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.

Явление самоиндукции и его применение — Мегаобучалка

Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контурного тока. При изменении тока в контуре возникает ЭДС самоиндукции, равная:

Знак минус в этой формуле обусловлен правилом Ленца. Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре: (1) ,где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.

Это явление применяется для под жига люминесцентных ламп в стандартной схеме.

Основные понятия о переменном ( синусоидальном ) токе.

Переменным током называется ток, изменяющийся во времени по величине и направлению. Переменный ток следует отличать от импульсного, изменяющегося только по величине. Законы изменения токов весьма разнообразны. Однако в основном применяется синусоидальный ток. Дело в том, что только при входном синусоидальном токе на всех участках электрической цепи с линейными сопротивлениями токи и напряжения также изменяются по закону синуса. Так получается потому, что синусоида- одна из немногих периодических функций, имеющая подобную себе производную-косинусоиду. Кроме того, при помощи математического аппарата рядов и интеграла Фурье результаты анализа синусоидальных токов можно перенести по принципу наложения на случай несинусоидальных сигналов.

Рассмотрим основные величины, характеризующие синусоидальные напряжения и токи. Представим синусоидальную функцию, например, ток в виде ,

где i(t) — мгновенное значение;

— максимальное значение или амплитуда;

— фаза.

Фаза колебания характеризует значение электрической величины в данный момент времени, однозначно определяет стадию периодического процесса. Фаза линейно растет во времени с угловой скоростью w, которая называется угловой частотой и измеряется в рад/с.

Значение фазы при t=0, равное y _i, называется начальной фазой.

Наименьший интервал времени, через который повторяется периодическая функция, называется периодом. Периоду синусоидальной функции 2 в радианах соответствует период Т в секундах. ,

отсюда: .

Число периодов в секунду называется циклической частотой, или

частотой колебания и измеряется в герцах, f = ,

угловая и циклическая частоты отличаются множителем 2p : =2pf .

Начальные фазы или отсчитываются от нулевого значения синусоиды (т.е. при переходе ее от отрицательных к положительным значениям) до начала координат. При этом для положительной начальной фазы начало синусоиды тока сдвинуто влево , а для отрицательной- вправо от начала координат.

Разность начальных фаз двух синусоид называют углом сдвига по фазе. При говорят, что токi₁опережает токi₂или токi₂отстает по фазе от токаi₁.

Условились называть угол сдвига по фазе между напряжением и током просто сдвигом фаз и обозначать

.

Самоиндукция: определение, закон Фарадея, приложения

• Автор Умеш_К
• Последнее изменение 25-01-2023

Собственная индуктивность катушки с током — это свойство, благодаря которому она противодействует изменению тока, протекающего через нее. В основном это связано с ЭДС самоиндукции внутри самой катушки. Проще говоря, мы можем сказать, что самоиндукция — это явление, при котором возникает напряжение (ЭДС), индуцируемое в проводе, по которому течет электрический ток.

Когда к катушке подключен заряженный конденсатор, на катушке наблюдается переменная разность потенциалов. Эта комбинация называется осциллятором. Переменный потенциал наблюдается благодаря принципу электромагнитной самоиндукции. Когда к одинарной катушке прикладывается изменяющаяся во времени разность потенциалов, в катушке индуцируется ЭДС из-за самоиндукции. Когда вторая катушка подносится к первой катушке, на другую катушку также действует ЭДС индукции. Этот процесс называется взаимной индукцией.

Нам всем очень нравится идея беспроводной зарядки наших телефонов. В основе беспроводной зарядки лежит концепция взаимной индукции между двумя катушками. Катушка внутри телефона и катушка внутри зарядного устройства. Магнитный поток, обусловленный катушкой в ​​зарядном устройстве, непрерывно изменяется, благодаря чему в катушке внутри телефона индуцируется ЭДС.

В этой статье мы изучим концепцию самоиндукции, факторы, от которых она зависит, ее применение и ограничения.

Узнайте все об электромагнитной индукции

Общее количество линий магнитного поля (магнитных силовых линий), проходящих нормально через область, помещенную в магнитное поле, называется магнитным потоком, связанным с этой областью.

Для элементарной площади \(dA\) поверхности, связанной потоком \(d\phi = BdA\cos\theta\) или \(d\phi = \overrightarrow B \,\overrightarrow {dA} \)

Итак , Чистый поток через поверхность \(\phi = \oint {\overrightarrow B .} \overrightarrow {dA} = BA\,\cos \,\theta \) 9\circ }\) т.е. плоскость параллельна направлению магнитного поля, тогда поток, связанный с поверхностью, равен нулю.

\({\phi _{\max}} = BA;{\phi _{\min }} = 0\)

Примечание:

1. , однородный или неоднородный, внешний поток считается положительным, а внутренний отрицательным, а чистый поток, связанный с замкнутой поверхностью, равен нулю, т. Е. \ (\ phi = \ oint {\ overrightarrow B . \ overrightarrow {ds}} \)

(1) Первый эксперимент 

Катушка связывает часть магнитного потока от источника \(S\). Предположим, что между источником \(S\) и катушкой происходит относительное движение, при котором поток, связанный с катушкой, изменяется, в ней индуцируется ток.

(2) Второй эксперимент 

Рассмотрим две катушки, расположенные, как показано на рисунке. Пропустите постоянный ток в одной катушке. Магнитный поток первой катушки связывает другую. Если ток в первой катушке изменяется, во второй индуцируется электрический ток.

(3) первый закон Фарадея ЭДС индукции. ЭДС индукции сохраняется только при изменении или сокращении потока. Этот закон называют первым законом Фарадея.

(4) Второй закон Фарадея 

ЭДС индукции определяется как скорость изменения магнитного потока, связанного с контуром, т.е. \) Для \(N\) витков \({\rm{e}} = – \frac{{Nd\phi}}{{dt}}\)

Знак минус указывает на то, что ЭДС индукции \((e)\) препятствует изменению потока. Этот закон называется вторым законом Фарадея.

Индуктивность — это свойство электрических цепей, которое противодействует любому изменению тока в цепи.

Индуктивность является неотъемлемым свойством электрических цепей. Он всегда будет присутствовать в электрической цепи, хотим мы этого или нет; если при изменении тока в цепи индуцируется большая ЭДС, говорят, что она имеет большую индуктивность. Прямой провод с током без железной части в цепи будет иметь меньшее значение индуктивности. Если цепь содержит круглую катушку с множеством витков, ЭДС индукции, противодействующая причине, будет больше, и говорят, что цепь имеет более высокое значение собственной индуктивности.

Индуктивность называется электрической инерцией: Индуктивность аналогична инерции в законах движения Ньютона (механика). Покоящееся тело сопротивляется любой попытке привести его в движение, а тело в движении сопротивляется любой попытке привести его в состояние покоя по инерции. Индуктивность электрической цепи противодействует любому изменению тока в цепи; таким образом, это также называется электрической инерцией.