Pri akejkoľvek zmene prúdu v cievke (alebo vo všeobecnosti vo vodiči), EMF samoindukcie.
Keď je EMF indukovaný v cievke zmenou vlastného magnetického toku, veľkosť tohto EMF závisí od rýchlosti zmeny prúdu. Čím väčšia je rýchlosť zmeny prúdu, tým väčšia je EMF samoindukcie.
Hodnota EMF samoindukcie závisí aj od počtu závitov cievky, hustoty ich vinutia a veľkosti cievky. Čím väčší je priemer cievky, počet jej závitov a hustota vinutia, tým väčšia je EMF samoindukcie. Táto závislosť EMF samoindukcie od rýchlosti zmeny prúdu v cievke, počtu jej závitov a rozmerov má veľký význam v elektrotechnike.
Smer EMF samoindukcie je určený Lenzovým zákonom. EMF samoindukcie má vždy taký smer, v ktorom zabraňuje zmene prúdu, ktorý ho spôsobil.
Inými slovami, zníženie prúdu v cievke má za následok vznik EMF samoindukcie nasmerovaného v smere prúdu, t.j. zabránenie jeho poklesu. A naopak, so zvýšením prúdu v cievke vzniká EMF samoindukcie, nasmerovaná proti prúdu, t.j. brániaca jeho zvýšeniu.
Netreba zabúdať, že ak sa prúd v cievke nemení, tak nie Samoindukcia EMF sa nevyskytuje. Fenomén samoindukcie je obzvlášť výrazný v obvode obsahujúcom cievku so železným jadrom, pretože železo výrazne zvyšuje magnetický tok cievky a následne aj veľkosť samoindukčného EMF, keď sa mení.
Indukčnosť
Vieme teda, že hodnota EMF samoindukcie v cievke, okrem rýchlosti zmeny prúdu v nej, závisí aj od veľkosti cievky a počtu jej závitov.
V dôsledku toho sú cievky rôznej konštrukcie pri rovnakej rýchlosti zmeny prúdu schopné indukovať samoindukčné EMF rôznych veľkostí.
Aby sa medzi sebou rozlíšili cievky podľa ich schopnosti vyvolať samoindukciu EMF, zavádza sa koncept indukčnosť cievky, alebo koeficient samoindukcie.
Indukčnosť cievky je hodnota, ktorá charakterizuje vlastnosť cievky vyvolať samoindukciu EMF samoindukcie.
Indukčnosť danej cievky je konštantná hodnota nezávislá na sile prúdu, ktorý ňou prechádza, a na rýchlosti jeho zmeny.
Henry je indukčnosť takejto cievky (alebo vodiča), v ktorej, keď sa sila prúdu zmení o 1 ampér za 1 sekundu, objaví sa EMF samoindukcie 1 volt.
V praxi niekedy potrebujete cievku (alebo vinutie), ktorá nemá indukčnosť. V tomto prípade je drôt navinutý na cievke, ktorá sa predtým zložila na polovicu. Tento spôsob navíjania sa nazýva bifilárne.
Vzájomná indukcia emf
Vieme teda, že indukcia EMF v cievke môže byť spôsobená bez pohybu elektromagnetu v nej, ale iba zmenou prúdu v jej vinutí. Ale na to, aby sa vyvolalo EMF indukcie v jednej cievke zmenou prúdu v inej, nie je absolútne nevyhnutné vkladať jednu z nich do druhej, ale môžete ich umiestniť vedľa seba.
A v tomto prípade, keď sa prúd v jednej cievke zmení, výsledný striedavý magnetický tok prenikne (prekročí) závity druhej cievky a spôsobí v nej EMF.
Vzájomná indukcia umožňuje prepojiť rôzne elektrické obvody pomocou magnetického poľa. Takéto spojenie je tzv indukčné pripojenie.
Veľkosť EMF vzájomnej indukcie závisí predovšetkým od rýchlosti, ktorou sa mení prúd v prvej cievke. Čím rýchlejšie sa v ňom mení prúd, tým väčšie je EMF vzájomnej indukcie.
Okrem toho veľkosť EMF vzájomnej indukcie závisí od veľkosti indukčnosti oboch cievok a od ich vzájomnej polohy, ako aj od magnetická permeabilita prostredia.
teda cievky rozdielne vo svojej indukčnosti a vzájomnom usporiadaní a v rôznych prostrediach sú schopné navzájom indukovať vzájomné indukčnosti rôznej veľkosti.
Aby bolo možné rozlíšiť medzi rôznymi pármi cievok podľa ich schopnosti vzájomne indukovať EMP, koncept vzájomná indukčnosť alebo koeficient vzájomnej indukcie.
Vzájomná indukčnosť sa označuje písmenom M. Jej meracou jednotkou, rovnako ako indukčnosťou, je henry.
Henry je taká vzájomná indukčnosť dvoch cievok, pri ktorej zmena prúdu v jednej cievke o 1 ampér za 1 sekundu spôsobí vzájomnú indukčnosť EMF rovnajúcu sa 1 voltu v druhej cievke.
Veľkosť EMF vzájomnej indukcie je ovplyvnená magnetickou permeabilitou prostredia. Čím väčšia je magnetická permeabilita média, cez ktoré sa uzatvára striedavý magnetický tok spájajúci cievky, tým silnejšia je indukčná väzba cievok a tým väčšia je veľkosť vzájomnej indukcie EMF.
Prevádzka takého dôležitého elektrického zariadenia, akým je transformátor, je založená na fenoméne vzájomnej indukcie.
Princíp činnosti transformátora
Princíp činnosti transformátora je založený a je nasledujúci. Na železnom jadre sú navinuté dve vinutia, jedno z nich je pripojené k zdroju striedavého prúdu a druhé k spotrebiču prúdu (odpor).
Vinutie pripojené k zdroju striedavého prúdu vytvára v jadre striedavý magnetický tok, ktorý indukuje emf v druhom vinutí.
Vinutie pripojené k zdroju striedavého prúdu sa nazýva primárne a vinutie, ku ktorému je pripojený spotrebič, sa nazýva sekundárne. Ale keďže premenlivý magnetický tok preniká oboma vinutiami súčasne, v každom z nich sa indukuje premenlivé EMF.
Hodnota EMF každého závitu, ako aj EMF celého vinutia, závisí od veľkosti magnetického toku prenikajúceho do závitu a od rýchlosti jeho zmeny. Rýchlosť zmeny magnetického toku závisí výlučne od frekvencie striedavého prúdu, ktorá je pre daný prúd konštantná. Veľkosť magnetického toku je pre daný transformátor tiež konštantná. Preto v uvažovanom transformátore závisí EMF v každom vinutí iba od počtu závitov v ňom.
Pomer primárneho napätia k sekundárnemu napätiu sa rovná pomeru počtu závitov primárneho a sekundárneho vinutia. Tento vzťah sa nazýva.
Ak sa na jedno z vinutí transformátora privedie sieťové napätie, napätie sa odstráni z druhého vinutia, viac alebo menej ako sieťové napätie toľkokrát, koľkokrát je počet závitov sekundárneho vinutia väčší alebo menší.
Ak sa zo sekundárneho vinutia odstráni napätie väčšie ako napätie aplikované na primárne vinutie, potom sa takýto transformátor nazýva step-up. Naopak, ak je zo sekundárneho vinutia odstránené napätie, menšie ako primárne, potom sa takýto transformátor nazýva zostupný transformátor. Každý transformátor môže byť použitý ako zosilňovací alebo zostupný.
Transformačný pomer je zvyčajne uvedený v pase transformátora ako pomer najvyššieho napätia k najnižšiemu, to znamená, že je vždy väčší ako jedna.
Akoby to bol zvláštny prípad).
Smer EMF samoindukcie sa vždy ukáže byť taký, že keď sa prúd v obvode zvýši, EMF samoindukcie tomuto zvýšeniu zabráni (nasmerované proti prúdu) a keď sa prúd zníži, zníži sa (spol. -riadený prúdom). S touto vlastnosťou je EMF samoindukcie podobná sile zotrvačnosti.
Hodnota EMF samoindukcie je úmerná rýchlosti zmeny prúdu:
.Faktor proporcionality je tzv koeficient samoindukcie alebo indukčnosť obvod (cievka).
Samoindukčný a sínusový prúd
V prípade sínusovej závislosti prúdu pretekajúceho cievkou od času sa samoindukčné EMF v cievke oneskoruje s prúdom vo fáze o (to znamená o 90 °) a amplitúda tohto EMF je úmerná amplitúda prúdu, frekvencia a indukčnosť (). Koniec koncov, rýchlosť zmeny funkcie je jej prvou deriváciou a .
Na výpočet viac alebo menej zložitých obvodov obsahujúcich indukčné prvky, t.j. závity, cievky atď. zariadenia, v ktorých je pozorovaná samoindukcia (najmä úplne lineárna, to znamená neobsahujúca nelineárne prvky) v prípade sínusových prúdov a napätia, používa sa metóda komplexných impedancií alebo v jednoduchších prípadoch jej menej výkonná, ale názornejšia verzia je metóda vektorových diagramov.
Všimnite si, že všetko, čo je opísané, je aplikovateľné nielen priamo na sínusové prúdy a napätia, ale aj prakticky na ľubovoľné, pretože tie možno takmer vždy rozšíriť na sériový alebo Fourierov integrál, a tak zredukovať na sínusové.
Vo viac-menej priamej súvislosti s tým možno spomenúť využitie fenoménu samoindukcie (a teda induktorov) v rôznych oscilačných obvodoch, filtroch, oneskorovacích vedeniach a rôznych iných obvodoch v elektronike a elektrotechnike.
Samoindukcia a prúdový ráz
V dôsledku fenoménu samoindukcie v elektrickom obvode so zdrojom EMF, keď je obvod uzavretý, prúd sa nevytvorí okamžite, ale po určitom čase. K podobným procesom dochádza pri otvorení okruhu, pričom (pri prudkom otvorení) hodnota samoindukčného EMF môže v tomto momente výrazne prekročiť zdrojové EMF.
Najčastejšie sa v bežnom živote používa v zapaľovacích cievkach automobilov. Typické zapaľovacie napätie pri 12V napätí batérie je 7-25 kV. Prebytok EMF vo výstupnom obvode nad EMF batérie je tu však spôsobený nielen prudkým prerušením prúdu, ale aj transformačným pomerom, pretože najčastejšie sa nepoužíva jednoduchá indukčná cievka, ale cievka transformátora, ktorej sekundárne vinutie má spravidla mnohonásobne viac závitov (to znamená, že obvod je vo väčšine prípadov o niečo zložitejší ako obvod, ktorý by sa dal úplne vysvetliť samoindukciou; fyzika jeho prevádzka v tejto verzii sa čiastočne zhoduje s fyzikou obvodu s jednoduchou cievkou).
Tento jav sa využíva aj na zapaľovanie žiariviek v štandardnom tradičnom zapojení (tu hovoríme o zapojení s jednoduchou tlmivkou – tlmivkou).
Okrem toho je potrebné vždy brať do úvahy pri otváraní kontaktov, ak prúd preteká záťažou s výraznou indukčnosťou: výsledný skok v EMF môže viesť k poruche medzikontaktnej medzery a / alebo iným nežiaducim účinkom, aby sa potlačil ktoré je v tomto prípade spravidla potrebné prijať celý rad osobitných opatrení.
Poznámky
Odkazy
- O samoindukcii a vzájomnej indukcii zo „Školy pre elektrikára“
Nadácia Wikimedia. 2010.
- Bourdon, Robert Gregory
- Juan Amar
Pozrite sa, čo je „samoindukcia“ v iných slovníkoch:
samoindukcia- samoindukcia... Slovník pravopisu
SEBAINDUKCIA- výskyt indukčného emf vo vodivom obvode, keď sa v ňom mení sila prúdu; špeciálne prípady elektromagnetickej indukcie. Keď sa zmení prúd v obvode, zmení sa magnetický tok. indukcia cez povrch ohraničený týmto obrysom, čo vedie k ... Fyzická encyklopédia
SEBAINDUKCIA- vybudenie elektromotorickej sily indukcie (emf) v elektrickom obvode pri zmene elektrického prúdu v tomto obvode; špeciálny prípad elektromagnetickej indukcie. Elektromotorická sila samoindukcie je priamo úmerná rýchlosti zmeny prúdu; ... ... Veľký encyklopedický slovník
SEBAINDUKCIA- SELFINDUKCIA, samoindukcia, pre ženy. (fyzické). 1. iba jednotky Jav, že keď sa vo vodiči zmení prúd, objaví sa v ňom elektromotorická sila, ktorá tejto zmene bráni. Samoindukčná cievka. 2. Zariadenie, ktoré má ... ... Vysvetľujúci slovník Ushakov
SEBAINDUKCIA- (Samoindukcia) 1. Zariadenie s indukčným odporom. 2. Jav spočívajúci v tom, že pri zmene veľkosti a smeru elektrického prúdu vo vodiči vzniká v ňom elektromotorická sila, ktorá tomu bráni ... ... Marine Dictionary
SEBAINDUKCIA- vedenie elektromotorickej sily v drôtoch, ako aj vo vinutiach elektr. stroje, transformátory, prístroje a nástroje pri zmene veľkosti alebo smeru elektrického prúdu, ktorý nimi preteká. prúd. Prúd pretekajúci cez drôty a vinutia vytvára okolo nich ... ... Technický železničný slovník
samoindukcia- elektromagnetická indukcia spôsobená zmenou magnetického toku blokujúceho obvod, vplyvom elektrického prúdu v tomto obvode ... Zdroj: ELEKTROTEHNIKA. POJMY A DEFINÍCIE ZÁKLADNÝCH POJMOV. GOST R 52002 2003 (schválené ... ... Oficiálna terminológia
samoindukcia- podstatné meno, počet synoným: 1 budenie elektromotorickej sily (1) ASIS synonymický slovník. V.N. Trishin. 2013... Slovník synonym
samoindukcia- Elektromagnetická indukcia spôsobená zmenou magnetického toku blokujúceho obvod v dôsledku elektrického prúdu v tomto obvode. [GOST R 52002 2003] EN samoindukčná elektromagnetická indukcia v trubici prúdu v dôsledku zmien… … Technická príručka prekladateľa
SEBAINDUKCIA- špeciálny prípad elektromagnetickej indukcie (pozri (2)), ktorý spočíva vo výskyte indukovaného (indukovaného) EMF v obvode a v dôsledku zmien v čase magnetického poľa vytvoreného premenlivým prúdom tečúcim v tom istom obvode. ... ... Veľká polytechnická encyklopédia
knihy
- Indukcia, vzájomná indukcia, samoindukcia – je to jednoduché. Teória absolútnosti, Gurevich Harold Stanislavovič, Kanevsky Samuil Naumovich, Proces interakcie elektrónov meniaceho sa elektromagnetického poľa s elektrónmi vodičov umiestnených v tomto elektromagnetickom poli sa nazýva elektromagnetická indukcia. Ako výsledok… Kategória: Fyzika Séria: Príroda Ďalekého východu Vydavateľ: At the Nikitsky Gate, Výrobca:
SEBAINDUKCIA
Každý vodič, ktorým prúdi elektrina. prúd je vo vlastnom magnetickom poli.
Pri zmene sily prúdu vo vodiči sa mení m.pole, t.j. magnetický tok vytvorený týmto prúdom sa mení. Zmena magnetického toku vedie k vzniku vírového el. v obvode sa objaví pole a indukčné emf. 
Tento jav sa nazýva samoindukcia.
Samoindukcia – fenomén výskytu EMF indukcie v emaile. obvod v dôsledku zmeny sily prúdu.
Výsledné emf sa nazýva Samoindukcia EMF
Uzavretie okruhu 
Pri zatváraní v el. v obvode narastá prúd, čo spôsobí zvýšenie magnetického toku v cievke, vzniká vír elektr. pole namierené proti prúdu, t.j. v cievke vzniká EMF samoindukcie, ktorá zabraňuje stúpaniu prúdu v obvode (vírové pole spomaľuje elektróny).
Ako výsledok L1 sa rozsvieti neskôr, ako L2.
Otvorený okruh 
Pri otvorení elektrického obvodu sa prúd zmenšuje, v cievke sa znižuje prietok m., objavuje sa vírivé elektrické pole, smerované ako prúd (s tendenciou udržiavať rovnakú silu prúdu), t.j. V cievke sa objaví samoindukčné emf, ktoré udržuje prúd v obvode.
V dôsledku toho L pri vypnutí jasne bliká.
Záver
v elektrotechnike sa jav samoindukcie prejavuje pri uzavretí obvodu (elektrický prúd sa zvyšuje postupne) a pri otvorení obvodu (elektrický prúd hneď nezmizne).
Od čoho závisí EMF samoindukcie?
Email prúd vytvára vlastné magnetické pole. Magnetický tok obvodom je úmerný indukcii magnetického poľa (Ф ~ B), indukcia je úmerná sile prúdu vo vodiči
(B ~ I), preto je magnetický tok úmerný sile prúdu (Ф ~ I).
EMF samoindukcie závisí od rýchlosti zmeny sily prúdu v e-maile. obvodov, od vlastností vodiča
(veľkosť a tvar) a na relatívnu magnetickú permeabilitu prostredia, v ktorom sa vodič nachádza.
Fyzikálna veličina zobrazujúca závislosť samoindukčného EMF od veľkosti a tvaru vodiča a od prostredia, v ktorom sa vodič nachádza, sa nazýva koeficient samoindukcie alebo indukčnosť. 
Indukčnosť – fyzikálna. hodnota sa číselne rovná EMF samoindukcie, ku ktorej dochádza v obvode, keď sa sila prúdu zmení o 1 ampér za 1 sekundu.
Indukčnosť možno vypočítať aj podľa vzorca:
kde F je magnetický tok obvodom, I je sila prúdu v obvode.
Jednotky indukčnosti v sústave SI:
Indukčnosť cievky závisí od:
počet závitov, veľkosť a tvar cievky a relatívna magnetická permeabilita média
(možné jadro).
EMF samoindukcie zabraňuje zvýšeniu intenzity prúdu, keď je obvod zapnutý, a zníženiu intenzity prúdu, keď je obvod otvorený.
Okolo vodiča s prúdom je magnetické pole, ktoré má energiu.
Odkiaľ to pochádza? Prúdový zdroj zahrnutý v el. reťazec, má zásobáreň energie.
V čase uzávierky emailu. V obvode zdroj prúdu vynakladá časť svojej energie na prekonanie pôsobenia vznikajúceho EMF samoindukcie. Táto časť energie, nazývaná vlastná energia prúdu, vedie k vytvoreniu magnetického poľa.
Energia magnetického poľa je vlastná prúdová energia.
Vlastná energia prúdu sa číselne rovná práci, ktorú musí zdroj prúdu vykonať, aby prekonal samoindukciu EMF, aby vytvoril prúd v obvode.
Energia magnetického poľa vytvoreného prúdom je priamo úmerná druhej mocnine sily prúdu.
Kde zmizne energia magnetického poľa po zastavení prúdu? - vyčnieva (pri otvorení obvodu s dostatočne veľkým prúdom môže vzniknúť iskra alebo oblúk)
OTÁZKY PRE OVEROVACIE PRÁCE
na tému "Elektromagnetická indukcia"
|
1. Uveďte 6 spôsobov, ako získať indukčný prúd. |
Magnetické pole obvodu, v ktorom sa mení sila prúdu, indukuje prúd nielen v iných obvodoch, ale aj v sebe samom. Tento jav sa nazýva samoindukcia.
Experimentálne sa zistilo, že magnetický tok vektora magnetickej indukcie poľa vytvoreného prúdom prúdiacim v obvode je úmerný sile tohto prúdu:
kde L je indukčnosť slučky. Konštantná charakteristika obvodu, ktorá závisí od jeho tvaru a veľkosti, ako aj od magnetickej permeability média, v ktorom sa obvod nachádza. [L] = Hn (Henry,
1H = Wb/A).
Ak sa v priebehu času dt prúd v obvode zmení o dI, potom sa magnetický tok spojený s týmto prúdom zmení o dФ \u003d LdI, v dôsledku čoho sa v tomto obvode objaví EMF samoindukcie:
Znamienko mínus ukazuje, že EMF samoindukcie (a následne samoindukčný prúd) vždy bráni zmene sily prúdu, ktorá spôsobila samoindukciu.
Dobrým príkladom fenoménu samoindukcie sú extra prúdy zatvárania a otvárania, ktoré sa vyskytujú pri zapínaní a vypínaní elektrických obvodov s výraznou indukčnosťou.
Energia magnetického poľa
Magnetické pole má potenciálnu energiu, ktorá sa v momente svojho vzniku (alebo zmeny) dopĺňa v dôsledku energie prúdu v obvode, ktorý v tomto prípade pôsobí proti samoindukčnému EMF vznikajúcemu pri zmene poľa. .
Pracujte dA počas nekonečne krátkeho časového úseku dt, počas ktorého dôjde k samoindukcii EMP 
a prúd I možno považovať za konštantný, rovná sa:
.
(5)
Znamienko mínus znamená, že základnú prácu vykonáva prúd proti EMF samoindukcie. Na určenie práce, keď sa prúd zmení z 0 na I, integrujeme pravú stranu, dostaneme:
.
(6)
Táto práca sa numericky rovná zvýšeniu potenciálnej energie ΔW p magnetického poľa spojeného s týmto obvodom, t.j. A= -ΔW p.
Vyjadrime energiu magnetického poľa z hľadiska jeho charakteristík na príklade solenoidu. Budeme predpokladať, že magnetické pole solenoidu je homogénne a nachádza sa hlavne v jeho vnútri. Dosadíme do (5) hodnotu indukčnosti solenoidu vyjadrenú jeho parametrami a hodnotu prúdu I, vyjadrenú zo vzorca pre indukciu magnetického poľa solenoidu:
, (7)
kde N je celkový počet závitov solenoidu; ℓ je jeho dĺžka; S je plocha prierezu vnútorného kanála solenoidu.
, (8)
Po výmene máme:
Vydelením oboch častí V získame hustotu energie objemového poľa:
(10)
alebo vzhľadom na to 
dostaneme 
.
(11)
Striedavý prúd
2.1 Striedavý prúd a jeho hlavné charakteristiky
Striedavý prúd je prúd, ktorý sa v priebehu času mení vo veľkosti aj smere. Príkladom striedavého prúdu je spotrebovaný priemyselný prúd. Tento prúd je sínusový, t.j. okamžitá hodnota jeho parametrov sa mení v čase podľa sínusového (alebo kosínusového) zákona:
i= I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + φ 0). (12)
P 
Premenlivý sínusový prúd možno získať otáčaním rámu (obvodu) konštantnou rýchlosťou
v rovnomernom magnetickom poli s indukciou B(obr. 5). V tomto prípade sa magnetický tok prenikajúci do obvodu mení podľa zákona
kde S je plocha obrysu, α = ωt je uhol natočenia rámu v čase t. Zmena toku vedie k indukcii EMF
, (17)
ktorého smer určuje Lenzovo pravidlo.
E 
Ak je obvod uzavretý (obr. 5), preteká ním prúd:
.
(18)
Graf zmeny elektromotorickej sily 
a indukčný prúd i znázornené na obr.6.
Striedavý prúd je charakterizovaný periódou T, frekvenciou ν = 1/T, cyklickou frekvenciou 
a fáza φ \u003d (ωt + φ 0) Graficky budú hodnoty napätia a sily striedavého prúdu v časti obvodu reprezentované dvoma sínusoidmi, vo všeobecnosti posunutými vo fáze o φ.
Na charakterizáciu striedavého prúdu sa zavádzajú pojmy efektívna (efektívna) hodnota prúdu a napätia. Efektívna hodnota sily striedavého prúdu je sila takého jednosmerného prúdu, ktorý uvoľní v danom vodiči za jednu periódu toľko tepla, koľko tepla a daného striedavého prúdu uvoľní.
,
. (13)
Prístroje zahrnuté v obvode striedavého prúdu (ampérmeter, voltmeter) ukazujú efektívne hodnoty prúdu a napätia.
Fenomén samoindukcie
Ak cievkou preteká striedavý prúd, zmení sa magnetický tok prenikajúci do cievky. Preto sa EMF indukcie vyskytuje v rovnakom vodiči, cez ktorý preteká striedavý prúd. Tento jav sa nazýva samoindukcia.
Pri samoindukcii hrá vodivý obvod dvojakú úlohu: preteká ním prúd, ktorý spôsobuje indukciu a v ňom sa objavuje indukčný EMF. Meniace sa magnetické pole indukuje EMF v samotnom vodiči, cez ktorý prúdi prúd, čím vzniká toto pole.
V momente nárastu prúdu je intenzita vírivého elektrického poľa v súlade s Lenzovým pravidlom nasmerovaná proti prúdu. Preto v tomto momente vírové pole bráni stúpaniu prúdu. Naopak, v momente poklesu prúdu ho vírové pole podporuje.
To vedie k tomu, že pri uzavretí obvodu obsahujúceho zdroj konštantného EMF sa určitá hodnota sily prúdu nenastaví okamžite, ale postupne v priebehu času (obr. 9). Na druhej strane, keď je zdroj vypnutý, prúd v uzavretých okruhoch sa okamžite nezastaví. Výsledné EMF samoindukcie môže prekročiť EMF zdroja, pretože zmena prúdu a jeho magnetického poľa nastáva veľmi rýchlo, keď je zdroj vypnutý.
Fenomén samoindukcie možno pozorovať v jednoduchých experimentoch. Obrázok 10 ukazuje paralelné pripojenie dvoch rovnakých svietidiel. Jeden z nich je pripojený k zdroju cez odpor R a druhý v sérii s cievkou L so železným jadrom. Keď je kľúč zatvorený, prvá kontrolka blikne takmer okamžite a druhá - s výrazným oneskorením. Samoindukované emf v obvode tejto lampy je veľké a prúd nedosiahne okamžite svoju maximálnu hodnotu.
Vzhľad EMF samoindukcie pri otvorení možno pozorovať v experimente s obvodom schematicky znázorneným na obrázku 11. Keď je kľúč v cievke otvorený L Objaví sa EMF samoindukcie, ktorá udržuje počiatočný prúd. Výsledkom je, že v momente otvorenia preteká cez galvanometer (prerušovaná šípka) prúd nasmerovaný proti počiatočnému prúdu pred otvorením (plná šípka). Okrem toho sila prúdu, keď je obvod otvorený, presahuje silu prúdu prechádzajúceho cez galvanometer, keď je kľúč zatvorený. To znamená, že EMF samoindukcie E je viac emf Ečlánkové batérie.
Indukčnosť
Veľkosť magnetickej indukcie B, vytvorený prúdom v akomkoľvek uzavretom okruhu, je úmerný sile prúdu. Od magnetického toku F proporcionálne AT, potom možno tvrdiť, že
\(~\Phi = L \cdot I\),
kde L- koeficient úmernosti medzi prúdom vo vodivom obvode a ním vytvoreným magnetickým tokom, prenikajúcim týmto obvodom. Hodnota L sa nazýva indukčnosť obvodu alebo jeho koeficient vlastnej indukcie.
Pomocou zákona elektromagnetickej indukcie dostaneme rovnosť:
\(~E_(is) = - \frac(\Delta \Phi)(\Delta t) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) ,
Z výsledného vzorca vyplýva, že
indukčnosť- je to fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná EMF samoindukcie, ku ktorej dochádza v obvode, keď sa prúd zmení o 1 A za 1 s.
Indukčnosť, podobne ako elektrická kapacita, závisí od geometrických faktorov: veľkosti vodiča a jeho tvaru, ale nezávisí priamo od sily prúdu vo vodiči. Okrem geometrie vodiča závisí indukčnosť od magnetických vlastností prostredia, v ktorom sa vodič nachádza.
Jednotka SI indukčnosti sa nazýva henry (H). Indukčnosť vodiča sa rovná 1 H, ak v ňom, keď sa sila prúdu zmení o 1 A za 1 s, nastane EMF samoindukcie 1 V:
1 H = 1 V / (1 A/s) = 1 V s/A = 1 Ω s
Energia magnetického poľa
Nájdite energiu, ktorú má elektrický prúd vo vodiči. Podľa zákona zachovania energie sa súčasná energia rovná energii, ktorú musí vynaložiť zdroj prúdu (galvanický článok, generátor v elektrárni a pod.) na vytvorenie prúdu. Pri prerušení prúdu sa táto energia uvoľní v tej či onej forme.
Prúdová energia, o ktorej bude teraz reč, je úplne iného charakteru ako energia uvoľnená jednosmerným prúdom v obvode vo forme tepla, ktorého množstvo je určené Joule-Lenzovým zákonom.
Keď je obvod obsahujúci zdroj konštantného EMF uzavretý, energia zdroja prúdu sa spočiatku vynakladá na vytvorenie prúdu, t.j. na uvedenie elektrónov vodiča do pohybu a vytvorenie magnetického poľa spojeného s prúdom, a tiež čiastočne na zvýšenie vnútornej energie vodiča, t.j. na jej zahriatie. Po ustálení konštantnej hodnoty sily prúdu sa energia zdroja vynakladá výlučne na uvoľňovanie tepla. Súčasná energia sa nemení.
Poďme teraz zistiť, prečo je potrebné vynaložiť energiu na vytvorenie prúdu, t.j. je potrebné vykonať prácu. Vysvetľuje to skutočnosť, že keď je obvod uzavretý, keď sa prúd začne zvyšovať, vo vodiči sa objaví vírivé elektrické pole, ktoré pôsobí proti elektrickému poľu, ktoré sa vytvára vo vodiči v dôsledku zdroja prúdu. Aby sa prúd vyrovnal ja zdroj prúdu musí pôsobiť proti silám vírového poľa. Táto práca vedie k zvýšeniu energie prúdu. Vortexové pole robí negatívnu prácu.
Keď sa okruh otvorí, prúd zmizne a vírivé pole vykoná pozitívnu prácu. Energia uložená prúdom sa uvoľní. Detekuje sa to silnou iskrou, ktorá vzniká pri otvorení obvodu s veľkou indukčnosťou.
Nájdite výraz pre aktuálnu energiu ja L.
Práca ALE, vyrobený zdrojom s EMF E v krátkom čase Δ t, rovná sa:
\(~A = E \cdot I \cdot \Delta t\) . (jeden)
Podľa zákona zachovania energie sa táto práca rovná súčtu aktuálneho prírastku energie Δ W m a množstvo uvoľneného tepla \(~Q = I^2 \cdot R \cdot \Delta t\):
\(~A = \Delta W_m + Q\) . (2)
Preto prírastok súčasnej energie
\(~\Delta W_m = A - Q = I \cdot \Delta t \cdot (E - I \cdot R)\) . (3)
Podľa Ohmovho zákona pre úplný obvod
\(~I \cdot R = E + E_(is)\) . (4)
kde \(~E_(is) = - L \cdot \frac(\Delta I)(\Delta t)\) - EMF samoindukcie. Nahradenie produktu v rovnici (3). I∙R jeho hodnotu (4), dostaneme:
\(~\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)
Na grafe závislosti L∙I od ja(obr. 12) prírastok energie Δ W m sa číselne rovná ploche obdĺžnika a B C d so stranami L∙I a A ja. Celková zmena energie, keď sa prúd zvyšuje z nuly na ja 1 sa číselne rovná ploche trojuholníka OVS so stranami ja 1 a L∙ja jeden . teda
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2_1)(2)\) .
súčasná energia ja, prúdiaci obvodom s indukčnosťou L, rovná sa
\(~W_m = \frac(L \cdot I^2)(2)\) .
Energia magnetického poľa obsiahnutá v jednotkovom objeme priestoru, ktorý toto pole zaberá, sa nazýva objemová hustota energie magnetického poľa ω m:
\(~\omega_m = \frac(W_m)(V)\) .
Ak sa vo vnútri solenoidu dlžky vytvorí magnetické pole l a oblasť cievky S, potom, ak vezmeme do úvahy, že indukčnosť elektromagnetu \(~L = \frac(\mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l)\) a modul vektora indukcie magnetického poľa vo vnútri solenoidu \(~B = \frac(\mu_0 \cdot N \cdot I)(l)\) , dostaneme
\(~I = \frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) ; W_m = \frac(L \cdot I^2)(2) = \frac(1)(2) \cdot \frac( \mu_0 \cdot N^2 \cdot S)(l) \cdot \left (\frac(B \cdot l)(\mu_0 \cdot N) \right)^2 = \frac(B^2)(2 \ cdot \mu_0) \cdot S \cdot l\) .
Ako V = Sl, potom hustota energie magnetického poľa
\(~\omega_m = \frac(B^2)(2 \cdot \mu_0)\) .
Magnetické pole vytvorené elektrickým prúdom má energiu, ktorá je priamo úmerná druhej mocnine sily prúdu. Hustota energie magnetického poľa je úmerná druhej mocnine magnetickej indukcie.
Literatúra
- Žilko V.V. Fyzika: Proc. príspevok pre 10. platovú triedu. všeobecné vzdelanie škola z ruštiny lang. školenie / V.V. Žilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2001. - 319 s.
- Myakishev, G.Ya. Fyzika: Elektrodynamika. 10-11 buniek. : štúdium. pre hĺbkové štúdium fyziky / G.Ya. Myakishev, A.3. Sinyakov, V.A. Slobodskov. – M.: Drop, 2005. – 476 s.
