Formula za izračun EMF samoindukcije. Kaj je samoinducirana emf?

Samoindukcija

Vsak prevodnik, po katerem teče električni tok, je v svojem magnetnem polju.

Ko se spremeni jakost toka v prevodniku, se spremeni m.polje, t.j. spremeni se magnetni tok, ki ga ustvari ta tok. Sprememba magnetnega pretoka povzroči nastanek vrtinčnega električnega polja in v vezju se pojavi inducirana emf.

Ta pojav imenujemo samoindukcija.

Samoindukcija je pojav pojava inducirane emf v električnem tokokrogu kot posledica spremembe jakosti toka.
Nastala emf se imenuje samoinducirana emf

Manifestacija pojava samoindukcije

Zaprtje tokokroga

Ko pride do kratkega stika v električnem tokokrogu, se tok poveča, kar povzroči povečanje magnetnega pretoka v tuljavi, pojavi se vrtinčno električno polje, usmerjeno proti toku, to pomeni, da se v tuljavi pojavi samoinduktivna emf, ki preprečuje povečanje toka v vezju (vrtinčno polje zavira elektrone).
Posledično L1 zasveti pozneje kot L2.

Odprto vezje

Ko se električni tokokrog odpre, se tok zmanjša, tok v tuljavi se zmanjša in pojavi se vrtinčno električno polje, usmerjeno kot tok (poskuša ohraniti enako moč toka), tj. V tuljavi nastane samoinducirana EMF, ki vzdržuje tok v vezju.
Posledično L močno utripa, ko je izklopljen.

V elektrotehniki se pojavi pojav samoindukcije, ko je tokokrog zaprt ( elektrika postopoma narašča) in ko se tokokrog odpre (električni tok ne izgine takoj).

INDUKTIVNOST

Od česa je odvisna samoinducirana emf?

Električni tok ustvarja lastno magnetno polje. Magnetni pretok skozi vezje je sorazmeren z indukcijo magnetno polje(Ф ~ V) je indukcija sorazmerna jakosti toka v prevodniku
(B ~ I), zato je magnetni pretok sorazmeren jakosti toka (Ф ~ I).
Samoindukcijska emf je odvisna od hitrosti spreminjanja toka v električnem tokokrogu, od lastnosti prevodnika (velikosti in oblike) in od relativne magnetne prepustnosti medija, v katerem je prevodnik.
Fizikalna količina, ki kaže odvisnost EMF samoindukcije od velikosti in oblike prevodnika ter okolja, v katerem se nahaja, se imenuje koeficient samoindukcije ali induktivnost.

Induktivnost je fizikalna količina, ki je numerično enaka samoinduktivni emf, ki se pojavi v vezju, ko se tok spremeni za 1 amper v 1 sekundi.
Induktivnost lahko izračunamo tudi po formuli:

kjer je Ф magnetni pretok skozi vezje, I je jakost toka v vezju.

Enote induktivnosti SI:

Induktivnost tuljave je odvisna od:
število ovojev, velikost in oblika tuljave ter relativna magnetna prepustnost medija (po možnosti jedra).

EMF SAMOINDUKCIJE

Samoinduktivni emf preprečuje povečanje toka, ko je tokokrog vklopljen, in zmanjšanje toka, ko je tokokrog odprt.

ENERGIJA MAGNETNEGA POLJA TOKA

Okoli prevodnika, po katerem teče tok, je magnetno polje, ki ima energijo.
Od kod prihaja? Vir toka, vključen v električni krog, ima rezervo energije.
V trenutku zapiranja električnega tokokroga vir toka porabi del svoje energije za premagovanje učinka samoinduktivne emf, ki nastane. Ta del energije, imenovan lastna energija toka, gre za nastanek magnetnega polja.

Energija magnetnega polja je enaka lastni energiji toka.
Lastna energija toka je številčno enaka delu, ki ga mora opraviti vir toka, da premaga EMF samoindukcije, da ustvari tok v tokokrogu.

