Индукция эдс в чем измеряется: В чем измеряется ЭДС индукции?

Содержание

В чем измеряется ЭДС индукции?

В качестве основы для решения задачи используем закон Фарадея для магнитной индукции (о явлении электромагнитной индукции см. раздел «В чем заключается явление электромагнитной индукции?»):

   

где — магнитный поток через плоскость рамки. Его величину можно найти как:

   

Зная, что наша рамка имеет форму квадрата со стороной , ее площадь () будет равна:

   

Используем уравнение изменения индукции магнитного поля, которое задано в условии задачи (), выражение для площади рамки (3), формулу (2), подставив их в (1), получим для ЭДС индукции:

   

Подставим данные из условий задачи, вычислим искомую ЭДС (учтите, что когда будете вычислять после умножения вы получите радианы, а не градусы):

   

Теперь ответим на вопрос: в чем измеряется ЭДС индукции: Как и любая другая ЭДС она измеряется в вольтах (В). Поэтому:
Ответ: В.

Величина ЭДС индукции

      Для создания тока в цепи необходимо наличие электродвижущей силы. Поэтому явление электромагнитной индукции свидетельствует о том, что при изменении магнитного потока в контуре возникает электродвижущая сила индукции . Наша задача, используя законы сохранения энергии, найти величину  и выяснить ее природу.

      Рассмотрим перемещение подвижного участка 1–2 контура с током в магнитном поле  (рис. 3.4).

Рис. 3.4

      Пусть сначала магнитное поле  отсутствует. Батарея с ЭДС равной  создает ток . За время dt, батарея совершает работу:


 
,
 (3.2.1) 

      Эта работа будет переходить в тепло, которое можно найти по закону Джоуля–Ленца:

здесь , Rполное сопротивление всего контура.

      Поместим контур в однородное магнитное поле с индукцией . Линии ||  и связаны с направлением тока «правилом буравчика». Поток Ф, сцепленный с контуром – положителен.

      Каждый элемент контура испытывает механическую силу . Подвижная сторона рамки будет испытывать силу . Под действием этой силы участок 1–2 будет перемещаться со скоростью . При этом изменится и поток магнитной индукции. Тогда в результате электромагнитной индукции, ток в контуре изменится и станет равным:

      Изменится и сила , которая теперь станет равной результирующей силе .  Эта сила за время dt произведет работу dA:

      Как и в случае, когда все элементы рамки неподвижны, источником работы является .

      При неподвижном контуре эта работа сводилась только лишь к выделению тепла. В нашем случае тепло тоже будет выделяться, но уже в другом количестве, так как ток изменился. Кроме того, совершается механическая работа. Общая работа за время dt равна:


 
,
 (3.2.2) 

      Умножим левую и правую часть выражения (3.2.2) на , получим

Отсюда


 
,
 (3.2.3) 

      Полученное выражение (3.2.3) мы вправе рассматривать как закон Ома для контура, в котором, кроме источника , действует , равная:


 
,
 (3.2.4) 

      ЭДС индукции контура ( ) равна скорости изменения потока магнитной индукции, пронизывающей этот контур.

      Это выражение (3.2.4) для ЭДС индукции контура является совершенно универсальным, не зависящим от способа изменения потока магнитной индукции и носит название закон Фарадея.

      Знак минус – математическое выражение правила Ленца о направлении индукционного тока: индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим полем противодействовать изменению начального магнитного поля.

      Направление индукционного тока и направление  связаны «правилом буравчика» (рис. 3.5).

Рис. 3.5

      Размерность ЭДС индукции: .

      Если контур состоит из нескольких витков, то надо пользоваться понятием потокосцепления (полный магнитный поток):

где N – число витков.

      Итак, если

,

      Тогда закон Фарадея можно записать в следующем виде:


 
,
 (3.2.5) 

Самоиндукция простыми словами: определение, формулы, примеры

Явление электромагнитной индукции очень часто наблюдается в электротехнике. Взаимное влияние электрических и магнитных полей иногда приводит к интересным результатам. Самоиндукция – частный случай электромагнитной индукции.

Общеизвестно, что причиной порождения электрического тока является переменное магнитное поле. Именно этот принцип реализован в конструкциях современных генераторов. Природа самоиндукции также связана с электромагнетизмом, но это явление проявляется она по-другому.

Определение

Рассмотрим схему катушки, по обмоткам которой протекает электрический ток (рис. 1). Так как вокруг проводника, который находится под током, всегда существует связанное с ним магнитное поле, то силовые линии этого поля пронизывают плоскости витков. В результате такого взаимодействия соленоиды образуют собственное магнитное поле, магнитные линии которого замыкаются за его пределами.

Магнитное поле катушкиРис. 1. Магнитное поле катушки

Частным случаем катушки является замкнутый контур (один виток). В нём, как и в катушке, образуется собственное магнитное поле (см. рис. 2). Если ток постоянный, то в контуре никаких изменений не происходит.

