Când comutatorul este închis în circuitul prezentat în Figura 1, a curent electric, a cărei direcție este indicată de săgeți simple. Odată cu apariția curentului, apare un câmp magnetic, ale cărui linii de inducție traversează conductorul și induc o forță electromotoare (EMF) în el. După cum se spune în articolul „Fenomenul inducției electromagnetice”, acest EMF se numește EMF de auto-inducție. Deoarece orice fem indus, conform regulii lui Lenz, este îndreptată împotriva cauzei care a provocat-o, iar această cauză va fi fem-ul bateriei de elemente, fem-ul de auto-inducție a bobinei va fi îndreptat împotriva fem-ului bateriei. Direcția EMF de auto-inducție din Figura 1 este prezentată prin săgeți duble.
Astfel, curentul nu este stabilit imediat în circuit. Numai când se stabilește fluxul magnetic, intersecția conductorului cu liniile magnetice se va opri și f.e.m. de autoinducție va dispărea. Apoi un curent constant va curge în circuit.
Figura 2 prezintă o reprezentare grafică DC. Axa orizontală reprezintă timpul, iar axa verticală reprezintă curentul. Din figură se poate observa că, dacă în primul moment curentul este de 6 A, atunci la al treilea, al șaptelea și așa mai departe va fi de asemenea egal cu 6 A.
Figura 3 arată cum este stabilit curentul în circuit după pornire. FEM de auto-inducție, direcționată în momentul pornirii împotriva f.e.m. a bateriei de elemente, slăbește curentul din circuit și, prin urmare, în momentul pornirii curentul este zero. Apoi, în primul moment de timp, curentul este de 2 A, în al doilea moment de timp - 4 A, în al treilea - 5 A și abia după un timp se stabilește în circuit un curent de 6 A.
 |  |
| Figura 3. Graficul creșterii curentului în circuit ținând cont de fem-ul autoinductiv | Figura 4. EMF de auto-inducție în momentul deschiderii circuitului este îndreptată în aceeași direcție cu EMF-ul sursei de tensiune |
Când circuitul este deschis (Figura 4), curentul care dispare, a cărui direcție este indicată de o singură săgeată, își va reduce câmpul magnetic. Acest câmp, în scădere de la o anumită valoare la zero, va traversa din nou conductorul și va induce o f.e.m. de auto-inducție în el.
La oprire circuit electric cu inductanță, fem-ul auto-inductiv va fi direcționat în aceeași direcție cu fem-ul sursei de tensiune. Direcția EMF de auto-inducție este prezentată în Figura 4 printr-o săgeată dublă. Ca urmare a acțiunii FEM de auto-inducție, curentul din circuit nu dispare imediat.
Astfel, fem-ul autoindus este întotdeauna îndreptat împotriva cauzei care a provocat-o. Remarcând această proprietate, ei spun că EMF de auto-inducție este reactiv în natură.
Grafic, modificarea curentului în circuitul nostru, ținând cont de fem-ul auto-inductiv atunci când este închis și atunci când este deschis ulterior în al optulea moment de timp, este prezentată în Figura 5.
  |   |
| Figura 5. Graficul creșterii și scăderii curentului în circuit, ținând cont de fem-ul de auto-inducție | Figura 6. Curenți de inducție când circuitul este deschis |
La deschiderea circuitelor care conţin număr mare spire și miezuri masive de oțel sau, după cum se spune, având inductanță mare, fem-ul auto-inductiv poate fi de multe ori mai mare decât fem-ul sursei de tensiune. Apoi, în momentul deschiderii, spațiul de aer dintre cuțit și clema fixă a comutatorului va fi rupt și rezultatul arc electric va topi părțile de cupru ale comutatorului și, dacă nu există carcasă pe comutator, poate arde mâinile unei persoane (Figura 6).
În circuitul în sine, EMF de auto-inducție poate sparge izolația spirelor bobinelor, electromagneților și așa mai departe. Pentru a evita acest lucru, unele dispozitive de comutare oferă protecție împotriva EMF de auto-inducție sub forma unui contact special care scurtcircuitează înfășurarea electromagnetului atunci când este oprită.
Trebuie luat în considerare faptul că EMF de auto-inducție se manifestă nu numai în momentele în care circuitul este pornit și oprit, ci și în timpul oricăror modificări ale curentului.
Mărimea FEM de auto-inducție depinde de rata de schimbare a curentului din circuit. Deci, de exemplu, dacă pentru același circuit într-un caz în decurs de 1 secundă, curentul din circuit s-a schimbat de la 50 la 40 A (adică cu 10 A), iar într-un alt caz de la 50 la 20 A (adică prin 30 A ), atunci în al doilea caz va fi indusă în circuit o fem de auto-inducție de trei ori mai mare.
