Mga inductor at magnetic field. Bahagi 2. Electromagnetic induction at inductance

Ang unang bahagi ng artikulo: Mga inductor at magnetic field

Ang relasyon ng mga electric at magnetic field

Matagal nang pinag-aralan ang mga elektrikal at magnetikong mga pangyayari, ngunit hindi ito nangyari sa sinuman upang maiugnay ang mga pag-aaral sa bawat isa. At noong 1820 lamang natuklasan na ang isang kasalukuyang conductor ay kumikilos sa karayom ​​ng kumpas. Ang pagtuklas na ito ay pag-aari ng Danish pisisista na si Hans Christian Oersted. Kasunod nito, ang yunit ng pagsukat ng lakas ng magnetic field sa sistema ng GHS ay pinangalanan sa kanya: ang Russian na pagtatalaga E (Oersted), ang pagtatalaga ng Ingles na Oe. Ang magnetic field ay may tulad na intensity sa isang vacuum sa panahon ng induction ng 1 Gauss.

Ang pagtuklas na ito ay iminungkahi na ang isang magnetic field ay maaaring makuha mula sa isang electric current. Ngunit sa parehong oras, ang mga saloobin ay lumitaw tungkol sa kabaligtaran ng pagbabagong-anyo, ibig sabihin, kung paano makakuha ng isang electric current mula sa isang magnetic field. Sa katunayan, maraming mga proseso sa likas na katangian ang mababalik: ang yelo ay nakuha mula sa tubig, na maaaring matunaw muli sa tubig.

Matapos ang pagkatuklas ng Oersted, ang pag-aaral ng ngayon malinaw na batas ng pisika ay tumagal ng dalawampu't dalawang taon. Ang English scientist na si Michael Faraday ay nakatuon sa pagkuha ng kuryente mula sa isang magnetic field. Ang mga konduktor at magneto ng iba't ibang mga hugis at sukat ay ginawa, at hinahangad ang mga pagpipilian para sa kanilang pagkakaisa sa isa't isa At lamang, tila, sa pamamagitan ng pagkakataon, natuklasan ng siyentipiko na upang makakuha ng EMF sa mga dulo ng conductor, kinakailangan ang isa pang term - ang paggalaw ng magnet, i.e. ang magnetic field ay dapat na variable.

Ngayon hindi ito sorpresa sa sinuman. Ito ay kung paano gumagana ang lahat ng mga electric generator - hangga't ito ay pinaikot sa isang bagay, ang kuryente ay nabuo, isang ilaw na bombilya ay kumikinang. Huminto, tumigil sa pag-iwas, at ang ilaw ay lumabas.

Pagpapaloob ng elektromagnetiko

Kaya, ang EMF sa mga dulo ng conductor ay nangyayari lamang kung ito ay inilipat sa isang tiyak na paraan sa isang magnetic field. O, mas tumpak, ang magnetic field ay kinakailangang magbago, maging variable. Ang kababalaghan na ito ay tinatawag na electromagnetic induction, sa Russian electromagnetic guidance: sa kasong ito sinabi nila na ang EMF ay nai-impluwensya sa conductor. Kung ang isang pag-load ay konektado sa tulad ng isang mapagkukunan ng EMF, isang kasalukuyang dumadaloy sa circuit.

Ang kalakhan ng sapilitan na EMF ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan: ang haba ng conductor, induction ng magnetic field B, at sa isang malaking lawak sa bilis ng paggalaw ng conductor sa magnetic field. Ang mas mabilis na generator ng rotor ay pinaikot, mas mataas ang boltahe sa output nito.

Tandaan: electromagnetic induction (ang paglitaw ng EMF sa mga dulo ng isang conductor sa isang alternating magnetic field) ay hindi dapat malito sa magnetic induction - isang vector na pisikal na dami na nagpapakilala sa aktwal na larangan ng magnetic.

Tatlong paraan upang makakuha ng EMF

Induction

Ang pamamaraang ito ay isinasaalang-alang. sa unang bahagi ng artikulo. Ito ay sapat na upang ilipat ang conductor sa magnetic field ng permanenteng pang-akit, o kabaliktaran upang ilipat (halos palaging sa pamamagitan ng pag-ikot) ang magnet na malapit sa conductor. Ang parehong mga pagpipilian ay magpapahintulot sa iyo na makakuha ng isang alternating magnetic field. Sa kasong ito, ang paraan ng pagkuha ng EMF ay tinatawag na induction. Ginagamit ang induction upang makakuha ng EMF sa iba't ibang mga generator. Sa mga eksperimento ng Faraday noong 1831, ang magnet ay unti-unting lumipat sa likid ng kawad.

Induction sa indibidwal

Ang pangalan na ito ay nagmumungkahi na ang dalawang conductor ay nakikibahagi sa hindi pangkaraniwang bagay na ito. Sa isa sa mga ito, isang pagbabago ng kasalukuyang daloy, na lumilikha ng isang alternating magnetic field sa paligid nito. Kung mayroong isa pang conductor na malapit, pagkatapos ay sa mga dulo nito mayroong isang variable na EMF.

Ang pamamaraang ito ng pagkuha ng EMF ay tinatawag na mutual induction.Nasa prinsipyo ng kapwa induction na gumagana ang lahat ng mga transformer, tanging ang kanilang mga conductor ay ginawa sa anyo ng mga coil, at ang mga cores na gawa sa mga ferromagnetic na materyales ay ginagamit upang mapahusay ang magnetic induction.

Kung ang kasalukuyang nasa unang conductor ay tumitigil (bukas na circuit), o maging napakalakas, ngunit palagiang (walang pagbabago), pagkatapos ay sa mga dulo ng pangalawang conductor walang EMF ay maaaring makuha. Iyon ang dahilan kung bakit nagpapatakbo lamang ang mga transformer sa alternating kasalukuyang: kung ang isang galvanic na baterya ay konektado sa pangunahing paikot-ikot, pagkatapos ay tiyak na hindi magiging anumang boltahe sa output ng pangalawang paikot-ikot.

Ang EMF sa pangalawang paikot-ikot ay sapilitan lamang kapag nagbabago ang magnetic field. Bukod dito, mas malakas ang rate ng pagbabago, lalo na ang bilis, at hindi ang ganap na halaga, mas malaki ang sapilitan na EMF.

Induksiyon sa sarili

Kung aalisin mo ang pangalawang conductor, kung gayon ang magnetic field sa unang conductor ay makikita hindi lamang ang nakapalibot na espasyo, kundi pati na rin ang conductor mismo. Sa gayon, sa ilalim ng impluwensya ng larangan nito sa konduktor na sapilitan ng EMF, na tinatawag na EMF ng self-induction.

Ang mga phenomena ng self-induction sa 1833 ay pinag-aralan ng Russian scientist na si Lenz. Batay sa mga eksperimento na ito, natagpuan ang isang kawili-wiling pattern: ang EMF ng self-induction ay laging nakikipag-counter, binabayaran ang panlabas na alternating magnetic field na nagiging sanhi ng EMF na ito. Ang dependence na ito ay tinatawag na Lenz rule (hindi malito sa Joule-Lenz law).

Ang minus sign sa formula ay nagsasalita lamang ng pagsugpo sa EMF ng self-induction sa pamamagitan ng mga sanhi nito. Kung ang coil ay konektado sa isang direktang kasalukuyang mapagkukunan, ang kasalukuyang ay tataas ng dahan-dahan. Ito ay kapansin-pansin kapag ang pangunahing paikot-ikot ng transpormer ay "nai-dial" na may isang pointereter ng pointer: ang bilis ng arrow sa direksyon ng zero scale division ay kapansin-pansin na mas mababa kaysa sa kung susuriin ang mga resistors.

Kapag ang coil ay hindi naka-disconnect mula sa kasalukuyang mapagkukunan, ang self-induction EMF ay nagiging sanhi ng pag-spark ng mga contact ng relay. Sa kaso kapag ang coil ay kinokontrol ng isang transistor, halimbawa, isang relay coil, ang isang diode ay inilalagay kahanay nito sa kabaligtaran ng direksyon na may paggalang sa pinagmulan ng kapangyarihan. Ginagawa ito upang maprotektahan ang mga elemento ng semiconductor mula sa impluwensya ng self-induction ng EMF, na maaaring sampu-sampung o kahit na daan-daang beses na mas mataas kaysa sa boltahe ng pinagmulan ng kuryente.

Para sa pagsasagawa ng mga eksperimento, nagtayo si Lenz ng isang kagiliw-giliw na aparato. Dalawang mga singsing na aluminyo ay naayos sa mga dulo ng braso ng aluminyo na rocker. Ang isang singsing ay solid, at ang isa ay pinutol. Ang rocker ay malayang umiikot sa karayom.

Kapag ang isang permanenteng pang-akit ay ipinakilala sa isang tuluy-tuloy na singsing, ito ay "nakatakas" mula sa magnet, at kapag tinanggal ang magnet, hinahangad ito. Ang parehong pagkilos na may cut singsing ay hindi naging sanhi ng anumang paggalaw. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa isang patuloy na singsing sa ilalim ng impluwensya ng isang alternating magnetic field, isang kasalukuyang arises na lumilikha ng isang magnetic field. Ngunit sa bukas na singsing walang kasalukuyang, samakatuwid, walang magnetic field din.

Ang isang mahalagang detalye ng eksperimento na ito ay kung ang isang magnet ay ipinasok sa singsing at nananatiling hindi gumagalaw, kung gayon walang reaksyon ng singsing na aluminyo sa pagkakaroon ng magneto ay sinusunod. Muli itong kinumpirma na ang induction EMF ay nangyayari lamang sa kaso ng isang pagbabago sa magnetic field, at ang magnitude ng EMF ay depende sa rate ng pagbabago. Sa kasong ito, mula lamang sa bilis ng paggalaw ng magnet.

Ang parehong maaaring masabi tungkol sa kapwa induction at self-induction, isang pagbabago lamang sa lakas ng magnetic field, na mas tiyak, ang rate ng pagbabago nito ay depende sa rate ng pagbabago ng kasalukuyang. Upang mailarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, maaari tayong magbigay ng isang halimbawa.

Hayaan ang mga malalaking alon na dumaan sa dalawang sapat na malaking magkaparehong coil: sa pamamagitan ng unang coil 10A, at sa pamamagitan ng pangalawang bilang 1000, kasama ang mga alon na linearly na pagtaas sa parehong coils. Ipagpalagay na sa isang segundo ang kasalukuyang sa unang likid ay nagbago mula 10 hanggang 15A, at sa pangalawa mula sa 1000 hanggang 1001A, na naging sanhi ng hitsura ng self-induction EMF sa parehong coils.

Ngunit, sa kabila ng napakalaking halaga ng kasalukuyang sa pangalawang likid, ang self-induction EMF ay magiging mas malaki sa una, dahil doon ang kasalukuyang rate ng pagbabago ay 5A / s, at sa pangalawang ito ay 1A / s lamang. Pagkatapos ng lahat, ang EMF ng self-induction ay depende sa rate ng pagtaas sa kasalukuyang (basahin ang magnetic field), at hindi sa ganap na halaga nito.

Pag-uugali

Ang mga magnetic katangian ng coil na may kasalukuyang nakasalalay sa bilang ng mga liko, geometriko na sukat. Ang isang makabuluhang pagtaas sa larangan ng magnetic ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang ferromagnetic core sa coil. Ang mga magnetic na katangian ng coil ay maaaring hatulan na may sapat na kawastuhan sa pamamagitan ng magnitude ng emf ng induction, mutual induction o self-induction. Ang lahat ng mga hindi pangkaraniwang bagay na ito ay isinasaalang-alang sa itaas.

Ang katangian ng coil, na pinag-uusapan tungkol dito, ay tinatawag na koepisyent ng inductance (self-induction) o simpleng inductance. Sa mga formula, ang inductance ay minarkahan ng letrang L, at sa mga diagram ang parehong letra ay nagpapahiwatig ng mga coil ng inductance.

Ang yunit ng inductance ay si Henry (GN). Ang Inductance 1H ay may isang coil kung saan, kapag ang kasalukuyang pagbabago ng 1A bawat segundo, nabuo ang isang EMF ng 1V. Malaki ang halagang ito: ang mga windings ng network ng sapat na makapangyarihang mga transformer ay may inductance ng isa o higit pang GN.

Samakatuwid, madalas na ginagamit nila ang mga halaga ng isang mas maliit na pagkakasunud-sunod, lalo na, milli at microgenry (mH at μH). Ang ganitong mga coil ay ginagamit sa mga electronic circuit. Ang isa sa mga aplikasyon ng coil ay mga oscillatory circuit sa mga aparato sa radyo.

Gayundin, ang mga coil ay ginagamit bilang mga tsokolate, ang pangunahing layunin ng kung saan ay upang laktawan ang direktang kasalukuyang walang pagkawala habang pinapahina ang kahaliling kasalukuyang (mga filter. sa mga power supply) Kadalasan, ang mas mataas na dalas ng operating, ang mas kaunting inductance coil ay kinakailangan.

Pag-uugali

Kung kukuha ka ng sapat na malakas na network transpormer at sukatin sa isang multimeter paglaban ng pangunahing paikot-ikot, lumiliko na ito ay ilan lamang sa mga ohms, at kahit na malapit sa zero. Ito ay lumiliko na ang kasalukuyang sa pamamagitan ng tulad ng isang paikot-ikot ay magiging napakalaking, at kahit na may posibilidad na kawalang-hanggan. Ang isang maikling circuit ay tila hindi maiiwasan! Kaya bakit hindi siya?

Ang isa sa mga pangunahing katangian ng mga inductors ay ang pagtutol sa induktibo, na nakasalalay sa inductance at sa dalas ng alternating current na konektado sa coil.

Madali itong makita na sa pagtaas ng dalas at inductance, tumataas ang resistensya ng inductive, at sa direktang kasalukuyang pangkalahatan ay nagiging pantay sa zero. Samakatuwid, kapag sinusukat ang paglaban ng coils na may isang multimeter, tanging ang aktibong pagtutol ng kawad ay sinusukat.

Ang disenyo ng mga inductors ay napaka magkakaibang at nakasalalay sa mga dalas kung saan nagpapatakbo ang coil. Halimbawa, para sa trabaho sa decimeter na hanay ng mga radio radio, ang mga coil na ginawa ng mga naka-print na mga kable ay madalas na ginagamit. Sa paggawa ng masa, ang pamamaraang ito ay napaka-maginhawa.

Ang inductance ng isang coil ay nakasalalay sa mga geometrical na sukat nito, core, bilang ng mga layer at hugis. Sa kasalukuyan, isang sapat na bilang ng mga karaniwang inductors ang ginawa, katulad ng maginoo resistors na may mga lead. Ang pagmamarka ng naturang coils ay isinasagawa gamit ang mga may kulay na singsing. Mayroon ding mga mount mount coil na ginamit bilang mga choke. Ang inductance ng naturang coils ay maraming milligenes.