Физический смысл и определение индуктивности и индуктивной катушки

Подписаться

Индуктивностью принято называть физическую (электрическую) величину, характеризующую магнитные свойства электрических цепей. Известный факт, что магнитное поле создается электрическим током, протекающим через проводящий контур. Так происходит вследствие того, что электрический ток с самого начала содержит в себе энергию. Когда электроток проходит через проводник, он отдает часть энергии, которая будет превращена в энергию для магнитного поля. Таким образом, индуктивность рассматривают как коэффициент пропорциональности между возникающим магнитным полем и протекающим током.
В случае, когда ток является переменным и магнитное поле в индуктивном контуре меняется, то возникает ЭДС самоиндукции.

Единицу измерения индуктивности обозначают буквой «L», измеряют в 1 Гн (генри). Принято считать, что катушка индуктивности будет иметь значение 1 Гн в том случае, когда происходит изменение величины тока в 1 А, а за время в одну секунду 1 с возникает ЭДС значением 1 В.

Индуктивность представляют идеализированным элементом в электрической цепи, где запасается энергия магнитного поля. Энергия электрического поля не запасается, также не происходит никаких преобразований электрической энергии в какие-то другие энергии.

Магнитное поле при одинаковой величине электрического тока будет тем выше, чем больше будет индуктивность у проводника. В электроцепи индуктивность физически можно представить в виде индуктивной катушки, которая состоит из пассивного или активного сердечника с намотанным на него электрическим проводом. Пассивный сердечник – это, как правило, диэлектрик, а активный представлен железом или ферромагнитным материалом.
Индуктивная катушка может запасать энергию электрополя и преобразовывать электрическую энергию в тепловую энергию.

Индуктивность – количественная способность идеального и реального элементов электроцепи запасать магнитную энергию поля.

То есть, индуктивность можно использовать в качестве названия идеального элемента электроцепи, как параметр, который количественно характеризует свойства элемента, а также в качестве названия как параметр индуктивной катушки.

Рис. 1. Индуктивность (графическое условное обозначение)

Объяснение понятия «индуктивность», ее связь с магнитным полем и электромагнитной индукцией можно посмотреть на следующем видео:

Рис. 2. Различные индуктивные катушки

Рис. 3. Условные обозначения индуктивных катушек

Закон электромагнитной индукции определяет, как связаны между собой напряжение и ток индуктивной катушки, выражается формулой:

где е – электродвижущая сила, которая наводится при изменении магнитного пронизывающего катушку потока, направленная так, чтобы ток препятствовал изменениям магнитных потоков; Ψ – потокосцепление катушки.
Видео, иллюстрирующее понятие электромагнитной индукции. Представлены опыты Фарадея, Ампера, Эрстеда, а также приведены примеры, как используют электромагнитную индукцию в технике:

Потокосцепление катушки определяется по формуле:

где N — количество витков катушки; Ф – магнитный поток, единица измерения 1 Вб (вебер).
Магнитный поток, который пронизывает витки катушки состоит из:

  1. магнитный поток самоиндукции Фси, который вызывает протекающий по катушке ток;
  2. магнитный поток внешних полей Фвп, который определяется магнитным полем Земли, полями постоянных магнитов и других катушек;

Таким образом:

Ф=Фвп+ Фси, (3)

Магнитный поток взаимоиндукции – магнитный поток внешнего поля, вызванный магнитным полем отдельной катушки.

Потокосцепление катушки можно представить следующим образом:

ψ=ψси+ψвп, (4)

где ψси – потокосцепление самоиндукции, ψвп – потокосцепление внешних полей.

Наведенную ЭДС в индуктивной катушке можно определить по формуле:

e=eси+eвп, (5)

где еси — ЭДС для самоиндукции, вызываемая при изменении магнитного потока, евп — ЭДС, вызываемая для внешних полей.

Показано, что ЭДС самоиндукции возможно навести в катушке, если магнитные потоки внешнего поля будут равны нулю, а катушку будет пронизывать поток самоиндукции.

От тока, протекающего по катушке, будет зависеть потокосцепление самоиндукции. Такую зависимость называют как вебер-амперную характеристику для индуктивной катушки, как правило, у нее нелинейного характера (рис. 4, линия 1). Для частного случая (катушка без магнитного сердечника) такая зависимость может носить линейный характер (рис. 4, линия 2).

Рис. 4. Вебер-амперная характеристика для индуктивной катушки: нелинейная (линия 1), линейная (линия 2).
Во время анализа цепей принимают во внимание напряжение на зажимах катушки, его положительное направление должно совпадать с положительным направлением тока.

Значение ЭДС, которое наводят в катушке, обычно не рассматривают.
Идеальный элемент в электроцепи – это индуктивность, данный элемент рассматривают как простую модель для индуктивной катушки, которая отражает способность катушки к запасанию энергии магнитного поля.
Напряжение на зажимах линейной индуктивности пропорционально тому, как изменяется скорость тока. Если постоянный ток протекает через индуктивность, то напряжение на зажимах будет равно нулю и, как следствие, будет равно нулю и сопротивление индуктивности для постоянного тока.

ВложениеРазмер
inductance_01.JPG3.67 КБ
inductance_02.JPG41.44 КБ
inductance_03.JPG15.03 КБ
inductance_04.JPG16.88 КБ
inductance_05.JPG4.46 КБ

viagra prix viagra

+
1
-
21 Мая 2014, 13:30