Fenomenul de auto-inductanță de 1

In experimentele Faraday curent de inducție în bobina care rezultă din modificările câmpului magnetic extern. fizician american Dzhozef Genri în 1832, a fost apariție a curentului indus atunci când curentul care curge în bobina sine observată mai întâi. Mai târziu a fost numit fenomenul de auto-inducție.

Auto-inducție - un fenomen de apariție a CEM de inducție în circuitul conductor prin schimbarea-l curent. proprietăți în buclă au fenomen mai mult sau mai puțin pronunțat de autoinducție se caracterizează printr-o mărime fizică numită coeficient de auto-inductanță sau inductanță.

Luați în considerare orice buclă închisă care transportă un curent I și având N se întoarce. Prin lege, Biot # 8209; # 8209 Savar; Laplace de inducție B este proporțională cu curentul. Deoarece flux este magitny. și legătura flux # 8209; . Prin urmare.

Introducerea unor coeficient de proporționalitate a scrie L.

Coeficientul de proporționalitate între forța L curent și legătura flux Y, numit circuit de inductanță.

Per unitate inductanță în SI este adoptată o astfel de inductanță de circuit, care este legătura de flux la un curent de 1 A este 1 Wb (Weber). Această unitate se numește Henry.

Inductanța depinde numai de dimensiunile geometrice și conturul proprietăților magnetice ale mediului înconjurător bucla.

Am găsit inductanța solenoid lung bazat pe faptul că inducția magnetică în interiorul solenoid:

apoi egal cu legătura de flux și, prin urmare,

în care - permeabilitatea magnetică a substanței în interiorul solenoid; - numărul de bobina se transformă; . . - pentru aria secțiunii transversale, lungimea și volumul solenoidului; - numărul de rotații pe bobina unitate de lungime.

Suplean (3.61) în ecuația legii radiațiilor electromagnetice (3,59), apoi pentru a obține o forță electromotoare de auto-inducție

unde - inductanța circuitului; - curentul în circuit.

În cazul în care inductanța circuitului nu se schimba cu timpul, EMF auto-induse

Această formulă arată că o mai mare inductanța circuitului, mai auto-inducție electromotoare are loc atunci când curentul în circuit, adică. E. Cu cât circuitul împiedică schimbarea curentului în acesta. Prin urmare, putem presupune că inductanța circuitului este o măsură a inerției sale în raport cu o schimbare de curent.

Rezultă că necesitatea de a utiliza conductori mari inductive (inductoare) pentru stabilizarea curent.

Un exemplu al fenomenului de auto-inducție sunt extracurrents de deschidere și închidere. Conform curenților de inducție regula lui Lenz care apar în circuit, sunt direcționate astfel încât să prevină schimbarea curentului care circulă în circuit. Aceasta conduce la faptul că atunci când curentul de închidere a circuitului de setare și la deschiderea de degradare actuală nu se produce instantaneu, dar treptat (fig. 3.30).

Se poate demonstra că dependența curentului față de timp după deschiderea circuitului cuprinzând inductanța este determinată prin formula:

Timpul de dependență a curentului la scurtcircuit într-un circuit care conține inductanță:

în cazul în care - curentul în momentul inițial de timp; - CEM; - klntura rezistență; - inductanța circuitului.

Fig. 3.30 fenomen inductanța atunci când curentul este oprit și

Un alt caz special de inducție electromagnetică este inductivitatea mutuală. apel de inducție de curent reciprocă inducție apariția în buclă închisă (bobina) la o schimbare de curent într-o buclă adiacentă (bobina). Contururile relative, astfel staționare unul cu altul, cum ar fi bobine de transformator.

Luați în considerare două bucle (Fig. 3.31). Lăsați curentul în circuitul primar este egal cu I1. apoi F - flux magnetic generat de acest curent.

Fig. 3.31 Aspectul de inducție reciprocă

Să Y21 - o parte a fluxului de F, care pătrunde în circuitul 2, evident, Y21 este proporțională cu I1

în care L21 - inductivitatea mutuală (factor de inductanță mutuală) circuite.

Important este faptul că L21 depinde numai de geometrică forma, mărimea și dispunerea circuitelor, precum și permeabilitatea magnetică a mediului în care se află.

Dacă schimbați I1 se va schimba Y21. și, în consecință, în al doilea circuit, forța electromotoare auto-inducție va fi indusă e2.

Dacă dimensiunea și poziția circuitului rămân neschimbate, atunci L21 = const, și

Puteți face și vice-versa. Modificați curentul în al doilea circuit, atunci primul va fi indusă de auto-induse CEM

în care L12 - inducție mutuală circuit de coeficient 1 și circuitul 2. Se poate demonstra că L21 = L12.

inductivității reciprocă a celor două circuite are aceeași dimensiune ca și măsurată în aceleași unități ca inductanța.

Pe principiul acțiunii de transformare pe bază fenomen de inducție reciprocă. reprezentând două bobine înfășurate pe un miez comun (de obicei, de fier) ​​(Fig. 3.32).

Fig. 3,32 Transformer

Lăsați înfășurarea 1 I1 curentului care curge alternativ. Se creează un câmp magnetic alternativ cu inducție B1.

unde l - lungimea miezului.

A doua bobină va pătrunde flux

Formulele (3.70 Compararea) și (3,65) obținem pentru exprimarea coeficientului de inducție reciprocă

Argumente similare permit calcularea coeficientului de inducție reciprocă:

Trebuie remarcat faptul că, în acest caz, nu putem afirma că L12 = L21. Intr-adevar, factorul m în expresia pentru L12 coeficienții și L21. Depinde de câmpul magnetic în miez. În cazul în care N1 ≠ N2. prin trecerea același curent o dată de către prima și a doua oară de către al doilea miez de înfășurare sunt câmpul H. Prin urmare intensitate variabilă valori m în ambele cazuri, vor fi diferite, astfel încât atunci când I1 = I2 valori numerice L12 și L21 nu coincide.

Această situație determină aplicarea tehnică principală a transformatorului ca un dispozitiv pentru ridicarea sau coborârea tensiunii. Schimbarea tensiunii este determinată de raportul de transformare. Această valoare este egală cu raportul dintre stres în primar și înfășurarea secundară a transformatorului:

Bobinajul este numit cel în care este generat un curent alternativ, derivată din generatorul primar; în AC înfășurarea secundară are loc numai datorită fenomenului de inducție reciprocă.

energie câmp magnetic

Să considerăm un circuit închis constând dintr-o sursă de curent, iar rezistența bobinei (fig. 3.33). Noi închide electrovalva L la baterie, se stabilește un curent I în solenoid și va apărea câmpul magnetic. comutator 2. După rezistenței R a fluxurilor de curent auto-inducție. Activitatea desfășurată de către acest curent în timpul dt de timp:

Lucrările efectuate tot timpul în care scăderea actuală (și câmpul magnetic) vor fi:

Acest lucru este de a crește energia internă a conductoarelor, t. E. În încălzirea lor. Efectuarea această lucrare însoțită de dispariția câmpului magnetic, care există în solenoid. Deoarece nu exista alte modificări în corpurile din jurul circuitului electric nu se produce, se concluzionează că câmpul magnetic este un purtător de energie, din cauza căreia activitatea este efectuată de A. Astfel, conductorul cu inductanță L, prin care curge curent au energii I.

care este localizată în câmpul magnetic curent de excitație.

Acum ne exprimăm energia câmpului magnetic prin cantitățile ce caracterizează domeniul în sine. Este cunoscut faptul că pentru un solenoid infinit valid

Prin înlocuirea L și I în ecuația (3.71), pentru a obține W energie

Anterior, sa demonstrat că câmpul magnetic al unui solenoid infinit este uniform și este concentrată în interiorul solenoidului. Împărțind de volumul solenoid W, obține magnetic densitatea de energie câmp în vrac este localizată în volumul unui nonferromagnetic mediu izotrop

În cazul în care câmpul magnetic nu este uniformă, densitatea de curent este mai mare în cazul în care mai lung și H. W Energie închis în volumul V, în cazul unui câmp magnetic neomogen poate fi calculat prin formula

energia campului magnetic al celor două circuite cu curenți

în cazul în care - inductivitatea mutuală.

