SAMOINDUKCJA
Każdy przewodnik, przez który przepływa prąd. prąd płynie we własnym polu magnetycznym.
Kiedy zmienia się natężenie prądu w przewodniku, zmienia się pole m, tj. strumień magnetyczny wytworzony przez ten prąd zmienia się. Zmiana strumienia magnetycznego prowadzi do powstania wiru elektrycznego. pola i w obwodzie pojawia się indukowany emf. 
Zjawisko to nazywa się samoindukcją.
Samoindukcja to zjawisko występowania indukowanego pola elektromagnetycznego w elektryczności. obwodu w wyniku zmian natężenia prądu.
Powstały emf nazywa się Samoindukowane emf
Zamknięcie obwodu 
W przypadku zwarcia w instalacji elektrycznej obwodzie wzrasta prąd, co powoduje wzrost strumienia magnetycznego w cewce i powstaje wir elektryczny. pole skierowane pod prąd, tj. W cewce powstaje emf samoindukcyjny, który zapobiega wzrostowi prądu w obwodzie (pole wirowe hamuje elektrony).
W rezultacie L1 zapala się później, niż L2.
Otwarty obwód 
Po otwarciu obwodu elektrycznego prąd maleje, następuje zmniejszenie strumienia w cewce i pojawia się wirowe pole elektryczne, skierowane jak prąd (starający się utrzymać tę samą siłę prądu), tj. W cewce powstaje samoindukowany emf, utrzymujący prąd w obwodzie.
W rezultacie L po wyłączeniu miga jasno.
Wniosek
w elektrotechnice zjawisko samoindukcji objawia się przy zamykaniu obwodu (prąd elektryczny stopniowo wzrasta) i przy otwieraniu obwodu (prąd elektryczny nie zanika natychmiast).
Od czego zależy samoindukowany emf?
E-mail prąd wytwarza własne pole magnetyczne. Strumień magnetyczny przez obwód jest proporcjonalny do indukcji pola magnetycznego (Ф ~ B), indukcja jest proporcjonalna do natężenia prądu w przewodniku
(B ~ I), zatem strumień magnetyczny proporcjonalnie do natężenia prądu (F ~ I).
Sem samoindukcji zależy od szybkości zmian prądu w prądzie elektrycznym. obwód, z właściwości przewodnika
(rozmiar i kształt) oraz od względnej przenikalności magnetycznej ośrodka, w którym znajduje się przewodnik.
Wielkość fizyczna pokazująca zależność siły elektromotorycznej od rozmiaru i kształtu przewodnika oraz od środowiska, w którym przewodnik się znajduje, nazywa się współczynnikiem samoindukcji lub indukcyjnością. 
Indukcyjność - fizyczna. wartość liczbowa równa samoindukcyjnemu emf występującemu w obwodzie, gdy prąd zmienia się o 1 amper w ciągu 1 sekundy.
Indukcyjność można również obliczyć ze wzoru:
gdzie Ф jest strumieniem magnetycznym w obwodzie, I jest natężeniem prądu w obwodzie.
Jednostki indukcyjności w układzie SI:
Indukcyjność cewki zależy od:
liczba zwojów, rozmiar i kształt cewki oraz względna przenikalność magnetyczna ośrodka
(możliwy rdzeń).
Samoindukcyjny emf zapobiega wzrostowi prądu, gdy obwód jest włączony, i zmniejszeniu prądu, gdy obwód jest otwarty.
Wokół przewodnika, w którym płynie prąd, znajduje się pole magnetyczne posiadające energię.
Skąd to pochodzi? Źródło prądu zawarte w elektryce łańcuch ma rezerwę energii.
W momencie zamknięcia elektrycznego. Obwód źródła prądu zużywa część swojej energii, aby przezwyciężyć efekt powstającego samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego. Ta część energii, zwana energią własną prądu, jest wykorzystywana do tworzenia pola magnetycznego.
Energia pola magnetycznego wynosi własną energię prądu.
Energia własna prądu jest liczbowo równa pracy, jaką źródło prądu musi wykonać, aby pokonać siłę samoindukcji i wytworzyć prąd w obwodzie.
Energia pola magnetycznego wytworzonego przez prąd jest wprost proporcjonalna do kwadratu prądu.
Gdzie ucieka energia pola magnetycznego po ustaniu prądu? - wyróżnia się (gdy obwód jest otwarty z wystarczającą ilością Wielka siła prąd może spowodować iskrę lub łuk)
PYTANIA DO PRACY TESTOWEJ
na temat „Indukcja elektromagnetyczna”
|
1. Wymień 6 sposobów uzyskania prądu indukcyjnego. |
Lekcja nr 46-169
Samoindukcja- zjawisko występowania indukowanego emf w obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się w nim natężenie prądu. Powstały emf nazywa się Samoindukowane emf.
Manifestacja zjawiska samoindukcji.
Zamknięcie obwodu. Kiedy w obwodzie elektrycznym nastąpi zwarcie, prąd wzrasta, co powoduje wzrost strumienia magnetycznego w cewce i pojawia się wirowe pole elektryczne, skierowane przeciw prądowi, tj. W cewce powstaje emf samoindukcyjny, który zapobiega wzrostowi prądu w obwodzie (pole wirowe hamuje elektrony).
W rezultacie L1 zapala się później niż L2.
Otwarty obwód.
Po otwarciu obwodu elektrycznego prąd maleje, następuje zmniejszenie strumienia magnetycznego w cewce i pojawia się wirowe pole elektryczne, skierowane jak prąd (starający się utrzymać tę samą siłę prądu), tj. W cewce powstaje samoindukowany emf, utrzymujący prąd w obwodzie. W rezultacie L miga jasno po wyłączeniu. Indukcyjność, czyli współczynnik samoindukcji – parametr obwodu elektrycznego określający siłę emf samoindukcji indukowaną w obwodzie w przypadku zmiany przepływającego przez niego prądu i/lub jego odkształcenia. Termin „indukcyjność” odnosi się również do cewki samoindukcyjnej, która określa właściwości indukcyjne obwodu.
Samoindukcja - występowanie indukowanego emf w obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się w nim siła prądu. Indukowany emf występuje, gdy zmienia się strumień magnetyczny. Jeśli ta zmiana jest spowodowana własnym prądem, wówczas mówią o samoindukowanym emf:
ε jest =–
= –L 
,
Gdzie L - indukcyjność obwodu lub jej współczynniksamoindukcja cyt.
Indukcyjność - wielkość fizyczna, liczbowo równy samoindukcji emf występującej w obwodzie, gdy prąd zmienia się o 1 A w ciągu 1 sekundy.
F – strumień magnetyczny w obwodzie, I – natężenie prądu w obwodzie.Jednostka indukcyjności SIHenz(Gn): [ L] = [
] = [
]= Gn; 1 Gn = 1 
.
Indukcyjność, podobnie jak pojemność elektryczna, zależy od geometrii przewodnika - jego wielkości i kształtu, ale nie zależy od natężenia prądu w przewodniku. Ponadto indukcyjność zależy od właściwości magnetycznych środowiska, w którym znajduje się przewodnik.
Indukcyjność cewki zależy od:
− liczba zwojów,
− rozmiar i kształt cewki;
− na względną przenikalność magnetyczną ośrodka (prawdopodobnie rdzenia).
Prądy zamykające i otwierające Ilekroć prąd jest włączany i wyłączany w obwodzie, tzw dodatkowe prądy samoindukcji (dodatkowe prądy zamknięcia i czasyryczenie), powstające w obwodzie na skutek zjawiska samoindukcji i zapobiegające (zgodnie z regułą Lenza) wzrostowi lub spadkowi prądu w obwodzie. Indukcyjność charakteryzuje bezwładnośćobwód w zależności od zmiany prądu w nim i jegomożna uznać za elektrodynamiczneanalog masy ciała w mechanice, który jest miarąbezwładność ciała. W tym przypadku aktualna siła I odgrywa rolę prędkości ciała. Aktualna energia pola magnetycznego. Znajdźmy energię, jaką posiada prąd elektryczny w przewodniku. Zgodnie z prawem zachowania energii energia pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd jest równa energii, którą źródło prądu (ogniwo galwaniczne, generator w elektrowni itp.) musi wydać, aby wytworzyć prąd. Kiedy prąd się zatrzymuje, energia ta jest uwalniana w takiej czy innej formie. Dowiedzmy się, dlaczego aby wytworzyć prąd, konieczne jest wydatkowanie energii, tj. konieczne jest wykonanie pracy. Wyjaśnia to fakt, że gdy obwód jest zamknięty, gdy prąd zaczyna rosnąć, w przewodniku pojawia się wirowe pole elektryczne, działające przeciwko polu elektrycznemu wytwarzanemu w przewodniku z powodu źródła prądu. Aby prąd był równy Ja, źródło prądu, muszę przeciwdziałać siłom pola wirowego. Praca ta polega na zwiększeniu energii pola magnetycznego prądu.Po otwarciu obwodu prąd zanika, a pole wirowe wykonuje pracę dodatnią. Energia zmagazynowana w prądzie zostaje uwolniona. Jest to wykrywane przez silną iskrę, która pojawia się po otwarciu obwodu o dużej indukcyjności.
I przepływający przez obwód o indukcyjności L (czyli dla energii pola magnetycznego prądu) można oprzeć na omówionej powyżej analogii pomiędzy bezwładnością a samoindukcją. W m można uznać za wielkość zbliżoną do energii kinetycznej ciała
w mechanice i zapisz to w postaci W m = 
(**) L, a obecna w nim siła to I. Ale tę samą energię można również wyrazić poprzez charakterystykę pola. Obliczenia pokazują, że gęstość energii pola magnetycznego (tj. energia na jednostkę objętości) jest proporcjonalna do kwadratu indukcji magnetycznej, tak jak gęstość energii pola elektrycznego jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego. Pole magnetyczne wytworzone przez prąd elektryczny ma energię wprost proporcjonalną do kwadratu prądu.
5. Do cewki o rezystancji 2 omów wpływa prąd o natężeniu 3 A. Indukcyjność cewki wynosi 50 mH. Jakie będzie napięcie na zaciskach cewki, jeśli prąd w niej będzie wzrastał równomiernie z prędkością 200 
?
Lekcja nr 46-169 Samoindukcja. Indukcyjność. Aktualna energia pola magnetycznego. D/z:§15; § 161. Samoindukcja– zjawisko występowania pola elektromagnetycznego w obwodzie przewodzącym, gdy zmienia się w nim natężenie prądu. Emf powstający w tym przypadku nazywa się emf samoindukowanym.Zgodnie z regułą Lenza, w momencie wzrostu prądu natężenie wirowego pola elektrycznego jest skierowane przeciw prądowi, tj. pole wirowe zapobiega wzrostowi prądu. A w chwili, gdy prąd maleje, pole wirowe go wspiera.
Zjawisko samoindukcji można zaobserwować w prostych eksperymentach.
Z 
Schemat równoległego połączenia dwóch identycznych lamp. Jeden z nich jest podłączony do źródła poprzez rezystorR
,
A
drugi - szeregowo z cewką L,
wyposażony w żelazny rdzeń.
P 
Po zamknięciu kluczyka pierwsza lampka miga niemal natychmiast, a druga z zauważalnym opóźnieniem. Samoindukcyjny emf w obwodzie tej lampy jest duży, a natężenie prądu nie osiąga od razu maksymalnej wartości (ryc.).
Pojawienie się samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego podczas otwierania:
Gdy klucz w cewce jest otwartyL grzebanie pokazuje wywołany przez siebie emf, który utrzymuje wartość początkowąnowy prąd. W rezultacie w momencie otwarcia przez galwanometr przepływa prąd (od R do A ), Skierowane przeciwkoprąd początkowy przed otwarciem ( I do amperomierza). Siłaprąd przy otwieraniu obwodu może przekroczyć natężenie prądu,
przechodzi przez galwanometr przy zamkniętym przełączniku.Oznacza to, że samoindukowany emfε JEST . więcej emf ε ba pojemniki z elementami.
2. Indukcyjność. Moduł wektorowy indukcyjny 
Pole magnetyczne wytwarzane przez prąd jest proporcjonalne do jego natężenia. Ponieważ strumień magnetyczny Ф jest proporcjonalny ,
następnie F~ B~
I.
Można argumentować, że Ф=LI, (1)
gdzie L - współczynnik proporcjonalności pomiędzy prądem w obwodzie przewodzącym a strumieniem magnetycznym. Wartość L zwany indukcyjność obwodu, albo on współczynnikobjętość samoindukcji.
Korzystając z prawa indukcji i wyrażenia elektromagnetycznego (1), otrzymujemy równość
ε
JEST
= -= - L 
(2),
jeśli założymy, że kształt konturu pozostaje niezmieniony przez cały czasPrąd zmienia się tylko ze względu na zmiany natężenia prądu.Ze wzoru (2) wynika, żeindukcyjność
-
to jest fi
wielkość iczna, liczbowo równa sile samoindukcji,
powstające w obwodzie, gdy zmienia się w nim siła prądu
1 A przez 1 s.
Indukcyjność zależy od czynników geometrycznych: wielkości przewodnika i jego kształtu, ale nie zależy bezpośrednio od natężenia prądu w przewodniku. Oprócz geometrii przewodnika, indukcyjność zależy od właściwości magnetycznych środowiska, w którym znajduje się przewodnik.
Indukcyjność jednego zwoju drutu jest mniejsza niż cewki (cewki) składającej się z N podobnych zwojów, ponieważ strumień magnetyczny cewki wzrasta o N razy.
Nazywa się jednostką indukcyjności SI Henz(oznaczone jako Gn). Indukcyjność przewodnika jest równa 1 Gn, Jeśliw nim z równomierną zmianą natężenia prądu przez 1 A za 1 s pojawia się samoindukowany emf 1 V: 1 Gn = 
= 1
3. Aktualna energia pola magnetycznego Zgodnie z prawem zachowania energii energia pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd jest równa energii, którą źródło prądu (ogniwo galwaniczne, generator w elektrowni itp.) musi wydać, aby wytworzyć prąd. Po otwarciu obwodu prąd zanika, a pole wirowe wykonuje pracę dodatnią. Energia zmagazynowana w prądzie zostaje uwolniona. Jest to wykrywane na przykład przez silną iskrę, która pojawia się w przypadku otwarcia obwodu o dużej indukcyjności. Zapisz wyrażenie na energię prądu I przepływający przez obwód o indukcyjności L (czyli energii pola magnetycznego prądu) można oprzeć na analogii pomiędzy bezwładnością a samoindukcją. Jeśli samoindukcja jest podobna do bezwładności, to indukcyjność w procesie wytwarzania prądu powinna odgrywać taką samą rolę jak masa podczas zwiększania prędkości ciała w mechanice. Rolę prędkości ciała w elektrodynamice odgrywa siła prądu I jako wielkość charakteryzująca ruch ładunki elektryczne. Jeśli tak, to aktualna energia W m można uznać za wielkość zbliżoną do energii kinetycznej ciała w mechanice i zapisać w postaci W m = (**) To właśnie to wyrażenie na energię prądu uzyskuje się w wyniku obliczeń. Energia prądu (**) wyrażana jest poprzez charakterystykę geometryczną przewodnika L, a obecna w nim siła to I. Ale tę samą energię można również wyrazić poprzez charakterystykę pola. Obliczenia pokazują, że gęstość energii pola magnetycznego (tj. energia na jednostkę objętości) jest proporcjonalna do kwadratu indukcji magnetycznej w M ~ V 2, podobnie jak gęstość energii pola elektrycznego jest proporcjonalna do kwadratu natężenia pola elektrycznego w E ~ E 2
Pamiętaj: Pole magnetyczne wytworzone przez prąd elektryczny ma energię wprost proporcjonalną do kwadratu prądu.
Podstawowe formuły: Prawo Faradaya (prawo indukcji elektromagnetycznej): ε = –, gdzie ΔФ jest zmianą strumienia magnetycznego, Δt jest okresem czasu, w którym nastąpiła ta zmiana.
Zjawisko samoindukcji polega na tym, że gdy zmienia się prąd w obwodzie, pojawia się emf, który przeciwdziała tej zmianie. Strumień magnetyczny Ф przez powierzchnię ograniczoną konturem jest wprost proporcjonalny do natężenia prądu Ja w obwodzie: Ф = LI,
gdzie L - współczynnik proporcjonalności, zwany indukcyjnością.
Sem samoindukcji wyraża się poprzez zmianę natężenia prądu w obwodzie Δ I według następującego wzoru:
ε = - = -L gdzie Δt jest czasem, w którym nastąpiła ta zmiana.
Energia pola magnetycznego W wyraża się wzorem: W=
Zadania. Samoindukcja. Indukcyjność.
1. Jaki emf samoindukcyjny występuje w cewce o indukcyjności 86 mH, jeśli w ciągu 0,012 s zaniknie w niej prąd o natężeniu 3,8 A?
2. Określ samoindukcję pola elektromagnetycznego, jeśli prąd w cewce o indukcyjności 0,016 mH maleje z szybkością 0,5 kA / s.
3. Jaka jest indukcyjność cewki, jeśli przy równomiernej zmianie prądu w niej od 2 do 12 A w 0,1 s pojawia się samoindukcyjny emf równy 10 V?
4. Strumień magnetyczny przenikający obwód przewodnika o rezystancji 0,2 oma zmienia się równomiernie od 1,2∙10 -3 Wb do 0,4∙10 -3 Wb w ciągu 2 ms. Określ natężenie prądu w obwodzie.
5. Do cewki o rezystancji 2 omów wpływa prąd o natężeniu 3 A. Indukcyjność cewki wynosi 50 mH. Jakie będzie napięcie na zaciskach cewki, jeśli prąd w niej będzie wzrastał równomiernie z szybkością 200 A/s?
6. Jaka jest szybkość zmiany prądu w uzwojeniu przekaźnika o indukcyjności 3,5 H, jeśli wzbudzi się w nim samoindukcyjne pole elektromagnetyczne o napięciu 105 V?
7. Cewkę o znikomej rezystancji i indukcyjności 3 H podłącza się do źródła prądu o sile elektromotorycznej 15 V i znikomej rezystancji wewnętrznej. Po jakim czasie prąd w cewce osiągnie wartość 50A? 8. Cewka o indukcyjności 0,2 H jest podłączona do źródła prądu o SEM = 10 V i rezystancji wewnętrznej 0,4 oma. Określ całkowite pole elektromagnetyczne w momencie otwarcia obwodu, jeśli prąd w nim zniknie w ciągu 0,04 s, a rezystancja drutu cewki wynosi 1,6 oma. 9. Cewka o rezystancji 10 omów i indukcyjności 0,01 H znajduje się w zmiennym polu magnetycznym. Kiedy strumień magnetyczny wytworzony przez to pole wzrósł o 0,01 Wb, prąd w cewce wzrósł o 0,5 A. Ile ładunku przepłynęło przez cewkę w tym czasie?
8
Powszechnie wiadomo, że pociąg opuszczający stację nie może od razu osiągnąć wymaganej prędkości.
Wymagana prędkość zostaje osiągnięta dopiero po pewnym czasie. W tym okresie znaczna część energii lokomotywy jest zużywana na pokonanie bezwładności pociągu, czyli na utworzenie rezerwy energii kinetycznej, a bardzo mała część na pokonanie tarcia.
Z uwagi na to, że jadący pociąg posiada zapas energii kinetycznej, nie może on natychmiastowo się zatrzymać i przez pewien czas będzie poruszał się na zasadzie bezwładności, to znaczy do czasu, aż cała rezerwa energii kinetycznej przekazanej mu przez lokomotywę na początku ruchu ruch opiera się na tarciu.
Podobne zjawiska zachodzą w zamkniętym obwodzie elektrycznym, gdy prąd jest włączany i wyłączany.
W momencie włączenia prąd stały(Rysunek 1) pole sił magnetycznych.
Obrazek 1. Bezwładność prądu elektrycznego. Po włączeniu prądu wokół przewodnika pojawia się pole magnetyczne.
W pierwszych chwilach po włączeniu prądu znaczna część energii źródła prądu jest zużywana na wytworzenie tego pola magnetycznego, a tylko niewielka część na pokonanie oporu przewodnika, a raczej na nagrzanie przewodnika przez prąd. Dlatego w momencie zamknięcia obwodu prąd nie osiąga natychmiast wartości maksymalnej . Maksymalne natężenie prądu ustala się w obwodzie dopiero po zakończeniu procesu tworzenia się pola magnetycznego wokół przewodnika (rysunek 2).
Rysunek 2. Po włączeniu źródła prądu prąd w obwodzie nie jest natychmiast ustalany.
Jeśli bez przerywania obwodu zamkniętego wyłączysz z niego źródło prądu, wówczas prąd w obwodzie nie zatrzyma się natychmiast, ale będzie w nim płynął, stopniowo zmniejszając się przez pewien czas (rysunek 3), aż pole magnetyczne wokół przewodnika zanika, czyli do momentu wyczerpania się całego zapasu energii zawartego w polu magnetycznym.
Rysunek 2. Wpływ emf samoindukcji na prąd w obwodzie. Po wyłączeniu źródła prądu prąd w obwodzie nie zatrzymuje się natychmiast.
Zatem pole magnetyczne jest nośnikiem energii. Gromadzi energię po włączeniu źródła prądu stałego i uwalnia ją z powrotem do obwodu po wyłączeniu źródła prądu. Energia pola magnetycznego ma zatem wiele wspólnego z energią kinetyczną poruszającego się obiektu. Pole magnetyczne powoduje „bezwładność” prądu elektrycznego.
Wiemy, że ilekroć zmienia się strumień magnetyczny przenikający obszar ograniczony zamkniętym obwodem elektrycznym, a indukowany emf .
Ponadto wiemy, że każda zmiana prądu w obwodzie pociąga za sobą zmianę liczba linii pola magnetycznego objętych tym łańcuchem. Jeżeli obwód zamknięty jest nieruchomy, wówczas liczba linii magnetycznych siły przebijającej dany obszar, może ulec zmianie jedynie wtedy, gdy nowe linie wyjdą poza ten obszar lub gdy istniejące linie wyjdą poza ten obszar. W obu przypadkach linie sił magnetycznych muszą podczas swego ruchu przecinać przewodnik. Przechodząc przez przewodnik, linie sił magnetycznych indukują w nim indukowany emf. Ale ponieważ w tym przypadku przewodnik sam w sobie indukuje emf, nazywa się to emf Samoindukowane emf.
Kiedy do dowolnego obwodu zamkniętego zostanie podłączone źródło prądu stałego, obszar ograniczony tym obwodem zaczyna być penetrowany z zewnątrz przez linie siły magnetycznej. Każda linia siły magnetycznej przychodząca z zewnątrz, przechodząc przez przewodnik, indukuje się w nim Samoindukowane emf.
Siła elektromotoryczna samoindukcji, działająca wbrew polu elektromagnetycznemu źródła prądu, opóźnia wzrost prądu w obwodzie. Po kilku chwilach, gdy wzrost strumienia magnetycznego wokół obwodu ustanie, emf samoindukcji zanika i w obwodzie ustala się natężenie prądu określone przez prawo Ohma:
Ja=U/R
Kiedy źródło prądu zostanie wyłączone z obwodu zamkniętego, linie siły magnetycznej muszą zniknąć z przestrzeni ograniczonej przewodnikiem. Każda wychodząca linia pola magnetycznego, przechodząc przez przewodnik, indukuje w nim samoindukcyjny emf, który ma ten sam kierunek, co emf źródła prądu; dlatego prąd w obwodzie nie zatrzyma się natychmiast, ale będzie płynął w tym samym kierunku, stopniowo zmniejszając się, aż strumień magnetyczny wewnątrz obwodu całkowicie zaniknie. Nazywa się prąd płynący w obwodzie po wyłączeniu źródła prądu prąd samoindukcyjny.
Jeśli obwód ulegnie przerwaniu po wyłączeniu źródła, prąd samoindukcyjny pojawi się w postaci iskry w miejscu otwarcia obwodu.
Każda zmiana prądu w cewce (lub ogólnie w przewodniku) powoduje jego indukcję Samoindukowane emf.
Kiedy w cewce indukuje się emf w wyniku zmiany jej własnego strumienia magnetycznego, wielkość tego emf zależy od szybkości zmian prądu. Im większa szybkość zmian prądu, tym większa siła samoindukcji.
Wielkość emf samoindukcji zależy również od liczby zwojów cewki, gęstości ich uzwojenia i wielkości cewki. Im większa średnica cewki, liczba jej zwojów i gęstość uzwojenia, tym większa siła samoindukcji. Ta zależność emf samoindukcji od szybkości zmian prądu w cewce, liczby jej zwojów i wymiarów ma bardzo ważne w elektrotechnice.
Kierunek emf samoindukcji jest określony przez prawo Lenza. Samoindukcyjne pole elektromagnetyczne zawsze ma kierunek, w którym zapobiega zmianie prądu, który go spowodował.
Inaczej mówiąc, spadek prądu w cewce pociąga za sobą pojawienie się samoindukcyjnego emf skierowanego w kierunku prądu, tj. zapobiegając jego spadkowi. I odwrotnie, gdy prąd wzrasta w cewce, pojawia się samoindukcyjny emf, skierowany przeciwko prądowi, tj. Zapobiegający jego wzrostowi.
Nie należy zapominać, że jeśli prąd w cewce się nie zmienia, to nie Samoindukowane emf nie powstaje. Zjawisko samoindukcji jest szczególnie wyraźne w obwodzie zawierającym cewkę z żelaznym rdzeniem, ponieważ żelazo znacznie zwiększa strumień magnetyczny cewki, a tym samym wielkość emf samoindukcji, gdy się zmienia.
Indukcyjność
Wiemy zatem, że wielkość emf samoindukcji w cewce, oprócz szybkości zmian prądu w niej, zależy również od wielkości cewki i liczby jej zwojów.
W rezultacie cewki o różnej konstrukcji przy tej samej szybkości zmiany prądu są w stanie indukować siły samoindukcyjne o różnej wielkości.
Aby odróżnić cewki od siebie pod względem zdolności do indukowania samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego, wprowadzono koncepcję indukcyjność cewki, Lub współczynnik samoindukcji.
Indukcyjność cewki jest wielkością charakteryzującą właściwość cewki do indukowania samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego.
Indukcyjność danej cewki jest wartością stałą, niezależną zarówno od natężenia przepływającego przez nią prądu, jak i szybkości jego zmian.
Henry jest indukcyjnością takiej cewki (lub przewodnika), w której, gdy prąd zmienia się o 1 amper w ciągu 1 sekundy, pojawia się samoindukcyjny emf o wartości 1 wolta.
W praktyce czasami potrzebna jest cewka (lub uzwojenie), która nie ma indukcyjności. W tym przypadku drut nawija się na szpulę, po wcześniejszym złożeniu go na pół. Ta metoda nawijania nazywa się bifilarnym.
Indukcja wzajemna pola elektromagnetycznego
Wiemy zatem, że indukowaną siłę emf w cewce można wywołać bez poruszania w niej elektromagnesu, a jedynie poprzez zmianę prądu w jej uzwojeniu. Aby jednak wywołać indukowany emf w jednej cewce poprzez zmianę prądu w drugiej, wcale nie jest konieczne wkładanie jednego z nich do drugiego, ale można je umieścić obok siebie
W tym przypadku, gdy zmienia się prąd w jednej cewce, powstały przemienny strumień magnetyczny będzie przenikał (przecinał) zwoje drugiej cewki i powodował w niej pole elektromagnetyczne.
Indukcja wzajemna umożliwia łączenie ze sobą różnych obwodów elektrycznych za pomocą pola magnetycznego. Takie połączenie jest zwykle nazywane sprzężenie indukcyjne.
Wielkość wzajemnej indukcji emf zależy przede wszystkim od prędkości, z jaką zmienia się prąd w pierwszej cewce. Im szybciej zmienia się w nim prąd, tym większy jest wzajemny emf indukcyjny.
Ponadto wielkość wzajemnie indukcyjnego emf zależy od indukcyjności obu cewek i ich względnego położenia, a także przenikalność magnetyczna środowiska.
Stąd, różnią się indukcyjnością i względne położenie cewki w różnych środowiskach są w stanie powodować wzajemne siły indukcyjne o różnej wielkości.
Aby móc rozróżnić różne pary cewek na podstawie ich zdolności do wzajemnego indukowania pola elektromagnetycznego, koncepcja indukcyjność wzajemna Lub współczynnik wzajemnej indukcji.
Indukcyjność wzajemna jest oznaczona literą M. Jej jednostką miary, podobnie jak indukcyjność, jest henr.
Henry to wzajemna indukcyjność dwóch cewek taka, że zmiana prądu w jednej cewce o 1 amper na sekundę powoduje powstanie w drugiej cewce siły elektromotorycznej o wzajemnej indukcyjności równej 1 woltowi.
Na wielkość pola elektromagnetycznego wzajemnej indukcji wpływa przenikalność magnetyczna otoczenia. Im większa przenikalność magnetyczna ośrodka, przez który zamknięty jest przemienny strumień magnetyczny łączący cewki, tym silniejsze jest sprzężenie indukcyjne cewek i tym większa jest wartość wzajemnej indukcji emf.
Działanie tak ważnego urządzenia elektrycznego jak transformator opiera się na zjawisku wzajemnej indukcji.
Zasada działania transformatora
Zasada działania transformatora opiera się na i jest następująca. Dwa uzwojenia są nawinięte na żelazny rdzeń, jeden z nich jest podłączony do źródła prądu przemiennego, a drugi do odbiornika prądu (rezystancja).
Uzwojenie podłączone do źródła prądu przemiennego wytwarza przemienny strumień magnetyczny w rdzeniu, który indukuje emf w drugim uzwojeniu.
Uzwojenie podłączone do źródła prądu przemiennego nazywa się pierwotnym, a uzwojenie, do którego podłączony jest odbiornik, nazywa się wtórnym. Ponieważ jednak przemienny strumień magnetyczny przenika jednocześnie przez oba uzwojenia, w każdym z nich indukowane są przemienne siły elektromotoryczne.
Wielkość pola elektromagnetycznego każdego zwoju, a także pola elektromagnetycznego całego uzwojenia, zależy od wielkości strumienia magnetycznego przechodzącego przez zwój i szybkości jego zmian. Szybkość zmian strumienia magnetycznego zależy wyłącznie od częstotliwości prądu przemiennego, która jest stała dla danego prądu. Wielkość strumienia magnetycznego jest również stała dla danego transformatora. Dlatego w rozważanym transformatorze pole elektromagnetyczne w każdym uzwojeniu zależy tylko od liczby zwojów w nim zawartych.
Stosunek napięcia pierwotnego do wtórnego jest równy stosunkowi liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Ten związek nazywa się .
Jeżeli do jednego z uzwojeń transformatora zostanie przyłożone napięcie sieciowe, to z drugiego uzwojenia zostanie usunięte napięcie większe lub mniejsze od napięcia sieciowego o tyle razy, o ile liczba zwojów uzwojenia wtórnego jest większa lub mniejsza .
Jeżeli napięcie większe niż przyłożone do uzwojenia pierwotnego zostanie usunięte z uzwojenia wtórnego, wówczas taki transformator nazywany jest transformatorem podwyższającym napięcie. I odwrotnie, jeśli z uzwojenia wtórnego usunie się napięcie mniejsze niż pierwotne, wówczas taki transformator nazywany jest transformatorem obniżającym napięcie. Każdy transformator może być używany jako transformator podwyższający lub obniżający.
Przekładnia transformacji jest zwykle wskazywana w paszporcie transformatora jako stosunek najwyższego napięcia do najniższego, tj. zawsze jest większy od jedności.
Gdy wyłącznik zostanie zamknięty w obwodzie pokazanym na rysunku 1, nastąpi to, którego kierunek jest pokazany pojedynczymi strzałkami. Wraz z pojawieniem się prądu powstaje prąd, którego linie indukcyjne przecinają przewodnik i indukują w nim emf. Jak stwierdzono w artykule „Zjawisko indukcji elektromagnetycznej”, to pole elektromagnetyczne nazywa się polem samoindukcyjnym. Ponieważ każdy indukowany emf jest skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała, a przyczyną tą będzie emf baterii elementów, emf samoindukcji cewki będzie skierowany przeciwko emf baterii. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji na rysunku 1 pokazano podwójnymi strzałkami.
Zatem prąd nie jest natychmiast ustalany w obwodzie. Dopiero po ustaleniu przecięcie przewodu linie magnetyczne zatrzyma się, a wywołany przez siebie emf zniknie. Wtedy obwód będzie przeciekał.
Rysunek 2 pokazuje obraz graficzny prąd stały. Oś pozioma przedstawia czas, a oś pionowa przedstawia prąd. Z rysunku widać, że jeśli w pierwszym momencie prąd wynosi 6 A, to w trzecim, siódmym i tak dalej momentach będzie również równy 6 A.
Rysunek 3 pokazuje, jak ustala się prąd w obwodzie po włączeniu. Samoindukcja emf, skierowana w momencie włączenia przeciwko emf baterii elementów, osłabia prąd w obwodzie, dlatego w momencie włączenia prąd wynosi zero. Następnie w pierwszej chwili prąd wynosi 2 A, w drugiej chwili - 4 A, w trzeciej - 5 A, a dopiero po pewnym czasie w obwodzie ustala się prąd o wartości 6 A.
 |  |
| Rysunek 3. Wykres przyrostu prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcyjny | Rysunek 4. Pole elektromagnetyczne samoindukcji w momencie otwarcia obwodu jest skierowane w tym samym kierunku, co pole elektromagnetyczne źródła napięcia |
Kiedy obwód zostanie otwarty (rysunek 4), zanikający prąd, którego kierunek jest oznaczony pojedynczą strzałką, zmniejszy jego pole magnetyczne. Pole to, zmniejszając się od pewnej wartości do zera, ponownie przejdzie przez przewodnik i indukuje w nim emf samoindukcji.
Kiedy obwód elektryczny z indukcyjnością zostanie wyłączony, samoindukcyjny emf będzie skierowany w tym samym kierunku, co emf źródła napięcia. Kierunek pola elektromagnetycznego samoindukcji pokazano na rysunku 4 podwójną strzałką. W wyniku działania samoindukcyjnego emf prąd w obwodzie nie zanika natychmiast.
Zatem wywołany przez siebie emf jest zawsze skierowany przeciwko przyczynie, która go spowodowała. Zwracając uwagę na tę właściwość, mówią, że pole elektromagnetyczne samoindukcyjne ma charakter reaktywny.
Graficznie zmianę prądu w naszym obwodzie, biorąc pod uwagę samoindukcyjny emf, gdy jest on zamknięty i gdy jest następnie otwierany w ósmym momencie, pokazano na rysunku 5.
 |  |
| Rysunek 5. Wykres wzrostu i spadku prądu w obwodzie z uwzględnieniem emf samoindukcji | Rysunek 6. Prądy indukcyjne po otwarciu obwodu |
Podczas otwierania obwodów zawierających duża liczba zwoje i masywne rdzenie stalowe lub, jak mówią, mając wysoką indukcyjność, samoindukcyjny emf może być wielokrotnie większy niż emf źródła napięcia. Wówczas w momencie otwarcia szczelina powietrzna pomiędzy nożem a dociskiem stałym wyłącznika zostanie przerwana i powstający łuk elektryczny stopi miedziane części wyłącznika, a w przypadku braku obudowy na wyłączniku może poparzyć ręce (ryc. 6).
W samym obwodzie samoindukcyjne pole elektromagnetyczne może przebić się przez izolację zwojów cewek i tak dalej. Aby tego uniknąć, niektóre urządzenia przełączające zapewniają ochronę przed samoindukcją pola elektromagnetycznego w postaci specjalnego styku, który po wyłączeniu zwiera uzwojenie elektromagnesu.
Należy wziąć pod uwagę, że samoindukcyjne pole elektromagnetyczne objawia się nie tylko w momentach włączania i wyłączania obwodu, ale także podczas wszelkich zmian prądu.
Wielkość emf samoindukcji zależy od szybkości zmian prądu w obwodzie. I tak na przykład, jeśli dla tego samego obwodu w jednym przypadku w ciągu 1 sekundy prąd w obwodzie zmienił się z 50 na 40 A (czyli o 10 A), a w innym przypadku z 50 na 20 A (czyli o 30 A), to w drugim przypadku w obwodzie zaindukuje się trzykrotnie większy emf samoindukcji.
Wielkość samoindukcyjnego emf zależy od indukcyjności samego obwodu. Obwody o dużej indukcyjności to uzwojenia generatorów, silników elektrycznych, transformatorów i cewek indukcyjnych z rdzeniami stalowymi. Proste przewodniki mają niższą indukcyjność. Krótkie proste przewodniki, lampy żarowe i elektryczne urządzenia grzewcze (piece, piece) praktycznie nie mają indukcyjności i prawie nie obserwuje się w nich pojawienia się samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego.
Strumień magnetyczny przenikający obwód i indukujący w nim emf samoindukcji jest proporcjonalny do prądu płynącego przez obwód:
F = L × I ,
Gdzie L- współczynnik proporcjonalności. Nazywa się to indukcyjnością. Określmy wymiar indukcyjności:
Om × s jest inaczej nazywany Henrym (Hn).
1 Henryk = 10 3 ; milihenr (mH) = 10 6 mikrohenrów (µH).
Indukcyjność, z wyjątkiem Henry'ego, mierzy się w centymetrach:
1 Henryk = 10 9 cm.
Na przykład 1 km linii telegraficznej ma indukcyjność 0,002 H. Indukcyjność uzwojeń dużych elektromagnesów sięga kilkuset henrów.
Jeśli prąd pętli zmieni się o Δ I, wówczas strumień magnetyczny zmieni się o wartość Δ Ф:
Δ Ф = L × Δ I .
Wielkość pola elektromagnetycznego samoindukcji pojawiająca się w obwodzie będzie równa (wzór pola elektromagnetycznego samoindukcji):
Jeśli prąd zmienia się równomiernie w czasie, wyrażenie będzie stałe i można je zastąpić wyrażeniem. Następnie całkowita wartość Samoindukcyjny emf powstający w obwodzie można znaleźć w następujący sposób:
Na podstawie ostatniego wzoru możemy zdefiniować jednostkę indukcyjności - henr:
Przewodnik ma indukcyjność 1 H, jeśli przy równomiernej zmianie prądu o 1 A na 1 sekundę indukuje się w nim samoindukcyjny emf o wartości 1 V.
Jak widzieliśmy powyżej, samoindukcja emf występuje w obwodzie prądu stałego tylko w momentach jego włączania, wyłączania i za każdym razem, gdy się zmienia. Jeśli obwód pozostaje niezmieniony, wówczas strumień magnetyczny przewodnika jest stały i emf samoindukcji nie może powstać (ponieważ . W momentach zmiany prądu w obwodzie emf samoindukcji zakłóca zmiany prądu, to znaczy, stanowi dla niego pewnego rodzaju opór.
Często w praktyce zdarzają się przypadki, gdy konieczne jest wykonanie cewki, która nie ma indukcyjności (dodatkowa rezystancja dla elektrycznych przyrządów pomiarowych, rezystancja reostatów wtykowych i tym podobne). W tym przypadku stosuje się uzwojenie cewki bifilarnej (rysunek 7)
Jak łatwo zauważyć na rysunku, w sąsiednich przewodnikach prądy płyną w przeciwnych kierunkach. Stąd, pola magnetyczne sąsiednie przewody ulegają wzajemnemu zniszczeniu. Całkowity strumień magnetyczny i indukcyjność cewki wyniosą zero. Aby lepiej zrozumieć pojęcie indukcyjności, podamy przykład z dziedziny mechaniki.
Jak wiadomo z fizyki, zgodnie z drugim prawem Newtona przyspieszenie, jakie uzyskuje ciało pod wpływem siły, jest proporcjonalne do samej siły i odwrotnie proporcjonalne do masy ciała:
Porównajmy ostatni wzór ze wzorem na samoindukowane emf, przyjmując bezwzględną wartość emf:
Jeśli w tych wzorach zmiany prędkości w czasie porówna się ze zmianami prądu w czasie, siła mechaniczna - siła elektromotoryczna samoindukcja, wówczas masa ciała będzie odpowiadać indukcyjności obwodu.
Z mundurem prosty ruch A= 0, więc F= 0, czyli jeśli na ciało nie działają żadne siły, jego ruch będzie prostoliniowy i jednostajny (pierwsza zasada Newtona).
W obwodach prądu stałego wartość prądu nie zmienia się, a zatem e L = 0.
