Индуктивността е величина, която характеризира конкретен проводник и средата, която е в зоната, покрита от проводника. Индуктивност: формула

Електрическият проводник има способността да съхранява енергия в магнитно поле. Това явление се нарича индуктивност. За обикновен проводник, който има права форма, тази стойност е от малко значение, но ако на проводника се даде формата на спирала и същата посока на тока със съседните проводници, тогава техните полета ще взаимодействат. Това ще увеличи индуктивността. Но има факт, че въздухът значително ги отслабва.

Човешкият мозък предложи следното: полето трябва да тече около проводниците не през въздуха, а през желязото, чието съпротивление на магнитното поле е много по-малко. Такива бобини са индуктивни.

Имоти

Когато се приложи напрежение към индуктивна намотка, текуща рампа, а при отстраняването му започва падането му. Не е възможно незабавно да спрете потока му в намотката, точно както например е невъзможно незабавно да спрете автомобил, който се състезава с висока скорост. Ако се опитате бързо да спрете нарастването на този параметър, ще има удар на напрежение, равен на факта, че в този случай може да причини искров разряд. Това явление се нарича самоиндукция. На този принцип се основава работата на запалителната бобина в автомобила.

Коефициент на самоиндукция- това е индуктивност. С други думи: стойност, която характеризира връзката между електрическия ток в проводника и магнитното поле, създадено по време на потока. Тази мярка представлява сумата от индукционния поток. Доказана е пряката му зависимост от конфигурацията на проводника и от пропускливостта.

Когато към бобината се приложи постоянно напрежение, в бобината се появява напрежение, противоположно на напрежението на електрическия ток (E \u003d U), което изчезва след известно време. Това противоположно напрежение се нарича EMF (електродвижеща сила на самоиндукция). Параметърът зависи от индуктивността на бобината.

Как да намерите индуктивност

Формулите за индуктивност ще изглеждат така:

• Ф = LI (магнитен поток във веригата);
• E \u003d LdI / dt (емф на самоиндукция).

EMF определя енергията на магнитното поле, съпротивлението на системата зависи от тази стойност при промяна на тока. В този случай ЕМП на самоиндукция е насочена противоположно на последната.

Превод на думата "индукция" от латински език (induct) - подтик, подтикване. Въз основа на гореизложеното е ясно, че това е стойност, която характеризира магнитните свойства на електрическата верига. Токът на проводящата верига създава магнитно поле в заобикалящото го пространство. В този случай потокът F, възникващ във веригата, има пряка пропорционалност на него. Формално се записва по следния начин: Ф=LI, където L е коефициентът на пропорционалност или коефициентът на самоиндукция на веригата. Определя се от размера и формата на контура, както и от магнитната проницаемост на средата.

Енергията W на магнитното поле на тока I се определя по формулата: W =LI2/2. При аналогия между електрически и механични явления енергията е сравнима с кинетичната енергия на тялото T=mv2/2, където m е масата, v е скоростта. Тогава индуктивността е като масата, а токът е като скоростта. Това визуално сравнение помага да се разбере по-добре същността. Тази интересна характеристика определя инерционните свойства на електрическия ток.

На практика, за да се увеличи стойността му, човек използва бобини с феромагнитни сърцевини, техните свойства зависят от силата на магнитното поле и, следователно, I. По принцип това са феритни плочи, изработени от електрическа стомана. Ефективността на използването на ядра е доста значителна: индуктивността на бобината се увеличава няколко пъти. В допълнение към цилиндричните, тороидалните опции са често срещани, те ви позволяват да постигнете по-голяма индуктивност, поради наличието на затворен магнитен поток.

Индуктивността на соленоид с определена дължина с N навивки и площ на напречното сечение S в среда с пропускливост m е равна на:

където m0 е магнитната проницаемост на вакуума.

Измерване на индуктивност на бобинатаможе да се направи в лабораторията. Единицата за индуктивност в системата SI е 1 Хенри - измерва се във верига с магнитен поток от 1 Wb, докато силата на тока във веригата е 1 Ампер. В системата на Гаус индуктивността е 1 H = 10⁹ cm.

За да го определите, трябва да измерите ефективната стойност на променливия ток и неговата честота, както и напрежението на бобината и нейното активно съпротивление:

1. Р- омично съпротивление на намотката.
2. Ф- AC честота.
3. U - волтаж.
4. аз - сила на тока.

Използването на намотки в технологиите

Феноменът електромагнитна индукция е известен отдавна и се използва широко в технологиите. Примери за използване:

Един от основните и важни елементи, използвани в радиотехниката, е индукторът. Тази най-разпространена част от радиооборудването се характеризира с редица специфични и уникални физически свойства, без разбирането на които е невъзможно да се разберат напълно процесите, протичащи във веригите.

