Självinduktion

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 maj 2020; kontroller kräver 7 redigeringar .

Självinduktion är fenomenet med förekomsten av en EMF av induktion i en ledande krets [1] (i en krets) när strömmen som flyter genom kretsen ändras .

När strömmen i kretsen ändras proportionellt [2] och det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av denna krets [3] . En förändring i detta magnetiska flöde, på grund av lagen om elektromagnetisk induktion , leder till exciteringen av en induktiv emk i denna krets .

Detta fenomen kallas självinduktion . Det är värt att notera att detta koncept är relaterat till begreppet ömsesidig induktion , som så att säga är dess speciella fall.

Riktningen för självinduktionens EMF visar sig alltid vara sådan att när strömmen i kretsen ökar, förhindrar självinduktionens EMF denna ökning (riktad mot strömmen), och när strömmen minskar minskar den (co -riktad med strömmen). Fenomenet självinduktion visar sig i att sakta ner processerna för försvinnande och etablering av strömmen [4] .

När man jämför styrkan hos en elektrisk ström med hastighet i mekanik och elektrisk induktans med massa i mekanik, liknar EMF för självinduktion som tröghetskraften .

Värdet på självinduktionens EMF är proportionell mot förändringshastigheten för styrkan hos (växelströmmen) : $i$

{\mathcal {E}}=-L{\frac {di}{dt}}

Proportionalitetskoefficienten kallas självinduktionskoefficienten eller induktansen för kretsen (spolen). $L$

Självinduktion och sinusformad ström

I fallet med ett sinusformigt beroende av strömmen som flyter genom spolen i tid, släpar självinduktions-EMK i spolen efter strömmen i fas med (det vill säga med 90 °), och amplituden för denna EMF är proportionell mot strömamplitud , frekvens och induktans ( ). När allt kommer omkring är förändringshastigheten för en funktion dess första derivata, och . $\pi /2$ ${\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}$ ${\frac {d\sin \omega t}{dt))=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)$

För beräkning av mer eller mindre komplexa kretsar som innehåller induktiva element, d.v.s. varv, spolar, etc. anordningar där självinduktion observeras, (särskilt helt linjär, det vill säga inte innehåller icke-linjära element [5] ) i vid sinusformade strömmar och spänningar används metoden för komplexa impedanser eller, i enklare fall, en mindre kraftfull, men mer visuell version av den - metoden för vektordiagram .

Observera att allt som beskrivs är tillämpligt inte bara direkt på sinusformade strömmar och spänningar, utan praktiskt taget på godtyckliga, eftersom de senare nästan alltid kan expanderas till en serie- eller Fourierintegral och därmed reduceras till sinusformade.

I mer eller mindre direkt anslutning till detta kan vi nämna tillämpningen av fenomenet självinduktion (och följaktligen induktorer ) i en mängd olika oscillerande kretsar, filter, fördröjningslinjer och andra olika kretsar inom elektronik och elektroteknik.

Självinduktion och strömökning

På grund av fenomenet självinduktion i en elektrisk krets med en EMF-källa, när kretsen är stängd, etableras strömmen inte omedelbart, men efter en tid. Liknande processer inträffar också när kretsen öppnas , medan (med en skarp öppning) värdet på självinduktions-emk i detta ögonblick avsevärt kan överstiga käll-emk.

Oftast i det vanliga livet används det i bilars tändspolar . Typisk tändspänning vid 12 V batterispänning är 7-25 kV. Men överskottet av EMF i utgångskretsen över batteriets EMF här beror inte bara på ett skarpt avbrott av strömmen, utan också på transformationsförhållandet , eftersom oftast inte en enkel induktorspole används, men en transformatorspole, vars sekundärlindning som regel har många gånger fler varv (det vill säga i de flesta fall är kretsen något mer komplex än den som helt skulle förklaras av självinduktion; dock är dess fysik drift i denna version sammanfaller delvis med fysiken för driften av en krets med en enkel spole).

Detta fenomen används också för att tända lysrör i en traditionell traditionell krets (här talar vi om en krets med en enkel induktor- choke ).

Dessutom måste fenomenet självinduktion alltid beaktas vid öppning av kontakter, om strömmen flyter genom belastningen med en märkbar induktans: det resulterande hoppet i EMF kan leda till ett sammanbrott av gapet mellan kontakterna och / eller andra oönskade effekter, för att undertrycka vilka i detta fall som regel är det nödvändigt att vidta olika speciella åtgärder, till exempel att installera en diod i omvänd anslutning parallellt med spolens plintar (choke).

Se även

Anteckningar

↑ Kretsen kan också vara flervarv - i synnerhet en spole. I det här fallet, såväl som i fallet med en enda krets, måste kretsen strängt taget vara sluten (till exempel genom en voltmeter som mäter EMF), men i praktiken, med ett (mycket) stort antal varv, är skillnaden i EMF i en helt sluten krets och i en krets med diskontinuitet (geometriskt till och med stor jämfört med spolens storlek) kan vara försumbar.
↑ Eftersom det magnetiska flödet genom slingan är proportionell mot strömmen i slingan. För en tunn stel krets (för det fall där detta uttalande är exakt) är exakt proportionalitet uppenbar baserat på Biot-Savart-lagen , eftersom den magnetiska induktionsvektorn enligt denna lag är direkt proportionell mot strömmen och flödet av denna vektor (som kallas det magnetiska flödet) genom en fast (den ändras inte med en stel kontur) ytan är då också proportionell mot strömmen. Formellt skrivs detta som en ekvation: , där är det magnetiska flödet, är självinduktionskoefficienten , är strömmen i kretsen. $\Phi =LI$ $\Phi$ $L$ $jag$
↑ I fallet med en komplex konturform, till exempel, om konturen är flervarv (spole), visar sig ytan som begränsas av konturen (eller, som man säger, "sträckt över konturen") vara ganska komplex , vilket inte ändrar essensen av det beskrivna fenomenet. För att förenkla förståelsen av fallet med flervarvskretsar (spolar) kan man (ungefärligt) betrakta den yta som sträcks över av en sådan slinga bestå av en uppsättning (stapel) av ytor, som var och en överspänns av sin egen individuella spole .
↑ Kalashnikov S. G. , Electricity, M., GITTL, 1956, kap. IX "Elektromagnetisk induktion", s. 107 "Försvinnande och upprättande av ström", sid. 221 - 224;
↑ De induktiva elementen i sig är linjära, det vill säga de följer den linjära differentialekvationen som ges i artikeln ovan. Men i verkligheten gäller denna ekvation bara ungefär, så att de induktiva elementen är linjära också bara ungefär (även om ibland med extremt god noggrannhet). I verkligheten finns det också avvikelser från den ideala ekvationen som är linjära till sin natur (till exempel förknippade med elastiska deformationer av spolen i en linjär approximation).

Länkar

Om självintroduktion och ömsesidig introduktion från "Elektrikerskolan"