Содержание

Взаимоиндукция – Основы электроники

Если на замкнутый электрический контур производить воздействие магнитным полем, при этом изменять величину магнитного потока внутри контура, то в контуре возникнет индукционный электрический ток, что обусловлено явлением электромагнитной индукции.

Величину магнитного потока внутри контура можно менять самыми разнообразными способами, и во всех этих случаях в контуре будет возникать индукционный ток. Можно, напри­мер, составить две электрические цепи, изображенные на рисунке 1.

Рисунок 1. Явление взаимной индукции в двух индуктивно связанных цепях. При каждом включении и выклю­чении тока в первой цепи во второй цепи возникает индукци­онный ток.

При каждом включении и выключении тока в первой цепи во второй цепи будет возникать индукционный ток. Объ­ясняется это тем, что при включении тока вокруг первой цепи возникают магнитные силовые линии. Так как вторая цепь на­ходится в непосредственной близости к первой, то часть маг­нитных силовых линий будет охватывать вторую цепь или, иначе, часть магнитного потока, создаваемого первым конту­ром, будет пронизывать второй контур. Поэтому во втором контуре будет возникать ЭДС индукции и как следствие – индукционный ток при каждом появ­лении и исчезновении магнитного потока.

Две цепи, подобные изображенным на рисунке 1, называются индуктивно связанными, а само явления возникновения индукционного тока в двух близко расположенных цепях называется взаимной индукцией или взаимоиндукцией.

При монтаже радиоприемников нежелательные («паразит­ные») индуктивные связи между различными цепями радио­приемника могут доставить очень много неприятностей кон­структору. Для предотвращения паразитных индуктивных свя­зей нужно избегать параллельного расположения проводников различных цепей радиоприемника.

Однако явление взаимоиндукции часто используется для передачи электрической энергии из одной цепи в другую, например, в таких приборах как трансформаторы, токовые датчики и т. д.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Явление взаимоиндукции – Энциклопедия по машиностроению XXL

Рассмотрим подробнее явление взаимоиндукции и определим направление э. д. с., индуктированной во втором проводнике. На рис. 19 изображены два проводника в поперечном сечении.  [c.33]
Рис. 18. Схема, объясняющая явление взаимоиндукции.

Явление взаимоиндукции широко используется в аппаратах зажигания двигателей внутреннего сгорания и в различных трансформаторах (рис. 20). Трансформатор состоит из стального сердечника 2, на котором расположены две обмотки первичная 1 и вторичная 3. В зависимости от назначения трансформаторы могут быть повышающие и понижающие.  
[c.34]

Для использования явления взаимоиндукции применяют не прямолинейные проводники, а катушки, выполненные изолированным проводом. Это позволяет в малых габаритах поместить нужное число витков и сосредоточить магнитный поток.  [c.35]

Ток размыкания. Рассматривая явления взаимоиндукции и самоиндукции, мы подводили к зажимам первичной обмотки трансформатора переменный ток, который изменялся по величине и направлению. Если же первичная обмотка будет включена к источнику постоянного тока, то явлений взаимоиндукции и самоиндукции не будет, так как магнитное поле будет постоянным  [c.36]

Объясните явления взаимоиндукции и самоиндукции.  [c.124]

Явление взаимоиндукции положено в основу действия к а-тушки зажигания автомобилей. При замыкании контактов 3 прерывателя в цепи первичной обмотки 1 (первичной цепи) катушки зажигания появится ток, который создаст магнитный поток, пересекающий витки как вторичной 2, так и первичной обмотки. В результате в первичной обмотке 1 возникнет э. д. с. самоиндукции, которая будет замедлять нарастание тока в пер-  

[c.95]

Температура сверхпроводящего перехода определяется как средняя точка перехода, которая, по-видимому, не зависит от метода наблюдения по взаимоиндукции, сопротивлению или теплоемкости [72] (рис. 4.22). Общепринятым при воспроизведении температуры перехода является метод взаимоиндукции на переменном токе. В сверхпроводниках первого рода ниже температуры перехода весь магнитный поток выталкивается из металла. Это явление называется эффектом Мейсснера. Выталкивание потока можно наблюдать при использовании моста взаимоиндукции. Для компенсации внешних магнитных полей применяются дополнительные катушки Гельмгольца. Ток в катушках Гельмгольца может устанавливаться по максимальному значению Гс, соответствующему нулевому магнитному полю в сверхпроводнике.  

[c.167]

Взаимоиндукция — явление наведения во втором проводнике э. д. с. (В) от действия магнитного поля, обусловленного изменяющимся ГОКОМ, проходящим по первому проводнику, расположенному рядом со вторым,  [c.112]

Рассмотрим еще одно проявление электромагнитной индукции. Оно может происходить в неподвижных проводниках, расположенных друг возле друга. Если по одному проводнику пропустить ток, изменяющийся по величине или направлению, то в другом проводнике будет индуктироваться э. д. с. или ток. Это явление называется взаимоиндукцией. То же явление будет наблюдаться, если на катушку намотать две обмотки и по одной из них пропустить ток, изменяющийся по величине или направлению. В этом случае в другой обмотке индуктируется электрический ток. Обмотка, по которой пропускают ток, называется первичной, а в которой индуктируется ток — вторичной. Величина э. д. с. в обмотках будет пропорциональна соотношению количества их витков.  

[c.122]


Если поместить рядом две катушки 1 и 2 нз проводников (рис. 8) и по одной из них (2) пропускать электрический ток, а другую (/) приближать и удалять от нее, то в катушке I появится э. д. с. Если обе катушки будут неподвижны, но в катушке 2 изменять ток или замыкать и размыкать цепь, то в катушке 1 также будет индуктироваться э. д. с. Это явление носит название взаимоиндукции.  [c.27]

I. Какое явление называется взаимоиндукцией В каком устройстве на автомобиле используется это явление  [c.9]

Э. д. с. наводится не только при перемещении проводника в магнитном поле, но и при всяком изменении магнитного потока около проводника или катушки, т. е. его появлении, исчезновении или изменении по величине. Это явление называют взаимоиндукцией, на нем основано действие катушки в системе зажигания автомобиля.  

[c.102]

Описанное явление носит название взаимоиндукции и используется в специальных электрических преобразователях, получивших название трансформаторов.  [c.17]

На явлениях взаимоиндукции и самоиндукции основано устройство и работа катушки зажигания с механическим прерывателем, преобразующей ток низкого напряжения в ток высокого напряжения, используемый для зажигания рабочей смеси в карбюраторных двигателях.  [c.122]

Катушка зажигания. В генераторе э. д. с. наводится при перемещении обмотки якоря в магнитном поле. Э. д. с. может быть наведена также при всяком изменении магнитного потока около любого проводника или катушки, т. е. при пояапении тока, его исчезновении или изменении по величине. Это явление называется взаимоиндукцией, и на нем основано действие катушки зажигания, преобразующей совместно с прерывателем ток  [c.113]

Индуктирование э. д. с. может также осуществляться взаимоиндукцией. Для этой цели используют две катушки, размещенные одна в другой. При прохождении тока в обмотке одной из катушек (первичной) вокруг нее создается магнитное поле, которое охватывает витки обмотки катушки (вторичной). Когда замыкают и размыкают цепь первичной обмотки, вокруг нее появляется и исчезает магнитное поле. Появляющееся или исчезающее магнитное поле первичной обмотки пересекает витки вторичной обмотки и в ней возникает э. д. с., которую называют 9. д. с. взаимоиндукции. На этом явлении основана работа катушки зажигания. Наряду с пересечением витков вторичной обмотки исчезающее и появляющееся магнитное поле пересекает также витки первичной обмотки, в которых возникает дополнительная э. д. с. самоиндукции.  

[c.113]


Явление взаимоиндукции. Э. д. с. взаимоиндукции. Взаимная индуктивность контуров

Содержание:

Явление взаимоиндукции. Э. д. с. взаимоиндукции. Взаимная индуктивность контуров

Явление взаимной индукции. Например, взаимная индукция. Взаимная индуктивность цепи. Явление наведения, например, цепи, в которой ток изменяется в другой цепи, называется явлением взаимной индукции.

  • Индукция (индукция) называется взаимной индукцией emf. It это уточняется им. Ток ilt протекает по 2-му току i2 и по 1-му контуру.
Например, мы предполагаем, что существует 2 контура между собой на определенном расстоянии(рис.84). Людмила Фирмаль

Поток фх, создаваемый током Q, частично замыкается путем обхода 2-го контура (ФП) и частично через 2-й контур (Ф12* Рисунок 84 Ф1 = = FП + Ф12. (4.11) Затем поток 2-го контура, создаваемый током/ 2 Ф2, частично замыкается, минуя первый контур (Фм) и частично проникая в него (ф21) Ф2=Ф22+Ф21. 2(Ф2±Ф12)=ф2±ф12. (4.14)) Если взаимный индуцированный поток направляется в соответствии с самоиндуцированным потоком, создаваемым током в этой цепи, то знак плюс последних 2 формул должен быть помещен.

  • Для противоположного (противоположного) направления нужно поставить знак минус. Из опыта известно, что сердечник катушки выполнен из неферромагнитного или ферромагнитного материала, но постоянная φ21 пропорциональна току/ 2, а φ12 пропорциональна току iv Коэффициент пропорциональности обозначается буквой М, которая имеет соответствующую index. So … Фп = = Af21f2; (4.15) ф12= Ml2ir(4.1 б) ♦

К фотографии. 84 более понятен и показывает только 1 силовую линию для каждого потока. — *не зависит от φ21 или/ / 2(таким образом, если сердечник катушки неферромагнитный, или если сердечник выполнен из ферромагнитного материала с постоянным rp, то он зависит от φ12 индивидуально.

Взаимная индуктивность M зависит только от относительного положения катушки, числа витков g от геометрического размера катушки и константы конкретного сердечника. 1 я C2PHO4H = — L2-4-L4 −7 = C2L-D b2M- ИЛ 8) (4.19)) E. d. 1 взаимная индукция (4.20 утра)) (4.21)

В последних 2 формулах знак минус — это направление согласной в потоке самоиндукции и взаимной индукции, плюс-должен быть указан в обратном direction. In это обозначение, коэффициент M всегда положительный. В качестве элемента эквивалентной схемы действительной схемы м, в расчетном смысле, дает возможность рассмотреть явление взаимной индукции. ■

Есть еще один способ написать е в литературе. д. с самоиндуцированным. Они пишут: (4.20 утра)) (4.21) И принять, что коэффициент M является либо положительным (последовательное направление потока самоиндукции и взаимной индукции), либо отрицательным(обратное направление потока).

При произвольной геометрии и расположении катушек магнитной связи определение взаимной индуктивности затрудняется экспериментальным путем с использованием «переменного тока»*.

Однако из-за математических трудностей расчетное определение м со сложным характером распределения магнитного поля может быть сделано только для простейших геометрических катушек. Богатая форма. р.«■

Если магнитно связанная катушка, например, имеет ферромагнитный сердечник с переменной c, обернутой вокруг 1 сердечника, то это функция результирующей напряженности магнитного поля, в этом случае M-переменная величина. Введение понятия взаимной индуктивности в такие катушки нецелесообразно. …■

Пример 37.In пример 34 тороиды, помимо первой обмотки с числом витков= 1000, наматывают вторую w2 = 500 для определения взаимной индуктивности между обмотками. •

Решение. Первый * rev-если вы хотите принять весь поток, созданный Отпустите, F.=(см. Пример 34) Два * (Игнорировать рассеянный поток), то==и (MMhVafc 1GD на * Звуковая частота.»*,=• (4.22) Л.- .. 2 раза. Альтернативные номера м _ 1,256. 1 <х -«.80-1000.500. 2 модель -«.0,41

Смотрите также:

Предмет электротехника тоэ

Самоиндукция

Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре[1] при изменении протекающего через контур тока.

При изменении тока в контуре пропорционально меняется[2] и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром[3]. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС.

Это явление и называется самоиндукцией. Стоит отметить, что данное понятие родственно понятию взаимоиндукции, являясь как бы его частным случаем.

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Явление самоиндукции проявляется в замедлении процессов исчезновения и установления тока[4].

При сопоставлении силы электрического тока со скоростью в механике и электрической индуктивности с массой в механике ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.

Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы (переменного) тока i{\displaystyle i}:

E=−Ldidt{\displaystyle {\mathcal {E}}=-L{\frac {di}{dt}}}.

Коэффициент пропорциональности L{\displaystyle L} называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью контура (катушки).

Самоиндукция и синусоидальный ток

В случае синусоидальной зависимости тока, текущего через катушку, от времени, ЭДС самоиндукции в катушке отстаёт от тока по фазе на π/2{\displaystyle \pi /2} (то есть на 90°), а амплитуда этой ЭДС пропорциональна амплитуде тока, частоте и индуктивности (E0=LωI0{\displaystyle {\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}}). Ведь скорость изменения функции — это её первая производная, а dsin⁡ωtdt=ωcos⁡ωt=ωsin⁡(ωt+π/2){\displaystyle {\frac {d\sin \omega t}{dt}}=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)}.

Для расчёта более или менее сложных схем, содержащих индуктивные элементы, то есть витки, катушки и т. п. устройства, в которых наблюдается самоиндукция, (особенно, полностью линейных, то есть не содержащих нелинейных элементов[5]) в случае синусоидальных токов и напряжений применяют метод комплексных импедансов или, в более простых случаях, менее мощный, но более наглядный его вариант — метод векторных диаграмм.