Понятия: индукция и индуктивност

През 1820 г. датският учен Ханс Ерстед открива зависимостта на магнитното поле от тока: когато електрически ток тече през проводник, около него се образува магнитно поле. За да се характеризира магнитното поле, беше въведен определен критерий - това е магнитната индукция. Тъй като магнитната индукция има своя собствена ориентация, тя е векторна величина и описва силата на полето в определена точка от пространството и обяснява ефекта на полето върху веригата (намотката) или елементарните заредени частици. Използвайки закона на десния винт, се намира ориентацията на следите на полето B.

Във физиката стойността на модула на вектора на магнитната индукция B зависи пряко от максималната сила, действаща върху сечението на проводника, и обратно зависи от силата на тока в проводника и дължината на сечението на проводника:

Въз основа на индукционната формула стойността му се измерва в специални мерки:

V=N/Am=Tl (тесла).

Големината на магнитната индукция на една тесла е максималната сила от един нютон, която действа върху определен сегмент от шунта с дължина един метър, като в него протича ток със сила един ампер.

В зависимост от използвания модел се използват различни методи за изчисляване на модула на вектора на магнитната индукция:

1. Магнитното поле на безкраен прав проводник се определя като:

B=µ0I/2πr, където:

• µ0 – магнитна константа, числено равна на µ0=4π10-7 Tl×m/A;
• I е токът на проводника;
• r е разстоянието от измерената точка до проводника.

B= µ0IN/l, където:

• N е броят на завъртанията на соленоида;
• l е дължината на соленоида.

Соленоидът е намотка с равномерно разпределени навивки, чиято дължина е много по-голяма от радиуса.

1. Магнитното поле в центъра на кръговия ток се формулира като:

Въз основа на формулите, независимо от избора на източника, който генерира магнитното поле, модулът на вектора на магнитната индукция е пропорционален на силата на тока в проводника B~I. Токът, протичащ във веригата, създава магнитно поле, което прониква и в самата верига. Ако във веригата се постави определена област, тогава тази област ще бъде пробита от магнитното поле, създадено от кръговия ток във веригата. Съответно някакъв магнитен поток ще премине през сайта.

Определянето на големината на магнитния поток през равна площ изглежда така:

Φ=BScosα, където:

• B е векторът на магнитната индукция;
• S - обект (площ);
• α е ъгълът между посоката на нормалата към мястото S и посоката на вектора на магнитната индукция B.

Като се има предвид пропорционалната зависимост на вектора на магнитната индукция от силата на тока във веригата, можем да заключим, че същата зависимост на силата на тока във веригата и магнитния поток Ф ~ I.

Тъй като съотношението F / I зависи не само от тока на веригата, но и от сайта S, тогава това съотношение е характеристика на самата верига и се нарича индуктивност на веригата:

Индуктивността на верига (бобина) е физична величина, равна на отношението на магнитния поток, създаден от тока в тази верига (бобина) към силата на тока.

Мерната единица за индуктивност на верига (бобина) е отношението Wb (вебер) / A (ампери), наречено Gn (хенри). Стойността на един Хенри е индуктивността на такава верига (бобина), в която циркулира ток с мощност от един ампер и се създава поток от един уебер.

Индуктивност на соленоида

Токът, протичащ през цилиндричната намотка на проводника, възбужда електромагнитно поле. Векторът на индукция на полето е равен на:

Потокът на магнитното поле на соленоида прониква през всеки от завоите на соленоида и съответно е равен на:

Ф=Ф1N, където:

• F1 - поток на магнитно поле, проникващ в един оборот;
• N е броят на навивките на проводника.

Тъй като полето вътре в цилиндричната намотка на жицата е равномерно, потокът на магнитното поле, преминаващ през един завой, е равен на:

Ф1=BS= µ0INS/l,

и съответно изчисляването на общия магнитен поток на соленоида е:

Ф= µ0INSN/l=µ0IN2S/l.

След като се изчисли този соленоиден поток, не е трудно да се определи индуктивността на дадена намотка (соленоид):

L=F/I= µ0IN2S/lI.

След като намалихме силата на тока в числителя и знаменателя, получаваме крайния израз, който ни позволява да определим индуктивността на соленоида или намотката:

Lsol. = µ0N2S/l.

