Явление самоиндукции – в чем заключается?

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 131.

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 131.

Одним из важных явлений, происходящих в катушке индуктивности при прохождении через нее переменного тока, является самоиндукция. Рассмотрим, в чем заключается явление самоиндукции.

ЭДС самоиндукции

В результате электромагнитной индукции, при изменении магнитного потока через проводящий контур, в нем возникает электродвижующая сила (ЭДС), пропорциональная скорости изменения потока.

Рис. 1. Явление электромагнитной индукции.

При этом для возникновения ЭДС нет разницы, какой источник был у магнитного потока, пронизывающего контур. Этот магнитный поток мог наводиться другой катушкой, постоянным магнитом, или даже обычным проводником с током, вокруг которого также возникает магнитное поле.

А теперь проследим, что происходит, если через катушку будет проходить не постоянный, а переменный ток.

Ток, идущий по катушке, создает магнитное поле, пронизывающее витки. Поскольку ток переменный, а индукция магнитного поля прямо пропорциональна силе порождающего тока, то и магнитный поток, порождаемый этим током, будет переменным. Изменение же магнитного потока приводит к возникновению ЭДС, которая будет также переменной.

Получается интересная ситуация: переменный ток, идущий по катушке, наводит переменное магнитное поле. Это магнитное поле наводит в той же катушке переменную ЭДС, которая, по правилу Ленца направлена так, чтобы препятствовать породившему ее току. Катушка «сопротивляется» изменениям тока. Данное явление называется самоиндукцией.

Рис. 2. Самоиндукция.

Индуктивность

Оценим величину возникающей ЭДС самоиндукции.

Согласно закону электромагнитной индукции:

$$\mathscr{E}_{is}=-{ΔФ\over Δt}$$

Изменение же индукции и наведенного магнитного потока пропорционально изменению тока в катушке (если не меняется ориентация катушки и площадь ее сечения):

$$\Delta B \sim \Delta \Phi \sim \Delta I$$

То есть, изменение потока можно приравнять изменению тока, введя коэффициент пропорциональности $L$, и получить следующее выражение для ЭДС самоиндукции:

$$\mathscr{E}_{is}=-L{\Delta I\over \Delta t}$$

Коэффициент пропорциональности $L$, входящий в эту формулу, является важной характеристикой катушки, и называется индуктивность.

Физический смысл ее в том что это ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1A за 1с.

За единицу индуктивности в СИ принят 1 Генри. (Гн). Такую индуктивность имеет катушка или проводник, в котором при изменении силы тока на 1А возникает ЭДС самоиндукции 1В:

$$Генри = {Вольт × секунда \over Ампер}$$

Самоиндукция и инерция

Явление самоиндукции – это следствие законов сохранения. Самоиндукция подобна инерции в механике. Материальная точка «сопротивляется» прилагаемому воздействию, и сопротивление тем больше, чем больше масса. И для разгона, и для остановки требуется затратить энергию.

Точно так же катушка (и любой проводник) «сопротивляется» изменению тока, и это сопротивление тем сильнее, чем больше индуктивность. И для создания и для прекращения тока требуется затратить энергию.

В случае механики приложенная энергия изменяет кинетическую энергию точки. В случае катушки энергия изменяет энергию магнитного поля.

Рис. 3. Аналогия массы и индуктивности.

Что мы узнали?

Явление самоиндукции состоит в том, что при изменении тока через катушку, в нем возникает ЭДС самоиндукции, сопротивляющаяся изменениям. Данное явление аналогично инерции в механике.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 131.

---

А какая ваша оценка?

Что такое самоиндукция? Самоиндукция в электрике.

В работе с электротехникой часто приходится иметь дело с электромагнитной индукцией. Она возникает за счет взаимодействия электрических и магнитных полей. Также возникает самоиндукция.

Изобретатели активно используют это явление. Уже давно стало понятно, что переменное магнитное поле способно вызвать появление электрического тока. По такому принципу в наше время работают генераторы (источники электромагнитной энергии). Самоиндукцию также связывают с процессом электромагнитизма. Однако, работает она иначе.

Определение понятия «самоиндукция»

Чтобы понять, каким что такое самоиндукция, необходимо обратиться к школьным методам и вспомнить опыты, которые проводят с помощью катушки. По ее спирали движется электрический импульс. Внутри соленоида возникает свое магнитное поле, а магнитные линии замыкаются за пределами контура.

При непрерывной подаче напряжения, контур не меняется. Однако, во время размыкания и замыкания цепи меняется напряженность магнитного поля. Появляется дополнительный индукционный ток. В контуре образовывается электродвижущая сила индукции. Ее и называют самоиндукцией. Сила магнитного поля изменяется в зависимости от трансформации силы напряжения.

Часто самоиндукцию сравнивают с инерцией. У них похожий принцип действия. Как движущийся предмет не может моментально остановиться, так и ток не в состоянии сразу же приобрести какое-то значение. Этому мешает самоиндукция.

Это хорошо иллюстрирует опыт с двумя лампами, подключенными к одному источнику тока. При замыкании цепи первая лампа сразу же включается. Вторая же загорается с опозданием, несмотря на параллельное расположение.

Когда происходит размыкание цепи, сила тока моментально уменьшается. Однако, ЭДС самоиндукции не дает магнитному потоку сразу же иссякнуть. Самоиндукция может превышать силы внешней ЭДС. Из-за этого мы часто сталкиваемся с проблемой перегорания лампочек при выключении освещения.

Во время возрастания силы напряжения, курс ориентирования ЭДС самоиндукции с ним не совпадает. Это происходит при замыкании гальванической цепи. Однако, во время разъединения цепи вектор ЭДС самоиндукции соответствует направлению движения тока. Действие происходит с существенной задержкой.

Суть самоиндукции становится понятна после опыта с лампочками.

Если одна из них подключена последовательно с индуктивностью, а другая – непосредственно к источнику питания. В данном случае верхняя лампочка зажжется позже, так как импульс, исходящий из источника питания, после замыкания контактов встретит сопротивление вихревых токов, направленных в другую сторону.

Включение верхней лампочки уменьшает силу разряда в цепи. Поэтому, после того как подача тока прекратится, верхняя лампа наоборот будет работать дольше, в то время как нижняя погаснет моментально после разъединения цепи. Интересно, что изменение силы тока проходит нелинейно. Если цепь состоит из одной катушки, этот принцип работает так же.

Важно понимать, что количество обмоток катушки прямо влияет на скорость изменения электродвижущей силы. Скорость увеличивается при большем количестве витков.

При условии наличия переменного напряжения, отклонение ЭДС самоиндукции на прямую зависит от амплитуды дросселя и его коэффициента самоиндукции.

При контакте с соленоидом, переменный ток производит сдвиг по фазе на величину π/2. Из-за этого происходит отставания тока катушки от тока, поставляемого электрическим оборудованием.

Какие формулы нужно запомнить

Поток направления магнитной индукции (Ф) на прямую зависит от индуктивности (L) и мощности напряжения в контуре (i). Формула выглядит таким образом: Ф = L*I

Индуктивность контура L выражает коэффициент пропорциональности между электрическим импульсом, проходящим по рисунку и возникшим магнитным напряжением.

Степень индуктивности проводника на прямую зависит от его формы, площади плоскости внутри катушки и электромагнитных свойств окружающей среды. При этом, сила тока в проводнике значения не имеет.

В случае, если магнитные свойства среды и размеры катушки остаются неизменны, можно использовать следующую формулу для расчета величины индуктивной ЭДС: Esi=-L∙ΔI/Δt.

Здесь E самоинд. обозначает ЭДС самоиндукции, ΔФ – изменение собственного направления магнитной индукции, Δi – степень изменения силы напряжения в контуре за определенный промежуток времени Δt. L – это коэффициент самоиндукции.

Что важно помнить об индуктивности

Как уже было отмечено, индуктивность контура может менять в зависимости от его геометрии, охвата, магнитных характеристик среды. Данные правила работают и для дросселя. Ее индуктивность может меняться в зависимости диаметра и интенсивности обмотки. Значение индуктивности также вырастет при использовании ферромагнитного сердечника.

Степень индуктивности будет меняться в соответствии с тем, как сильно передатчик, роль которого выполняют спирали, сопротивляется электрическому импульсу. При высокой индуктивности и быстрой остановке ее цепи, произойдет сильный всплеск ЭДС.

Индуктивность выражают с помощью единицы измерения «генри». 1Гн соответствует ЭДС 1В при скорости изменения тока 1А в секунду.

Значение индуктивности помогает определить, сколько энергии выделяется благодаря магнитному полю при самоиндукции. Высчитать энергию можно, применив формулировку Wм = LI2 / 2.

Как спользуют силу самоиндукции в жизни:

Физика – ничто без практического применения. Явление самоиндукции активно используют в обычной жизни. Например, в работе карбюраторного двигателя участвует катушка зажигания.

Катушка зажигания получает заряд в 12 В. Электрическая цепь прекращается с помощью специального прерывателя. Из-за этого образуется сильная искра, зажигающая топливо. Автомобиль начинает движение. В современных машинах разрыв цепи происходит автоматически, но принцип самоиндукции сохраняется.

Самоиндукцию также применяют в работе сетевых фильтров. Она помогает сгладить всплески напряжения и заполнить провалы в подаче тока. В результате, удается убрать шум, пульсацию и ненужные частоты.

Самоиндукцию катушки применяют для розжига электродов в газоразрядных источниках света. Когда срабатывает стартер, контакты перерываются, из-за чего в катушке возникает ЭДС самоиндукции. Лампа начинает выполнять свою функцию за счет всплеска энергии.

Вредное воздействие самоиндукции

Не во всех случаях это явление желательно. Самоиндукция также может вредить. Из-за индуктивной ЭДС последствием разъединения контактов коммутаторов могут стать дуговые разряды. Во избежание этого эффекта, при изготовлении автоматических выключателей используют дугогасительными камерами. Они сводят вспышку после прерывания течения тока «на нет».

В промышленных масштабах самоиндукция может быть смертельно опасной. Речь идет об огромных мощностях. Избежать трагических случаев позволяют приспособления, предотвращающие моментальное размыкание цепи. Иначе, всплеск энергии был бы огромным. Их установка на линиях обязательна в производстве и энергосистемах.

Если у вас возникли подозрения на некорректную работу электрооборудования, специалисты нашей электротехнической лаборатории в короткие сроки решат все поставленные перед ними задачи.

Самоиндукция — определение, формула, разница между взаимной индуктивностью и собственной индуктивностью

Что такое собственная индуктивность?

Собственная индуктивность — это свойство токоведущей катушки, которое сопротивляется или препятствует изменению тока, протекающего через нее. Это происходит в основном за счет ЭДС самоиндукции, создаваемой в самой катушке. Проще говоря, мы можем сказать, что самоиндукция — это явление, при котором возникает индукция напряжения в проводе с током.

ЭДС самоиндукции, присутствующая в катушке, будет сопротивляться нарастанию тока, когда ток увеличивается, а также сопротивляться падению тока, если ток уменьшается. В сущности, направление ЭДС индукции противоположно приложенному напряжению, если ток увеличивается, и направление ЭДС индукции совпадает с направлением приложенного напряжения, если ток падает.

Вышеупомянутое свойство катушки существует только для изменяющегося тока, который является переменным током, а не для постоянного или установившегося тока. Самоиндукция всегда противостоит изменяющемуся току и измеряется в Генри (единица СИ).

Наведенный ток всегда противостоит изменению тока в цепи, независимо от того, является ли изменение тока увеличением или уменьшением. Самоиндукция является типом электромагнитной индукции.

Формула самоиндукции

Из закона электромагнитной индукции Фарадея можно вывести выражение для собственной индуктивности катушки.

В _L = −N (dϕ / dt)

Где:

В _L = индуцированное напряжение в вольтах

N = количество витков в катушке

dφ/dt = скорость изменения магнитного потока в веберах/секунду

В качестве альтернативы наведенное напряжение в катушке индуктивности также может быть выражено через индуктивность (в генри) и скорость изменения тока.

В _L = −L (di / dt)

или

E = −L (ди/дт)

Самоиндукция соленоида

Разберемся с концепцией на примере. Возьмем соленоид с N витками; пусть его длина будет l’, , а площадь поперечного сечения равна ‘A’, где через него протекает ток I. В любой точке соленоида будет магнитное поле «В». Следовательно, магнитный поток на виток будет равен B × площадь каждого витка.

Однако B = (μ ₀ NI)/ l

Следовательно, магнитный поток на виток = (μ ₀ NIA)/ l

Теперь общий магнитный поток (φ), связанный с соленоидом, будет равен произведению потока, проходящего через каждый виток, и общего числа витков.

Φ = (μ ₀ NIA) x N / л

То есть Φ = (μ ₀ N ² IA) / l ….(eq 1)

Если L — собственная индуктивность соленоида, то

Φ = LI …..(уравнение 2)

Объединяя уравнения (1) и (2) сверху, мы получаем

L = (μ ₀ N ² A) / л

Если у вас есть сердечник, состоящий из магнитного материала с магнитной проницаемостью μ, то

L = (мкН ² А) / л

Читайте также: Электромагнитная индукция

Механический эквивалент собственной индуктивности

ЭДС самоиндукции также называется обратной ЭДС, поскольку она препятствует любому изменению тока в цепи. Физически самоиндукция действует как инерция. В механике это также электромагнитный аналог массы. Итак, при установлении тока необходимо совершить работу против противо-ЭДС (V _L ). Эта проделанная работа хранится в виде магнитной потенциальной энергии и определяется выражением:

Вт = (1 / 2) ЛИ ² .

Это энергия, необходимая для создания тока I в катушке индуктивности.

Это выражение напоминает нам mv ² /2 для (механической) кинетической энергии частицы массы m и показывает, что L аналогично m (т. е. L есть электрическая инерция и противодействует как росту, так и спаду тока в цепь).

Взаимная индуктивность

Взаимная индуктивность – это противодействие изменению тока в одной катушке из-за наличия второй катушки. Если среда с относительной проницаемостью μ _r , взаимная индуктивность будет M =μ _r μ ₀ n ₁ n ₂ π r ² ₁ 9 0045 л, где n ₁ и n ₂ — количество витков двух катушек на единицу длины, r ₁ — радиус внутренней катушки, а l — длина катушки.

Подробнее: Взаимная индуктивность

Разница между взаимной индуктивностью и собственной индуктивностью

Самоиндукция	Взаимная индуктивность
Изменение тока в катушке индуцирует в себе ЭДС и препятствует изменению тока.	Изменение тока в одной катушке индуцирует ЭДС в другой катушке и противодействует изменению тока.
L = μ r μ 0 n 2 A l	М = μ r μ 0 n 1 n 2 π r 2 1 л
Самоиндукция играет роль инерции.

Использование собственной индуктивности

Основной функцией катушки индуктивности является накопление электрической энергии в виде магнитного поля. Катушки индуктивности используются в следующем:

• Цепи настройки
• Датчики
• Хранение энергии в устройстве
• Асинхронные двигатели
• Трансформаторы
• Фильтры
• Дроссели
• Ферритовые шарики
• Катушки индуктивности, используемые в качестве реле

Ограничения катушек индуктивности

1) Катушка индуктивности ограничена по токопроводящей способности своим сопротивлением и рассеивает тепло.

2) Катушки индуктивности в чистом виде трудно изготовить из-за паразитных эффектов и размера, тогда как конденсаторы относительно легко изготовить с незначительными паразитными эффектами.

3) Катушки индуктивности могут влиять на близлежащие компоненты цепи своими магнитными полями.

Решенные вопросы

Вопрос 1:

Собственная индуктивность катушки индуктивности определяется как ________.

а) Д = С/Ю

б) L = 1⁄S

в) L = N2⁄S

г) L = N2

Ответ: в)

Самоиндуктивность катушки индуктивности определяется с помощью соотношения

л = N2⁄S

Где, N — количество витков

S — сопротивление катушки (A/Wb).

Вопрос 2:

Самоиндукция зависит от ________.

а) Проницаемость

б) Диэлектрическая проницаемость

в) постоянная Планка

г) постоянная Ридберга

Ответ: а)

Самоиндуктивность катушки индуктивности определяется с помощью соотношения

л = N2⁄S

Где, N — количество витков

S — сопротивление катушки (A/Wb)

Как магнитное сопротивление зависит от проницаемости, так и собственная индуктивность катушки зависит от проницаемости.

Вопрос 3:

Фазовый угол всегда ________ для цепи RL.

а) Положительный

б) Отрицательный

в) 0

г) 90

Ответ: б)

Для цепи последовательного сопротивления и индуктивности фазовый угол всегда имеет отрицательное значение, поскольку ток всегда будет отставать от напряжения.

Вопрос 4:

Что такое φ по напряжению?

а) Φ = cos ^-1 В/В _Р

б) Φ = cos ^-1 V*V _R

c) Φ = cos ^-1 В _R /В

d) Φ = tan ^-1 V/V _R

Ответ: в)

Из треугольника напряжений получаем cos φ = V _R /V.

Следовательно, φ = cos ^-1 В _R /В.

Вопрос 5:

Чему равен sin ϕ из импедансного треугольника?

а) XL/R

б) XL/Z

в) Р/З

г) З/Р

Ответ: б)

В треугольнике импеданса основание R, гипотенуза Z и высота X _L .

Итак, sin ϕ = X _L /Z.

Часто задаваемые вопросы о собственной индуктивности

Q1

Что такое собственная индуктивность?

Собственная индуктивность — это свойство токоведущей катушки, которое сопротивляется или препятствует изменению тока, протекающего через нее. Собственная индуктивность катушки численно равна ЭДС, индуцированной между ее концами, когда скорость изменения тока через нее равна единице.

Q2

От каких факторов зависит собственная индуктивность катушки?

Самоиндукция катушки зависит от ее длины, количества витков, площади поперечного сечения и проницаемости материала ее сердечника.

Q3

Что такое электромагнитная индукция?

Явление, при котором ЭДС и, следовательно, ток индуцируются в замкнутой цепи магнитным полем, называется электромагнитной индукцией.

четвертый квартал

Определить 1 Генри.

Собственная индуктивность катушки равна 1 генри, если в катушке индуцируется 1 вольт ЭДС при изменении тока через нее со скоростью 1 ампер в секунду.

Определение и формула самоиндукции

Конкретная область физики описывает материю самоиндукции и определение и формула самоиндукции указаны здесь. В этой области исследований самоиндукция была описана как мастер иллюзии, и посредством этого процесса «изменяющийся электрический ток» создает «ЭДС индукции» на катушке. В этом исследовании будет описана формула самоиндукции. Здесь обнаружено общее различие между самоиндукцией и взаимной индуктивностью. Это общее исследование дает четкое описание самоиндукции, а также описывает ограничения катушек индуктивности.

Корпус

Собственная индуктивность

Собственная индуктивность Кажется, это качество или тенденция катушки, и это помогает в сопротивлении изменениям тока. Видно, что изменение тока в катушке индуцирует ЭДС. Изменение тока кажется пропорциональным скорости изменения тока в катушке. Самоиндукция катушки есть не что иное, как ее явление, и благодаря этому процессу индукции внутри катушки индуцируется ЭДС. Единица СИ самоиндукции равна 9.0398 «Генри (H)» и помогает в измерении индукции. Это также связано с пониманием сопротивления и пропорциональной скорости тока.

Формула самоиндукции

Вывод выражения самоиндукции может быть сделан с учетом закона Фарадея электромагнитной индукции. Это выражение говорит «VL=-N (dΦ/dt)», , где «VL считается напряжением в вольтах», N = «количество витков в катушке». Формула также обозначает dΦ/dt = скорость изменения магнитного потока по Веберу. Эта формула описывается как показатель напряжения, а также выражает скорость изменения тока6 в этом поле. Самоиндукция соленоида описывает площадь поперечного сечения, скорее всего, «А» и длину этого вещества, то есть «l».

Самоиндукция

Очень простое определение самоиндукции говорит, что это «электродвижущая сила в цепи», и здесь наблюдается изменение тока в той же цепи. Таким образом, здесь прояснилась идея о том, что самоиндукция есть не что иное, как электродвижущая сила. В области самоиндукции замечено изменение тока в одном и том же поле, что является признаком самоиндукции. В поле самоиндукции переменный ток создавался магнитным полем в той же цепи. В области самоиндукции было замечено самоиндуцируемое напряжение.

Как рассчитать ЭДС самоиндукции?

Можно считать, что катушка, по которой течет ток, имеет N витков. В этой ситуации, если поток через одну катушку можно представить как Φ, поток N катушек можно рассчитать как ΦT (общий поток) = NΦ. В случае снятия знака пропорциональности можно получить формулу ΦT = Li ⇒ L = NΦT/I, где L рассматривается как коэффициент самоиндукции.

В чем разница между самоиндукцией и взаимной индуктивностью?

• Самоиндукция имеет основные области применения и функции. Она также помогает сохранять энергию в устройстве. Чаще всего они использовались в «трансформаторах» и «ферритовых бусинах». С другой стороны, взаимная индуктивность считается «противодействием изменению тока в одной катушке из-за наличия другой катушки» .
• В взаимной индукции, процесс изменения тока в одной катушке индуцирует ЭДС в другой катушке и также противодействует изменению тока.

Ограничения катушек индуктивности

Было замечено, что катушки индуктивности имеют некоторые ограничения, поскольку каждая катушка индуктивности состоит из спирального провода. Следуя этому явлению, каждый провод имеет свой собственный предел несущего тока. Таким образом, ограничения будут следующими: –

• Допустимая нагрузка по току
• В чистом виде это ограничение
• Сложность изготовления
• Влияет на другие компоненты

Вышеупомянутые ограничения также могут проявлять различные недостатки. Катушка индуктивности с высокой индуктивностью невозможна, так как добротность будет снижена.

Заключение

В исследовании рассматривается правильное представление формулы, связанной с самоиндукцией.