Mărimea emf auto-inductivă depinde de inductanța circuitului în sine. Circuitele cu inductanță mare sunt înfășurările generatoarelor, motoarelor electrice, transformatoarelor și bobinelor de inducție cu miez de oțel. Conductoarele drepte au inductanță mai mică. Conductoarele drepte scurte, lămpile cu incandescență și dispozitivele electrice de încălzire (sobe, sobe) nu au practic nicio inductanță și apariția f.em. auto-inductivă în ele aproape nu este observată.
Fluxul magnetic care pătrunde în circuit și induce f.e.m. de auto-inducție în acesta este proporțional cu curentul care curge prin circuit:
F = L × eu ,
Unde L- coeficientul de proporţionalitate. Se numește inductanță. Să determinăm dimensiunea inductanței:
Ohm × sec este altfel numit Henry (Hn).
1 henry = 10 3 ; milihenri (mH) = 106 microhenri (µH).
Inductanța, cu excepția lui Henry, este măsurată în centimetri:
1 henry = 10 9 cm.
De exemplu, 1 km de linie telegrafică are o inductanță de 0,002 H. Inductanța înfășurărilor electromagneților mari ajunge la câteva sute de henri.
Dacă curentul buclei se modifică cu Δ i, atunci fluxul magnetic se va modifica cu valoarea Δ Ф:
Δ Ф = L × Δ i .
Mărimea EMF de auto-inducție care apare în circuit va fi egală cu (formula EMF de auto-inducție):
Dacă curentul se modifică uniform în timp, expresia va fi constantă și poate fi înlocuită cu expresia. Atunci valoarea absolută a fem-ului de auto-inducție care apare în circuit poate fi găsită după cum urmează:
Pe baza ultimei formule, putem defini unitatea de inductanță - Henry:
Un conductor are o inductanță de 1 H dacă, cu o schimbare uniformă a curentului cu 1 A pe 1 secundă, este indusă în el o f.e. auto-inductivă de 1 V.
După cum am văzut mai sus, fem auto-inductivă apare într-un circuit de curent continuu numai în momentele pornirii, opririi și ori de câte ori se modifică. Dacă mărimea curentului din circuit este neschimbată, atunci fluxul magnetic al conductorului este constant și nu poate apărea fem-ul de auto-inducție (deoarece. În momentele de schimbare a curentului din circuit, fem-ul de auto-inducție interferează cu modificări ale curentului, adică îi oferă un fel de rezistență.
E.m.f. auto-inducere. E.m.f. e L, inducția într-un conductor sau bobină ca urmare a unei modificări a fluxului magnetic creat de un curent care trece prin același conductor sau bobină se numește e. d.s. autoinducție (Fig. 60). Acest e. d.s. apare la orice modificare a curentului, de exemplu, la închiderea și deschiderea circuitelor electrice, la schimbarea sarcinii motoarelor electrice etc. Cu cât curentul se schimbă mai repede într-un conductor sau bobină, cu atât este mai mare rata de modificare a fluxului magnetic care le pătrunde. și cu cât e mai mare. d.s. în ele este indusă auto-inducţia. De exemplu, e. d.s. autoinducţia e L are loc în conductorul AB (vezi fig. 54) când se modifică curentul i 1 care circulă prin acesta. În consecință, un câmp magnetic în schimbare induce e. d.s. în același conductor în care se modifică curentul, creând acest câmp.
Direcția e. d.s. autoinducția este determinată de regula lui Lenz. E.m.f. autoinducția are întotdeauna o direcție în care împiedică schimbarea curentului care a provocat-o. In consecinta, pe masura ce curentul in conductor (bobina) creste, de ex. d.s. autoinducția va fi direcționată împotriva curentului, adică va împiedica creșterea acestuia (Fig. 61, a), și invers, când curentul scade în conductor (bobină), de ex. d.s. autoinducție, care coincide în direcția curentului, adică împiedicând scăderea acestuia (Fig. 61, b). Dacă curentul din bobină nu se modifică, atunci e. d.s. nu are loc auto-inducere.
Din regula discutată mai sus pentru determinarea direcției lui e. d.s. autoinducția implică faptul că acest e. d.s. are un efect de frânare asupra modificărilor curentului în circuitele electrice. În acest sens, acțiunea sa este similară cu acțiunea forței de inerție, care împiedică schimbarea poziției corpului. Într-un circuit electric (Fig. 62, a), format dintr-un rezistor cu rezistența R și o bobină K, curentul i este creat prin acțiunea combinată a tensiunii sursei U și e. d.s. autoinducție e L indusă în bobină. La conectarea circuitului în cauză la o sursă de e. d.s. autoinducția e L (vezi săgeata continuă) limitează creșterea puterii curentului. Prin urmare, curentul i atinge valoarea de regim stabil I=U/R (conform legii lui Ohm) nu instantaneu, ci într-o anumită perioadă de timp (Fig. 62, b). În acest timp, în circuitul electric are loc un proces tranzitoriu, în care e L și i se schimbă. Exact
De asemenea, atunci când circuitul electric este oprit, curentul i nu scade instantaneu la zero, ci datorită acțiunii lui e. d.s. e L (vezi săgeata întreruptă) scade treptat.
Inductanţă. Capacitatea diverșilor conductori (bobine) de a induce e. d.s. autoinducţia este estimată prin inductanţa L. Arată ce e. d.s. autoinducția are loc într-un conductor dat (bobină) când curentul se modifică cu 1 A timp de 1 s. Inductanța se măsoară în henry (H), 1 H = 1 Ohm*s. În practică, inductanța este adesea măsurată în părți ale unui henry - millihenry (mH) și în părți de o milioneme de henry - microhenry (µH).
Depinde inductanța unei bobine de numărul de spire ale bobinei? și rezistența magnetică R m a circuitului său magnetic, adică din permeabilitatea sa magnetică? a și dimensiunile geometrice l și s. Dacă un miez de oțel este introdus în bobină, inductanța acestuia crește brusc datorită amplificării câmp magnetic bobine. În acest caz, un curent de 1 A creează un flux magnetic semnificativ mai mare decât într-o bobină fără miez.
Folosind conceptul de inductanță L, se poate obține pentru e. d.s. auto-inducție următoarea formulă:
e L = – L ?i / ?t (53)
Unde?i este modificarea curentului în conductor (bobină) pe o perioadă de timp?t.
Prin urmare, e. d.s. autoinducția este proporțională cu viteza de schimbare a curentului.
Pornirea și oprirea circuitelor DC cu un inductor. Când un circuit electric care conține R și L este conectat la o sursă de curent continuu cu tensiunea U prin comutatorul B1 (Fig. 63, a), curentul i nu crește până la valoarea constantă pe care am setat-o =U/R nu instantaneu, din moment ce e. d.s. autoinductanța e L care apare în inductanță acționează împotriva tensiunii aplicate V și împiedică creșterea curentului. Procesul luat în considerare este caracterizat printr-o modificare treptată a curentului i (Fig. 63, b) și a tensiunilor u a și u L de-a lungul curbelor - la expozanţi. Se numește modificarea în i, u a și u L de-a lungul curbelor indicate aperiodic.
Viteza de creștere a curentului în circuit și modificarea tensiunilor u a și u L se caracterizează prin constanta de timp a circuitului
T = L/R (54)
Se măsoară în secunde, depinde numai de parametrii R și L ai unui circuit dat și vă permite să estimați durata procesului de schimbare a curentului fără a construi grafice. Această durată este teoretic infinit de lungă. În practică, se crede de obicei că este (3-4) T. În acest timp, curentul din circuit ajunge la 95-98% din valoarea în regim permanent. În consecință, cu cât rezistența este mai mare și cu cât inductanța L este mai mică, cu atât mai rapid are loc procesul de schimbare a curentului în circuitele electrice cu inductanță. Constanta de timp T într-un proces aperiodic poate fi definită ca un segment AB tăiat de o tangentă trasată de la origine la curba luată în considerare (de exemplu, curentul i) pe linia corespunzătoare valorii în regim de echilibru a acestei mărimi.
Proprietatea inductanței de a încetini procesul de schimbare a curentului este utilizată pentru a crea întârzieri de timp la operarea diferitelor dispozitive (de exemplu, la controlul funcționării cutiilor de nisip pentru alimentarea periodică a porțiunilor de nisip sub roțile unei locomotive). Funcționarea unui releu de timp electromagnetic se bazează și pe utilizarea acestui fenomen (vezi § 94).
Supratensiuni de comutare. E este deosebit de puternic. d.s. autoinducție la deschiderea circuitelor care conțin bobine cu un număr mare de spire și cu miezuri de oțel (de exemplu, înfășurări ale generatoarelor, motoarelor electrice, transformatoarelor etc.), adică circuite cu inductanță mare. În acest caz, rezultatul e. d.s. autoinducția e L poate fi de multe ori mai mare decât tensiunea U a sursei și, însumată cu aceasta, poate provoca supratensiuni în circuitele electrice (Fig. 64, a), numite comutarea(apărând când comutarea- comutarea circuitelor electrice). Sunt periculoase pentru înfășurările motoarelor electrice, generatoarelor și transformatoarelor, deoarece pot provoca defectarea izolației acestora.
Big E. d.s. Auto-inducția contribuie, de asemenea, la apariția unei scântei sau arc electric în dispozitivele electrice care comută circuitele electrice. De exemplu, în momentul în care contactele comutatorului se deschid (Fig. 64, b), rezultatul de ex. d.s. auto-inducția crește foarte mult diferența de potențial dintre contactele deschise ale comutatorului și sparge întrefierul. Arcul electric rezultat este menținut pentru o perioadă de timp. d.s. auto-inducție, care întârzie astfel procesul de oprire a curentului din circuit. Acest fenomen este foarte nedorit, deoarece arcul topește contactele dispozitivelor de deconectare, ceea ce duce la defectarea rapidă a acestora. Prin urmare, în toate dispozitivele utilizate pentru deschiderea circuitelor electrice, sunt prevăzute dispozitive speciale de stingere a arcului pentru a asigura o stingere mai rapidă a arcului.
În plus, în circuitele de putere cu inductanță semnificativă (de exemplu, înfășurările de excitație ale generatoarelor), în paralel lanțuri R-L(adică, înfășurarea corespunzătoare) porniți rezistența de descărcare R p (Fig. 65, a). În acest caz, după oprirea comutatorului B1, circuitul R-L nu este întrerupt, ci este închis la rezistența R p. Curentul din circuitul i nu scade instantaneu, ci treptat - exponențial (Fig. 65.6), deoarece e. d.s. autoinducția e L care apare în inductanța L împiedică scăderea curentului. Tensiunea de până la peste rezistorul de descărcare se modifică, de asemenea, exponențial în timpul procesului de schimbare a curentului. Este egală cu tensiunea aplicată circuitului R-L, adică la bornele circuitului corespunzător.
înfăşurare curentă. La momentul inițial U p initial = UR p / R, adică depinde de rezistența rezistenței de descărcare; la valori mari de Rp această tensiune poate fi excesiv de mare și periculoasă pentru izolație instalatie electrica. În practică, pentru a limita supratensiunile rezultate, rezistența R p a rezistenței de descărcare este luată de cel mult 4-8 ori mai mare decât rezistența R a înfășurării corespunzătoare.
Condiții pentru apariția proceselor tranzitorii. Procesele discutate mai sus la pornirea și oprirea circuitului R-L sunt apelate procese de tranziție. Ele apar la pornirea și oprirea sursei sau a secțiunilor individuale ale circuitului, precum și la schimbarea modului de funcționare, de exemplu, în timpul schimbărilor bruște de sarcină, întreruperi și scurtcircuite. Aceleași procese tranzitorii au loc în condițiile specificate și în circuitele care conțin condensatoare cu o capacitate C. În unele cazuri, procesele tranzitorii sunt periculoase pentru surse și receptoare, deoarece curenții și tensiunile rezultate pot fi de multe ori mai mari decât valorile nominale. pentru care acestea sunt dispozitive proiectate. Cu toate acestea, în unele elemente ale echipamentelor electrice, în special în dispozitivele electronice industriale, procesele tranzitorii sunt moduri de funcționare.
Din punct de vedere fizic, apariția proceselor tranzitorii se explică prin faptul că inductoarele și condensatoarele sunt dispozitive de stocare a energiei, iar procesul de acumulare și eliberare a energiei în aceste elemente nu poate avea loc instantaneu, prin urmare, curentul din inductor și tensiunea de pe condensator nu se poate schimba instantaneu. Timpul procesului tranzitoriu, în timpul căruia are loc o schimbare treptată a curentului și tensiunii la pornirea, oprirea și schimbarea modului de funcționare al circuitului, este determinat de valorile R, L și C ale circuitului și se poate ridica la fracții și unități de secunde. După încheierea procesului de tranziție, curentul și tensiunea capătă noi valori, care sunt numite stabilit.
Acest fenomen se numește auto-inducție. (Conceptul este legat de conceptul de inducție reciprocă, fiind, parcă, un caz special al acestuia).
Direcția EMF de auto-inducție se dovedește întotdeauna a fi astfel încât atunci când curentul din circuit crește, EMF de auto-inducție împiedică această creștere (direcționată împotriva curentului), iar când curentul scade, acesta scade (codirecționat). cu curentul). Această proprietate a fem de auto-inducție este similară cu forța de inerție.
