определение, основные понятия и примеры решений
Содержание:
- Расчет индуктивности
- Определение энергии магнитного поля катушки индуктивности
Определение 1
Рассмотрим проводящий контур. Если проходящий по контуру ток будет меняться во времени, то в том же контуре возникнет электродвижущая сила. Такое явление называется самоиндукция.
Самоиндукция возникает за счёт взаимосвязи переменных электрического и магнитного полей. Если по контуру идёт переменный ток, то он создаёт переменное магнитное поле. Оно в свою очередь обуславливает изменение потока вектора магнитной индукции через поверхность, ограниченную контуром. Изменяющийся поток, согласно закону электромагнитной индукции вызывает появление ЭДС (электродвижущей силы)
При этом, магнитный поток контура Φ находится в прямой зависимости от величины тока. Выполняется соотношение: Φ=LI.
Определение 2
Коэффициент самоиндукции (L), также называемый индуктивностью контура или катушки, является коэффициентом пропорциональности в формуле Φ=LI.
Определение 3
Также мера инерции электрического контура (катушки), то есть способность сопротивляться изменению (повышению, понижению, возникновению) электрического тока в нём, характеризуется через ЭДС самоиндукции. Параметр зависит от характеристик вещества проводника. Записывает следующим образом:
$\delta _{инд}=\delta_L = -\frac{\triangle Ф}{\triangle t} = -L \frac{\triangle I}{\triangle t} $
ЭДС самоиндукции имеет зависимость не только от скорости приращения или убывания магнитного потока, но и от того как быстро происходит изменение тока, протекающего в проводящем контуре.
В случае подключения катушки, созданное ею магнитное поле играет роль накопителя энергии. Проверить это утверждение не трудно, достаточно включить в схему параллельно катушке лампу. При отключении схемы от питания, лампа ненадолго зажжётся — это убывающее магнитное поле создало ЭДС, сгенерировало непродолжительный электрический ток.
В целом же энергия запасаемая катушкой и вовсе никуда не исчезает.
2}{ 2 μ_0 ⋅ μ} $
Согласно исследованиям Максвелла, формула верно описывает физическую величину применительно к любым магнитным полям.
236
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Элеком37, Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля. Правило Ленца.
Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля. Правило Ленца.
Индуктивность. Самоиндукция. Энергия магнитного поля.
Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре.
Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур.
В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.
Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется Генри (Гн).
Запомните: индуктивность контура не зависит ни от магнитного потока, ни от силы тока в нем, а определяется только формой и размерами контура, а также свойствами окружающей среды. Поэтому при изменении силы тока в контуре индуктивность остается неизменной. Индуктивность катушки можно рассчитать по формуле:
где: n – концентрация витков на единицу длины катушки:
ЭДС самоиндукции
, возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно формуле Фарадея равна:Итак ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.
Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии.
Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, может быть рассчитана по одной из формул (они следуют друг из друга с учётом формулы Φ = LI):
Соотнеся формулу для энергии магнитного поля катушки с её геометрическими размерами можно получить формулу для объемной плотности энергии магнитного поля (или энергии единицы объёма):
Правило Ленца.
Инерция – явление, происходящее и в механике (при разгоне автомобиля мы отклоняемся назад, противодействуя увеличению скорости, а при торможении отклоняемся вперёд, противодействуя уменьшению скорости),
и в молекулярной физике (при нагревании жидкости увеличивается скорость испарения, самые быстрые молекулы покидают жидкость, уменьшая скорость нагревания) и так далее. В электромагнетизме инерция проявляется
в противодействии изменению магнитного потока, пронизывающего контур. Если магнитный поток нарастает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать нарастанию магнитного потока,
а если магнитный поток убывает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать убыванию магнитного потока.
Правило Ленца для определения направления индукционного тока: возникающий в контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызывало этот ток.