Energija magnetnega polja, ki ga ustvari tok, je premo sorazmerna s kvadratom toka.
Kam gre energija magnetnega polja po prenehanju toka? - izstopa (ko je tokokrog odprt z zadostno velika moč tok lahko povzroči iskro ali oblok)

VPRAŠANJA ZA KONTROLO

na temo "Elektromagnetna indukcija"

1. Naštejte 6 načinov za pridobivanje indukcijskega toka.
2. Fenomen elektromagnetna indukcija(definicija).
3. Lenzovo pravilo.
4. Magnetni pretok (definicija, risba, formula, vhodne količine, njihove merske enote).
5. Zakon elektromagnetne indukcije (definicija, formula).
6. Lastnosti vrtinčnega električnega polja.
7. Indukcijska emf prevodnika, ki se giblje v enakomernem magnetnem polju (vzrok za pojav, risba, formula, vhodne količine, njihove merske enote).
8. Samoindukcija (kratka manifestacija v elektrotehniki, definicija).
9. EMF samoindukcije (njegovo delovanje in formula).
10. Induktivnost (definicija, formule, merske enote).
11. Energija magnetnega polja toka (formula od kod izvira energija magnetnega polja toka, kam izgine, ko se tok ustavi).

Fizika 10-11 razred. SAMOINDUKCIJA

Vsak prevodnik, po katerem teče električni tok, je v svojem magnetnem polju.

Ta pojav imenujemo samoindukcija.
Samoindukcija je pojav pojava inducirane emf v električnem tokokrogu kot posledica spremembe jakosti toka.
Nastala emf se imenuje Samoinducirana emf

Manifestacija pojava samoindukcije

Zaprtje tokokroga

Ob kratkem stiku v električnem tokokrogu se tok poveča, kar povzroči povečanje magnetnega pretoka v tuljavi in pojavi se vrtinčno električno polje, usmerjeno proti toku, t.j. V tuljavi se pojavi samoindukcijska emf, ki preprečuje povečanje toka v vezju (vrtinčno polje zavira elektrone).
Kot rezultat L1 zasveti kasneje, kot L2.

Odprto vezje

Ta pojav imenujemo samoindukcija. (Koncept je povezan s konceptom medsebojne indukcije, saj je tako rekoč njen poseben primer).

Smer samoindukcijskega EMF se vedno izkaže za takšno, da ko se tok v tokokrogu poveča, samoindukcijski EMF prepreči to povečanje (usmerjen proti toku), in ko se tok zmanjša, se zmanjša (sousmerjen s tokom). Ta lastnost samoindukcijske emf je podobna vztrajnostni sili.

Velikost EMF samoindukcije je sorazmerna s hitrostjo spremembe toka:

Faktor sorazmernosti se imenuje samoindukcijski koeficient oz induktivnost vezje (tuljava).

Samoindukcija in sinusni tok

V primeru sinusne odvisnosti toka, ki teče skozi tuljavo, od časa samoinduktivna emf v tuljavi zaostaja za faznim tokom za (to je 90°), amplituda te emf pa je sorazmerna z amplituda toka, frekvenca in induktivnost (). Navsezadnje je hitrost spremembe funkcije njen prvi odvod, a.

Za izračun bolj ali manj zapletenih tokokrogov, ki vsebujejo induktivne elemente, to so zavoji, tuljave itd., naprave, v katerih je opazna samoindukcija (zlasti popolnoma linearne, to je brez nelinearnih elementov), v primeru sinusnih tokov in napetosti se uporablja metoda kompleksnih impedanc oz enostavni primeri, manj zmogljiva, a bolj vizualna različica je metoda vektorskega diagrama.

Upoštevajte, da vse opisano velja ne le neposredno za sinusne tokove in napetosti, ampak tudi praktično za poljubne, saj je slednje skoraj vedno mogoče razširiti v Fourierjev niz ali integral in tako reducirati na sinusne.

V bolj ali manj neposredni povezavi s tem lahko omenimo uporabo pojava samoindukcije (in s tem induktorjev) v različnih nihajna vezja, filtri, zakasnilne črte in druga različna elektronika ter električna vezja.