Соленоидът е специален случай на индуктор. При изчисляване на намотки се използва такава концепция като относителната магнитна пропускливост на веществото вътре в намотката, обозначена с µ. Съответно формулата за индуктивност изглежда така:

От формулата може да се види, че няколко фактора влияят върху характеристиките на намотката:

1. Брой навивки - с увеличаване на броя на навивките се увеличава броят на магнитните линии, пресичащи веригата (бобината);
2. Диаметър на намотката - потоците в намотка с по-голям диаметър показват по-малко компенсиращ ефект една върху друга;
3. Линейният размер на намотката - намотка с големи линейни размери предотвратява образуването на магнитен поток;
4. Свойства на сърцевината - Материал на сърцевината с по-добра магнитна пропускливост запазва магнитния поток по-добре.

Формула за индуктивност

Има много разновидности на индуктори, които се различават по конфигурация и обхват. По-долу има серия от формули, показващи как да се намери индуктивността на бобина:

1. Измерването на индуктивността на стандартна намотка се извършва по формулата:

L=µ0µN2S/l, където:

• L е характеристиката на намотката (H);
• µ0 е магнитна константа;
• µ е пропускливостта на материала на сърцевината;
• N е броят на навивките на проводника;
• S е площта на диаметралното сечение (m2);
• l е активната част на намотката в метри.

1. Директна индуктивност на проводника:

L=5,081(ln4l/d-1), където:

• L е характеристиката на бобината (nH);
• l е размерът на проводника;
• d е диаметърът на проводника.

1. Възможно е да се определи индуктивността на бобини с въздушна сърцевина благодарение на формулата:

L=r2N2/9r+10l, където:

• r е външният радиус;
• l е активната част на намотката.

1. Индуктивност на многослойна намотка с въздушна сърцевина:

L=0.8r2N2/6r+9l+10d, където:

• L е характеристиката на намотката (mH);
• l е активната част на намотката;
• d е дълбочината на бобината.

1. Индуктивност на плоска бобина:

L=r2N2/6r+11d, където:

• L е характеристиката на намотката (mH);
• r е средният радиус на намотката;
• d е дълбочината на бобината.

В радиотехниката често се използва сдвояване на няколко намотки. Когато индукторите са свързани последователно или паралелно, се използват различни формули за намиране на общата индуктивност.

Общата индуктивност, когато е свързана последователно, се изчислява като:

Lобщо=L1+L2+…+Ln.

Когато намотките са свързани паралелно, общата индуктивност е равна на израза:

1/Lобщо=1/L1+1/L2+…+1/Ln.

Индуктор

Индукторът е компонент, състоящ се от проводник, навит върху сърцевина, съдържаща желязо или без сърцевина. Мултиметър или LC метър ще отговори на въпроса как да се измери индуктивността на намотка. Това устройство се използва предимно от радиолюбители.

Дроселите са изключителен клас индуктори. Дроселът е такава намотка, чиято цел е да създаде огромно противопоставяне на променливия ток във веригата, за да потисне високочестотните токове. Правият ток преминава през такъв дросел, без да среща препятствие.

Когато избирате конкретен индуктор, трябва да обърнете внимание на някои важни параметри, които влияят върху работата на компонента:

1. Необходим индикатор за индуктивност;
2. Ограничението на тока, за което е проектиран компонентът;
3. Допустимо разпространение на характеристиките на бобината;
4. Отклонение на параметъра при колебания на температурата;
5. Стабилни характеристики на бобината;
6. Активно съпротивление на намотката на бобината;
7. Качествен фактор на компонента;
8. Честотният диапазон, при който бобината работи без загуби.

Индукторите са намерили своето приложение както в аналоговите, така и в цифровите схеми. Структура, събрана върху индуктори и кондензатори, наречена осцилаторна верига, е способна да усилва или прекъсва трептенията с определена честота. Използването на дросели в каскадите на захранващите устройства ви позволява да елиминирате остатъчните смущения и шум. Конструкцията на компоненти като трансформатор се дължи изцяло на физическите характеристики на индуктора. Също така индукторите се разделят на компоненти с постоянна индуктивност и бобини с променлива индуктивност. Телефоните, изглаждащите филтри, високочестотните вериги включват намотки с постоянна стойност на индуктивност. От своя страна резонансните вериги на RF и RF пътищата на приемните устройства в състава си имат бобини с променлива стойност на индуктивност.

Предоставеният материал обяснява напълно физичните явления: индукция, магнитен поток и индуктивност. Статията разглежда различни видове индуктори, принципите на тяхната конструкция и характеристиките на приложение.

Видео

Всеки от нас имаше проблеми с предметите в училище. Някой имаше проблеми с химията, някой с физиката. Но дори и винаги да сте били добри с тези предмети, вероятно не помните всички теми, които са ви давали в училище. Една такава тема е електромагнетизмът като цяло и изчисляването на индуктивността на намотките в частност.

