Pole magnetyczne obwodu, w którym zmienia się natężenie prądu, indukuje prąd nie tylko w innych obwodach, ale także w sobie. Zjawisko to nazywa się samoindukcją.

Ustalono eksperymentalnie, że strumień magnetyczny wektora indukcji pola magnetycznego wytworzonego przez prąd płynący w obwodzie jest proporcjonalny do natężenia tego prądu:

gdzie L jest indukcyjnością obwodu. Stała charakterystyka obwodu, która zależy od jego kształtu i wielkości, a także od przenikalności magnetycznej środowiska, w którym obwód się znajduje. [L] = Gn (Henryk,

1Gn = Wb/A).

Jeżeli w czasie dt prąd w obwodzie zmieni się o dI, wówczas strumień magnetyczny związany z tym prądem zmieni się o dФ = LdI, w wyniku czego w tym obwodzie pojawi się samoindukcyjna siła elektromotoryczna:

Znak minus wskazuje, że siła samoindukcji (a co za tym idzie prądu samoindukcji) zawsze zapobiega zmianie natężenia prądu, który spowodował samoindukcję.

Wyraźnym przykładem zjawiska samoindukcji są dodatkowe prądy zamykania i otwierania, które powstają podczas włączania i wyłączania obwodów elektrycznych o znacznej indukcyjności.

Energia pola magnetycznego

Pole magnetyczne ma energię potencjalną, która w momencie jego powstania (lub zmiany) jest uzupełniana pod wpływem energii prądu w obwodzie, co jednak przeciwdziała samoindukcyjnemu SEM powstałemu w wyniku zmiany pola .

Pracuj dA przez nieskończenie mały okres czasu dt, podczas którego samoindukcja emf i prąd I można uznać za stały, równy:

. (5)

Znak minus wskazuje, że elementarna praca jest wykonywana przez prąd w stosunku do emf samoindukcji. Aby wyznaczyć pracę przy zmianie prądu z 0 na I, całkujemy prawą stronę i otrzymujemy:

. (6)

Praca ta jest liczbowo równa przyrostowi energia potencjalnaΔW str pole magnetyczne, związany z tym łańcuchem, tj. A= -ΔW p.

Wyraźmy energię pola magnetycznego poprzez jego charakterystykę na przykładzie solenoidu. Założymy, że pole magnetyczne elektromagnesu jest jednolite i zlokalizowane głównie wewnątrz niego. Podstawmy w (5) wartość indukcyjności elektromagnesu wyrażoną jego parametrami oraz wartość natężenia prądu I, wyrażoną ze wzoru na indukcję pola magnetycznego elektromagnesu:

, (7)

gdzie N – Łączna zwoje elektromagnesu; ℓ – jego długość; S – pole przekroju poprzecznego kanału wewnętrznego elektromagnesu.

, (8)

Po podstawieniu mamy:

Dzieląc obie strony przez V, otrzymujemy wolumetryczną gęstość energii pola:

(10)

lub, biorąc pod uwagę to
dostajemy,
. (11)

Prąd przemienny

2.1 Prąd przemienny i jego główne cechy

Prąd zmienny to prąd, który zmienia się w czasie zarówno pod względem wielkości, jak i kierunku. Przykład prąd przemienny może służyć jako zużywany prąd przemysłowy. Prąd ten ma charakter sinusoidalny, tj. chwilowa wartość jego parametrów zmienia się w czasie zgodnie z prawem sinus (lub cosinus):

I= I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + φ 0). (12)

P Zmienny prąd sinusoidalny można uzyskać obracając ramę (obwód) ze stałą prędkością

w jednolitym polu magnetycznym z indukcją B(ryc. 5). W tym przypadku strumień magnetyczny przenikający do obwodu zmienia się zgodnie z prawem

gdzie S jest obszarem konturu, α = ωt jest kątem obrotu ramy w czasie t. Zmiana strumienia powoduje indukowany emf

, (17)

którego kierunek wyznacza reguła Lenza.

mi Jeśli obwód jest zamknięty (ryc. 5), wówczas przepływa przez niego prąd:

. (18)

Wykres zmiany siły elektromotorycznej i prąd indukcyjny I przedstawiono na rys.6.

Prąd przemienny charakteryzuje się okresem T, częstotliwością ν = 1/T, częstotliwością cykliczną
i faza φ = (ωt + φ 0) Graficznie wartości napięcia i prądu przemiennego w odcinku obwodu będą reprezentowane przez dwie sinusoidy, generalnie przesunięte w fazie o φ.

Aby scharakteryzować prąd przemienny, wprowadzono pojęcia bieżącej (skutecznej) wartości prądu i napięcia. Wartość skuteczna prądu przemiennego to natężenie prądu stałego, które w danym przewodniku uwalnia w ciągu jednego okresu taką samą ilość ciepła, jaką wydziela dany prąd przemienny.

,
. (13)

Urządzenia wchodzące w skład obwodu prądu przemiennego (amperomierz, woltomierz) pokazują efektywne wartości prądu i napięcia.

Co to jest samoindukowany emf?

