Что такое индуктивность контура

Что такое индуктивность контураПроводник с электрическим током имеет способность накапливать энергию в магнитном поле. Подобное явление называется индуктивностью. У обычного проводника, имеющего прямую форму, эта величина имеет небольшое значение, но если проводнику придать вид спирали и одинаковую направленность тока с соседними проводниками, то их поля будут взаимодействовать. При этом усилится индуктивность. Но есть факт того, что воздух значительно их ослабляет.

Человеческий мозг предположил следующее: поле должно протекать вокруг проводников не по воздуху, а по железу, сопротивляемость которого магнитному полю намного меньше. Такие катушки являются индуктивными.

Свойства

При подаче напряжения к индуктивной катушке, в ней происходит линейное нарастание тока, а при его снятии начинается его падение. Моментально остановить его протекание в катушке не представляется возможным, как, например, нельзя сразу остановить автомобиль, мчащийся на скорости. При попытке быстро остановить нарастание этого параметра, произойдёт удар напряжения, равный тому, что оно, при этом, может вызвать искровой разряд. Подобное явление получило название самоиндукция. На этом принципе основана работа катушки зажигания в автомобиле.

Коэффициент самоиндукции — это есть индуктивность. Иными словами: величина, которая характеризует связь между находящимся в проводнике электрическим током и магнитным полем, создаваемым при протекании. Эта мера представляет сумму потока индукции. Прямая зависимость её от конфигурации проводника и от проницаемости доказана.

При подаче на катушку электрического тока постоянного напряжения, в катушке возникает напряжение, противоположное напряжению электрического тока (Е =U), которое исчезает через некоторое время. Это противоположное напряжение называется ЭДС (электродвижущей силой самоиндукции). Параметр зависит от индуктивности катушки.

Как найти индуктивность

Формулы индуктивности будут выглядеть следующим образом:

  • Ф = LI (магнитный поток в контуре);
  • Е= LdI/dt (ЭДС самоиндукции).

ЭДС определяет энергию магнитного поля, от этой величины зависит противодействие системы при изменении тока. При этом ЭДС самоиндукции направлена противоположно последнему.

Перевод слова «индукция» с латинского языка (induct) — побуждение, наведение. Исходя из сказанного, понятно, что это величина, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи. Ток проводящего контура создаёт в окружающем его пространстве магнитное поле. При этом, возникающий в контуре поток Ф, имеет прямую ему пропорциональность. Формально записывается это так: Ф=LI, где L — коэффициент пропорциональности или коэффициент самоиндукции контура. Его определяют размеры и формы контура, а также, магнитная проницаемость среды.

Энергия W магнитного поля тока I определяется по формуле: W =LI2/2. При проведении аналогии между электрическим и механическими явлениями, энергия сопоставима с кинетической энергией тела T=mv2/2, где m — масса, v — скорость. Тогда индуктивность подобна массе, а ток — скорости. Это наглядное сравнение помогает лучше понять суть. Эта интересная характеристика определяет инерционные свойства электрического тока.

На практике для увеличения её значения применяют катушки с сердечниками из ферромагнетиков, их свойства имеют зависимость от напряжённости магнитного поля и, следовательно, I. В основном это ферритовые пластины из электротехнической стали. Эффективность применения сердечников довольно значительна: индуктивность катушки возрастает в несколько раз. Помимо цилиндрических, распространены тороидальные варианты, они позволяют достичь большей индуктивности, из-за наличия замкнутого магнитного потока.

Читать также:  Обозначение прибора учета электроэнергии на схеме

Индуктивность соленоида определённой длины, имеющего N витков и площадь поперечного сечения S в среде, имеющей проницаемость m равна:

где m0— магнитная проницаемость вакуума.

Определение индуктивности

Что такое индуктивность контураИзмерение индуктивности катушки можно провести в лабораторных условиях. За единицу индуктивности в системе СИ принимается 1 Генри — она измеряется в контуре с магнитным потоком в 1 Вб, сила тока при этом в контуре равна 1 Амперу. В системе Гаусса индуктивность равняется 1 Гн = 10⁹ см.

Для того, чтобы её определить, нужно измерить действующее значение переменного тока и его частоту, а также, напряжение на катушке и её активное сопротивление:

  1. R —омическое сопротивление катушки.
  2. F — частоту переменного тока.
  3. U — напряжение.
  4. I — силу тока.

Применение катушек в технике

Явление электромагнитной индукции известно уже давно и широко применяется в технике. Примеры использования:

  • Что такое индуктивность контурасглаживание пульсаций и помех, накопление энергии;
  • создание магнитных полей в различных устройствах;
  • фильтры цепей обратной связи;
  • создание колебательных контуров;
  • трансформаторы (устройство из двух катушек, связанных индуктивно);
  • силовая электротехника использует для ограничения тока при к. з. на ЛЭП (катушки индуктивности, называются реакторами);
  • ограничение тока в сварочных аппаратах — катушки индуктивности делают его работу стабильнее, уменьшая дугу, что позволяет получить ровный сварочный шов, имеющий наибольшую прочность;
  • применение катушек в качестве электромагнитов различных исполнительных механизмов;
  • обмотки электромагнитных реле;
  • индукционные печи;
  • установление качества железных руд, исследование горных пород при помощи определения магнитной проницаемости минералов.