Като начало, нека се потопим малко в историята на такова явление като магнетизма.

История

Магнетизмът започва своята история в древен Китай и древна Гърция. Магнитната желязна руда, открита в Китай, тогава е била използвана като стрелка на компас, сочеща на север. Има препратки, че китайският император го е използвал по време на битката.

Въпреки това до 1820 г. магнетизмът се разглежда само като феномен. Цялото му практическо приложение беше в насочването на стрелката на компаса на север. Въпреки това през 1820 г. Ерстед провежда своя експеримент с магнитна игла, показвайки ефекта на електрическо поле върху магнит. Този опит послужи като импулс за някои учени, които се заеха сериозно с развитието на теорията за магнитното поле.

Само 11 години по-късно, през 1831 г., Фарадей открива закона за електромагнитната индукция и въвежда понятието "магнитно поле" в ежедневието на физиците. Именно този закон послужи като основа за създаването на индуктори, които ще бъдат обсъдени днес.

И преди да преминем към разглеждането на самото устройство на тези намотки, нека освежим концепцията за магнитно поле в главите си.

Магнитно поле

Тази фраза ни е позната от училище. Но мнозина вече са забравили какво означава това. Въпреки че всеки от нас помни, че магнитното поле е в състояние да действа върху обекти, като ги привлича или отблъсква. Но освен това има и други характеристики: например, магнитното поле може да повлияе на електрически заредени обекти, което означава, че електричеството и магнетизмът са тясно свързани и едно явление може плавно да преминава в друго. Учените отдавна разбраха това и затова започнаха да наричат ​​всички тези процеси заедно с една дума - "електромагнитни явления". Всъщност електромагнетизмът е доста интересна и все още не напълно проучена област на физиката. То е много обширно и знанията, които можем да ви представим тук, са много малка част от това, което е известно на човечеството за магнетизма днес.

А сега да преминем директно към темата на нашата статия. Следващият раздел ще бъде посветен на разглеждането на устройството на самия индуктор.

Какво е индуктор?

Срещаме тези обекти през цялото време, но едва ли им придаваме някакво специално значение. Това е рутина за нас. Всъщност индукторите се намират днес в почти всяко устройство, но най-яркият пример за тяхното използване са трансформаторите. Ако мислите, че трансформаторите се намират само в електрическите подстанции, тогава много грешите: вашето зарядно устройство за лаптоп или смартфон също е вид трансформатор, само че по-малък от тези, използвани в електроцентрали и разпределителни подстанции.

Всеки индуктор се състои от сърцевина и намотка. Ядрото е пръчка, изработена от диелектрик или феромагнитен материал, върху който е навита намотката. Последният най-често се изработва от медна тел. Броят на завъртанията на намотката е пряко свързан с големината на магнитната индукция на получената намотка.

Сега, преди да разгледаме изчисляването на индуктивността на намотките и формулите, необходими за това, нека поговорим за това какви параметри и свойства ще изчислим.

Какви са параметрите на бобината?

Бобината има няколко физически характеристики, които отразяват нейното качество и пригодност за конкретна работа. Един от тях е индуктивността. Числено е равно на съотношението на потока на магнитното поле, създадено от намотката, към големината на този ток. Индуктивността се измерва в Хенри (H) и в повечето случаи приема стойности от единици микрохенри до десетки Хенри.

Индуктивността е може би най-важният параметър на бобината. Ето защо не е изненадващо, че повечето хора дори не се замислят, че има други величини, които могат да опишат поведението на намотката и да отразят нейната пригодност за конкретно приложение.

Друг параметър, който трябва да се вземе предвид, е качественият фактор на веригата. Той е тясно свързан с предишния параметър и е съотношението на реактивното съпротивление към активното съпротивление (съпротивление на загуба). Съответно, колкото по-висок е качественият фактор, толкова по-добре. Увеличаването му се постига чрез избор на оптимален диаметър на проводника, материал и диаметър на сърцевината, както и броя на намотките.

Сега нека разгледаме по-отблизо най-важния и най-вълнуващ параметър за нас - индуктивността на намотката.

Още малко за индуктивността

Вече се занимавахме с тази концепция и сега остава да поговорим за нея малко по-подробно. За какво? В края на краищата трябва да изчислим индуктивността на намотките, което означава, че трябва да разберем какво представлява и защо трябва да я изчисляваме.

