Önindukció

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. május 22-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 7 szerkesztést igényelnek .

Az önindukció az indukciós EMF jelensége egy vezető áramkörben [1] (egy áramkörben), amikor az áramkörön átfolyó áram megváltozik .

Amikor az áramkörben az áram arányosan változik [2] és az ezen áramkör által határolt felületen átmenő mágneses fluxus [3] . Ennek a mágneses fluxusnak az elektromágneses indukció törvénye miatti változása induktív emf gerjesztéséhez vezet ebben az áramkörben .

Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik . Érdemes megjegyezni, hogy ez a fogalom a kölcsönös indukció fogalmához kapcsolódik , lévén annak speciális esete.

Az önindukció EMF iránya mindig olyan, hogy amikor az áramkörben az áram növekszik, az önindukció EMF megakadályozza ezt a növekedést (az áram ellen irányul), és amikor az áram csökken, akkor csökken (co -árammal irányított). Az önindukció jelensége az áram eltűnésének és létrejöttének folyamatainak lelassításában nyilvánul meg [4] .

Ha összehasonlítjuk az elektromos áram erősségét a sebességgel a mechanikában és az elektromos induktivitást a tömeggel a mechanikában, az önindukció EMF-je hasonló a tehetetlenségi erőhöz .

Az önindukció EMF értéke arányos a (váltakozó) áram erősségének változási sebességével : $én$

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

Az arányossági együtthatót önindukciós együtthatónak vagy az áramkör (tekercs) induktivitásának nevezzük . $L$

Önindukció és szinuszos áram

A tekercsen átfolyó áram időbeli szinuszos függése esetén a tekercsben lévő önindukciós EMF fázisban (azaz 90 °-kal) elmarad az áramtól, és ennek az EMF-nek az amplitúdója arányos a áramamplitúdó , frekvencia és induktivitás ( ) . Hiszen egy függvény változási sebessége az első deriváltja, és . $\pi /2$ ${\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}$ ${\frac {d\sin \omega t}{dt))=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)$

Induktív elemeket tartalmazó, többé-kevésbé összetett áramkörök, azaz fordulatok, tekercsek stb. olyan eszközök kiszámításához, amelyekben önindukció figyelhető meg (különösen teljesen lineáris, azaz nem lineáris elemeket nem tartalmazó [5] ) a szinuszos áramok és feszültségek esetén a komplex impedanciák módszerét alkalmazzák , vagy egyszerűbb esetekben annak kevésbé erős, de vizuálisabb változatát - a vektordiagramok módszerét .

Vegyük észre, hogy mindaz, amit leírtunk, nemcsak közvetlenül szinuszos áramokra és feszültségekre vonatkozik, hanem gyakorlatilag tetszőlegesekre is, mivel ez utóbbiak szinte mindig kiterjeszthetők soros vagy Fourier-integrálra , és így szinuszosra redukálhatók.

Ezzel többé-kevésbé közvetlen összefüggésben megemlíthetjük az önindukció jelenségének (és ennek megfelelően az induktorok ) alkalmazását különféle oszcillációs áramkörökben, szűrőkben, késleltető vezetékekben és más elektronikai és elektrotechnikai áramkörökben.

Önindukció és áramlökés

Az EMF-forrással rendelkező elektromos áramkörben az önindukció jelensége miatt, amikor az áramkör zárva van, az áram nem azonnal jön létre, hanem egy idő után. Hasonló folyamatok fordulnak elő az áramkör nyitásakor is , miközben (éles nyitás esetén) az önindukciós emf értéke ebben a pillanatban jelentősen meghaladhatja a forrás emf értéket.

A hétköznapi életben leggyakrabban autók gyújtótekercseiben használják . A tipikus gyújtási feszültség 12 V-os akkumulátorfeszültségnél 7-25 kV. Azonban az EMF többlet a kimeneti áramkörben az akkumulátor EMF-jéhez képest itt nemcsak az áram éles megszakításának, hanem az átalakítási aránynak is köszönhető , mivel leggyakrabban nem egyszerű induktortekercset használnak, hanem egy transzformátortekercs, amelynek szekunder tekercsének általában többszöröse a menete (azaz a legtöbb esetben az áramkör valamivel bonyolultabb, mint az önindukcióval teljes mértékben megmagyarázható; azonban ennek fizikája működése ebben a változatban részben egybeesik egy egyszerű tekercses áramkör működésének fizikájával).

Ezt a jelenséget használják a fénycsövek meggyújtására is egy szabványos hagyományos áramkörben (itt egy egyszerű tekercses áramkörről beszélünk - fojtótekercs ).

Ezenkívül az önindukció jelenségét mindig figyelembe kell venni az érintkezők nyitásakor, ha az áram észrevehető induktivitás mellett folyik át a terhelésen: az ebből eredő EMF ugrás az érintkezők közötti rés meghibásodásához és/vagy egyéb nemkívánatos hatások, amelyek kiküszöbölésére ebben az esetben általában különféle speciális intézkedéseket kell tenni, például a tekercs kivezetéseivel párhuzamosan egy diódát kell felszerelni fordított irányú összeköttetésben.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Az áramkör többfordulatú is lehet - különösen egy tekercs. Ebben az esetben, akárcsak egyetlen áramkör esetén szigorúan véve az áramkört zárni kell (például EMF-t mérő voltmérőn keresztül), de a gyakorlatban (nagyon) nagy fordulatszámmal a különbség EMF-ben teljesen zárt áramkörben és szakadásos áramkörben (a tekercs méretéhez képest geometriailag még nagy is) elhanyagolható lehet.
↑ Mivel a hurkon áthaladó mágneses fluxus arányos a hurok áramával. Vékony merev áramkör esetén (amelyre ez az állítás pontos) a pontos arányosság nyilvánvaló a Biot-Savart törvény alapján , mivel e törvény szerint a mágneses indukciós vektor egyenesen arányos az árammal, és ennek fluxusa. vektor (amit mágneses fluxusnak nevezünk) egy rögzített (merev kontúrral nem változik) keresztül a felület akkor is arányos az áramerősséggel. Formálisan ezt egyenletként írják le: , ahol a mágneses fluxus, az önindukciós együttható , az áramkörben lévő áram. $\Phi =LI$ $\Phi$ $L$ $én$
↑ Egy összetett kontúrforma esetén például, ha a kontúr többfordulatú (tekercs), akkor a kontúr által határolt (vagy ahogy mondani szokás: „a kontúron átnyúló”) felület meglehetősen összetettnek bizonyul. , ami nem változtat a leírt jelenség lényegén. A többfordulatú áramkörök (tekercsek) esetének megértésének egyszerűsítése érdekében (körülbelül) úgy tekinthetjük, hogy az ilyen hurok által átívelt felület felületek halmazából (halmából) áll, amelyek mindegyikét a saját egyedi tekercs fedi át. .
↑ Kalashnikov S. G. , Electricity, M., GITTL, 1956, ch. IX "Elektromágneses indukció", 107. o. "Az áram eltűnése és kialakulása", 107. o. 221-224;
↑ Maguk az induktív elemek lineárisak, azaz engedelmeskednek a fenti cikkben megadott lineáris differenciálegyenletnek. A valóságban azonban ez az egyenlet csak megközelítőleg áll fenn, így az induktív elemek is csak megközelítőleg lineárisak (bár néha rendkívül jó pontossággal). Ezenkívül a valóságban vannak olyan eltérések az ideális egyenlettől, amelyek természetükben lineárisak (például lineáris közelítésben a tekercs rugalmas deformációihoz kapcsolódnak).

Linkek

Az önindukcióról és a kölcsönös indukcióról a Villanyszerelő Iskolából