Но при изменении параметров, например, в результате размыкания цепи, изменяется магнитный поток, создаваемый электрическим полем, что является причиной возникновения ЭДС индукции. Аналогичное изменение произойдёт и в случае замыкания цепи.

Изменение параметров магнитного поля вызывает появление вихревого электрического поля, что в свою очередь приводит к возбуждению индуктивной электродвижущей силы. Возникновение ЭДС индукции, в результате изменения ток в замкнутом контуре, называется самоиндукцией.

Магнитный поток, ограниченный поверхностью контура, меняется прямо пропорционально изменению тока, циркулирующего в нём.

Явление самоиндукцииРис. 2. Явление самоиндукции

Направление вектора ЭДС самоиндукции не совпадает с направлением тока в период его возрастания (при замыкании цепи), но он сонаправлен с ним в период убывания (разъединения цепи). Такое действие проявляется в замедлении появления тока в соленоиде при замыкания цепи, или в его задержке на какое-то время после разрыва цепи.

Описанное явление можно наблюдать на опыте с лампочками, одна из которых подключена последовательно с индуктивностью (см. рис. 3).

Схема опыта с лампочкамиРис. 3. Схема опыта с лампочками

Как видно на рисунке слева, ток от источника питания, проходящий через лампочку 2, при замыкании контактов встретит сопротивление вихревых токов, поскольку они противоположно направлены. Поэтому зажигание этой лампочки произойдёт с задержкой.

На время включения лампочки 1 вихревые токи повлияют, но сила тока в её цепи уменьшится после зажигания лампы 2. При отключении цепи от источника питания произойдёт обратный процесс: лампочка в цепи индуктивности некоторое время будет медленно угасать, а вторая лампа потухнет сразу после разъединения контактов.

График на рисунке 4 красноречиво объясняет эффект задержки.

Иллюстрация задержки изменения тока в цепи индуктивностиРис. 4. Иллюстрация задержки изменения тока в цепи индуктивности

Обратите внимание на нелинейность изменения силы тока по времени.

Аналогичные процессы происходят в цепи, состоящей из одной катушки. На рисунке 5 изображена такая схема и график изменения силы тока.

Возникновение самоиндукцииРис. 5. Возникновение самоиндукции

Остаётся добавить, что скорость изменение величины ЭДС зависит от количества витков соленоида. Чем больше витков, тем больше влияние вихревых токов, на параметры цепи.

В случае с переменным током амплитуда ЭДС самоиндукции пропорциональна амплитуде синусоиды питания, её частоте и индуктивности катушки.

Синусоидальный ток, проходя через катушку индуктивности, сдвигается по фазе на величину π/2. Именно этот сдвиг является причиной отставания собственного тока катушки от тока, вырабатываемого источником питания.

Формулы

Собственный магнитный поток контура (Ф) связан прямо пропорциональной зависимостью с индуктивностью (L) этого контура и величиной тока в нём (i). Данная зависимость выражается формулой: Ф = L×i. Коэффициент пропорциональности L принято называть коэффициентом самоиндукции или же просто индуктивностью контура.

При этом индуктивность контура пребывает в зависимости от его геометрии, площади плоскости ограниченной витком и магнитной проницаемости окружающей среды. Но этот коэффициент не зависит от силы тока в контуре. Если же форма, линейные размеры и магнитная проницаемость не изменяются, то для определения величины индуктивной ЭДС применяется формула:

ЭДС самоиндукции

где Eсамоинд. – ЭДС самоиндукции, Δi – изменение силы тока за время Δt.

Индуктивность

Выше мы отметили, что индуктивность контура зависит от его геометрии и размеров, а также от магнитной проницаемости среды. Если речь идёт о катушке, то эти утверждения справедливы и для неё. На индуктивность катушки влияет её диаметр и количество витков. Индуктивность существенно повышается, если в катушку добавить ферромагнитный сердечник.

Магнитные поля отдельных витков катушки складываются. Если витков достаточно много, то ток, протекающий через катушку, образует вокруг неё сильное магнитное поле, реагирующее на изменения электрического поля. Индуктивность является той величиной, которая характеризует то, насколько сильно проводник, из которого состоят витки, противодействует электрическому току.

Чем больше индуктивность катушки и чем выше скорость прерывания её цепи, тем больший всплеск ЭДС произойдёт в цепи. При этом полярность вихревых токов на выводах катушки противоположна направлению тока источника питания.

Индуктивность (то есть коэффициент пропорциональности) является важной характеристикой катушек, дросселей и других контурных элементов. Этот параметр можно сравнить с ёмкостью конденсаторов. Тем более что действие катушки индуктивности и конденсатора в электрических цепях очень похожи. RL и RC цепочки часто используют для сглаживания всплесков напряжений в различных фильтрах.

Единицей измерения индуктивности в международной системе СИ является генри. Величина размеров в 1 Гн – это такая индуктивность, при которой ЭДС составляет 1 В, при скорости изменения тока на 1 А за секунду.