Другие стаьи по теме “Электричество”
что это такое » Электроника Заметки
Индуктивность является одним из основных основных параметров, связанных с любой электрической или электронной схемой, и сами катушки индуктивности используются для обеспечения определенных уровней индуктивности в цепи.
Учебное пособие по индуктивности и трансформатору Включает:
Индуктивность
Символы
закон Ленца
Собственная индуктивность
Расчет индуктивного сопротивления
Теория индуктивного сопротивления
Индуктивность провода и катушки
Взаимная индуктивность
Трансформеры
Индуктивность является фундаментальным параметром в электрических и электронных схемах. Подобно сопротивлению и емкости, это основной электрический параметр, в той или иной степени влияющий на все цепи.
Индуктивность используется во многих областях электрических и электронных систем и цепей. Электронные компоненты могут иметь различные формы и называться по-разному: катушки, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы и т. д. . . Каждый из них также может иметь множество различных вариантов: с сердцевиной и без нее, а материалы сердцевины могут быть разных типов.
Понимание индуктивности и различных форм и форматов катушек индуктивности и трансформаторов является ключом к пониманию того, что происходит в электрических и электронных цепях.
Термин индуктивность был придуман Оливером Хевисайдом в 1886 году. Обычно символ L используется для катушек индуктивности, показанных на принципиальных схемах, и индуктивности в уравнениях в честь физика Генриха Ленца.
С тех пор термин «индуктор» используется в качестве основного термина для описания этой формы электрического параметра. Также многие электронные компоненты, основным параметром которых является индуктивность, носят имя, придуманное Appleton.
Основы индуктивности
Индуктивность — это способность катушки индуктивности накапливать энергию, и она делает это в магнитном поле, создаваемом потоком электрического тока.
Для создания магнитного поля требуется энергия, и эта энергия высвобождается, когда поле падает.
В результате магнитного поля, связанного с протеканием тока, катушки индуктивности генерируют противоположное напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в цепи.
Индуктивность возникает из-за магнитного поля, создаваемого электрическими токами, протекающими в электрической цепи.
Обычно катушки из проволоки используются, так как катушка увеличивает связь магнитного поля и увеличивает эффект.
Существует два способа использования индуктивности:
Самоиндукция: Самоиндукция — это свойство цепи, часто катушки, при которой изменение тока вызывает изменение напряжения в этой цепи из-за магнитного эффекта, вызванного протеканием тока. Можно видеть, что собственная индуктивность относится к одной цепи – другими словами, это индуктивность, обычно в пределах одной катушки. Этот эффект используется в одиночных катушках или дросселях.
Подробнее о . . . . собственная индуктивность.
- Взаимная индуктивность: Взаимная индуктивность — это индуктивный эффект, при котором изменение тока в одной цепи вызывает изменение напряжения во второй цепи в результате действия магнитного поля, связывающего обе цепи. Этот эффект используется в трансформаторах.
Определение единицы измерения индуктивности
При обозначении катушки индуктивности на принципиальной схеме или в уравнении обычно используется символ «L». На принципиальных схемах катушки индуктивности обычно нумеруются, L1, L2 и т. д.
Единицей индуктивности в системе СИ является генри, Гн, которую можно определить через скорость изменения тока и напряжения.
Определение генри:
Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, и это приводит к электродвижущей силе в один вольт.
Один генри равен 1 Вб/А.
Индуктивность – что происходит
Когда ток течет внутри проводника, независимо от того, является ли он прямым или имеет форму катушки, вокруг него создается магнитное поле, и это влияет на то, как создается ток после замыкания цепи.
С точки зрения того, как индуктивность влияет на электрическую цепь, полезно посмотреть, как работает схема, сначала для постоянного тока, а затем для переменного тока.
Хотя они следуют одним и тем же законам и приводят к одним и тем же результатам, это помогает объяснению, пример с постоянным током проще, и тогда это объяснение можно использовать в качестве основы для случая с переменным током.