Электрический ток, протекающий в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция B которого по закону Био-Савара-Лапласа пропорциональна силе тока (B

I). Следовательно, сцепленный с контуром магнитный поток Ф, также пропорционален силе тока ( Что такое индуктивность контура): Что такое индуктивность контура(4.5)

где L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью контура или коэффициентом самоиндукции.

При изменении силы тока в контуре будет изменяться и сцепленный
с ним магнитный поток; следовательно, в контуре будет индуцироваться ЭДС, обусловленная изменением его собственного магнитного поля. Такая ЭДС называется электродвижущей силой самоиндукции. Самоиндукция – это частный случай явления электромагнитной индукции.

Из выражения (4.5) определяется единица индуктивности – генри (Гн):
1 Гн – индуктивность такого контура, магнитный поток которого при силе тока 1 Аравен 1 Вб:

Индуктивность контура зависит от его геометрической формы, размеров и от магнитных свойств среды, в которой он находится. Например, для катушки (соленоида) длиной l и площадью сечения витка S, намотанной на сердечник с магнитной проницаемостью Что такое индуктивность контура,

Что такое индуктивность контура(4.6)

где N – общее число витков соленоида, Что такое индуктивность контура– магнитная постоянная. Учитывая, что объем соленоида Что такое индуктивность контура, а Что такое индуктивность контура– число витков, приходящихся
на единицу длины, формулу (4.6) можно переписать в виде

Что такое индуктивность контура(4.7)

Из формул (4.6) и (4.7) следует, что индуктивность катушки, имеющей железный сердечник, больше, чем у катушки без сердечника. Катушка
с железным сердечником, имеющая большой коэффициент самоиндукции, называется дросселем.

Применяя к явлению самоиндукции закон Фарадея, получим, что ЭДС самоиндукции равна

Что такое индуктивность контура(4.8)

где знак «минус», обусловленный правилом Ленца, показывает, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем. Если ток в контуре возрастает, то Что такое индуктивность контураи Что такое индуктивность контура, то есть ток самоиндукции направлен навстречу току внешнего источника и тормозит его возрастание. Если ток в контуре уменьшается, то Что такое индуктивность контураи Что такое индуктивность контура, то есть возникающий ток самоиндукции замедляет убывание тока внешнего источника. Таким образом, контур, обладая определенной индуктивностью, приобретает
электрическую инертность, заключающуюся в том, что любое изменение тока тормозится тем сильнее, чем больше индуктивность цепи.

Читать также:  Нанесение металла на металл

Из выражения (4.8) следует еще одно определение единицы индуктивности: 1 Гн – это индуктивность такого контура, в котором при изменении тока
на 1ампер в секунду возникает ЭДС самоиндукции в 1 В, то есть 1 Гн = 1 (В·с)/А.

Рис. 4.3

В случаях, когда по техническим условиям надо иметь катушку с весьма малой индуктивностью, применяют бифилярные обмотки. Чтобы получить бифилярную обмотку, проволоку складывают вдвое и в таком виде наматывают на каркас катушки (рис. 4.3). При такой намотке ток в каждых двух соседних витках имеет противоположные направления, и поэтому действие магнитного потока одного витка компенсируется действием другого, а суммарный магнитный поток для такой обмотки должен равняться нулю.

Взаимная индукция

Если два контура расположены один возле другого и в каждом из них изменяется сила тока, то они будут взаимно влиять друг на друга. Изменение Что такое индуктивность контурав первом контуре вызовет появление индуцированной ЭДС во втором контуре и, наоборот, изменение тока Что такое индуктивность контураи магнитного поля второго контура будет причиной появления индуцированной ЭДС в первом контуре. Это
явление называется взаимоиндукцией, а ЭДС, возникающая вследствие влияния контуров друг на друга, называется ЭДС взаимоиндукции.

Таким образом, явление взаимоиндукции – это тоже одна из разновидностей электромагнитной индукции. Явление взаимоиндукции характеризуется коэффициентом взаимоиндукции Что такое индуктивность контураили Что такое индуктивность контура. Его называют также взаимной индуктивностью контуров. Коэффициент взаимоиндукции измеряют в тех же единицах, что и коэффициент самоиндукции, то есть в генри и миллигенри.

Что такое индуктивность контура
Что такое индуктивность контура
Рис. 4.4

Рассмотрим два неподвижных контура, расположенных достаточно близко друг от друга (рис. 4.4). Если в контуре 1 течет ток силой Что такое индуктивность контура, то магнитный поток, создаваемый этим током, пропорционален Что такое индуктивность контура. Часть этого потока Что такое индуктивность контура, пронизывающего контур 2, равна

Что такое индуктивность контура

где Что такое индуктивность контура– взаимная индуктивность контуров.