Mărimea EMF de auto-inducție este proporțională cu rata de schimbare a curentului:
.Se numește factorul de proporționalitate coeficientul de autoinducție sau inductanţă circuit (bobină).
Autoinducție și curent sinusoidal
În cazul unei dependențe sinusoidale a curentului care curge prin bobină în timp, f.e.m. auto-inductivă din bobină rămâne în urmă față de curentul în fază cu (adică, 90°), iar amplitudinea acestei feme este proporțională cu amplitudinea curentului, frecvența și inductanța (). La urma urmei, rata de schimbare a unei funcții este derivata sa prima, a.
Să se calculeze circuite mai mult sau mai puțin complexe care conțin elemente inductive, adică spire, bobine etc. aparate în care se observă autoinducția (în special cele complet liniare, adică care nu conțin elemente neliniare), în cazul curenților sinusoidali și tensiuni, se folosește metoda impedanțelor complexe sau, în cazuri mai simple, o opțiune mai puțin puternică, dar mai vizuală este metoda diagramei vectoriale.
Rețineți că tot ceea ce este descris este aplicabil nu numai direct curenților și tensiunilor sinusoidale, ci și practic celor arbitrare, deoarece acestea din urmă pot fi aproape întotdeauna extinse într-o serie Fourier sau integral și astfel reduse la sinusoidale.
În legătură mai mult sau mai puțin directă cu aceasta, putem aminti utilizarea fenomenului de auto-inducție (și, în consecință, inductori) într-o varietate de circuite oscilante, filtre, linii de întârziere și alte diferite circuite electronice și electrice.
Auto-inductanță și supratensiune de curent
Datorită fenomenului de autoinducție într-un circuit electric cu o sursă EMF, atunci când circuitul este închis, curentul este stabilit nu instantaneu, ci după un timp. Procese similare apar atunci când circuitul se deschide și (cu o deschidere ascuțită) valoarea EMF de auto-inducție în acest moment poate depăși semnificativ EMF sursă.
Cel mai adesea în viața de zi cu zi, acest lucru este utilizat în bobinele de aprindere ale mașinii. Tensiunea tipică de aprindere cu o tensiune a bateriei de 12 V este de 7-25 kV. Cu toate acestea, excesul EMF în circuitul de ieșire peste EMF al bateriei aici se datorează nu numai unei întreruperi bruște a curentului, ci și raportului de transformare, deoarece cel mai adesea nu este utilizat. bobină simplă inductanță, ci o bobină de transformator, a cărei înfășurare secundară are, de obicei, de mai multe ori numărul de spire (adică, în cele mai multe cazuri, circuitul este ceva mai complex decât cel a cărui funcționare ar fi pe deplin explicată prin auto-inducție; cu toate acestea, fizica funcționării sale în această versiune coincide parțial cu fizica funcționării unui circuit cu o bobină simplă).
Acest fenomen este folosit și pentru aprinderea lămpilor fluorescente în standard schema traditionala(aici vorbim în mod specific despre un circuit cu un inductor simplu - un choke).
În plus, trebuie să se țină cont întotdeauna la deschiderea contactelor, dacă curentul trece prin sarcină cu inductanță vizibilă: saltul rezultat în EMF poate duce la defalcarea intercontactelor și/sau la alte efecte nedorite, pentru a suprima care în acest caz. caz, de regulă, este necesar să se ia o varietate de măsuri speciale.
Note
Legături
- Despre auto-inducere și inducerea reciprocă de la „Școala de electricieni”
Fundația Wikimedia.
- 2010.
- Bourdon, Robert Gregory
Juan Emar
Vedeți ce înseamnă „auto-inducție” în alte dicționare: autoinducere - auto-inducere...
Dicționar de ortografie - carte de referință AUTOINDUCEREA - apariția FEM de inducție într-un circuit conductor atunci când puterea curentului se modifică în acesta; cazuri speciale de inducție electromagnetică. Când curentul din circuit se modifică, fluxul magnetic se modifică. inducție prin suprafața limitată de acest contur, rezultând...
Dicționar de ortografie - carte de referință Enciclopedie fizică - excitarea forţei electromotoare de inducţie (emf) într-un circuit electric atunci când curentul electric din acest circuit se modifică; un caz special de inducție electromagnetică. Forța electromotoare a autoinducției este direct proporțională cu rata de schimbare a curentului;... ...
