Dengan adanya perubahan arus pada koil (atau secara umum pada konduktor), EMF dari induksi diri.
Ketika EMF diinduksi dalam sebuah kumparan dengan mengubah fluks magnetnya sendiri, besarnya EMF ini tergantung pada laju perubahan arus. Semakin besar laju perubahan arus, semakin besar EMF induksi diri.
Nilai EMF induksi sendiri juga tergantung pada jumlah lilitan kumparan, kerapatan belitannya dan ukuran kumparan. Semakin besar diameter kumparan, jumlah lilitannya dan kerapatan belitan, semakin besar EMF induksi diri. Ketergantungan EMF induksi diri pada laju perubahan arus dalam koil, jumlah belokan dan dimensinya sangat penting dalam teknik elektro.
Arah EMF induksi diri ditentukan oleh hukum Lenz. EMF induksi diri selalu memiliki arah yang mencegah perubahan arus yang menyebabkannya.
Dengan kata lain, penurunan arus dalam koil memerlukan munculnya EMF induksi diri yang diarahkan ke arah arus, yaitu, mencegah penurunannya. Dan, sebaliknya, dengan peningkatan arus dalam koil, EMF induksi sendiri muncul, diarahkan melawan arus, mis., Mencegah kenaikannya.
Jangan lupa bahwa jika arus dalam kumparan tidak berubah, maka tidak Induksi diri EMF tidak terjadi. Fenomena induksi diri terutama diucapkan dalam rangkaian yang mengandung koil dengan inti besi, karena besi secara signifikan meningkatkan fluks magnet koil, dan, akibatnya, besarnya EMF induksi sendiri ketika berubah.
Induktansi
Jadi, kita tahu bahwa nilai EMF induksi diri pada kumparan, selain laju perubahan arus di dalamnya, juga tergantung pada ukuran kumparan dan jumlah lilitannya.
Akibatnya, kumparan dengan desain yang berbeda pada laju perubahan arus yang sama mampu menginduksi EMF induksi diri dengan besaran yang berbeda.
Untuk membedakan kumparan di antara mereka sendiri dengan kemampuan mereka untuk menginduksi EMF induksi sendiri, konsep ini diperkenalkan induktansi kumparan, atau koefisien induksi diri.
Induktansi kumparan adalah nilai yang mencirikan sifat kumparan untuk menginduksi EMF dari induksi sendiri itu sendiri.
Induktansi kumparan yang diberikan adalah nilai konstan, tidak tergantung pada kekuatan arus yang melewatinya dan laju perubahannya.
Henry adalah induktansi dari kumparan (atau konduktor) seperti itu, di mana, ketika kekuatan arus berubah 1 ampere dalam 1 detik, EMF induksi diri 1 volt muncul.
Dalam praktiknya, terkadang Anda membutuhkan koil (atau belitan) yang tidak memiliki induktansi. Dalam hal ini, kawat dililitkan pada koil, setelah sebelumnya dilipat menjadi dua. Metode penggulungan ini disebut bifilar.
ggl induksi timbal balik
Jadi, kita tahu bahwa EMF induksi pada kumparan dapat disebabkan tanpa menggerakkan elektromagnet di dalamnya, tetapi hanya dengan mengubah arus pada belitannya. Tetapi bahwa untuk menyebabkan EMF induksi dalam satu kumparan dengan mengubah arus di yang lain, sama sekali tidak perlu memasukkan salah satu dari mereka ke dalam yang lain, tetapi Anda dapat menempatkannya berdampingan.
Dan dalam hal ini, ketika arus pada salah satu kumparan berubah, fluks magnet bolak-balik yang dihasilkan akan menembus (melintasi) lilitan kumparan lainnya dan menyebabkan EMF di dalamnya.
Induksi timbal balik memungkinkan untuk menghubungkan berbagai rangkaian listrik melalui medan magnet. Koneksi seperti itu disebut koneksi induktif.
Besarnya EMF dari induksi timbal balik terutama bergantung pada laju perubahan arus pada kumparan pertama. Semakin cepat perubahan arus di dalamnya, semakin besar EMF dari induksi timbal balik yang dibuat.
Selain itu, besarnya EMF dari induksi timbal balik tergantung pada besarnya induktansi kedua kumparan dan pada posisi relatifnya, serta pada permeabilitas magnetik lingkungan.