• Постоянный ток:
. Постоянная времени T в секундах цепи, которая будет включать значение катушки индуктивности L Генри и соответствующее сопротивление цепи, R Ом, может быть рассчитана как L/R. T — это время, в течение которого ток I ампер возрастает до 0,63 от его конечного установившегося значения V/R. Энергия, запасенная в магнитном поле, равна 1/2 L I 2 .
Когда ток отключается, это означает, что фактически сопротивление цепи резко возрастает до бесконечности. Это означает, что отношение L/R становится очень маленьким и магнитное поле очень быстро падает. Это представляет собой большое изменение в магнитном поле, и, соответственно, индуктивность пытается поддерживать протекание тока, а обратная ЭДС создается, чтобы противостоять этому, возникающему из-за энергии, запасенной в магнитном поле.
Когда установлена противо-ЭДС, генерируемые очень высокие напряжения означают, что искры могут появиться на контакте переключателя, особенно сразу после разрыва контакта. Это приводит к ямочным контактам и износу любых механических переключателей. В электронных схемах эта обратная ЭДС может разрушить полупроводниковые устройства, поэтому часто используются способы уменьшения этой обратной ЭДС.
• Переменный ток:
В случае переменного тока, проходящего через индуктор, используются те же основные принципы, но поскольку форма волны повторяется, мы склонны рассматривать реакцию индуктора немного по-другому, поскольку это более удобно.
По своей природе переменная форма волны постоянно меняется. Это означает, что результирующее магнитное поле всегда будет меняться, и всегда будет создаваться индуцированная обратная ЭДС. Результатом этого является то, что индуктор препятствует протеканию через него переменного тока из-за индуктивности. Это в дополнение к сопротивлению, вызванному омическим сопротивлением провода.
Это означает, что если омическое сопротивление катушки индуктивности низкое, она будет пропускать постоянный ток с небольшими потерями, но может оказывать высокое сопротивление любому высокочастотному сигналу. Эту характеристику катушки индуктивности можно использовать для предотвращения прохождения высокочастотных сигналов через катушку индуктивности.
Подробнее о . . . . расчет индуктивного сопротивления.
Еще один аспект индуктивности заключается в том, что реактивное сопротивление индуктора и конденсатора могут действовать вместе в цепи, компенсируя друг друга.
Это называется резонансом и широко используется в полосовых фильтрах.
Индуктивность проводов и катушек
Прямые провода и катушки имеют индуктивность. Обычно катушки используются для катушек индуктивности, потому что связывание магнитного поля между различными витками катушки увеличивает индуктивность и позволяет удерживать провод в меньшем объеме.
Если бы провод не был скручен, то часто требовались бы провода очень большой длины, что делало бы электронные компоненты такого рода нежизнеспособными. Путем намотки провода максимизируется индуктивность, что позволяет включать катушки индуктивности во многие электронные схемы.
Однако даже индуктивность прямого провода может повлиять на некоторые электронные схемы. Для большинства низкочастотных применений индуктивностью прямого провода можно пренебречь, но по мере увеличения частоты до диапазона ОВЧ и выше индуктивность самого провода может стать значительной, и межсоединения должны быть короткими, чтобы минимизировать эффекты.
Доступны расчеты, позволяющие довольно точно рассчитать индуктивность проводов, но индуктивность катушек немного сложнее и зависит от множества факторов, включая форму катушки и константу материала внутри и вокруг катушки. .
Подробнее о . . . . индуктивность прямого провода и катушек.
Катушки индуктивности
Существует множество катушек индуктивности, используемых для обеспечения индуктивности в электронных схемах. Эти электронные компоненты могут принимать различные формы: одни могут быть большими, другие маленькими, и они могут иметь множество форматов.
Эти компоненты могут использоваться во множестве электронных схем, но два основных применения связаны с проектированием радиочастотных схем, где катушки индуктивности являются важной формой электронных компонентов.