Dicționar de ortografie - carte de referință Dicţionar enciclopedic mare - AUTOINDDUCERE, autoinducere, feminin. (fizic). 1. numai unități Fenomenul că atunci când curentul se modifică într-un conductor, în el apare o forță electromotoare, împiedicând această schimbare. Bobina de auto-inducție. 2. Un dispozitiv cu... ... Dicţionar
Dicționar de ortografie - carte de referință Ushakova
Dicționar de ortografie - carte de referință- (Auto-inducție) 1. Un dispozitiv cu reactanță inductivă. 2. Fenomenul că atunci când un curent electric se schimbă în magnitudine și direcție într-un conductor, în el ia naștere o forță electromotoare, împiedicând acest... ... Dicționar marin - inducerea forței electromotoare în fire, precum și în înfășurările electrice. mașini, transformatoare, aparate și instrumente atunci când magnitudinea sau direcția electricității care circulă prin acestea se modifică. actual. Curentul care curge prin fire și înfășurări creează în jurul lor... ...
Dicționar tehnic feroviar Auto-inducere - inducția electromagnetică cauzată de o modificare a fluxului magnetic care se interconectează cu circuitul, cauzată de curentul electric din acest circuit... Sursa: INGINERIE ELECTRICA. TERMENI ȘI DEFINIȚII ALE CONCEPTELOR DE BAZĂ. GOST R 52002 2003 (aprobat... ...
Vedeți ce înseamnă „auto-inducție” în alte dicționare: Terminologie oficială - substantiv, număr de sinonime: 1 excitație a forței electromotoare (1) Dicționar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013…
Vedeți ce înseamnă „auto-inducție” în alte dicționare:- Inducția electromagnetică cauzată de o modificare a fluxului magnetic care se interconectează cu circuitul, cauzată de curentul electric din acest circuit. [GOST R 52002 2003] EN inducție electromagnetică cu autoinducție într-un tub de curent datorită variațiilor… … Ghidul tehnic al traducătorului
Dicționar de ortografie - carte de referință- un caz special de inducție electromagnetică (vezi (2)), constând în apariția unui EMF indus (indus) într-un circuit și cauzat de modificări în timp ale câmpului magnetic creat de un curent variabil care circulă în același circuit. .. ... Marea Enciclopedie Politehnică
Cărți
- Set de mese. Fizică. Electrodinamica (10 tabele), . Album educativ de 10 coli.
Curentul electric, puterea curentului. Rezistenţă. Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit. Dependența rezistenței conductorului de temperatură. Conectarea firelor. EMF. legea lui Ohm...
Relația dintre câmpurile electrice și magnetice
Fenomenele electrice și magnetice au fost studiate de mult timp, dar nimănui nu i-a trecut prin cap să conecteze cumva aceste studii între ele. Abia în 1820 s-a descoperit că un conductor care transportă curent acționează asupra acului busolei. Această descoperire i-a aparținut fizicianului danez Hans Christian Oersted. Ulterior, unitatea de măsură a intensității câmpului magnetic din sistemul GHS a fost numită după el: denumirea rusă E (Oersted), engleză - Oe. Aceasta este intensitatea câmpului magnetic într-un vid cu o inducție de 1 Gauss.
Această descoperire a sugerat că un câmp magnetic ar putea fi generat dintr-un curent electric. Dar, în același timp, au apărut și gânduri despre transformarea inversă, și anume, cum se obține un curent electric dintr-un câmp magnetic. La urma urmei, multe procese din natură sunt reversibile: apa produce gheață, care poate fi topită înapoi în apă. A fost nevoie de douăzeci și doi de ani pentru a studia această lege acum evidentă a fizicii după descoperirea lui Oersted. Omul de știință englez Michael Faraday a fost implicat în generarea de electricitate dintr-un câmp magnetic. Făcut diverse forme si dimensiunile conductoarelor si magnetilor, s-au cautat variante ale acestora poziție relativă
. Și doar, aparent, din întâmplare, omul de știință a descoperit că pentru a obține un EMF la capetele conductorului, este necesar încă un termen - mișcarea magnetului, adică. Câmpul magnetic trebuie să fie variabil.
Acum asta nu mai surprinde pe nimeni. Exact așa funcționează toate generatoarele electrice - atâta timp cât este rotit de ceva, se generează electricitate și becul strălucește. S-au oprit, au încetat să se rotească și s-a stins lumina.
Astfel, EMF la capetele conductorului apare numai dacă acesta este deplasat într-un anumit mod într-un câmp magnetic. Sau, mai exact, câmpul magnetic trebuie neapărat să se schimbe, să fie variabil. Acest fenomen se numește inducție electromagnetică, în rusă inducția electromagnetică: în acest caz se spune că în conductor este indus un EMF. Dacă o sarcină este conectată la o astfel de sursă EMF, curentul va curge în circuit.