Индукторът е проектиран да създава магнитно поле, което означава, че има параметри, които описват неговата сила. Този параметър е магнитният поток. Но различните намотки имат различни загуби по време на преминаване на ток през тях и съответно различна ефективност. В зависимост от диаметъра на проводниците и броя на навивките, бобината може да създаде различно магнитно поле. Това означава, че е необходимо да се въведе стойност, която да отразява връзката между големината на магнитния поток и силата на тока, преминаващ през намотката. Този параметър е индуктивността.

Защо трябва да изчислявате индуктивността?

В света има много намотки от различни видове. Те се различават един от друг по свойства, а оттам и по приложения. Някои се използват в трансформатори, други, соленоиди, действат като електромагнити с голяма сила. В допълнение към тях има много приложения за индуктори. И всички те изискват различни видове намотки. Те се различават по своите свойства. Но повечето от тези свойства могат да се комбинират с помощта на концепцията за индуктивност.

Вече се доближихме до обяснението какво включва формулата за изчисляване на индуктивността на бобината. Но си струва да се отбележи, че не говорим за "формула", а за "формули", тъй като всички бобини могат да бъдат разделени на няколко големи групи, всяка от които има своя отделна формула.

Видове намотки

По функционалност има контурни намотки, които се използват в радиофизиката, свързващи намотки, използвани в трансформатори, и вариометри, т.е. намотки, чиято производителност може да се променя чрез промяна на относителното положение на намотките.

Има и такъв тип намотки като дросели. В рамките на този клас също има разделение на редовни и двойни. Те имат висока устойчивост на AC и много ниска на DC, така че могат да служат като добър филтър, който пропуска DC и забавя AC. Двойните дросели са по-ефективни при високи токове и честоти от конвенционалните дросели.

Формули за изчисление

Време е да преминем към основната тема на статията. Ще започнем, като ви покажем как да изчислите индуктивността на намотка без сърцевина. Това е най-простият вид изчисление. Но и тук има тънкости. Вземете, за простота, намотка, чиято намотка е в един слой. За него е валидно изчислението на еднослоен индуктор:

L=D 2 *n 2 /(45D+100l ).

Тук L е индуктивността, D е диаметърът на намотката в сантиметри, n е броят на навивките, l е дължината на намотката в сантиметри. Еднослойна намотка предполага, че дебелината на намотката няма да бъде повече от един слой, което означава, че изчислението на плосък индуктор е валидно за него. Като цяло повечето формули за изчисляване на индуктивности са много сходни: значителни разлики са само в коефициентите за променливи в числителя и знаменателя. Най-простият тук е да се изчисли индуктивността на намотка без сърцевина.

Интерес представлява и формулата за изчисляване на индуктивността на намотка с голям брой навивки:

L \u003d 0,08 * D 2 * n 2 / (3 * D + 9 * b + 10 * c).

Тук b е ширината на жицата, c е нейната височина. Такава формула е ефективна за изчисляване на многослоен индуктор. На практика се използва малко по-рядко от този, който ще бъде разгледан по-долу.

Най-подходящото, може би, ще бъде изчисляването на индуктивността на намотка със сърцевина. Има специална формула, която показва, че тази индуктивност се определя от материала, от който е направено ядрото, или по-скоро от неговата магнитна пропускливост. Тази формула изглежда така:

L \u003d m * m 0 * n 2 * S / l,
където m е магнитната пропускливост на материала на сърцевината, m 0 е магнитната константа (равна на 12,56 · 10-7 H / m), S е площта на напречното сечение на намотката, l е дължината на намотката.

Изчисляването на завоите на индуктора е много просто: това е броят на проводниковите слоеве, навити върху сърцевината.

Разбрахме формулите и сега малко за това къде точно тези формули и изчисления могат да ни бъдат полезни.

Практическа употреба

Тези формули имат много широко приложение поради повсеместното разпространение на индукторите. Както вече разбрахме, има различни видове намотки, всяка от които отговаря на своето приложение. В тази връзка става необходимо да ги разделим по някакъв начин според техните характеристики, тъй като всяка индустрия се нуждае от своя специфична индуктивност и качествен фактор.

По принцип изчисляването на индуктивността на намотките се използва в производството и в електротехниката. Всеки радиолюбител трябва да знае как да изчисли индуктивността, иначе как може да определи коя намотка от огромно разнообразие е подходяща за неговата цел и коя не.

Днес има много учени, които се интересуват от магнетизма и магнитните явления. Те изучават както магнитната, така и електрическата страна на материята, опитвайки се да идентифицират модели и да синтезират мощни магнити с определени желани свойства: например с висока точка на топене или свръхпроводимост. Всички тези материали могат да се използват в огромен брой индустрии.