Если ток Что такое индуктивность контураизменяется, то в контуре 2 индуцируется ЭДС

Что такое индуктивность контура(4.8)

Аналогично, при протекании тока силой Что такое индуктивность контурав контуре 2 его магнитный поток пронизывает контур 1 и

Что такое индуктивность контура

Что такое индуктивность контура(4.9)

Расчеты, подтверждаемые опытом, показывают, что Что такое индуктивность контура. Эти коэффициенты зависят от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и магнитной проницаемости среды, окружающей контуры.

Из формул (4.8) и (4.9) следует, что взаимоиндукция в один генри будет между двумя контурами тогда, когда в одном из них возникает ЭДС взаимоиндукции, равная одному вольту при изменении силы тока в другом контуре на один ампер в секунду.

Явление взаимоиндукции используется в электротехнических устройствах, которые применяются для повышения и понижения напряжения переменного тока. Такие устройства называют трансформаторами.

Индукционные явления служат причиной возникновения внутри металлов паразитных токов. Эти токи называют вихревыми токами или токами Фуко.

Природа вихревых токов индуктивная, и возникают они в соответствии
с правилом Ленца. Вихревые токи появляются в массивных проводниках, находящихся в переменном магнитном поле. Каждый такой ток образует как бы свой небольшой электромагнит. Магнитные поля, обусловленные вихревыми токами, взаимодействуют с основным полем.

Читать также:  Какой светодиодный светильник выбрать для дома

Следствием появления вихревых токов является нагревание металла,
то есть потери энергии на выделение джоулевой теплоты. Для уменьшения таких потерь часто железные сердечники электротехнических устройств изготавливают из отдельных пластин, изолированных друг от друга.

В металлургии вихревые токи используются для плавки металлов в индукционных печах. Торможение, которое появляется вследствие взаимодействия магнитного поля вихревых токов с основным магнитным полем, используется в некоторых измерительных устройствах.

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 2282 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ИНДУКТИВНОСТЬ — (от лат. inductio наведение, побуждение), величина, характеризующая магн. св ва электрич. цепи. Ток, текущий в проводящем контуре, создаёт в окружающем пр ве магн. поле, причём магнитный поток Ф, пронизывающий контур (сцепленный с ним), прямо… … Физическая энциклопедия

ИНДУКТИВНОСТЬ — ИНДУКТИВНОСТЬ, физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрических цепей и равная отношению потока Ф магнитной индукции, пересекающего поверхность, ограниченную проводящим контуром, к силе тока в этом контуре, создающем Ф; в СИ… … Современная энциклопедия

индуктивность — индуктивность; статическая индуктивность; отрасл. коэффициент самоиндукции Скалярная величина, характеризующая связь потокосцепления самоиндукции с током в рассматриваемой электрической цепи, равная отношению потокосцепления самоиндукции этой… … Политехнический терминологический толковый словарь

индуктивность — Скалярная величина, равная отношению потокосцепления самоиндукции элемента электрической цепи к электрическому току в нем. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы собственная индуктивность … Справочник технического переводчика

Индуктивность — ИНДУКТИВНОСТЬ, физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрических цепей и равная отношению потока Ф магнитной индукции, пересекающего поверхность, ограниченную проводящим контуром, к силе тока в этом контуре, создающем Ф; в СИ… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ИНДУКТИВНОСТЬ — физическая величина, характеризующая магнитные свойства электрических цепей и равная отношению потока Ф магнитной индукции, пересекающего поверхность, ограниченную проводящим контуром, к силе тока в этом контуре, создающем Ф; в СИ измеряется в… … Большой Энциклопедический словарь

ИНДУКТИВНОСТЬ — ИНДУКТИВНОСТЬ, свойство электрической цепи или элемента цепи, создающий ЭЛЕКТРОДВИЖУЩУЮ СИЛУ (ЭДС) при изменении электрического тока. В системе СИ единицей измерения служит ГЕНРИ. Самоиндукция (обозначение L) имеет место при протекании тока по… … Научно-технический энциклопедический словарь

ИНДУКТИВНОСТЬ — ИНДУКТИВНОСТЬ, индуктивности, мн. нет, жен. (книжн. спец.). отвлеч. сущ. к индуктивный. Ииндуктивность доказательств. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ИНДУКТИВНОСТЬ — мера магнитной энергии, возникающей вокруг данной цепи, когда через нее проходит определенный электрический ток. Наличие индуктивности всегда тормозит процесс изменений тока. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское… … Морской словарь

ИНДУКТИВНОСТЬ — свойство магнитного поля, создаваемого током проводника, при изменениях величины этого тока возбуждать в проводнике так наз. электродвижущую силу самоиндукции. Энергия возникающих при этом в проводнике индукционных токов образуется за счет… … Технический железнодорожный словарь

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *