Formula za izračunavanje emf samoindukcije. Šta je samoindukovana emf?

Samoindukcija

Svaki provodnik kroz koji teče električna struja nalazi se u svom magnetskom polju.

Kada se u provodniku promijeni jačina struje, mijenja se i m.polje, tj. magnetni tok stvoren ovom strujom se mijenja. Promjena magnetskog fluksa dovodi do pojave vrtložnog električnog polja i inducirana emf se pojavljuje u krugu.

Ovaj fenomen se naziva samoindukcija.

Samoindukcija je fenomen pojave inducirane emf u električnom kolu kao rezultat promjene jačine struje.
Rezultirajuća emf naziva se samoindukovana emf

Manifestacija fenomena samoindukcije

Zatvaranje strujnog kruga

Kada dođe do kratkog spoja u električnom kolu, struja se povećava, što uzrokuje povećanje magnetskog toka u zavojnici, pojavljuje se vrtložno električno polje usmjereno protiv struje, odnosno pojavljuje se samoinduktivna emf u zavojnici koja sprečava povećanje struje u kolu (vorteksno polje inhibira elektrone).
Kao rezultat, L1 svijetli kasnije od L2.

Otvoreno kolo

Kada se električni krug otvori, struja se smanjuje, dolazi do smanjenja fluksa u zavojnici i pojavljuje se vrtložno električno polje, usmjereno poput struje (pokušavajući održati istu jačinu struje), tj. Samoindukovana emf nastaje u zavojnici, održavajući struju u kolu.
Kao rezultat, L svijetlo treperi kada je isključen.

U elektrotehnici se fenomen samoindukcije manifestira kada je strujni krug zatvoren ( struja postepeno se povećava) i kada se sklop otvori (električna struja ne nestaje odmah).

INDUCTANCE

Od čega zavisi samoindukovana emf?

Električna struja stvara svoje magnetno polje. Magnetni tok kroz strujni krug je proporcionalan indukciji magnetsko polje(F ~ V), indukcija je proporcionalna jačini struje u vodiču
(B ~ I), stoga je magnetni fluks proporcionalan jačini struje (F ~ I).
EMF samoindukcije ovisi o brzini promjene struje u električnom kolu, o svojstvima vodiča (veličina i oblik) i o relativnoj magnetskoj permeabilnosti medija u kojem se provodnik nalazi.
Fizička veličina koja pokazuje ovisnost emf samoindukcije o veličini i obliku vodiča i okolini u kojoj se vodič nalazi naziva se koeficijent samoindukcije ili induktivnost.

Induktivnost je fizička veličina numerički jednaka samoinduktivnoj emf koja se javlja u kolu kada se struja promijeni za 1 Amper u 1 sekundi.
Induktivnost se također može izračunati pomoću formule:

gdje je F magnetni tok kroz kolo, I je jačina struje u kolu.

SI jedinice induktivnosti:

Induktivnost zavojnice zavisi od:
broj zavoja, veličina i oblik zavojnice i relativna magnetna permeabilnost medija (moguće jezgra).

EMF SAMOINDUKCIJE

Samoinduktivna emf sprječava povećanje struje kada je kolo uključeno i smanjenje struje kada se krug otvori.

ENERGIJA MAGNETSKOG POLJA STRUJE

Oko provodnika sa strujom postoji magnetsko polje koje ima energiju.
odakle dolazi? Izvor struje uključen u električni krug ima rezervu energije.
U trenutku zatvaranja električnog kola, izvor struje troši dio svoje energije da savlada djelovanje samoinduktivne emf koja nastaje. Ovaj dio energije, koji se naziva vlastita energija struje, ide na formiranje magnetnog polja.

Energija magnetskog polja jednaka je intrinzičnoj energiji struje.
Vlastita energija struje je numerički jednaka radu koji izvor struje mora obaviti da bi savladao emf samoindukcije kako bi stvorio struju u kolu.

Energija magnetskog polja koju stvara struja direktno je proporcionalna kvadratu struje.
Gdje odlazi energija magnetnog polja nakon što struja prestane? - ističe se (kada se krug otvori sa dovoljnim velika snaga struja može uzrokovati iskru ili luk)

PITANJA ZA PROBNI RAD

na temu "Elektromagnetna indukcija"

1. Navedite 6 načina za dobivanje indukcijske struje.
2. Fenomen elektromagnetna indukcija(definicija).
3. Lenzovo pravilo.
4. Magnetski fluks (definicija, crtež, formula, ulazne veličine, njihove mjerne jedinice).
5. Zakon elektromagnetne indukcije (definicija, formula).
6. Osobine vrtložnog električnog polja.
7. Indukciona emf provodnika koji se kreće u jednoličnom magnetskom polju (razlog izgleda, crtež, formula, ulazne veličine, njihove mjerne jedinice).
8. Samoindukcija (kratka manifestacija u elektrotehnici, definicija).
9. EMF samoindukcije (njegovo djelovanje i formula).
10. Induktivnost (definicija, formule, mjerne jedinice).
11. Energija magnetnog polja struje (formula odakle dolazi energija magnetnog polja struje, gdje nestaje kada struja prestane).

Fizika 10-11 razred. SAMOINDUKCIJA

Svaki provodnik kroz koji teče električna struja nalazi se u svom magnetskom polju.

Ovaj fenomen se naziva samoindukcija.
Samoindukcija je fenomen pojave inducirane emf u električnom kolu kao rezultat promjene jačine struje.
Rezultirajuća emf se zove Samoindukovana emf

Manifestacija fenomena samoindukcije

Zatvaranje strujnog kruga

Kada dođe do kratkog spoja u električnom kolu, struja se povećava, što uzrokuje povećanje magnetskog toka u zavojnici, a pojavljuje se vrtložno električno polje, usmjereno protiv struje, tj. U zavojnici nastaje emf samoindukcije, sprečavajući povećanje struje u kolu (vorteksno polje inhibira elektrone).
Kao rezultat L1 svijetli kasnije, nego L2.

Otvoreno kolo

Ovaj fenomen se naziva samoindukcija. (Koncept je vezan za koncept međusobne indukcije, što je takoreći poseban slučaj).

Smjer samoinducijskog EMF-a uvijek se pokaže takvim da kada se struja u strujnom kolu poveća, EMF samoindukcije sprječava to povećanje (usmjereno protiv struje), a kada se struja smanjuje, smanjuje se (kousmjereno sa strujom). Ovo svojstvo emf samoindukcije slično je inercijskoj sili.

Veličina EMF samoindukcije je proporcionalna brzini promjene struje:

Faktor proporcionalnosti se naziva koeficijent samoindukcije ili induktivnost kolo (kalem).

Samoindukcija i sinusna struja

U slučaju sinusoidalne zavisnosti struje koja teče kroz zavojnicu od vremena, samoinduktivna emf u zavojnici zaostaje za faznom strujom za (tj. 90°), a amplituda ove emf je proporcionalna amplituda struje, frekvencija i induktivnost (). Na kraju krajeva, stopa promjene funkcije je njen prvi izvod, a.

Izračunati manje ili više složena kola koja sadrže induktivne elemente, odnosno zavoje, zavojnice itd. uređaja u kojima se opaža samoindukcija (posebno potpuno linearna, odnosno koja ne sadrže nelinearne elemente), u slučaju sinusoidnih struja i napona, koristi se metoda kompleksnih impedancija ili, u više jednostavnim slučajevima, manje moćna, ali više vizualna verzija je metoda vektorskog dijagrama.

Imajte na umu da je sve opisano primjenjivo ne samo direktno na sinusne struje i napone, već i praktično na proizvoljne, budući da se potonji gotovo uvijek mogu proširiti u Fourierov red ili integral i tako svesti na sinusoidne.

U manje-više direktnoj vezi s tim, možemo spomenuti upotrebu fenomena samoindukcije (i, shodno tome, induktora) u raznim oscilatorna kola, filteri, linije za kašnjenje i druga različita elektronika i električna kola.

Samoindukcija i strujni udar

Zbog fenomena samoindukcije u električnom kolu sa EMF izvorom, kada je kolo zatvoreno, struja se ne uspostavlja odmah, već nakon nekog vremena. Slični procesi se događaju kada se krug otvori, a (sa naglim otvaranjem) vrijednost EMF samoindukcije u ovom trenutku može značajno premašiti EMF izvora.

Najčešće u običan život koristi se u zavojnicama za paljenje automobila. Tipični napon paljenja sa naponom baterije od 12V je 7-25 kV. Međutim, višak EMF-a u izlaznom krugu nad EMF-om baterije ovdje je uzrokovan ne samo naglim prekidom struje, već i omjerom transformacije, jer se najčešće ne koristi obična induktorska zavojnica , već zavojnica transformatora, čiji sekundarni namotaj obično ima višestruko veći broj zavoja (odnosno, u većini slučajeva kolo je nešto složenije od onog čiji bi se rad u potpunosti objasnio samoindukcijom; međutim, fizika njegov rad u ovoj verziji djelimično se poklapa sa fizikom rada kola sa jednostavnim zavojnicama).

Ovaj fenomen se također koristi za paljenje fluorescentnih svjetiljki u standardnom tradicionalnom kolu (ovdje govorimo konkretno o kolu s jednostavnim induktorom - prigušivačem).

Osim toga, uvijek se mora uzeti u obzir prilikom otvaranja kontakata, ako struja teče kroz opterećenje s primjetnom induktivnošću: rezultirajući skok EMF-a može dovesti do propadanja međukontaktnog zazora i/ili drugih neželjenih efekata, koji u ovom slučaju potiskuju U slučaju, po pravilu, potrebno je poduzeti niz posebnih mjera.

Bilješke

Linkovi

O samoindukciji i međusobnoj indukciji iz "Škole za električare"

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je "samoindukcija" u drugim rječnicima:

Samoindukcija... Pravopisni rječnik-priručnik

Pojava inducirane emf u vodljivom kolu kada se u njemu promijeni jačina struje; specijalni slučajevi elektromagnetne indukcije. Kada se struja u kolu promijeni, mijenja se i magnetni tok. indukcija kroz površinu ograničenu ovom konturom, što rezultira ... Fizička enciklopedija

Pobuđivanje elektromotorne sile indukcije (emf) u električnom kolu kada se električna struja u ovom kolu promijeni; poseban slučaj elektromagnetna indukcija. Elektromotorna sila samoindukcije je direktno proporcionalna brzini promjene struje; ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

SAMOINDUKCIJA, samoindukcija, žensko. (fizički). 1. samo jedinice Fenomen da kada se struja promijeni u provodniku, u njemu se pojavljuje elektromotorna sila koja sprječava ovu promjenu. Samoindukcijska zavojnica. 2. Uređaj sa ... ... Rječnik Ushakova

- (Samoindukcija) 1. Uređaj s induktivnom reaktancijom. 2. Fenomen da kada se električna struja promijeni u veličini i smjeru u provodniku, u njemu se pojavi elektromotorna sila koja sprječava ovo... ... Morski rječnik

Indukcija elektromotorne sile u žicama, kao iu električnim namotajima. strojeve, transformatore, aparate i instrumente kada se promijeni veličina ili smjer električne energije koja teče kroz njih. struja Struja koja teče kroz žice i namotaje stvara oko njih... ... Tehnički željeznički rječnik

Samoindukcija- elektromagnetna indukcija uzrokovana promjenom magnetskog fluksa koji je povezan sa kolom, uzrokovana električnom strujom u ovom kolu... Izvor: ELEKTROTEHNIKA. POJMOVI I DEFINICIJE OSNOVNIH POJMOVA. GOST R 52002 2003 (odobreno ... ... Zvanična terminologija

Imenica, broj sinonima: 1 pobuda elektromotorne sile (1) Rječnik sinonima ASIS. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima

samoindukcija- Elektromagnetna indukcija uzrokovana promjenom magnetskog fluksa koji je povezan s kolom, uzrokovana električnom strujom u ovom kolu. [GOST R 52002 2003] EN samoindukciona elektromagnetna indukcija u strujnoj cijevi zbog varijacija… … Vodič za tehnički prevodilac

SAMOINDUKCIJA- poseban slučaj elektromagnetne indukcije (vidi (2)), koji se sastoji od pojave induciranog (indukovanog) EMF-a u kolu i uzrokovanog promjenama u vremenu magnetskog polja stvorenog promjenjivom strujom koja teče u istom krugu. ... ... Velika politehnička enciklopedija

Knjige

Set stolova. fizika. Elektrodinamika (10 tablica), . Edukativni album od 10 listova. Električna struja, jačina struje. Otpor. Ohmov zakon za dio strujnog kola. Ovisnost otpora provodnika o temperaturi. Spajanje žica. EMF. Ohmov zakon…

Elektromagnetna indukcija je stvaranje električnih struja pomoću magnetnih polja koja se mijenjaju tokom vremena. Faradayjevo i Henryjevo otkriće ovog fenomena unijelo je izvjesnu simetriju u svijet elektromagnetizma. Maxwell je uspio prikupiti znanje o elektricitetu i magnetizmu u jednoj teoriji. Njegovo istraživanje je predvidjelo postojanje elektromagnetnih talasa prije eksperimentalnih opservacija. Hertz je dokazao njihovo postojanje i otvorio eru telekomunikacija čovječanstvu.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Faradejevi eksperimenti

Faraday i Lenzovi zakoni

Električne struje stvaraju magnetne efekte. Da li je moguće da magnetsko polje generiše električno? Faraday je otkrio da željeni efekti nastaju zbog promjena u magnetskom polju tokom vremena.

Kada provodnik prođe naizmjenični magnetski tok, u njemu se inducira elektromotorna sila koja uzrokuje električnu struju. Sistem koji generiše struju može biti trajni magnet ili elektromagnet.

Fenomen elektromagnetne indukcije regulišu dva zakona: Faraday i Lenz.

Lenzov zakon nam omogućava da okarakteriziramo elektromotornu silu s obzirom na njen smjer.

Bitan! Smjer induciranog EMF-a je takav da struja uzrokovana njime teži da se odupre uzroku koji ga stvara.

Faraday je primijetio da se intenzitet inducirane struje povećava kada se broj linija polja koje prelaze krug mijenja brže. Drugim riječima, emf elektromagnetne indukcije direktno ovisi o brzini pokretnog magnetskog fluksa.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

indukovana emf

Formula za indukovanu emf je definirana kao:

E = - dF/dt.

Znak "-" pokazuje kako je polaritet inducirane emf povezan sa predznakom fluksa i promjenjivom brzinom.

Dobivena je opća formulacija zakona elektromagnetne indukcije iz koje se mogu izvesti izrazi za posebne slučajeve.

Kretanje žice u magnetskom polju

Kada se žica dužine l kreće u MF sa indukcijom B, unutar njega će se inducirati emf, proporcionalna njegovoj linearnoj brzini v. Za izračunavanje EMF-a koristi se formula:

u slučaju kretanja vodiča okomito na smjer magnetskog polja:

E = - B x l x v;

u slučaju kretanja pod drugim uglom α:

E = — B x l x v x sin α.

Inducirana emf i struja bit će usmjereni u smjeru koji pronađemo pomoću pravila desna ruka: stavite ruku okomito na linije magnetskog polja i usmjerite thumb u smjeru kretanja vodiča, možete saznati smjer EMF-a pomoću preostala četiri ispravljena prsta.

Jpg?x15027" alt="Pokretna žica u MP" width="600" height="429">!}

Pomicanje žice u MP

Rotirajući kolut

Rad generatora električne energije zasniva se na rotaciji kola u MP koji ima N zavoja.

EMF se inducira u električnom kolu svaki put kada ga magnetski tok pređe, u skladu sa definicijom magnetnog fluksa F = B x S x cos α (magnetska indukcija pomnožena površinom kroz koju prolazi MF i kosinusom formiranog ugla vektorom B i okomitom linijom na ravan S).

Iz formule proizlazi da je F podložan promjenama u sljedećim slučajevima:

Promjene intenziteta MF – vektor B;
područje ograničeno konturom varira;
orijentacija između njih, određena kutom, se mijenja.

U prvim Faradayevim eksperimentima, inducirane struje su dobijene promjenom magnetnog polja B. Međutim, moguće je inducirati emf bez pomjeranja magneta ili promjene struje, već jednostavnim rotiranjem zavojnice oko svoje ose u MF. U ovom slučaju, magnetski fluks se mijenja zbog promjene ugla α. Kada se zavojnica rotira, ona prelazi MF linije i nastaje EMF.

Ako se zavojnica ravnomjerno rotira, ova periodična promjena rezultira periodičnom promjenom magnetskog fluksa. Ili broj linija polja MP pređenih svake sekunde jednake vrijednosti u redovnim intervalima.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Rotacija konture u MP

Bitan! Inducirana emf se mijenja zajedno sa orijentacijom tijekom vremena od pozitivne u negativnu i obrnuto. Grafički prikaz EMF-a je sinusna linija.

Za EMF formule elektromagnetna indukcija koristi se sljedeći izraz:

E = B x ω x S x N x sin ωt, gdje je:

S – površina ograničena jednim okretom ili okvirom;
N – broj okreta;
ω – ugaona brzina kojom se zavojnica rotira;
B – MP indukcija;
ugao α = ωt.

U praksi alternatori često imaju zavojnicu koja ostaje nepomična (stator) dok se oko njega (rotor) okreće elektromagnet.

Samoindukovana emf

Kada naizmjenična struja prolazi kroz zavojnicu, ona stvara naizmjenični MF, koji ima promjenjivi magnetni tok koji inducira emf. Ovaj efekat se naziva samoindukcija.

Pošto je MF proporcionalan trenutnom intenzitetu, onda:

gdje je L induktivnost (H), određena geometrijskim veličinama: brojem zavoja po jedinici dužine i dimenzijama njihovog poprečnog presjeka.

Za indukovanu emf, formula ima oblik:

E = - L x dI/dt.

Međusobna indukcija

Ako su dvije zavojnice smještene jedan pored drugog, tada se u njima inducira emf međusobne indukcije, ovisno o geometriji oba kruga i njihovoj orijentaciji jedan prema drugom. Kako se razdvajanje kola povećava, međusobna induktivnost se smanjuje jer se smanjuje magnetni tok koji ih povezuje.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Međusobna indukcija

Neka postoje dva namotaja. Struja I1 teče kroz žicu jedne zavojnice sa N1 zavojima, stvarajući MF koji prolazi kroz zavojnicu sa N2 zavojima. onda:

Međusobna induktivnost druge zavojnice u odnosu na prvu:

M21 = (N2 x F21)/I1;

Magnetski fluks:

F21 = (M21/N2) x I1;

Nađimo indukovanu emf:

E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt;

EMF se indukuje identično u prvoj zavojnici:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Bitan! Elektromotorna sila uzrokovana međusobnom indukcijom u jednoj zavojnici uvijek je proporcionalna promjeni električne struje u drugoj.

Međusobna induktivnost se može smatrati jednakom:

M12 = M21 = M.

Prema tome, E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

gdje je K koeficijent sprege između dvije induktivnosti.

Fenomen međusobne indukcije koristi se u transformatorima - električnim uređajima koji vam omogućuju promjenu vrijednosti napona izmjenične električne struje. Uređaj se sastoji od dva namotaja namotana oko jednog jezgra. Struja prisutna u prvom stvara promjenjivu MF u magnetskom kolu i električnu struju u drugoj zavojnici. Ako je broj zavoja prvog namota manji od drugog, napon se povećava i obrnuto.