Что такое самоиндукция и энергия магнитного поля

Оглавление

Время чтения:  4 минуты

399

Опредение

Самоиндукция — это один из случаев электромагнитной индукции, при котором электромагнитный поток создается при протекании через контур тока, при этом он изменяется и вызывает ЭДС индукции.

Понятие об ЭДС самоиндукции

При явлении самоиндукции, если ток конкретного контура изменен, то меняется магнитное поле данного тока, а значит и всего магнитного потока, который проходит через конкретный контур. При этом в контуре создается ЭДС самоиндукции, которая создает препятствие на пути изменения электрического тока в контуре. Если цепь, которая имеет постоянный источник тока, замыкают, то сила тока появляется не мгновенно, при размыкании цепи электрический ток не пропадает сразу, а через некоторое время самоиндукция исчезает.

Формула самоиндукции

Магнитный поток Φ, проходящий через катушку с током или контур постоянных форм и размеров, является пропорциональным силе тока I.

Формулы 1 — 3

Самоиндукция определяется по формуле:

\[\boldsymbol{\Phi}=\boldsymbol{L} \boldsymbol{I}\]

Коэффициент пропорциональности L в формуле Ф = L I, это и будет коэффициент самоиндукции. Она тесно связана с формой, размерами контура, магнитными показателями и свойствами вещества, в котором расположен контур.

Закон, которому подчиняется ЭДС самоиндукции:

\[\varepsilon=-L \frac{d I}{d t}\]

Если контур имеет постоянные размеры и форму, то ЭДС самоиндукции энергии магнитного поля прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в конкретном контуре.

Единица индуктивности в СИ имеет общепринятое название Генри, обозначается — Гн.

Индуктивность катушки или контура равна 1 Гн, в случае силы тока в 1 А, поток составляет 1 Вб:

\[1 \Gamma н=\frac{1 B б}{1 A}\]

Сила самоиндукции зависит от скорости увеличения/уменьшения магнитного поля. {2} \cdot V \]

ЭДС самоиндукции в цепи

Формула 4

В соответствии с законом Фарадея, ЭДС самоиндукции записывается по формуле:

\[\delta_{инд}=\delta_{L}=\frac{-\Delta \Phi}{\Delta t}=-L \frac{\Delta I}{\Delta t}\]

ЭДС самоиндукции равна значению, которое прямо пропорционально индуктивности катушки и скорости изменения силы тока, проходящего через нее.

Носителем энергии будет магнитное поле. Катушка, по виткам которой проходит ток, обладает запасом энергии, по аналогии с заряженным конденсатором.

Если параллельно катушке с большим показателем индуктивности включить в цепь постоянного тока электрическую лампу, то при размыкании цепи ЭДС самоиндукции цепи вызовет ток, будет наблюдаться которая вспышка лампы.

Рис. 1. ЭДС самоиндукции, рисунок магнитной энергии катушки

На рисунке изображена цепь, в момент размыкания ключа К, происходим короткая вспышка электрической лампы. {2}}{2 \mu_{0} \cdot \mu} V\]

Максвелл продемонстрировал, что данная формула подходит для любых магнитных полей.

Оценить статью (46 оценок):

Поделиться

Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока

Подробности

Просмотров: 745

Самоиндукция

Каждый проводник, по которому протекает эл.ток, находится в собственном магнитном поле.

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл.поля и в цепи появляется ЭДС индукции.

Это явление называется самоиндукцией.

Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока.
Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

Проявление явления самоиндукции

Замыкание цепи

При замыкании в эл.цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл. поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны).

В результате Л1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи

При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток (стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи.
В результате Л при выключении ярко вспыхивает.

Вывод:

в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (электрический ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (электрический ток пропадает не сразу).

ИНДУКТИВНОСТЬ

От чего зависит ЭДС самоиндукции?

Электрический ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике
(B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I).
ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл.цепи, от свойств проводника (размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник.
Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью.

Индуктивность — физическая величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду.
Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Индуктивность катушки зависит от:
числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды ( возможен сердечник).

ЭДС САМОИНДУКЦИИ

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.
Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии.
В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.

Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока.
Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока.
Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? — выделяется ( при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

ВОПРОСЫ К ПРОВЕРОЧНОЙ РАБОТЕ

по теме «Электромагнитная индукция»

1. Перечислить 6 способов получения индукционного тока.
2. Явление электромагнитной индукции (определение).
3. Правило Ленца.

4. Магнитный поток ( определение, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
5. Закон электромагнитной индукции (определение, формула).
6. Свойства вихревого электрического поля.
7. ЭДС индукции проводника, движущегося в однородном магнитном поле ( причина появления, чертеж, формула, входящие величины, их ед. измерения).
8. Самоиндукция (кратко проявление в электротехнике, определение).
9. ЭДС самоиндукции (ее действие и формула).
10. Индуктивность (определение, формулы, ед. измерения).
11. Энергия магнитного поля тока (формула, откуда появляется энергия м. поля тока, куда пропадает при прекращении тока).

Назад в раздел «10-11 класс»

Электромагнитное поле — Класс!ная физика

Взаимодействие токов. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера — Действие магнитного поля на движущийся заряд.Магнитные свойства вещества — Явление электромагнитной индукции. Магнитный поток. Направление индукционного тока. Правило Ленца — ЭДС электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле — ЭДС индукции в движущихся проводниках
— Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля. Вопросы к пр/работе

Собственная индуктивность соленоида Важные понятия и советы для JEE

Собственная индуктивность — это форма электромагнитной индуктивности. Его можно определить как свойство катушки с током, которая сопротивляется или препятствует изменению тока, протекающего через нее. Его также можно определить как индукцию напряжения в любом проводе с током, если ток в проводе изменяется. Происходит это за счет магнитного поля, создаваемого изменяющимся током. Он индуцирует напряжение в той же цепи, поэтому можно сказать, что напряжение самоиндуцируется.

Напряжение самоиндукции или ЭДС всегда сопротивляется изменению тока. Следовательно, если ток увеличивается, он будет сопротивляться увеличению тока, и точно так же, когда ток уменьшается, он будет сопротивляться падению тока. Это означает, что направление ЭДС индукции противоположно приложенному напряжению, если ток увеличивается. Точно так же направление ЭДС индукции будет таким же, как и направление приложенного напряжения, если ток падает.

Следует отметить, что это свойство катушки существует только для переменных токов, т.е. переменного тока или переменного тока. Это свойство не существует для постоянного или установившегося тока. Собственная индуктивность измеряется в единицах Генри, которые являются единицами СИ и имеют размеры ML 9.0007 2 Т ^-2 I ^-2 .

Что такое катушка индуктивности?

Катушка индуктивности — это термин, используемый для описания цепи, обладающей свойством индуктивности. Катушка провода является одним из наиболее распространенных индукторов, поэтому на принципиальных схемах катушка провода используется как символ индуктивного компонента.

Переменный ток, проходящий через любую катушку, создает магнитное поле внутри и вокруг катушки. Это потому, что ток увеличивается или уменьшается. Магнитное поле, создаваемое переменным током, образует концентрические петли вокруг провода, которые затем соединяются вместе, образуя более крупные петли. Когда ток увеличивается в одной петле, окружающее магнитное поле расширяется и пересекает некоторые или все соседние петли проводов. Это индуцирует напряжение в петлях. Таким образом, при изменении тока в катушке индуцируется напряжение.

Ниже приведена диаграмма, изображающая поля в катушке индуктивности. Это принцип классического эксперимента с самоиндукцией катушки.

Катушка индуктивности

Вывод собственной индуктивности

Из диаграммы видно, что количество витков в катушке влияет на величину индуцируемого напряжения. Таким образом, скорость изменения магнитного потока также будет влиять на ЭДС индукции. Это точно отражено в законе Фарадея. Закон Фарадея гласит, что ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Более того, закон Ленца гласит, что индуктированный ток имеет такое направление, что его магнитное поле противодействует изменению магнитного поля, которое ранее индуцировало ток.

Это означает, что ЭДС индукции будет иметь вид

Здесь VL — индуцированное напряжение, N — число витков в катушке, а $\dfrac{\mathrm{d} \varphi}{\mathrm{d} t}$ – скорость изменения магнитного потока. Знак минус обусловлен законом Ленца.

Поскольку магнитное поле в проводе с током прямо пропорционально току, поток, создаваемый этим конкретным полем, также будет пропорционален току. Итак,

$\varphi\propto I$

Здесь I — ток, а $\phi$ — магнитный поток. Вышеприведенное выражение можно также записать как

$\varphi=LI$

L — константа пропорциональности, известная как «собственная индуктивность». Для катушки с N витками поток можно записать как

$N\varphi=LI$

Подстановка этого выражения для потока в выражение закона Фарадея даст альтернативное выражение для ЭДС индукции:

$V_L=-L\dfrac{dI}{dt}$

Для расчета величины собственной индуктивности отрицательный знак можно не учитывать. Следовательно, формула самоиндукции будет следующей:

$L=\dfrac{|\varphi|}{\left|\dfrac{dI}{dt}\right|}$

формула коэффициента самоиндукции’. Если кто-то попросит сформулировать выражение для собственной индуктивности катушки, это выражение.

Самоиндукция соленоида

Возьмем соленоид, имеющий N витков длиной l и площадью поперечного сечения A, и пусть через него протекает ток I. В любой заданной точке соленоида будет магнитное поле, поэтому обозначим его через B. Тогда магнитный поток на виток будет равен произведению B на площадь каждого витка.

Мы знаем, что для соленоида

$B=\dfrac{\mu_{0} N I}{l}$

$\mu_{0}$ есть проницаемость свободного пространства. 9{2} A}{l}$

Это собственная индуктивность соленоида.

Заключение

Самоиндукция является разновидностью электромагнитной индукции и свойством, благодаря которому проводник с током сопротивляется любому изменению тока, протекающего через него. Это свойство приводит к возникновению ЭДС индукции, которая противодействует изменению тока в проводнике. Катушка провода обычно используется в качестве индуктора, поэтому символом индуктивных компонентов на принципиальной схеме является катушка провода. Используя закон Фарадея и закон Ленца, собственная индуктивность катушки рассчитывается следующим образом: $L=\dfrac{|\varphi|}{\left|\dfrac{\mathrm{d} I }{\mathrm{d } т}\право|}$. 9{2} A}{l}$.

Определение и формула самоиндукции

Особая 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 9.0024 «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 влияния 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. Он 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, так как каждая катушка индуктивности состоит из спирального провода.