainsi, lorsque la haute tension est réduite ou supprimée du rail de contact, la FEM du shunt inductif empêche la diminution du courant, et lorsque la tension augmente, elle empêche l'augmentation du courant, ce qui empêche l'apparition d'un mode d'urgence dans le circuit de puissance et formation d'un feu circulaire le long du collecteur du moteur électrique.
- Si vous ouvrez un circuit contenant une bobine à haute inductance, alors lorsque les contacts s'ouvriront, un arc électrique se formera, ce qui peut entraîner la destruction de l'appareil de commutation, donc dans de tels cas, il est nécessaire utilisez un dispositif d'extinction d'arc ou (pour les circuits basse tension) connectez un condensateur en parallèle avec les contacts.
Le courant électrique traversant un conducteur crée un champ magnétique autour de lui. Le flux magnétique F à travers le circuit de ce conducteur est proportionnel au module d'induction B du champ magnétique à l'intérieur du circuit, et l'induction du champ magnétique à son tour est proportionnelle à l'intensité du courant dans le conducteur. Par conséquent, le flux magnétique traversant la boucle est directement proportionnel au courant dans la boucle :
Le coefficient de proportionnalité entre l'intensité du courant I dans le circuit et le flux magnétique F créé par ce courant est appelé inductance. L'inductance dépend de la taille et de la forme du conducteur, de Propriétés magnétiques environnement dans lequel se trouve le conducteur.
Unité d'inductance.
L'unité d'inductance dans le système international est le Henry. Cette unité est déterminée sur la base de la formule (55.1) :
L'inductance du circuit est égale si à la force courant continu 1 Un flux magnétique à travers le circuit est égal à
Auto-induction.
Lorsque le courant dans la bobine change, le flux magnétique créé par ce courant change. Un changement dans le flux magnétique traversant la bobine devrait provoquer l'apparition d'une force électromotrice induite dans la bobine. Le phénomène d'apparition de champs électromagnétiques induits dans
d'un circuit électrique à la suite d'un changement de l'intensité du courant dans ce circuit est appelée auto-induction.
Conformément à la règle de Lenz, la force électromotrice auto-inductive empêche le courant d'augmenter lorsque le circuit est allumé et le courant de diminuer lorsque le circuit est éteint.
Le phénomène d'auto-induction peut être observé en assemblant un circuit électrique constitué d'une bobine à haute inductance, d'une résistance, de deux lampes à incandescence identiques et d'une source de courant (Fig. 197). La résistance doit avoir la même résistance électrique, comme le fil de la bobine. L'expérience montre que lorsque le circuit est fermé, une lampe électrique connectée en série avec la bobine s'allume un peu plus tard qu'une lampe connectée en série avec une résistance. L'augmentation du courant dans le circuit de la bobine pendant la fermeture est empêchée par la force électromotrice d'auto-induction, qui se produit lorsque le flux magnétique dans la bobine augmente. Lorsque la source d'alimentation est éteinte, les deux lampes clignotent. Dans ce cas, le courant dans le circuit est maintenu par la force électromotrice d'auto-induction qui se produit lorsque le flux magnétique dans la bobine diminue.
La force électromotrice d'auto-induction apparaissant dans une bobine avec inductance selon la loi de l'induction électromagnétique est égale à
La force électromotrice auto-inductive est directement proportionnelle à l'inductance de la bobine et au taux de variation du courant dans la bobine.
À l'aide de l'expression (55.3), nous pouvons donner une deuxième définition de l'unité d'inductance : un élément d'un circuit électrique a une inductance si, avec une variation uniforme de l'intensité du courant dans le circuit de 1 A en 1 s, un auto-inductance une emf de 1 V y apparaît.
Énergie du champ magnétique.
Lorsque la bobine d'inductance est déconnectée de la source de courant, une lampe à incandescence connectée en parallèle à la bobine émet un flash à court terme. Le courant dans le circuit apparaît sous l'influence de la force électromotrice d'auto-induction. La source d'énergie libérée dans le circuit électrique est le champ magnétique de la bobine.
L'énergie du champ magnétique de l'inducteur peut être calculée de la manière suivante. Pour simplifier le calcul, considérons le cas où, après avoir déconnecté la bobine de la source, le courant dans le circuit diminue avec le temps selon une loi linéaire. Dans ce cas, la force électromotrice d'auto-induction a une valeur constante égale à