Да вземем пример от космическата индустрия: обещаващи за междузвездни полети на дълги разстояния са ракетите с йонни двигатели, които създават тяга чрез изхвърляне на йонизиран газ от дюза. Силата на тласъка в такъв двигател зависи от температурата на газа и скоростта на неговото движение. Съответно, за да дадем на газа максимална сила за ускорение, ни трябва много силен магнит, който ускорява заредените частици и също така има много висока точка на топене, за да не се стопи, когато газовете излязат от дюзата.

Заключение

Знанието никога не е излишно и винаги е някъде, но ще дойде добре. Сега, ако попаднете на програма за изчисляване на индуктивността на намотка, лесно можете да разберете защо има такива формули и кои променливи в тях какво означават. Тази статия е предназначена само за ваша справка и ако искате да научите повече, трябва да прочетете специализирана литература (за щастие, много от нея се е натрупала през годините на изучаване на магнитни явления).

Индуктивността е идеализиран елемент на електрическа верига, в който се съхранява енергията на магнитното поле. Съхраняването на енергията на електрическото поле или преобразуването на електрическата енергия в други видове енергия не се случва в него.

Най-близо до идеализирания елемент - индуктивност - е реалният елемент на електрическата верига - индуктивна намотка.

За разлика от индуктивността, в индуктивната бобина енергията на електрическото поле също се съхранява и електрическата енергия се преобразува в други видове енергия, по-специално в топлинна енергия.

Количествено, способността на реални и идеализирани елементи на електрическа верига да съхраняват енергията на магнитното поле се характеризира с параметър, наречен индуктивност.

По този начин терминът "индуктивност" се използва като име на идеализиран елемент на електрическа верига, като име на параметър, който количествено характеризира свойствата на този елемент, и като име на основния параметър на индуктивна намотка.

Връзката между напрежението и тока в индуктивната намотка се определя от закона за електромагнитната индукция, от който следва, че когато магнитният поток, проникващ през индуктивната намотка, се промени, в нея се индуцира електродвижеща сила e, пропорционална на скоростта на промяна на връзката на потока на намотката ψ и насочена по такъв начин, че токът, причинен от него, се стреми да предотврати промяна в магнитния поток:

Колкото по-висока е индуктивността на проводника , толкова по-голямо е магнитното поле за същата стойност на електрическия ток. Физически, индуктивността в електрическа верига е намотка, състояща се от пасивна (диелектрик) или активна (феромагнитен материал, желязо) сърцевина и електрически проводник, навит около нея.

Ако протичащият ток променя стойността си с течение на времето, тоест не е постоянен, а променлив, тогава магнитното поле се променя в индуктивната верига, в резултат на което възниква ЕМП (електродвижеща сила) на самоиндукция. Тази ЕМП, подобно на напрежението, се измерва във волтове (V).

Единицата за индуктивност е Н (хенри). Носи името на Джоузеф Хенри, американски учен, открил феномена на самоиндукцията. Счита се, че веригата (индуктор) има стойност 1 H, ако при промяна на тока с 1 A (ампера) за една секунда в нея се появи ЕМП от 1 V (волт). Индуктивността се обозначава с буквата L в чест на Емил Христианович Ленц, известният руски физик. Терминът "индуктивност" е предложен от Оливър Хевисайд, английски самоук учен през 1886 г.

Свойства на индуктивността

• Индуктивността винаги е положителна.
• Индуктивността зависи само от геометричните размери на веригата и магнитните свойства на средата (ядрото).

Индуктор

Индукторът е електронен компонент, който е спирална или спирална структура, направена с помощта на изолиран проводник. Основното свойство на индуктора, както подсказва името, е индуктивността. Индуктивността е свойството за преобразуване на енергията на електрическия ток в енергия на магнитното поле. Стойността на индуктивността за цилиндрична или пръстеновидна намотка е

Където ψ е връзката на потока, µ 0 = 4π*10 -7 е магнитната константа, N е броят на навивките, S е площта на напречното сечение на намотката.

Също така, индукторът има такива свойства като малък капацитет и ниско активно съпротивление, а идеалната намотка е напълно лишена от тях. Използването на този електронен компонент се отбелязва почти навсякъде в електрическите устройства.

Целите на приложението са различни:

• потискане на смущения в електрическата верига;
• изглаждане на нивото на пулсациите;
• натрупване на енергиен потенциал;
• ограничаване на токове с променлива честота;
• изграждане на резонансни колебателни кръгове;
• филтриране на честоти във веригите за преминаване на електрически сигнал;
• образуване на област на магнитно поле;
• изграждане на линии за забавяне, сензори и др.

