>> Самоиндукция. Индуктивност

§ 15 САМОИНДУКЦИЯ. ИНДУКТИВНОСТ

Самоиндукция. Ако през намотката протича променлив ток, магнитният поток, преминаващ през намотката, се променя. Следователно в същия проводник, през който протича променлив ток, възниква индуцирана ЕДС. Това явление се нарича самоиндукция.

При самоиндукция проводящата верига играе двойна роля: променливият ток в проводника причинява появата магнитен потокпрез повърхност, ограничена от контур. И тъй като магнитният поток се променя с времето, се появява индуцирана емф. Според правилото на Ленц, в момента на нарастване на тока, интензитетът на вихъра електрическо поленасочен срещу течението. Следователно в този момент вихровото поле предотвратява увеличаването на тока. Напротив, в момента, в който токът намалява, вихровото поле го поддържа.

Феноменът на самоиндукция може да се наблюдава в прости експерименти. Фигура 2.13 показва диаграма на паралелно свързване на две еднакви лампи. Единият от тях е свързан към източника чрез резистор R, а другият последователно с намотка L, оборудвана с желязна сърцевина.

Когато ключът е затворен, първата лампа мига почти веднага, а втората със забележимо закъснение. Самоиндуктивната емф във веригата на тази лампа е голяма и силата на тока не достига веднага максималната си стойност (фиг. 2.14).

Появата на самоиндуктивна ЕДС при отваряне може да се наблюдава в експеримент с верига, схематично показана на Фигура 2.15. Когато превключвателят се отвори, в намотката L се появява самоиндукционна емф, поддържаща първоначалния ток. в резултат на това в момента на отваряне през галванометъра (цветна стрелка) протича ток, насочен срещу първоначалния ток преди отваряне (черна стрелка). Токът, когато веригата е отворена, може да надвиши тока, преминаващ през галванометъра, когато ключът е затворен. Това означава, че самоиндуцираната ЕДС е по-голяма от ЕДС на батерията от клетки.

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръкидискусионни програми Интегрирани уроци

Добре известно е, че влак, тръгващ от гара, не може веднага да достигне необходимата скорост.

Необходимата скорост се постига само след определен период от време. През този период значителна част от енергията на локомотива се изразходва за преодоляване на инерцията на влака, т.е. за формиране на резерв от кинетична енергия, и много малка част за преодоляване на триенето.

Поради факта, че движещият се влак има резерв от кинетична енергия, той не може да спре мигновено и ще продължи да се движи по инерция за известно време, тоест докато целият запас от кинетична енергия, предадена му от локомотива в началото на движението се изразходва за триене.

Подобни явления възникват в затворена електрическа верига, когато токът се включва и изключва.

В момента на включване DC(Фигура 1) a магнитно силово поле.

Фигура 1. Инерция на електрически ток. Когато токът е включен, около проводника се появява магнитно поле.

В първите моменти след включване на тока значителна част от енергията на източника на ток се изразходва за създаване на това магнитно поле и само малка част за преодоляване на съпротивлението на проводника, или по-скоро за нагряване на проводника от тока. Следователно в момента веригата е затворена токът не достига веднага максималната си стойност . Максималната сила на тока се задава във веригата само след приключване на процеса на образуване на магнитно поле около проводника (Фигура 2).

Фигура 2. Когато източникът на ток е включен, токът във веригата не се установява веднага.

Ако, без да прекъсвате затворена верига, изключите източника на ток от нея, тогава токът във веригата няма да спре веднага, но ще тече в нея, като постепенно намалява за известно време (Фигура 3), докато магнитното поле около проводника изчезва, т.е. докато не се изчерпи целият запас от енергия, съдържаща се в магнитното поле.

Фигура 2. Влиянието на ЕДС на самоиндукция върху тока във веригата. Когато източникът на ток е изключен, токът във веригата не спира веднага.

И така, магнитното поле е носител на енергия. Той натрупва енергия, когато източникът на постоянен ток е включен и я освобождава обратно във веригата, след като източникът на ток е изключен. Следователно енергията на магнитното поле има много общо с кинетичната енергия на движещ се обект. Магнитното поле причинява "инерцията" на електрическия ток.

Знаем, че всеки път, когато магнитният поток, проникващ в областта, ограничена от затворена електрическа верига, се промени, a индуцирана емф .

