O campo magnético do circuito, no qual a intensidade da corrente muda, induz uma corrente não apenas em outros circuitos, mas também em si mesmo. Este fenômeno é chamado de auto-indução.

Foi estabelecido experimentalmente que o fluxo magnético do vetor de indução magnética do campo criado pela corrente que flui no circuito é proporcional à força dessa corrente:

onde L é a indutância do laço. Uma característica constante do circuito, que depende de sua forma e tamanho, bem como da permeabilidade magnética do meio em que o circuito está localizado. [L] = Hn (Henrique,

1H = Wb/A).

Se durante o tempo dt a corrente no circuito mudar de dI, o fluxo magnético associado a essa corrente mudará de dФ \u003d LdI, como resultado do qual um EMF de auto-indução aparecerá neste circuito:

O sinal de menos mostra que a EMF de auto-indução (e, consequentemente, a corrente de auto-indução) sempre evita uma mudança na força da corrente que causou a auto-indução.

Um bom exemplo do fenômeno da auto-indução são as correntes extras de fechamento e abertura que ocorrem ao ligar e desligar circuitos elétricos com indutância significativa.

Energia do campo magnético

O campo magnético possui energia potencial, que no momento de sua formação (ou mudança) é reabastecida devido à energia da corrente no circuito, que neste caso funciona contra o EMF de auto-indução decorrente de uma mudança no campo .

Trabalhe dA por um período de tempo infinitamente pequeno dt, durante o qual a auto-indução EMF e a corrente I pode ser considerada constante, igual a:

. (5)

O sinal de menos indica que o trabalho elementar é feito pela corrente contra o EMF de auto-indução. Para determinar o trabalho quando a corrente muda de 0 para I, integramos o lado direito, temos:

. (6)

Este trabalho é numericamente igual ao aumento energia potencialΔWp campo magnético associado a esta cadeia, ou seja, A \u003d -ΔW p.

Vamos expressar a energia do campo magnético em termos de suas características usando o exemplo de um solenóide. Vamos supor que o campo magnético do solenóide seja homogêneo e esteja localizado principalmente dentro dele. Vamos substituir em (5) o valor da indutância do solenóide, expresso através de seus parâmetros e o valor da corrente I, expressa a partir da fórmula para a indução do campo magnético do solenóide:

, (7)

onde N é número total voltas do solenóide; ℓ é o seu comprimento; S é a área da seção transversal do canal interno do solenóide.

, (8)

Após a substituição temos:

Dividindo ambas as partes por V, obtemos a densidade volumétrica de energia do campo:

(10)

ou, dado que
Nós temos
. (11)

Corrente alternada

2.1 Corrente alternada e suas principais características

Uma corrente alternada é uma corrente que muda ao longo do tempo, tanto em magnitude quanto em direção. Um exemplo corrente alternada a corrente industrial consumida pode servir. Esta corrente é senoidal, ou seja, o valor instantâneo de seus parâmetros muda ao longo do tempo de acordo com a lei do seno (ou cosseno):

eu= I 0 senωt, u = U 0 sen(ωt + φ 0). (12)

P A corrente senoidal variável pode ser obtida girando o quadro (circuito) a uma velocidade constante

em um campo magnético uniforme com indução B(Fig.5). Neste caso, o fluxo magnético que penetra no circuito muda de acordo com a lei

onde S é a área do contorno, α = ωt é o ângulo de rotação do quadro no tempo t. A mudança de fluxo leva à indução EMF

, (17)

cuja direção é determinada pela regra de Lenz.

E Se o circuito estiver fechado (Fig. 5), a corrente flui através dele:

. (18)

Gráfico de mudança na força eletromotriz e corrente de indução eu mostrado na Fig.6.

A corrente alternada é caracterizada pelo período T, frequência ν = 1/T, frequência cíclica
e fase φ \u003d (ωt + φ 0) Graficamente, os valores da tensão e a força da corrente alternada na seção do circuito serão representados por duas senoides, geralmente deslocadas de fase por φ.

Para caracterizar a corrente alternada, são introduzidos os conceitos de valor efetivo (efetivo) de corrente e tensão. O valor efetivo da força da corrente alternada é a força de tal corrente contínua que libera em um determinado condutor tanto calor durante um período quanto libera calor e uma determinada corrente alternada.

,
. (13)

Instrumentos incluídos no circuito de corrente alternada (amperímetro, voltímetro) mostram os valores efetivos de corrente e tensão.

Qual é o EMF da auto-indução?

De acordo com a lei de Faraday ℰ é= - . Se F = LI, então ℰ é= = - . Desde que a indutância do circuito não mude no processo de mudança da corrente (ou seja, as dimensões geométricas do circuito e as propriedades magnéticas do meio não mudam), então

ℰ é = – . (13.2)

A partir desta fórmula pode-se ver que se a indutância da bobina eué grande o suficiente, e o tempo de mudança atual é curto, então o valor de ℰ é pode atingir um grande valor e exceder a EMF da fonte de corrente quando o circuito é aberto. É esse efeito que observamos no experimento 1.

Da fórmula (13.2) podemos expressar eu:

eu = – ℰ é//(D EU/D t),

Essa. a indutância tem outro significado físico: é numericamente igual à EMF da auto-indução a uma taxa de variação da corrente através do circuito 1 A por 1 s.

Leitor: Mas então acontece que a dimensão da indutância

[eu] = Hn = .

PARE! Decida por si mesmo: A3, A4, B3-B5, C1, C2.

Problema 13.2. Qual é a indutância de uma bobina com núcleo de ferro, se durante o tempo D t= 0,50 s a corrente no circuito mudou de EU 1 = = 10,0 A até EU 2 \u003d 5,0 A, e o EMF resultante do módulo de auto-indução é |ℰ é| = 25V?

Responda: eu = ℰ é» 2,5 Gn.

PARE! Decida por si mesmo: A5, A6, B6.

Leitor: E qual é o significado do sinal de menos na fórmula (13.2)?

Arroz. 13.6

Autor: Considere algum circuito condutor através do qual a corrente flui. Vamos escolher direção de desvio contorno - no sentido horário ou anti-horário (Fig. 13.6). Lembre-se: se a direção da corrente coincidir com a direção de bypass selecionada, a intensidade da corrente será considerada positiva e, caso contrário, será negativa.

Mudança na corrente D eu = eu vigarista - EU nach também é um valor algébrico (negativo ou positivo). EMF de auto-indução é o trabalho realizado pelo campo de vórtices ao mover uma única carga positiva ao longo do circuito ao longo da direção de desvio de contorno. Se a intensidade do campo de vórtices for direcionada ao longo da direção do desvio do circuito, esse trabalho será positivo e, se for oposto, será negativo. Assim, o sinal de menos na fórmula (13.2) mostra que as quantidades D EU e ℰ é sempre ter sinais diferentes.

Vamos mostrar isso com exemplos (Fig. 13.7):

a) EU> 0 e D EU> 0 significa ℰ é < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода;

b) EU> 0 e D EU < 0, значит, ℰé >

dentro) EU < 0, а D|Eu |> 0, ou seja o módulo da corrente aumenta e a própria corrente se torna cada vez mais “negativa”. Então D EU < 0, тогда ℰé> 0, ou seja Auto-indução EMF "ligada" ao longo da direção do bypass;

G) EU < 0, а D|Eu | < 0, т.е. модуль тока уменьшается, а сам ток становится все «менее отрицательным». Значит, DEU> 0, então ℰ é < 0, т.е. ЭДС самоиндукции «включена» навстречу направлению обхода.

Nas tarefas, se possível, deve-se escolher uma direção de desvio que a corrente seja positiva.

Problema 13.3. No circuito da Fig. 13,8, um L 1 = 0,02 H e eu 2 = 0,005 H. Em algum momento a corrente EU 1 \u003d 0,1 A e aumenta a uma taxa de 10 A / s, e a corrente EU 2 = 0,2 A e aumenta a uma taxa de 20 A/s. Encontre resistência R.

	a b Arroz. 13.8 Decisão. Como ambas as correntes aumentam, ocorre EMF de auto-indução em ambas as bobinas ℰ é 1
eu 1 = 0,02 H eu 2 = 0,005H EU 1 = 0,1A EU 2 = 0,2 A D EU 1/D t= 10 A/s D EU 2/D t= 20 A/s
R= ?

e ℰ é 2, conectado contra correntes EU 1 e EU 2 (Fig. 13.8, b), Onde

|ℰ é 1 | = ; |ℰ é 2 | = .