Заметим, что всё описанное применимо не только непосредственно к синусоидальным токам и напряжениям, но и практически к произвольным, поскольку последние могут быть практически всегда разложены в ряд или интеграл Фурье и таким образом сведены к синусоидальным.

В более или менее непосредственной связи с этим можно упомянуть о применении явления самоиндукции (и, соответственно, катушек индуктивности) в разнообразных колебательных контурах, фильтрах, линиях задержки и других разнообразных схемах электроники и электротехники.

Самоиндукция и скачок тока

За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом (при резком размыкании) величина ЭДС самоиндукции может в этот момент значительно превышать ЭДС источника.

Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей. Типичное напряжение зажигания при напряжении питающей батареи 12 В составляет 7-25 кВ. Впрочем, превышение ЭДС в выходной цепи над ЭДС батареи здесь обусловлено не только резким прерыванием тока, но и коэффициентом трансформации, поскольку чаще всего используется не простая катушка индуктивности, а катушка-трансформатор, вторичная обмотка которой как правило имеет во много раз большее количество витков (то есть, в большинстве случаев схема несколько более сложная, чем та, работа которой полностью объяснялось бы через самоиндукцию; однако физика её работы и в таком варианте отчасти совпадает с физикой работы схемы с простой катушкой).

Это явление применяется и для поджига люминесцентных ламп в стандартной традиционной схеме (здесь речь идёт именно о схеме с простой катушкой индуктивности — дросселем).

Кроме того, явление самоиндукции надо учитывать всегда при размыкании контактов, если ток течёт по нагрузке с заметной индуктивностью: возникающий скачок ЭДС может приводить к пробою межконтактного промежутка и/или другим нежелательным эффектам, для подавления которых в этом случае, как правило, необходимо принимать разнообразные специальные меры.

См. также

Примечания

  1. ↑ Контур может быть и многовитковым — в частности, катушкой. В этом случае, так же как и в случае одиночного контура, строго говоря, контур должен быть замкнутым (например, через вольтметр, измеряющий ЭДС), но на практике при (очень) большом количестве витков различие ЭДС в полностью замкнутом контуре и в контуре с разрывом (геометрически даже большим по сравнению с размером катушки) может быть пренебрежимо малым.
  2. ↑ Поскольку магнитный поток через контур пропорционален току в контуре. Для тонкого жёсткого контура (для случая которого, это утверждение и является точным) точная пропорциональность очевидна исходя из закона Био-Савара, так как согласно этому закону вектор магнитной индукции прямо пропорционален току, а поток этого вектора (что и называется магнитным потоком) через фиксированную (она не меняется при жёстком контуре) поверхность тогда тоже пропорционален току. Формально это записывается в виде равенства: Φ=LI{\displaystyle \Phi =LI}, где Φ{\displaystyle \Phi } — магнитный поток, L{\displaystyle L} — коэффициент самоиндукции, I{\displaystyle I} — ток в контуре.
  3. ↑ В случае сложной формы контура, например, если контур многовитковый (катушка), поверхность, ограниченная контуром (или, как говорят, «натянутая на контур») оказывается достаточно сложной, что ничуть не меняет сути описываемого явления. Для упрощения понимания случая многовитковых контуров (катушек) можно (приближённо) считать поверхность, натянутую на такой контур, состоящей из множества (стопки) поверхностей, каждая из которых натянута на свой отдельный единичный виток.
  4. ↑ Калашников С. Г., Электричество, М., ГИТТЛ, 1956, гл. IX «Электромагнитная индукция», п. 107 «Исчезновение и установление тока», с. 221 – 224;
  5. ↑ Сами индуктивные элементы являются линейными, то есть подчиняются линейному дифференциальному уравнению, приведённому в статье выше. Впрочем, это уравнение в реальности выполняется лишь приближённо, так что индуктивные элементы являются линейными также лишь приближённо (хотя иногда и с крайне хорошей точностью). Также в реальности встречаются отклонения от идеального уравнения, носящие линейный характер (например, связанные с упругими деформациями катушки в линейном приближении).

Ссылки

При каких условиях наблюдается явление самоиндукции. Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами. Самоиндукция и синусоидальный ток

Электрический ток, проходящий по контуру, создает вокруг него магнитное поле. Магнитный поток Φ через контур этого проводника (его называют собственным магнитным потоком ) пропорционален модулю индукции В магнитного поля внутри контура \(\left(\Phi \sim B \right)\), а индукция магнитного поля в свою очередь пропорциональна силе тока в контуре \(\left(B\sim I \right)\).

Таким образом, собственный магнитный поток прямо пропорционален силе тока в контуре \(\left(\Phi \sim I \right)\). Эту зависимость математически можно представить следующим образом:

\(\Phi = L \cdot I,\)

Где L – коэффициент пропорциональности, который называется индуктивностью контура .

  • Индуктивность контура – скалярная физическая величина, численно равная отношению собственного магнитного потока, пронизывающего контур, к силе тока в нем:
\(~L = \dfrac{\Phi}{I}.2 \cdot \dfrac{S}{l},\)

Где μ – магнитная проницаемость сердечника, μ 0 – магнитная постоянная, N – число витков соленоида, S – площадь витка, l – длина соленоида.

При неизменных форме и размерах неподвижного контура собственный магнитный поток через этот контур может изменяться только при изменении силы тока в нем, т.е.

\(\Delta \Phi =L \cdot \Delta I.\) (1)

Явление самоиндукции

Если в контуре проходит постоянный ток, то вокруг контура существует постоянное магнитное поле, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур, не изменяется с течением времени.

Если же ток, проходящий в контуре, будет изменяться со временем, то соответственно изменяющийся собственный магнитный поток, и, согласно закону электромагнитной индукции, создает в контуре ЭДС.

  • Возникновение ЭДС индукции в контуре, которое вызвано изменением силы тока в этом контуре, называют явлением самоиндукции . Самоиндукция была открыта американским физиком Дж. Генри в 1832 г.

Появляющуюся при этом ЭДС – ЭДС самоиндукции E si . ЭДС самоиндукции создает в контуре ток самоиндукции I si .

Направление тока самоиндукции определяется по правилу Ленца: ток самоиндукции всегда направлен так, что он противодействует изменению основного тока. Если основной ток возрастает, то ток самоиндукции направлен против направления основного тока, если уменьшается, то направления основного тока и тока самоиндукции совпадают.

Используя закон электромагнитной индукции для контура индуктивностью L и уравнение (1), получаем выражение для ЭДС самоиндукции:

\(E_{si} =-\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}=-L\cdot \dfrac{\Delta I}{\Delta t}.\)

  • ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в контуре, взятой с противоположным знаком. Эту формулу можно применять только при равномерном изменении силы тока. При увеличении тока (ΔI > 0), ЭДС отрицательная (E si I 0), т.е. индукционный ток направлен в ту же сторону, что и ток источника.

Из полученной формулы следует, что

\(L=-E_{si} \cdot \dfrac{\Delta t}{\Delta I}.\)

  • Индуктивность – это физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с.

Явление самоиндукции можно наблюдать на простых опытах. На рисунке 1 показана схема параллельного включения двух одинаковых ламп. Одну из них подключают к источнику через резистор R , а другую – последовательно с катушкой L . При замыкании ключа первая лампа вспыхивает практически сразу, а вторая – с заметным запозданием. Объясняется это тем, что на участке цепи с лампой 1 нет индуктивности, поэтому тока самоиндукции не будет, и сила тока в этой лампе почти мгновенно достигает максимального значения. На участке с лампой 2 при увеличении тока в цепи (от нуля до максимального) появляется ток самоиндукции I si , который препятствует быстрому увеличению тока в лампе. На рисунке 2 изображен примерный график изменения тока в лампе 2 при замыкании цепи.2}{2L}.\)

Энергию магнитного поля, заключенную в единице объема пространства, занятого полем, называют объемной плотностью энергии магнитного поля:

\(\omega_m = \dfrac{W_m}{V}.\)

*Вывод формулы

1 вывод.

Подключим к источнику тока проводящий контур с индуктивностью L . Пусть за малый промежуток времени Δt сила тока равномерно увеличится от нуля до некоторого значения I I = I ). ЭДС самоиндукции будет равна

\(E_{si} =-L \cdot \dfrac{\Delta I}{\Delta t} = -L \cdot \dfrac{I}{\Delta t}.\)

За данный промежуток время Δt через контур переносится заряд

\(\Delta q = \left\langle I \right \rangle \cdot \Delta t,\)

где \(\left \langle I \right \rangle = \dfrac{I}{2}\) – среднее значение силы тока за время Δt при равномерном его возрастании от нуля до I .

Сила тока в контуре с индуктивностью L достигает своего значения не мгновенно, а в течение некоторого конечного промежутка времени Δt .2}{2\mu \cdot \mu_0},\)

где В – модуль индукции магнитного поля, μ – магнитная проницаемость среды, μ 0 – магнитная постоянная.

Литература

  1. Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. – Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. – C. 351-355, 432-434.
  2. Жилко В.В. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. Обучения с 12-летним сроком обучения (базовый и повышенный уровни) / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. – Мн.: Нар. асвета, 2008. – С. 183-188.
  3. Мякишев, Г.Я. Физика: Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – С. 417-424.

Магнитное поле контура, в котором сила тока изменяется, индуцирует ток не только в других контурах, но и в себе самом. Это явление получило название самоиндукции.

Опытным путём установлено, что магнитный поток вектора магнитной индукции поля, создаваемого текущим в контуре током, пропорционален силе этого тока:

где L– индуктивность контура. Постоянная характеристика контура, которая зависит от его формы и размеров, а так же от магнитной проницаемости среды, в которой находится контур. [L] = Гн (Генри,

1Гн = Вб/А).

Если за время dtток в контуре изменится наdI, то магнитный поток, связанный с этим током, изменится наdФ =LdIв результате чего в этом контуре появится ЭДС самоиндукции:

Знак минус показывает, что ЭДС самоиндукции (а, следовательно, и ток самоиндукции) всегда препятствует изменению силы тока, который вызвал самоиндукцию.

Наглядным примером явления самоиндукции служат экстратоки замыкания и размыкания, возникающие при включении и выключении электрических цепей, обладающей значительной индуктивностью.

Энергия магнитного поля

Магнитное поле обладает потенциальной энергией, которая в момент его образования (или изменения) пополняется за счёт энергии тока в цепи, совершающего при этом работу против ЭДС самоиндукции, возникающей вследствие изменения поля.

Работа dAза бесконечно малый промежуток времениdt, в течении которого ЭДС самоиндукциии токIможно считать постоянными, равняется:

. (5)

Знак минус указывает, что элементарная работа совершается током против ЭДС самоиндукции. Чтобы определить работу при изменении тока от 0 до I, проинтегрируем правую часть, получим:

. (6)

Эта работа численно равна приросту потенциальной энергии ΔW п магнитного поля, связанного с этой цепью, т.е.A= -ΔW п.

Выразим энергию магнитного поля через его характеристики на примере соленоида. Будем считать, что магнитное поле соленоида однородно и в основном расположено внутри его. Подставим в (5) значение индуктивности соленоида, выраженное через его параметры и значение силы тока I, выраженное из формулы индукции магнитного поля соленоида:

, (7)

где N – общее число витков соленоида; ℓ – его длина; S – площадь сечения внутреннего канала соленоида.

, (8)

После подстановки имеем:

Разделив обе части на V, получим объёмную плотность энергии поля:

(10)

или, с учётом, что
получим,
. (11)

Переменный ток

2.1 Переменный ток и его основные характеристики

Переменным называется ток, изменяющийся с течением времени и по величине и по направлению. Примером переменного тока может служить потребляемый промышленный ток. Этот ток является синусоидальным, т.е. мгновенное значение его параметров меняются со временем по закону синуса (или косинуса):

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

Переменный синусоидальный ток можно получить, если вращать рамку (контур) с постоянной скоростью

в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.5). При этом магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется по закону

где S– площадь контура, α = ωt– угол поворота рамки за время t. Изменение потока приводит к возникновению ЭДС индукции

, (17)

направление которой определяется по правилу Ленца.

Если контур замкнут (рис.5), то по нему идёт ток:

. (18)

График изменения электродвижущей силыи индукционного токаi представлен на рис.6.

Переменный ток характеризуется периодом Т, частотой ν = 1/Т, циклической частотой
и фазой φ = (ωt + φ 0) Графически значения напряжения и силы переменного тока на участке цепи будут представляться двумя синусоидами, в общем случае сдвинутыми по фазе на φ.

Для характеристики переменного тока вводятся понятия действующего (эффективного) значения тока и напряжения. Эффективным значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который выделяет в данном проводнике столько же тепла за время одного периода, сколько выделяет тепла и данный переменный ток.

,
. (13)

Приборы, включенные в цепь переменного тока (амперметр, вольтметр), показывают эффективные значения тока и напряжения.

Являясь как бы его частным случаем).

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока – убыванию (сонаправлена с током). Этим свойством ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции .

Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока :

.

Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью контура (катушки).

Самоиндукция и синусоидальный ток

В случае синусоидальной зависимости тока, текущего через катушку, от времени, ЭДС самоиндукции в катушке отстает от тока по фазе на (то есть на 90°), а амплитуда этой ЭДС пропорциональна амплитуде тока, частоте и индуктивности (). Ведь скорость изменения функции – это её первая производная, а .