Zgodnie z prawem Faradaya ℰ Jest= – . Jeśli Ф = LI, następnie ℰ Jest= = – . Pod warunkiem, że indukcyjność obwodu nie zmienia się podczas zmiany prądu (tj. Nie zmieniają się wymiary geometryczne obwodu i właściwości magnetyczne ośrodka), to

ℰ Jest = – . (13.2)

Z tego wzoru jasno wynika, że ​​jeśli indukcyjność cewki L jest wystarczająco duży, a czas zmiany prądu krótki, to wartość ℰ Jest może osiągnąć dużą wartość i przekroczyć pole elektromagnetyczne źródła prądu, gdy obwód zostanie otwarty. To jest dokładnie ten efekt, który zaobserwowaliśmy w eksperymencie 1.

Ze wzoru (13.2) możemy wyrazić L:

L = – ℰ Jest/(D I/D T),

te. indukcyjność ma inne znaczenie fizyczne: jest liczbowo równa samoindukcyjnemu emf przy szybkości zmiany prądu w obwodzie 1 A w ciągu 1 s.

Czytelnik: Ale potem okazuje się, że wymiar indukcyjności

[L] = Gn = .

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A3, A4, B3–B5, C1, C2.

Zadanie 13.2. Jaka jest indukcyjność cewki z rdzeniem żelaznym, jeżeli w czasie D T= 0,50 s, od którego zmienił się prąd w obwodzie I 1 = = 10,0 A wcześniej I 2 = 5,0 A, a wynikowy emf samoindukcyjny pod względem wielkości jest równy |ℰ Jest| = 25 V?

Odpowiedź: L = ℰ Jest» 2,5 rodz.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A5, A6, B6.

Czytelnik: Jakie jest znaczenie znaku minus we wzorze (13.2)?

Ryż. 13.6

Autor: Rozważ dowolny obwód przewodzący, przez który przepływa prąd. Wybierzmy kierunek obejścia kontur - zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (ryc. 13.6). Przypomnijmy: jeśli kierunek prądu pokrywa się z wybranym kierunkiem obejścia, wówczas siłę prądu uważa się za dodatnią, a jeśli nie, za ujemną.

Obecna zmiana D ja = ja kon -I początek jest także wielkością algebraiczną (ujemną lub dodatnią). Sem samoindukcyjny to praca wykonywana przez pole wirowe podczas przemieszczania pojedynczego ładunku dodatniego wzdłuż konturu wzdłuż kierunku przemieszczania się po konturze. Jeśli natężenie pola wirowego jest skierowane w kierunku omijania konturu, wówczas praca ta jest dodatnia, a jeśli jest przeciwna, jest ujemna. Zatem znak minus we wzorze (13.2) pokazuje, że wartości D I i ℰ zawsze ma inne znaki.

Pokażmy to na przykładach (ryc. 13.7):

A) I> 0 i D I> 0, co oznacza ℰ Jest < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

B) I> 0 i D I < 0, значит, ℰJest >

V) I < 0, а D|ja|> 0, tj. moduł prądu wzrasta, a sam prąd staje się coraz bardziej ujemny. Więc D I < 0, тогда ℰJest> 0, tj. Samoindukcyjne pole elektromagnetyczne jest „włączone” wzdłuż kierunku obejścia;

G) I < 0, а D|ja| < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, DI> 0, wtedy ℰ Jest < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

W przypadku problemów, jeśli to możliwe, należy wybrać taki kierunek obejścia, aby prąd był dodatni.

Zadanie 13.3. W obwodzie na rys. 13,8, i ja 1 = 0,02 H i L 2 = 0,005 Gn. W pewnym momencie prąd I 1 = 0,1 A i rośnie z szybkością 10 A/s oraz prąd I 2 = 0,2 A i rośnie z szybkością 20 A/s. Znajdź opór R.

	a b Ryż. 13.8 Rozwiązanie. Ponieważ oba prądy rosną, w obu cewkach powstaje samoindukcja emf ℰ Jest 1
L 1 = 0,02 H L 2 = 0,005 Hn I 1 = 0,1 A I 2 = 0,2 A D I 1/D T= 10 A/s D I 2/D T= 20 A/s
R= ?

i ℰ Jest 2 połączone pod prąd I 1 i I 2 (ryc. 13.8, B), Gdzie

|ℰ Jest 1 | = ; |ℰ Jest 2 | = .

Wybierzmy kierunek rundy zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrz ryc. 13.8, B) i zastosuj drugą regułę Kirchhoffa

–|ℰ Jest 1 | + |ℰ Jest 2 | = I 1 R – I 2 R ,

R = |ℰ Jest 2 | – |ℰ Jest 1 | / (I 1 -I 2) = =

1 om.

Odpowiedź: R = » 1 om.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: B7, B8, C3.