Karena itu, kumparan yang berbeda dalam induktansi dan pengaturan timbal baliknya dan dalam lingkungan yang berbeda mampu menginduksi induksi timbal balik dari nilai EMF yang berbeda satu sama lain.
Untuk dapat membedakan antara pasangan kumparan yang berbeda berdasarkan kemampuannya untuk saling menginduksi EMF, konsep induktansi timbal balik atau koefisien induksi timbal balik.
Induktansi timbal balik dilambangkan dengan huruf M. Satuan pengukurannya, serta induktansi, adalah henry.
Henry adalah induktansi timbal balik dari dua kumparan, di mana perubahan arus dalam satu kumparan sebesar 1 ampere per 1 detik menyebabkan induktansi bersama EMF sebesar 1 volt pada kumparan lainnya.
Besarnya EMF dari induksi timbal balik dipengaruhi oleh permeabilitas magnetik lingkungan. Semakin besar permeabilitas magnetik media melalui mana fluks magnet bolak-balik yang menghubungkan kumparan menutup, semakin kuat kopling induktif kumparan dan semakin besar besarnya EMF induksi timbal balik.
Pengoperasian perangkat listrik yang begitu penting seperti transformator didasarkan pada fenomena induksi timbal balik.
Prinsip operasi transformator
Prinsip operasi transformator didasarkan pada dan adalah sebagai berikut. Dua belitan dililitkan pada inti besi, salah satunya terhubung ke sumber arus bolak-balik, dan yang lainnya ke konsumen saat ini (resistansi).
Belitan yang terhubung ke sumber arus bolak-balik menciptakan fluks magnet bolak-balik di inti, yang menginduksi ggl pada belitan lainnya.
Gulungan yang terhubung ke sumber AC disebut primer, dan belitan yang terhubung ke konsumen disebut sekunder. Tetapi karena fluks magnet variabel menembus kedua belitan secara bersamaan, EMF variabel diinduksi di masing-masing belitan.
Nilai EMF dari setiap belokan, serta EMF dari seluruh belitan, tergantung pada besarnya fluks magnet yang menembus belokan, dan laju perubahannya. Laju perubahan fluks magnet hanya bergantung pada frekuensi arus bolak-balik, yang konstan untuk arus tertentu. Besarnya fluks magnet juga konstan untuk transformator tertentu. Oleh karena itu, dalam transformator yang dipertimbangkan, EMF di setiap belitan hanya bergantung pada jumlah belitan di dalamnya.
Rasio tegangan primer dengan tegangan sekunder sama dengan rasio jumlah belitan gulungan primer dan sekunder. Hubungan ini disebut.
Jika tegangan listrik diberikan ke salah satu belitan transformator, maka tegangan akan dilepas dari belitan lainnya, lebih atau kurang dari tegangan listrik sebanyak jumlah belitan belitan sekunder lebih atau kurang.
Jika tegangan yang lebih besar dari yang diterapkan pada belitan primer dihilangkan dari belitan sekunder, maka transformator semacam itu disebut transformator step-up. Sebaliknya, jika tegangan dilepas dari belitan sekunder, kurang dari yang primer, maka transformator semacam itu disebut transformator step-down. Setiap transformator dapat digunakan sebagai step-up atau step-down.
Rasio transformasi biasanya ditunjukkan dalam paspor transformator sebagai rasio tegangan tertinggi ke terendah, yaitu selalu lebih besar dari satu.
Menjadi, seolah-olah, kasus khusus).
Arah EMF induksi sendiri selalu berubah sedemikian rupa sehingga ketika arus dalam rangkaian meningkat, EMF induksi sendiri mencegah peningkatan ini (berarah melawan arus), dan ketika arus berkurang, arus berkurang (co -diarahkan dengan arus). Dengan sifat ini, EMF induksi diri mirip dengan gaya inersia.
Nilai EMF induksi diri sebanding dengan laju perubahan arus:
.Faktor proporsionalitas disebut koefisien induksi diri atau induktansi sirkuit (kumparan).
Induksi diri dan arus sinusoidal
Dalam kasus ketergantungan sinusoidal dari arus yang mengalir melalui koil tepat waktu, EMF induksi-sendiri dalam koil tertinggal dari arus sefase sebesar (yaitu, sebesar 90 °), dan amplitudo EMF ini sebanding dengan amplitudo arus, frekuensi dan induktansi (). Bagaimanapun, laju perubahan suatu fungsi adalah turunan pertamanya, dan .
