Induktorok és mágneses mezők
Elektromos és mágneses mezők összekapcsolása
Ez a felfedezés azt sugallja, hogy egy elektromos áram mágneses mezőt hozhat létre. De ugyanakkor gondolatok voltak az inverz transzformációról, nevezetesen arról, hogyan lehet elektromos áramot kapni egy mágneses mezőtől. Végtére is a természetben számos folyamat reverzibilis: a vízből jég keletkezik, ami újra vízben olvad.
Most ez már nem meglepő. Így működik az összes elektromos generátor - miközben valami forgat, elektromos áram keletkezik, a fény ragyog. Megálltak, leálltak, és az izzó kiment.
Így az EMF a vezeték végein csak akkor merül fel, ha egy bizonyos mágneses térben elmozdul. Pontosabban, a mágneses mezőnek feltétlenül változni kell, változtatható. Ez a jelenség az elektromágneses indukció nevét kapta, az orosz elektromágneses irányításban: ebben az esetben azt mondják, hogy a vezetőt az EMF vezeti. Ha egy ilyen EMF forráshoz terhelés van csatlakoztatva, az áram áramlik az áramkörben.
Az indukált EMF nagysága számos tényezőtől függ: a vezető hossza, a B mágneses mező indukciója, és nagymértékben a mágneses térben a vezető sebessége. Minél gyorsabban forog a generátor rotor, annál nagyobb a kimeneti feszültség.
Megjegyzés: Az elektromágneses indukciót (az EMF megjelenésének jelenségét a váltakozó mágneses térben lévő vezetékek végein) nem szabad összekeverni a mágneses indukcióval - a mágneses mezőt jellemző vektoros fizikai mennyiséggel.
Három mód az EMF létrehozására
Ezt a módszert a cikk első részében vettük figyelembe. Elég, ha a vezetéket egy állandó mágnes mágneses mezőjébe mozgatjuk, vagy fordítva, hogy mozogni fogunk (szinte mindig forgatással) egy mágnes közelében. Mindkét változat egyedülálló módon lehetővé teszi a váltakozó mágneses mező megszerzését. Ebben az esetben az EMF megszerzésének módját indukciónak nevezzük. Ez az indukció az EMF különböző generátorokban történő előállításához. Faraday 1831-es kísérleteinél a mágnes fokozatosan mozgott a huzal tekercsben.
Ez a név azt sugallja, hogy két vezető vesz részt ebben a jelenségben. Az egyikben egy változó áram áramlik, ami körülötte váltakozó mágneses mezőt hoz létre. Ha legközelebb van egy másik karmester, akkor végein egy változó EMF van.
Az EMF előállításának ilyen módját kölcsönös indukciónak nevezzük. A kölcsönös induktivitás elve szerint minden transzformátor működik, csak a vezetékek tekercsek formájában készülnek, és ferromágneses anyagokból készült magokat használnak a mágneses indukció fokozására.
Ha az első vezetékben lévő áram megáll (nyitott áramkör), vagy akár nagyon erős lesz, de állandó (nincs változás), akkor a második vezeték végeinél nem kap EMF-et. Ezért a transzformátorok csak váltakozó árammal működnek: ha galvanikus elemet csatlakoztatnak az elsődleges tekercshez, akkor a szekunder tekercs kimenetén nem lesz feszültség.
Az EMF a szekunder tekercselésben csak akkor indukálódik, ha a mágneses mező megváltozik. Ráadásul minél gyorsabb a változás sebessége, ez a sebesség, és nem az abszolút érték, annál nagyobb az indukált EMF.
Ha eltávolítjuk a második vezetőt, akkor az első karmester mágneses mezője nem csak a környező téret fogja át, hanem magát a karmantort is. Így a karmester befolyása alatt egy EMF indukálódik, amelyet az önindukció EMF-jének neveznek.
Az önindukció jelenségét 1833-ban az orosz tudós Lenz tanulmányozta. E kísérletek alapján érdekes szabályosságot lehetett találni: az önindukció EMF-je mindig ellenáll, kompenzálja a külső váltakozó mágneses mezőt, amely ezt az EMF-et okozza. Ezt a függést Lenz-szabálynak nevezik (nem szabad összekeverni a Joule-Lenz-törvénysel).
A mínusz jel a képletben csak az EMF önreakciójának az ő generációjának okaival szembeni ellensúlyozásáról szól. Ha a tekercs egy egyenáramú áramforráshoz csatlakozik, az áram elég lassan növekszik. Ez nagyon észrevehető, amikor a transzformátor "bypass" primer tekercselését egy nyíl ohmmérővel végezzük: a nyíl sebességét a nullapont-osztás felé észrevehetően kisebb, mint az ellenállások ellenőrzése során.
Amikor a tekercset leválasztják az áramforrásról, az önindukáló EMF a reléérintkezők villogását okozza. Abban az esetben, ha a tekercset egy tranzisztor, például egy relé tekercs vezérli, az ellenkező irányú diódát a teljesítményforrással párhuzamosan helyezik el. Ez azért van így, hogy megvédje a félvezető elemeket az EMF önindukció hatásaitól, amely akár tíz vagy akár több százszor is nagyobb lehet, mint az áramforrás feszültsége.
A kísérletek elvégzéséhez Lenz érdekes eszközt készített. Az alumínium lengőkar végén két alumínium gyűrű található. Egy gyűrű szilárd, a másik pedig propil. A szalag szabadon lazult a tűn.
Amikor állandó mágnest tettek egy szilárd gyűrűbe, akkor "elszaladt" a mágnesből, és amikor a mágnest eltávolították, azt kereste. Ugyanazok a lépések a vágott gyűrűvel sem okoztak mozgást. Ez annak köszönhető, hogy egy szilárd gyűrűben váltakozó mágneses mező hatása alatt olyan áram keletkezik, amely mágneses mezőt hoz létre. És nincs áram a nyitott gyűrűben, így nincs mágneses mező.
Ennek a kísérletnek az a fontos részlete, hogy ha a mágnes be van helyezve a gyűrűbe és mozdulatlanul marad, akkor az alumíniumgyűrű reakciója egy mágnes jelenlétére nem figyelhető meg. Ez ismét megerősíti, hogy az EMF indukció csak a mágneses mező megváltozása esetén fordul elő, és az EMF nagysága függ a változás sebességétől. Ebben az esetben egyszerűen a mágnes mozgatásának sebessége.
Ugyanez mondható el a kölcsönös indukcióról és az önindukcióról, csak a mágneses mező erősségének változása, pontosabban a változás mértéke függ az áramváltási sebességtől. Ennek a jelenségnek a bemutatásához példát adhatunk.
Hagyja, hogy két nagy méretű azonos tekercs haladjon át nagy két áram között: az első 10A tekercsen, és a második akár 1000, és mindkét tekercsben az áramerősség lineárisan növekszik. Tegyük fel, hogy egy másodperc alatt az első tekercsben lévő áram 10-ről 15A-ra, a második pedig 1000-ről 1001A-ra változott, ami az önindukció EMF-et okozta mindkét tekercsben.
De a második tekercs áramának ilyen hatalmas értéke ellenére az önindukció EMF-je nagyobb lesz az elsőben, mert az áramváltozás sebessége 5A / sec, míg a másodikban csak 1A / sec. Végül is az önindukció EMF-je attól függ, hogy mekkora az aktuális növekedés (olvassa el a mágneses mezőt), és nem abszolút nagysága.
A tekercs árammal mágneses tulajdonságai függenek a fordulatok számától, geometriai méretekig. A mágneses tér jelentős növekedése érhető el ferromágneses mag bejuttatásával a tekercsbe. A tekercs mágneses tulajdonságait az indukció, a kölcsönös indukció vagy az önindukció emf nagyságával kellő pontossággal megítélni. Mindezeket a jelenségeket a fentiek alapján vizsgáltuk.
A tekercs jellegzetességét, amely ezt jelzi, az induktivitás együtthatója (önindukció) vagy egyszerű induktivitás. A képletekben az induktivitást L betű jelöli, és az áramkörökön ugyanaz a betű jelöli az induktivitás tekercseket.
Az induktivitás mértékegysége Henry (HH). Az induktivitás 1n rendelkezik egy tekerccsel, amelyben egy áramváltás 1 ° -ban egy második EMF 1-ben történik. Ez az érték meglehetõsen nagy: egy vagy több HN induktivitása megfelelõen nagy teljesítményû transzformátorok hálózatának tekercselése.
Ezért gyakran használunk kisebb rendű értékeket, nevezetesen milli és micro Henry (mH és μH). Az ilyen tekercseket elektronikus áramkörökben használják. A tekercsek egyike a rádiókészülékek oszcilláló áramköre.
Továbbá a tekercseket fojtószelepként használják, amelynek fő célja az egyenáram csökkenése nélkül haladni, miközben gyengíti a változót (a tápegységek szűrői). Általában minél magasabb a működési frekvencia, annál alacsonyabb a tekercsek által igényelt induktivitás.
Ha elegendően nagy teljesítményű hálózati transzformátort veszel fel, és mérni tudja az elsődleges tekercselés ellenállását egy multiméterrel, kiderül, hogy csak néhány ohm és még nulla is. Kiderül, hogy az ilyen áramláson átfolyó áram nagyon nagy lesz, és még a végtelen is. Úgy tűnik, hogy egy rövidzárlat elkerülhetetlen! Miért nem?
Az induktivitás tekercsek egyik alapvető tulajdonsága az induktív ellenállás, amely az induktivitástól és a tekercsben alkalmazott váltakozó áram frekvenciájától függ.
Könnyű látni, hogy amint a frekvencia és az induktivitás nő, az induktív ellenállás növekszik, és állandó áram mellett általában nulla. Ezért a tekercsek multimeterrel szembeni ellenállásának mérésekor csak a vezeték aktív ellenállását mérjük.
Az induktorok kialakítása nagyon változatos, és attól függ, hogy a tekercs működik-e. Például, ha a rádiós hullámok deciméter tartományában működnek, a nyomtatott huzalozással ellátott tekercseket gyakran használják. A tömegtermelésnél ez a módszer nagyon kényelmes.
A tekercs induktivitása függ a geometriai méretétől, magjától, a rétegek számától és alakjától. Jelenleg elegendő számú szabványos induktivitást állítanak elő, amelyek hasonlóak a hagyományos ellenállásokhoz vezetékekkel. Az ilyen tekercsek jelölését színes gyűrűkkel végzik. Szintén vannak tekercsek a felületi szereléshez, fojtóként használva. Az ilyen tekercsek induktivitása több millió.