Освен това знаем, че всяка промяна в тока във веригата води до промяна брой линии на магнитното полеобхванати от тази верига. Ако затворената верига е неподвижна, тогава броят на магнитните силови линии, пробиващи дадена област, може да се промени само когато нови линии навлизат отвън в тази област или когато съществуващите линии излизат извън тази област. И в двата случая магнитните силови линии трябва да пресичат проводника по време на движението си. Когато пресичат проводник, магнитните силови линии индуцират в него индуцирана ЕДС. Но тъй като в този случай проводникът индуцира емф в себе си, този емф се нарича Самоиндуцирана емф.

Когато източник на постоянен ток е свързан към затворена верига, зоната, ограничена от тази верига, започва да се прониква отвън от магнитни силови линии. Всяка една е магнетична електропровод, идваща отвън, пресичайки проводника, индуцира в него Самоиндуцирана емф.

Електродвижещата сила на самоиндукция, действаща срещу ЕМП на източника на ток, забавя увеличаването на тока във веригата. След няколко мига, когато нарастването на магнитния поток около веригата спре, самоиндукционната едс изчезва и във веригата се установява сила на тока, определена от закона на Ом:

I=U/R

Когато източникът на ток е изключен от затворена верига, магнитните силови линии трябва да изчезнат от пространството, ограничено от проводника. Всяка изходяща линия на магнитното поле при пресичане на проводник индуцира в него самоиндуктивна е.д.с., която има същата посока като ед.с. на източника на ток; следователно токът във веригата няма да спре веднага, а ще тече в същата посока, постепенно намалявайки, докато магнитният поток вътре във веригата напълно изчезне. Токът, протичащ през верига след изключване на източника на ток, се нарича ток на самоиндукция.

Ако веригата се счупи, когато източникът е изключен, токът на самоиндукция се появява под формата на искра в точката, където веригата се отваря.

Самоиндукцията е появата в проводник на електродвижеща сила (ЕМП), насочена в противоположната странаспрямо напрежението на източника на захранване при протичане на ток. Освен това, това се случва в момента, когато силата на тока във веригата се промени. Променящият се електрически ток генерира променящо се магнитно поле, което на свой ред индуцира ЕДС в проводника.

Това е подобно на формулировката на закона на Фарадей за електромагнитната индукция, който гласи:

Когато магнитен поток преминава през проводник, в последния възниква ЕДС. Тя е пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток (математическа производна по отношение на времето).

E=dФ/dt,

Където E е самоиндуктивната емф, измерена във волтове, F е магнитният поток, мерната единица е Wb (вебер, също равна на V/s)

Индуктивност

Вече казахме, че самоиндукцията е присъща на индуктивните вериги, така че нека разгледаме явлението самоиндукция, използвайки примера на индуктор.

Индукторът е елемент, който представлява намотка от изолиран проводник. За да се увеличи индуктивността, броят на навивките се увеличава или вътре в бобината се поставя сърцевина, изработена от мек магнит или друг материал.

Единицата за индуктивност е Хенри (H). Индуктивността измерва колко силно даден проводник се съпротивлява на електрически ток. Тъй като около всеки проводник, през който протича ток, се образува магнитно поле и ако поставите проводник в променливо поле, в него ще възникне ток. На свой ред магнитни полетаВсеки оборот на намотката е сгънат. Тогава около намотката, през която протича токът, ще възникне силно магнитно поле. Когато силата му се промени в намотката, магнитният поток около нея също ще се промени.

Съгласно закона за електромагнитната индукция на Фарадей, ако намотка е проникната от променлив магнитен поток, тогава в нея ще възникне ток и самоиндукция. Те ще възпрепятстват тока, който би протекъл в индуктивността от източника на захранване към товара. Те се наричат ​​също извънтокови ЕМП на самоиндукция.

Формулата за ЕМП на самоиндукция върху индуктивността има формата:

Тоест, колкото по-голяма е индуктивността и колкото повече и по-бързо се е променил токът, толкова по-силен ще бъде ударът на ЕМП.

С увеличаването на тока в бобината се появява самоиндукционна емф, която е насочена срещу напрежението на източника на захранване, съответно увеличаването на тока ще се забави. Същото се случва и при намаляване - самоиндукцията ще доведе до появата на ЕМП, което ще поддържа тока в намотката в същата посока, както преди. От това следва, че напрежението на клемите на бобината ще бъде противоположно на полярността на източника на захранване.

