Un conductor cu un curent electric are capacitatea de a stoca energie într-un câmp magnetic. Un astfel de fenomen se numește inductanță. Într-un conductor obișnuit, având o formă dreaptă, această valoare are o valoare mică, dar dacă conductorului i se dă forma unei spirale și aceeași direcționalitate a curentului cu conductorii vecini, câmpurile lor vor interacționa. În acest caz, inductanța va crește. Dar există faptul că aerul le slăbește considerabil.
Tabla de conținut:
Creierul uman a presupus următoarele: câmpul trebuie să circule în jurul conductorilor nu prin aer, ci prin fier, a cărui rezistență la câmpul magnetic este mult mai mică. Astfel de bobine sunt bobine inductive.
Cuprins
Proprietățile
Atunci când se aplică tensiune la o bobină inductivă, curentul din bobină crește liniar, iar atunci când tensiunea este eliminată, curentul scade. Nu este posibilă oprirea instantanee a curentului care circulă în bobină, la fel cum, de exemplu, o mașină care se deplasează cu viteză nu poate fi oprită imediat. Dacă încercați să opriți rapid creșterea acestuia, se va produce un șoc de tensiune egal cu tensiunea care poate provoca o descărcare prin scânteie. Un astfel de fenomen a fost numit autoinducție. Acest principiu stă la baza funcționării bobinei de aprindere a unei mașini.
Coeficientul de autoinducție este inductanța. Cu alte cuvinte: o valoare care caracterizează relația dintre curentul electric din conductor și câmpul magnetic creat de flux. Această măsură reprezintă suma fluxului de inducție. Dependența sa directă de configurația conductorului și de permeabilitate a fost demonstrată.
Atunci când o tensiune constantă este aplicată unei bobine de curent electric, în bobină este indusă o tensiune opusă celei a curentului electric (E =U), care dispare după un anumit timp. Această tensiune opusă se numește EMF (forța electromotoare de autoinducție). Parametrul depinde de inductanța bobinei.
În articolul următor vom dezvălui principiul de funcționare al întrerupătorului de curent.
Cum să găsiți inductanța
Formulele pentru inductanță vor arăta după cum urmează:
- F = LI (fluxul magnetic în buclă);
- E = LdI/dt (EMF de autoinducție).
EMF determină energia câmpului magnetic, de această valoare depinzând contraacțiunea sistemului la modificarea curentului. În acest caz, CEM-ul de autoinducție este îndreptat opus celui din urmă.
Traducerea cuvântului „inducție” din latină (induct) — inducere, orientare. Pe baza celor de mai sus, este clar că aceasta este o cantitate care caracterizează proprietățile magnetice ale unui circuit electric. Curentul unui circuit conductor creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător. La aceasta, fluxul F care apare în circuit are o proporționalitate directă cu acesta. Formal, se scrie astfel: F=LI, unde L este coeficientul de proporționalitate sau coeficientul de autoinducție al circuitului. Acesta este determinat de mărimea și forma circuitului, precum și de permeabilitatea magnetică a mediului.
Energia W a câmpului magnetic al curentului I este determinată de formula: W =LI2/2. Atunci când se face o analogie între fenomenele electrice și mecanice, energia este comparabilă cu energia cinetică a unui corp T=mv2/2, unde m este masa, v este viteza. Atunci inductanța este ca masa, iar curentul este ca viteza. Această comparație vizuală ajută la o mai bună înțelegere a punctului. Această caracteristică interesantă definește proprietățile inerțiale ale curentului electric.
În practică, pentru a-i crește valoarea, se folosesc bobine cu miez din materiale feromagnetice; proprietățile lor depind de intensitatea câmpului magnetic și, în consecință, de I. Acestea sunt în principal plăci de ferită realizate din oțel electric. Eficiența utilizării miezurilor este destul de semnificativă: inductanța bobinei crește de câteva ori. În plus față de variantele cilindrice, toroidale sunt comune, ele permit obținerea unei inductanțe mai mari, datorită prezenței unui flux magnetic închis.
Inductanța unui solenoid de o anumită lungime, având N spire și secțiunea transversală S într-un mediu cu permeabilitate m este egală cu
unde m0- permeabilitatea magnetică a vidului.
Definiția inductanței
Inductanța unei bobine poate fi măsurată în laborator. Unitatea de inductanță în sistemul SI este 1 Henry — se măsoară într-un circuit cu un flux magnetic de 1 Vb, curentul din circuit este egal cu 1 amper. În sistemul Gauss, inductanța este egală cu 1 Gn = 10⁹ cm.
Pentru a o determina, este necesar să se măsoare valoarea efectivă a curentului alternativ și frecvența acestuia, precum și tensiunea pe bobină și rezistența sa activă:
Aplicații ale bobinelor în inginerie
Fenomenul inducției electromagnetice a fost cunoscut de mult timp și este utilizat pe scară largă în inginerie. Exemple de utilizări:
- atenuarea pulsațiilor și a perturbațiilor, stocarea energiei;
- crearea de câmpuri magnetice în diverse dispozitive;
- filtrarea circuitelor de reacție;
- crearea de circuite oscilante;
- transformatoare (un dispozitiv format din două bobine conectate inductiv);
- ingineria electrică de putere utilizează bobine inductive (bobine cu inductanță, numite reactoare) pentru a limita curentul în timpul defecțiunilor de scurtcircuit pe liniile electrice;
- limitarea curentului în mașinile de sudat — bobinele de inducție fac funcționarea acestora mai stabilă prin reducerea arcului, ceea ce face posibilă obținerea unui cordon de sudură uniform și cu cea mai mare rezistență;
- aplicarea bobinelor ca electromagneți ai diferitelor mecanisme executive;
- înfășurări de relee electromagnetice;
- cuptoare cu inducție;
- determinarea calității minereurilor de fier, studiul rocilor prin determinarea permeabilității magnetice a mineralelor.