Приложение в техниката

Използват се индуктори:

Като цяло във всички генератори на електрически ток от всякакъв тип, както и в електродвигателите, техните намотки са индуктори. Следвайки традицията на древните, изобразяващи плоска Земя, стояща върху три слона или кита, днес можем да твърдим с основателна причина, че животът на Земята се основава на индуктор.

- това е качеството на бобината в AC вериги. Коефициентът на качество на индуктор се определя като съотношението на неговото индуктивно съпротивление към активно съпротивление. Грубо казано, индуктивно съпротивлениее съпротивлението на намотката на променлив ток и активно съпротивление- това е съпротивлението на бобината срещу постоянен ток и съпротивлението поради загубата на електрическа мощност в рамката, сърцевината, екрана и изолацията на бобината. Колкото по-ниско е активното съпротивление, толкова по-висок е качественият фактор на намотката и нейното качество. По този начин можем да кажем, че колкото по-висок е коефициентът на качество, толкова по-малка е загубата на енергия в индуктора.

Индуктивно съпротивление се определя по формулата:

XL = ωL = 2πfL

Където ω = 2πf е кръговата честота (f е честотата, Hz); L е индуктивността на намотката, H.

Качествен фактор на индуктора се определя по формулата:

Q = X L / R = ωL / R = 2πfL / R

Където R е активното съпротивление на индуктора, Ohm.

Енергията на тока на магнитното поле

Около проводник с ток има магнитно поле, което има енергия. От къде идва? Източник на ток включен в ел. верига, има запас от енергия. В момента на затваряне на имейл. Във веригата източникът на ток изразходва част от енергията си, за да преодолее действието на възникващия ЕМП на самоиндукция. Тази част от енергията, наречена собствена енергия на тока, отива за образуването на магнитно поле. Енергията на магнитното поле е равна на собствената енергия на тока.
Собствената енергия на тока е числено равна на работата, която източникът на ток трябва да извърши, за да преодолее ЕМП на самоиндукция, за да създаде ток във веригата.

Енергията на магнитното поле, създадено от тока, е право пропорционална на квадрата на силата на тока. Къде изчезва енергията на магнитното поле след спиране на тока? - изпъква (когато се отвори верига с достатъчно голям ток, може да възникне искра или дъга).

В този урок ще научим как и от кого е открито явлението самоиндукция, ще разгледаме експеримент, с който ще демонстрираме това явление, ще определим, че самоиндукцията е частен случай на електромагнитната индукция. В края на урока въвеждаме физическа величина, показваща зависимостта на ЕМП на самоиндукция от размера и формата на проводника и от средата, в която се намира проводникът, т.е. индуктивност.

Хенри изобретява плоски намотки от медна лента, с които постига силови ефекти, които са по-изразени, отколкото с телени соленоиди. Ученият забеляза, че когато във веригата има мощна намотка, токът в тази верига достига максималната си стойност много по-бавно, отколкото без намотка.

Ориз. 2. Схема на експерименталната постановка от Д. Хенри

На фиг. 2 е показана електрическата верига на експерименталната установка, въз основа на която е възможно да се демонстрира явлението самоиндукция. Електрическата верига се състои от две паралелно свързани електрически крушки, свързани чрез ключ към източник на постоянен ток. Бобина е свързана последователно с една от крушките. След затваряне на веригата се вижда, че електрическата крушка, която е свързана последователно с бобината, свети по-бавно от втората крушка (фиг. 3).

Ориз. 3. Различно нажежаване на крушките в момента на включване на веригата

Когато източникът е изключен, електрическата крушка, свързана последователно с бобината, изгасва по-бавно от втората крушка.

Защо светлините изгасват едновременно?

Когато ключът е затворен (фиг. 4), поради възникването на ЕМП на самоиндукция, токът в крушката с намотката се увеличава по-бавно, така че тази крушка свети по-бавно.

Ориз. 4. Ключалка

Когато ключът е отворен (фиг. 5), възникващият ЕМП на самоиндукция предотвратява намаляването на тока. Следователно токът продължава да тече известно време. За съществуването на ток е необходима затворена верига. Във веригата има такава верига, тя съдържа и двете електрически крушки. Следователно, когато веригата е отворена, крушките трябва да светят еднакво известно време и наблюдаваното забавяне може да се дължи на други причини.

Ориз. 5. Отваряне на ключа

Помислете за процесите, протичащи в тази верига, когато ключът е затворен и отворен.

1. Затваряне на ключа.