Samoinduktivnost in udarni tok

Zaradi pojava samoindukcije v električnem tokokrogu z virom EMF, ko je tokokrog zaprt, se tok ne vzpostavi takoj, ampak čez nekaj časa. Podobni procesi se pojavijo, ko se tokokrog odpre in (z ostrim odpiranjem) lahko vrednost EMF samoindukcije v tem trenutku znatno preseže vir EMF.

Najpogosteje v običajno življenje uporablja se v avtomobilskih vžigalnih tuljavah. Tipična napetost vžiga z napetostjo akumulatorja 12 V je 7-25 kV. Vendar pa presežek EMF v izhodnem vezju nad EMF baterije tukaj ne povzroči le ostra prekinitev toka, temveč tudi razmerje transformacije, saj se najpogosteje ne uporablja preprosta induktorska tuljava , temveč transformatorska tuljava, katere sekundarno navitje ima običajno večkratno število ovojev (to pomeni, da je v večini primerov vezje nekoliko bolj zapleteno od tistega, katerega delovanje bi lahko v celoti razložili s samoindukcijo; vendar fizika njegovega delovanja tudi v tej različici deloma sovpada s fiziko delovanja vezja z enostavno tuljavo).

Ta pojav se uporablja tudi za vžig fluorescenčnih sijalk v standardnem tradicionalnem vezju (tukaj govorimo konkretno o vezju s preprosto tuljavo - dušilko).

Poleg tega je treba pri odpiranju kontaktov vedno upoštevati, če tok teče skozi obremenitev z opazno induktivnostjo: posledično preskok v EMF lahko povzroči razpad medkontaktne reže in/ali druge neželene učinke, ki jih je treba zatreti v tem Praviloma je treba sprejeti vrsto posebnih ukrepov.

Opombe

Povezave

O samoindukciji in medsebojni indukciji iz “Šole za električarje”

Fundacija Wikimedia. 2010.

Oglejte si, kaj je "samoindukcija" v drugih slovarjih:

Samoindukcija... Pravopisni slovar-priročnik

Pojav inducirane emf v prevodnem vezju, ko se v njem spremeni jakost toka; posebni primeri elektromagnetne indukcije. Ko se spremeni tok v tokokrogu, se spremeni magnetni tok. indukcija skozi površino, omejeno s to konturo, kar povzroči ... Fizična enciklopedija

Vzbujanje elektromotorne sile indukcije (emf) v električnem tokokrogu, ko se spremeni električni tok v tem tokokrogu; poseben primer elektromagnetna indukcija. Elektromotorna sila samoindukcije je neposredno sorazmerna s hitrostjo spremembe toka;... ... Veliki enciklopedični slovar

SAMOINDUKCIJA, samoindukcija, ž. (fizično). 1. samo enote Pojav, da se ob spremembi toka v prevodniku v njem pojavi elektromotorna sila, ki prepreči to spremembo. Samoindukcijska tuljava. 2. Naprava z ... ... Slovar Ushakova

- (Samoindukcija) 1. Naprava z induktivno reaktanco. 2. Pojav, da ko električni tok spremeni velikost in smer v prevodniku, se v njem pojavi elektromotorna sila, ki to prepreči ... ... Morski slovar

Indukcija elektromotorne sile v žicah, pa tudi v električnih navitjih. stroji, transformatorji, aparati in instrumenti, ko se spremeni velikost ali smer električnega toka, ki teče skozi njih. trenutno Tok, ki teče skozi žice in navitja, ustvarja okoli njih... ... Tehnični železniški slovar

Samoindukcija- elektromagnetna indukcija, ki jo povzroči sprememba magnetnega pretoka, ki se prepleta z vezjem, ki jo povzroči električni tok v tem vezju... Vir: ELEKTROTEHNIKA. POJMI IN DEFINICIJE OSNOVNIH POJMOV. GOST R 52002 2003 (odobren ... ... Uradna terminologija