Zadanie 13.4. Cewka oporowa R= 20 omów i indukcyjność L= 0,010 H znajduje się w zmiennym polu magnetycznym. Gdy strumień magnetyczny wytworzony przez to pole wzrósł o DF = 0,001 Wb, prąd w cewce wzrósł o D ja = 0,050 A. Ile ładunku przepłynęło przez cewkę w tym czasie?

przewodzenia |ℰ Jest| = . Ponadto ℰ Jest„włączony” w kierunku ℰ I, ponieważ prąd w obwodzie wzrósł (ryc. 13.9).

Przyjmijmy kierunek poruszania się po obwodzie zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Następnie, zgodnie z drugą zasadą Kirchhoffa, otrzymujemy:

|ℰ I| – |ℰ Jest| = IR ,

I = (|ℰ I| – |ℰ Jest|)/R = .

Opłata Q, przeszedł przez cewkę w czasie D T, jest równy

q = ja D T =

Odpowiedź: 25 µC.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: B9, B10, C4.

Zadanie 13.5. Cewka z indukcyjnością L I opór elektryczny R podłączony za pomocą klucza do źródła prądu o polu elektromagnetycznym ℰ . W tym momencie T= 0 klucz jest zamknięty. Jak prąd zmienia się w czasie? I w obwodzie zaraz po zamknięciu kluczyka? Poprzez długi czas po zamknięciu? Oszacuj charakterystyczny czas t narastania prądu w takim obwodzie. Opór wewnętrzny obecne źródło można pominąć.

Ryż. 13.10

Ryż. 13.11

Zaraz po zamknięciu klucza I= 0, więc możemy rozważyć » ℰ /L, tj. prąd wzrasta wraz z stała prędkość (I = (ℰ /L)T;Ryż. 13.11).

Kiedy przełącznik jest zamknięty w obwodzie pokazanym na rysunku 1, a Elektryczność, którego kierunek jest pokazany pojedynczymi strzałkami. Wraz z pojawieniem się prądu powstaje pole magnetyczne, którego linie indukcyjne przecinają przewodnik i indukują w nim siłę elektromotoryczną (EMF). Jak stwierdzono w artykule „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej”, to pole elektromagnetyczne nazywa się polem samoindukcyjnym. Ponieważ zgodnie z regułą Lenza każdy indukowany emf jest skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała, a przyczyną tą będzie emf baterii elementów, to emf samoindukcji cewki będzie skierowany przeciwko emf baterii. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji na rysunku 1 pokazano podwójnymi strzałkami.

Zatem prąd nie jest natychmiast ustalany w obwodzie. Dopiero po ustaleniu strumienia magnetycznego następuje przecięcie przewodnika linie magnetyczne zatrzyma się, a wywołany przez siebie emf zniknie. Następnie w obwodzie popłynie prąd stały.

Rysunek 2 przedstawia graficzną reprezentację prądu stałego. Oś pozioma przedstawia czas, wzdłuż Oś pionowa- aktualny. Z rysunku widać, że jeśli w pierwszym momencie prąd wynosi 6 A, to w trzecim, siódmym i tak dalej momentach będzie również równy 6 A.

Rysunek 3 pokazuje, jak ustala się prąd w obwodzie po włączeniu. Samoindukcja emf, skierowana w momencie włączenia przeciwko emf baterii elementów, osłabia prąd w obwodzie, dlatego w momencie włączenia prąd wynosi zero. Następnie w pierwszej chwili prąd wynosi 2 A, w drugiej chwili - 4 A, w trzeciej - 5 A, a dopiero po pewnym czasie w obwodzie ustala się prąd o wartości 6 A.

Rysunek 3. Wykres przyrostu prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcyjny	Rysunek 4. Pole elektromagnetyczne samoindukcji w momencie otwarcia obwodu jest skierowane w tym samym kierunku, co pole elektromagnetyczne źródła napięcia

Kiedy obwód zostanie otwarty (rysunek 4), zanikający prąd, którego kierunek jest oznaczony pojedynczą strzałką, zmniejszy jego pole magnetyczne. Pole to, zmniejszając się od pewnej wartości do zera, ponownie przejdzie przez przewodnik i indukuje w nim emf samoindukcji.

Podczas wyłączania obwód elektryczny w przypadku indukcyjności samoindukcyjny emf będzie skierowany w tym samym kierunku, co emf źródła napięcia. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji pokazano na rysunku 4 podwójną strzałką. W wyniku działania samoindukcyjnego emf prąd w obwodzie nie zanika natychmiast.

Zatem wywołany przez siebie emf jest zawsze skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała. Zwracając uwagę na tę właściwość, mówią, że pole elektromagnetyczne samoindukcyjne ma charakter reaktywny.

Graficznie zmianę prądu w naszym obwodzie, biorąc pod uwagę siłę samoindukcji podczas jego zamykania i późniejszego otwierania w ósmym momencie, pokazano na rysunku 5.

Rysunek 5. Wykres wzrostu i spadku prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcji	Rysunek 6. Prądy indukcyjne kiedy obwód się otworzy

Podczas otwierania obwodów zawierających duża liczba zwoje i masywne rdzenie stalowe lub, jak mówią, mając wysoką indukcyjność, samoindukcyjny emf może być wielokrotnie większy niż emf źródła napięcia. Następnie w momencie otwarcia szczelina powietrzna pomiędzy nożem a stałym zaciskiem wyłącznika zostanie przerwana i co za tym idzie łuk elektryczny spowoduje stopienie miedzianych części przełącznika, a jeśli na przełączniku nie ma obudowy, może to spowodować poparzenie rąk (Rysunek 6).