Untuk menghitung sirkuit yang kurang lebih kompleks yang mengandung elemen induktif, yaitu belokan, kumparan, dll. Perangkat di mana induksi diri diamati, (terutama, sepenuhnya linier, yaitu, tidak mengandung elemen non-linier) dalam kasus arus sinusoidal dan tegangan, metode impedansi kompleks digunakan atau, dalam kasus yang lebih sederhana, versi yang kurang kuat tetapi lebih visual adalah metode diagram vektor.
Perhatikan bahwa semua yang dijelaskan tidak hanya berlaku langsung untuk arus dan tegangan sinusoidal, tetapi juga praktis untuk yang sewenang-wenang, karena yang terakhir hampir selalu dapat diperluas menjadi integral seri atau Fourier dan dengan demikian direduksi menjadi sinusoidal.
Dalam hubungan yang kurang lebih langsung dengan ini, orang dapat menyebutkan penggunaan fenomena induksi diri (dan, karenanya, induktor) dalam berbagai rangkaian osilasi, filter, saluran tunda, dan berbagai rangkaian lain dalam elektronik dan teknik listrik.
Induksi diri dan lonjakan arus
Karena fenomena induksi diri dalam rangkaian listrik dengan sumber EMF, ketika rangkaian ditutup, arus tidak terbentuk secara instan, tetapi setelah beberapa waktu. Proses serupa terjadi ketika sirkuit dibuka, sementara (dengan bukaan tajam) nilai EMF induksi sendiri saat ini dapat secara signifikan melebihi EMF sumber.
Paling sering dalam kehidupan biasa digunakan dalam koil pengapian mobil. Tegangan pengapian tipikal pada tegangan baterai 12V adalah 7-25 kV. Namun, kelebihan EMF di sirkuit keluaran di atas EMF baterai di sini tidak hanya disebabkan oleh gangguan arus yang tajam, tetapi juga karena rasio transformasi, karena paling sering bukan kumparan induktor sederhana yang digunakan, tetapi kumparan transformator, belitan sekunder yang, sebagai suatu peraturan, memiliki belokan berkali-kali lipat ( yaitu, dalam banyak kasus, sirkuit agak lebih kompleks daripada yang akan dijelaskan sepenuhnya oleh induksi sendiri; namun, fisika darinya operasi dalam versi ini sebagian bertepatan dengan fisika sirkuit dengan koil sederhana).
Fenomena ini juga digunakan untuk menyalakan lampu neon di sirkuit tradisional standar (di sini kita berbicara tentang sirkuit dengan induktor sederhana - choke).
Selain itu, harus selalu diperhitungkan saat membuka kontak, jika arus mengalir melalui beban dengan induktansi yang nyata: lompatan yang dihasilkan pada EMF dapat menyebabkan kerusakan celah interkontak dan / atau efek yang tidak diinginkan lainnya, untuk menekan yang dalam hal ini, sebagai suatu peraturan, perlu untuk mengambil berbagai tindakan khusus.
Catatan
Tautan
- Tentang induksi diri dan induksi timbal balik dari "School for an Electrician"
Yayasan Wikimedia. 2010 .
