L'ampleur de la force électromotrice d'auto-induction. Auto-induction. FEM auto-induite

21.09.2019

Énergie du champ magnétique

Un champ magnétique a une énergie potentielle qui, au moment de sa formation (ou de sa modification), est reconstituée grâce à l'énergie du courant dans le circuit, ce qui agit contre la force électromotrice auto-inductive résultant du changement du champ. .

Travaillez dA pendant une période de temps infiniment petite dt, pendant laquelle la force électromotrice d'auto-induction et le courant I peut être considéré comme constant, égal à :

. (5)

Le signe moins indique qu'un travail élémentaire est effectué par le courant contre la force électromotrice d'auto-induction. Pour déterminer le travail lorsque le courant passe de 0 à I, on intègre le membre de droite, on obtient :

. (6)

Ce travail est numériquement égal à l'augmentation énergie potentielleΔWp champ magnétique, associé à cette chaîne, soit A= -ΔW p.

Exprimons l'énergie du champ magnétique à travers ses caractéristiques en utilisant l'exemple d'un solénoïde. Nous supposerons que le champ magnétique du solénoïde est uniforme et principalement localisé à l’intérieur de celui-ci. Remplaçons en (5) la valeur de l'inductance du solénoïde, exprimée à travers ses paramètres et la valeur de l'intensité du courant I, exprimée à partir de la formule d'induction du champ magnétique du solénoïde :

, (7)

où N – nombre total tours de solénoïde ; ℓ – sa longueur ; S – section transversale du canal interne du solénoïde.

, (8)

Après substitution on a :

En divisant les deux côtés par V, nous obtenons la densité d'énergie du champ volumétrique :

(10)

ou, étant donné que
on a,
. (11)

Courant alternatif

2.1 Courant alternatif et ses principales caractéristiques

Le courant variable est un courant qui change avec le temps à la fois en ampleur et en direction. Exemple courant alternatif peut servir de courant industriel consommé. Ce courant est sinusoïdal, c'est à dire la valeur instantanée de ses paramètres évolue dans le temps selon la loi du sinus (ou cosinus) :

je= je 0 sinωt, u = U 0 péché(ωt + φ 0). (12)

P. Un courant sinusoïdal variable peut être obtenu en faisant tourner le châssis (circuit) à une vitesse constante

dans un champ magnétique uniforme avec induction B(Fig.5). Dans ce cas, le flux magnétique pénétrant dans le circuit change selon la loi

où S est l'aire du contour, α = ωt est l'angle de rotation du bâti pendant le temps t. Un changement de flux entraîne l'apparition d'une force électromotrice induite

, (17)

dont la direction est déterminée par la règle de Lenz.

E Si le circuit est fermé (Fig. 5), alors le courant le traverse :

. (18)

Graphique de changement de force électromotrice et courant d'induction je présenté sur la Fig.6.

Le courant alternatif est caractérisé par une période T, fréquence ν = 1/T, fréquence cyclique
et phase φ = (ωt + φ 0) Graphiquement, les valeurs de tension et de courant alternatif dans une section du circuit seront représentées par deux sinusoïdes, généralement décalées en phase de φ.

Pour caractériser le courant alternatif, les notions de valeur actuelle (efficace) du courant et de la tension sont introduites. La valeur efficace du courant alternatif est la force d'un courant continu qui libère dans un conducteur donné la même quantité de chaleur pendant une période que celle libérée par le courant alternatif donné.

,
. (13)

Les appareils inclus dans le circuit à courant alternatif (ampèremètre, voltmètre) affichent les valeurs efficaces du courant et de la tension.

Qu'est-ce que la force électromotrice auto-induite ?