Индуктивность определяет количество энергии, выделяющейся в результате действия собственного магнитного поля при самоиндукции. Эту энергию легко рассчитать по формуле: Wм = LI2/2.

Собственная энергия катушки численно равна работе, которую необходимо выполнить источником питания при преодолении ЭДС самоиндукции.

Важно знать, что в результате резкого разрыва цепи с большой индуктивностью, энергия высвобождается в виде искры или даже с образованием дугового разряда.

Примеры использования на практике

Явление самоиндукции нашло широкое практическое применение. Автолюбители прекрасно знают, что такое катушка зажигания. Без неё карбюраторный двигатель не запустится.

Работает этот важный узел следующим образом:

  1. На катушку с большой индуктивностью подаётся бортовое напряжение 12 В.
  2. Электрическая цепь резко обрывается специальным прерывателем.
  3. Накопленная энергия самоиндукции поступает по высоковольтным проводам на свечу и образует на её электродах мощную искру.
  4. Искровой разряд зажигает топливную смесь, приводя в движение поршень.

В современных автомобилях разрыв цепи выполняет электроника, но суть от этого не меняется – для образования искры по-прежнему используется энергия самоиндукции.

Мы уже упоминали о сетевых фильтрах, в которых используется явление самоиндукции. RL цепочка реагирует на любое изменение параметров. При его возрастании она задерживает во времени пиковые скачки и заполняет собственными вихревыми токами провалы. Таким образом, происходит сглаживание напряжения в электрически цепях.

В блоках питания электронной аппаратуры таким же способом убирают:

  • шумы:
  • пульсации;
  • нежелательные частоты.

Самоиндукция дросселей используется в люминесцентных лампах для розжига электродов. После срабатывания стартера происходит разрыв контактов, в результате чего в дросселе наводится ЭДС самоиндукции. Энергия дросселя разжигает дугу на электродах, и люминесцентная лампа начинает светиться.

Перечисленные примеры демонстрируют полезное применение самоиндукции. Однако, как это всегда бывает, индуктивная ЭДС может наносить вред. При разъединении контактов выключателей, нагрузкой которых являются цепи с большой индуктивностью, возможны дуговые разряды. Они разрушают контакты, замедляют время защиты и т.п. С целью снижения риска от негативных влияний самоиндукции автоматические выключатели оборудуют дугогасительными камерами.

В таких случаях приходится принимать меры для нейтрализации энергии ЭДС самоиндукции. Ещё большая потребность в рассеянии энергии самоиндукции возникает в полупроводниковых ключах, чувствительных к пробоям.

В промышленности и энергетике самоиндукция является серьёзной проблемой. При отключении нагруженных линий ЭДС самоиндукции может достигать опасных для жизни величин. Это требует дополнительных затрат на принятие мер предосторожности. В частности, необходимо устанавливать на линиях устройства, препятствующие молниеносному размыканию цепи.

Видео в помощь

ЭДС

ЭДС расшифровывается как электродвижущая сила или физическое значение, которое характеризует работу посторонних сил в блоках неизменного либо переменного токов. При закрытом проводном контуре равняется действию работы данных сил при перемещении одиночного заряда с плюсовым значением, по всему контуру. Обозначая напряжение поля посторонних сил с помощью электродвижущей силы, получается что эдс неизвестна в закрытом контуре L равняется.

Эдс формула

Допустимые силы электростатического поля постоянно не смогут держать одно напряжение в цепи, потому что работая по закрытому пути, данные силы равны нулю. А когда ток проходит через проводники, то данную работу сопровождает выделение энергии и нагревание проводников. Посторонние силы заставляют двигаться заряженные частицы в генераторе, гальванических элементах, аккумуляторах и всевозможных источниках. При чем возникновение посторонних сил различное. К примеру: В генераторе используются от вихревого электрического поля, которые возникают от изменения магнитного поля; У гальванических элементов и аккумуляторов используются химические силы. Эдс источника тока зависит от напряжения в местах зажимов если цепь разомкнута. По закону Ома сила тока цепи с заданным сопротивлением также находит эдс. Единица измерения Вольт.

ЭДС

Эдс индукции это своего рода явление которое обусловлено изменением магнитного поля в замкнутом пространстве. Находится по формуле:

Эдс индукции

в которой: Ф — магнитное поле в закрытом пространстве S, закрытую контуром. При этом знак минус служит для неизменности магнитного поля благодаря индукции электродвижущей силы.

Эдс индукции таблица

Электродвижущая сила это описание закрытого контура, невозможно точно показать её точку пребывания. Но практически всегда эдс считают приблизительно сосредоточенной в некоторых устройствах либо элементов цепи. При этом её называют описанием данного устройства, определяя как потенциальную разность в его разомкнутых полюсах.