W samym obwodzie samoindukcyjne pole elektromagnetyczne może przebić się przez izolację zwojów cewek, elektromagnesów i tak dalej. Aby tego uniknąć, niektóre urządzenia przełączające zapewniają ochronę przed samoindukcją pola elektromagnetycznego w postaci specjalnego styku, który po wyłączeniu zwiera uzwojenie elektromagnesu.

Należy wziąć pod uwagę, że samoindukcyjne pole elektromagnetyczne objawia się nie tylko w momentach włączania i wyłączania obwodu, ale także podczas wszelkich zmian prądu.

Wielkość emf samoindukcji zależy od szybkości zmian prądu w obwodzie. I tak na przykład, jeśli dla tego samego obwodu w jednym przypadku w ciągu 1 sekundy prąd w obwodzie zmienił się z 50 na 40 A (czyli o 10 A), a w innym przypadku z 50 na 20 A (czyli o 30 A), to w drugim przypadku w obwodzie zaindukuje się trzykrotnie większy emf samoindukcji.

Wielkość samoindukcyjnego emf zależy od indukcyjności samego obwodu. Obwody o dużej indukcyjności to uzwojenia generatorów, silników elektrycznych, transformatorów i cewek indukcyjnych z rdzeniami stalowymi. Proste przewodniki mają niższą indukcyjność. Krótkie proste przewodniki, lampy żarowe i elektryczne urządzenia grzewcze (piece, piece) praktycznie nie mają indukcyjności i prawie nie obserwuje się w nich pojawienia się samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego.

Strumień magnetyczny przenikający obwód i indukujący w nim emf samoindukcji jest proporcjonalny do prądu płynącego przez obwód:

F = L × I ,

Gdzie L- współczynnik proporcjonalności. Nazywa się to indukcyjnością. Określmy wymiar indukcyjności:

Om × s jest inaczej nazywany Henrym (Hn).

1 Henryk = 10 3 ; milihenr (mH) = 10 6 mikrohenrów (µH).

Indukcyjność, z wyjątkiem Henry'ego, mierzy się w centymetrach:

1 Henryk = 10 9 cm.

Na przykład 1 km linii telegraficznej ma indukcyjność 0,002 H. Indukcyjność uzwojeń dużych elektromagnesów sięga kilkuset henrów.

Jeśli prąd pętli zmieni się o Δ I, wówczas strumień magnetyczny zmieni się o wartość Δ Ф:

Δ Ф = L × Δ I .

Wielkość samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego pojawiającego się w obwodzie będzie równa ( Formuła pola elektromagnetycznego samoindukcja):

Jeśli prąd zmienia się równomiernie w czasie, wyrażenie będzie stałe i można je zastąpić wyrażeniem. Następnie całkowita wartość Samoindukowany emf powstający w obwodzie można znaleźć w następujący sposób:

Na podstawie ostatniego wzoru możemy zdefiniować jednostkę indukcyjności - henr:

Przewodnik ma indukcyjność 1 H, jeśli przy równomiernej zmianie prądu o 1 A na 1 sekundę indukuje się w nim samoindukcyjny emf o wartości 1 V.

Jak widzieliśmy powyżej, samoindukcyjny emf występuje w obwodzie prądu stałego tylko w momentach jego włączania, wyłączania i za każdym razem, gdy się zmienia. Jeśli wielkość prądu w obwodzie pozostaje niezmieniona, wówczas strumień magnetyczny przewodnika jest stały i emf samoindukcji nie może powstać (ponieważ. W momentach zmiany prądu w obwodzie emf samoindukcji zakłóca zmiany prądu, to znaczy zapewnia mu rodzaj oporu.

Często w praktyce zdarzają się przypadki, gdy konieczne jest wykonanie cewki, która nie ma indukcyjności (dodatkowa rezystancja dla elektrycznych przyrządów pomiarowych, rezystancja reostatów wtykowych i tym podobne). W tym przypadku stosuje się uzwojenie cewki bifilarnej (rysunek 7)

Zjawisko to nazywa się samoindukcją. (Pojęcie to ma związek z pojęciem indukcji wzajemnej i jest jego przypadkiem szczególnym).

Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji zawsze okazuje się taki, że gdy prąd w obwodzie wzrasta, pole elektromagnetyczne samoindukcyjne zapobiega temu wzrostowi (skierowane przeciw prądowi), a gdy prąd maleje, maleje (współkierowane z prądem). Ta właściwość samoindukcji emf jest podobna do siły bezwładności.

Wielkość pola elektromagnetycznego samoindukcji jest proporcjonalna do szybkości zmian prądu:

Nazywa się współczynnikiem proporcjonalności współczynnik samoindukcji Lub indukcyjność obwód (cewka).

Prąd samoindukcyjny i sinusoidalny

W przypadku sinusoidalnej zależności prądu płynącego przez cewkę od czasu, samoindukcyjne emf w cewce jest opóźnione w stosunku do prądu w fazie o (tj. 90°), a amplituda tego emf jest proporcjonalna do amplituda prądu, częstotliwość i indukcyjność (). Przecież szybkość zmian funkcji jest jej pierwszą pochodną, ​​a.

Aby obliczyć mniej więcej złożone obwody zawierające elementy indukcyjne, czyli zwoje, cewki itp. urządzenia, w których obserwuje się samoindukcję (zwłaszcza całkowicie liniowe, czyli nie zawierające elementów nieliniowych) w przypadku prądów i napięć sinusoidalnych stosuje się metodę impedancji zespolonych lub, w prostszych przypadkach, mniej wydajną, ale bardziej wizualną opcją jest metoda diagramu wektorowego.

Należy zauważyć, że wszystko, co opisano, ma zastosowanie nie tylko bezpośrednio do sinusoidalnych prądów i napięć, ale także praktycznie do dowolnych, ponieważ te ostatnie prawie zawsze można rozszerzyć do szeregu Fouriera lub całki, a tym samym zredukować do sinusoidy.

W mniej lub bardziej bezpośrednim związku z tym możemy wspomnieć o zastosowaniu zjawiska samoindukcji (i odpowiednio cewek) w różnych obwodach oscylacyjnych, filtrach, liniach opóźniających i innych różnorodnych obwodach elektronicznych i elektrycznych.

Indukcyjność własna i udar prądowy

Ze względu na zjawisko samoindukcji w obwodzie elektrycznym ze źródłem pola elektromagnetycznego, gdy obwód jest zamknięty, prąd nie jest ustalany natychmiast, ale po pewnym czasie. Podobne procesy zachodzą, gdy obwód się otwiera i (przy ostrym otwarciu) wartość samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego w tym momencie może znacznie przekroczyć źródłowy pole elektromagnetyczne.

Najczęściej w zwyczajne życie jest stosowany w cewkach zapłonowych samochodów. Typowe napięcie zapłonu przy napięciu akumulatora 12V wynosi 7-25 kV. Jednak nadmiar pola elektromagnetycznego w obwodzie wyjściowym w stosunku do pola elektromagnetycznego akumulatora jest tutaj spowodowany nie tylko ostrym przerwaniem prądu, ale także przekładnią transformacji, ponieważ najczęściej nie jest używana prosta cewka indukcyjna , ale cewka transformatora, której uzwojenie wtórne jest zwykle wiele razy duża ilość zwojów (czyli w większości przypadków obwód jest nieco bardziej skomplikowany niż ten, którego działanie dałoby się w pełni wyjaśnić poprzez samoindukcję; jednak fizyka jego działania w tej wersji częściowo pokrywa się z fizyką działania obwodu z prosta cewka).

Zjawisko to wykorzystywane jest również do zapłonu. świetlówki w standardzie tradycyjny schemat(Tutaj mówimy o konkretnie o obwód z prostą cewką indukcyjną - dławikiem).

Ponadto przy otwieraniu styków należy zawsze wziąć pod uwagę, czy prąd przepływa przez obciążenie z zauważalną indukcyjnością: wynikający z tego skok pola elektromagnetycznego może prowadzić do przebicia przerwy międzystykowej i/lub innych niepożądanych efektów, które należy w tym przypadku stłumić. w takim przypadku z reguły konieczne jest podjęcie szeregu specjalnych środków.

Notatki

Spinki do mankietów

• O samoindukcji i indukcji wzajemnej ze „Szkoły Elektryków”

Fundacja Wikimedia. 2010.

• Bourdon, Robert Gregory
• Juana Emara

Zobacz, co oznacza „samoindukcja” w innych słownikach:

samoindukcja- samoindukcja... Słownik ortografii – podręcznik

SAMOINDUKCJA- występowanie emf indukcyjnego w obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się w nim siła prądu; szczególne przypadki indukcji elektromagnetycznej. Kiedy zmienia się prąd w obwodzie, zmienia się strumień magnetyczny. indukcja przez powierzchnię ograniczoną tym konturem, w wyniku czego... Encyklopedia fizyczna

SAMOINDUKCJA- wzbudzenie elektromotorycznej siły indukcji (SEM) w obwodzie elektrycznym, gdy zmienia się prąd elektryczny w tym obwodzie; szczególny przypadek Indukcja elektromagnetyczna. Siła elektromotoryczna samoindukcji jest wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu;... ... Wielki słownik encyklopedyczny

SAMOINDUKCJA- SAMOINDUKCJA, samoindukcja, żeńska. (fizyczny). 1. tylko jednostki Zjawisko polegające na tym, że gdy w przewodniku zmienia się prąd, pojawia się w nim siła elektromotoryczna, która zapobiega tej zmianie. Cewka samoindukcyjna. 2. Urządzenie z... ... Słownik Uszakowa

SAMOINDUKCJA- (Samoindukcja) 1. Urządzenie z reaktancją indukcyjną. 2. Zjawisko polegające na tym, że gdy prąd elektryczny zmienia wielkość i kierunek w przewodniku, powstaje w nim siła elektromotoryczna, która zapobiega temu... ... Słownik morski

SAMOINDUKCJA- indukcja siły elektromotorycznej w drutach i uzwojeniach elektrycznych. maszyny, transformatory, aparatura i przyrządy, gdy zmienia się wielkość lub kierunek przepływającej przez nie energii elektrycznej. aktualny Prąd przepływający przez przewody i uzwojenia tworzy wokół nich... ... Techniczny słownik kolejowy

Samoindukcja- indukcja elektromagnetyczna spowodowana zmianą przyczepności do obwodu strumień magnetyczny, wywołane prądem elektrycznym w tym obwodzie... Źródło: ELEKTROTECHNIKA. TERMINY I DEFINICJE PODSTAWOWYCH POJĘĆ. GOST R 52002 2003 (zatwierdzony... ... Oficjalna terminologia

samoindukcja- rzeczownik, liczba synonimów: 1 wzbudzenie siły elektromotorycznej (1) Słownik synonimów ASIS. V.N. Trishin. 2013… Słownik synonimów

samoindukcja- Indukcja elektromagnetyczna spowodowana zmianą strumienia magnetycznego blokującego obwód, spowodowana przepływem prądu elektrycznego w tym obwodzie. [GOST R 52002 2003] EN Indukcja elektromagnetyczna samoindukcyjna w rurce z prądem spowodowana zmianami… … Przewodnik tłumacza technicznego

SAMOINDUKCJA- szczególny przypadek indukcji elektromagnetycznej (patrz (2)), polegający na wystąpieniu indukowanego (indukowanego) pola elektromagnetycznego w obwodzie i spowodowanego zmianami w czasie pola magnetycznego wytworzonego przez zmienny prąd płynący w tym samym obwodzie. ... ... Wielka encyklopedia politechniczna

Książki

• Zestaw tabel. Fizyka. Elektrodynamika (10 tablic), . Album edukacyjny składający się z 10 arkuszy. Prąd elektryczny, siła prądu. Opór. Prawo Ohma dla odcinka obwodu. Zależność rezystancji przewodu od temperatury. Podłączenie przewodów. Pole elektromagnetyczne. Prawo Ohma…

Zależność pomiędzy polami elektrycznymi i magnetycznymi

Elektryczne i zjawiska magnetyczne były badane od dawna, ale nikomu nie przyszło do głowy, aby w jakiś sposób te badania ze sobą powiązać. Dopiero w 1820 roku odkryto, że przewodnik z prądem działa na igłę kompasu. Odkrycie to należało do duńskiego fizyka Hansa Christiana Oersteda. Następnie jego imieniem nazwano jednostkę miary natężenia pola magnetycznego w systemie GHS: rosyjskie oznaczenie E (Oersted), angielskie - Oe. Jest to natężenie pola magnetycznego w próżni z indukcją 1 Gaussa.

Odkrycie to sugeruje, że pole magnetyczne może być generowane z prądu elektrycznego. Ale jednocześnie pojawiły się myśli o odwrotnej transformacji, a mianowicie o tym, jak uzyskać prąd elektryczny z pola magnetycznego. W końcu wiele procesów zachodzących w przyrodzie jest odwracalnych: woda wytwarza lód, który można ponownie stopić i przekształcić w wodę.

Badanie tego teraz oczywistego prawa fizyki po odkryciu Oersteda zajęło dwadzieścia dwa lata. Angielski naukowiec Michael Faraday zajmował się wytwarzaniem energii elektrycznej z pola magnetycznego. Zrobione różne kształty i rozmiarów przewodników i magnesów, poszukiwano ich wariantów względne położenie. I dopiero najwyraźniej przez przypadek naukowiec odkrył, że aby uzyskać pole elektromagnetyczne na końcach przewodnika, potrzebny jest jeszcze jeden człon - ruch magnesu, tj. Pole magnetyczne musi być zmienne.

Teraz nikogo to już nie dziwi. Dokładnie tak działają wszystkie generatory elektryczne - dopóki się czymś obraca, wytwarza się prąd i żarówka świeci. Zatrzymały się, przestały się obracać i światło zgasło.

Indukcja elektromagnetyczna

Zatem pole elektromagnetyczne na końcach przewodnika występuje tylko wtedy, gdy porusza się ono w określony sposób w polu magnetycznym. Albo, ściślej, pole magnetyczne musi koniecznie się zmieniać, być zmienne. Zjawisko to nazywa się indukcją elektromagnetyczną, w języku rosyjskim indukcją elektromagnetyczną: w tym przypadku mówi się, że w przewodniku indukuje się pole elektromagnetyczne. Jeśli obciążenie zostanie podłączone do takiego źródła pola elektromagnetycznego, w obwodzie będzie płynął prąd.

Wielkość indukowanego pola elektromagnetycznego zależy od kilku czynników: długości przewodnika, indukcji pola magnetycznego B i w dużej mierze prędkości ruchu przewodnika w polu magnetycznym. Im szybciej obraca się wirnik generatora, tym wyższe jest napięcie na jego wyjściu.

Komentarz: Indukcja elektromagnetyczna(zjawisko występowania pola elektromagnetycznego na końcach przewodnika w zmiennym polu magnetycznym) nie należy mylić z indukcją magnetyczną - wektorową wielkością fizyczną charakteryzującą samo pole magnetyczne.

Wprowadzenie

Ta metoda została sprawdzona. Wystarczy poruszyć przewodnikiem w polu magnetycznym trwały magnes lub odwrotnie, przesuń (prawie zawsze przez obrót) magnes w pobliże przewodnika. Obie opcje z pewnością pozwolą na uzyskanie zmiennego pola magnetycznego. W tym przypadku metoda wytwarzania pola elektromagnetycznego nazywa się indukcją. Do wytwarzania pola elektromagnetycznego w różnych generatorach wykorzystuje się indukcję. W eksperymentach Faradaya w 1831 r. magnes poruszał się stopniowo wewnątrz cewki drutu.

Indukcja wzajemna

Nazwa ta sugeruje, że w zjawisku tym biorą udział dwaj dyrygenci. W jednym z nich płynie zmienny prąd, który wytwarza wokół niego zmienne pole magnetyczne. Jeśli w pobliżu znajduje się inny przewodnik, na jego końcach pojawia się zmienne pole elektromagnetyczne.

Ta metoda wytwarzania pola elektromagnetycznego nazywa się indukcją wzajemną. Wszystkie transformatory działają na zasadzie wzajemnej indukcji, jedynie ich przewodniki są wykonane w postaci cewek, a rdzenie wykonane z materiałów ferromagnetycznych służą do zwiększenia indukcji magnetycznej.

Jeśli prąd w pierwszym przewodniku ustanie (przerwa w obwodzie) lub stanie się nawet bardzo silny, ale stały (bez zmian), wówczas na końcach drugiego przewodnika nie wystąpi żadne pole elektromagnetyczne. Dlatego transformatory działają tylko na prądzie przemiennym: jeśli podłączysz baterię galwaniczną do uzwojenia pierwotnego, to na pewno nie będzie napięcia na wyjściu uzwojenia wtórnego.

Pole elektromagnetyczne w uzwojeniu wtórnym indukuje się tylko wtedy, gdy zmienia się pole magnetyczne. Co więcej, im silniejsze jest tempo zmian, a mianowicie prędkość, a nie wartość bezwzględna, tym większy będzie indukowany emf.

Samoindukcja

Jeśli usuniesz drugi przewodnik, pole magnetyczne w pierwszym przewodniku przeniknie nie tylko otaczającą przestrzeń, ale także sam przewodnik. Zatem pod wpływem jego pola w przewodniku indukowany jest emf, który nazywa się emf samoindukcyjny.

Zjawisko samoindukcji badał rosyjski naukowiec Lenz w 1833 roku. Na podstawie tych eksperymentów udało się znaleźć interesujący wzór: samoindukcyjne pole elektromagnetyczne zawsze przeciwdziała i kompensuje zewnętrzne zmienne pole magnetyczne, które powoduje to pole elektromagnetyczne. Zależność ta nazywana jest regułą Lenza (nie mylić z prawem Joule'a-Lenza).

Znak minus we wzorze mówi po prostu o przeciwdziałaniu samoindukcji pola elektromagnetycznego przyczynom, które go spowodowały. Jeśli cewka jest podłączona do źródła prądu stałego, prąd będzie rósł dość powoli. Jest to bardzo zauważalne podczas „testowania” uzwojenia pierwotnego transformatora za pomocą omomierza tarczowego: prędkość przesuwania się igły w kierunku zerowego podziału skali jest zauważalnie mniejsza niż przy sprawdzaniu rezystorów.

Kiedy cewka jest odłączona od źródła prądu, samoindukcyjna siła elektromotoryczna powoduje iskrzenie styków przekaźnika. W przypadku, gdy cewka jest sterowana przez tranzystor, np. cewkę przekaźnika, równolegle do niej umieszcza się diodę w kierunku przeciwnym do źródła zasilania. Ma to na celu ochronę elementów półprzewodnikowych przed skutkami samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego, które może być dziesiątki, a nawet setki razy wyższe niż napięcie źródła zasilania.

Do przeprowadzenia eksperymentów Lenz zaprojektował ciekawe urządzenie. Na końcach aluminiowego wahacza zamontowane są dwa aluminiowe pierścienie. Jeden pierścień jest solidny, ale drugi ma wycięcie. Rocker obracał się swobodnie na igle.

Kiedy magnes trwały został włożony w solidny pierścień, „uciekał” od magnesu, a kiedy magnes został usunięty, rzucił się za nim. Te same czynności z obciętym pierścieniem nie spowodowały żadnego ruchu. Wyjaśnia to fakt, że w stałym pierścieniu pod wpływem zmiennego pola magnetycznego powstaje prąd, który wytwarza pole magnetyczne. Ale w otwartym pierścieniu nie ma prądu, dlatego nie ma pola magnetycznego.