Для расчета более или менее сложных схем, содержащих индуктивные элементы, то есть витки, катушки итп устройства, в которых наблюдается самоиндукция, (особенно, полностью линейных, то есть не содержащих нелинейных элементов) в случае синусоидальных токов и напряжений применяют метод комплексных импедансов или, в более простых случаях, менее мощный, но более наглядный его вариант – метод векторных диаграмм .

Заметим, что всё описанное применимо не только непосредственно к синусоидальным токам и напряжениям, но и практически к произвольным, поскольку последние могут быть практически всегда разложены в ряд или интеграл Фурье и таким образом сведены к синусоидальным.

В более или менее непосредственной связи с этим можно упомянуть о применении явления самоиндукции (и, соответственно катушек индуктивности) в разнообразных колебательных контурах, фильтрах, линиях задержки и других разнообразных схемах электроники и электротехники.

Самоиндукция и скачок тока

За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи , при этом (при резком размыкании) величина ЭДС самоиндукции может в этот момент значительно превышать ЭДС источника.

Чаще всего в обычной жизни это используется в катушках зажигания автомобилей. Типичное напряжение зажигания при напряжении питающей батареи 12В составляет 7-25 кВ. Впрочем, превышение ЭДС в выходной цепи над ЭДС батареи здесь обусловлено не только резким прерыванием тока, но и коэффициентом трансформации , поскольку чаще всего используется не простая катушка индуктивности, а катушка-трансформатор, вторичная обмотка которой как правило имеет во много раз большее количество витков (то есть, в большинстве случаев схема несколько более сложна, чем та, работа которой полностью объяснялось бы через самоиндукцию; однако физика ее работы и в таком варианте отчасти совпадает с физикой работы схемы с простой катушкой).

Это явление применяется и для поджига люминесцентных ламп в стандартной традиционной схеме (здесь речь идет именно о схеме с простой катушкой индуктивности – дросселем).

Кроме того, его надо учитывать всегда при размыкании контактов, если ток течет по нагрузке с заметной индуктивностью: возникающий скачок ЭДС может приводить к пробою межконтактного промежутка и/или другим нежелательным эффектам, для подавления которых в этом случае, как правило, необходимо принимать разнообразные специальные меры.

Примечания

Ссылки

  • Про самоиндукцию и взаимоиндукцию из «Школы для электрика»

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Самоиндукция” в других словарях:

    Самоиндукция … Орфографический словарь-справочник

    Возникновение эдс индукции в проводящем контуре при изменении в нём силы тока; частный случаи электромагнитной индукции. При изменении тока в контуре меняется поток магн. индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, в результате чего в … Физическая энциклопедия

    Возбуждение электродвижущей силы индукции (эдс) в электрической цепи при изменении электрического тока в этой цепи; частный случай электромагнитной индукции. Электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока;… … Большой Энциклопедический словарь

    САМОИНДУКЦИЯ, самоиндукции, жен. (физ.). 1. только ед. Явление, состоящее в том, что когда в проводнике изменяется ток, то в нем появляется электродвижущая сила, препятствующая этому изменению. Катушка самоиндукции. 2. Прибор, обладающий… … Толковый словарь Ушакова

    – (Self induction) 1. Прибор, обладающий индуктивным сопротивлением. 2. Явление, состоящее в том, что когда в проводнике по величине и по направлению изменяется электрический ток, то в нем возникает электродвижущая сила, препятствующая этому… … Морской словарь

    Наведение электродвижущей силы в проводах, а также в обмотках электр. машин, трансформаторов, аппаратов и приборов при изменении величины или направления протекающего по ним электр. тока. Протекающий по проводам и обмоткам ток создает вокруг них… … Технический железнодорожный словарь

    Самоиндукция – электромагнитная индукция, вызванная изменением сцепляющегося с контуром магнитного потока, обусловленного электрическим током в этом контуре… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв.… … Официальная терминология

    Сущ., кол во синонимов: 1 возбуждение электродвижущей силы (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

    самоиндукция – Электромагнитная индукция, вызванная изменением сцепляющегося с контуром магнитного потока, обусловленного электрическим током в этом контуре. [ГОСТ Р 52002 2003] EN self induction electromagnetic induction in a tube of current due to variations… … Справочник технического переводчика

    САМОИНДУКЦИЯ – частный случай электромагнитной индукции (см. (2)), состоящий в возникновении наведённой (индуцированной) ЭДС в цепи и обусловленный изменениями во времени магнитного поля, создаваемого изменяющимся по величине током, протекающим в этой же цепи.… … Большая политехническая энциклопедия

Книги

  • Индукция, взаимоиндукция, самоиндукция – это просто. Теория абсолютности , Гуревич Гарольд Станиславович , Каневский Самуил Наумович , Процесс взаимодействия электронов изменяющегося электромагнитного поля с электронами проводников, находящихся в этом электромагнитом поле, называют электромагнитной индукцией. В результате… Категория: Физика Серия: Природа Дальнего Востока Издатель: У Никитских ворот , Производитель:

Мы уже изучили, что около проводника с током возникает магнитное поле. А также изучили, что переменное магнитное поле порождает ток (явление электромагнитной индукции). Рассмотрим электрическую цепь. При изменении силы тока в этой цепи произойдет изменение магнитного поля, в результате чего в этой же цепи возникнет дополнительный индукционный ток . Такое явление называется самоиндукцией , а ток, возникающий при этом, называется током самоиндукции .

Явление самоиндукции – это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

ЭДС самоиндукции определяется по формуле:

Явление самоиндукции подобно явлению инерции . Так же, как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет явления самоиндукции. Если в цепь, состоящую из двух параллельно подключенных к источнику тока одинаковых ламп, последовательно со второй лампой включить катушку, то при замыкании цепи первая лампа загорается практически сразу, а вторая с заметным запаздыванием.

При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки очень часто перегорают при выключении света.

САМОИНДУКЦИЯ

Каждый проводник, по которому протекает эл. ток, находится в собственном магнитном поле.

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл. поля и в цепи появляется ЭДС индукции.

Это явление называется самоиндукцией.
Самоиндукция – явление возникновения ЭДС индукции в эл. цепи в результате изменения силы тока.
Возникающая при этом ЭДС называетсяЭДС самоиндукции

Замыкание цепи

При замыкании в эл. цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл. поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны).
В результатеЛ1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи

При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток (стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи.
В результате Л при выключенииярко вспыхивает.

Вывод

в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

От чего зависит ЭДС самоиндукции?

Эл. ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике
(B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I).
ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл. цепи, от свойств проводника
(размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник.
Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью.

Индуктивность – физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду.
Также индуктивность можно рассчитать по формуле:


где Ф – магнитный поток через контур, I – сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:



Индуктивность катушки зависит от:
числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды
(возможен сердечник).


ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.
Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл. цепь, обладает запасом энергии.
В момент замыкания эл. цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.

Энергия магнитного поля равнасобственной энергии тока.
Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока.
Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? – выделяется (при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

ВОПРОСЫ К ПРОВЕРОЧНОЙ РАБОТЕ
по теме “Электромагнитная индукция”

1. Перечислить 6 способов получения индукционного тока.
2. Явление электромагнитной индукции (определение).
3. Правило Ленца.
4. Магнитный поток (определение, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
5. Закон электромагнитной индукции (определение, формула).
6. Свойства вихревого электрического поля.
7. ЭДС индукции проводника, движущегося в однородном магнитном поле (причина появления, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
7. Самоиндукция (кратко проявление в электротехнике, определение).
8. ЭДС самоиндукции (ее действие и формула).
9. Индуктивность (определение, формулы, ед. измерения).
10. Энергия магнитного поля тока (формула, откуда появляется энергия м. поля тока, куда пропадает при прекращении тока).

Явление взаимоиндукции

Электротехника Явление взаимоиндукции

просмотров – 399

Явление самоиндукции

Одной из разновидностей явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Сущность данного явления состоит в том что: В случае если в некотором проводнике протекает ЭТ изменяющийся во времени (переменный ток), то в данной цепи появляется дополнительный индукционный ток. Объяснить данное явление можно так: Переменный ЭТ порождает переменное изменяющееся во времени МП ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создает изменяющийся во времени магнитный поток через поверхность охваченную замкнутым контуром. Этот меняющийся во времени магнитный поток порождает ЭДС индукции в данном контуре ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ получило название самоиндукции. А само явление появления дополнительного ЭДС в контуре при прохождении переменного тока получило название явления самоиндукции.

С учетом закона электромагнитной индукции, а также связи между индуктивностью и магнитным потоком ЭДС самоиндукции можно определить так:

Пусть имеем два близко расположенных друг к другу проводящих контура по которым протекают разные токи. Часть магнитного потока МП созданного первым контуром пронизывает второй контур и наоборот часть магнитного потока поля созданного вторым контуром пронизывает первый. Такое взаимное влияние магнитных потоков на два близлежащих контура получило название взаимоиндукции.

Пусть – та часть магнитного потока который создается первым током и пронизывает поверхность второго контура.

– та часть магнитного потока который создается вторым током и пронизывает первый контур.

Величины и получили название коэффициентов взаимоиндукции.


Читайте также


  • – Явление взаимоиндукции

    Явление самоиндукции Одной из разновидностей явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Сущность данного явления состоит в том что: Если в некотором проводнике протекает ЭТ изменяющийся во времени (переменный ток), то в данной цепи появляется… [читать подробенее]


  • – Явление взаимоиндукции

    Явление самоиндукции Одной из разновидностей явления электромагнитной индукции является самоиндукция. Сущность данного явления состоит в том что: Если в некотором проводнике протекает ЭТ изменяющийся во времени (переменный ток), то в данной цепи появляется… [читать подробенее]


  • – Явление взаимоиндукции. Трансформаторы

                        Рис. 5. Схема опыта по обнаружению взаимоиндукции       Взаимоиндукция – это явление, в котором обнаруживается связь двух или более электрических цепей, при этом возникает ЭДС в одной из цепей при изменении тока… [читать подробенее]


  • Изучение явления взаимной индукции

    Лабораторная работа № 37

    ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ ИНДУКЦИИ

    Приборы: генератор Г3 – 112/1, осциллограф С1 – 117, кассета с двумя катушками ФПЭ – 05/06.

    Цель работы: изучение явления взаимной индукции.

    Введение

       1. Явление электромагнитной индукции.

     В 1831г. английским учёным Фарадеем было открыто явление электромагнитной индукции: в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток при изменении числа магнитных линий, пронизывающих площадь, ограниченную контуром.

    ЭДС индукции, возникающая в контуре, подчиняется закону Фарадея:

    т.е. зависит только от скорости изменения потока магнитной индукции Ф, пронизывающего контур. По правилу Ленца индукционный ток имеет такое направление, что его магнитное поле препятствует вызвавшему его изменению магнитного потока.

    2. Явление самоиндукции.

    Ток в замкнутом контуре создаёт вокруг себя магнитное поле, и этот контур пронизывает собственный магнитный поток Ф, пропорциональный току в контуре:

    Ф =  Li

    L –  коэффициент самоиндукции или индуктивность контура, Гн.

    При изменении тока i будет меняется и магнитный поток, связанный с контуром, тогда в контуре возникает ЭДС самоиндукции:  

    Если L = const, то = – L

    Явление возникновения ЭДС индукции в том самом контуре, по которому течет переменный ток, называется самоиндукцией.

    3. Взаимная индукция.

    Рассмотрим два контура. Контур 1 присоединен к источнику тока Е, с помощью реостата R можно менять ток i1 в этом контуре.

    Ток i1 создаёт вокруг себя магнитное поле, линии индукции которого пронизывают контур 2, замкнутый на гальванометр.

    Ф21 – магнитный поток, пронизывающий контур 2; Ф21 ~ i1,  Ф21 = М21i1. M21 называется коэффициентом взаимной индукции или взаимной индуктивностью двух контуров. Взаимная индуктивность двух контуров численно равна магнитному потоку во втором контуре, когда ток в первом контуре равен единице (1 А).

    Единица взаимной индуктивности в системе СИ также носит название Генри (Гн)

    М = 1 Гн, 1 Гн = ВС/А

    Если пропустить ток i2 через второй контур, то теперь уже первый контур будет пронизывать магнитный поток Ф12, пропорциональный току i2.

    Ф12 = М122. Можно показать, что М21 = М12 = М.

    Взаимная индуктивность двух контуров зависит от формы, размеров и взаимного расположения контуров, а также от магнитной проницаемости окружающей контуры среды.

    Если ток i1 будет меняться, то будет изменяться и магнитный поток Ф21, тогда по закону электромагнитной индукции возникает ЭДС взаимной индукции во втором контуре:

    (если контуры неподвижны и недеформируемые, М = const). Я вление возникновения ЭДС в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией.

    Отсюда – взаимная индуктивность двух контуров численно равна ЭДС индукции, возникающей в одном из этих контуров, тогда ток в другом контуре убывает на единицу за единицу времени.

    Пример 1

    Ф21 = 2Ф, где Ф – магнитный поток черев виток 1; гальванометр покажет отброс при изменении тока в цепи первой катушки.

    Пример 2

    Витки второй катушки охватывают первую в противоположных направлениях:

    Ф21 = Ф – Ф = 0

    Во второй катушке ЭДС индукции не возникает при изменении тока в цепи, что используется в бифиллярной намотке проводов, когда необходимо избежать возникновения паразитных индукционных токов.

    На практике явление взаимной индукции применяется в трансформаторах.

    Две катушки, намотанные на общий стальной сердечник, образуют трансформатор переменного тока. Он был изобретён Яблочковым П.Н. в 1876 г.

    Трансформатор предназначен для преобразования величин переменных напряжений и токов.