На фигурата по-долу можете да видите, че когато индуктивната верига се включва/изключва, токът не възниква внезапно, а се променя постепенно. За това говорят и законите на комутацията.

Друго определение за индуктивност е, че магнитният поток е пропорционален на тока, но във формулата му индуктивността действа като коефициент на пропорционалност.

Трансформатор и взаимна индукция

Ако поставите две намотки в непосредствена близост, например, върху едно и също ядро, тогава ще се наблюдава феноменът на взаимна индукция. Нека прекараме променлив ток през първия, тогава неговият променлив поток ще проникне през завоите на втория и на клемите му ще се появи ЕМП.

Тази ЕМП ще зависи от дължината на жицата, съответно от броя на завоите, както и от стойността на магнитната пропускливост на средата. Ако просто се поставят един до друг, ЕМП ще бъде ниска, а ако вземем сърцевина от мека магнитна стомана, ЕМП ще бъде много по-голяма. Всъщност така е проектиран трансформаторът.

интересно:Това взаимно влияние на намотките една върху друга се нарича индуктивно свързване.

Ползи и вреди

Ако разбирате теоретичната част, струва си да помислите къде феноменът на самоиндукцията се прилага на практика. Нека да разгледаме примери за това, което виждаме в ежедневието и технологиите. Един от полезни приложения– това е трансформатор, вече разгледахме принципа на неговата работа. В наши дни те стават все по-рядко срещани, но преди това луминесцентните тръбни лампи се използваха ежедневно в осветителните тела. Принципът на тяхното действие се основава на феномена на самоиндукция. Можете да видите диаграмите й по-долу.

След подаване на напрежение, токът протича през веригата: фаза - индуктор - спирала - стартер - спирала - нула.

Или обратното (фаза и нула). След като стартерът се задейства, неговите контакти се отварят, след което (бобината с висока индуктивност) се стреми да поддържа тока в същата посока, индуцира самоиндуктивна ЕДС с голяма величина и лампите се запалват.

По подобен начин това явление се отнася за веригата на запалване на автомобил или мотоциклет, който работи с бензин. При тях се монтира механичен (прекъсвач) или полупроводников превключвател (транзистор в ECU) в пролуката между индуктивната бобина и минуса (земята). Този ключ, в момента, в който трябва да се образува искра в цилиндъра, за да запали горивото, прекъсва силовата верига на бобината. След това енергията, съхранена в сърцевината на бобината, предизвиква увеличаване на ЕДС на самоиндукция и напрежението на електрода на свещта се увеличава, докато искровата междина се разпадне или бобината изгори.

В захранващите устройства и аудио оборудването често има нужда да се премахнат ненужните вълни, шум или честоти от сигнала. За това се използват филтри с различни конфигурации. Един от вариантите е LC, LR филтри. Чрез инхибиране на нарастването на тока и съответно съпротивлението на променлив ток е възможно да се постигнат желаните цели.

ЕМП на самоиндукция причинява увреждане на контактите на ключове, ножове, контакти, автоматични машини и други неща. Може би сте забелязали, че когато извадите щепсела на работеща прахосмукачка от контакта, много често се забелязва проблясък вътре в нея. Това е съпротивлението срещу промяна на тока в бобината (намотката на двигателя в този случай).

При полупроводниковите превключватели ситуацията е по-критична - дори малка индуктивност във веригата може да доведе до разрушаването им при достигане на пикови стойности на Uke или Usi. За да ги предпазят, са инсталирани демпферни вериги, върху които се разсейва енергията на индуктивните изблици.

Заключение

Нека да обобщим. Условията за възникване на самоиндуктивна ЕДС са: наличието на индуктивност във веригата и промяна на тока в товара. Това може да се случи както по време на работа, при смяна на режими или смущаващи влияния, така и при превключване на устройства. Това явление може да навреди на контактите на релетата и стартерите, тъй като води до отваряне на индуктивни вериги, например електрически двигатели. За намаляване отрицателно въздействиеПовечето комутационно оборудване е оборудвано с дъгови улеи.

Феноменът ЕМП се използва доста често за полезни цели, от филтър за изглаждане на вълните на тока и честотен филтър в аудио оборудване, до трансформатори и високоволтови бобини за запалване в автомобили.