Vamos escolher a direção transversal no sentido horário (veja a Fig. 13.8, b) e aplique a segunda regra de Kirchhoff

–|ℰ é 1 | + |ℰ é 2 | = EU 1 R-I 2 R ,

R = |ℰ é 2 | – |ℰ é 1 | / (EU 1 - EU 2) = =

1 ohm

Responda: R = » 1 Ohm.

PARE! Decida por si mesmo: B7, B8, C3.

Problema 13.4. Resistência da bobina R= 20 ohms e indutância eu= 0,010 H está em um campo magnético alternado. Quando o fluxo magnético criado por este campo aumentou em DF = 0,001 Wb, a corrente na bobina aumentou em D eu = 0,050 A. Que carga passou pela bobina durante esse tempo?

indução |ℰ é| = . Além disso, ℰ é“ligado” para ℰ eu, uma vez que a corrente no circuito aumentou (Fig. 13.9).

Vamos tomar a direção de contornar o contorno no sentido horário. Então, de acordo com a segunda regra de Kirchhoff, temos:

|ℰ eu| – |ℰ é| = RI ,

EU = (|ℰ eu| – |ℰ é|)/R = .

Carregar q passou pela bobina no tempo D t, é igual a

q = eu D t =

Responda: 25 µC.

PARE! Decida por si mesmo: B9, B10, C4.

Problema 13.5. Bobina com indutância eu e resistência elétrica R conectado através de uma chave a uma fonte de corrente com EMF ℰ . No momento t= 0 a chave está fechada. Como a corrente muda ao longo do tempo? EU no circuito imediatamente após a chave ser fechada? Pela muito tempo depois de fechar? Estime o tempo característico t de aumento de corrente em tal circuito. Resistencia interna fonte de corrente pode ser desprezada.

Arroz. 13.10

Arroz. 13.11

Imediatamente após a chave ser fechada EU= 0, então podemos assumir » ℰ /EU, ou seja corrente aumenta com velocidade constante (EU = (ℰ /EU)t;arroz. 13.11).

Quando a chave é fechada no circuito mostrado na Figura 1, haverá eletricidade, cuja direção é mostrada por setas simples. Com o advento da corrente, surge um campo magnético, cujas linhas de indução cruzam o condutor e induzem nele uma força eletromotriz (FEM). Conforme indicado no artigo "O Fenômeno da Indução Eletromagnética", este EMF é chamado de EMF da auto-indução. Como qualquer EMF induzido, segundo a regra de Lenz, é dirigido contra a causa que o causou, e esta causa será o EMF da bateria de células, o EMF de auto-indução da bobina será dirigido contra o EMF da bateria. A direção do EMF de auto-indução na Figura 1 é mostrada por setas duplas.

Assim, a corrente não é estabelecida no circuito imediatamente. Somente quando o fluxo magnético é estabelecido, a interseção do condutor linhas magnéticas pára e o EMF de auto-indução desaparece. Então uma corrente constante fluirá no circuito.

A Figura 2 é uma representação gráfica de corrente contínua. O eixo horizontal representa o tempo, eixo vertical- atual. Pode-se ver na figura que se no primeiro momento a corrente é de 6 A, então no terceiro, sétimo e assim por diante também será igual a 6 A.

A Figura 3 mostra como a corrente no circuito é ajustada após a ativação. O EMF de auto-indução, direcionado no momento de ligar contra o EMF da bateria de células, enfraquece a corrente no circuito e, portanto, no momento de ligar, a corrente é zero. Além disso, no primeiro momento, a corrente é 2 A, no segundo momento - 4 A, no terceiro - 5 A, e somente após algum tempo a corrente de 6 A é estabelecida no circuito.

Figura 3. Gráfico do aumento da corrente no circuito, levando em consideração a EMF de auto-indução	Figura 4. EMF de auto-indução no momento da abertura do circuito é direcionado na mesma direção que o EMF da fonte de tensão

Quando o circuito é aberto (Figura 4), a corrente de fuga, cuja direção é mostrada por uma única seta, reduzirá seu campo magnético. Este campo, diminuindo de um certo valor para zero, cruzará novamente o condutor e induzirá nele um EMF de auto-indução.

Ao desligar circuito elétrico com indutância, a EMF de auto-indução será direcionada na mesma direção que a EMF da fonte de tensão. A direção da EMF de auto-indução é mostrada na Figura 4 por uma seta dupla. Como resultado da ação do EMF de auto-indução, a corrente no circuito não desaparece imediatamente.

Assim, o EMF de auto-indução é sempre dirigido contra a causa que o causou. Observando essa propriedade, dizem que o EMF de auto-indução tem um caráter reativo.