    К первичной обмотке с числом витков ω1 подключена переменная внешняя ЭДС Е1.

    Запишем для нее закон Ома:

    где i1 – ток в первичной обмотке

          r1 – ее сопротивления

          1 – внешняя ЭДС

    – d (ω1Ф)/dt – ЭДС самоиндукции в первичной цепи

    Ф – магнитный поток через виток 1.

    Практически падение напряжения на сопротивление r1 мало, поэтому

    Возникающая во вторичной обмотке ЭДС

    Получаем

    Отношение числа витков во вторичной обмотке к числу витков в первичной обмотке называется коэффициентом трансформации.

    Если ω21>1 – трансформатор повышающий, Е21.

    Если ω21<1 – трансформатор понижающий.

    Трансформаторы широко применяются в электротехнике и радиотехнике.

    СХЕМА УСТАНОВКИ

    для изучения взаимной индукции

    ФПЭ-05/06

    Синусоидальный сигнал от звукового генератора Г3 112/1 подаётся на первую катушку L1. На нее надета вторая катушка L2, и она может передвигаться вдоль первой (кассета ФПЭ 05/06). Благодаря явлению взаимной индукции, во второй катушке возникает переменная ЭДС, сигнал от которой мы видим на осциллографе С1-117.    

    Порядок выполнения работы

    1.  Включить генератор в сеть, задать частоту 50103 Гц, затухание 10 dB, ручка вида сигнала-положение ~ (синусоида), правая ручка выведене по часовой стрелке до конца.

    2.  Включить в сеть осциллограф, канал Б (ручку «СИНХР.РЕЖИМ» в положение Б.) Вид сигнала ~, =, ~ в положение ~. Ручку «ОДНОКР., ЖДУЩ., АВТ.» – в положение «АВТ». Ручку «ВНУТР., ВНЕШН., СЕТЬ» – в положение «ВНУТР.» Ручку «ВРЕМЯ/ДЕЛ.» – в положение 20    . Маленькая ручка в центре указателя должна быть повернута в крайнее правое положение. Ручка «V/ДЕЛ.» поставить в положение 1 В, при этом маленькую ручку в центре указателя повернуть до отказа вправо. На кассете ФПЭ верхние переключатели – в правое положение.

    3.  исследование магнитного поля катушки.

    Катушка L2может передвигаться по катушке L1с помощью линейки. Устанавливая линейку у разных отметок ( l ),измерить амплитуду ЭДС взаимной индукции (сигнал на осциллографе):

            , где

    С – цена деления на осциллографе, В определяемая по указателю «V/ ДЕЛ.».

    n- число делений на экране осциллографа.

    4. Заполнить таблицу:

    l, мм

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    U2

    m B

    5.Построить график зависимости U2 ( l ) и объяснить полученный результат.

    6. Установить на генераторе частоту выходного сигнала 25103 Гн. На осциллографе ручку «V/ ДЕЛ.» поставить в положение (, «2»), т.е. 0,2 В.

    7. Провести измерения для этой частоты и построить график зависимости

    U2 ( l ). Объяснить полученный результат. Объяснить различие зависимостей U2 ( l ) для различных частот.

    КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ I

    1.  В чем состоит явление  взаимной индукции?

    2.  Что такое взаимная индуктивность и от чего она зависит?

    3.  Объясните схему установки.

    КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ II

    1.  Чему равен поток магнитной индукции через контур?

    2.  Описать явление электромагнитной индукции. Чему равна ЭДС индукции?

    3.  Описать явление самоиндукции.

    4.  От чего зависит коэффициент взаимной индукции М?

    5.  Где применяется явление взаимной индукции?

    6.  Устройство трансформатора. Принцип его работы.

    7.  Повышающий и понижающий трансформаторы.

    8.  Можно ли повышать (понижать) постоянное напряжение с помощью трансформатора?

    ЛИТЕРАТУРА

    1.  Савельев И.В. Курс общей физики. Т.П., М.: высшая школа, 1989.

    2.  Зисман Г.Л., Тодес О.Т. Курс общей физики. Т.П., М.: Высшая школа, 1989

    Что такое взаимная индуктивность? определение и объяснение

    Определение: Взаимная индуктивность между двумя катушками определяется как свойство катушки, благодаря которому она противодействует изменению тока в другой катушке или, можно сказать, в соседней катушке. Когда ток в соседней катушке изменяется, в катушке устанавливается магнитный поток, и из-за этого в катушке индуцируется изменяющаяся ЭДС потока, называемая взаимно индуцированной ЭДС, и это явление известно как взаимная индуктивность .

    Давайте разберемся в феномене взаимной индуктивности, рассмотрев пример, показанный на рисунке выше.

    Две катушки, а именно катушка A и катушка B, расположены ближе друг к другу. Когда переключатель S замкнут и ток течет в катушке, он устанавливает поток φ в катушке A, и в катушке индуцируется ЭДС, и если значение тока изменяется путем изменения значения сопротивления (R ), магнитная связь с катушкой B также изменяется из-за этого изменения тока.

    Таким образом, это явление потока связи катушки A с другой катушкой B называется взаимной индуктивностью .

    Для определения взаимной индуктивности между двумя катушками используется следующее выражение:

    Это выражение используется, когда известны величина взаимно индуцированной ЭДС в катушке и скорость изменения тока в соседней катушке.

    Если e m = 1 вольт и dI 1 / dt = 1 ампер, то поместив это значение в уравнение (1), мы получим значение взаимной индуктивности как M = 1 Генри

    Следовательно, из приведенного выше утверждения вы можете определить взаимную индуктивность как «говорят, что две катушки имеют взаимную индуктивность в один Генри, если в одной катушке индуцируется ЭДС в 1 вольт, или, скажем, в первичной катушке, когда ток течет через другую. соседняя катушка или вторичная катушка изменяется со скоростью 1 ампер / секунду ».

    Взаимную индуктивность можно также выразить другим способом, как показано ниже

    Приравнивая уравнение (2) и (3), вы получите

    Вышеприведенное выражение используется, когда известны потокосцепление (N 2 φ 12 ) одной катушки из-за тока (I 1 ), протекающего через другую катушку.

    Значение взаимной индуктивности (M) зависит от следующих факторов

    • Количество витков вторичной или соседней катушки
    • Площадь поперечного сечения
    • Близость двух катушек

    Взаимная связь в магнитной цепи

    Когда на магнитном сердечнике намотаны две или более двух катушек, катушки считаются взаимно связанными.Ток, проходя через любую из катушек, намотанных вокруг магнитного сердечника, создает магнитный поток, который связывает все катушки вместе, а также ту, в которой проходит ток. Следовательно, в каждой из катушек будет как самоиндуцированная, так и взаимно индуцированная ЭДС.

    Лучшим примером взаимной индуктивности является трансформатор, который работает по принципу Закона электромагнитной индукции Фарадея .

    Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что «величина напряжения прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.», Который объясняется в теме« Закон электромагнитной индукции Фарадея ».

    Взаимная индуктивность

    – обзор

    12.4.1.2.1 Индуктор

    Ток, протекающий в катушке индуктивности, несет энергию, которая хранится в магнитном поле. Напряжение на катушке индуктивности является результатом самоиндуцированной электродвижущей силы, которая противодействует этому напряжению и пропорциональна производной по времени тока:

    (12,15) v = Ldidt

    , где L – константа пропорциональности, называемая «индуктивность», измеряемая в генри (ч).(Генри на самом деле представляет собой число витков Вебера на ампер, или вольт на ампер / с, и назван в честь американского физика Джозефа Генри, 1797–1878 гг.) Катушка индуктивности – это просто катушка с проводом, в которой используется взаимная магнитная связь (т. Е. Взаимная магнитная индукция). индуктивность) между витками проволоки. Индуктивность связана с магнитным потоком Φ, переносимым индуктором, и геометрией катушки и количеством витков, или «витков», N :

    (12,16) L = NΦih

    Это уравнение имеет вид не так полезно, как соответствующее уравнение резистора (Уравнение 12.11) для определения значения индуктивности катушки, поскольку фактический поток в катушке зависит от формы катушки. На практике индуктивность катушки определяется опытным путем.

    Запасенная энергия может быть определена из уравнения для мощности (Уравнение 12.5) и зависимости напряжения от тока индуктора (Уравнение 12.15):

    P = vi = Li (didt) = dEdtsolvingforidE = Pdt = Li (didt) dt = Lidi

    Общая энергия, запасенная при увеличении тока от 0 до значения I , определяемого по формуле:

    (12.17) E = ∫dE = L∫0Iidi = 12LI2

    Далее в этой главе мы обнаружим сходство между уравнением для кинетической энергии массы (уравнение 12.55) и энергией в индукторе. Уравнение 12.17 объясняет, почему индуктор считается инерционным элементом. Он ведет себя так, как если бы энергия накапливалась в виде кинетической энергии, связанной с потоком движущихся электронов, и это хороший способ концептуализировать поведение индуктора, даже если энергия фактически хранится в электромагнитном поле. Для индукторов соблюдаются те же правила полярности, что и для резисторов.На рисунке 12.6 показан символ катушки индуктивности, схематическое изображение катушки с соответствующими направлениями тока и напряжения.

    Рисунок 12.6. Обозначение катушки индуктивности, показывающее полярность этого пассивного элемента.

    Если ток через катушку индуктивности постоянный (например, «постоянный ток» или «постоянный ток»), то в катушке индуктивности не будет накапливаться энергия, и напряжение на катушке индуктивности будет равно нулю, независимо от величины установившегося тока. протекает через индуктор. 3 Состояние, при котором напряжение на элементе равно нулю независимо от тока через элемент, известно как «короткое замыкание». Следовательно, индуктор появляется как короткое замыкание на постоянный ток, что может быть использовано для решения некоторых проблем с электрическими цепями, которые возникнут позже.

    Соотношение v i катушки индуктивности также может быть выражено через ток. Решение уравнения 12.15 для i :

    (12.18) vL = LdiLdt; diL = 1LvLdt; ∫diL = ∫1LvLdtiL = 1L∫vLdt

    Интеграл любой функции будет непрерывным, даже если эта функция содержит разрыв длиной поскольку этот разрыв конечен.Непрерывная функция – это функция, которая не изменяется мгновенно, т. Е. Для непрерывной функции:

    (12.19) f (t -) = f (t +) foranyt

    Поскольку ток через катушку индуктивности является интегралом напряжения на индуктора (уравнение 12.18), ток будет непрерывным в реальных ситуациях, потому что любые возникающие скачки напряжения обязательно будут конечными. Таким образом, ток через катушку индуктивности может изменяться медленно или быстро (в зависимости от тока), но никогда не может изменяться прерывисто или ступенчато.С математической точки зрения, для катушки индуктивности:

    (12.20) iL (t -) = iL (t +)

    Поскольку ток, проходящий через катушку индуктивности, всегда является непрерывным, одним из популярных применений катушки индуктивности является уменьшение всплесков тока ( т.е. разрывов). У тока, который проходит через катушку индуктивности, будут «подавляться» любые выбросы, поэтому индуктор, используемый для уменьшения выбросов, иногда называют «дросселем».

    Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

    Индуктивность

    Индуктивность – это свойство электрической цепи, с помощью которого изменяющееся магнитное поле создает электродвижущую силу или напряжение в этой цепи или в соседней цепи.Индуктивность также определяется как свойство электрической цепи, противодействующей любому изменению тока. В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в цепи индуцирует ток в соседней цепи. Примерно в то же время это открытие независимо сделал американский ученый Джозеф Генри. Генерация электродвижущей силы и тока изменяющимся магнитным полем называется электромагнитной индукцией. Электрогенераторы работают по принципу индуктивности.

    Силовые линии магнитного поля

    Чтобы лучше понять индуктивность, полезно иметь представление о силовых линиях магнитного поля. Все магниты окружены магнитным полем, также называемым магнитным потоком. Магнитное поле можно представить как состоящее из силовых линий или силовых линий. Силы магнитного притяжения и отталкивания движутся по силовым линиям. Шаблон силовых линий магнитного поля можно наблюдать в нашем интерактивном руководстве по Java Magnetic Field Lines.

    Интерактивное руководство по Java
    Открытия Фарадея

    Фарадей сделал свое открытие электромагнитной индукции в эксперименте с использованием двух катушек проволоки, намотанных вокруг противоположных сторон кольца из мягкого железа, аналогично экспериментальной установке на Рисунке 1 ниже.

    Первая катушка справа прикреплена к батарее.Вторая катушка содержит компас, который действует как гальванометр для определения протекания тока. Когда переключатель замкнут, через первую катушку проходит ток, и железное кольцо намагничивается. Когда переключатель в первый раз замыкается, компас во второй катушке на мгновение отклоняется и немедленно возвращается в исходное положение. Отклонение компаса указывает на то, что возникла электродвижущая сила, заставившая на мгновение протекать ток во второй катушке. Фарадей также заметил, что при размыкании переключателя компас снова на мгновение отклоняется, но в противоположном направлении.

    Фарадей знал, что катушка с проводом, по которой протекает электрический ток, создает магнитное поле. Поэтому он предположил, что изменяющееся магнитное поле индуцирует ток во второй катушке. Замыкание и размыкание переключателя вызывают изменение магнитного поля: расширение и сжатие соответственно. Вы можете провести эксперимент Фарадея в нашем интерактивном руководстве по Java Faraday’s Experiment.

