Самоиндукция это наведение электродвижущей силы, происходящее в контуре при изменении магнитного потока, который образуется током, протекающим в самом контуре.
Явление самоиндукции имеют большое значение в электрических цепях, особенно при переменном токе, который образует магнитное поле, периодически изменяющееся по величине и направлению. В этом случае эдс самоиндукции действует в цепи постоянно.
Что такое самоиндукция
В опыте по индукции, когда изменялось магнитное поле, образованное током, протекающим в катушке Л, витки катушки также подвергались действию этого поля. По закону индукции в них должна наводиться э. д. с. индукции. Это явление действительно происходит и называется самоиндукцией, а наведенная в витках катушки А э. д. с. — электродвижущей силой самоиндукции.
Самоиндукцию в простейших случаях замыкания и размыкания цепи постоянного тока можно показать на следующих опытах. При замыкании цепи (рис., а) две лампочки подключены параллельно к батарее Б через ключ К: Л1 — последовательно с катушкой L с железным сердечником, Л2 — последовательно с реостатом Р, равным по сопротивлению катушке.
При замыкании цепи лампочка Л2 загорается сразу, лампочка Л1 — с небольшим запаздыванием. Причиной является то, что при появлении тока в катушке в ней наводится э. д. с. самоиндукции, противодействующая приложенному напряжению. В результате взаимодействия приложенного напряжения и электродвижущей силы самоиндукции ток IL в цепи нарастает постепенно (рис., а — верхний график), что и вызывает запаздывание накала лампочки.
При размыкании цепи (рис., б) лампочка накаливания Л включена параллельно катушке L с большим числом витков и железным сердечником, подключенной через ключ К к батарее Б. При замкнутой цепи накал лампочки незначителен, при размыкании же ключа К лампочка ярко вспыхивает. Это объясняется тем, что при размыкании цепи и быстром убывании тока в витках катушки наводится э. д. с. самоиндукции, под действием которой через лампочку проходит ток, значительно больший, чем ток от батареи (см. график на рис. 262, б).
Электродвижущая сила самоиндукции
Электродвижущая сила самоиндукции катушки аналогична э. д. с. индукции, следовательно, к ней также относятся и правило Ленца и приведенная выше формула. Для практики, однако, удобнее связать величину э. д. с. самоиндукции не с магнитным потоком, а с током, протекающим по контуру. При прочих равных условиях магнитный поток Ф прямо пропорционален току I, который его образует:
Ф = βI.
Тогда электродвижущая сила самоиндукции в контуре:
EL = — k(∆Ф)(∆t) = —k(β∆I/∆t) = — L(∆I/∆t)
где — есть скорость изменения силы тока. Таким образом, электродвижущая сила самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока в контуре.
Коэффициент пропорциональности L называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью контура.
В чем измеряют самоиндукцию
В системе СИ индуктивность измеряют в генри (гн). Генри есть индуктивность контура, в котором при равномерном изменении тока на I а за 1 сек возникает э. д. с. самоиндукции в 1 в: гн=в•сек/а.
Физически индуктивность — это величина, которая характеризует свойства контура (или вообще электрической цепи), обусловливающие величину Ф магнитного потока, связанного с контуром, при данной силе I тока в нем
Индуктивность катушки зависит в первую очередь от числа п витков и вещества сердечника (относительной магнитной проницаемости μ), а также от площади S витков и длины l катушки. В единицах системы
СИ Ln=μ0 μ (n2/l) S.π
В системе СГС единица индуктивности называется сантиметром, практически она почти не употребляется.
Формулу для э. д. с. индукции можно представить также в виде где М называют коэффициентом взаимоиндукции и измеряют также в генри.
Генри входит в размерность магнитной постоянной μ0 = 4π • 10-7 гн/м.
Можно показать, что это соответствует размерности н/а2,: гн/м=в • сек/(а • м)=дж/(а2• м)=н •м1(а2• м)=н/а2.
Индукционная катушка
Индукционная катушка в настоящее время сохранилась только как лабораторный прибор для спектральных, физиологических и других исследований. Индукционная катушка (рис. 2, а — принципиальная схема, рис. 2, б — общий вид) состоит из двух катушек: первичной П с небольшим числом витков и вторичной В из большого числа витков с общим сердечником в виде пучка железных проволок.
В цепь первичной катушки, которая питается током от аккумулятора Б, включен электромагнитный прерыватель тока М, состоящий из упругой пластинки с железным якорем на конце, расположенным против сердечника С катушки. На пластинке имеется контакт, касающийся регулировочного винта Р и через который замыкается цепь питания первичной катушки.
При замыкании выключателя К ток проходит через первичную катушку и намагничивает сердечник. Якорь прерывателя тока М притягивается к сердечнику и контакт с витком размыкается. Цепь тока прерывается, сердечник размагничивается и вследствие упругости пластинки прерыватель возвращается в исходное положение. Контакт с винтом Р вновь замыкается, в первичной катушке проходит ток, якорь притягивается, вновь происходит размыкание цепи и т. д.
Вследствие самоиндукции первичной катушки ток в ней имеет форму импульсов. Частоту прерывания тока можно регулировать винтом Р, приближая или удаляя якорь прерывателя от сердечника С. Параллельно контакту с винтом Р включен конденсатор И, который уменьшает искрение в контакте.
При замыкании и размыкании тока в первичной катушке во вторичной возникают импульсы э. д. с. индукции: при замыкании—сравнительно продолжительный импульс невысокого напряжения, в момент размыкания— кратковременный импульс, значительный по напряжению. Эти импульсы, называемые в медицине фарадическим током, использовались для раздражения мышц. В настоящее время они заменяются тетанизирующим током.
Регулировка напряжения во вторичной катушке осуществляется путем смещения вторичной катушки по отношению к первичной. Для этого она часто делается на подвижных салазках, а весь прибор называют санным аппаратом.
Вихревые токи
Электромагнитная индукция, которую рассматривали выше применительно к проводнику, витку или катушке, будет иметь также место, если в магнитное поле, изменяющееся по напряженности, поместить сплошную проводящую ток массу, например металлический брус или пластинку. В этом случае индукционные токи имеют характер замкнутых в массе проводника круговых вихрей, охватывающих силовые линии поля и расположенных в плоскостях, им перпендикулярных. Соответственно они и называются вихревыми токами.
О наличии вихревых токов можно судить главным образом по нагреванию металла. Вихревые токи имеют значение преимущественно в цепях переменного тока, когда мощность их может достигать значительной величины.
Вихревые токи под действием переменного магнитного поля возникают также и в растворе электролита . Однако мощность этих токов, а следовательно, и нагревание раствора будут невысокими в связи с низкой электропроводностью раствора по сравнению с электропроводностью металла.
Эффективность нагревания раствора электролита путем индукции может быть значительно повышена применением переменного тока высокой частоты. Этот принцип используется в медицине с лечебной целью.
Для предупреждения затраты энергии и нагревания металлических масс вследствие индукции вихревых токов в машинах и аппаратах, работающих при переменном токе, соответствующие части, например сердечники электромагнитов, трансформаторов и т. п., делаются из тонких листов, изолированных между собой пленкой окисла или лаковым покрытием и расположенных перпендикулярно плоскостям, в которых замыкаются вихревые токи.
Статья на тему Самоиндукция