D'après la loi de Faraday ℰ est= – . Si Ф = LI, alors ℰ est= = – . À condition que l'inductance du circuit ne change pas pendant le changement de courant (c'est-à-dire que les dimensions géométriques du circuit et les propriétés magnétiques du milieu ne changent pas), alors

ℰ est = – . (13.2)

De cette formule, il ressort clairement que si l'inductance de la bobine L est suffisamment grand et le temps de changement de courant est court, alors la valeur ℰ est peut atteindre une valeur importante et dépasser la FEM de la source de courant lorsque le circuit s'ouvre. C’est exactement l’effet que nous avons observé dans l’expérience 1.

A partir de la formule (13.2) on peut exprimer L:

L = – ℰ est/(D je/D t),

ceux. L'inductance a une autre signification physique : elle est numériquement égale à la force électromotrice auto-inductive à un taux de variation du courant dans le circuit de 1 A en 1 s.

Lecteur: Mais il s'avère alors que la dimension de l'inductance

[L] = Gn = .

ARRÊT! Décidez vous-même : A3, A4, B3–B5, C1, C2.

Problème 13.2. Quelle est l'inductance d'une bobine à noyau de fer si pendant le temps D t= 0,50 s le courant dans le circuit est passé de je 1 = = 10,0 A avant je 2 = 5,0 A, et la force électromotrice auto-inductive résultante en amplitude est égale à |ℰ est| = 25 V ?

Répondre: L = ℰ est» 2,5 Gn.

ARRÊT! Décidez vous-même : A5, A6, B6.

Lecteur: Quelle est la signification du signe moins dans la formule (13.2) ?

Riz. 13.6

Auteur: Considérons tout circuit conducteur à travers lequel circule le courant. Choisissons sens de contournement contour - dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (Fig. 13.6). Rappel : si le sens du courant coïncide avec le sens de contournement sélectionné, alors l'intensité du courant est considérée comme positive, et sinon, négative.

Changement actuel D je = je escroquer - JE le début est aussi une quantité algébrique (négative ou positive). La force électromotrice d'auto-induction est le travail effectué par un champ de vortex lors du déplacement d'une seule charge positive le long d'un contour. le long de la direction de parcours du contour. Si l'intensité du champ vortex est dirigée dans la direction de contournement du contour, alors ce travail est positif, et s'il est contraire, il est négatif. Ainsi, le signe moins dans la formule (13.2) montre que les valeurs de D je et ℰ a toujours des signes différents.

Montrons cela avec des exemples (Fig. 13.7) :

UN) je> 0 et D je> 0, ce qui signifie ℰ est < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

b) je> 0 et D je < 0, значит, ℰest >

V) je < 0, а D|Je|> 0, c'est-à-dire le module de courant augmente et le courant lui-même devient de plus en plus négatif. Alors D je < 0, тогда ℰest> 0, c'est-à-dire L'EMF d'auto-induction est « activée » dans le sens de dérivation ;

G) je < 0, а D|Je| < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, Dje> 0, alors ℰ est < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

En cas de problème, si possible, vous devez choisir un sens de contournement tel que le courant soit positif.

Problème 13.3. Dans le circuit de la Fig. 13.8, et moi 1 = 0,02 H et L 2 = 0,005 Gn. À un moment donné, le courant je 1 = 0,1 A et augmente à raison de 10 A/s, et le courant je 2 = 0,2 A et augmente à raison de 20 A/s. Trouver de la résistance R..

	un B Riz. 13.8 Solutions. Étant donné que les deux courants augmentent, une force électromotrice auto-inductive ℰ apparaît dans les deux bobines est 1
L 1 = 0,02 H L 2 = 0,005Hn je 1 = 0,1 A je 2 = 0,2 AD je 1/J t= 10 A/s D je 2/J t= 20 A/s
R= ?

et ℰ est 2 connectés à contre-courant je 1 et je 2 (Fig. 13.8, b), Où

|ℰ est 1 | = ; |ℰ est 2 | = .

Choisissons le sens du tour dans le sens des aiguilles d'une montre (voir Fig. 13.8, b) et appliquer la deuxième règle de Kirchhoff

–|ℰ est 1 | + |ℰ est 2 | = je 1 R–Je 2 R. ,

R. = |ℰ est 2 | – |ℰ est 1 | / (je 1 - JE 2) = =

1 Ohm.

Répondre: R. = » 1 Ohm.