    Интерактивное руководство по Java

    Фарадей продемонстрировал, что его гипотеза верна, перемещая простой стержневой магнит назад и вперед внутри катушки.Он заметил, что ток индуцировался в катушке только во время движения магнита. Он также заметил, что в катушке индуцировался ток, когда катушка перемещалась рядом с неподвижным постоянным магнитом. Он обнаружил, что именно относительное движение между проводником и магнитным полем производит ток. Чтобы генерировать ток, либо проводник может перемещаться через поле, либо поле может проходить мимо проводника. Для возникновения электромагнитной индукции необходимо изменение магнитного потока.Проведите этот эксперимент в нашем интерактивном учебном пособии по Java Faraday’s 2nd Experiment.

    Интерактивное руководство по Java
    Закон электромагнитной индукции Фарадея

    Связь между изменением магнитного потока и индуцированной электродвижущей силой известна как закон электромагнитной индукции Фарадея:

    Величина электромагнитной силы, индуцированной в цепи, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через цепь.

    Математически закон Фарадея записывается как:

    E = – (DF / Dt)

    , где E – индуцированная электродвижущая сила в вольтах, DF – изменение магнитной силы в сетках, а Dt – количество времени в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

    Из приведенной выше формулы мы видим, что величина индуцированного напряжения определяется двумя факторами:

    1. Величина магнитного потока
      Чем больше количество силовых линий магнитного поля, пересекающих проводник, тем больше индуцированное напряжение.
    2. Скорость, с которой силовые линии магнитного поля пересекают проводник
      Чем быстрее силовые линии пересекают проводник или проводник пересекает силовые линии, тем больше индуцированное напряжение. Вы можете наблюдать это, изменяя скорость, с которой вы перемещаете магнит, в нашем 2-м экспериментальном интерактивном учебном пособии по Java Faraday.
    Закон Ленца

    Знак минус в законе Фарадея указывает направление или полярность индуцированного напряжения.В 1833 году русский физик Генрих Ленц открыл взаимосвязи между силами, напряжениями и токами электромагнитной индукции. Закон Ленца гласит:

    Индуцированная электродвижущая сила генерирует ток, который индуцирует противодействующее магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, генерирующему ток.

    Например, когда внешнее магнитное поле приближается к кольцевому проводнику, ток, который создается в кольце, будет индуцировать собственное магнитное поле, противоположное приближающемуся внешнему магнитному полю.С другой стороны, когда внешнее магнитное поле удаляется от кольца, индуцированное магнитное поле в кольце меняет направление на противоположное и противодействует изменению направления внешнего магнитного поля. Вы можете увидеть закон Ленца в действии в нашем интерактивном руководстве по Java по закону Ленца .

    Интерактивное руководство по Java
    Собственная индуктивность

    Мы знаем, что ток, протекающий по проводнику, создает магнитное поле вокруг проводника.Когда ток увеличивается, уменьшается или меняет направление, магнитное поле изменяется. Магнитное поле расширяется, сжимается или меняет направление в ответ на изменения тока. Изменяющееся магнитное поле индуцирует дополнительную электродвижущую силу или напряжение в проводнике. Возникновение этого дополнительного напряжения называется самоиндукцией, потому что оно индуцируется внутри самого проводника. Направление самоиндуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его генерировал.Это соответствует закону Ленца, который можно выразить следующим образом:

    Индуцированная электродвижущая сила (напряжение) в любой цепи всегда направлена ​​против тока, создавшего ее.

    Эффект самоиндукции в цепи заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в цепи. Например, когда напряжение подается на цепь, ток начинает течь во всех частях цепи. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле.По мере расширения поля в цепи создается противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение вызывает протекание тока в направлении, противоположном направлению основного тока. Индуктивность на этом этапе препятствует нарастанию тока. Когда индуцированное магнитное поле становится устойчивым, оно перестает индуцировать обратное напряжение.

    Когда ток в цепи отключается, индуцированное магнитное поле начинает разрушаться. Когда поле схлопывается, оно генерирует напряжение в том направлении, которое на мгновение продлевает основной ток.Когда индуцированное магнитное поле полностью схлопывается, индуцированное напряжение и ток прекращаются. Опять же, самоиндукция препятствует изменению тока. Он препятствует нарастанию тока и задерживает его пробой. Вы можете увидеть влияние самоиндукции на ток в нашем интерактивном руководстве по Java Self-Inductance.

    Интерактивное руководство по Java
    Взаимная индуктивность

    В эксперименте Фарадея с двумя катушками на кольце из проводящего железа он обнаружил, что изменяющееся магнитное поле в одной катушке индуцирует электродвижущую силу или напряжение во второй катушке.Это явление называется взаимной индуктивностью. Взаимная индуктивность возникает, когда изменяющееся магнитное поле в одной цепи индуцирует напряжение в соседней цепи.

    В соответствии с законом Ленца направление индуцированной электродвижущей силы или напряжения противоположно направлению тока, который его генерировал. Снова глядя на эксперимент Фарадея ниже, мы обнаруживаем, что когда напряжение подается на катушку справа, в железном кольце индуцируется магнитное поле. По мере расширения поля во второй катушке слева генерируется напряжение.Это вторичное напряжение вызывает ток во второй катушке. Этот вторичный ток протекает в направлении, противоположном току в первой катушке. Когда индуцированное магнитное поле в кольце становится устойчивым, ток перестает течь во второй катушке.

    Когда ток в первой катушке отключается, индуцированное магнитное поле в кольце начинает разрушаться. По мере того, как поле схлопывается, во второй катушке снова возникает напряжение.Результирующий ток во второй катушке имеет направление, противоположное ранее наведенному току. Когда магнитное поле в кольце полностью схлопывается, индуцированное напряжение и ток во вторичной катушке прекращаются. Вы можете провести этот эксперимент в нашем интерактивном руководстве по Java Faraday’s Experiment.

    Интерактивное руководство по Java
    Катушки индуктивности

    Катушки индуктивности – это электрические устройства, предназначенные для обеспечения индуктивности в цепи.Индуктор – это просто катушка с проволокой. Самоиндукция возникает в цепи, даже если проводники абсолютно прямые. Однако самоиндукция в прямом проводе очень мала. Индуктивность намного более значительна, когда проводники скручены в спираль, потому что магнитное поле каждого витка катушки пересекает соседние витки катушки. Для увеличения индуктивности индуктор может иметь железный сердечник. Помещение железа внутрь катушки значительно увеличивает силу ее магнитных полей.

    Факторы, влияющие на индуктивность катушки

    На индуктивность катушки влияют три фактора:

    1. Количество витков в катушке
      Чем больше количество витков в катушке, тем больше индуктивность.Это верно, потому что чем больше витков в катушке, тем больше количество взаимодействий магнитного поля.
    2. Площадь сечения катушки
      Чем больше площадь поперечного сечения катушки, тем больше индуктивность. Этот фактор тесно связан с количеством витков в катушке. Он включает в себя учет расстояния между витками. Поскольку магнитное поле становится слабее по мере его движения, витки, которые расположены близко друг к другу, обеспечивают взаимодействие там, где поля наиболее сильны.
    3. Проницаемость керна
      Проницаемость относится к способности материала проводить магнитные силовые линии. Железо имеет гораздо большую проницаемость, чем воздух. Следовательно, катушка с железным сердечником имеет большую индуктивность, чем катушка с сердечником, содержащим только воздух.
    Расчет наведенного напряжения в катушке

    Закон Фарадея можно использовать для определения полной наведенной электродвижущей силы или напряжения в катушке.Предполагая, что витки катушки плотно намотаны, полное наведенное напряжение катушки можно рассчитать по следующей формуле:

    E = – N (DF / Dt)

    , где E – индуцированная электродвижущая сила в вольтах, N, – количество витков в катушке, DF, – изменение магнитной силы в веберах, а Dt – количество времени в секундах, в течение которого происходит изменение магнитной силы.

    Измерение индуктивности

    Символ индуктивности – заглавная буква L в честь Генриха Ленца. Единицей измерения индуктивности является генри, названный в честь Джозефа Генри, сокращенно ч . Один ген индуктивности существует, когда один вольт электродвижущей силы индуцируется при изменении тока со скоростью один ампер в секунду. Математически это записывается как:

    L = E / (DI / Dt)

    , где L, – индуктивность в генри, E, – индуцированная электродвижущая сила в вольтах, DI, – изменение тока в амперах, и Dt, – время в секундах, в течение которого происходит изменение тока. .

    Катушки индуктивности в последовательной цепи

    Последовательная цепь – это цепь, в которой ток имеет только один путь. В последовательной цепи весь ток проходит через каждый из компонентов в цепи. Схема на рисунке 2 имеет три последовательно включенных индуктора.

    Если катушки индуктивности экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, общая индуктивность цепи является накопительной. Полная индуктивность такой цепи – это сумма всех индукторов в цепи.Поэтому для расчета общей индуктивности последовательной цепи используйте следующую формулу:

    L T = L 1 + L 2 + L 3 . . .

    , где L T – общая индуктивность в цепи, а от L 1 до L 3 . . . – номинальные индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

    Используя эту формулу, общую индуктивность последовательной цепи на Рисунке 2 можно рассчитать следующим образом:

    L T = 50 + 40 + 20

    L T = 110 м h

    Катушки индуктивности в параллельных цепях

    Параллельная цепь – это цепь, в которой компоненты расположены так, что путь для тока разделен.Схема на Рисунке 3 имеет три параллельно включенных индуктора.

    Параллельное соединение катушек индуктивности всегда снижает общую индуктивность цепи. Если индукторы экранированы или расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить взаимную индуктивность, общую индуктивность цепи можно рассчитать по следующей формуле:

    L T = 1 ÷ (1 / L 1 + 1 / L 2 + 1 / L 3 ….)

    , где L T – полная индуктивность в цепи, а от L 1 до L 3 .. . – номинальные индуктивности отдельных катушек индуктивности в цепи.

    Используя эту формулу, общую индуктивность указанной выше параллельной цепи можно рассчитать следующим образом:

    L T = 1 ÷ (1/5 + 1/15 + 1/30)

    L T = 1 ÷ (0,2 + 0,066 + 0,033)

    L T = 1 ÷ 0,299

    л т = 3.344 мч

    Индуктивное реактивное сопротивление

    Эффект самоиндукции в катушке заключается в противодействии любому изменению тока, протекающего в катушке. Например, когда на катушку подается напряжение, в катушке начинает течь ток. Этот ток индуцирует вокруг себя магнитное поле. По мере расширения поля в катушке генерируется противодействующее напряжение, иногда называемое обратным напряжением. Это обратное напряжение противодействует основному току. Это противодействие протеканию тока называется индуктивным реактивным сопротивлением и измеряется в омах.

    Величина индуктивного сопротивления в цепи зависит от частоты и величины переменного тока, а также величины индуктивности. Индуктивное реактивное сопротивление цепи можно рассчитать по следующей формуле:

    X L = 2pfL

    , где X L – индуктивное реактивное сопротивление в омах, 2p – постоянная, полученная расчетным путем, которая обычно округляется до 6,28, f – частота приложенного переменного тока в герцах, а L – это постоянная. индуктивность цепи в генри.

    Трансформаторы

    Трансформаторы работают по принципу взаимной индуктивности. Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения напряжений и токов переменного тока в цепях. Трансформатор обычно состоит из двух катушек провода, электрически изолированных друг от друга, намотанных на одном сердечнике. Одна катушка называется первичной катушкой; другой называется вторичной обмоткой. Первичная катушка является входной катушкой трансформатора, а вторичная катушка – выходной катушкой.Когда переменное напряжение подается на первичную катушку, оно вызывает изменяющееся магнитное поле в сердечнике. Взаимная индукция вызывает индуцирование напряжения во вторичной катушке.

    Количество обмоток первичной и вторичной обмоток трансформатора определяет, как изменяется напряжение в цепи. Когда количество витков первичной катушки больше, чем количество вторичной катушки, индуцированное напряжение во вторичной катушке меньше, чем приложенное напряжение первичной катушки.Когда количество обмоток первичной обмотки меньше, чем количество обмоток вторичной обмотки, индуцированное напряжение во вторичной обмотке больше, чем приложенное напряжение первой обмотки. Если выходное напряжение трансформатора больше входного напряжения, он называется повышающим трансформатором. Если выходное напряжение трансформатора меньше входного напряжения, он называется понижающим трансформатором. Откройте для себя эффекты изменения входного напряжения и количества обмоток трансформатора в нашем интерактивном руководстве по Java для трансформаторов .

    Интерактивное руководство по Java

    Повышающий трансформатор увеличивает напряжение. Однако увеличение напряжения сопровождается уменьшением тока. Обратное верно для понижающего трансформатора. Понижающий трансформатор снижает напряжение, но увеличивает ток. Это свойство трансформаторов делает их очень полезными и выгодными для передачи электроэнергии на большие расстояния.Повышающие трансформаторы используются на электростанциях для выработки очень высоких напряжений. Уменьшается выходной ток, что значительно снижает потери мощности из-за сопротивления в линиях передачи. Когда мощность достигает потребителей, используются понижающие трансформаторы для снижения напряжения и увеличения тока до уровня, необходимого для потребительских приложений.

    Применение индуктивности

    Свойства индукторов делают их очень полезными в различных приложениях.Например, индукторы противодействуют любым изменениям тока. Следовательно, индукторы можно использовать для защиты цепей от скачков тока. Катушки индуктивности также используются для стабилизации постоянного тока и для контроля или устранения переменного тока. Катушки индуктивности, используемые для устранения переменного тока выше определенной частоты, называются дросселями.

    Генераторы

    Одним из наиболее распространенных способов использования электромагнитной индуктивности является генерация электрического тока. Чтобы узнать, как работает генератор, посетите наш учебник по генераторам и двигателям .

    Радиоприемники Катушки индуктивности

    могут использоваться в цепях с конденсаторами для генерации и изоляции высокочастотных токов. Например, катушки индуктивности используются с конденсаторами в схемах настройки радиоприемников. На рисунке 4 переменный конденсатор подключен к схеме антенна-трансформатор. Передаваемые радиоволны вызывают прохождение индуцированного тока в антенне через первичную катушку индуктивности на землю.

    Вторичный ток в обратном направлении индуцируется во вторичной катушке индуктивности.Этот ток течет к конденсатору. Скачок тока в конденсаторе вызывает противодействующую электродвижущую силу. Эту противодействующую электродвижущую силу называют емкостным реактивным сопротивлением. Индуцированный поток тока через катушку также вызывает противодействующую электродвижущую силу. Это называется индуктивным реактивным сопротивлением. Таким образом, мы имеем в цепи как емкостное, так и индуктивное реактивное сопротивление.

    На более высоких частотах индуктивное реактивное сопротивление больше, а емкостное реактивное сопротивление меньше. На более низких частотах все наоборот.Переменный конденсатор используется для выравнивания индуктивного и емкостного сопротивлений. Состояние, при котором реактивные сопротивления уравновешены, называется резонансом. Конкретная частота, которая изолирована выровненными реактивными сопротивлениями, называется резонансной частотой.

    Радиосхема настраивается путем регулирования емкости переменного конденсатора для выравнивания индуктивного и емкостного реактивного сопротивления цепи для желаемой резонансной частоты или, другими словами, для настройки на желаемую радиостанцию.Наш интерактивный учебник по Java для радиоприемника демонстрирует, как катушки индуктивности и переменный конденсатор используются для настройки на радиочастоты.

    Интерактивное руководство по Java
    Металлоискатели

    Работа металлоискателя основана на принципе электромагнитной индукции. Металлоискатели содержат одну или несколько катушек индуктивности.Когда металл проходит через магнитное поле, создаваемое катушкой или катушками, поле индуцирует электрические токи в металле. Эти токи называются вихревыми токами. Эти вихревые токи, в свою очередь, создают собственное магнитное поле, которое генерирует ток в детекторе, который питает сигнал, указывающий на присутствие металла. Наблюдайте за магнитными полями и вихревыми токами, генерируемыми металлоискателем, в нашем учебном пособии по металлоискателю для Java.

    Интерактивное руководство по Java

    НАЗАД НА ДОМ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И МАГНИТИЗМА

    Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
    © 1995-2021, автор – Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
    Этот веб-сайт поддерживается нашим

    Команда графического и веб-программирования
    в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
    .
    Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18
    Счетчик доступа с 29 марта 1999 г .: 262144

    Явление формулы самоиндукции. Явление самоиндукции

    Как известно, поезд, отправляющийся со станции, не может сразу набрать нужную скорость.

    Требуемая скорость достигается только через определенный период времени. В этот период значительная часть энергии локомотива тратится на преодоление инерции поезда, то есть на формирование запаса кинетической энергии, и совсем небольшая часть – на преодоление трения.

    Из-за того, что движущийся поезд имеет запас кинетической энергии, он не может мгновенно остановиться и некоторое время будет двигаться по инерции, т. Е. До тех пор, пока вся кинетическая энергия, отданная ему локомотивом в начале его движения, тратится на трение.

    Подобные явления происходят в замкнутой электрической цепи при включении и выключении тока.

    В момент включения постоянного тока (рисунок 1) вокруг проводника образуется магнитное силовое поле .

    Рисунок 1. Инерция электрического тока. При включении тока вокруг проводника появляется магнитное поле.

    В первые моменты после включения тока значительная часть энергии источника тока тратится на создание этого магнитного поля и лишь небольшая часть – на преодоление сопротивления проводника, а точнее – проводника греющего тока. Следовательно, в момент замыкания цепи ток не сразу достигает своего максимального значения .Максимальный ток устанавливается в цепи только после завершения формирования магнитного поля вокруг проводника (рисунок 2).


    Рисунок 2. При включении источника тока ток в цепи не устанавливается сразу.

    Если, не разрывая замкнутую цепь, отключить от нее источник тока, то ток в цепи не прекратится сразу, а будет течь в ней, постепенно уменьшаясь в течение некоторого времени (рисунок 3) до тех пор, пока не возникнет магнитное поле вокруг проводника. исчезает, т.е. пока не будет израсходована вся энергия, содержащаяся в магнитном поле.


    Рисунок 2. Влияние ЭДС самоиндукции на ток в цепи. При отключении источника тока ток в цепи не прекращается сразу.

    Итак, магнитное поле является носителем энергии. Он накапливает в себе энергию при включении источника постоянного тока и передает ее обратно в схему после выключения источника тока.Таким образом, энергия магнитного поля имеет много общего с кинетической энергией движущегося объекта. Магнитное поле вызывает «инерцию» электрического тока.

    Мы знаем, что всякий раз, когда магнитный поток изменяется, проникая в область, ограниченную замкнутой электрической цепью, в этой цепи появляется ЭДС индукции .

    Кроме того, мы знаем, что любое изменение тока в цепи влечет за собой изменение номеров магнитного поля , охватываемых этой цепью.Если замкнутая цепь является стационарной, количество магнитных силовых линий, пронизывающих данную область, может измениться только тогда, когда новые линии входят извне этой области или когда существующие линии уже выходят за пределы этой области. И в том, и в другом случае магнитные силовые линии при своем движении должны пересекать проводник. Силовые линии магнитного поля, пересекая проводник, вызывают в нем ЭДС индукции. Но поскольку в этом случае проводник индуцирует в себе ЭДС, эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции .

    Когда источник постоянного тока включается в любой замкнутой цепи, область, ограниченная этой цепью, начинает проникать через внешние силовые линии магнитного поля. Каждая магнитная силовая линия, идущая извне, пересекая проводник, ведет в нем ЭДС самоиндукции.

    Электродвижущая сила самоиндукции, действующая против ЭДС источника тока, задерживает нарастание тока в цепи. Через несколько мгновений, когда нарастание магнитного потока вокруг контура прекращается, эдс самоиндукции исчезает и ток в контуре определяется по закону Ома:

    I = U / R

    При отключении источника тока от замкнутой цепи магнитные силовые линии должны исчезнуть из пространства, ограниченного проводником.Каждая исходящая линия магнитного поля, пересекая проводник, индуцирует в нем ЭДС самоиндукции, имеющую то же направление, что и ЭДС источника тока; следовательно, ток в цепи не остановится немедленно, а будет течь в том же направлении, постепенно уменьшаясь, пока магнитный поток внутри цепи полностью не исчезнет. Ток, протекающий по цепи после отключения от нее источника тока, называется током самоиндукции .

    Если цепь разрывается при выключении источника, то ток самоиндукции проявляется в виде искры в месте разрыва цепи.

    Самоиндукция – это процесс возникновения ЭДС в цепи с индуктивностью в результате изменения в ней тока. Рассмотрим этот процесс подробнее. Самоиндукция – частный случай. электромагнитная индукция. Чтобы ЭДС появилась в цепи с индуктивностью, необходимо, чтобы эта индуктивность проникала через переменный магнитный поток. Тогда ЭДС оказывается пропорциональной индуктивности и скорости изменения магнитного потока.

    Рисунок 1 – Самоиндуцированная ЭДС

    ЭДС самоиндукции всегда направлена ​​на встречный ток.То есть с увеличением тока в цепи он стремится предотвратить увеличение тока. Соответственно, когда ток уменьшается, самоиндукция предотвращает это и стремится поддерживать ток в цепи.
    Проделаем такой эксперимент. Возьмите две одинаковые лампы накаливания, подключенные к источнику тока. Одна лампа подключается к источнику напрямую, то есть напрямую. Вторая лампа подключена через большую индуктивность.

    Рисунок 2 – схема опыта

    Когда автоматический выключатель замкнут, в цепи появится ток.Сразу загорится первая лампа. Так как ток в этой цепи не мешает. Вторая лампа загорается не сразу, а через некоторое время. Так как он будет подключен к источнику через большую индуктивность. Что предотвратит увеличение тока в цепи.
    Хочу уточнить один момент. Вторая лампа, которая должна загореться с задержкой, не будет резко мигать через некоторое время с момента включения. И он плавно разгорится, достигнув полной яркости.Поскольку ток в индуктивности не может резко измениться. В нем он меняется плавно.

    Теперь можно предположить, что при размыкании переключателя лампа номер два со временем погаснет, а лампа номер один сразу. Но это не так. Обе лампы на короткое время загорятся ярче. Посмотрим почему.

    При отключении тока в катушке возникает самоиндуцированная ЭДС, которая будет стремиться поддерживать ток в цепи. Но поскольку обе лампы находятся в одной цепи, это видно из рисунка.Они связаны друг с другом через индуктивность. Эта ЭДС будет применена к обеим лампам. В результате они оба вспыхивают.

    Уточню еще одну вещь. После выключения лампы будут мигать немного ярче, чем горели при замкнутом выключателе. Это связано с тем, что ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проникающего в цепь. Магнитный поток вызван током в цепи. Когда переключатель разомкнут, ток резко изменится от максимального значения до нуля.Таким образом, ЭДС самоиндукции может в разы превышать ЭДС источника.

    Когда изменяется ток в проводнике, катушке или индуктивной катушке, магнитный поток, создаваемый этим током, изменяется. Изменение магнитного потока вызывает в проводнике (катушке, индукционной катушке) ЭДС, действие которой направлено на поддержание предыдущего состояния поля. Это явление называется самоиндукцией . Направление ЭДС самоиндукции определяется правилом Lenz.

    Электродвижущая сила самоиндукции всегда имеет такое направление, которое предотвращает изменение вызвавшего ее тока.

    Следовательно, при увеличении тока в проводнике (индукционной катушке) индуцированная в нем самоиндуцированная ЭДС будет направлена ​​против тока, т. Е. Будет препятствовать его увеличению (рис. 10, а), и, наоборот, при уменьшении тока в проводнике. в проводнике (индукционной катушке) возникает ЭДС самоиндукции, совпадающая по направлению с током, т.е.е. препятствуя его спуску (рис. 10.6).

    Возможность использования различных проводников (индукционных катушек)

    индукция самоиндукции ЭДС оценочная индуктивность л. единица индуктивности – генри (Гн). Эта индуктивность имеет проводник, в котором имеется ЭДС самоиндукции 1 В, при изменении тока на 1 А за 1 с:

    Знак «-» в формуле отражает правило Ленца.

    а – с нарастающим током; б – с убывающим током

    На практике индуктивность часто измеряется в тысячных долях Генри – Миллигенри (мГн) и в миллионных долях Генри – Микрогенри (мкГн).

    Значение индуктивности L зависит от конструкции элементов цепи.

    Итак, для индукционной катушки с числом витков w , магнитной длиной, сечением S и индуктивностью магнитной проницаемости

    Если катушки своими полями не влияют друг на друга, то при последовательное соединение индуктивные катушки с индукторами … общая индуктивность

    с параллельным подключением

    Запомнить

    Если ток в индукционной катушке не меняется, то ЭДС самоиндукции не возникает.

    Явление самоиндукции в некоторых проводниках характеризуется индуктивностью L. Индуктивность – это размерный коэффициент пропорциональности между скоростью изменения тока во времени и наведенной ЭДС.

    ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

    1. При каких условиях возникает ЭДС самоиндукции?

    2. В каких единицах измеряется индуктивность?

    3. Как изменится ЭДС самоиндукции, если скорость изменения тока, проходящего через индуктивную катушку, увеличилась?

    ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

    Если две индукционные катушки находятся на некотором расстоянии друг от друга (рис.11) и через одну из них (1) проходит переменный ток, затем часть возбуждаемого этим током магнитного потока проходит через витки второй индукционной катушки (2) и в ней

    Возникает

    ЭДС, называемая ЭДС взаимной индукции .

    Если две замкнутые цепи или две индуктивные катушки 1 и 2 (см. Рис. 11) связаны общим магнитным потоком, то такие цепи и индуктивные катушки называются индуктивно- или магнитно-связанными .

    Под действием ЭДС взаимной индукции в замкнутом контуре второй индуктивной катушки

    взаимная индукция.Это вызывает появление магнитного поля, пронизывающего витки первой индукционной катушки, в результате чего в ней возникает ЭДС взаимной индукции. Это явление называется взаимной индукцией

    Величина ЭДС взаимной индукции, возникающей во второй индукционной катушке, зависит от размера, расположения индукционных катушек, магнитной проницаемости их сердечников и скорости изменения тока в первой индуктивной катушке. Эту зависимость можно выразить формулой.

    Рисунок 11. Взаимная индукция: E – индуктивно связанные катушки.

    , где M, – величина, зависящая от размера индукционных катушек, их расположения и магнитной проницаемости среды между индуктивными катушками. Это называется взаимной индуктивностью и измеряется в генри (Гн). Знак «-» в этой формуле показывает, что ЭДС взаимной индукции противодействует ее причине.

    Взаимная индукция позволяет связывать посредством магнитного поля различные электрические цепи.Явление взаимной индукции широко используется в трансформаторах, радиоустройствах и устройствах автоматики.

    ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

    1. Какое явление называется взаимной индукцией?

    2. При каких условиях возникает ЭДС взаимной индукции?