Ważnym szczegółem tego eksperymentu jest to, że jeśli magnes zostanie włożony do pierścienia i pozostanie w bezruchu, to nie obserwuje się reakcji aluminiowego pierścienia na obecność magnesu. To po raz kolejny potwierdza, że ​​indukowany emf występuje tylko wtedy, gdy zmienia się pole magnetyczne, a wielkość emf zależy od szybkości zmian. W w tym przypadku po prostu na prędkości ruchu magnesu.

To samo można powiedzieć o indukcji wzajemnej i samoindukcji, tyle że zmiana natężenia pola magnetycznego, a raczej szybkość jego zmian, zależy od szybkości zmian prądu. Aby zilustrować to zjawisko, można podać następujący przykład.

Niech przez dwie dość duże identyczne cewki przepłyną duże prądy: przez pierwszą cewkę 10A, a przez drugą aż 1000, a w obu cewkach prądy rosną liniowo. Załóżmy, że w ciągu jednej sekundy prąd w pierwszej cewce zmienił się z 10 na 15A, a w drugiej z 1000 na 1001A, co spowodowało pojawienie się samoindukowanego emf w obu cewkach.

Ale pomimo tak dużej wartości prądu w drugiej cewce, samoindukcja pola elektromagnetycznego będzie większa w pierwszej, ponieważ tam szybkość zmiany prądu wynosi 5 A/s, a w drugiej tylko 1 A/s . Przecież emf samoindukcji zależy od szybkości narastania prądu (czytaj pola magnetycznego), a nie od jego wartości bezwzględnej.

Indukcyjność

Właściwości magnetyczne cewki przewodzącej prąd zależą od liczby zwojów wymiary geometryczne. Znaczące zwiększenie pola magnetycznego można uzyskać wprowadzając do cewki rdzeń ferromagnetyczny. O właściwości magnetyczne cewki można ocenić z wystarczającą dokładnością na podstawie wielkości indukowanego emf, indukcji wzajemnej lub indukcji własnej. Wszystkie te zjawiska zostały omówione powyżej.

Charakterystyka cewki, która o tym mówi, nazywana jest współczynnikiem indukcyjności (indukcyjnością własną) lub po prostu indukcyjnością. We wzorach indukcyjność jest oznaczona literą L, a na schematach ta sama litera jest oznaczona przez cewki indukcyjne.

Jednostką indukcyjności jest henr (H). Cewka ma indukcyjność 1H i gdy prąd zmienia się o 1A na sekundę, generowany jest emf o wartości 1V. Ta wartość jest dość duża: uzwojenia sieciowe dość mocnych transformatorów mają indukcyjność jednego lub więcej Gn.

Dlatego często stosuje się wartości niższego rzędu, a mianowicie milli i micro Henry (mH i μH). Takie cewki są stosowane w elektroniczne obwody. Jednym z zastosowań cewek są obwody oscylacyjne w urządzeniach radiowych.

Cewki służą również jako dławiki, których głównym celem jest przepuszczanie prądu stałego bez strat przy jednoczesnym osłabianiu prądu przemiennego (filtry). Ogólna zasada jest taka, że ​​im wyższa częstotliwość robocza, tym mniejszej indukcyjności wymagają cewki.

Reaktywność indukcyjna

Jeśli weźmiemy wystarczająco mocny transformator sieciowy i rezystancję uzwojenia pierwotnego, okaże się, że jest to tylko kilka omów, a nawet bliskie zeru. Okazuje się, że prąd płynący przez takie uzwojenie będzie bardzo duży, a nawet będzie dążył do nieskończoności. Wydaje się, zwarcie po prostu nieuniknione! Więc dlaczego tak nie jest?

Jedną z głównych właściwości cewek indukcyjnych jest reaktancja indukcyjna, która zależy od indukcyjności i częstotliwości prądu przemiennego dostarczanego do cewki.

Łatwo zauważyć, że wraz ze wzrostem częstotliwości i indukcyjności reaktancja indukcyjna rośnie i o DC generalnie staje się równa zeru. Dlatego podczas pomiaru rezystancji cewek za pomocą multimetru mierzona jest tylko czynna rezystancja drutu.

Konstrukcja cewek jest bardzo zróżnicowana i zależy od częstotliwości, przy których pracuje cewka. Na przykład do pracy w zakresie decymetrowym fal radiowych często stosuje się cewki z obwodami drukowanymi. W przypadku produkcji masowej ta metoda jest bardzo wygodna.

Indukcyjność cewki zależy od jej wymiarów geometrycznych, rdzenia, liczby warstw i kształtu. Obecnie produkowana jest wystarczająca liczba standardowych cewek podobnych do konwencjonalnych rezystorów z wyprowadzeniami. Cewki takie oznaczone są kolorowymi pierścieniami. Istnieją również cewki do montaż powierzchniowy, używane jako dławiki. Indukcyjność takich cewek wynosi kilka milihenrów.