Самоиндукция

Физика > Самоиндукция

 

Изучите явление самоиндукции – сила тока, значение, как возникает. Читайте о связи самоиндукции и закона Фарадея, взаимная индуктивность, схема катушки.

Индукцией именуют процесс, где электродвижущая сила индуцируется из-за перемен в магнитном потоке.

Задача обучения

• Охарактеризовать свойства индуктора.

Основные пункты

• В электронике индуктивность выступает характеристикой проводника, где перемены тока вызывают напряжение в самом проводнике и соседних – взаимная индуктивность.
• В законе Ленца написано, что меняющийся электрический ток сквозь цепь с индуктивностью индуцируется пропорционально напряжению, вступающим в сопротивление к изменению тока.
• Взаимная индуктивность – воздействие двух устройств на индицирование ЭДС. Перемена тока в одном индуцирует ЭДС во втором: ЭДС₂ = -M ΔI₁/Δt (M – взаимная индуктивность между двумя устройствами).
• Самоиндукция – эффект закона Фарадея индукции на себя. Наведенная ЭДС = - L ΔI/Δt.
• Прибор со значительной самоиндукцией – индуктор.

Термины

• Индуктор – пассивный прибор, вводящий индуктивность в электрическую цепь.
• Самоиндукция – соотношение напряжения и перемены тока.
• Взаимная индуктивность – соотношение напряжения в цепи и перемены тока в соседней.

Обзор

Индукцией именуют процесс, где электродвижущая сила индуцируется из-за перемены магнитного потока. В электронике это характеристика проводника, где изменение тока формирует напряжение, как в самом проводнике, так и в соседних. Этот эффект выплывает из двух фундаментальных наблюдений в физике: постоянный ток формирует стабильное магнитное поле и перемены в магнитном поле индуцируют напряжение в соседнем проводнике.

Взаимная индуктивность

Взаимная индуктивность возникает из-за закона индукции Фарадея от одного прибора к другому, вроде передачи энергии от первичной катушки к трансформатору. Ниже представлена схема взаимной индуктивности для катушек тока.

Катушки способны индуцировать ЭДС между собой в качестве неэффективного трансформатора. Взаимная индуктивность (М) указывает на эффективную связь. Перемены тока в первой катушке индуцируют ЭДС во второй

Когда геометрия приборов зафиксирована, то поток меняется переменным током. Поэтому следует заострить внимание на скорости перемены тока как главную причину индукции. В виде формулы:

(M – взаимная индуктивность между двумя устройствами). Минусовый знак выражает закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность M, тем эффективнее сцепление.

Мы наблюдаем здесь симметричность. Если изменить ток I₂ во второй катушке, то индуцируем ЭДС₁ в первой:

(М – то же самое, что и для обратного процесса). Трансформаторы перемещаются назад с той же эффективностью или взаимной индуктивностью М.

Возможно, что большая взаимная индуктивность не была желательным явлением. Нам хочется, чтобы у трансформатора наблюдалась подобная взаимная индуктивность. Однако, прибор вроде электрической сушилки способен создать опасную ЭДС на корпусе, если взаимная индуктивность между ним и катушками превышает норму. Чтобы уменьшить ее, нужно использовать противодействие катушкам.

Нагревательные катушки электрической сушилки можно проколоть так, чтобы их магнитные поля отменяли друг друга, что снизит уровень взаимной индуктивности

Самоиндукция

Существует и явление самоиндукции, когда индукция влияет на само устройство. К примеру, если ток в катушке увеличивается, то это повторяют поток и магнитное поле, создавая встречную ЭДС, которая сопротивляется уменьшению. Во многих устройствах наблюдается фиксированная геометрия, поэтому перемена потока полностью основывается на изменении тока. Электродвижущая сила в самоиндукции задается по формуле:

(L – самоиндукция устройства). Если мы замечаем значительную самоиндукцию, то сталкиваемся с индуктором.

Символ индуктора

Минусовый знак указывает на закон Ленца, то есть, ЭДС сопротивляется перемене тока. Чем больше самоиндукция, тем сильнее устройство сопротивляется любой перемене тока. К примеру крупная катушка с витками и железным сердечником обладает большой L и не позволит быстро изменить ток.

Соленоиды

Благодаря геометрии можно определить L соленоида и созданное магнитное поле. Однако поле часто формируется сложным, что создает дополнительные проблемы для вычисления. Обычно индуктивность – заданная величина, но в соленоиде все не так, потому что внутри него находится однородное поле. Формула:

---