Samostalnik, število sinonimov: 1 vzbujanje elektromotorne sile (1) Slovar sinonimov ASIS. V.N. Trishin. 2013… Slovar sinonimov

samoindukcija- Elektromagnetna indukcija, ki jo povzroči sprememba magnetnega pretoka, ki je povezan z vezjem, ki ga povzroči električni tok v tem vezju. [GOST R 52002 2003] EN samoindukcijska elektromagnetna indukcija v tokovni cevi zaradi sprememb… … Priročnik za tehnične prevajalce

SAMOINDUKCIJA- poseben primer elektromagnetne indukcije (glej (2)), ki je sestavljen iz pojava induciranega (induciranega) EMF v tokokrogu in povzročen s časovnimi spremembami magnetnega polja, ki ga ustvari spremenljiv tok, ki teče v istem tokokrogu. ... Velika politehnična enciklopedija

knjige

Set miz. Fizika. Elektrodinamika (10 tabel), . Izobraževalni album 10 listov. Električni tok, jakost toka. Odpornost. Ohmov zakon za odsek vezja. Odvisnost upora prevodnika od temperature. Povezava žic. EMF. Ohmov zakon…

Elektromagnetna indukcija je ustvarjanje električnega toka z magnetnimi polji, ki se spreminjajo skozi čas. Faradayevo in Henryjevo odkritje tega pojava je vneslo določeno simetrijo v svet elektromagnetizma. Maxwellu je uspelo zbrati znanje o elektriki in magnetizmu v eno teorijo. Njegova raziskava je napovedala obstoj elektromagnetni valovi pred eksperimentalnimi opazovanji. Hertz je dokazal njihov obstoj in človeštvu odprl dobo telekomunikacij.

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

Faradayevi poskusi

Faradayev in Lenzov zakon

Električni tokovi ustvarjajo magnetne učinke. Ali je možno, da magnetno polje ustvari električno? Faraday je odkril, da želeni učinki nastanejo zaradi sprememb v magnetnem polju skozi čas.

Ko vodnik prečka izmenični magnetni tok, se v njem inducira elektromotorna sila, ki povzroči električni tok. Sistem, ki ustvarja tok, je lahko trajni magnet ali elektromagnet.

Pojav elektromagnetne indukcije urejata dva zakona: Faradayev in Lenzov.

Lenzov zakon nam omogoča, da karakteriziramo elektromotorno silo glede na njeno smer.

Pomembno! Smer induciranega EMF je takšna, da se tok, ki ga povzroča, upira vzroku, ki ga povzroča.

Faraday je opazil, da se jakost induciranega toka poveča, ko se hitreje spreminja število poljskih linij, ki prečkajo vezje. Z drugimi besedami, emf elektromagnetne indukcije je neposredno odvisen od hitrosti gibajočega se magnetnega toka.

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

inducirana emf

Formula za inducirano emf je definirana kot:

E = - dФ/dt.

Znak "-" prikazuje, kako je polarnost inducirane emf povezana s predznakom fluksa in spreminjajoče se hitrosti.

Dobimo splošno formulacijo zakona elektromagnetne indukcije, iz katere lahko izpeljemo izraze za posebne primere.

Gibanje žice v magnetnem polju

Ko se žica dolžine l premika v MF z indukcijo B, se v njej inducira emf, sorazmeren njeni linearni hitrosti v. Za izračun EMF se uporablja formula:

v primeru gibanja prevodnika pravokotno na smer magnetnega polja:

E = - B x l x v;

v primeru gibanja pod drugačnim kotom α:

E = — B x l x v x sin α.

Inducirana emf in tok bosta usmerjena v smeri, ki jo najdemo s pravilom desna roka: postavite roko pravokotno na silnice magnetnega polja in usmerite palec v smeri gibanja prevodnika lahko ugotovite smer EMF s preostalimi štirimi izravnanimi prsti.

Jpg?x15027" alt="Premikanje žice v MP" width="600" height="429">!}

Premikanje žice v MP

Rotacijski kolut

Delovanje generatorja električne energije temelji na vrtenju tokokroga v MP z N obrati.

EMF se v električnem tokokrogu inducira vsakič, ko ga prečka magnetni tok, v skladu z definicijo magnetnega pretoka Ф = B x S x cos α (magnetna indukcija, pomnožena s površino, skozi katero prehaja MF, in kosinusom oblikovanega kota z vektorjem B in pravokotno premico na ravnino S).

Iz formule sledi, da se F spremeni v naslednjih primerih:

Spremembe jakosti MF – vektor B;
območje, omejeno s konturo, se spreminja;
orientacija med njimi, določena s kotom, se spremeni.

V prvih Faradayevih poskusih so bili inducirani tokovi pridobljeni s spreminjanjem magnetnega polja B. Vendar pa je mogoče inducirati emf brez premikanja magneta ali spreminjanja toka, ampak preprosto z vrtenjem tuljave okoli svoje osi v MF. V tem primeru se magnetni pretok spremeni zaradi spremembe kota α. Ko se tuljava vrti, prečka MF linije in pojavi se EMF.

Če se tuljava enakomerno vrti, ta periodična sprememba povzroči periodično spremembo magnetnega pretoka. Ali število prečkanih poljskih linij MP vsako sekundo enake vrednosti v rednih intervalih.

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

Vrtenje konture v MP

Pomembno! Inducirana elektronska sila se skozi čas spreminja skupaj z orientacijo iz pozitivne v negativno in obratno. Grafična predstavitev EMF je sinusna črta.

Za EMF formule za elektromagnetno indukcijo se uporablja naslednji izraz:

E = B x ω x S x N x sin ωt, kjer je:

S – območje, omejeno z enim obratom ali okvirjem;
N – število zavojev;
ω – kotna hitrost, s katero se tuljava vrti;
B – MP indukcija;
kot α = ωt.

V praksi imajo alternatorji pogosto tuljavo, ki miruje (stator), medtem ko se okoli nje vrti elektromagnet (rotor).

Samoinducirana emf

Ko izmenični tok teče skozi tuljavo, ustvari izmenični MF, ki ima spreminjajoč se magnetni tok, ki inducira emf. Ta učinek se imenuje samoindukcija.

Ker je MF sorazmeren s trenutno jakostjo, potem:

kjer je L induktivnost (H), določena z geometrijskimi količinami: številom ovojev na enoto dolžine in dimenzijami njihovega preseka.

Za inducirano emf ima formula naslednjo obliko:

E = - L x dI/dt.

Medsebojna indukcija

Če sta dve tuljavi drug poleg drugega, se v njih inducira emf medsebojne indukcije, ki je odvisen od geometrije obeh tokokrogov in njune orientacije drug glede na drugega. Z večjo razdaljo tokokrogov se medsebojna induktivnost zmanjša, ker se zmanjša magnetni tok, ki ju povezuje.

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

Medsebojna indukcija

Naj bosta dve tuljavi. Tok I1 teče skozi žico ene tuljave z N1 ovoji, kar ustvarja MF, ki poteka skozi tuljavo z N2 ovoji. Nato:

Medsebojna induktivnost druge tuljave glede na prvo:

M21 = (N2 x F21)/I1;

Magnetni tok:

F21 = (M21/N2) x I1;

Poiščimo inducirano emf:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

EMF se inducira enako v prvi tuljavi:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Pomembno! Elektromotorna sila, ki jo povzroča medsebojna indukcija v eni tuljavi, je vedno sorazmerna s spremembo električnega toka v drugi.

Medsebojno induktivnost lahko štejemo za enako:

M12 = M21 = M.

V skladu s tem je E1 = - M x dI2/dt in E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

kjer je K sklopitveni koeficient med dvema induktivnostma.

Pojav medsebojne indukcije se uporablja v transformatorjih - električnih napravah, ki vam omogočajo spreminjanje vrednosti napetosti izmeničnega električnega toka. Naprava je sestavljena iz dveh tuljav, navitih okoli enega jedra. Tok, ki je prisoten v prvi, ustvarja spreminjajočo se MF v magnetnem krogu in električni tok v drugi tuljavi. Če je število obratov prvega navitja manjše od drugega, se napetost poveča in obratno.