ARRÊT! Décidez vous-même : B7, B8, C3.

Problème 13.4. Bobine de résistance R.= 20 Ohms et inductance L= 0,010 H est dans un champ magnétique alternatif. Lorsque le flux magnétique créé par ce champ augmente de DF = 0,001 Wb, le courant dans la bobine augmente de D Je = 0,050 A. Quelle quantité de charge a traversé la bobine pendant ce temps ?

Riz. 13.9

déductions |ℰ est| = . De plus ℰ est"allumé" vers ℰ je, puisque le courant dans le circuit a augmenté (Fig. 13.9).

Prenons le sens de parcours du circuit dans le sens des aiguilles d'une montre. Alors, d’après la deuxième règle de Kirchhoff, on obtient :

|ℰ je| – |ℰ est| = IR ,

je = (|ℰ je| – |ℰ est|)/R. = .

Charge q, traversé la bobine au temps D t, est égal

q = je D t =

Répondre: 25 µC.

ARRÊT! Décidez vous-même : B9, B10, C4.

Problème 13.5. Bobine avec inductance L Et résistance électrique R. connecté via une clé à une source de courant avec EMF ℰ . Sur le moment t= 0 la clé est fermée. Comment le courant évolue-t-il au fil du temps ? je dans le circuit immédiatement après la fermeture de la clé ? À travers longue durée après la fermeture ? Estimez le temps caractéristique t d'augmentation du courant dans un tel circuit. Résistance interne la source actuelle peut être négligée.

Riz. 13h10

Riz. 13.11

Immédiatement après avoir fermé la clé je= 0, on peut donc considérer » ℰ /L, c'est à dire. le courant augmente avec vitesse constante (je = (ℰ /L)t;riz. 13.11).

Lorsque l'interrupteur est fermé dans le circuit illustré à la figure 1, un électricité, dont la direction est indiquée par des flèches simples. Avec l'apparition du courant, un champ magnétique apparaît dont les lignes d'induction traversent le conducteur et y induisent une force électromotrice (FEM). Comme indiqué dans l’article « Le phénomène de l’induction électromagnétique », cette CEM est appelée CEM d’auto-induction. Puisque toute force électromotrice induite, selon la règle de Lenz, est dirigée contre la cause qui l'a provoquée, et que cette cause sera la force électromotrice de la batterie d'éléments, la force électromotrice d'auto-induction de la bobine sera dirigée contre la force électromotrice de la batterie. La direction de l'EMF d'auto-induction sur la figure 1 est indiquée par des doubles flèches.

Ainsi, le courant ne s’établit pas immédiatement dans le circuit. Ce n'est que lorsque le flux magnétique est établi que l'intersection du conducteur lignes magnétiques s'arrêtera et la force électromotrice auto-induite disparaîtra. Un courant continu circulera alors dans le circuit.

La figure 2 montre une représentation graphique du courant continu. L'axe horizontal représente le temps, le long axe vertical- actuel. On peut voir sur la figure que si au premier instant le courant est de 6 A, alors aux troisième, septième et ainsi de suite, il sera également égal à 6 A.

La figure 3 montre comment le courant s'établit dans le circuit après la mise sous tension. La FEM d'auto-induction, dirigée au moment de la mise sous tension contre la FEM de la batterie d'éléments, affaiblit le courant dans le circuit, et donc au moment de la mise sous tension, le courant est nul. Ensuite, au premier instant, le courant est de 2 A, au deuxième instant - 4 A, au troisième - 5 A, et seulement après un certain temps, un courant de 6 A s'établit dans le circuit.


