Самоиндукция, индуктивность, взаимоиндукция

Составим цепь как на рисунке

  Измерим сопротивление катушки индуктивности омметром (омическое сопротивление), затем сопротивление реостата сделаем равным омическому сопротивлению катушки.

Замкнем цепь. Нижняя лампочка загорится сразу, а верхняя  будет раскалятся постепенно. Когда она раскалится, обе будут гореть одинаково.

Почему верхняя лампочка раскалялась постепенно?

При замыкании цепи ток батареи будет возрастать от нуля до максимума, т. е. в момент замыкания цепи идет нарастающий ток батареи. Вокруг катушки возникает нарастающее магнитное поле, которое пересекает витки этой катушки. В результате на катушке индуктируется э. д. с. индукции, которая в данном случае называется э. д. с. самоиндукции.Эта э. д. с. направлена против э. д. с. батареи. Катушка является источником тока самоиндукции. Ток самоиндукции идет против нарастающего тока батареи, уменьшая величину этого нарастающего тока. Поэтому верхняя лампочка раскаляется медленно. Когда нарастающий ток батареи преодолеет направление тока самоиндукции, он достигает максимума и становится постоянным. Магнитное поле катушки также становится постоянным. Э. д. с. самоиндукции отсутствует, тока самоиндукции нет, обе лампы горят одинаково.Теперь разомкнем цепь. Магнитное поле катушки пропадая пересечет катушку, индуктируя на ней э. д. с. самоиндукции противоположной полярности. Теперь ток самоиндукции имеет одно направление с пропадающим током батареи.

Направление э. д. с. самоиндукции определяется по закону Ленца. Так как  причиной возникновения э. д. с. самоиндукции является изменение тока, то закон Ленца применительно к явлению самоиндукции может сформулирован так:

э. д. с. самоиндукции имеет такое направление, при котором она противодействует изменениям тока в цепи.

При возрастании тока э. д. с. самоиндукции направлена противоположно направлению тока. При этом она противодействует возрастанию тока.

При уменьшении тока направление э. д. с. самоиндукции совпадает с направлением тока. При  этом она противодействует уменьшению тока.

Из сказанного следует, что э. д. с. самоиндукции действует как реактивная сила, аналогично силе инерции в механике. Известно, что сила инерции противодействует изменениям скорости тела, подобно этому э. д. с. самоиндукции противодействует изменениям тока в цепи. Продолжая эту аналогию, можно сделать вывод, что индуктивность проводника в электротехнике играет такую же роль, как масса тела в механике, т. е. индуктивность является мерой электрической инерции цепи.

Индуктивность катушки

Способность катушки индуктировать на себе э. д. с. самоиндукции называется индуктивностью катушки.

Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн)

Индуктивностью в 1 Гн обладает такая катушка, изменения тока в которой на 1 А в секунду  создает э. д. с. самоиндукции равной 1 В.

10^-3 Гн миллигенри мГн

10^-6 Гн микрогенри мкГн 

 
Величина индуктивности прямо пропорциональна размерам катушки и числу витков. Кроме того, индуктивность
зависит также от материала введенного в  катушку сердечника и наличия экрана.
Качество работы катушки индуктивности в цепях  переменного тока характеризуется добротностью. Добротность Q катушки определяют как отношение ее индуктивного сопротивления Х_L= ωL=2пfL к активному R, при рабочей  частоте f:Q=ωL/R=2пfL/R.  Активное сопротивление включает сопротивление провода обмотки катушки и сопротивление,  обусловленное потерями электрической энергии в каркасе, сердечнике,  экране и изоляции.
Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее  качество. Витки катушки, разделенные слоем изоляции, образуют элементарный конденсатор.  В многослойных катушках емкость возникает между  отделными слоями. Таким образом, катушка обладает не только индуктивными, но и  емкостными  свойствами. В большинстве  случаев  собственная емкость катушки является вредной, и ее стремятся уменьшить. Для этого применяются специальные формы каркаса катушки и способы намотки провода.
 

Назначение сердечников в катушках индуктивности

  Сердечник увеличивает индуктивность катушки. Действительно катушка с сердечником обладает большим магнитным полем а значит на ней будет индуктироваться большая э. д. с. самоиндукции.

Если положение сердечника в катушке можно изменять, значит можно изменять индуктивность катушки.

Изображение сердечников на схемах

  Взаимоиндукция

Явление взаимоиндукции наблюдается между близко расположенными катушками. Сущность взаимоиндукции заключается в переносе электрической энергии из одной цепи в другую посредством общего магнитного поля: в одном из контуров электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля, в другом контуре происходит обратный переход энергии магнитного поля в электрическую энергию. Из сказанного следует, что магнитное поле является переносчиком электрической энергии из одной цепи в другую.

Взаимная индуктивность между двумя катушками зависит от их размеров, числа витков, взаимного расположения и магнитной проницаемости среды.