Graficamente, a variação da corrente em nosso circuito, levando em consideração a EMF de auto-indução, quando ele é fechado e quando é aberto posteriormente no oitavo ponto de tempo, é mostrada na Figura 5.

Figura 5. Gráfico da subida e descida da corrente no circuito, levando em consideração a EMF de auto-indução	Figura 6 Correntes de indução quando o circuito está aberto

Ao abrir circuitos contendo um grande número de voltas e núcleos de aço maciço ou, como se costuma dizer, tendo uma grande indutância, a autoindução EMF pode ser muitas vezes maior que a EMF da fonte de tensão. Então, no momento da abertura, a folga de ar entre a faca e o grampo fixo da chave faca será quebrada e o resultado arco eletrico irá derreter as partes de cobre do interruptor e, na ausência de um invólucro no interruptor, pode queimar as mãos de uma pessoa (Figura 6).

No próprio circuito, EMF de auto-indução pode romper o isolamento de espiras de bobinas, eletroímãs e assim por diante. Para evitar isso, em alguns dispositivos de comutação, a proteção EMF por auto-indução é fornecida na forma de um contato especial que curto-circuita o enrolamento do eletroímã quando desligado.

Deve-se ter em mente que o EMF de auto-indução se manifesta não apenas nos momentos de ligar e desligar o circuito, mas também com quaisquer mudanças na corrente.

O valor da EMF de auto-indução depende da taxa de variação da corrente no circuito. Assim, por exemplo, se para o mesmo circuito em um caso dentro de 1 segundo a corrente no circuito mudou de 50 para 40 A (ou seja, por 10 A), e em outro caso de 50 para 20 A (ou seja, por 30 A ), então no segundo caso, uma EMF de auto-indução três vezes maior será induzida no circuito.

O valor da auto-indutância emf depende da indutância do próprio circuito. Circuitos com alta indutância são os enrolamentos de geradores, motores elétricos, transformadores e bobinas de indução com núcleos de aço. Condutores retos têm menos indutância. Condutores retos curtos, lâmpadas incandescentes e aquecedores elétricos (fornos, fogões) praticamente não possuem indutância e a aparência de EMF de autoindução quase não é observada neles.

O fluxo magnético que penetra no circuito e induz a auto-indução EMF nele é proporcional à corrente que flui através do circuito:

F = eu × EU ,

Onde eu- coeficiente de proporcionalidade. Chama-se indutância. Vamos definir a dimensão da indutância:

Ohm × s é também chamado de Henry (Hn).

1 Henrique = 10 3 ; milihenry (mH) = 10 6 microhenry (mH).

A indutância, exceto Henry, é medida em centímetros:

1 Henrique = 10 9 cm.

Assim, por exemplo, 1 km de uma linha telegráfica tem uma indutância de 0,002 H. A indutância dos enrolamentos de grandes eletroímãs atinge várias centenas de henry.

Se a corrente no circuito mudou em Δ eu, então o fluxo magnético mudará pelo valor Δ Ф:

ΔF = eu × Δ eu .

O valor da EMF de auto-indução, que aparecerá no circuito, será igual a ( Fórmula EMF auto-indução):

Com uma mudança uniforme na corrente ao longo do tempo, a expressão será constante e pode ser substituída pela expressão. Então valor absoluto A fem de auto-indução que ocorre no circuito pode ser encontrada da seguinte forma:

Com base na última fórmula, podemos definir a unidade de indutância - henry:

Um condutor tem uma indutância de 1 H se, com uma variação uniforme na corrente de 1 A em 1 segundo, uma EMF auto-indutiva de 1 V é induzida nele.

Como vimos acima, a EMF de auto-indução ocorre no circuito CC apenas nos momentos em que está ligado, desligado e com qualquer mudança nele. Se a magnitude da corrente no circuito não for alterada, então o fluxo magnético do condutor é constante e o EMF de auto-indução não pode surgir (já que nos momentos de mudança de corrente no circuito, o EMF de auto-indução interfere na corrente mudanças, ou seja, oferece uma espécie de resistência a ela.

Muitas vezes, na prática, há casos em que é necessário fazer uma bobina que não tenha indutância (resistências adicionais para instrumentos de medição elétrica, resistências de reostatos plug-in, etc.). Neste caso, é utilizado um enrolamento bifilar da bobina (Figura 7)

Este fenômeno é chamado de auto-indução. (O conceito está relacionado ao conceito de indução mútua, sendo, por assim dizer, um caso especial dele).

A direção do EMF de auto-indução sempre acaba sendo tal que quando a corrente no circuito aumenta, o EMF de auto-indução impede esse aumento (direcionado contra a corrente) e quando a corrente diminui, diminui (co -dirigido com a corrente). Com esta propriedade, a EMF de auto-indução é semelhante à força de inércia.

O valor do EMF de auto-indução é proporcional à taxa de variação da corrente:

O fator de proporcionalidade é chamado coeficiente de auto-indução ou indutância circuito (bobina).

Auto-indução e corrente senoidal

No caso de uma dependência senoidal da corrente que flui através da bobina no tempo, a EMF de auto-indução na bobina está atrasada em relação à corrente em fase (ou seja, 90 °), e a amplitude dessa EMF é proporcional à amplitude de corrente, frequência e indutância (). Afinal, a taxa de variação de uma função é sua primeira derivada, e .

Para calcular mais ou menos esquemas complexos contendo elementos indutivos, isto é, espiras, bobinas, etc. de dispositivos em que se observa a auto-indução, (especialmente, completamente linear, ou seja, não contendo elementos não lineares) no caso de correntes e tensões senoidais, o complexo O método de impedância é usado ou, em casos mais simples, menos poderoso, mas sua versão mais visual é o método de diagramas vetoriais.

Observe que tudo o que foi descrito é aplicável não apenas diretamente às correntes e tensões senoidais, mas também praticamente às arbitrárias, pois estas podem quase sempre ser expandidas para uma integral em série ou de Fourier e, portanto, reduzidas a senoidais.

Em conexão mais ou menos direta com isso, pode-se mencionar o uso do fenômeno de auto-indução (e, consequentemente, indutores) em uma variedade de circuitos oscilatórios, filtros, linhas de atraso e vários outros circuitos em eletrônica e engenharia elétrica.

Auto-indução e surto de corrente

Devido ao fenômeno de auto-indução em um circuito elétrico com fonte EMF, quando o circuito é fechado, a corrente não é estabelecida instantaneamente, mas após algum tempo. Processos semelhantes também ocorrem quando o circuito é aberto, enquanto (com uma abertura acentuada) o valor da fem de auto-indução pode neste momento exceder significativamente a fem da fonte.

Na maioria das vezes em vida comumé usado nas bobinas de ignição de automóveis. A tensão de ignição típica na tensão da bateria de 12V é de 7-25 kV. No entanto, o excesso de EMF no circuito de saída sobre o EMF da bateria aqui se deve não apenas a uma interrupção acentuada da corrente, mas também à relação de transformação, pois na maioria das vezes não é uma simples bobina indutora que é usada , mas uma bobina de transformador, cujo enrolamento secundário, via de regra, tem muitas vezes grande quantidade voltas (ou seja, na maioria dos casos, o circuito é um pouco mais complexo do que aquele cujo funcionamento seria totalmente explicado por auto-indução; no entanto, a física de seu funcionamento nesta versão coincide parcialmente com a física do funcionamento de um circuito com uma bobina simples).

Este fenômeno também se aplica à ignição lâmpadas fluorescentes no padrão padrão tradicional(aqui nós estamos falando especificamente sobre um circuito com um indutor simples - um estrangulamento).

Além disso, deve-se sempre levar em consideração ao abrir os contatos, se a corrente flui através da carga com uma indutância perceptível: o salto resultante no EMF pode levar a uma quebra da folga entre os contatos e / ou outros efeitos indesejáveis, para suprimir que neste caso, como regra, é necessário tomar uma variedade de medidas especiais.

Notas

Links

• Sobre auto-indução e indução mútua da "Escola para um Eletricista"

Fundação Wikimedia. 2010.

• Bourdon, Robert Gregory
• Juan Amar

Veja o que é "Auto-indução" em outros dicionários:

auto-indução- auto-indução... Dicionário de ortografia

AUTO-INDUÇÃO- a ocorrência de fem de indução em um circuito condutor quando a intensidade da corrente muda nele; casos especiais de indução eletromagnética. Quando a corrente no circuito muda, o fluxo magnético muda. indução através da superfície delimitada por este contorno, resultando em ... Enciclopédia Física

AUTO-INDUÇÃO- excitação da força eletromotriz de indução (fem) em um circuito elétrico quando a corrente elétrica neste circuito muda; caso especial Indução eletromagnética. A força eletromotriz de auto-indução é diretamente proporcional à taxa de variação da corrente; ... ... Grande Dicionário Enciclopédico

AUTO-INDUÇÃO- AUTO-INDUCÇÃO, auto-indução, para mulheres. (fisica). 1. apenas unidades O fenômeno que quando uma corrente muda em um condutor, uma força eletromotriz aparece nele, impedindo essa mudança. Bobina de auto-indução. 2. Um dispositivo que tem ... ... Dicionário Ushakov

AUTO-INDUÇÃO- (Auto indução) 1. Um dispositivo com resistência indutiva. 2. O fenômeno que consiste no fato de que quando uma corrente elétrica muda de magnitude e direção em um condutor, surge nele uma força eletromotriz que impede isso ... ... Dicionário Marinho

AUTO-INDUÇÃO- orientação da força eletromotriz nos fios, bem como nos enrolamentos de eletr. máquinas, transformadores, aparelhos e instrumentos ao alterar a magnitude ou direção da corrente elétrica que flui através deles. atual. A corrente que flui através dos fios e enrolamentos cria em torno deles ... ... Dicionário técnico ferroviário

auto indução- indução eletromagnética causada por uma mudança no intertravamento com o circuito fluxo magnético, causado pela corrente elétrica neste circuito... Fonte: ELEKTROTEHNIKA. TERMOS E DEFINIÇÕES DE CONCEITOS BÁSICOS. GOST R 52002 2003 (aprovado ... ... Terminologia oficial

auto-indução- substantivo, número de sinônimos: 1 excitação de força eletromotriz (1) dicionário de sinônimos ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dicionário de sinônimos

auto-indução- Indução eletromagnética, causada por uma mudança no fluxo magnético interligado com o circuito, devido à corrente elétrica neste circuito. [GOST R 52002 2003] EN auto-indução indução eletromagnética em um tubo de corrente devido a variações… … Manual do Tradutor Técnico

AUTO-INDUÇÃO- um caso especial de indução eletromagnética (ver (2)), consistindo na ocorrência de um EMF induzido (induzido) em um circuito e devido a mudanças no tempo do campo magnético criado por uma corrente variável que flui no mesmo circuito. .. ... Grande Enciclopédia Politécnica

Livros

• Um conjunto de mesas. Física. Eletrodinâmica (10 tabelas), . Álbum educativo de 10 folhas. Corrente elétrica, força atual. Resistência. Lei de Ohm para uma seção de circuito. Dependência da resistência do condutor com a temperatura. Conexão do fio. EMF. A lei de Ohm…

A relação dos campos elétricos e magnéticos

Elétrica e fenômenos magnéticos têm sido estudados há muito tempo, mas nunca ocorreu a ninguém de alguma forma conectar esses estudos uns com os outros. E somente em 1820 foi descoberto que um condutor de corrente atua sobre a agulha da bússola. Esta descoberta pertenceu ao físico dinamarquês Hans Christian Oersted. Posteriormente, a unidade de medida da força do campo magnético no sistema CGS recebeu o nome dele: designação russa E (Oersted), inglês - Oe. O campo magnético tem tal força no vácuo a uma indução de 1 Gauss.

Esta descoberta sugeriu que um campo magnético poderia ser obtido a partir de uma corrente elétrica. Mas, ao mesmo tempo, surgiram pensamentos sobre a transformação reversa, ou seja, como obter uma corrente elétrica de um campo magnético. Afinal, muitos processos na natureza são reversíveis: o gelo é obtido da água, que pode ser derretida novamente em água.

Levou vinte e dois anos após a descoberta de Oersted para estudar esta lei agora óbvia da física. O cientista inglês Michael Faraday estava envolvido na obtenção de eletricidade a partir de um campo magnético. foram feitos várias formas e tamanhos de condutores e ímãs, suas opções foram pesquisadas posição relativa. E apenas, aparentemente, por acaso, o cientista descobriu que, para obter um EMF nas extremidades do condutor, é necessário mais um termo - o movimento do ímã, ou seja, o campo magnético deve ser necessariamente variável.

Agora isso não surpreende mais ninguém. É assim que todos os geradores elétricos funcionam - desde que seja girado por algo, a eletricidade é gerada, a lâmpada brilha. Eles pararam, pararam de girar e a luz se apagou.

Indução eletromagnética

Assim, a EMF nas extremidades do condutor ocorre somente se ele for movido de uma certa maneira em um campo magnético. Ou, mais precisamente, o campo magnético deve necessariamente mudar, ser variável. Esse fenômeno é chamado de indução eletromagnética, na orientação eletromagnética russa: neste caso, eles dizem que um EMF é induzido no condutor. Se uma carga estiver conectada a essa fonte EMF, uma corrente fluirá no circuito.

A magnitude da EMF induzida depende de vários fatores: o comprimento do condutor, a indução do campo magnético B e, em grande parte, a velocidade do condutor no campo magnético. Quanto mais rápido o rotor do gerador gira, maior a tensão em sua saída.

Comente: Indução eletromagnética(o fenômeno da ocorrência de EMF nas extremidades de um condutor em um campo magnético alternado) não deve ser confundido com indução magnética - uma grandeza física vetorial que caracteriza o próprio campo magnético.

Indução

Este método foi considerado. É o suficiente para mover o condutor em um campo magnético ímã permanente, ou vice-versa para mover (quase sempre por rotação) o ímã próximo ao condutor. Ambas as opções definitivamente permitirão que você obtenha um campo magnético variável. Neste caso, o método de obtenção de CEM é chamado de indução. É a indução que é usada para obter EMF em vários geradores. Nos experimentos de Faraday em 1831, um ímã se movia progressivamente dentro de uma bobina de fio.

Indução mútua

Esse nome sugere que dois condutores participam desse fenômeno. Em um deles, flui uma corrente variável, que cria um campo magnético alternado ao seu redor. Se houver outro condutor próximo, uma fem variável surge em suas extremidades.

Este método de obtenção de CEM é chamado de indução mútua. É no princípio da indução mútua que todos os transformadores funcionam, apenas seus condutores são feitos na forma de bobinas, e os núcleos feitos de materiais ferromagnéticos são usados ​​​​para aumentar a indução magnética.

Se a corrente no primeiro condutor parar (circuito aberto), ou se tornar muito forte, mas constante (não há mudanças), então nenhum EMF pode ser obtido nas extremidades do segundo condutor. É por isso que os transformadores operam apenas em corrente alternada: se uma bateria galvânica estiver conectada ao enrolamento primário, definitivamente não haverá tensão na saída do enrolamento secundário.

A EMF no enrolamento secundário é induzida somente quando o campo magnético muda. Além disso, quanto mais forte for a taxa de variação, ou seja, a velocidade, e não o valor absoluto, maior será a CEM induzida.

auto indução

Se removermos o segundo condutor, o campo magnético no primeiro condutor penetrará não apenas no espaço circundante, mas também no próprio condutor. Assim, sob a influência de seu campo, uma EMF é induzida no condutor, que é chamada de EMF de auto-indução.

Os fenômenos de auto-indução em 1833 foram estudados pelo cientista russo Lenz. Com base nesses experimentos, foi possível descobrir um padrão interessante: a auto-indução EMF sempre neutraliza, compensa o campo magnético alternado externo que causa essa EMF. Essa relação é chamada de regra de Lenz (não deve ser confundida com a lei de Joule-Lenz).

O sinal de menos na fórmula apenas fala da oposição do EMF à auto-indução às razões que lhe deram origem. Se a bobina estiver conectada a uma fonte de corrente contínua, a corrente aumentará lentamente. Isso é muito perceptível quando o enrolamento primário do transformador é "anelado" com um ohmímetro de ponteiro: a velocidade da seta na direção da divisão zero da escala é visivelmente menor do que ao verificar os resistores.

Quando a bobina é desconectada da fonte de corrente, a autoindução EMF faz com que os contatos do relé faísquem. No caso em que a bobina é controlada por um transistor, por exemplo, uma bobina de relé, um diodo é colocado em paralelo com ela na direção oposta em relação à fonte de energia. Isso é feito para proteger os elementos semicondutores dos efeitos da autoindução EMF, que podem exceder a tensão da fonte de energia em dezenas e até centenas de vezes.

Para realizar experimentos, Lenz projetou um dispositivo interessante. Nas extremidades do balancim de alumínio são fixados dois anéis de alumínio. Um anel é sólido e o outro foi cortado. O balancim girou livremente na agulha.

Quando um ímã permanente era introduzido em um anel sólido, ele "fugia" do ímã e, quando o ímã era removido, ele o procurava. As mesmas ações com um anel de corte não causaram nenhum movimento. Isso se deve ao fato de que em um anel sólido sob a influência de um campo magnético alternado, surge uma corrente, que cria um campo magnético. E em um anel aberto não há corrente, portanto, não há campo magnético.

Um detalhe importante deste experimento é que se o ímã é introduzido no anel e permanece imóvel, então nenhuma reação do anel de alumínio à presença do ímã é observada. Isso mais uma vez confirma que a EMF de indução ocorre apenas no caso de uma mudança no campo magnético, e a magnitude da EMF depende da taxa de variação. NO este caso simplesmente na velocidade do ímã.

O mesmo pode ser dito sobre indução mútua e auto-indução, apenas a mudança na força do campo magnético, ou melhor, a taxa de sua mudança depende da taxa de mudança da corrente. Um exemplo pode ser dado para ilustrar esse fenômeno.

Deixe grandes correntes passarem por duas bobinas idênticas suficientemente grandes: pela primeira bobina 10A e pela segunda até 1000, e em ambas as bobinas as correntes aumentam linearmente. Suponha que em um segundo a corrente na primeira bobina mudou de 10 para 15A, e no segundo de 1000 para 1001A, o que causou o aparecimento de EMF auto-indutivo em ambas as bobinas.

Mas, apesar de um valor tão grande da corrente na segunda bobina, a EMF de auto-indução será maior na primeira, já que a taxa de variação da corrente é de 5A / s, e na segunda é apenas 1A / s. Afinal, o EMF de auto-indução depende da taxa de aumento da corrente (leia o campo magnético), e não de seu valor absoluto.

Indutância

As propriedades magnéticas de uma bobina com corrente dependem do número de voltas, dimensões geométricas. Um aumento significativo no campo magnético pode ser alcançado pela introdução de um núcleo ferromagnético na bobina. O Propriedades magneticas bobinas com precisão suficiente podem ser julgadas pela magnitude da EMF de indução, indução mútua ou auto-indução. Todos esses fenômenos foram discutidos acima.

A característica da bobina que fala sobre isso é chamada de indutância (auto-indutância) ou simplesmente indutância. Nas fórmulas, a indutância é indicada pela letra L, e nos diagramas, os indutores são indicados pela mesma letra.

A unidade de indutância é Henry (H). Uma bobina tem uma indutância de 1H, na qual, quando a corrente muda de 1A por segundo, é gerado um EMF de 1V. Este valor é bastante grande: os enrolamentos de rede de transformadores suficientemente poderosos têm uma indutância de um ou mais Gn.

Portanto, valores de ordem menor são frequentemente usados, ou seja, mili e microhenries (mH e μH). Essas bobinas são usadas em Circuitos eletrônicos. Uma das aplicações das bobinas são os circuitos oscilatórios em dispositivos de rádio.

As bobinas também são usadas como bobinas, cujo objetivo principal é passar corrente contínua sem perdas enquanto atenua a corrente alternada (filtros). Geralmente, quanto maior a frequência de operação, menos indutância as bobinas requerem.

Reatância indutiva

Se pegarmos um transformador de rede suficientemente poderoso e a resistência do enrolamento primário, verifica-se que são apenas alguns ohms e até perto de zero. Acontece que a corrente através de tal enrolamento será muito grande e até tenderá ao infinito. Parece, curto circuito simplesmente inevitável! Então, por que ele não é?

Uma das principais propriedades dos indutores é a reatância indutiva, que depende da indutância e da frequência da corrente alternada que está conectada à bobina.

É fácil ver que com o aumento da frequência e da indutância, a reatância indutiva aumenta, e por DC geralmente se torna zero. Portanto, ao medir a resistência das bobinas com um multímetro, apenas a resistência ativa do fio é medida.

O design dos indutores é muito diversificado e depende das frequências em que a bobina opera. Por exemplo, bobinas de fiação impressa são frequentemente usadas para trabalhar na faixa decimétrica de ondas de rádio. Na produção em massa, este método é muito conveniente.

A indutância da bobina depende de suas dimensões geométricas, núcleo, número de camadas e forma. Atualmente, um número suficiente de indutores padrão é produzido, semelhante aos resistores convencionais com fios. Essas bobinas são marcadas com anéis coloridos. Existem também bobinas para montagem em superfície usados ​​como estranguladores. A indutância de tais bobinas é de vários milhões.