Mărimea EMF indusă depinde de mai mulți factori: lungimea conductorului, inducerea câmpului magnetic B și, în mare măsură, viteza de mișcare a conductorului în câmpul magnetic. Cu cât rotorul generatorului este rotit mai repede, cu atât este mai mare tensiunea la ieșire.
Notă: inducția electromagnetică (fenomenul apariției EMF la capetele unui conductor într-un câmp magnetic alternativ) nu trebuie confundată cu inducția magnetică - o mărime fizică vectorială care caracterizează câmpul magnetic însuși.
Inducţie
Această metodă a fost revizuită. Este suficient să mutați conductorul în câmpul magnetic al unui magnet permanent, sau invers, să mutați (aproape întotdeauna prin rotație) magnetul în apropierea conductorului. Ambele opțiuni vă vor permite cu siguranță să obțineți un câmp magnetic alternativ. În acest caz, metoda de producere a EMF se numește inducție. Este inducția care este folosită pentru a produce EMF în diverse generatoare. În experimentele lui Faraday din 1831, un magnet s-a deplasat progresiv în interiorul unei bobine de sârmă.
Inducerea reciprocă
Acest nume sugerează că doi dirijori iau parte la acest fenomen. Un curent schimbător curge într-una dintre ele, care creează un câmp magnetic alternativ în jurul său. Dacă există un alt conductor în apropiere, atunci la capetele sale apare un EMF alternativ.
Această metodă de producere a EMF se numește inducție reciprocă. Toate transformatoarele funcționează pe principiul inducției reciproce, numai conductoarele lor sunt realizate sub formă de bobine, iar miezurile din materiale feromagnetice sunt folosite pentru a îmbunătăți inducția magnetică.
Dacă curentul din primul conductor se oprește (circuit deschis), sau devine, chiar foarte puternic, dar constant (fără modificări), atunci nu se va obține EMF la capetele celui de-al doilea conductor. Acesta este motivul pentru care transformatoarele funcționează numai pe curent alternativ: dacă conectați o baterie galvanică la înfășurarea primară, atunci cu siguranță nu va exista tensiune la ieșirea înfășurării secundare.
EMF în înfășurarea secundară este indusă numai atunci când câmpul magnetic se modifică. Mai mult, cu cât este mai puternică rata de schimbare, și anume viteza, și nu valoarea absolută, cu atât va fi mai mare fem indusă.
Dicționar tehnic feroviar
Dacă îndepărtați al doilea conductor, atunci câmpul magnetic din primul conductor va pătrunde nu numai în spațiul înconjurător, ci și în conductorul însuși. Astfel, sub influența câmpului său, în conductor este indusă o fem, care se numește fem de auto-inducție.
Fenomenul de auto-inducere a fost studiat de omul de știință rus Lenz în 1833. Pe baza acestor experimente, a fost posibil să se descopere un model interesant: EMF de auto-inducție contracarează și compensează întotdeauna câmpul magnetic alternativ extern care provoacă acest EMF. Această dependență se numește regula lui Lenz (a nu se confunda cu legea Joule-Lenz).
Semnul minus din formulă vorbește doar despre contracararea CEM la auto-inducție la cauzele care l-au dat naștere. Dacă bobina este conectată la o sursă de curent constant, curentul va crește destul de lent. Acest lucru este foarte vizibil la „testarea” înfășurării primare a unui transformator cu un ohmmetru cu cadran: viteza de deplasare a acului spre diviziunea scară zero este vizibil mai mică decât la verificarea rezistențelor.
Când bobina este deconectată de la sursa de curent, FEM de auto-inducție provoacă scântei ale contactelor releului. În cazul în care bobina este controlată de un tranzistor, de exemplu o bobină de releu, atunci o diodă este plasată paralel cu aceasta în direcția opusă față de sursa de alimentare. Acest lucru se face pentru a proteja elementele semiconductoare de efectele FEM de auto-inducție, care poate fi de zeci sau chiar de sute de ori mai mare decât tensiunea sursei de alimentare.
Pentru a efectua experimente, Lenz a proiectat un dispozitiv interesant. Două inele de aluminiu sunt fixate la capetele culbutorului din aluminiu. Un inel este solid, dar celălalt are o tăietură. Rockerul s-a rotit liber pe ac.
Când un magnet permanent a fost introdus într-un inel solid, acesta „fuge” de magnet, iar când magnetul a fost îndepărtat, s-a repezit după el. Aceleași acțiuni cu un inel tăiat nu au provocat nicio mișcare. Acest lucru se explică prin faptul că într-un inel solid, sub influența unui câmp magnetic alternativ, apare un curent, care creează un câmp magnetic. Dar într-un inel deschis nu există curent, prin urmare nu există câmp magnetic.
Un detaliu important al acestui experiment este că, dacă un magnet este introdus în inel și rămâne nemișcat, atunci nu se observă nicio reacție a inelului de aluminiu la prezența magnetului. Acest lucru confirmă încă o dată că fem indus apare numai atunci când câmpul magnetic se modifică, iar magnitudinea emf depinde de rata de schimbare. În acest caz, depinde pur și simplu de viteza de mișcare a magnetului.
Același lucru se poate spune despre inducția și autoinducția reciprocă, doar modificarea intensității câmpului magnetic, sau mai degrabă rata modificării acestuia, depinde de viteza de schimbare a curentului. Pentru a ilustra acest fenomen, poate fi dat următorul exemplu.
Lăsați curenți mari să treacă prin două bobine identice destul de mari: prin prima bobină 10A și prin a doua până la 1000, iar în ambele bobine curenții cresc liniar. Să presupunem că într-o secundă curentul din prima bobină s-a schimbat de la 10 la 15A, iar în a doua de la 1000 la 1001A, ceea ce a provocat apariția unei feme auto-induse în ambele bobine.
Dar, în ciuda unei valori atât de uriașe a curentului din a doua bobină, EMF de auto-inducție va fi mai mare în prima, deoarece acolo rata de schimbare a curentului este de 5A/sec, iar în a doua este de doar 1A/sec. . La urma urmei, FEM de auto-inducție depinde de rata de creștere a curentului (citiți câmpul magnetic) și nu de valoarea sa absolută.
Inductanţă
Proprietățile magnetice ale unei bobine purtătoare de curent depind de numărul de spire și de dimensiunile geometrice. O creștere semnificativă a câmpului magnetic poate fi realizată prin introducerea unui miez feromagnetic în bobină. DESPRE proprietăți magnetice Bobinele ah pot fi apreciate cu suficientă precizie după mărimea feme-ului indus, inducția reciprocă sau autoinducția. Toate aceste fenomene au fost discutate mai sus.
Caracteristica bobinei care spune despre acest lucru se numește coeficient de inductanță (auto-inductanță) sau pur și simplu inductanță. În formule, inductanța este notată cu litera L, iar în diagrame, inductoarele sunt notate cu aceeași literă.
Unitatea de măsură a inductanței este Henry (H). O bobină are o inductanță de 1H, în care, atunci când curentul se modifică cu 1A pe secundă, se generează o fem de 1V. Această valoare este destul de mare: înfășurările de rețea ale transformatoarelor destul de puternice au o inductanță de unul sau mai mulți Gn.
Prin urmare, sunt adesea folosite valori de ordin inferior, și anume milli și micro Henry (mH și μH). Astfel de bobine sunt utilizate în circuite electronice. Una dintre utilizările bobinelor este circuite oscilatoriiîn dispozitivele radio.
Bobinele sunt, de asemenea, folosite ca bobine, al căror scop principal este de a trece curentul continuu fără pierderi în timp ce slăbește curentul alternativ (filtre). Ca regulă generală, cu cât frecvența de funcționare este mai mare, cu atât bobinele necesită mai puțină inductanță.
Reactanța inductivă
Dacă luați un transformator de rețea suficient de puternic și rezistența înfășurării primare, se dovedește că este doar câțiva ohmi și chiar aproape de zero. Se pare că curentul printr-o astfel de înfășurare va fi foarte mare și chiar va tinde spre infinit. Se pare că un scurtcircuit este pur și simplu inevitabil! Deci de ce nu este acolo?
Una dintre principalele proprietăți ale bobinelor inductoare este reactanța inductivă, care depinde de inductanță și de frecvența curentului alternativ furnizat bobinei.
Este ușor de observat că odată cu creșterea frecvenței și inductanței, reactanța inductivă crește, iar la curent continuu devine în general egală cu zero. Prin urmare, atunci când se măsoară rezistența bobinelor cu un multimetru, se măsoară doar rezistența activă a firului.
Designul inductorilor este foarte divers și depinde de frecvențele la care funcționează bobina. De exemplu, pentru a funcționa în intervalul decimetru al undelor radio, sunt adesea folosite bobine de circuit imprimat. Pentru producția de masă, această metodă este foarte convenabilă.
Inductanța bobinei depinde de dimensiunile sale geometrice, miez, numărul de straturi și formă. În prezent, sunt produse un număr suficient de inductori standard similare rezistențelor convenționale cu cabluri. Astfel de bobine sunt marcate cu inele colorate. Există, de asemenea, bobine de montare pe suprafață utilizate ca șocuri. Inductanța unor astfel de bobine este de câțiva milihenri.