    3. Какие катушки называются магнитосвязанными?

    4. В каких единицах измеряется взаимная индуктивность?

    Вихревые токи

    Переменный магнитный поток может индуцировать ЭДС не только в проводах или катушках индуктивных катушек, но также в массивных стальных сердечниках, оболочках и других металлических частях электроустановок.Эти ЭДС являются причиной

    – появление наведенных токов, действующих в массивных металлических частях электрических устройств, закорачивая их по толщине. Такие токи называются вихревыми токами. Природа вихревых токов такая же, как у токов, индуцируемых в обычных проводах или индуктивных катушках. Спасибо

    до очень низкого сопротивления массивных проводников, вихревые токи даже при небольшой наведенной ЭДС достигают очень высоких значений, вызывая чрезмерный нагрев этих проводников.

    Способы уменьшения вредного воздействия вихревых токов.в электрических машинах и устройствах вихревые токи обычно нежелательны, так как они вызывают нагрев металлических сердечников, создают потери энергии (так называемые потери от вихревых токов), снижают КПД электрических машин и устройств и глаза ;! b1 по правилу Ленца размагничивает. Для уменьшения вредного воздействия вихревых токов используются два основных метода.

    1. Сердцевины электрических машин и аппаратов изготавливаются из отдельных стальных листов толщиной 0,35-1,0 мм, изолированных друг от друга изоляционным слоем (пленкой лака, окалины, образующейся при отжиге листов и т. Д.).). В результате путь к распространению вихревых токов перекрывается.

    2. В состав электротехнической стали, из которой изготавливаются сердечники электрических машин и аппаратов, вводят 1–5% кремния, что увеличивает ее электрическое сопротивление. За счет этого достигается снижение силы вихревых токов, протекающих через сердечники электрических машин и устройств.

    Применение вихревых токов. Вихревые токи используются для плавления металлов, с их помощью нагревают металлические детали при сварке, сварке и пайке, а также осуществляют нагрев поверхности, необходимый для закалки металлических изделий.

    ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

    1. В чем причина возникновения вихревых токов?

    2. Какими способами можно уменьшить вредное воздействие вихревых токов на вас?

    известны?

    3. Где можно найти применение вихревым токам?

    Эссе | Очерк философии самоиндукции и взаимной индукции


    Очерк философии самоиндукции и взаимной индукции

    Дата публикации: 23 марта 2015 г.

    Курсовая работа содержит базовые знания по теме Самоиндукция и взаимная индукция.Я изо всех сил старался передать максимум информации по теме с помощью различных книг и Интернета. Он состоит из базовых знаний об электромагнитной индукции и различных законов и правил, необходимых для изучения электромагнитной индукции, откуда произошли концепции самоиндукции и взаимной индукции.

    Законы Фарадея кратко описаны в этой статье, этого достаточно, чтобы понять их. Закон Ленца и правило правой руки Флеминга были обсуждены в некоторой степени, чтобы правильно получить самоиндукцию и взаимоиндукцию.Наконец, был предоставлен подробный учебный материал плюс некоторая практическая информация по основной теме Самоиндукция и взаимная индукция, так что все по теме студенты получат, которые прочитают ее.

    В конце были даны приложения самоиндукции и взаимной индукции плюс перспективы на будущее. Числовые значения по теме приведены в конце статьи.

    Чтобы изучить самоиндукцию и взаимную индукцию, нам нужно сначала изучить основной принцип.Основной принцип самоиндукции и взаимной индукции объясняется электромагнитной индукцией, которая выглядит следующим образом:

    Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем и Джозефом Генри в 1831 году; однако, но именно Фарадей первым опубликовал результаты своих экспериментов. Первый эксперимент Фарадея, демонстрирующий электромагнитную индукцию, был проведен им в августе 1831 года, он обмотал два провода вокруг противоположных сторон железного стержня. Основываясь на своих экспериментах, он обнаружил свойства электромагнитов, он заметил, что когда ток начинает течь по одному проводу, своего рода волна проходит через кольцо и вызывает некоторый электрический эффект на противоположной стороне.Он подключил один провод к гальванометру и наблюдал, как подсоединяет другой провод к батарее. Он увидел переходный ток (который он назвал «волной электричества»), когда подключил провод к батарее, и другой, когда он отключил его. Фарадей обнаружил несколько других проявлений электромагнитной индукции. Например, он видел переходные токи, когда быстро вставлял стержневой магнит в катушку с проводами и из нее, и генерировал постоянный (постоянный) ток, вращая медный диск возле стержневого магнита с помощью скользящего электрического провода («диск Фарадея» “).

    На основе силовых линий Фарадей объяснил электромагнитную индукцию, но ведущие ученые того времени были готовы принять его результаты и широко отвергли его теоретические идеи, главным образом потому, что они не были сформулированы математически

    Закон Ленца, сформулированный Генрихом Ленцем в 1834 описывает «поток через цепь» и дает направление индуцированной электродвижущей силы и тока, возникающих в результате электромагнитной индукции.

    Электромагнитная индукция: –

    Когда проводник движется через магнитное поле, на нем всегда возникает напряжение, это явление называется электромагнитной индукцией.Обычно Майклу Фарадею приписывают открытие явления индукции в 1831 году. Десятилетием ранее открытию электромагнитной индукции в 1831 году предшествовал датский физик Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851). Эрстед показал, что электрический ток создает магнитное поле. То есть, если мы поместим простой магнитный компас рядом с любым из электрических проводов, по которым проходит ток, можно обнаружить магнитное поле вокруг проводов. Если электрический ток может создавать магнитное поле, рассуждали физики, возможно, обратный эффект также может наблюдаться.Поэтому они решили генерировать электрический ток из магнитного поля. Этот эффект впервые наблюдал в 1831 году английский физик Майкл Фарадей (1791-1867), а затем американский физик Джозеф Генри (1797-1878). Принцип, на котором основано открытие Фарадея-Генри, показан на рисунке ниже. На металлический стержень наматывается длинный кусок металлической проволоки. Два конца провода подключаются к гальванометру – прибору, используемому для измерения электрического тока. Затем стержень помещается между полюсами магнита.

    Рис. A

    Технические детали: –

    Фарадей на основе своих экспериментов обнаружил, что электродвижущая сила (ЭДС), создаваемая вокруг замкнутого пути, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через любую поверхность, ограниченную этим путем. Вывод его экспериментов состоит в том, что электрический ток будет индуцироваться в любой замкнутой цепи при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную проводником. Это применимо независимо от того, изменяется ли само поле по силе или проводник перемещается через него.

    Электромагнитная индукция отвечает за работу генераторов, всех электродвигателей, трансформаторов, асинхронных двигателей, синхронных двигателей, соленоидов и большинства других электрических машин.

    Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что:

    Первый закон: –

    Он говорит нам об условиях, при которых ЭДС индуцируется в проводнике, и может быть сформулирован как: Когда магнитный поток, связывающий проводник или катушку, изменяется, в нем индуцируется ЭДС.

    Второй закон: –

    Секунда Фарадея дает нам величину наведенной ЭДС. в проводнике или катушке, которая прямо пропорциональна скорости изменения потокосцеплений. Математически

    E = – dΦB / dt

    Где E – электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах, ΦB – магнитный поток в Веберсе.

    Для общего, но особого случая катушки с проволокой, имеющей N витков с одинаковой площадью, закон электромагнитной индукции Фарадея утверждает, что

    E = – N (dΦB / dt)

    Где E – электродвижущая сила (ЭДС) в вольтах, N – количество витков провода; ¦B – магнитный поток в веберах через одну петлю.

    Знак минус в приведенном выше уравнении обусловлен направлением наведенной ЭДС. объясняется законом Ленца.

    Закон Ленца

    Эмиль Ленц выдвинул простое правило для определения направления индуцированного тока: индуцированный ток будет течь в таком направлении, чтобы противостоять причине, которая его порождает.

    Применим закон Ленца к приведенной выше цифре. Когда N-полюс магнита приближается к катушке из нескольких витков, когда N-полюс магнита перемещается к катушке, магнитный поток, связывающий катушку, увеличивается.Следовательно, в соответствии с законами электромагнитной индукции Фарадея в катушке индуцируется ЭДС и, следовательно, ток. Следовательно, согласно закону Ленца, направление индуцированного тока будет таким, чтобы противодействовать причине, которая его производит. В данном случае причиной индуцированного тока является увеличивающийся магнитный поток, связывающий катушку. Следовательно, индуцированный ток будет создавать магнитный поток, который противодействует увеличению потока через катушку. Следовательно, индуцированный ток будет создавать магнитный поток, который противодействует увеличению потока через катушку.Это возможно только в том случае, если левая сторона катушки станет N-полюсной. Как только мы узнаем магнитную полярность поверхности катушки, направление индуцированного тока можно легко определить, применив правило правой руки для катушки.

    Закон Ленца можно резюмировать следующим образом: Если магнитный поток à ¤, соединяющий катушку, будет течь в таком направлении, чтобы противодействовать увеличению потока, то есть индуцированный ток будет создавать магнитный поток, как показано на рисунке ниже. ,

    Если магнитный поток à ¤, соединяющий катушку, уменьшается, индуцированный ток i в катушке будет течь в таком направлении, чтобы противодействовать уменьшению потока i.е. индуцированный ток будет производить поток ¤, чтобы помочь потоку ¤, как показано на рисунке

    .

    Линейка правой руки Флеминга: –

    Она названа в честь изобретателя британского инженера Джона Амброуза Флеминга.

    Правило правой руки Флеминга

    Правило правой руки Флеминга показывает направление индуцированного тока, когда проводник движется в магнитном поле. Если держать правую руку большим пальцем, первый и второй пальцы взаимно перпендикулярны друг другу (под прямым углом), как показано на схеме выше.Затем большой палец указывает направление движения проводника, первый палец указывает направление магнитного поля, а второй палец указывает направление индуцированного тока.

    Применения электромагнитной индукции: –

    Электрогенераторы

    Электродвигатели

    Трансформатор

    Электрогитара

    Электрический звонок

    Самоиндукция: –

    Свойство катушки, препятствующее любому изменению силы тока протекание через него называется самоиндукцией.Свойство самоиндукции – это особая форма электромагнитной индукции. Его также можно определить как индукцию напряжения в токоведущем проводе, когда ток в самом проводе изменяется. В случае самоиндукции магнитное поле, создаваемое изменяющимся током в цепи, само индуцирует напряжение в той же цепи. Следовательно, напряжение самоиндуцировано. На принципиальной схеме обычно используется катушка или провод, чтобы показать индуктивный компонент. Если мы внимательно рассмотрим катушку, это поможет понять причину, по которой в проводе, по которому проходит изменяющийся ток, возникает напряжение.Переменный ток, протекающий через катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки, которое увеличивается и уменьшается по мере изменения тока. Магнитное поле образует концентрические петли, которые окружают провод и соединяются, образуя более крупные петли, окружающие катушку, как показано на рисунке ниже. Когда ток увеличивается в одной петле, расширяющееся магнитное поле пересекает некоторые или все соседние петли провода, вызывая напряжение в этих петлях. Это вызывает индуцирование напряжения в катушке при изменении тока.

    Изучив это изображение катушки, можно увидеть, что количество витков в катушке будет влиять на величину напряжения, которое индуцируется в цепи. Увеличение количества витков или скорости изменения магнитного потока увеличивает величину индуцированного напряжения. Следовательно, закон Фарадея должен быть изменен для катушки с проволокой и станет следующим.

    VL = NdΦ / dt

    Где VL = индуцированное напряжение в вольтах, N = количество витков в катушке, dø / dt = скорость изменения магнитного потока в веберах / секунду

    Уравнение просто утверждает, что величина наведенного напряжения (VL) пропорционально количеству витков в катушке и скорости изменения магнитного потока (dø / dt).Другими словами, когда частота магнитного потока увеличивается или количество витков в катушке увеличивается, величина наведенного напряжения также увеличивается.

    В цепи намного проще измерить ток, чем измерить магнитный поток, поэтому следующее уравнение можно использовать для определения наведенного напряжения, если известны индуктивность и частота тока. Это уравнение также можно реорганизовать, чтобы можно было рассчитать индуктивность, когда можно определить величину наведенного напряжения и известна частота тока.

    VL = L di / dt

    Где VL = индуцированное напряжение в вольтах, L = значение индуктивности в генри, di / dt = скорость изменения тока в амперах в секунду.

    Эта L в приведенном выше уравнении называется самоиндукцией.

    Факторы, влияющие на индуктивность: –

    Индуктивность проводника в зависимости от этих факторов: –

    Форма и количество витков.

    Относительная проницаемость материала, окружающего проводник.

    Скорость изменения магнитного поля.

    Все, что влияет на магнитное поле, влияет на индуктивность.

    ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ САМОПРОВОДКИ: –

    Создайте цепь, содержащую лампу, соленоид, батарею 12 В постоянного тока и переключатель, как показано на рисунке ниже. Наблюдайте за интенсивностью света, включив цепь.

    Подключите источник переменного тока 12 В к цепи вместо батареи постоянного тока 12 В. При наблюдении мы обнаружим, что интенсивность света уменьшается при использовании переменного тока в цепи. Это связано с изменением магнитного потока, связанного с соленоидом, когда через него протекает переменный ток.Из-за этого изменения потока в соленоиде возникает наведенная ЭДС. Эта ЭДС противоположна действующей в цепи. Следовательно, результирующая ЭДС в цепи уменьшается. Также снижается яркость лампочки. Самоиндукция – это явление наведения ЭДС в катушке, вызванное изменениями магнитного потока, создаваемыми изменяющимся током в той же катушке. В приведенном выше эксперименте стержень из мягкого железа медленно вводится в катушку, а затем вынимается из нее. У нас будет много наблюдений за этими двумя случаями.