Они также широко используются в фильтрах для таких элементов, как электромагнитная совместимость, где электронные сигналы, генерируемые электронными элементами, не должны создавать помех для других элементов оборудования.
Например, в компьютерных кабелях часто можно увидеть простую форму катушки индуктивности, где вокруг кабеля добавляется феррит для увеличения индуктивности и предотвращения прохождения и передачи сигналов по кабелю, что создает возможность помех для других систем.
Примечание по катушкам индуктивности:
Катушки индуктивности — это электронные компоненты, использующие индуктивность в электронной цепи. Эти катушки индуктивности представляют собой обычно намотанные компоненты, имеющие много витков провода для увеличения уровня индуктивности. Они также могут быть на ферромагнитных сердечниках для дальнейшего увеличения уровня индуктивности.
Подробнее о Катушки индуктивности.
Для тех, кто занимается проектированием электронных схем, существует очень хороший выбор этих компонентов, которые позволяют реализовать все виды различных типов схем и функций.
Индуктивность является очень важным аспектом проектирования электронных схем.
Хотя катушки индуктивности не так широко используются в низкочастотных электронных схемах из-за большого размера электронных компонентов, необходимых для обеспечения необходимых уровней индуктивности, они широко используются для гораздо более высоких частот в радиочастотных конструкциях, а также в ЭМС. где используется фильтрация, часто с использованием катушек индуктивности, чтобы никакие помехи не смогли пройти по проводам и кабелям.
В связи с этим индуктивность является очень важным аспектом электротехники и электроники, и базовое понимание всегда очень полезно.
Дополнительные основные понятия и руководства по электронике:
Напряжение
Текущий
Власть
Сопротивление
Емкость
Индуктивность
Трансформеры
Децибел, дБ
Законы Кирхгофа
Q, добротность
РЧ-шум
Сигналы
Вернуться в меню основных понятий электроники . . .
Индуктивность
Ваш браузер не поддерживает апплеты Java
ДАТЧИК И ИНДУКТИВНОСТЬ
Конденсаторы способны на
накопление заряда в электростатическом поле.
Индукторы способны хранить
заряд в электромагнитном поле.
Способность вызывать напряжение между собой при изменении тока называется самоиндукцией или просто индуктивность. Индуктивность также препятствует изменению тока.
Индукторы не имеют оппозиции для устойчивого постоянного тока.
L – это символ индуктивность. Основной единицей индуктивности является генри, названная в честь американского физик Джозеф Генри.
Индуктивность в электрическом цепей аналогична инерции в механических операциях. Это требует больше энергии запускать или останавливать ток в индукторе, чем поддерживать его течение.
ИНДУКТОР ОСНОВЫ
Индуктор представляет собой катушку с проволокой. Катушка с проводом является электромагнитной, когда через нее проходит ток.
Индукторы также называются дроссели, катушки импеданса и реакторы.
Сердечник катушки индуктивности может быть
магнитный материал, такой как железо или изолирующий материал.
Термин воздушное ядро
используется для любых катушек индуктивности, не имеющих магнитопровода.
Индуктивность больше с больше катушек, большая площадь поперечного сечения и меньшая длина катушки.
САМОИНДУКЦИЯ
Любой проводник имеет некоторую индуктивность, потому что он производит магнитное поле вокруг него. При изменении тока меняется магнитное поле. При изменении магнитного поля в магните индуцируется электродвижущая сила. проводник. Полярность этой индуцированной силы противоположна приложенной напряжение проводника. Эффект состоит в том, что индуктивность препятствует изменению текущая величина.
Об этом говорится в законе Ленца. ЭДС индукции в любой цепи равна всегда в направлении противодействия эффекту, который его произвел.
Когда переменный ток проходит через катушку индуктивности происходит постоянное изменение тока. Эффект оппозиции нынешнему тогда непрерывно.
Когда постоянный ток (постоянный ток) проходит через катушку индуктивности,
противодействие току присутствует только тогда, когда есть изменение, такое как начало,
остановка или изменение текущего потока.
