Induktor dan medan magnet. Bahagian 2. Induksi elektromagnetik dan induktansi

Bahagian pertama artikel: Induktor dan medan magnet

Hubungan medan elektrik dan magnet

Fenomena elektrik dan magnet telah dikaji untuk jangka masa yang lama, tetapi tidak pernah berlaku kepada sesiapa pun untuk mengaitkan kajian-kajian ini antara satu sama lain. Dan hanya pada tahun 1820 ia mendapati bahawa konduktor semasa bertindak pada jarum kompas. Penemuan ini tergolong dalam fizik Denmark, Hans Christian Oersted. Seterusnya, unit pengukuran kekuatan medan magnet dalam sistem GHS dinamakan selepasnya: penamaan Rusia E (Oersted), bahasa Inggeris Oe. Medan magnet mempunyai keamatan sedemikian dalam vakum semasa induksi 1 Gauss.

Penemuan ini mencadangkan bahawa medan magnet boleh diperolehi daripada arus elektrik. Tetapi pada masa yang sama, pemikiran timbul tentang transformasi songsang, iaitu, bagaimana untuk mendapatkan arus elektrik dari medan magnet. Sesungguhnya, banyak proses yang boleh diterbalikkan: ais diperoleh daripada air, yang boleh dicairkan semula ke dalam air.

Selepas penemuan Oersted, kajian undang-undang fizik kini jelas mengambil masa selama dua puluh dua tahun. Saintis Inggeris Michael Faraday terlibat dalam mendapatkan elektrik dari medan magnet. Conductor dan magnet pelbagai bentuk dan saiz telah dibuat, dan pilihan bagi susunan bersama mereka telah dicari. Dan, nampaknya, secara kebetulan, saintis mendapati bahawa untuk mendapatkan EMF di hujung konduktor, satu lagi istilah diperlukan - pergerakan magnet, iaitu. medan magnet mesti berubah-ubah.

Sekarang ini tidak mengejutkan sesiapa pun. Inilah cara semua penjana elektrik berfungsi - selagi ia diputar dengan sesuatu, tenaga elektrik dihasilkan, mentol lampu bersinar. Berhenti, berhenti berpaling, dan lampu keluar.

Induksi elektromagnetik

Oleh itu, EMF di hujung konduktor berlaku hanya jika ia dipindahkan dengan cara tertentu dalam medan magnet. Atau, lebih tepatnya, medan magnet mesti semestinya berubah, berubah-ubah. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik, dalam bimbingan elektromagnetik Rusia: dalam hal ini mereka mengatakan bahwa EMF diinduksi dalam konduktor. Sekiranya beban disambungkan kepada sumber EMF, arus akan mengalir dalam litar.

Besarnya EMF yang diinduksi bergantung kepada beberapa faktor: panjang konduktor, induksi medan magnet B, dan sebahagian besarnya pada kelajuan pergerakan konduktor dalam medan magnet. Semakin cepat pemutar penjana diputar, semakin tinggi voltan pada outputnya.

Nota: induksi elektromagnet (kejadian EMF di hujung konduktor dalam medan magnet berselang) tidak boleh dikelirukan dengan induksi magnetik - kuantiti fizikal vektor yang mewakili medan magnet sebenar.

Tiga cara untuk mendapatkan EMF

Induksi

Kaedah ini telah dipertimbangkan. dalam bahagian pertama artikel. Ia cukup untuk menggerakkan konduktor dalam medan magnet magnet tetap, atau sebaliknya untuk bergerak (hampir selalu dengan putaran) magnet di dekat konduktor. Kedua-dua pilihan ini pasti membolehkan anda untuk mendapatkan medan magnet yang bergantian. Dalam kes ini, kaedah mendapatkan EMF dipanggil induksi. Ia adalah induksi yang digunakan untuk mendapatkan EMF dalam pelbagai penjana. Dalam eksperimen Faraday pada tahun 1831, magnet semakin bergerak di dalam gegelung dawai.

Induksi bersama

Nama ini menunjukkan bahawa dua konduktor mengambil bahagian dalam fenomena ini. Dalam salah satu daripada mereka, aliran arus yang berubah, yang mewujudkan medan magnet yang berselang-seli di sekitarnya. Sekiranya terdapat konduktor lain yang berdekatan, maka pada akhirnya terdapat EMF yang berubah-ubah.

Kaedah mendapatkan EMF dipanggil induksi bersama.Adalah berdasarkan prinsip induksi bersama bahawa semua transformer berfungsi, hanya konduktor mereka dibuat dalam bentuk gegelung, dan teras yang terbuat dari bahan ferromagnet digunakan untuk meningkatkan induksi magnetik.

Jika arus konduktor pertama berhenti (litar terbuka), atau bahkan menjadi sangat kuat, tetapi tetap (tidak ada perubahan), maka di hujung konduktor kedua tiada EMF boleh diperolehi. Itulah sebabnya transformer hanya beroperasi pada arus bolak: jika bateri galvanik disambungkan kepada penggulungan utama, maka tidak akan ada sebarang voltan pada keluaran penggulungan sekunder.

EMF dalam penggulungan sekunder hanya disebabkan apabila medan magnet berubah. Selain itu, semakin kuat kadar perubahan, iaitu kelajuan, dan bukannya nilai mutlak, semakin besar EMF yang disebabkan.

Induksi diri

Jika anda mengeluarkan konduktor kedua, maka medan magnet di konduktor pertama akan meresap bukan sahaja ruang sekelilingnya, tetapi juga konduktor itu sendiri. Oleh itu, di bawah pengaruh medannya di konduktor yang disebabkan EMF, yang dipanggil EMF induksi diri.

Fenomena induksi diri pada tahun 1833 telah dikaji oleh saintis Rusia Lenz. Berdasarkan percubaan-percubaan ini, corak yang menarik dijumpai: EMF induksi diri selalu mengatasi, mengkompensasi medan magnet yang bersifat luaran yang menyebabkan EMF ini. Ketergantungan ini dipanggil peraturan Lenz (tidak boleh dikelirukan dengan hukum Joule-Lenz).

Tanda minus dalam formula itu hanya bercakap tentang mengatasi EMF induksi diri oleh sebab-sebabnya. Jika gegelung disambungkan kepada sumber arus langsung, arus akan meningkat agak perlahan. Ini sangat ketara apabila penggulungan utama pengubah adalah "didail" dengan ohmmeter penuding: kelajuan anak panah ke arah bahagian skala sifar ternyata lebih rendah daripada ketika memeriksa perintang.

Apabila gegelung diputuskan dari sumber semasa, EMF induksi diri menyebabkan percikan geganti. Dalam kes apabila gegelung dikawal oleh transistor, sebagai contoh, gegelung geganti, sebuah diod diletakkan selari dengannya dalam arah bertentangan dengan sumber kuasa. Ini dilakukan untuk melindungi unsur-unsur semikonduktor daripada pengaruh induksi diri EMF, yang dapat puluhan atau bahkan ratusan kali lebih tinggi daripada voltan sumber kuasa.

Untuk menjalankan eksperimen, Lenz membina alat yang menarik. Dua cincin aluminium ditetapkan di hujung lengan rocker aluminium. Satu cincin adalah pepejal, dan yang lain dipotong. Rocker berputar dengan bebas pada jarum.

Apabila magnet tetap diperkenalkan ke dalam cincin pepejal, ia "melarikan diri" dari magnet, dan apabila magnet dikeluarkan, ia dicari. Tindakan yang sama dengan cincin dipotong tidak menyebabkan sebarang pergerakan. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahawa dalam cincin berterusan di bawah pengaruh medan magnet yang bergantian, timbul arus yang menghasilkan medan magnet. Tetapi dalam cincin terbuka tidak ada arus, oleh itu, tidak ada medan magnet sama ada.

Perincian penting eksperimen ini ialah jika magnet dimasukkan ke dalam cincin dan tetap pegun, maka tidak ada tindak balas dari cincin aluminium dengan kehadiran magnet yang diperhatikan. Ini sekali lagi mengesahkan bahawa EMF induksi berlaku hanya dalam kes perubahan dalam medan magnet, dan magnitud EMF bergantung pada kadar perubahan. Dalam kes ini, hanya dari kelajuan pergerakan magnet.

Yang sama boleh dikatakan mengenai induksi bersama dan induksi sendiri, hanya perubahan dalam kekuatan medan magnet, lebih tepatnya, kadar perubahannya bergantung pada kadar perubahan arus. Untuk menggambarkan fenomena ini, kita dapat memberi contoh.

Biarkan arus besar melepasi dua gegelung yang sama besar: melalui gegelung pertama 10A, dan melalui kedua sebanyak 1000, dengan arus secara linear meningkat di kedua gegelung. Katakan bahawa dalam satu saat arus dalam gegelung pertama berubah dari 10 hingga 15A, dan pada kedua dari 1000 hingga 1001A, yang menyebabkan kemunculan EMF induksi diri di kedua-dua gegelung.

Tetapi, walaupun nilai besar semasa dalam gegelung kedua, EMF induksi diri akan lebih besar pada yang pertama, kerana terdapat kadar perubahan semasa ialah 5A / s, dan pada kedua ia hanya 1A / s. Malah, EMF induksi diri bergantung kepada kadar peningkatan semasa (baca medan magnet), dan bukan pada nilai mutlaknya.

Induktans

Sifat magnetik gegelung dengan arus bergantung kepada bilangan lilitan, dimensi geometri. Peningkatan ketara dalam medan magnet boleh dicapai dengan memperkenalkan teras ferromagnetik ke dalam gegelung. Sifat magnetik gegelung boleh dinilai dengan ketepatan yang mencukupi dengan magnitud induksi induksi, induksi bersama atau induksi diri. Semua fenomena ini telah dipertimbangkan di atas.

Ciri gegelung yang bercakap tentang ini, disebut koefisien induktansi (induksi diri) atau induktansi hanya. Dalam formula, induktansinya dilambangkan dengan huruf L, dan dalam gambar rajah huruf yang sama menandakan gegelung induktansi.

Unit induktansi ialah Henry (GN). Induktansi 1H mempunyai gegelung di mana, apabila perubahan semasa sebanyak 1A sesaat, EMF 1V dihasilkan. Nilai ini agak besar: lilitan rangkaian transformer yang cukup kuat mempunyai induktansi satu atau lebih GN.

Oleh itu, mereka sering menggunakan nilai pesanan yang lebih kecil, iaitu, milli dan mikro-henry (mH dan μH). Gegelung tersebut digunakan dalam litar elektronik. Salah satu aplikasi gegelung adalah litar berayun dalam peranti radio.

Juga, gegelung digunakan sebagai pemangkin, tujuan utamanya adalah untuk melangkau arus terus tanpa kehilangan semasa melemahkan arus berselang-seli (penapis dalam bekalan kuasa) Secara umumnya, kekerapan operasi yang lebih tinggi, gegelung induktansi kurang diperlukan.

Induktans

Jika anda mengambil pengubah rangkaian yang cukup kuat dan mengukur dengan multimeter rintangan penggulungan utama, ternyata ia hanya beberapa ohm, dan bahkan hampir sifar. Ternyata arus melalui penggulungan sedemikian akan menjadi sangat besar, dan bahkan cenderung tak terbatas. Litar pintas kelihatan tidak dapat dielakkan! Jadi mengapa dia tidak?

Salah satu sifat induktor utama ialah rintangan induktif, yang bergantung kepada induktans dan kekerapan arus bolak yang disambungkan ke gegelung.

Adalah mudah untuk melihat bahawa dengan peningkatan kekerapan dan induktansi, rintangan induktif bertambah, dan dalam arus terus secara amnya menjadi sama dengan sifar. Oleh itu, apabila mengukur rintangan gegelung dengan multimeter, hanya rintangan aktif dawai diukur.

Reka bentuk induktor sangat pelbagai dan bergantung kepada frekuensi di mana gegelung beroperasi. Sebagai contoh, untuk kerja dalam pelbagai gelombang radio gelombang, gegelung yang dibuat oleh pendawaian yang dicetak sering digunakan. Dalam pengeluaran besar-besaran, kaedah ini sangat mudah.

Induktansi gegelung bergantung kepada dimensi geometri, teras, bilangan lapisan dan bentuknya. Pada masa ini, bilangan induktor standard yang mencukupi dihasilkan, sama dengan perintang terminal konvensional. Gulungan tersebut ditandai dengan cincin berwarna. Terdapat juga gegelung gunung permukaan yang digunakan sebagai pencekik. The inductance of such coils adalah beberapa miligen.