Надяваме се, че сега разбирате какво е самоиндукция, как се проявява и къде може да се използва. Ако имате въпроси, задайте ги в коментарите под статията!

Материали

Когато токът във веригата се променя, потокът на магнитната индукция през повърхността, ограничена от тази верига, се променя; промяната в потока на магнитната индукция води до възбуждане на самоиндукцията. Посоката на ЕДС се оказва такава, че когато токът във веригата се увеличава, ЕДС предотвратява увеличаването на тока, а когато токът намалява, предотвратява намаляването му.

Големината на ЕМП е пропорционална на скоростта на промяна на тока ази индуктивност на веригата Л :

.

Поради явлението самоиндукция при електрическа веригас източник на ЕМП, когато веригата е затворена, токът не се установява мигновено, а след известно време. Подобни процеси възникват, когато веригата е отворена, а стойността на самоиндукционната емф може значително да надвиши емф на източника. Най-често в обикновен животизползва се в бобини за запалване на автомобили. Типичното напрежение на самоиндукция със захранващо напрежение 12V е 7-25kV.


Фондация Уикимедия.

2010 г.

    Вижте какво е „самоиндукционна емф“ в други речници:самоиндукция емф

    - - [Я.Н.Лугински, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-руски речник по електротехника и енергетика, Москва, 1999 г.] Теми на електротехниката, основни понятия EN самоиндуцирано емфФарадей напрежениеиндуктивност напрежениесамоиндукция... ...

    Това е феноменът на възникване на индуцирана ЕДС в проводяща верига, когато токът, протичащ през веригата, се промени. Когато токът във веригата се промени, магнитният поток през повърхността, ограничена от тази верига, също се променя пропорционално. Променете... ...Уикипедия - (от лат. inductio ръководство, мотивация), стойност, характеризираща магнет. Св. Va електрически. вериги. Токът, протичащ в проводящата верига, създава магнитно поле в околната среда. поле, а магнитният поток Ф, проникващ във веригата (свързан с нея) е прав... ...

    Физическа енциклопедияреактивна мощност - Стойност, равна на синусоидален електрически ток иелектрическо напрежение произведението на ефективната стойност на напрежението по ефективната стойност на тока и по синуса на фазовото отместване между напрежението и тока на двуполюсната мрежа. [ГОСТ Р 52002 2003]… …

    Ръководство за технически преводач Клонът на физиката, обхващащ знанията за статичното електричество,електрически токове и магнитни явления. ЕЛЕКТРОСТАТИКА Електростатиката се занимава с явления, свързани с електрически заряди в покой. Наличието на сили, действащи между... ...

    Енциклопедия на Collier Електрическа машина, която няма движещи се части и преобразува променлив ток с едно напрежение в променлив ток с друго напрежение. В най-простия случай той се състои от магнитна верига (ядро) и две намотки, разположени върху нея, първичната и... ...

Енциклопедичен речник

Физика 10-11 клас. САМОИНДУКЦИЯ

Всеки проводник, през който протича електрически ток, е в собствено магнитно поле.

При промяна на силата на тока в проводника се променя м.полето, т.е. магнитният поток, създаден от този ток, се променя. Промяната в магнитния поток води до появата на вихрово електрическо поле и във веригата се появява индуцирана ЕМП.
Това явление се нарича самоиндукция.
Самоиндукцията е явлението на възникване на индуцирана ЕДС в електрическа верига в резултат на промяна в силата на тока. Получената ЕДС се нарича

Самоиндуцирана емф

Проява на феномена на самоиндукцията

При късо съединение в електрическата верига токът се увеличава, което предизвиква увеличаване на магнитния поток в бобината и се появява вихрово електрическо поле, насочено срещу тока, т.е. В бобината възниква емф на самоиндукция, предотвратявайки увеличаването на тока във веригата (вихровото поле инхибира електроните).
В резултат на това L1 светва по-късно,отколкото L2.

Отворена верига

При отваряне на електрическата верига токът намалява, настъпва намаляване на потока в бобината и се появява вихрово електрическо поле, насочено като ток (опитвайки се да поддържа същата сила на тока), т.е. В бобината възниква самоиндуцирана ЕДС, поддържаща тока във веригата.