Самоиндуцируемое напряжение Уравнение
1 Гн (Генри) индуктивности видно, когда изменение тока на 1 А в секунду вызывает индуцированное напряжение 1 В.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КАТУШКУ ИНДУКТИВНОСТЬ
- Большее число витков увеличивает индуктивность
- Катушка большего диаметра имеет большую индуктивность
- Индуктивность уменьшается по мере увеличения длины катушки
- Сердечник с высокой проницаемостью увеличивает индуктивность
л = (мкН2А/л)
ВЗАИМНАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ
Взаимная индуктивность – это когда два катушки расположены так, что магнитный поток от одной катушки связывается с витками другой катушки. Катушки называются связанными.
Трансформатор переменного тока цепи является распространенным примером взаимной индуктивности.
Факторы, влияющие на взаимную индуктивность
Жесткая связь относится к
высокая степень взаимной индуктивности, например, трансформатор с двумя обмотками
вокруг того же магнитного сердечника.
Слабая связь – это когда два катушки расположены далеко друг от друга или под прямым углом друг к другу.
Воздушное ядро
Катушки с полым или немагнитные сердечники называются катушками с воздушным сердечником. Имеют низкие значения индуктивности. и обычно используются для высокочастотных приложений.
Железное ядро
Катушки индуктивности с железным сердечником используют железо или сплав для сердечника. Возможны большие значения индуктивности. Гистерезис и потери на вихревые токи ограничивают железный сердечник низкими частотами, такими как линия электропередач и аудио. Многослойный листовой материал часто используется для уменьшения вихревых токов. Мягкое железо такой материал, как кремнистая сталь, может использоваться для уменьшения потерь на гистерезис.
Сердечник из порошкового железа
Железный порошок смешивают с
непроводящее связующее снижает потери на вихревые токи. Более высокий ток
возможно до насыщения катушки индуктивности.
Ферритовый сердечник
Ферриты хорошо магнитятся. проводники, но плохие электрические проводники. Это снижает потери на вихревые токи.
Тороидальный сердечник
Из-за формы большинство поток течет внутри сердечника, что приводит к очень небольшим потерям на утечку потока.
Подвижное (переменное) ядро
Это переменные катушки индуктивности. который можно повернуть.
Печатная плата Core
Спираль из меди на В качестве катушки можно использовать печатную плату. Только малые значения индуктивности возможно, что ограничивает его полезность для высокочастотных приложений.
КОМБИНАЦИИ ИНДУКТОРОВ
Катушки индуктивности серии
Когда индуктивность не соединенные (достаточно далеко друг от друга, чтобы не влиять друг на друга) и соединенные последовательно общая индуктивность представляет собой сумму индивидуальных индуктивностей.
L T = L 1 + L 2 + L 3 + + Л Н
Когда два взаимно связанных
катушки соединены последовательно, на общую индуктивность влияют их поля
либо последовательно содействующие, либо последовательно противодействующие друг другу.
L T = L 1 + L 2 +/- 2л М
Катушки индуктивности параллельно
Когда индукторы не соединенных и соединенных параллельно, общая индуктивность находится в аналогичном отношение к общему сопротивлению резисторов, включенных параллельно.
Л Т = 1 / ( 1/л 1 + 1/л 2 + + 1/л Н )
Взаимно связанные индукторы параллельно:
Вспомогательные поля: 1/L T = 1 / (L 1 + Л М ) + 1 / (л 2 + Л М )
Противоположные поля: 1/L T = 1 / (L 1 – Л М ) + 1 / (L 2 – Л М )
ЭНЕРГИЯ, АККУМУЛИРОВАННАЯ В ИНДУКТОРЕ
Открытие цепи
Когда цепь с
индуктор открывается, магнитное поле схлопывается и индуцируется напряжение.
напряжение со временем рассеивается из-за I 2 Р
потеря.