- Bourdon, Robert Gregory
- Juan Amar
Lihat apa itu "Induksi diri" di kamus lain:
induksi diri- induksi diri ... Kamus Ejaan
INDUKSI DIRI- terjadinya ggl induksi dalam sirkuit konduktor ketika kekuatan arus berubah di dalamnya; kasus khusus induksi elektromagnetik. Ketika arus dalam rangkaian berubah, fluks magnet berubah. induksi melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur ini, menghasilkan ... Ensiklopedia Fisik
INDUKSI DIRI- eksitasi gaya gerak listrik induksi (ggl) dalam rangkaian listrik ketika arus listrik dalam rangkaian ini berubah; kasus khusus induksi elektromagnetik. Gaya gerak listrik induksi diri berbanding lurus dengan laju perubahan arus; ... ... Kamus Ensiklopedis Besar
INDUKSI DIRI- INDUKSI DIRI, induksi diri, untuk wanita. (fisik). 1. hanya unit Fenomena bahwa ketika arus berubah dalam konduktor, gaya gerak listrik muncul di dalamnya, mencegah perubahan ini. Kumparan induksi diri. 2. Perangkat yang memiliki ... ... Kamus Penjelasan Ushakov
INDUKSI DIRI- (Induksi diri) 1. Perangkat dengan resistansi induktif. 2. Fenomena yang terdiri dari fakta bahwa ketika arus listrik berubah besar dan arah dalam sebuah konduktor, gaya gerak listrik muncul di dalamnya yang mencegah hal ini ... ... Marine Dictionary
INDUKSI DIRI- panduan gaya gerak listrik di kabel, serta di belitan listrik. mesin, transformator, aparatus dan instrumen ketika mengubah besar atau arah arus listrik yang mengalir melaluinya. saat ini. Arus yang mengalir melalui kabel dan belitan menciptakan di sekitar mereka ... ... Kamus teknik kereta api
induksi diri- induksi elektromagnetik yang disebabkan oleh perubahan fluks magnet yang saling mengunci dengan rangkaian, akibat adanya arus listrik pada rangkaian ini... Sumber : ELEKTROTEHNIKA. SYARAT DAN DEFINISI KONSEP DASAR. GOST R 52002 2003 (disetujui ... ... Terminologi resmi
induksi diri- kata benda, jumlah sinonim: 1 eksitasi gaya gerak listrik (1) kamus sinonim ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Kamus sinonim
induksi diri- Induksi elektromagnetik, yang disebabkan oleh perubahan fluks magnet yang saling terkait dengan rangkaian, karena arus listrik di rangkaian ini. [GOST R 52002 2003] EN induksi elektromagnetik induksi diri dalam tabung arus karena variasi… … Buku Pegangan Penerjemah Teknis
INDUKSI DIRI- kasus khusus induksi elektromagnetik (lihat (2)), yang terdiri dari terjadinya EMF yang diinduksi (diinduksi) dalam suatu rangkaian dan karena perubahan waktu medan magnet yang diciptakan oleh berbagai arus yang mengalir dalam rangkaian yang sama. . .. ... Ensiklopedia Politeknik Hebat
Buku
- Induksi, induksi timbal balik, induksi diri - itu sederhana. Teori kemutlakan, Gurevich Harold Stanislavovich, Kanevsky Samuil Naumovich, Proses interaksi elektron dari medan elektromagnetik yang berubah dengan elektron konduktor yang terletak di medan elektromagnet ini disebut induksi elektromagnetik. Hasil dari… Kategori: Fisika Seri: Alam Timur Jauh Penerbit: Di Gerbang Nikitsky, Produsen:
INDUKSI DIRI
Setiap konduktor yang dilalui arus listrik. arus berada dalam medan magnetnya sendiri.
Ketika kekuatan arus berubah dalam konduktor, medan m berubah, mis. fluks magnet yang diciptakan oleh arus ini berubah. Perubahan fluks magnet menyebabkan munculnya pusaran el. medan dan ggl induksi muncul di sirkuit. 
Fenomena ini disebut induksi diri.
Self-induction - fenomena terjadinya induksi EMF di email. rangkaian sebagai akibat dari perubahan kekuatan arus.
GGL yang dihasilkan disebut Induksi diri EMF
Menutup sirkuit 
Saat menutup di el. meningkatnya arus dalam rangkaian, yang menyebabkan peningkatan fluks magnet pada kumparan, timbul pusaran listrik. medan yang diarahkan melawan arus, mis. EMF induksi diri terjadi di koil, yang mencegah arus naik di sirkuit (medan pusaran memperlambat elektron).
Hasil dari L1 menyala nanti, daripada L2.
Rangkaian terbuka 
Ketika rangkaian listrik dibuka, arus berkurang, ada penurunan m.aliran dalam kumparan, medan listrik pusaran muncul, diarahkan seperti arus (cenderung mempertahankan kekuatan arus yang sama), yaitu. Sebuah ggl induktif-diri muncul di koil, yang mempertahankan arus di sirkuit.
Akibatnya, L saat dimatikan berkedip terang.
Kesimpulan
dalam teknik elektro, fenomena induksi diri memanifestasikan dirinya ketika sirkuit ditutup (arus listrik meningkat secara bertahap) dan ketika sirkuit dibuka (arus listrik tidak langsung hilang).
EMF induksi diri bergantung pada apa?
Surel arus menciptakan medan magnetnya sendiri. Fluks magnet yang melalui rangkaian sebanding dengan induksi medan magnet (Ф ~ B), induksi sebanding dengan kuat arus pada penghantar
(B~I), oleh karena itu fluks magnet sebanding dengan kuat arus (Ф~I).
EMF induksi diri tergantung pada tingkat perubahan kekuatan saat ini di email. sirkuit, dari sifat-sifat konduktor
(ukuran dan bentuk) dan pada permeabilitas magnetik relatif dari media di mana konduktor berada.
Kuantitas fisik yang menunjukkan ketergantungan EMF induksi diri pada ukuran dan bentuk konduktor dan pada lingkungan di mana konduktor berada disebut koefisien induksi diri atau induktansi. 
Induktansi - fisik. nilai yang secara numerik sama dengan EMF induksi diri yang terjadi pada rangkaian ketika kekuatan arus berubah sebesar 1 ampere dalam 1 detik.
Juga, induktansi dapat dihitung dengan rumus:
di mana F adalah fluks magnet yang melalui rangkaian, I adalah kekuatan arus dalam rangkaian.
Unit induktansi dalam sistem SI:
Induktansi kumparan tergantung pada:
jumlah lilitan, ukuran dan bentuk kumparan, dan permeabilitas magnetik relatif medium
(kemungkinan inti).
EMF induksi sendiri mencegah peningkatan kekuatan arus saat rangkaian dihidupkan dan penurunan kekuatan arus saat rangkaian dibuka.
Di sekitar penghantar berarus terdapat medan magnet yang memiliki energi.
Dari mana asalnya? Sumber saat ini termasuk dalam el. rantai, memiliki simpanan energi.
Pada saat menutup email. Di sirkuit, sumber arus mengeluarkan sebagian energinya untuk mengatasi aksi EMF yang muncul dari induksi diri. Bagian energi ini, yang disebut energi diri arus, menuju pembentukan medan magnet.
Energi medan magnet adalah energi arus sendiri.
Energi sendiri dari arus secara numerik sama dengan pekerjaan yang harus dilakukan sumber arus untuk mengatasi EMF induksi sendiri untuk menciptakan arus dalam rangkaian.
Energi medan magnet yang diciptakan oleh arus berbanding lurus dengan kuadrat kekuatan arus.
Di mana energi medan magnet hilang setelah arus berhenti? - menonjol (ketika sirkuit dengan arus yang cukup besar dibuka, percikan atau busur dapat terjadi)
PERTANYAAN UNTUK KERJA VERIFIKASI
pada topik "Induksi elektromagnetik"
|
1. Sebutkan 6 cara memperoleh arus induksi. |
Medan magnet sirkuit, di mana kekuatan arus berubah, menginduksi arus tidak hanya di sirkuit lain, tetapi juga di sirkuit itu sendiri. Fenomena ini disebut induksi diri.
Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa fluks magnet dari vektor induksi magnet dari medan yang diciptakan oleh arus yang mengalir dalam rangkaian sebanding dengan kekuatan arus ini:
di mana L adalah induktansi loop. Karakteristik konstan dari rangkaian, yang tergantung pada bentuk dan ukurannya, serta pada permeabilitas magnetik media tempat rangkaian berada. [L] = Hn (Henry,
1H = Wb / A).
Jika selama waktu dt arus dalam rangkaian berubah sebesar dI, maka fluks magnet yang terkait dengan arus ini akan berubah sebesar dФ \u003d LdI, akibatnya EMF induksi sendiri akan muncul di rangkaian ini:
Tanda minus menunjukkan bahwa EMF induksi diri (dan, akibatnya, arus induksi diri) selalu mencegah perubahan kekuatan arus yang menyebabkan induksi diri.
Contoh yang baik dari fenomena induksi diri adalah arus ekstra penutupan dan pembukaan yang terjadi saat menghidupkan dan mematikan sirkuit listrik dengan induktansi yang signifikan.
Energi medan magnet
Medan magnet memiliki energi potensial, yang pada saat pembentukannya (atau perubahannya) diisi ulang karena energi arus dalam rangkaian, yang dalam hal ini bekerja melawan EMF induksi diri yang timbul dari perubahan medan. .
Kerjakan dA untuk periode waktu dt yang sangat kecil, di mana EMF . induksi diri 
dan arus I dapat dianggap konstan, sama dengan:
.
(5)
Tanda minus menunjukkan bahwa kerja dasar dilakukan oleh arus terhadap EMF induksi diri. Untuk menentukan usaha ketika arus berubah dari 0 ke I, kita integrasikan ruas kanan, kita peroleh:
.
(6)
Pekerjaan ini secara numerik sama dengan peningkatan energi potensial W p dari medan magnet yang terkait dengan sirkuit ini, yaitu A= -ΔW p.
Mari kita nyatakan energi medan magnet dalam hal karakteristiknya menggunakan contoh solenoida. Kami akan mengasumsikan bahwa medan magnet solenoida homogen dan sebagian besar terletak di dalamnya. Mari kita substitusikan dalam (5) nilai induktansi solenoida, yang dinyatakan melalui parameternya dan nilai arus I, yang dinyatakan dari rumus untuk induksi medan magnet solenoida:
, (7)
di mana N adalah jumlah total lilitan solenoida; adalah panjangnya; S adalah luas penampang saluran internal solenoida.
, (8)
Setelah substitusi, kami memiliki:
Membagi kedua bagian dengan V, kita memperoleh kerapatan energi medan volumetrik:
(10)
atau, mengingat itu 
kita mendapatkan 
.
(11)
Arus bolak-balik
2.1 Arus bolak-balik dan karakteristik utamanya
Arus bolak-balik adalah arus yang berubah dari waktu ke waktu baik dalam besaran maupun arahnya. Contoh arus bolak-balik adalah arus industri yang dikonsumsi. Arus ini sinusoidal, yaitu nilai sesaat dari parameternya berubah dari waktu ke waktu sesuai dengan hukum sinus (atau kosinus):
saya= I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + 0). (12)
P 
Arus sinusoidal variabel dapat diperoleh dengan memutar bingkai (sirkuit) pada kecepatan konstan
dalam medan magnet seragam dengan induksi B(Gbr.5). Dalam hal ini, fluks magnet yang menembus rangkaian berubah sesuai dengan hukum
di mana S adalah luas kontur, = t adalah sudut rotasi bingkai dalam waktu t. Perubahan fluks menyebabkan induksi EMF
, (17)
yang arahnya ditentukan oleh aturan Lenz.
E 
Jika sirkuit ditutup (Gbr. 5), maka arus mengalir melaluinya:
.
(18)
Grafik perubahan gaya gerak listrik 
dan arus induksi saya ditunjukkan pada Gambar.6.
Arus bolak-balik dicirikan oleh periode T, frekuensi = 1/T, frekuensi siklik 
dan fase \u003d (ωt + 0) Secara grafis, nilai tegangan dan kekuatan arus bolak-balik di bagian rangkaian akan diwakili oleh dua sinusoidal, umumnya digeser sefasa oleh .
Untuk mengkarakterisasi arus bolak-balik, konsep nilai efektif (efektif) arus dan tegangan diperkenalkan. Nilai efektif dari kekuatan arus bolak-balik adalah kekuatan arus searah yang melepaskan panas dalam konduktor tertentu selama satu periode karena melepaskan panas dan arus bolak-balik tertentu.
,
. (13)
Instrumen yang termasuk dalam rangkaian arus bolak-balik (amperemeter, voltmeter) menunjukkan nilai efektif arus dan tegangan.
Fenomena induksi diri
Jika arus bolak-balik mengalir melalui kumparan, maka fluks magnet yang menembus kumparan berubah. Oleh karena itu, EMF induksi terjadi pada konduktor yang sama di mana arus bolak-balik mengalir. Fenomena ini disebut induksi diri.
Dengan induksi sendiri, sirkuit penghantar memainkan peran ganda: arus mengalir melaluinya, menyebabkan induksi, dan EMF induksi muncul di dalamnya. Medan magnet yang berubah menginduksi EMF di konduktor yang melaluinya arus mengalir, menciptakan medan ini.
Pada saat arus naik, intensitas medan listrik pusaran, sesuai dengan aturan Lenz, diarahkan melawan arus. Oleh karena itu, pada saat ini, medan pusaran mencegah arus naik. Sebaliknya, pada saat arus berkurang, medan pusaran mendukungnya.
Ini mengarah pada fakta bahwa ketika sirkuit yang berisi sumber EMF konstan ditutup, nilai kekuatan arus tertentu tidak segera ditetapkan, tetapi secara bertahap seiring waktu (Gbr. 9). Di sisi lain, ketika sumber dimatikan, arus di sirkuit tertutup tidak berhenti seketika. EMF yang dihasilkan dari induksi sendiri dapat melebihi EMF sumber, karena perubahan arus dan medan magnetnya terjadi sangat cepat ketika sumber dimatikan.
Fenomena induksi diri dapat diamati dalam eksperimen sederhana. Gambar 10 menunjukkan diagram hubungan paralel dua lampu identik. Salah satunya terhubung ke sumber melalui resistor R, dan yang lainnya seri dengan kumparan L dengan inti besi. Ketika kunci ditutup, lampu pertama segera berkedip, dan yang kedua - dengan penundaan yang nyata. GGL induksi sendiri dalam rangkaian lampu ini besar, dan arus tidak segera mencapai nilai maksimumnya.
Munculnya EMF induksi diri pada pembukaan dapat diamati dalam percobaan dengan rangkaian yang ditunjukkan secara skematis pada Gambar 11. Ketika kunci dibuka di koil L EMF induksi diri muncul, yang mempertahankan arus awal. Akibatnya, pada saat pembukaan, arus mengalir melalui galvanometer (panah putus-putus), diarahkan melawan arus awal sebelum pembukaan (panah padat). Apalagi kuat arus saat rangkaian dibuka melebihi kuat arus yang melewati galvanometer saat kunci ditutup. Ini berarti bahwa EMF dari induksi diri E lebih emf E baterai sel.
Induktansi
Besarnya induksi magnet B, yang dibuat oleh arus dalam rangkaian tertutup apa pun, sebanding dengan kekuatan arus. Karena fluks magnet F sebanding PADA, maka dapat dikatakan bahwa
\(~\Phi = L \cdot I\) ,
di mana L- koefisien proporsionalitas antara arus dalam sirkuit konduktif dan fluks magnet yang diciptakan olehnya, menembus sirkuit ini. Nilai L disebut induktansi rangkaian atau koefisien induksi sendiri.
Menggunakan hukum induksi elektromagnetik, kita memperoleh persamaan:
\(~E_(adalah) = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) ,
Dari rumus yang dihasilkan berikut bahwa
induktansi- ini adalah kuantitas fisik yang secara numerik sama dengan EMF induksi diri yang terjadi di sirkuit ketika kekuatan arus berubah sebesar 1 A dalam 1 s.
Induktansi, seperti kapasitansi listrik, tergantung pada faktor geometris: ukuran konduktor dan bentuknya, tetapi tidak bergantung secara langsung pada kekuatan arus dalam konduktor. Selain geometri konduktor, induktansi tergantung pada sifat magnetik media di mana konduktor berada.
Satuan SI untuk induktansi disebut henry (H). Induktansi konduktor sama dengan 1 H, jika di dalamnya, ketika kekuatan arus berubah 1 A dalam 1 s, EMF induksi diri 1 V terjadi:
1 H = 1 V / (1 A/s) = 1 V s/A = 1 s
Energi medan magnet
Carilah energi yang dimiliki oleh arus listrik pada penghantar tersebut. Menurut hukum kekekalan energi, energi arus sama dengan energi yang harus dikeluarkan oleh sumber arus (sel galvanik, generator di pembangkit listrik, dll.) untuk menghasilkan arus. Ketika arus terputus, energi ini dilepaskan dalam satu atau lain bentuk.
Energi saat ini, yang akan dibahas sekarang, memiliki sifat yang sama sekali berbeda dari energi yang dilepaskan oleh arus searah dalam rangkaian dalam bentuk panas, yang besarnya ditentukan oleh hukum Joule-Lenz.
Ketika sirkuit yang berisi sumber EMF konstan ditutup, energi dari sumber arus pada awalnya dihabiskan untuk menciptakan arus, yaitu, mengatur elektron konduktor dalam gerakan dan membentuk medan magnet yang terkait dengan arus, dan juga sebagian pada peningkatan energi internal konduktor, yaitu untuk memanaskannya. Setelah nilai konstan dari kekuatan arus ditetapkan, energi sumber dihabiskan secara eksklusif untuk pelepasan panas. Energi saat ini tidak berubah.
Sekarang mari kita cari tahu mengapa perlu mengeluarkan energi untuk menciptakan arus, mis. pekerjaan perlu dilakukan. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika sirkuit ditutup, ketika arus mulai meningkat, medan listrik pusaran muncul di konduktor, bertindak melawan medan listrik yang dibuat di konduktor karena sumber arus. Agar arus menjadi sama Saya, sumber arus harus bekerja melawan gaya medan pusaran. Usaha ini bertujuan untuk meningkatkan energi arus. Bidang pusaran melakukan pekerjaan negatif.
Ketika rangkaian dibuka, arus menghilang dan medan pusaran melakukan kerja positif. Energi yang disimpan oleh arus dilepaskan. Ini dideteksi oleh percikan kuat yang terjadi ketika rangkaian dengan induktansi besar dibuka.
Temukan ekspresi untuk energi saat ini Saya L.
Kerja TETAPI, dibuat oleh sumber dengan EMF E dalam waktu singkat t, adalah sama dengan:
\(~A = E \cdot I \cdot \Delta t\) . (satu)
Menurut hukum kekekalan energi, usaha ini sama dengan jumlah kenaikan energi saat ini W m dan jumlah kalor yang dilepaskan \(~Q = I^2 \cdot R \cdot \Delta t\):
\(~A = \Delta W_m + Q\) . (2)
Oleh karena itu kenaikan energi saat ini
\(~\Delta W_m = A - Q = I \cdot \Delta t \cdot (E - I \cdot R)\) . (3)
Menurut hukum Ohm untuk rangkaian lengkap
\(~Saya \cdot R = E + E_(adalah)\) . (4)
di mana \(~E_(is) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) - EMF induksi diri. Mengganti dalam persamaan (3) produk saya nilainya (4), kita peroleh:
\(~\Delta W_m = I \cdot \Delta t \cdot (E - E - E_(is)) = - E_(is) \cdot I \cdot \Delta t = L \cdot I \cdot \Delta I\ ) . (5)
Pada grafik ketergantungan LI dari Saya(Gbr. 12) peningkatan energi W m secara numerik sama dengan luas persegi panjang abcd dengan pihak LI dan Saya. Perubahan total energi saat arus meningkat dari nol ke Saya 1 secara numerik sama dengan luas segitiga OVS dengan pihak Saya 1 dan L∙Saya satu . Karena itu,
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2_1)(2)\) .
energi saat ini Saya, mengalir melalui rangkaian dengan induktansi L, adalah sama dengan
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2)(2)\) .
Energi medan magnet yang terkandung dalam satuan volume ruang yang ditempati oleh medan disebut kerapatan energi volume medan magnet m:
\(~\omega_m = \frac(W_m)(V)\) .
Jika medan magnet dibuat di dalam solenoida dengan panjang aku dan luas kumparan S, maka, dengan mempertimbangkan bahwa induktansi solenoida \(~L = \frac(\mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l)\) dan modulus vektor induksi medan magnet di dalam solenoida \(~B = \frac(\mu_0 \cdot N \cdot I)(l)\) , kita peroleh
\(~I = \frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) ; W_m = \frac(L \cdot I^2)(2) = \frac(1)(2) \cdot \frac( \mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l) \cdot \left (\frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) \kanan)^2 = \frac(B^2)(2 \ cdot \mu_0) \cdot S \cdot l\) .
Sebagai V = Sl, maka rapat energi medan magnet
\(~\omega_m = \frac(B^2)(2 \cdot \mu_0)\) .
Medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik memiliki energi yang berbanding lurus dengan kuadrat kuat arus. Kerapatan energi medan magnet sebanding dengan kuadrat induksi magnet.
literatur
- Zhilko V.V. Fisika: Prok. tunjangan untuk kelas 10. pendidikan umum sekolah dari Rusia lang. pelatihan / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 hal.
- Myakishev, G.Ya. Fisika: Elektrodinamika. 10-11 sel. : studi. untuk studi mendalam tentang fisika / G.Ya. Myakishev, A.3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. – M.: Bustard, 2005. – 476 hal.