Във веригата има проводяща верига. Нека токът в тази намотка тече обратно на часовниковата стрелка. Тогава магнитното поле ще бъде насочено нагоре (фиг. 6).

Така бобината е в пространството на собственото си магнитно поле. С увеличаване на тока бобината ще бъде в пространството на променящо се магнитно поле на собствения си ток. Ако токът се увеличи, тогава магнитният поток, създаден от този ток, също се увеличава. Както знаете, с увеличаване на магнитния поток, проникващ в равнината на веригата, в тази верига възниква електродвижеща сила на индукция и в резултат на това индукционен ток. Съгласно правилото на Ленц този ток ще бъде насочен по такъв начин, че неговото магнитно поле да предотвратява промяната в магнитния поток, проникващ в равнината на веригата.

Тоест, за разглеждания на фиг. 6 завъртания, индукционният ток трябва да бъде насочен по посока на часовниковата стрелка (фиг. 7), като по този начин се предотвратява увеличаването на собствения ток на завоя. Следователно, когато ключът е затворен, токът във веригата не се увеличава моментално поради факта, че в тази верига се появява спирачен индукционен ток, насочен в обратна посока.

2. Отваряне на ключа

Когато ключът се отвори, токът във веригата намалява, което води до намаляване на магнитния поток през равнината на намотката. Намаляването на магнитния поток води до появата на ЕМП на индукция и индукционен ток. В този случай индукционният ток е насочен в същата посока като собствения ток на контура. Това води до по-бавно намаляване на собствения ток.

Заключение:когато токът в проводника се промени, в същия проводник възниква електромагнитна индукция, която генерира индукционен ток, насочен по такъв начин, че да предотврати всяка промяна в собствения ток в проводника (фиг. 8). Това е същността на явлението самоиндукция. Самоиндукцията е частен случай на електромагнитна индукция.

Ориз. 8. Момент на включване и изключване на веригата

Формулата за намиране на магнитната индукция на директен проводник с ток:

където - магнитна индукция; - магнитна константа; - сила на тока; - разстояние от проводника до точката.

Потокът на магнитна индукция през мястото е равен на:

където е площта на повърхността, която е проникната от магнитния поток.

По този начин потокът на магнитната индукция е пропорционален на големината на тока в проводника.

За намотка, в която е броят на навивките и е дължината, индукцията на магнитното поле се определя от следната връзка:

Магнитният поток, създаден от намотка с броя на завоите н, е равно на:

Замествайки формулата за индукцията на магнитното поле в този израз, получаваме:

Съотношението на броя на завъртанията към дължината на намотката се обозначава с числото:

Получаваме крайния израз за магнитния поток:

От получената връзка може да се види, че стойността на потока зависи от големината на тока и от геометрията на намотката (радиус, дължина, брой навивки). Стойност, равна на се нарича индуктивност:

Единицата за индуктивност е хенри:

Следователно потокът на магнитна индукция, причинен от тока в намотката, е:

Като вземем предвид формулата за ЕМП на индукция, получаваме, че ЕМП на самоиндукция е равна на произведението от скоростта на промяна на тока и индуктивността, взета със знака "-":

самоиндукция- това е феноменът на възникване на електромагнитна индукция в проводник, когато силата на тока, протичащ през този проводник, се променя.

Електродвижеща сила на самоиндукцияе право пропорционална на скоростта на промяна на тока, протичащ през проводника, взета със знак минус. Коефициентът на пропорционалност се нарича индуктивност, което зависи от геометричните параметри на проводника.

Проводникът има индуктивност, равна на 1 H, ако при скорост на промяна на тока в проводника, равна на 1 A в секунда, в този проводник възниква електродвижеща сила на самоиндукция, равна на 1 V.

Човек всеки ден се сблъсква с феномена на самоиндукцията. Всеки път, когато включим или изключим светлината, ние затваряме или отваряме веригата, като същевременно възбуждаме индукционни токове. Понякога тези токове могат да достигнат толкова високи стойности, че вътре в превключвателя прескача искра, която можем да видим.

Библиография

1. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. за 11 клетки. общо образование институции. - М.: Образование, 2010.
2. Касянов В.А. Физика. 11 клас: учеб. за общо образование институции. - М.: Дропла, 2005.
3. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Физика 11. - M .: Mnemosyne.

1. Интернет портал Myshared.ru ().
2. Интернет портал Physics.ru ().
3. Интернет портал Festival.1september.ru ().

Домашна работа

1. Въпроси в края на параграф 15 (стр. 45) - Мякишев Г.Я. Физика 11 (вижте списъка с препоръчителна литература)
2. Кой проводник има индуктивност 1 хенри?