Такие устройства разделяют на несколько видов зависящих от типа преобразования:

Химические — это аккумуляторы, ванны, гальванические батареи;
Электромагнитные — это электродвижущая сила электромагнитной индукции, которая бывает в трансформаторах, динамо-машинах, электромоторах, дросселях;

Фотоэлектрические — это внешние или внутренние фотоэффекты;
Электростатические — это возникающее напряжение в механическом трении электрофорных машин или как пример грозовые облака.
Пьезоэлектрические — это сдавливание либо растяжение пьезэлектрических датчиков.
Так же существуют термоионные и термоэлектрические эдс.


Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:


Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

Что собой представляет явление самоиндукции, как оно возникает и где может применяться. Польза и вред от самоиндукции.

«Самоиндукция останавливает рост напряжения в индуктивных цепях». Если ваша работа или увлечение связаны с электричеством вы наверняка слышали подобные высказывания. На самом деле это явление присуще индуктивным цепям, как в явном виде, например, катушек, так и в неявном, такие как паразитные параметры кабеля. В этой статье мы простыми словами расскажем о том, что такое самоиндукция и где она применяется. Содержание:

Определение

Самоиндукцией называется появление в проводнике электродвижущей силы (ЭДС), направленной в противоположную сторону относительно напряжения источника питания при протекании тока. При этом оно возникает в момент, когда сила тока в цепи изменяется. Изменяющийся электрической ток порождает изменяющееся магнитное поле, оно в свою очередь наводит ЭДС в проводнике.

Это похоже на формулировку закона электромагнитной индукции Фарадея, где сказано:

При прохождении магнитного потока через проводник, в последнем возникает ЭДС. Она пропорциональна скорости изменения магнитного потока (мат. производная по времени).

То есть:

E=dФ/dt,

Где E – ЭДС самоиндукции, измеряется в вольтах, Ф – магнитный поток, единица измерения – Вб (вебер, он же равен В/с)

Индуктивность

Мы уже сказали о том, что самоиндукция присуща индуктивным цепям, поэтому рассмотрим явление самоиндукции на примере катушки индуктивности.

Катушка индуктивности – это элемент, который представляет собой катушку из изолированного проводника. Для увеличения индуктивности увеличивают число витков или внутрь катушки помещают сердечник из магнитомягкого или другого материала.

Единица измерения индуктивности – Генри (Гн). Индуктивность характеризует то, насколько сильно проводник противодействует электрическому току. Так как вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле, и, если поместить проводник в переменное поле – в нем возникнет ток. В свою очередь магнитные поля каждого витка катушки складываются. Тогда вокруг катушки, по которой протекает ток, возникнет сильное магнитное поле. При изменении его силы в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг неё.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, если катушку будет пронизывать переменный магнитный поток, то в ней возникнет ток и ЭДС самоиндукции. Они будут препятствовать току, который протекал в индуктивности от источника питания к нагрузке. Их еще называют экстратоки ЭДС самоиндукции.

Формула ЭДС самоиндукции на индуктивности имеет вид:

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

То есть чем больше индуктивность, и чем больше и быстрее изменился ток – тем сильнее будет всплеск ЭДС.

При возрастании тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, которая направлена против напряжения источника питания, соответственно возрастание тока замедлится. То же самое происходит при убывании – самоиндукция приведет к появлению ЭДС, которое будет поддерживать ток в катушке в том же направлении, что и до этого. Отсюда следует, что напряжение на выводах катушки будет противоположным полярности источника питания.

На рисунке ниже вы видите, что при включении/отключении индуктивной цепи ток не резко возникает, а изменяется постепенно. Об этом говорят и законы коммутации.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

Другое определение индуктивности звучит так: магнитный поток пропорционален току, но в его формуле индуктивность выступает в качестве коэффициента пропорциональности.

Ф=L*I

Трансформатор и взаимоиндукция

Если расположить две катушки в непосредственной близости, например, на одном сердечнике, то будет наблюдаться явление взаимоиндукции. Пропустим переменный ток по первой, тогда её переменный поток будет пронизывать витки второй и на её выводах появится ЭДС.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

Это ЭДС будет зависеть от длины провода, соответственно количества витков, а также от величины магнитной проницаемости среды. Если их расположить просто около друг друга — ЭДС будет низким, а если взять сердечник из магнитомягкой стали – ЭДС будет значительно больше. Собственно, так и устроен трансформатор.

Интересно: такое взаимное влияние катушек друг на друга называют индуктивной связью.

Польза и вред

Если вам понятна теоретическая часть, стоит рассмотреть где применяется явление самоиндукции на практике. Рассмотрим на примерах того, что мы видим в быту и технике. Одно из полезнейших применений – это трансформатор, принцип его работы мы уже рассмотрели. Сейчас встречаются все реже, но ранее ежедневно использовались люминесцентные трубчатые лампы в светильниках. Принцип их работы основан на явлении самоиндукции. Её схемы вы можете увидеть ниже.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

После подачи напряжения ток протекает по цепи: фаза — дроссель — спираль — стартер — спираль — ноль.