Figure 3. Graphique de l'augmentation du courant dans le circuit en tenant compte de la force électromotrice auto-inductive	Figure 4. La FEM d'auto-induction au moment de l'ouverture du circuit est dirigée dans la même direction que la FEM de la source de tension

A l'ouverture du circuit (Figure 4), le courant disparaissant, dont le sens est indiqué par une simple flèche, va réduire son champ magnétique. Ce champ, décroissant d'une certaine valeur jusqu'à zéro, traversera à nouveau le conducteur et y induira une force électromotrice d'auto-induction.

Lors de la mise hors tension circuit électrique avec l'inductance, la force électromotrice auto-inductive sera dirigée dans la même direction que la force électromotrice de la source de tension. La direction de la FEM d'auto-induction est indiquée sur la figure 4 par une double flèche. En raison de l'action de la force électromotrice d'auto-induction, le courant dans le circuit ne disparaît pas immédiatement.

Ainsi, la force électromotrice auto-induite est toujours dirigée contre la cause qui l’a provoquée. Notant cette propriété, ils disent que l’EMF d’auto-induction est de nature réactive.

Graphiquement, la variation du courant dans notre circuit, en tenant compte de la force électromotrice d'auto-induction lorsqu'il est fermé et lorsqu'il est ensuite ouvert au huitième instant, est représentée sur la figure 5.


Figure 5. Graphique de la montée et de la baisse du courant dans le circuit, en tenant compte de la force électromotrice d'auto-induction	Graphique 6. Courants d'induction quand le circuit s'ouvre

Lors de l'ouverture de circuits contenant un grand nombre de tours et noyaux d'acier massifs ou, comme on dit, ayant une inductance élevée, la force électromotrice auto-inductive peut être plusieurs fois supérieure à la force électromotrice de la source de tension. Ensuite, au moment de l'ouverture, l'entrefer entre le couteau et la pince fixe de l'interrupteur sera rompu et le résultat sera arc électrique Cela fera fondre les parties en cuivre de l'interrupteur et s'il n'y a pas de boîtier sur l'interrupteur, cela peut brûler les mains (Figure 6).

Dans le circuit lui-même, la force électromagnétique d'auto-induction peut briser l'isolation des spires des bobines, des électro-aimants, etc. Pour éviter cela, certains appareils de commutation offrent une protection contre les champs électromagnétiques d'auto-induction sous la forme d'un contact spécial qui court-circuite l'enroulement de l'électro-aimant lorsqu'il est éteint.

Il convient de garder à l'esprit que la CEM d'auto-induction se manifeste non seulement aux moments où le circuit est allumé et éteint, mais également lors de tout changement de courant.

L'ampleur de la force électromotrice d'auto-induction dépend du taux de variation du courant dans le circuit. Ainsi, par exemple, si pour le même circuit, dans un cas en 1 seconde, le courant dans le circuit passait de 50 à 40 A (c'est-à-dire de 10 A), et dans un autre cas de 50 à 20 A (c'est-à-dire de 10 A) 30 A ), alors dans le deuxième cas, une force électromotrice d'auto-induction trois fois plus grande sera induite dans le circuit.

L'ampleur de la force électromotrice auto-inductive dépend de l'inductance du circuit lui-même. Les circuits à inductance élevée sont les enroulements de générateurs, de moteurs électriques, de transformateurs et de bobines d'induction à noyaux en acier. Les conducteurs droits ont une inductance plus faible. Les conducteurs droits courts, les lampes à incandescence et les appareils de chauffage électriques (poêles, poêles) n'ont pratiquement aucune inductance et l'apparition de champs électromagnétiques auto-inductifs n'y est presque pas observée.

Le flux magnétique pénétrant dans le circuit et y induisant la force électromotrice d'auto-induction est proportionnel au courant circulant dans le circuit :

F = L × je ,

Où L- coefficient de proportionnalité. C'est ce qu'on appelle l'inductance. Déterminons la dimension de l'inductance :

Ohm × sec est autrement appelé Henry (Hn).

1 Henri = 10 3 ; millihenry (mH) = 10 6 microhenry (µH).

L'inductance, sauf Henry, se mesure en centimètres :

1 henri = 10 9 cm.

