aktualności

Zasada działania indukcyjności jest bardzo abstrakcyjna. Aby wyjaśnić czym jest indukcyjność zaczniemy od podstawowego zjawiska fizycznego.

1. Dwa zjawiska i jedno prawo: magnetyzm indukowany elektrycznie, elektryczność indukowana magnetyzmem i prawo Lenza

1.1 Zjawisko elektromagnetyczne

W fizyce w szkole średniej przeprowadzono eksperyment: gdy małą igłę magnetyczną umieści się obok przewodnika z prądem, kierunek małej igły magnetycznej ulegnie zmianie, co wskazuje, że wokół prądu istnieje pole magnetyczne. Zjawisko to odkrył duński fizyk Oersted w 1820 roku.

Jeśli zwiniemy przewodnik w okrąg, pola magnetyczne generowane przez każdy okrąg przewodnika mogą nakładać się na siebie, a ogólne pole magnetyczne stanie się silniejsze, co może przyciągać małe przedmioty. Na rysunku cewka jest zasilana prądem o natężeniu 2~3A. Należy pamiętać, że drut emaliowany ma ograniczenie prądu znamionowego, w przeciwnym razie stopi się z powodu wysokiej temperatury.

2. Zjawisko magnetoelektryczności

W 1831 roku brytyjski naukowiec Faraday odkrył, że gdy część przewodnika obwodu zamkniętego porusza się, aby odciąć pole magnetyczne, w przewodniku wytwarza się prąd. Warunkiem wstępnym jest to, aby obwód i pole magnetyczne znajdowały się w stosunkowo zmieniającym się środowisku, dlatego nazywa się to „dynamiczną” magnetoelektrycznością, a wygenerowany prąd nazywa się prądem indukowanym.

Możemy przeprowadzić eksperyment z silnikiem. W typowym silniku szczotkowym prądu stałego część stojana jest magnesem trwałym, a część wirnika jest przewodnikiem cewki. Ręczne obracanie wirnika oznacza, że ​​przewodnik porusza się, przecinając linie sił magnetycznych. Za pomocą oscyloskopu łączącego dwie elektrody silnika można zmierzyć zmianę napięcia. Generator zbudowany jest w oparciu o tę zasadę.

3. Prawo Lenza

Prawo Lenza: Kierunek indukowanego prądu generowanego przez zmianę strumienia magnetycznego jest kierunkiem, który przeciwstawia się zmianie strumienia magnetycznego.

Proste zrozumienie tego zdania jest następujące: kiedy pole magnetyczne (zewnętrzne pole magnetyczne) otoczenia przewodnika staje się silniejsze, pole magnetyczne generowane przez jego indukowany prąd jest przeciwne do zewnętrznego pola magnetycznego, co powoduje, że całkowite całkowite pole magnetyczne jest słabsze niż zewnętrzne pole magnetyczne. Kiedy pole magnetyczne (zewnętrzne pole magnetyczne) otoczenia przewodnika słabnie, pole magnetyczne generowane przez indukowany przez niego prąd jest przeciwne do zewnętrznego pola magnetycznego, co powoduje, że całkowite całkowite pole magnetyczne jest silniejsze niż zewnętrzne pole magnetyczne.

Prawo Lenza można wykorzystać do określenia kierunku prądu indukowanego w obwodzie.

2. Cewka z rurką spiralną – wyjaśnienie działania cewek Znając powyższe dwa zjawiska i jedno prawo, przyjrzyjmy się, jak działają cewki indukcyjne.

Najprostszą cewką jest cewka z rurką spiralną:

Sytuacja podczas włączania

Przecinamy mały odcinek rurki spiralnej i widzimy dwie cewki, cewkę A i cewkę B:

Podczas procesu włączania sytuacja wygląda następująco:

①Cewka A przepływa przez prąd, zakładając, że jej kierunek jest zgodny z niebieską linią ciągłą, co nazywa się zewnętrznym prądem wzbudzenia;
②Zgodnie z zasadą elektromagnetyzmu, zewnętrzny prąd wzbudzenia generuje pole magnetyczne, które zaczyna rozprzestrzeniać się w otaczającej przestrzeni i pokrywa cewkę B, co jest równoważne cewce B przecinającej linie magnetyczne siły, jak pokazano niebieską przerywaną linią;
③Zgodnie z zasadą magnetoelektryczności, w cewce B generowany jest prąd indukowany, a jego kierunek jest pokazany zieloną linią ciągłą, która jest przeciwna do zewnętrznego prądu wzbudzenia;
④Zgodnie z prawem Lenza pole magnetyczne generowane przez indukowany prąd ma przeciwdziałać polu magnetycznemu zewnętrznego prądu wzbudzenia, jak pokazano zieloną linią przerywaną;

Sytuacja po włączeniu jest stabilna (DC)

Po stabilnym włączeniu zewnętrzny prąd wzbudzenia cewki A jest stały i wytwarzane przez nią pole magnetyczne jest również stałe. Pole magnetyczne nie ma ruchu względnego z cewką B, więc nie ma magnetoelektryczności i nie ma prądu reprezentowanego przez zieloną linię ciągłą. W tym momencie cewka jest równoważna zwarciu dla zewnętrznego wzbudzenia.

3. Charakterystyka indukcyjności: prąd nie może się nagle zmienić

Po zrozumieniu, jakinduktordziała, spójrzmy na jego najważniejszą cechę – prąd w cewce nie może się nagle zmienić.

Na rysunku oś pozioma prawej krzywej to czas, a oś pionowa to prąd płynący przez cewkę indukcyjną. Za początek czasu przyjmuje się moment zamknięcia wyłącznika.

Można zauważyć, że: 1. W momencie zamknięcia przełącznika prąd na cewce wynosi 0 A, co odpowiada rozwarciu cewki. Dzieje się tak, ponieważ chwilowy prąd zmienia się gwałtownie, co powoduje wygenerowanie ogromnego prądu indukowanego (zielony), aby przeciwstawić się zewnętrznemu prądowi wzbudzenia (niebieski);

2. W procesie osiągania stanu ustalonego prąd w cewce zmienia się wykładniczo;

3. Po osiągnięciu stanu ustalonego prąd na cewce wynosi I=E/R, co jest równoznaczne z zwarciem cewki;

4. Prądowi indukowanemu odpowiada indukowana siła elektromotoryczna, która przeciwdziała E, dlatego nazywa się to Back EMF (odwrotna siła elektromotoryczna);

4. Czym właściwie jest indukcyjność?

Indukcyjność służy do opisu zdolności urządzenia do przeciwstawiania się zmianom prądu. Im silniejsza odporność na zmiany prądu, tym większa indukcyjność i odwrotnie.

W przypadku wzbudzenia prądem stałym cewka indukcyjna ostatecznie znajduje się w stanie zwarcia (napięcie wynosi 0). Jednakże podczas procesu włączania napięcie i prąd nie wynoszą 0, co oznacza, że ​​jest zasilanie. Proces gromadzenia tej energii nazywa się ładowaniem. Przechowuje tę energię w postaci pola magnetycznego i uwalnia ją w razie potrzeby (np. gdy zewnętrzne wzbudzenie nie jest w stanie utrzymać aktualnej wielkości w stanie ustalonym).

Cewki indukcyjne to urządzenia inercyjne działające w polu elektromagnetycznym. Urządzenia inercyjne nie lubią zmian, podobnie jak koła zamachowe w dynamice. Na początku trudno je rozpocząć, a gdy zaczną się kręcić, trudno je zatrzymać. Całemu procesowi towarzyszy konwersja energii.

Jeżeli jesteś zainteresowany zapraszamy na stronę internetowąwww.tclmdcoils.com.