Câmpul magnetic în materie

O substanță care poate influența câmpul magnetic este numit magnetic. material magnetic în câmpul magnetic este magnetizat. În această stare, se creează un câmp suplimentar de inducție. care se adaugă la inducerea câmpului magnetic extern. Ca rezultat, câmpul magnetic este crescut în acest material, comparativ cu vidul în câmpul de inducție:

Trebuie remarcat faptul că, în domeniul macroscopic medie medie ca adevăratul câmp microscopic într-un magnet este foarte mult variază de la un punct la altul.

Proprietățile magnetice ale materialului sunt determinate de curenții moleculare circulare în acest material. Fiecare astfel circulară curent similar cu curentul macroscopic în bobina și se caracterizează prin propriul său moment magnetic. In mod normal, magnetul circular curenții moleculari sunt orientate aleatoriu, și sub influența unui câmp magnetic exterior orientat într-un anumit fel, ceea ce duce la magnetizare.

Capacitatea unui magnet magnetiza magnetizarea caracterizat printr-un vector. valoare numerică, care este egal cu momentul magnetic pe unitatea de volum al magnetului.

vector câmp magnetic în vid asociat cu vectorul inducție magnetică, după cum urmează:

În esență, datorită magnetizării sale vectorului inducție magnetică diferă de inducție magnetică în vid:

Experiența a arătat că, în multe magneți este proporțională cu vectorul magnetizare al câmpului magnetic:

Coeficientul de proporționalitate adimensional c se numește susceptibilitatea magnetică a unei substanțe și pentru substanțe diferite au valori diferite. Susceptibilitatea magnetică a unei substanțe este numeric egală cu modulul vectorului magnetizare într-un singur câmp magnetic. Substituind (3.76) în (3.75) pentru a obține

Pe de altă parte, în sistemul SI. în cazul în care m # 8209; permeabilitatea relativă a mediului. prin urmare

Spre deosebire de susceptibilitatea dielectric, care este întotdeauna mai mare decât una și este întotdeauna pozitiv, susceptibilitatea magnetică c poate fi atât pozitive, cât și negative. Prin urmare, m poate fi mai mare decât unu și mai puțin de unu.

În funcție de mărimea și de susceptibilitatea magnetică a tuturor materialelor (magneți) sunt împărțite în trei grupe:

1. diamagnetice. Ei au o susceptibilitate magnetică este negativ (c<0) и мала по абсолютной величине . К таким веществам, например, относятся: висмут (Bi), фосфор (P), серебро (Ag), золото (Au), медь (Cu), сера (S), вода и многие другие органические соединения. У диамагнетиков вектор намагничения направлен в противоположную сторону по отношению к направлению вектора . поэтому магнитная восприимчивость c является отрицательной величиной.

2. paramagnetic. Ele sunt, de asemenea, caracterizate prin aceea că susceptibilitatea magnetică pozitivă (c> 0) și mici (valorile sunt în intervalul de la 10 # 8209; 3 10 # 8209; 5). Prin paramagnet includ metale alcaline și alcalino-pământoase, majoritatea gazelor, inclusiv oxigen, precum și alte substanțe.

3. feromagneți. Feromagnetic - sunt substanțe care, chiar și în absența câmpului magnetic poate avea o magnetizare spontană.

Spre deosebire de materialele diamagnetice și paramagnetice, ele au proprietăți magnetice puternice în ele. din cauza structurii lor interne.

În feromagneți C este pozitiv și are o valoare foarte mare. Astfel, permeabilitatea magnetică a materialelor feromagnetice poate atinge valori foarte mari, de ordinul a zeci și sute de mii de ferromagnets includ metale din grupa de fier (Fe, Co, Ni) și unele aliaje.

Udovletvritelnoe explică proprietățile magnetice ale diferitelor magneți pot fi date numai în cadrul mecanicii cuantice.