Par exemple, 1 km de ligne télégraphique a une inductance de 0,002 H. L'inductance des enroulements des gros électroaimants atteint plusieurs centaines de Henry.

Si le courant de boucle change de Δ je, alors le flux magnétique changera de la valeur Δ Ф :

Δ F = L × Δ je .

L'ampleur de la force électromagnétique d'auto-induction qui apparaît dans le circuit sera égale à ( Formule CEM auto-induction) :

Si le courant change uniformément dans le temps, l'expression sera constante et pourra être remplacée par l'expression. Alors valeur absolue La force électromotrice auto-induite apparaissant dans le circuit peut être trouvée comme suit :

Sur la base de la dernière formule, nous pouvons définir l'unité d'inductance - Henry :

Un conducteur a une inductance de 1 H si, avec un changement uniforme du courant de 1 A par seconde, une force électromotrice auto-inductive de 1 V y est induite.

Comme nous l'avons vu ci-dessus, la force électromotrice auto-inductive se produit dans un circuit à courant continu uniquement au moment de son activation, de sa désactivation et à chaque fois qu'elle change. Si l'amplitude du courant dans le circuit est inchangée, alors le flux magnétique du conducteur est constant et la force électromotrice d'auto-induction ne peut pas se produire (puisque. Aux moments de changement du courant dans le circuit, la force électromotrice d'auto-induction interfère avec changements dans le courant, c'est-à-dire qu'il lui offre une sorte de résistance.

Dans la pratique, il arrive souvent qu'il soit nécessaire de réaliser une bobine sans inductance (résistance supplémentaire aux instruments de mesure électriques, résistance des rhéostats à fiche, etc.). Dans ce cas, un enroulement de bobine bifilaire est utilisé (Figure 7)

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. dispositifs dans lesquels on observe une auto-induction (notamment 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 un 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 brutale) 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 provoqué non seulement par une forte interruption du courant, mais également par le 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.

Bourdon, Robert Grégoire
Juan Emar

Voyez ce qu'est « l'auto-induction » dans d'autres dictionnaires :

auto-induction- auto-induction... Dictionnaire d'orthographe-ouvrage de référence

AUTO-INDUCTION- l'apparition d'une force électromotrice d'induction dans un circuit conducteur lorsque l'intensité du courant y change ; cas particuliers d'induction électromagnétique. Lorsque le courant dans le circuit change, le flux magnétique change. induction à travers la surface limitée par ce contour, entraînant ... Encyclopédie physique

AUTO-INDUCTION- excitation de la force électromotrice d'induction (fem) dans un circuit électrique lorsque le courant électrique dans ce circuit change ; cas particulier induction électromagnétique. La force électromotrice de l'auto-induction est directement proportionnelle au taux de variation du courant ;... ... Grand dictionnaire encyclopédique

AUTO-INDUCTION- AUTO-INDUCTION, auto-induction, féminine. (physique). 1. unités uniquement Phénomène selon lequel, lorsque le courant change dans un conducteur, une force électromotrice y apparaît, empêchant ce changement. Bobine d'auto-induction. 2. Un appareil avec... ... Dictionnaire Ouchakova

AUTO-INDUCTION- (Auto-induction) 1. Un appareil à réactance inductive. 2. Le phénomène selon lequel lorsqu'un courant électrique change d'amplitude et de direction dans un conducteur, une force électromotrice apparaît dans celui-ci, empêchant cela... ... Dictionnaire marin

AUTO-INDUCTION- induction de force électromotrice dans les fils, ainsi que dans les bobinages électriques. machines, transformateurs, appareils et instruments lorsque l’ampleur ou la direction de l’électricité qui les traverse change. actuel Le courant circulant à travers les fils et les enroulements crée autour d'eux... ... Dictionnaire technique ferroviaire

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

auto-induction- nom, nombre de synonymes : 1 excitation de la 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 CEM induite (induite) dans un circuit et provoquée par des changements dans le temps du 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…

Relation entre les champs électriques et magnétiques

Électrique et phénomènes magnétiques ont été étudiés depuis longtemps, mais il n'est jamais venu à l'esprit de personne de relier d'une manière ou d'une autre ces études les unes aux autres. Ce n’est qu’en 1820 qu’on découvrit qu’un conducteur porteur de courant agissait sur l’aiguille d’une boussole. Cette découverte appartenait au physicien danois Hans Christian Oersted. Par la suite, l'unité de mesure de l'intensité du champ magnétique dans le système GHS porte son nom : désignation russe E (Oersted), anglais - Oe. Il s'agit de l'intensité du champ magnétique dans le vide avec une induction de 1 Gauss.

Cette découverte suggérait qu'un champ magnétique pouvait être généré à partir d'un courant électrique. Mais en même temps, des réflexions ont également surgi sur la transformation inverse, à savoir comment obtenir un courant électrique à partir d'un champ magnétique. Après tout, de nombreux processus dans la nature sont réversibles : l’eau produit de la glace, qui peut être refondue pour devenir de l’eau.

Il a fallu vingt-deux ans pour étudier cette loi de la physique désormais évidente après la découverte d’Oersted. Le scientifique anglais Michael Faraday a participé à la production d'électricité à partir d'un champ magnétique. Fait diverses formes et les tailles des conducteurs et des aimants, des variantes d'entre eux ont été recherchées position relative. Et ce n'est apparemment que par hasard que le scientifique a découvert que pour obtenir une FEM aux extrémités du conducteur, un terme supplémentaire est nécessaire - le mouvement de l'aimant, c'est-à-dire Le champ magnétique doit être variable.

Désormais, cela ne surprend plus personne. C'est exactement ainsi que fonctionnent tous les générateurs électriques : tant qu'ils sont entraînés en rotation par quelque chose, de l'électricité est générée et l'ampoule brille. Ils se sont arrêtés, ont arrêté de tourner et la lumière s'est éteinte.

Induction électromagnétique

Ainsi, la CEM aux extrémités du conducteur ne se produit que s'il est déplacé d'une certaine manière dans un champ magnétique. Ou plus précisément, le champ magnétique doit nécessairement changer, être variable. Ce phénomène est appelé induction électromagnétique, en russe induction électromagnétique : dans ce cas on dit qu'une CEM est induite dans le conducteur. Si une charge est connectée à une telle source EMF, le courant circulera dans le circuit.

L'ampleur de la FEM induite dépend de plusieurs facteurs : la longueur du conducteur, l'induction du champ magnétique B et, dans une large mesure, la vitesse de déplacement du conducteur dans le champ magnétique. Plus le rotor du générateur tourne rapidement, plus la tension à sa sortie est élevée.

Commentaire: induction électromagnétique(le phénomène d'apparition de champs électromagnétiques aux extrémités d'un conducteur dans un champ magnétique alternatif) ne doit pas être confondu avec l'induction magnétique - une grandeur physique vectorielle caractérisant le champ magnétique lui-même.

Induction

Cette méthode a été revue. Il suffit de déplacer le conducteur dans un champ magnétique aimant permanent, ou inversement, déplacer (presque toujours par rotation) l'aimant à proximité du conducteur. Les deux options vous permettront certainement d'obtenir un champ magnétique alternatif. Dans ce cas, la méthode de production des champs électromagnétiques est appelée induction. C'est l'induction qui est utilisée pour produire des champs électromagnétiques dans divers générateurs. Dans les expériences de Faraday en 1831, un aimant se déplaçait progressivement à l'intérieur d'une bobine de fil.

Intronisation mutuelle

Ce nom suggère que deux chefs d'orchestre participent à ce phénomène. Un courant variable circule dans l’un d’eux, ce qui crée un champ magnétique alternatif autour d’eux. S'il y a un autre conducteur à proximité, une CEM alternative apparaît à ses extrémités.

Cette méthode de production de CEM est appelée induction mutuelle. C'est sur le principe de l'induction mutuelle que fonctionnent tous les transformateurs, seuls leurs conducteurs sont réalisés sous forme de bobines, et des noyaux en matériaux ferromagnétiques sont utilisés pour renforcer l'induction magnétique.

Si le courant dans le premier conducteur s'arrête (coupure de circuit) ou devient, même très fort, mais constant (aucun changement), alors aucune FEM ne sera obtenue aux extrémités du deuxième conducteur. C'est pourquoi les transformateurs fonctionnent uniquement en courant alternatif : si vous connectez une batterie galvanique à l'enroulement primaire, alors il n'y aura certainement aucune tension à la sortie de l'enroulement secondaire.

La FEM dans l'enroulement secondaire n'est induite que lorsque le champ magnétique change. De plus, plus le taux de changement, à savoir la vitesse, et non la valeur absolue, est élevé, plus la force électromotrice induite sera grande.

Auto-induction

Si vous retirez le deuxième conducteur, le champ magnétique du premier conducteur pénétrera non seulement dans l'espace environnant, mais également dans le conducteur lui-même. Ainsi, sous l'influence de son champ, une force électromotrice est induite dans le conducteur, appelée force électromotrice d'auto-induction.

Le phénomène d’auto-induction a été étudié par le scientifique russe Lenz en 1833. Sur la base de ces expériences, il a été possible de découvrir un modèle intéressant : la CEM d'auto-induction contrecarre et compense toujours le champ magnétique alternatif externe qui provoque cette CEM. Cette dépendance est appelée règle de Lenz (à ne pas confondre avec la loi Joule-Lenz).

Le signe moins dans la formule parle simplement de la réaction du CEM d'auto-induction aux causes qui l'ont donné naissance. Si la bobine est connectée à une source de courant continu, le courant augmentera assez lentement. Ceci est très visible lors du « test » de l'enroulement primaire d'un transformateur avec un ohmmètre à cadran : la vitesse de l'aiguille se déplaçant vers la division de l'échelle zéro est sensiblement inférieure à celle lors de la vérification des résistances.

Lorsque la bobine est déconnectée de la source de courant, la force électromotrice d'auto-induction provoque des étincelles dans les contacts du relais. Dans le cas où la bobine est commandée par un transistor, par exemple une bobine de relais, une diode lui est placée parallèlement dans le sens opposé par rapport à la source d'alimentation. Ceci est fait afin de protéger les éléments semi-conducteurs des effets de la force électromotrice d'auto-induction, qui peut être des dizaines, voire des centaines de fois, supérieure à la tension de la source d'alimentation.

Pour mener des expériences, Lenz a conçu un appareil intéressant. Deux anneaux en aluminium sont fixés aux extrémités du culbuteur en aluminium. Un anneau est solide, mais l'autre a une coupe. La bascule tournait librement sur l’aiguille.

Lorsqu'un aimant permanent était inséré dans un anneau solide, il « s'enfuyait » de l'aimant, et lorsque l'aimant était retiré, il se précipitait après lui. Les mêmes actions avec un anneau coupé n'ont provoqué aucun mouvement. Cela s'explique par le fait que dans un anneau solide, sous l'influence d'un champ magnétique alternatif, un courant apparaît qui crée un champ magnétique. Mais dans un anneau ouvert, il n’y a pas de courant, donc pas de champ magnétique.

Un détail important de cette expérience est que si un aimant est inséré dans l’anneau et reste immobile, alors aucune réaction de l’anneau en aluminium à la présence de l’aimant n’est observée. Cela confirme une fois de plus que la force électromotrice induite ne se produit que lorsque le champ magnétique change et que l'ampleur de la force électromotrice dépend du taux de changement. DANS dans ce cas simplement sur la vitesse de déplacement de l'aimant.

La même chose peut être dite à propos de l'induction mutuelle et de l'auto-induction, seule la modification de l'intensité du champ magnétique, ou plutôt la vitesse de sa modification, dépend de la vitesse de variation du courant. Pour illustrer ce phénomène, l’exemple suivant peut être donné.