Или наоборот (фаза и ноль). После срабатывания стартера, его контакты размыкаются, тогда дроссель (катушка с большой индуктивностью) стремится поддержать ток в том же направлении, наводит ЭДС самоиндукции большой величины и происходит розжиг ламп.

Аналогично это явление применяется в цепи зажигания автомобиля или мотоцикла, которые работают на бензине. В них в разрыв между катушкой индуктивности и минусом (массой) устанавливают механический (прерыватель) или полупроводниковый ключ (транзистор в ЭБУ). Этот ключ в момент, когда в цилиндре должна образоваться искра для зажигания топлива, разрывает цепь питания катушки. Тогда энергия, запасенная в сердечнике катушки, вызывает рост ЭДС самоиндукции и напряжение на электроде свечи возрастает до тех пор, пока не наступит пробой искрового промежутка, или пока не сгорит катушка.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

В блоках питания и аудиотехнике часто возникает необходимость убрать из сигнала лишние пульсации, шумы или частоты. Для этого используются фильтры разных конфигурации. Один из вариантов это LC, LR-фильтры. Благодаря препятствию роста тока и сопротивлению переменного тока, соответственно, возможно добиться поставленных целей.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

Вред ЭДС самоиндукции приносит контактам выключателей, рубильников, розеток, автоматов и прочего. Вы могли заметить что, когда вытаскиваете вилку работающего пылесоса из розетки, очень часто заметна вспышка внутри неё. Это и есть сопротивление изменению тока в катушке (обмотке двигателя в данном случае).

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

В полупроводниковых ключах дело обстоит более критично – даже небольшая индуктивность в цепи может привести к их пробою, при достижении пиковых значений Uкэ или Uси. Для их защиты устанавливают снабберные цепи, на которых и рассеивается энергия индуктивных всплесков.

Что такое самоиндукция — объяснение простыми словами

Заключение

Подведем итоги. Условиями возникновения ЭДС самоиндукции является: наличие индуктивности в цепи и изменение тока в нагрузке. Это может происходить как в работе, при смене режимов или возмущающих воздействиях, так и при коммутации приборов. Это явление может нанести вред контактам реле и пускателей, так как приводит к образованию дуги при размыкании индуктивных цепей, например, электродвигателей. Чтобы снизить негативное влияние большая часть коммутационной аппаратуры оснащается дугогасительными камерами.

В полезных целях явление ЭДС используется довольно часто, от фильтра для сглаживания пульсаций тока и фильтра частот в аудиоаппаратуре, до трансформаторов и высоковольтных катушек зажигания в автомобилях.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме, на которых кратко и подробно рассматривается явление самоиндукции:

Надеемся, теперь вам стало понятно, что такое самоиндукция, как она проявляется и где ее можно использовать. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

  • Свойства и характеристики электрического поля
  • Законы Фарадея в химии и физике
  • Распределение зарядов в проводнике

НравитсяЧто такое самоиндукция — объяснение простыми словами0)Не нравитсяЧто такое самоиндукция — объяснение простыми словами0)

Что такое взаимно индуцированная ЭДС? определение и объяснение

Определение: ЭДС, индуцированная в катушке из-за изменения магнитного потока, создаваемого другой соседней катушкой, соединенной с ней, называется взаимно индуцированной ЭДС. Давайте рассмотрим пример, чтобы понять явление взаимно индуцированной ЭДС.

Рассмотрим катушку AB. Катушка B имеет N2 витков и расположена рядом с другой катушкой A, имеющей N 1 витков, как показано на рисунке ниже:

Когда переключатель (S) замкнут в схеме, показанной выше, ток I 1 протекает через катушку A, создавая магнитный поток φ 1 .Большая часть потока говорит о том, что φ 12 соединяется с другой катушкой B.

Если ток, протекающий через катушку A, изменяется путем изменения значения переменного резистора R, он изменяет магнитную связь с другой катушкой B, и, следовательно, в катушке индуцируется ЭДС. Эта индуцированная ЭДС называется взаимно индуцированная ЭДС .

Направление наведенной ЭДС таково, что она противодействует причине, которая ее производит, то есть противодействует изменению тока в первой катушке. Этот эффект противодействия, вызванный его собственной причиной производства, называется Закон Ленца .Гальванометр (G) подключен к катушке B для измерения наведенной ЭДС.

Поскольку скорость изменения магнитного потока, связанного с катушкой, B зависит от скорости изменения тока в катушке A.
Mutually induced emf-EQ
Скорость изменения тока в катушке A прямо пропорциональна величине взаимно индуцированной ЭДС. .

M называется постоянной пропорциональности и также называется взаимной индуктивностью или коэффициентом взаимной индуктивности.

.

В чем разница между наведенной ЭДС и наведенным током?

induced emf
Существует множество способов получения значения наведенной ЭДС, проиллюстрированного одним из них. Рассмотрим прямой кусок провода длиной l, помещенный в магнитное поле постоянного магнита. Провод подключается к чувствительному гальванометру. Это образует замкнутый путь или петлю без батареи. Вначале, когда контур находится в состоянии покоя в магнитном поле, гальванометр не показывает ток. Если мы перемещаем петлю слева направо, длина l провода протягивается через магнитное поле, и через петлю течет ток.По мере прекращения перемещения петли ток также прекращается. Теперь, если мы переместим петлю в противоположном направлении, ток также изменит свое направление. На это указывает отклонение гальванометра в противоположную сторону.
Наведенный ток зависит от скорости, с которой движется проводник, и от сопротивления контура. Если мы изменим сопротивление контура, вставив в него разные резисторы и каждый раз в магнитном поле с одинаковой скоростью, мы обнаружим, что произведение индуцированного тока I и сопротивления R контура остается постоянная, т.е.е.,
I × R = постоянная
Это утверждение — наведенная ЭДС. Эта наведенная ЭДС приводит к индуцированному току при замыкании цепи. Ток может быть увеличен на

  1. Использование более сильного магнитного поля
  2. Более быстрое перемещение петли
  3. Замена петли на многооборотную катушку

Если мы проведем вышеупомянутый эксперимент другим способом, то есть вместо перемещения петлю через магнитное поле, мы удерживаем петлю в неподвижном состоянии и перемещаем магнит, тогда можно легко заметить, что результаты такие же.Таким образом, можно сделать вывод, что относительное движение петли и магнита вызывает включенную ЭДС.
Фактически, это относительное движение изменяет магнитный поток через петлю, поэтому, если мы говорим, что индуцированная ЭДС создается в петле, если магнитный поток через нее изменяется. Чем больше скорость изменения потока, тем больше наведенная ЭДС.
Существуют и другие методы, описанные ниже, в которых ЭДС индуцируется в контуре, создавая через него изменение магнитного потока.

На рис. (А) показан стержневой магнит и катушка с проволокой, к которой подключен гальванометр. Когда между магнитом и катушкой нет относительного движения, гальванометр показывает отсутствие тока в цепи. Как только стержневой магнит перемещается к катушке, в ней появляется ток, как показано на рис. (B). При перемещении магнита магнитный поток через катушку изменяется, и этот изменяющийся поток создает индуцированный ток в катушке. Когда магнит удаляется от катушки, снова индуцируется ток, но уже в противоположном направлении.Ток также индуцировался бы, если бы магниты оставались неподвижными, а катушки перемещались.
Существует еще один метод, при котором в катушке индуцируют ток, изменяя площадь катушки в постоянном магнитном поле. Что ток не индуцируется в катушке постоянной площади, помещенной в постоянное магнитное поле. Однако, когда катушка деформируется, чтобы уменьшить ее площадь, возникает наведенная ЭДС и, следовательно, ток. Ток исчезает, когда область больше не меняется. Если искаженную катушку привести к ее первоначальной круглой форме, увеличивая площадь, индуцируется противоположно направленный ток, который длится до тех пор, пока площадь изменяется.
induced emf duction
Индуцированный ток может также возникать, когда катушка постоянной площади вращается в постоянном магнитном поле. Здесь также изменение магнитного потока через катушку показано на рисунке выше. Это основной принцип, используемый в электрических генераторах.
Очень интересный метод индукции тока в катушке заключается в изменении магнитного потока в соседней катушке.
induced emf
Две катушки расположены рядом. Катушка P соединена последовательно с батареей, реостатом и переключателем, а другая катушка S подключена только к гальванометру.Поскольку в катушке S нет батареи, можно ожидать, что ток через нее всегда будет нулевым. Теперь, если переключатель катушки P внезапно замыкается, в катушке S индуцируется мгновенный ток. На это указывает гальванометр, который внезапно отклоняется и возвращается к нулю. В катушке S не возникает индуцированный ток, пока ток постоянно течет в катушке P. В катушке S в момент размыкания переключателя катушки P индуцируется ток противоположного направления. Фактически, ток в P возрастает от нуля до максимального значения сразу после включения переключателя.При размыкании переключателя ток падает до нуля. Из-за изменения тока магнитный поток, связанный с катушкой P, мгновенно изменяется. Этот изменяющийся поток также связан с катушкой S, которая вызывает в ней индуцированный ток. Ток в катушке P также можно изменить с помощью реостата.
Также возможно связать изменяющийся магнитный поток с катушкой, используя электромагнит вместо постоянного магнита. Катушка помещена в магнитное поле электромагнитного поля.
induced emf
Катушка и электромагнит неподвижны.Магнитный поток через катушку изменяется путем изменения тока электромагнита, создавая индуцированный ток в катушке.

.

Petropedia — Что такое индуцированное ЭМП?

Переключить навигацию
Меню

  • Темы

    Масло
    Вниз по течению
    Upstream
    Окружающая среда
    Разведка и добыча
    Мидстрим
    Натуральный газ

.

Индуктивность

  • Изучив этот раздел, вы сможете описать:
  • • Единица индуктивности.
  • • Факторы, влияющие на индуктивность.
  • • Напряжение и э.д.с.
  • • Самоиндукция.
  • • Обратный э.м.ф. и его эффекты.

Индуктивность

Ток, генерируемый в проводнике изменяющимся магнитным полем, пропорционален скорости изменения магнитного поля.Этот эффект называется ИНДУКТИВНОСТЬЮ и обозначается символом L. Он измеряется в единицах, называемых генри (H), названных в честь американского физика Джозефа Генри (1797-1878). Один генри — это величина индуктивности, необходимая для создания ЭДС в 1 вольт в проводнике, когда ток в проводнике изменяется со скоростью 1 ампер в секунду.
Генри — довольно крупная единица измерения для использования в электронике, чаще всего используются миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн). Эти единицы описывают одну тысячную и одну миллионную генри соответственно.

Несмотря на то, что генри обозначается символом (заглавной) H, имя генри применяется к единице индуктивности с использованием строчной буквы h. Форма множественного числа генри может быть генри или генри; Американский национальный институт стандартов и технологий рекомендует в публикациях США использовать генри.

Факторы, влияющие на индуктивность.

Величина индуктивности в катушке индуктивности зависит от:

  • а. Количество витков провода в индукторе.
  • г.Материал сердечника.
  • г. Форма и размер сердечника.
  • г. Форма, размер и расположение проволоки, составляющей катушки.

Поскольку индуктивность (в генри) зависит от множества переменных величин, ее довольно сложно вычислить точно; были разработаны многочисленные формулы, учитывающие различные особенности конструкции. Также в этих формулах часто необходимо использовать специальные константы и таблицы данных преобразования для работы с требуемой степенью точности.Использование компьютерных программ и систем автоматизированного проектирования несколько облегчило ситуацию. Однако внешние эффекты, вызванные другими компонентами и проводкой рядом с индуктором, также могут повлиять на его значение индуктивности после его сборки в цепь, поэтому, когда требуется точное значение индуктивности, одним из подходов является расчет приблизительного значения и разработка индуктор так, чтобы он был регулируемым.

Типичная формула для аппроксимации значения индуктивности катушки индуктивности приведена ниже.Эта конкретная версия предназначена для расчета индуктивности «соленоида, намотанного одним слоем витков бесконечно тонкой ленты, а не провода, и с равномерно и близко расположенными витками».

Рис. 3.2.1 Миниатюрный индуктор переменного тока.

Где:

  • L — индуктивность в генри.
  • d — диаметр рулона в метрах.
  • n — количество витков в катушке.
  • l — длина змеевика в метрах.

Для катушек, не соответствующих в точности указанным выше характеристикам, необходимо учитывать дополнительные факторы. На рис. 3.2.1 показан один из способов получения достаточно точной индуктивности, используемый в некоторых ВЧ и ВЧ схемах. Миниатюрная катушка индуктивности намотана на пластмассовый каркас, в который достаточно ввинчен ферритовый сердечник (железная пыль), чтобы обеспечить сердечник, обеспечивающий нужную индуктивность.

Напряжение и э.д.с.

Напряжение , индуцированное в проводнике, называется e.м.ф. (электродвижущая сила), поскольку ее источником является изменяющееся магнитное поле вокруг проводника и вне его. Любое внешнее напряжение (в том числе создаваемое внешней батареей или источником питания) называется э.д.с., в то время как напряжение (разность потенциалов или п.о.) на внутреннем компоненте в цепи называется напряжением.

Задний э.д.с.

Обратная ЭДС (также называемая противоэдс) — это ЭДС, создаваемая на индукторе изменяющимся магнитным потоком вокруг проводника, вызванная изменением тока в индукторе.Его значение можно рассчитать по формуле:

Где:

  • E — наведенная обратная ЭДС. в вольтах
  • L — индуктивность катушки в генри.
  • ΔI — изменение силы тока в амперах.
  • Δt — время изменения тока в секундах.

Примечания:

Δ (греч. D — дельта) обозначает различие или изменение свойства.

Таким образом, формула описывает обратную ЭДС как зависимость от индуктивности (в генри), умноженную на скорость изменения тока (в амперах в секунду).

Знак минус перед L указывает, что полярность наведенной обратной ЭДС будет обратной по сравнению с изменяющимся напряжением на проводнике, которое первоначально вызвало изменение тока и, как следствие, изменение магнитного поля.

Помните, что при работе с практическими значениями милли или микрогенри все значения, используемые в формуле, должны быть преобразованы в стандартные значения генри-ампер и секунд, как описано в нашем буклете «Советы по математике».

Пример

Поскольку значение обратной ЭДС зависит от скорости изменения тока, оно будет наибольшим, когда произойдет самое быстрое изменение.Например, скорость изменения чрезвычайно высока, когда ток через катушку индуктивности отключается; тогда изменение может быть от максимума до нуля всего за несколько миллисекунд.

Представьте, что катушка индуктивности 200 мГн, подключенная к источнику питания 9 В, пропускает ток в 2 ампера. Когда ток отключается, он падает до нуля через 10 мсек. Какой будет обратная ЭДС, генерируемая на катушке?

E = 200 мГн x 2 А / 10 мс

или

E = 200 x 10 -3 x 2/10 x 10 -3

= 40 вольт

Значит, обратная ЭДС, возникающая при выключении, более чем в 4 раза превышает напряжение питания!

Эти высоковольтные импульсы, возникающие при отключении индуктивного компонента, такого как двигатель или катушка реле, могут потенциально вызвать повреждение выходного транзистора или интегральной схемы, переключающей устройство.Поэтому существенная защита обеспечивается включением диода в выходной каскад, как показано на рис. 3.2.2 и 3.2.3

Задняя защита от ЭДС

Рис. 3.2.2 Задний Э.д.с. Защитный диод.

Защитный диод на рис. 3.2.2, подключенный к катушке индуктивности, обычно имеет обратное смещение, поскольку напряжение на его катоде, подключенном к шине питания + V, будет более положительным, чем на его аноде на коллекторе транзистора. Однако при выключении на индукторе появляется большой всплеск напряжения противоположной полярности из-за схлопывающегося магнитного поля.Во время этого скачка напряжения коллектор транзистора может находиться под более высоким потенциалом, чем питание, за исключением того, что если это произойдет, диод станет смещенным в прямом направлении и предотвратит повышение напряжения коллектора выше, чем на шине питания.

Рис. 3.2.3 Защитные диоды в ULN2803.

На рис. 3.2.3 показан популярный I.C. (ULN2803) для переключения индуктивных нагрузок. Выходы восьми инвертирующих усилителей защищены диодом, общие катоды которого подключены к положительной шине питания + V на выводе 10.

Самоиндукция

Принцип работы самоиндукции зависит от двух взаимосвязанных действий, происходящих одновременно, и от каждого из этих действий в зависимости от другого.

Действие 1.

Любой проводник, в котором изменяется ток, создает вокруг себя изменяющееся магнитное поле.

Действие 2.

Любой проводник в ИЗМЕНЯЕМОМ магнитном поле будет иметь изменяющуюся ЭДС, наведенную в него.Величина этой наведенной ЭДС и величина индуцированного тока, который она производит в проводнике, будут зависеть от скорости изменения магнитного поля; чем быстрее изменяется поток поля, тем больше будет наведенная ЭДС. и его последующий ток.

Эффект индуктора, индуцирующего в себе ЭДС, называется самоиндукцией (но часто его называют просто индукцией). Когда катушка индуктивности наводит ЭДС в отдельную соседнюю катушку индуктивности, это называется взаимной индукцией и является свойством, используемым трансформаторами.

Изменяющееся магнитное поле, создаваемое вокруг проводника изменяющимся током в проводнике, вызывает изменение ЭДС в этом проводнике. Эта изменяющаяся ЭДС, в свою очередь, вызывает переменный ток, текущий в направлении, противоположном исходному току. Таким образом, изменения этого тока противодействуют изменениям исходного тока.

Следовательно, действие Действия 2 ограничивает изменения, происходящие из-за Действия 1.
Если исходный ток увеличивается, индуцированный ток замедляет скорость увеличения.Точно так же, если исходный ток уменьшается, индуцированный ток замедляет скорость уменьшения. Общий результат этого — уменьшение амплитуды переменного тока через катушку индуктивности и, таким образом, уменьшение амплитуды переменного напряжения на катушке индуктивности.

Поскольку сила магнитного поля, создаваемого исходным током, зависит от скорости (скорости) изменения тока, индуктор уменьшает поток переменного тока (AC) больше на высоких частотах, чем на низких.Этот ограничивающий эффект, создаваемый наведенной ЭДС, будет больше на более высоких частотах, потому что на высоких частотах ток и, следовательно, поток изменяются быстрее. Этот эффект получил название «Индуктивное реактивное сопротивление».

Индуктивное реактивное сопротивление.

Реактивность создает сопротивление потоку переменного тока. Как и сопротивление, оно измеряется в Ом, но поскольку сопротивление имеет одинаковое значение на любой частоте, а сопротивление переменному току в индукторах зависит от частоты, его нельзя назвать сопротивлением.Вместо этого он называется Reactance (X). Конденсаторы также обладают свойством реактивного сопротивления, но они по-разному реагируют на частоту, поэтому существует два типа реактивного сопротивления; индукторы имеют индуктивное реактивное сопротивление (X L ), а конденсаторы — емкостное реактивное сопротивление (X C ).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *