Cu orice modificare a curentului în bobină (sau în general în conductor), EMF de auto-inducere.
Când un EMF este indus într-o bobină prin modificarea propriului flux magnetic, mărimea acestui EMF depinde de rata de schimbare a curentului. Cu cât este mai mare rata de schimbare a curentului, cu atât este mai mare EMF de auto-inducție.
Valoarea EMF de auto-inducție depinde și de numărul de spire ale bobinei, densitatea înfășurării lor și de dimensiunea bobinei. Cu cât este mai mare diametrul bobinei, numărul de spire și densitatea înfășurării, cu atât este mai mare EMF de auto-inducție. Această dependență a EMF de auto-inducție de rata de schimbare a curentului în bobină, numărul de spire și dimensiunile acesteia este de mare importanță în inginerie electrică.
Direcția EMF de auto-inducție este determinată de legea Lenz. EMF de auto-inducție are întotdeauna o astfel de direcție în care împiedică schimbarea curentului care a provocat-o.
Cu alte cuvinte, o scădere a curentului în bobină implică apariția unui EMF de autoinducție direcționat în direcția curentului, adică împiedicând scăderea acestuia. Și, invers, odată cu creșterea curentului în bobină, apare un EMF de auto-inducție, direcționat împotriva curentului, adică împiedicând creșterea acestuia.
Nu trebuie uitat că dacă curentul din bobină nu se schimbă, atunci nu Auto-inducție EMF Nu se produce. Fenomenul de auto-inducție este deosebit de pronunțat într-un circuit care conține o bobină cu miez de fier, deoarece fierul crește semnificativ fluxul magnetic al bobinei și, în consecință, magnitudinea EMF de auto-inducție atunci când se modifică.
Inductanţă
Deci, știm că valoarea EMF de auto-inducție în bobină, pe lângă rata de schimbare a curentului din aceasta, depinde și de dimensiunea bobinei și de numărul de spire.
În consecință, bobinele de design diferit la aceeași rată de schimbare a curentului sunt capabile să inducă f.e.m. de auto-inducție de diferite mărimi.
Pentru a distinge bobinele între ele prin capacitatea lor de a induce EMF de auto-inducție în sine, conceptul este introdus inductanța bobinei, sau coeficientul de autoinducție.
Inductanța unei bobine este o valoare care caracterizează proprietatea bobinei de a induce un EMF de auto-inducție în sine.
Inductanța unei bobine date este o valoare constantă, independentă atât de puterea curentului care trece prin ea, cât și de viteza de schimbare a acesteia.
Henry este inductanța unei astfel de bobine (sau conductor), în care, atunci când puterea curentului se modifică cu 1 amper într-o secundă, apare un EMF de autoinducție de 1 volt.
În practică, uneori aveți nevoie de o bobină (sau înfășurare) care nu are inductanță. În acest caz, firul este înfășurat pe o bobină, îndoindu-l în prealabil în jumătate. Această metodă de înfășurare se numește bifilară.
FEM de inducție reciprocă
Deci, știm că EMF de inducție în bobină poate fi cauzată fără a deplasa electromagnetul în ea, ci prin schimbarea doar a curentului din înfășurarea acesteia. Dar pentru a provoca un EMF de inducție într-o bobină prin schimbarea curentului în alta, nu este absolut necesar să introduceți una dintre ele în cealaltă, dar le puteți plasa una lângă alta.
Și în acest caz, atunci când curentul dintr-o bobină se schimbă, fluxul magnetic alternativ rezultat va pătrunde (încrucișa) în spirele celeilalte bobine și va provoca un EMF în ea.
Inducția reciprocă face posibilă interconectarea diferitelor circuite electrice prin intermediul unui câmp magnetic. Se numește o astfel de conexiune conexiune inductivă.
Mărimea EMF de inducție reciprocă depinde în primul rând de rata la care se schimbă curentul din prima bobină.. Cu cât se modifică mai repede curentul în acesta, cu atât se creează EMF de inducție reciprocă mai mare.
În plus, mărimea EMF de inducție reciprocă depinde de mărimea inductanței ambelor bobine și de poziția lor relativă, precum și de permeabilitatea magnetică a mediului.
Prin urmare, bobinele diferite în inductanță și aranjament reciproc și în medii diferite sunt capabile să inducă inducerea reciprocă a diferitelor valori EMF una în alta.
Pentru a putea distinge între diferite perechi de bobine prin capacitatea lor de a induce reciproc EMF, conceptul de inductanță mutuală sau coeficient de inducție reciprocă.
Inductanța reciprocă este notă cu litera M. Unitatea sa de măsură, precum și inductanța, este Henry.
Henry este o astfel de inductanță reciprocă a două bobine, în care o schimbare a curentului într-o bobină cu 1 amper pe 1 secundă determină o EMF de inducție reciprocă în cealaltă bobină egală cu 1 volt.
Mărimea EMF de inducție reciprocă este afectată de permeabilitatea magnetică a mediului. Cu cât este mai mare permeabilitatea magnetică a mediului prin care se închide fluxul magnetic alternant care leagă bobinele, cu atât cuplarea inductivă a bobinelor este mai puternică și mărimea EMF de inducție reciprocă este mai mare.
Funcționarea unui dispozitiv electric atât de important ca un transformator se bazează pe fenomenul de inducție reciprocă.
Principiul de funcționare al transformatorului
Principiul de funcționare al transformatorului se bazează și este după cum urmează. Două înfășurări sunt înfășurate pe un miez de fier, una dintre ele este conectată la o sursă de curent alternativ, iar cealaltă la un consumator de curent (rezistență).
O înfășurare conectată la o sursă de curent alternativ creează un flux magnetic alternativ în miez, care induce o fem în cealaltă înfășurare.
Înfășurarea conectată la sursa de curent alternativ se numește primară, iar înfășurarea la care este conectat consumatorul se numește secundară. Dar, deoarece un flux magnetic variabil străbate ambele înfășurări simultan, în fiecare dintre ele este indusă EMF variabilă.
Valoarea EMF a fiecărei spire, precum și EMF a întregii înfășurări, depinde de mărimea fluxului magnetic care pătrunde în tură și de rata modificării acestuia. Viteza de schimbare a fluxului magnetic depinde numai de frecvența curentului alternativ, care este constantă pentru un curent dat. Mărimea fluxului magnetic este, de asemenea, constantă pentru un transformator dat. Prin urmare, în transformatorul considerat, EMF din fiecare înfășurare depinde numai de numărul de spire din acesta.
Raportul dintre tensiunea primară și tensiunea secundară este egal cu raportul dintre numărul de spire ale înfășurărilor primare și secundare. Această relație se numește.
Dacă la una dintre înfășurările transformatorului se aplică tensiune de rețea, atunci tensiunea va fi îndepărtată din cealaltă înfășurare, mai mult sau mai mică decât tensiunea rețelei de câte ori este mai mult sau mai mic numărul de spire al înfășurării secundare.
Dacă o tensiune mai mare decât cea aplicată înfășurării primare este îndepărtată din înfășurarea secundară, atunci un astfel de transformator se numește transformator de creștere. Dimpotrivă, dacă din înfășurarea secundară este îndepărtată o tensiune mai mică decât cea primară, atunci un astfel de transformator se numește transformator descendente. Fiecare transformator poate fi folosit ca step-up sau step-down.
Raportul de transformare este de obicei indicat în pașaportul transformatorului ca raport dintre tensiunea cea mai mare și cea mai scăzută, adică este întotdeauna mai mare decât unu.
Fiind, parcă, un caz special al acesteia).
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 (co -dirijate cu curentul). Cu această proprietate, EMF de auto-inducție este similară cu forța de inerție.
Valoarea 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 în timp prin bobină, EMF de auto-inducție din bobină este în decalaj față de curentul în fază cu (adică cu 90 °), iar amplitudinea acestui EMF este proporțională cu amplitudinea curentului, frecvența și inductanța (). La urma urmei, rata de schimbare a unei funcții este derivata sa prima și .
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, complet liniară, adică neconținând elemente neliniare) în cazul curenților sinusoidali și tensiuni, se folosește metoda impedanțelor complexe sau, în cazuri mai simple, o versiune mai puțin puternică, dar mai vizuală a acesteia este metoda diagramelor 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 sau integrală Fourier și astfel reduse la cele sinusoidale.
În legătură mai mult sau mai puțin directă cu aceasta, se poate menționa utilizarea fenomenului de auto-inducție (și, în consecință, inductori) într-o varietate de circuite oscilatorii, filtre, linii de întârziere și diverse alte circuite din electronică și inginerie electrică.
Autoinducție și creșterea curentului
Datorită fenomenului de autoinducție într-un circuit electric cu sursă EMF, atunci când circuitul este închis, curentul nu se stabilește instantaneu, ci după un timp. Procese similare apar și atunci când circuitul este deschis, în timp ce (cu o deschidere ascuțită) valoarea f.e.m. de auto-inducție poate depăși în acest moment semnificativ f.e.m. sursă.
Cel mai adesea în viața obișnuită este folosit în bobinele de aprindere ale mașinii. Tensiunea tipică de aprindere la tensiunea bateriei de 12 V este de 7-25 kV. Cu toate acestea, excesul de 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 utilizată o bobină inductor simplă, ci o bobină. bobina transformatorului, a cărei înfășurare secundară, de regulă, are de multe ori mai multe spire (adică, în majoritatea cazurilor, circuitul este ceva mai complex decât cel care ar fi pe deplin explicat prin auto-inducție; cu toate acestea, fizica sa funcționarea în această versiune coincide parțial cu fizica circuitului cu o bobină simplă).
Acest fenomen este folosit și pentru a aprinde lămpi fluorescente într-un circuit tradițional standard (aici vorbim despre un circuit cu un inductor simplu - un șoc).
În plus, trebuie să fie întotdeauna luat în considerare la deschiderea contactelor, dacă curentul trece prin sarcină cu o inductanță vizibilă: saltul rezultat în EMF poate duce la o defalcare a decalajului de intercontact și/sau la alte efecte nedorite, pentru a suprima care în acest caz, de regulă, este necesar să se ia o varietate de măsuri speciale.
Note
Legături
- Despre auto-inducere și inducerea reciprocă de la „Școala pentru electrician”
Fundația Wikimedia. 2010 .
- Bourdon, Robert Gregory
- Juan Amar
Vedeți ce înseamnă „auto-inducție” în alte dicționare:
autoinducere- auto-inducere... Dicţionar de ortografie
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 delimitată de acest contur, rezultând... Enciclopedia fizică
AUTOINDUCEREA- excitarea forţei electromotoare de inducţie (emf) într-un circuit electric atunci când curentul electric din acest circuit se modifică; caz special de inducție electromagnetică. Forța electromotoare a autoinducției este direct proporțională cu rata de schimbare a curentului; ... ... Dicţionar enciclopedic mare
AUTOINDUCEREA- AUTOINDDUCERE, autoinducere, pentru femei. (fizic). 1. numai unitati Fenomenul că atunci când un curent se schimbă într-un conductor, în el apare o forță electromotoare, împiedicând această schimbare. Bobina de auto-inducție. 2. Un dispozitiv care are ...... Dicționar explicativ al lui Ushakov
AUTOINDUCEREA- (Auto-inducție) 1. Un dispozitiv cu rezistență inductivă. 2. Fenomenul constând în faptul că atunci când un curent electric se schimbă în mărime și direcție într-un conductor, în acesta ia naștere o forță electromotoare care împiedică acest ... ... Dicționar marin
AUTOINDUCEREA- ghidarea forței electromotoare în fire, precum și în înfășurările de electr. mașini, transformatoare, aparate și instrumente la schimbarea mărimii sau direcției curentului electric care curge prin acestea. actual. Curentul care curge prin fire și înfășurări creează în jurul lor ... ... Dicționar tehnic feroviar
autoinducere- inducția electromagnetică cauzată de o modificare a fluxului magnetic care se interconectează cu circuitul, datorită curentului electric din acest circuit... Sursa: ELEKTROTEHNIKA. TERMENI ȘI DEFINIȚII ALE CONCEPTELOR DE BAZĂ. GOST R 52002 2003 (aprobat ... ... Terminologie oficială
autoinducere- substantiv, număr de sinonime: 1 excitație forță electromotoare (1) Dicționar de sinonime ASIS. V.N. Trishin. 2013... Dicţionar de sinonime
autoinducere- Inducția electromagnetică, cauzată de o modificare a fluxului magnetic care se interconectează cu circuitul, datorită curentului electric din acest circuit. [GOST R 52002 2003] EN inducție electromagnetică cu autoinducție într-un tub de curent din cauza variațiilor… … Manualul Traducătorului Tehnic
AUTOINDUCEREA- un caz special de inducție electromagnetică (vezi (2)), constând în apariția unui EMF indus (indus) într-un circuit și din cauza modificărilor în timp ale câmpului magnetic creat de un curent variabil care circulă în același circuit. .. ... Marea Enciclopedie Politehnică
Cărți
- Inducția, inducția reciprocă, autoinducția - este simplu. Teoria absolutității, Gurevich Harold Stanislavovich, Kanevsky Samuil Naumovich, Procesul de interacțiune a electronilor unui câmp electromagnetic în schimbare cu electronii conductorilor aflați în acest câmp electromagnetic se numește inducție electromagnetică. Ca rezultat… Categorie: Fizica Seria: Natura Orientului Îndepărtat Editura: La Poarta Nikitsky, Producator:
AUTOINDUCEREA
Fiecare conductor prin care circulă electricitatea. curentul se află în propriul câmp magnetic.
Când puterea curentului se modifică în conductor, câmpul m se modifică, adică. fluxul magnetic creat de acest curent se modifică. O modificare a fluxului magnetic duce la apariția unui vortex el. câmpul și f.e.m. de inducție apare în circuit. 
Acest fenomen se numește auto-inducție.
Auto-inducție - fenomenul de apariție a inducției EMF în e-mail. circuit ca urmare a unei modificări a intensității curentului.
FEM rezultată se numește Auto-inducție EMF
Închiderea circuitului 
La inchiderea in el. curentul crește în circuit, ceea ce determină o creștere a fluxului magnetic în bobină, apare un vortex electric. câmp îndreptat împotriva curentului, adică în bobină are loc un EMF de autoinducție, care împiedică creșterea curentului în circuit (câmpul vortex încetinește electronii).
Ca rezultat L1 se aprinde mai târziu, decât L2.
Circuit deschis 
Când circuitul electric este deschis, curentul scade, are loc o scădere a m.debitului în bobină, apare un câmp electric vortex, dirijat ca un curent (tend să mențină aceeași putere a curentului), adică. În bobină apare o FEM auto-inductivă, care menține curentul în circuit.
Ca rezultat, L când este oprit clipește puternic.
Ieșire
în electrotehnică, fenomenul de autoinducție se manifestă atunci când circuitul este închis (curentul electric crește treptat) și când circuitul este deschis (curentul electric nu dispare imediat).
De ce depinde EMF de auto-inducție?
E-mail curentul își creează propriul câmp magnetic. Fluxul magnetic prin circuit este proporțional cu inducția câmpului magnetic (Ф ~ B), inducția este proporțională cu puterea curentului în conductor
(B ~ I), prin urmare fluxul magnetic este proporțional cu puterea curentului (Ф ~ I).
EMF de auto-inducere depinde de rata de schimbare a puterii curente din e-mail. circuite, din proprietăţile conductorului
(mărime și formă) și asupra permeabilității magnetice relative a mediului în care se află conductorul.
O mărime fizică care arată dependența EMF de auto-inducție de dimensiunea și forma conductorului și de mediul în care este amplasat conductorul se numește coeficient de auto-inducție sau inductanță. 
Inductanță - fizică. o valoare egală numeric cu EMF de autoinducție care apare în circuit atunci când puterea curentului se modifică cu 1 amper într-o secundă.
De asemenea, inductanța poate fi calculată prin formula:
unde F este fluxul magnetic prin circuit, I este puterea curentului din circuit.
Unități de inductanțăîn sistemul SI:
Inductanța unei bobine depinde de:
numărul de spire, dimensiunea și forma bobinei și permeabilitatea magnetică relativă a mediului
(miez posibil).
EMF de auto-inducție previne creșterea puterii curentului atunci când circuitul este pornit și scăderea puterii curentului când circuitul este deschis.
În jurul unui conductor cu curent există un câmp magnetic care are energie.
De unde vine? Sursa curentă inclusă în el. lanț, are un depozit de energie.
La momentul închiderii e-mailului. În circuit, sursa de curent cheltuiește o parte din energia sa pentru a depăși acțiunea EMF emergentă de auto-inducție. Această parte a energiei, numită auto-energia curentului, merge la formarea unui câmp magnetic.
Energia câmpului magnetic este propria energie curentă.
Energia proprie a curentului este numeric egală cu munca pe care trebuie să o facă sursa de curent pentru a depăși EMF de auto-inducție pentru a crea un curent în circuit.
Energia câmpului magnetic creat de curent este direct proporțională cu pătratul puterii curentului.
Unde dispare energia câmpului magnetic după ce curentul se oprește? - iese în evidență (când se deschide un circuit cu un curent suficient de mare, poate apărea o scânteie sau un arc)
INTREBARI PENTRU LUCRAREA DE VERIFICARE
pe tema „Inducție electromagnetică”
|
1. Enumerați 6 moduri de a obține un curent de inducție. |
Câmpul magnetic al circuitului, în care puterea curentului se modifică, induce un curent nu numai în alte circuite, ci și în sine. Acest fenomen se numește auto-inducție.
S-a stabilit experimental că fluxul magnetic al vectorului de inducție magnetică al câmpului creat de curentul care curge în circuit este proporțional cu puterea acestui curent:
unde L este inductanța buclei. O caracteristică constantă a circuitului, care depinde de forma și dimensiunea acestuia, precum și de permeabilitatea magnetică a mediului în care se află circuitul. [L] = Hn (Henry,
1H = Wb/A).
Dacă în timpul dt curentul din circuit se modifică cu dI, atunci fluxul magnetic asociat cu acest curent se va modifica cu dФ \u003d LdI, în urma căruia va apărea un EMF de auto-inducție în acest circuit:
Semnul minus arată că EMF de auto-inducție (și, în consecință, curentul de auto-inducție) împiedică întotdeauna o modificare a puterii curentului care a cauzat auto-inducția.
Un bun exemplu al fenomenului de autoinducție îl reprezintă curenții suplimentari de închidere și deschidere care apar la pornirea și oprirea circuitelor electrice cu inductanță semnificativă.
Energia câmpului magnetic
Câmpul magnetic are energie potențială, care în momentul formării (sau schimbării) este completată datorită energiei curentului din circuit, care în acest caz lucrează împotriva EMF de auto-inducție care rezultă dintr-o modificare a câmpului. .
Lucrați dA pentru o perioadă infinit de timp dt, timp în care EMF de auto-inducție 
iar curentul I poate fi considerat constant, egal cu:
.
(5)
Semnul minus indică faptul că munca elementară este efectuată de curent împotriva EMF de auto-inducție. Pentru a determina lucrul când curentul se schimbă de la 0 la I, integrăm partea dreaptă, obținem:
.
(6)
Acest lucru este numeric egal cu creșterea energiei potențiale ΔW p a câmpului magnetic asociat acestui circuit, adică A= -ΔW p.
Să exprimăm energia câmpului magnetic în funcție de caracteristicile sale folosind exemplul unui solenoid. Vom presupune că câmpul magnetic al solenoidului este omogen și se află în principal în interiorul acestuia. Să substituim în (5) valoarea inductanței solenoidului, exprimată prin parametrii săi și valoarea curentului I, exprimată din formula de inducție a câmpului magnetic al solenoidului:
, (7)
unde N este numărul total de spire ale solenoidului; ℓ este lungimea sa; S este aria secțiunii transversale a canalului intern al solenoidului.
, (8)
După înlocuire avem:
Împărțind ambele părți la V, obținem densitatea de energie a câmpului volumetric:
(10)
sau, având în vedere asta 
primim 
.
(11)
Curent alternativ
2.1 Curentul alternativ și principalele sale caracteristici
Un curent alternativ este un curent care se modifică în timp atât ca mărime, cât și ca direcție. Un exemplu de curent alternativ este curentul industrial consumat. Acest curent este sinusoidal, adică valoarea instantanee a parametrilor săi se modifică în timp conform legii sinusului (sau cosinusului):
i= I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + φ 0). (12)
P 
Curentul sinusoidal variabil poate fi obținut prin rotirea cadrului (circuitului) cu o viteză constantă
într-un câmp magnetic uniform cu inducție B(Fig.5). În acest caz, fluxul magnetic care pătrunde în circuit se modifică conform legii
unde S este aria conturului, α = ωt este unghiul de rotație al cadrului în timpul t. Schimbarea fluxului duce la EMF de inducție
, (17)
a cărui direcţie este determinată de regula Lenz.
E 
Dacă circuitul este închis (Fig. 5), atunci curentul curge prin el:
.
(18)
Graficul modificării forței electromotoare 
și curent de inducție i prezentat în Fig.6.
Curentul alternativ se caracterizează prin perioada T, frecvența ν = 1/T, frecvența ciclică 
și faza φ \u003d (ωt + φ 0) Grafic, valorile tensiunii și intensității curentului alternativ în secțiunea circuitului vor fi reprezentate de două sinusoide, în general deplasate în fază cu φ.
Pentru a caracteriza curentul alternativ sunt introduse conceptele valorii efective (eficiente) a curentului și tensiunii. Valoarea efectivă a puterii curentului alternativ este puterea unui astfel de curent continuu care eliberează într-un conductor dat atât de multă căldură într-o perioadă cât eliberează căldură și un anumit curent alternativ.
,
. (13)
Instrumentele incluse în circuitul de curent alternativ (ampermetru, voltmetru) arată valorile efective ale curentului și tensiunii.
Fenomenul de autoinducere
Dacă un curent alternativ trece prin bobină, atunci fluxul magnetic care pătrunde în bobină se modifică. Prin urmare, un EMF de inducție are loc în același conductor prin care curge curentul alternativ. Acest fenomen se numește autoinducere.
Cu auto-inducție, circuitul conducător joacă un rol dublu: un curent curge prin el, provocând inducție, iar în el apare un EMF de inducție. Un câmp magnetic în schimbare induce un EMF chiar în conductorul prin care trece curentul, creând acest câmp.
În momentul creșterii curentului, intensitatea câmpului electric turbionar, în conformitate cu regula Lenz, este direcționată împotriva curentului. Prin urmare, în acest moment, câmpul vortex împiedică creșterea curentului. Dimpotrivă, în momentul în care curentul scade, câmpul vortex îl susține.
Acest lucru duce la faptul că atunci când un circuit care conține o sursă de EMF constantă este închis, o anumită valoare a intensității curentului nu este setată imediat, ci treptat în timp (Fig. 9). Pe de altă parte, atunci când sursa este oprită, curentul din circuitele închise nu se oprește instantaneu. EMF rezultat al auto-inducției poate depăși EMF al sursei, deoarece modificarea curentului și a câmpului său magnetic are loc foarte rapid atunci când sursa este oprită.
Fenomenul de autoinducere poate fi observat în experimente simple. Figura 10 prezintă o diagramă a conexiunii în paralel a două lămpi identice. Una dintre ele este conectată la sursă printr-un rezistor R, iar celălalt în serie cu bobina L cu miez de fier. Când cheia este închisă, prima lampă clipește aproape imediat, iar a doua - cu o întârziere vizibilă. EMF auto-indusă în circuitul acestei lămpi este mare, iar curentul nu atinge imediat valoarea sa maximă.
Apariția unui EMF de auto-inducție la deschidere poate fi observată într-un experiment cu un circuit prezentat schematic în Figura 11. Când cheia este deschisă în bobină L Apare EMF de autoinducție, care menține curentul inițial. Ca urmare, în momentul deschiderii, un curent trece prin galvanometru (săgeată întreruptă), îndreptat împotriva curentului inițial înainte de deschidere (săgeată continuă). Mai mult, puterea curentului atunci când circuitul este deschis depășește puterea curentului care trece prin galvanometru când cheia este închisă. Aceasta înseamnă că EMF de auto-inducție E este mai mult emf E baterii de celule.
Inductanţă
Mărimea inducției magnetice B, creat de curentul din orice circuit închis, este proporțional cu puterea curentului. Din moment ce fluxul magnetic F proporţional ÎN, atunci se poate argumenta că
\(~\Phi = L \cdot I\),
Unde L- coeficient de proporţionalitate între curentul din circuitul conductiv şi fluxul magnetic creat de acesta, pătrunzând în acest circuit. Valoarea L se numește inductanța circuitului sau coeficientul său de autoinducție.
Folosind legea inducției electromagnetice, obținem egalitatea:
\(~E_(is) = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) ,
Din formula rezultată rezultă că
inductanţă- aceasta este o mărime fizică egală numeric cu EMF de autoinducție care apare în circuit atunci când puterea curentului se modifică cu 1 A în 1 s.
Inductanța, ca și capacitatea electrică, depinde de factori geometrici: dimensiunea conductorului și forma acestuia, dar nu depinde direct de puterea curentului din conductor. Pe lângă geometria conductorului, inductanța depinde de proprietățile magnetice ale mediului în care se află conductorul.
Unitatea SI a inductanței se numește Henry (H). Inductanța conductorului este egală cu 1 H, dacă în acesta, când puterea curentului se modifică cu 1 A în 1 s, apare un EMF de autoinducție de 1 V:
1 H = 1 V / (1 A/s) = 1 V s/A = 1 Ω s
Energia câmpului magnetic
Aflați energia pe care o deține curentul electric în conductor. Conform legii conservării energiei, energia curentă este egală cu energia pe care sursa de curent (celula galvanică, generatorul la o centrală electrică etc.) trebuie să o consume pentru a crea curent. Când curentul este întrerupt, această energie este eliberată într-o formă sau alta.
Energia curentului, care va fi discutată acum, este de o natură complet diferită de energia eliberată de curentul continuu în circuit sub formă de căldură, a cărei cantitate este determinată de legea Joule-Lenz.
Când un circuit care conține o sursă de EMF constantă este închis, energia sursei de curent este cheltuită inițial pentru a crea un curent, adică pentru a pune în mișcare electronii conductorului și pentru a forma un câmp magnetic asociat cu curentul și, de asemenea, parțial. la creşterea energiei interne a conductorului, adică pentru încălzirea acestuia. După ce se stabilește o valoare constantă a puterii curentului, energia sursei este cheltuită exclusiv pentru eliberarea de căldură. Energia actuală nu se schimbă.
Să aflăm acum de ce este necesar să consumăm energie pentru a crea un curent, adică. trebuie făcută munca. Acest lucru se explică prin faptul că atunci când circuitul este închis, când curentul începe să crească, în conductor apare un câmp electric vortex, care acționează împotriva câmpului electric care se creează în conductor datorită sursei de curent. Pentru ca curentul să devină egal eu, sursa de curent trebuie să lucreze împotriva forțelor câmpului vortex. Acest lucru duce la creșterea energiei curentului. Câmpul vortex face o activitate negativă.
Când circuitul este deschis, curentul dispare și câmpul vortex face o activitate pozitivă. Energia stocată de curent este eliberată. Acest lucru este detectat de o scânteie puternică care apare atunci când este deschis un circuit cu o inductanță mare.
Găsiți o expresie pentru energia curentă eu L.
Muncă DAR, realizat de o sursă cu EMF Eîntr-un timp scurt Δ t, este egal cu:
\(~A = E \cdot I \cdot \Delta t\) . (unu)
Conform legii de conservare a energiei, acest lucru este egal cu suma incrementului de energie curent Δ W m și cantitatea de căldură degajată \(~Q = I^2 \cdot R \cdot \Delta t\):
\(~A = \Delta W_m + Q\) . (2)
De aici și creșterea energiei curente
\(~\Delta W_m = A - Q = I \cdot \Delta t \cdot (E - I \cdot R)\) . (3)
Conform legii lui Ohm pentru un circuit complet
\(~I \cdot R = E + E_(este)\) . (4)
unde \(~E_(is) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) - EMF de auto-inducție. Înlocuind în ecuația (3) produsul I∙R valoarea sa (4), obținem:
\(~\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\ ). (cinci)
Pe graficul dependenței L∙I din eu(Fig. 12) increment de energie Δ W m este numeric egal cu aria dreptunghiului abcd cu părţile L∙Iși Δ eu. Modificarea totală a energiei pe măsură ce curentul crește de la zero la eu 1 este numeric egal cu aria triunghiului OVS cu părţile eu 1 și L∙eu unu . Prin urmare,
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2_1)(2)\) .
energia curentă eu, care curge prin circuit cu inductanță L, este egal cu
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2)(2)\) .
Se numește energia unui câmp magnetic conținut într-o unitate de volum de spațiu ocupată de câmp densitatea de energie volumică a câmpului magnetic ω m:
\(~\omega_m = \frac(W_m)(V)\) .
Dacă se creează un câmp magnetic în interiorul unui solenoid de lungime lși zona bobinei S, apoi, ținând cont de faptul că inductanța solenoidului \(~L = \frac(\mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l)\) și modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic în interiorul solenoidului \(~B = \frac(\mu_0 \cdot N \cdot I)(l)\), obținem
\(~I = \frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) ; W_m = \frac(L \cdot I^2)(2) = \frac(1)(2) \cdot \frac( \mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l) \cdot \left (\frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) \right)^2 = \frac(B^2)(2 \ cdot \mu_0) \cdot S \cdot l\) .
pentru că V = Sl, apoi densitatea de energie a câmpului magnetic
\(~\omega_m = \frac(B^2)(2 \cdot \mu_0)\) .
Câmpul magnetic creat de un curent electric are o energie care este direct proporțională cu pătratul puterii curentului. Densitatea de energie a câmpului magnetic este proporțională cu pătratul inducției magnetice.
Literatură
- Zhilko V.V. Fizica: Proc. indemnizatie pentru clasa a X-a. educatie generala şcoală din rusă lang. antrenament / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 p.
- Myakishev, G.Ya. Fizica: electrodinamica. 10-11 celule. : studii. pentru studiul aprofundat al fizicii / G.Ya. Myakishev, A.3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. – M.: Butarda, 2005. – 476 p.