Laissez passer des courants importants à travers deux bobines identiques assez grandes : dans la première bobine 10A et dans la seconde jusqu'à 1000, et dans les deux bobines, les courants augmentent linéairement. Supposons qu'en une seconde le courant dans la première bobine passe de 10 à 15 A et dans la seconde de 1 000 à 1 001 A, ce qui a provoqué l'apparition d'une force électromotrice auto-induite dans les deux bobines.

Mais, malgré une valeur de courant aussi énorme dans la deuxième bobine, la force électromagnétique d'auto-induction sera plus grande dans la première, car là, le taux de variation du courant est de 5A/sec, et dans la seconde, il n'est que de 1A/sec. . Après tout, la force électromotrice d'auto-induction dépend du taux d'augmentation du courant (lecture du champ magnétique) et non de sa valeur absolue.

Inductance

Les propriétés magnétiques d'une bobine conductrice de courant dépendent du nombre de tours, dimensions géométriques. Une augmentation significative du champ magnétique peut être obtenue en introduisant un noyau ferromagnétique dans la bobine. À PROPOS Propriétés magnétiques les bobines peuvent être jugées avec une précision suffisante par l'ampleur de la force électromotrice induite, de l'induction mutuelle ou de l'auto-induction. Tous ces phénomènes ont été évoqués ci-dessus.

La caractéristique de la bobine qui en parle est appelée coefficient d'inductance (auto-inductance) ou simplement inductance. Dans les formules, l'inductance est désignée par la lettre L, et dans les diagrammes, les inductances sont désignées par la même lettre.

L'unité d'inductance est Henry (H). Une bobine a une inductance de 1H, dans laquelle, lorsque le courant change de 1A par seconde, une force électromotrice de 1V est générée. Cette valeur est assez grande : les enroulements du réseau de transformateurs assez puissants ont une inductance d'un ou plusieurs Gn.

Par conséquent, des valeurs d'ordre inférieur sont souvent utilisées, à savoir milli et micro Henry (mH et μH). De telles bobines sont utilisées dans circuits électroniques. L'une des applications des bobines concerne les circuits oscillants dans les appareils radio.

Les bobines sont également utilisées comme selfs dont le but principal est de faire passer le courant continu sans perte tout en affaiblissant le courant alternatif (filtres). En règle générale, plus la fréquence de fonctionnement est élevée, moins les bobines nécessitent d'inductance.

Réactance inductive

Si l'on prend un transformateur secteur suffisamment puissant et la résistance de l'enroulement primaire, il s'avère qu'elle n'est que de quelques ohms, et même proche de zéro. Il s'avère que le courant traversant un tel enroulement sera très important, et tendra même vers l'infini. Semble, court-circuit tout simplement inévitable ! Alors pourquoi n'est-il pas là ?

L'une des principales propriétés des bobines d'inductance est la réactance inductive, qui dépend de l'inductance et de la fréquence du courant alternatif fourni à la bobine.

Il est facile de voir qu'avec l'augmentation de la fréquence et de l'inductance, la réactance inductive augmente, et par CC devient généralement égal à zéro. Par conséquent, lors de la mesure de la résistance des bobines avec un multimètre, seule la résistance active du fil est mesurée.

La conception des inducteurs est très diversifiée et dépend des fréquences auxquelles la bobine fonctionne. Par exemple, pour fonctionner dans la gamme décimétrique des ondes radio, des bobines de circuits imprimés sont souvent utilisées. Pour la production de masse, cette méthode est très pratique.

L'inductance de la bobine dépend de ses dimensions géométriques, de son noyau, du nombre de couches et de sa forme. Actuellement, un nombre suffisant d'inductances standards similaires aux résistances conventionnelles avec conducteurs sont produites. Ces bobines sont marquées d'anneaux colorés. Il existe également des bobines pour montage en surface, utilisé comme starter. L'inductance de ces bobines est de plusieurs millihenrys.