    Катушки индуктивности – это катушки, которые могут противодействовать изменениям тока в цепи. Они используются для снижения тока в цепях переменного тока без потери электроэнергии. Для этих целей также можно использовать резисторы. Но при использовании резисторов электрическая энергия теряется в виде тепла.

    ДИАГРАММАТИЧЕСКИЙ ВИД САМОИНДУКЦИИ: –

    Взаимная индукция: –

    Свойство двух соседних катушек индуцировать напряжение в одной катушке из-за изменения тока в другой называется взаимной индукцией.Также можно определить, как когда в катушке возникает ЭДС из-за изменения тока в связанной катушке, эффект называется взаимной индуктивностью. ЭДС описывается законом Фарадея, и ее направление всегда противоположно изменению магнитного поля, создаваемого в ней связанной катушкой (закон Ленца). Индуцированная ЭДС в катушке 1 возникает из-за самоиндукции L. На рисунке ниже показана взаимная индуктивность

    Индуцированная ЭДС в катушке 2, вызванная изменением тока I1, может быть выражена как

    ЭДС2 = -N2AÃŽâ € B / ÃŽâ € t = -MÃŽâ € I1 / â € t

    Взаимную индуктивность M можно определить как пропорциональность между ЭДС, генерируемой в катушке 2, изменению тока в катушке 1, которая ее породила.Взаимная индуктивность M двух связанных индуктивностей L1 и L2 равна взаимно индуцированному напряжению в одной индуктивности, деленному на скорость изменения тока в другой индуктивности:

    M = E2 / (di1 / dt)

    M = E1 / (di2 / dt)

    Если самоиндуцированные напряжения индуктивностей L1 и L2 равны E1s и E2s, соответственно, для одинаковых скоростей изменения тока, создавшего взаимно индуцированные напряжения E1 и E2, то:

    M = ( E2m / E1s) L1

    M = (E1m / E2s) L2

    Объединение двух приведенных выше уравнений:

    M = (E1mE2m / E1sE2s) (L1L2) = kM (L1L2)

    , где kM – коэффициент взаимной связи две индуктивности L1 и L2.

    Если связь между двумя индуктивностями L1 и L2 идеальная, то взаимная индуктивность M равна:

    M = (L1L2)

    Наиболее распространенным применением взаимной индуктивности является трансформатор.

    Факторы, влияющие на взаимную индуктивность: –

    Форма цепей.

    (Петлевой ——– Большой M)

    (Прямой ————– Маленький M)

    Размер контуров.

    Количество витков в каждой цепи.

    Расстояние между контурами.

    Ориентация цепей.

    Взаимная индуктивность: трансформатор как приложение

    Трансформатор – одно из самых известных приложений, известных почти каждому человеку. Когда больше тока течет во вторичной обмотке трансформатора, поскольку он выдает больше энергии, тогда больше тока должно течь и в первичной обмотке, поскольку она поставляет энергию. Связь между первичной и вторичной обмотками удобнее всего описывать в терминах взаимной индуктивности. Взаимная индуктивность появляется в уравнениях цепи как для первичной, так и для вторичной цепи трансформатора.

    ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТИ: –

    Если мы намотаем изолированный медный провод вокруг одного конца сердечника из мягкого железа, и концы катушки подключены к батарее через переключатель, а другой изолированный медный провод намотан вокруг другого конца железного сердечника. Подключение концов этой катушки к гальванометру. Из них цепь, которая подключена к батарее, называется первичной цепью, а цепь, подключенная к гальванометру, – вторичной цепью.

    Эксперимент по объяснению взаимной индукции.

    Запишите отклонения гальванометра при включении или выключении первичной цепи. Почему отклоняется стрелка гальванометра?

    Это потому, что во вторичной обмотке вырабатывается ЭДС. Тогда как это производится.

    Это ЭДС клетки?

    Когда есть две соседние катушки, изменение тока в одной из них вызывает изменение магнитного потока вокруг нее. Вторая катушка расположена в этой области переменного магнитного потока. Следовательно, электромагнитная индукция наводит ЭДС во вторичной катушке.Это явление называется взаимной индукцией.

    Области применения и перспективы на будущее: –

    Самоиндукция и взаимная индукция находят множество применений в различных областях электротехники. Мы не можем представить себе какое-либо электрическое поле, в котором не было бы индукции, начиная с электростанции и заканчивая нашими домами.

    Используется в электрогенераторах.

    Применяется в электродвигателях.

    Используется в электрогитаре.

    Используется в электрическом звонке.

    Применяется в трансформаторах.

    Применяется в целях электрического отопления.

    В настоящее время инженеры-электрики пытаются создать бесщеточный генератор на основе электромагнитной индукции. Будучи обширной темой и имеющей множество приложений, ожидается, что у нее может быть гораздо больше приложений.

    Пример 1: – Катушка имеет 1000 витков, ток 5 А вызывает поток 6 мВт, соединяющий катушку. Что такое индуктивность катушки?

    Sol: -Здесь N = 1000; В¦ = 6 * 10-3 Вб; I = 5 A

    Следовательно, индуктивность катушки, L = NΦ / I

    = 1000 * 6 * 10-3 / 5

    = 1.2 H Ответ.

    Пример 2: – Две катушки A и B по виткам на 600 и 500 соответственно. Ток 8 А, протекающий по катушке А, создает магнитный поток 0,05 Вт. Если коэффициент сцепления равен 0,2. Найдите взаимную индуктивность?

    Sol: -Здесь NA = 600; NB = 500 ¦A = 0,05 & IA = 8 A

    Взаимная индуктивность M = kΦANB / IA

    = 0,2 * 0,05 * 500/8

    = 0,625 Гн Ответ.

    [PDF] Взаимная / самоиндукция – результаты обучения

    Скачать Взаимная / Самоиндукция – Результаты обучения…

    1

    Взаимная / Самоиндукция – Результаты обучения  HL: Определите и обсудите взаимную индукцию для двух соседних катушек.  HL: продемонстрировать взаимную индукцию.

     HL: Определите и опишите самоиндукцию.  HL: продемонстрировать самоиндукцию.  Приведите устройство и принцип работы трансформатора.  Продемонстрируйте трансформатор.  Решить проблемы с трансформаторами.

     Приведите примеры использования трансформаторов.

    2

    Взаимная / самоиндукция – результаты обучения  Опишите влияние индукторов на a.c.  Опишите влияние конденсаторов на переменный ток.  Назовите использование катушек индуктивности.

    3

    HL: взаимная индукция  Взаимная индукция возникает, когда две катушки расположены рядом друг с другом. Если магнитное поле в одной катушке изменяется, в другой индуцируется ЭДС. Это происходит с переменным током.

     Величина наведенной ЭДС зависит от:  расстояния между катушками (более близкое расстояние дает больше ЭДС), наличия у катушек одного и того же сердечника (дает больше ЭДС),

     количества витков в каждой катушке ( больше дает больше ЭДС).

    он же эксперимент Фарадея

    4

    HL: демонстрация взаимной индукции 1. Создайте две схемы – одна состоит из гальванометра и катушки с проволокой (цепь 1), а другая состоит из постоянного тока. источник питания, размыкатель и катушка с проводом (контур 2).

    2. Переместите катушки рядом друг с другом. 3. Замкните переключатель в контуре 2 и отметьте мгновенное отклонение стрелки гальванометра в контуре 1. 4. Оставьте переключатель замкнутым, не обращая внимания на отклонение стрелки гальванометра в контуре 1.5. Разомкните переключатель в цепи 2 и отметьте мгновенное отклонение стрелки гальванометра в цепи 1.

    6. Отклонение возникает только при изменении магнитного поля из-за цепи 1. При постоянном токе прогиба нет.

    5

    HL: демонстрация взаимной индукции  Чтобы получить «аппарат Фарадея», включите железное кольцо с катушкой, обернутой вокруг каждой стороны.

    6

    HL: Самоиндукция  При изменении тока, проходящего через катушку, изменяется ее магнитное поле.Это изменение вызывает ЭДС в той же катушке, которая противодействует изменению. Это называется обратной ЭДС, а это явление называется самоиндукцией.  Катушки с заметным уровнем самоиндукции называются индукторами.

    7

    HL: демонстрация самоиндукции 1. Соедините катушку с сердечником из мягкого железа последовательно с лампочкой, источником питания и выключателем. 2. Замкните выключатель.

    3. Обратите внимание, что лампа не сразу достигает полной яркости: она постепенно становится ярче. 4. Таким образом, катушка проявляла самоиндукцию: по мере увеличения тока она создавала изменяющееся магнитное поле, индуцируя в катушке обратную ЭДС.

    8

    Трансформаторы  Ранее мы обсуждали трансформаторы в бытовых цепях.

     Напомним, что по закону Джоуля (𝑃 ∝ 𝐼 2) электроэнергия передается по стране под высоким напряжением, чтобы избежать потерь тепла, а затем преобразуется до ~ 230 В для местного использования.  Трансформаторы состоят из двух катушек, намотанных на один и тот же железный сердечник с разным числом витков.

    от Fizped – CC-BY-SA-3.0

    9

    Трансформаторы  Первичная катушка с витками подключена к a.c. напряжения 𝑉𝑖, что приводит к изменению магнитного поля. Этот поток индуцирует ЭДС 𝑉𝑜 во вторичной катушке, которая имеет витков.

     Соотношение напряжений между катушками такое же, как и соотношение количества витков. 

    𝑉𝑖 𝑉𝑜

    =

    𝑁𝑃 𝑁𝑆

    автор: Fizped, редакция CC-BY-SA-3.0

    10

    Чтобы продемонстрировать трансформатор 1. Установите схему 1 с катушкой, включенной последовательно с переменным током. питание, измерение напряжения катушки с помощью вольтметра.2. Настройте схему 2 с помощью вольтметра, измеряющего напряжение второй катушки. 3. Оберните обе катушки вокруг одного и того же железного сердечника. 4. Обратите внимание, что соотношение напряжений такое же, как соотношение количества витков в катушках. символ трансформатора

    11

    Использование трансформаторов  Электроэнергия в сети вырабатывается при низком напряжении, затем «повышающий трансформатор» увеличивает напряжение для национальной передачи. Затем используется «понижающий трансформатор» для понижения напряжения до ~ 230 В для местного использования. Многие приборы (например, телевизоры, компьютеры, микроволновые печи) не будут работать при 230 В, поэтому они будут иметь внутренний трансформатор для получения соответствующего напряжения.

    12

    Катушки индуктивности и переменного тока  Катушки индуктивности действуют как обычные резисторы при постоянном токе. схема.  В переменном токе В цепи изменяющийся ток вызывает изменение магнитного поля, вызывая самоиндукцию (и, следовательно, обратную ЭДС) в катушке индуктивности.  Катушки индуктивности используются для:

     сглаживания колебаний постоянного тока.  настраивать радио,  приглушать свет как часть диммерных переключателей.

    13

    Конденсаторы и переменный ток  Помните, что конденсаторы не проводят постоянный ток. как только они будут заряжены.  При переменном токе изменение направления тока означает, что конденсаторы находятся в постоянном цикле зарядки и разрядки, что фактически означает, что они проводят переменный ток.  Конденсаторы с большей емкостью будут обеспечивать меньшее сопротивление переменному току.

    индукционный | Infoplease

    индукция, электричество и магнетизм, общее название для трех различных явлений. Электромагнитная индукция – это производство электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике в результате изменения магнитного поля вокруг проводника и является наиболее важным из трех явлений.Он был открыт в 1831 году Майклом Фарадеем и независимо Джозефом Генри. Изменение поля вокруг проводника может быть вызвано относительным движением между проводником и источником магнитного поля, как в электрическом генераторе, или изменением напряженности всего поля, так что поле вокруг проводника также изменяется. . Поскольку магнитное поле создается вокруг проводника с током, такое поле можно изменить, изменив ток. Таким образом, если проводник, в котором должна индуцироваться ЭДС, является частью электрической цепи, индукция может быть вызвана изменением тока в этой цепи; это называется самоиндукцией.Индуцированная ЭДС всегда такова, что противодействует вызывающему ее изменению, согласно закону Ленца. Изменение тока в данной цепи может также вызвать ЭДС в другой, соседней цепи, не связанной с исходной схемой; Этот тип электромагнитной индукции, называемый взаимной индукцией, лежит в основе трансформатора. Электростатическая индукция – это образование несбалансированного электрического заряда на незаряженном металлическом теле в результате того, что заряженное тело подносят к нему, не касаясь его.Если заряженное тело заряжено положительно, электроны незаряженного тела будут притягиваться к нему; если затем заземлить противоположный конец тела, электроны будут течь на него, чтобы заменить те, которые притягиваются к другому концу, тело, таким образом, приобретает отрицательный заряд после разрыва заземления. Аналогичную процедуру можно использовать для создания положительного заряда на незаряженном теле, когда к нему подносят отрицательно заряженное тело. Смотрите электричество. Магнитная индукция – это создание магнитного поля в куске немагнитного железа или другого ферромагнитного вещества при приближении к нему магнита.Магнит заставляет отдельные частицы железа, которые действуют как крошечные магниты, выстраиваться в линию, так что образец в целом становится намагниченным. Большая часть этого наведенного магнетизма теряется при удалении вызывающего его магнита.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *