Selvinduktion

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. maj 2020; checks kræver 7 redigeringer .

Selvinduktion er fænomenet af forekomsten af en EMF af induktion i et ledende kredsløb [1] (i et kredsløb), når strømmen, der flyder gennem kredsløbet, ændres .

Når strømmen i kredsløbet ændres proportionalt [2] og den magnetiske flux gennem overfladen afgrænset af dette kredsløb [3] . En ændring i denne magnetiske flux, på grund af loven om elektromagnetisk induktion , fører til exciteringen af en induktiv emk i dette kredsløb .

Dette fænomen kaldes selvinduktion . Det er værd at bemærke, at dette begreb er relateret til begrebet gensidig induktion , idet det så at sige er dets specielle tilfælde.

Retningen af selvinduktionens EMF viser sig altid at være sådan, at når strømmen i kredsløbet stiger, forhindrer selvinduktionens EMF denne stigning (rettet mod strømmen), og når strømmen falder, falder den (co. -rettet med strømmen). Fænomenet selvinduktion viser sig ved at bremse processerne med forsvinden og etableringen af strømmen [4] .

Når man sammenligner styrken af en elektrisk strøm med hastighed i mekanik og elektrisk induktans med masse i mekanik, svarer EMF af selvinduktion til inertikraften .

Værdien af selvinduktionens EMF er proportional med ændringshastigheden af styrken af (veksel)strømmen : $jeg$

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

Proportionalitetskoefficienten kaldes selvinduktionskoefficienten eller induktansen af kredsløbet (spolen). $L$

Selvinduktion og sinusformet strøm

I tilfælde af en sinusformet afhængighed af strømmen, der strømmer gennem spolen til tiden, halter selvinduktions-EMK i spolen strømmen i fase med (det vil sige med 90 °), og amplituden af denne EMF er proportional med strømamplitude , frekvens og induktans ( ). Når alt kommer til alt, er ændringshastigheden af en funktion dens første afledede, og . $\pi /2$ ${\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}$ ${\frac {d\sin \omega t}{dt))=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)$

Til beregning af mere eller mindre komplekse kredsløb, der indeholder induktive elementer, dvs. vindinger, spoler osv. anordninger, hvor selvinduktion observeres, (især fuldstændig lineær, dvs. ikke indeholder ikke-lineære elementer [5] ) i tilfælde af sinusformede strømme og spændinger bruges metoden med komplekse impedanser eller i enklere tilfælde en mindre kraftfuld, men mere visuel version af det - metoden til vektordiagrammer .

Bemærk, at alt det beskrevne ikke kun gælder direkte for sinusformede strømme og spændinger, men praktisk talt til vilkårlige, da sidstnævnte næsten altid kan udvides til et serie- eller Fourier-integral og dermed reduceres til sinusformede.

I mere eller mindre direkte forbindelse med dette kan vi nævne anvendelsen af fænomenet selvinduktion (og følgelig induktorer ) i en række oscillerende kredsløb, filtre, forsinkelseslinjer og andre forskellige kredsløb inden for elektronik og elektroteknik.

Selvinduktion og strømstigning

På grund af fænomenet selvinduktion i et elektrisk kredsløb med en EMF-kilde, når kredsløbet er lukket, etableres strømmen ikke øjeblikkeligt, men efter nogen tid. Lignende processer forekommer også, når kredsløbet åbnes , mens (med en skarp åbning) værdien af selvinduktions-emk på dette tidspunkt kan overstige kilde-emk væsentligt.

Oftest i det almindelige liv bruges det i biltændingsspoler . Typisk tændspænding ved 12 V batterispænding er 7-25 kV. Imidlertid skyldes overskuddet af EMF i udgangskredsløbet over batteriets EMF her ikke kun en skarp afbrydelse af strømmen, men også transformationsforholdet , da der oftest ikke bruges en simpel induktorspole, men en transformatorspole, hvis sekundære vikling som regel har mange gange flere drejninger (det vil sige, i de fleste tilfælde er kredsløbet noget mere komplekst end det, der ville blive fuldt ud forklaret af selvinduktion; dog er dets fysik drift i denne version falder delvist sammen med fysikken i driften af et kredsløb med en simpel spole).

Dette fænomen bruges også til at antænde fluorescerende lamper i et standard traditionelt kredsløb (her taler vi om et kredsløb med en simpel induktor - choker ).

Derudover skal fænomenet med selvinduktion altid tages i betragtning, når kontakter åbnes, hvis strømmen løber gennem belastningen med en mærkbar induktans: det resulterende spring i EMF kan føre til nedbrydning af kløften mellem kontakterne og / eller andre uønskede virkninger, for at undertrykke, som i dette tilfælde som regel er det nødvendigt at tage forskellige specielle foranstaltninger, for eksempel at installere en diode i omvendt forbindelse parallelt med spolens terminaler (choker).

Se også

Noter

↑ Kredsløbet kan også være multi-turn - især en spole. I dette tilfælde, såvel som i tilfælde af et enkelt kredsløb, skal kredsløbet strengt taget være lukket (for eksempel gennem et voltmeter, der måler EMF), men i praksis, med et (meget) stort antal omdrejninger, er forskellen i EMF i et helt lukket kredsløb og i et kredsløb med diskontinuitet (geometrisk endda stor i forhold til spolens størrelse) kan være ubetydelig.
↑ Fordi den magnetiske flux gennem sløjfen er proportional med strømmen i sløjfen. For et tyndt stift kredsløb (hvor denne erklæring er nøjagtig) er den nøjagtige proportionalitet indlysende baseret på Biot-Savart-loven , da den magnetiske induktionsvektor ifølge denne lov er direkte proportional med strømmen og fluxen af denne vektor (som kaldes den magnetiske flux) gennem en fast (den ændrer sig ikke med en stiv kontur) overfladen er da også proportional med strømmen. Formelt er dette skrevet som en ligning: , hvor er den magnetiske flux, er selvinduktionskoefficienten , er strømmen i kredsløbet. $\Phi =LI$ $\Phi$ $L$ $jeg$
↑ I tilfælde af en kompleks konturform, for eksempel, hvis konturen er multi-turn (spole), viser den overflade, der er afgrænset af konturen (eller, som man siger, "strakt over konturen"), at være ret kompleks , hvilket ikke ændrer på essensen af det beskrevne fænomen. For at forenkle forståelsen af tilfældet med multi-turn kredsløb (spoler), kan man (tilnærmelsesvis) betragte overfladen spændt af en sådan sløjfe for at bestå af et sæt (stak) af overflader, som hver er spændt over af sin egen individuelle spole .
↑ Kalashnikov S. G. , Electricity, M., GITTL, 1956, kap. IX "Elektromagnetisk induktion", s. 107 "Forsvinden og etablering af strøm", s. 107. 221 - 224;
↑ De induktive elementer i sig selv er lineære, det vil sige, at de overholder den lineære differentialligning givet i artiklen ovenfor. Men i virkeligheden gælder denne ligning kun tilnærmelsesvis, så de induktive elementer er også kun tilnærmelsesvis lineære (dog nogle gange med ekstremt god nøjagtighed). Også i virkeligheden er der afvigelser fra den ideelle ligning, der er lineære i naturen (for eksempel forbundet med elastiske deformationer af spolen i en lineær tilnærmelse).

Selvinduktion

Selvinduktion og sinusformet strøm

Selvinduktion og strømstigning

Se også

Noter

Links