Как определить куда течет ток в катушке

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности , и предположим, что активное сопротивление цепи, включая провод катушки, настолько мало, что им можно пренебречь. В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой.

Иначе обстоит дело, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току .

Каков характер этого сопротивления и чем оно обусловливается?

Чтобы ответить ил этот вопрос, вспомним явление самоиндукции. Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току.

Для уяснения процессов, происходящих в цепи переменного тока с катушкой индуктивности, обратимся к графику. На рисунке 1 построены кривые линии, характеризующие соответственно тик в цепи, напряжение на катушке и возникающую в ней ЭДС самоиндукции. Убедимся в правильности произведенных па рисунке построений.

Цепь переменного тока с катушкой индуктивности

С момента t = 0, т. е. с начального момента наблюдения за током, он начал быстро возрастать, но по мере приближения к своему максимальному значению скорость нарастания тока уменьшалась. В момент, когда ток достиг максимальной величины, скорость его изменения на мгновение стала равной нулю, т. е. прекратилось изменение тока. Затем ток начал сначала медленно, а потом быстро убывать и по истечении второй четверти периода уменьшился до нуля. Скорость же изменения тока за эту четверть периода, возрастая от пуля, достигла наибольшей величины тогда, когда ток станет равным нулю.

Рисунок 2. Характер изменений тока во времени в зависимости от величины тока

Из построений на рисунке 2 видно, что при переходе кривой тока через ось времени увеличение тока за небольшой отрезок времени t больше, чем за этот же отрезок времени, когда кривая тока достигает своей вершины.

Следовательно, скорость изменения тока уменьшается по мере увеличения тока и увеличивается по мере его уменьшения, независимо от направления тока в цепи.

Очевидно, и ЭДС самоиндукции в катушке должна быть наибольшей тогда, когда скорость изменения тока наибольшая, и уменьшаться до нуля, когда прекращается его изменение. Действительно, на графике кривая ЭДС самоиндукции e _L за первую четверть периода, начиная от максимального значения, упала до нуля (см. рис. 1).

На протяжении следующей четверти периода ток от максимального значения уменьшался до нуля, однако скорость его изменения постепенно возрастала и была наибольшей в момент, когда ток стал равным нулю. Соответственно и ЭДС самоиндукции за время этой четверти периода, появившись вновь в катушке, постепенно возрастала и оказалась максимальной к моменту, когда ток стал равным нулю.

Однако направление свое ЭДС самоиндукции изменила на обратное, так как возрастание тока в первой четверти периода сменилось во второй четверти его убыванием.

Цепь с индуктивностью

Продолжив дальше построение кривой ЭДС самоиндукции, мы убеждаемся в том, что за период изменения тока в катушке и ЭДС самоиндукции совершит в ней полный период своего изменения. Направление ее определяется законом Ленца: при возрастании тока ЭДС самоиндукции будет направлена против тока (первая и третья четверти периода), а при убывании тока, наоборот, совпадать с ним по направлению (вторая и четвертая четверти периода).

Таким образом, ЭДС самоиндукции, вызываемая самим переменным током, препятствует его возрастанию и , наоборот, поддерживает его при убывании .

Обратимся теперь к графику напряжения на катушке (см. рис. 1). На этом графике синусоида напряжения на зажимах катушки изображена равной и противоположной синусоиде ЭДС самоиндукции. Следовательно, напряжение на зажимах катушки в любой момент времени равно и противоположно ЭДС самоиндукции, возникающей в ней. Напряжение это создается генератором переменного тока и идет на то, чтобы погасить действие в цепи ЭДС самоиндукции.

Таким образом, в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, создается сопротивление прохождению тока. Но так как такое сопротивление вызывается в конечном счете индуктивностью катушки , то и называется оно индуктивным сопротивлением.

Индуктивное сопротивление обозначается через X _L и измеряется, как и активное сопротивление, в омах.

Индуктивное сопротивление цепи тем больше, чем больше частота источника тока, питающего цепь, и чем больше индуктивность цепи. Следовательно, индуктивное сопротивление цепи прямо пропорционально частоте тока и индуктивности цепи; определяется оно по формуле X L = ω L , где ω — круговая частота, определяемая произведением 2π f . — индуктивность цепи в гн.

Закон Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивное сопротивление, звучит так: величина тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна индуктивному сопротивлению це п и , т. е. I = U / X _L , где I и U — действующие значения тока и напряжения, а X _L — индуктивное сопротивление цепи.

Рассматривая графики изменения тока в катушке. ЭДС самоиндукции и напряжения на ее зажимах, мы обратили внимание на то, что изменение этих в еличин не совпадает по времени. Иначе говоря, синусоиды тока, напряжения и ЭДС самоиндукции оказались для рассматриваемой нами цепи сдвинутыми по времени одна относительно другой. В технике переменных токов такое явление принято называть сдвигом фаз .

Если же две переменные величины изменяются по одному и тому же закону (в нашем случае по синусоидальному) с одинаковыми периодами, одновременно достигают своего максимального значения как в прямом, так и в обратном направлении, а также одновременно уменьшаются до нуля, то такие переменные величины имеют одинаковые фазы или, как говорят, совпадают по фазе.

В качестве примера на рисунке 3 приведены совпадающие по фазе кривые изменения тока и напряжения. Такое совпадение фаз мы всегда наблюдаем в цепи переменного тока, состоящей только из активного сопротивления.

В том случае, когда цепь содержит индуктивное сопротивление, фазы тока и напряжения, как это видно из рис. 1 не совпадают, т. е. имеется сдвиг фаз между этими переменными величинами. Кривая тока в этом случае как бы отстает от кривой напряжения на четверть периода.

Следовательно, при включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между током и напряжением, причем ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода . Это значит, что максимум тока наступает через четверть периода после того, как наступил максимум напряжения.

ЭДС же самоиндукции находится в противофазе с напряжением на катушке, отставая, в свою очередь, от тока на четверть периода. При этом период изменения тока, напряжения, а также и ЭДС самоиндукции не меняется и остается равным периоду изменения напряжения генератора, питающего цепь. Сохраняется также и синусоидальный характер изменения этих величин.

Рисунок 3. Совпадение по фазе тока и напряжения в цепи с активным сопротивлением

Выясним теперь, каково отличие нагрузки генератора переменного тока активным сопротивлением от нагрузки его индуктивным сопротивлением.

Когда цепь переменного тока содержит в себе лишь одно активное сопротивление, то энергия источника тока поглощается в активном сопротивлении, нагревая проводник.

Когда же цепь не содержит активного сопротивления (мы условно считаем его равным нулю), а состоит лишь из индуктивного сопротивления катушки, энергия источника тока расходуется не на нагрев проводов, а только на создание ЭДС самоиндукции, т. е. она превращается в энергию магнитного поля. Однако переменный ток непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, а следовательно, и магнитное поле катушки непрерывно изменяется в такт с изменением тока. В первую четверть периода, когда ток возрастает, цепь получает энергию от источника тока и запасает ее в магнитном поле катушки. Но как только ток, достигнув своего максимума, начинает убывать, он поддерживается за счет энергии, запасенной в магнитном поле катушки посредством ЭДС самоиндукции.

Таким образом, источник тока, отдав в течение первой четверти периода часть своей энергии в цепь, в течение второй четверти получает ее обратно от катушки, выполняющей при этом роль своеобразного источника тока. Иначе говоря, цепь переменного тока, содержащая только индуктивное сопротивление, не потребляет энергии : в данном случае происходит колебание энергии между источником и цепью. Активное же сопротивление, наоборот, поглощает в себе всю энергию, сообщенную ему источником тока.

Говорят, что катушка индуктивности, в противоположность омическому сопротивлению, не активна по отношению к источнику переменного тока, т. е. реактивна . Поэтому индуктивное сопротивление катушки называют также реактивным сопротивлением .

Кривая нарастания тока при замыкании цепи, содержащей индуктивность — переходные процессы в электрических цепях.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Научный форум dxdy

Переходные процессы в катушке индуктивности.

На страницу 1 , 2 , 3 , 4 След.

Переходные процессы в катушке индуктивности.
06.07.2018, 21:00

Здравствуйте. Могли бы мне помочь разобраться в следующем явлении.
Взяли катушку индуктивности и подключаем к источнику постоянного напряжения. Ток в цепи увеличивается плавно. Почему так мне вроде ясно. Теперь отключаем катушку (пусть путь для тока имеется). Катушка пытается сохранить ток прежним. Но ток так же плавно уменьшается, а не сохраняется на прежнем уровне и после того как в катушке заканчивается «энергия» пропадает резко.
Мне не ясно, почему при выключении магнитный поток не меняется с такой скоростью, чтобы сохранить ток прежним. Что ему мешает?

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
07.07.2018, 14:16

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Cos(x-pi/2) 07.07.2018, 16:23, всего редактировалось 2 раз(а).

jast321 в сообщении #1324895 писал(а):
почему при выключении магнитный поток не меняется с такой скоростью, чтобы сохранить ток прежним.

Магнитное поле создаётся током, так что магнитный поток пропорционален току . Поэтому и скорость изменения магнитного потока пропорциональна скорости изменения тока. А если ток будет сохраняться прежним, то и магнитный поток должен быть прежним.

jast321 в сообщении #1324895 писал(а):
Теперь отключаем катушку (пусть путь для тока имеется). Катушка пытается сохранить ток прежним.

Попробуйте нарисовать полную схему цепи, чтобы было ясно, что и как отключается, и куда течёт ток; и для этой конкретной цепи найдите по правилам теории электрических цепей ток в катушке как функцию времени . Тогда фантазии отпадут сами собой, за ненадобностью.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
07.07.2018, 16:28

Заслуженный участник

jast321 в сообщении #1324895 писал(а):
Катушка пытается сохранить ток прежним.

Пытается. И если бы не было совершенно никаких потерь, то ток бы и оставался прежним (как в сверхпроводящем кольце с током). Но потери есть (на омическом сопротивлении проводов, в том числе самой катушки) .

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
07.07.2018, 17:13

Заслуженный участник

jast321 в сообщении #1324895 писал(а):

Мне не ясно, почему при выключении магнитный поток не меняется с такой скоростью, чтобы сохранить ток прежним. Что ему мешает?

Поскольку поток пропорционален току, для сохранения тока прежним он меняться не должен.
Наверно, вы имели в виду что-то другое.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
07.07.2018, 21:12

Последний раз редактировалось jast321 07.07.2018, 21:55, всего редактировалось 5 раз(а).

Но если бы поток не изменялся вовсе, то и тока бы не было. Эдс ведь возникает только тогда, когда магнитный поток изменяется.

Мне кажется, что происходит следующее,
Разомкнули ключ.
Поток в катушке начинает изменяться (убывать). Значит и уменьшается, т.к.-постоянна.

Т.к. ток прямопропорционален в катушке, то получается, что и он уменьшается и будет соответствовать значению ?
Если все так, то у меня все же ощущение какого-то недопонимания.
Значит, чем сильнее измениться поток, тем меньше ток сможет создать катушка?

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 17:00

Последний раз редактировалось RomanGrmv 08.07.2018, 17:06, всего редактировалось 2 раз(а).

Если катушка у Вас будет сверхпроводящая, то ЭДС не нужен для поддержания постоянного тока, так как нет омического сопротивления.
Если у Вас будет омическое сопротивление, то ЭДС катушки должен быть равен падению напряжению на омическом сопротивлении.
Следовательно:
— ЭДС катушки будет пропорционален изменению тока (производной тока по времени).
— Падение напряжения будет по закону Ома пропорционально току.

В общем, ток в катушке будет падать по экспоненте. Так как получаем линейное дифференциальное уравнение первого порядка.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 17:07

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Cos(x-pi/2) 08.07.2018, 17:52, всего редактировалось 3 раз(а).

jast321 в сообщении #1325033 писал(а):

Т.к. ток прямопропорционален в катушке, то получается, что и он уменьшается и будет соответствовать значению ?

Да, ток в катушке и всё время соответствуют друг другу. (Подразумеваем, что катушка без сердечника, который мог бы намагнититься током и остаться намагниченным, даже когда ток спадёт почти до нуля.)

jast321 в сообщении #1325033 писал(а):
Если все так, то у меня все же ощущение какого-то недопонимания.

Недопонимание не исчезнет, пока Вы рассуждаете мало осмысленными словами; вот это, например, совсем неверно:

jast321 в сообщении #1325033 писал(а):
Но если бы поток не изменялся вовсе, то и тока бы не было.

Речь здесь идёт о количественных понятиях, и поэтому разобраться в них как следует можно только на языке формул, глядя на схему и применяя законы физики. Способность к правильным интуитивным рассуждениям может появиться только после детального разбора конкретных примеров, но никак не до того. (Если желаете, могу выложить подходящую схему и позадавать Вам наводящие вопросы, может быть с подсказками.)

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 18:30
Cos(x-pi/2) в сообщении #1325161 писал(а):

«](Если желаете, могу выложить подходящую схему и позадавать Вам наводящие вопросы, может быть с подсказками.)

Да, если не затруднит, можно я Вам в личку напишу. И нарисую схему?
Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 19:45

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Cos(x-pi/2) 08.07.2018, 19:46, всего редактировалось 1 раз.

Можно и в личку, но лучше публично — тогда другие участники форума не дадут нам ошибаться, и ещё добавят полезных мыслей. Вот есть уже нарисованная схема:

Пояснения:
Параллельно катушке с индуктивностью припаян резистор (чтобы после размыкания ключа было куда течь току из катушки). Последовательно с батарейкой включен резистор в катушке с хорошей точностью можно считать постоянным. Как Вы думаете, при этом отличен ли от нуля ток в резисторе И отлично ли от нуля напряжение на этом резисторе? Подумайте над этим.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 20:13

Последний раз редактировалось jast321 08.07.2018, 20:17, всего редактировалось 2 раз(а).

Если пренебречь сопротивлением провода , то при продолжительном замкнутом ключе ток через резистор будет равен нулю. Напряжение на его выводах, как и на выводах катушеи соответственно тоже будет равно нулю.

Добавлю, что в этом случае все напряжение упадет на резисторе и.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 21:39

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Cos(x-pi/2) 08.07.2018, 21:46, всего редактировалось 2 раз(а).

Значит, при этом (т.е. в «установившемся режиме» с замкнутым ключом) практически постоянный ток в катушке и равен рассмотрим момент времени прямо сразу после размыкания ключа . Как думаете, величина тока в катушке в этот момент останется практически такой же как до размыкания ключа или сразу скачком станет какой-то другой?

И ещё вопрос: знаете ли Вы формулу для энергии, запасённой в катушке с током (Дальше мы попробуем рассуждать, опираясь на закон сохранения энергии, поэтому формула для энергии катушки будет нам нужна. Если не знаете, то придётся нам её тут «вывести» на скорую руку.)

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 22:25

Последний раз редактировалось jast321 08.07.2018, 22:36, всего редактировалось 2 раз(а).

Cos(x-pi/2) в сообщении #1325247 писал(а):

Значит, при этом (т.е. в «установившемся режиме» с замкнутым ключом) практически постоянный ток в катушке и равен

Я как то неоднозначно ответил.
Я имею ввиду, что ток будет почти на том же уровне, чуть меньше, т.к. вектор начнет уменьшаться сразу.

Re: Переходные процессы в катушке индуктивности.
08.07.2018, 23:50

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось Cos(x-pi/2) 09.07.2018, 00:11, всего редактировалось 1 раз.

jast321 в сообщении #1325257 писал(а):

Что касаемо тока после размыкания, то предпологаю, что в этот момент (очень очень короткий) ток будет прежним (почти).

Обозначим: — энергия какой-то конкретной системы в момент времени ; в нашем примере речь об энергии магнитного поля в катушке с током. — изменение этой энергии за интервал времени

Тогда скорость изменения энергии есть и поблизости вокруг неё есть магнитное поле с величиной разной в разных точках пространства. В каждой точке пространства какой бы ни была величина эта c хорошей точностью пропорциональна току в катушке (в этом рассуждении мы пренебрегаем запаздыванием изменений поля в дали от катушки). В курсе электродинамики выводится, что энергия поля равна интегралу по пространству от

Картина поля в катушке и вокруг неё зависит от формы и от конструкции катушки и может быть сложной. Поэтому и сосчитать энергию через интеграл от сложно: ответ для довольно сложным образом зависит от формы и от конструкции катушки. Однако очевидно (поскольку величина везде пропорциональна ), что величина пропорциональна Коэффициент пропорциональности условились обозначать как конечно, можно было бы обозначить его просто какой-то буквой без деления на но для дальнейших вычислений оказалось удобным определить коэффициент пропорциональности как именно с множителем Это и есть наш «вывод» формулы для энергии катушки:

в этой формуле по определению называется индуктивностью катушки (она зависит от конструкции катушки, от числа витков и т.п.; нам крупно повезло, что информацию обо всех деталях устройства катушки удаётся «упаковать» в одну величину

Следующий вопрос Вам: какое получается из этой формулы выражение для скорости изменения энергии катушки, т.е. как связана

12 недорогих наборов электроники для самостоятельной сборки и пайки

Моя личная подборка конструкторов с Aliexpress «сделай сам» для пайки от простых за 153 до 2500 рублей. Дочке 5 лет — надо приучать к паяльнику))) — пусть пока хотя-бы смотрит — переходи посмотреть, один светодиодный куб чего только стоит

Намотать на него лакированного медного провода и зачистить выводы:

Замеряем индуктивность нашей катушки с помощью LC метра:

Теперь собираем все это вот по такой схеме:

L — катушка индуктивности

La — лампочка накаливания на напряжение 12 Вольт

Bat — блок питания, с выставленным напряжением 12 Вольт

Как вы помните из прошлой статьи, конденсатор у нас не пропускал постоянный электрический ток:

Делаем вывод: постоянный электрический ток почти беспрепятственно течет через катушку индуктивности. Сопротивлением обладает только сам провод, из которого намотана катушка.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Для того, чтобы узнать, как ведет себя катушка индуктивности в цепи переменного тока, нам понадобится осциллограф, генератор частоты, собственно сама катушка индуктивности и резистор на 100 Ом. Чем больше сопротивление, тем меньше будет проседать напряжение с моего генератора частоты, поэтому я взял резистор на 100 Ом.Он у меня будет в качестве шунта. Падение напряжения на этом резисторе будет зависеть от тока, протекающего через него

Собираем все это дело по такой схеме:

Получилось как то так:

Сразу договоримся, что у нас первый канал будет красным цветом, а второй канал — желтым. Следовательно, красная синусоида — это частота, которую нам выдает генератор частоты, а желтая синусоида — это сигнал, который снимается с резистора.

Мы с вами узнали, что при нулевой частоте (постоянный ток), катушка почти беспрепятственно пропускает через себя электрический ток. В нашем опыте мы будем подавать с генератора частоты синусоидальный сигнал с разной частотой и смотреть, меняется ли напряжение на резисторе.

Опыт N1

Для начала подаем сигнал с частотой в 1 Килогерц.

Давайте разберемся, что есть что. В зеленой рамочке я вывел автоматические замеры, которые делает осциллограф

Красный кружок с цифрой «1» — это замеры «красного»канала. Как мы видим, F (частота) =1 Килогерц, а Ма (амплитуда) = 1,96 Вольт. Ну грубо скажем 2 Вольта. Смотрим на кружочек с цифрой «2». F=1 Килогерц, а Ма=1,96 Вольт. То есть можно сказать, что сигнал на выходе точно такой же, как и на входе.

Увеличиваем частоту до 10 Килогерц

Амплитуда не уменьшилась. Сигнал какой есть, такой и остался.

Увеличиваем до 100 Килогерц

Заметили разницу? Амплитуда желтого сигнала стала меньше, да еще и график желтого сигнала сдвигается вправо, то есть запаздывает, или научным языком, появляется сдвиг фаз. Красный сигнал никуда не сдвигается, запаздывает именно желтый. Это имейте ввиду.

Сдвиг фаз — это разность между начальными фазами двух измеряемых величин. В данном случае напряжения. Для того, чтобы произвести замер сдвига фаз, должно быть условие, что у этих сигналов одна и та же частота. Амплитуда может быть любой. Ниже на рисунке приведен этот самый сдвиг фаз или, как еще его называют, разность фаз:

Увеличиваем частоту до 200 Килогерц

На частоте 200 Килогерц амплитуда упала вдвое, да и разность фаз стала больше.

Увеличиваем частоту до 300 Килогерц.

Амплитуда желтого сигнала упала уже до 720 милливольт. Разность фаз стала еще больше.

Увеличиваем частоту до 500 Килогерц

Амплитуда уменьшилась до 480 милливольт.

Добавляем еще частоту до 1 Мегагерц

Амплитуда желтого канала стала 280 милливольт.

Ну и добавляем частоту до предела, который позволяет выдать генератор частоты: 2 Мегагерца

Амплитуда «желтого» сигнала стала настолько маленькой, что мне пришлось ее даже увеличить в 5 раз.

И можно сказать, что сдвиг фаз стал почти 90 градусов или π/2.

Но станет ли сдвиг фаз больше, чем 90 градусов, если подать очень-очень большую частоту? Эксперименты говорят, что нет. Если сказать просто, то при бесконечной частоте сдвиг фаз будет равняться 90 градусов. Если совместить наши графики на бесконечной частоте, то можно увидеть примерно вот такой рисунок:

Так какой вывод можно сделать?

С увеличением частоты сопротивление катушки растет, а также увеличивается сдвиг фаз. И чем больше частота, тем больше будет сдвиг фазы, но не более, чем 90 градусов.

Опыт N2

Давайте же уменьшим индуктивность катушки. Прогоним еще раз по тем же самым частотам. Я убрал половину витков и сделал витки на край феррита, тем самым уменьшил индуктивность до 33 микрогенри.

Итак, прогоняем все по тем же значениям частоты

При частоте в 1 Килогерц у нас значение почти не изменилось.

Здесь тоже ничего не изменилось.

Тоже почти ничего не изменилось, кроме того, что желтый сигнал стал тихонько сдвигаться.

Здесь уже видим, что амплитуда на желтом сигнале начинает проседать и сдвиг фаз наращивает обороты.

Сдвиг фаз стал больше и амплитуда просела еще больше

Сдвиг стал еще больше и амплитуда желтого сигнала тоже просела.

Амплитуда желтого сигнала падает, сдвиг фаз прибавляется. 😉

2 Мегагерца, предел моего генератор частоты

Сдвиг фаз стал почти равен 90 градусов, а амплитуда стала даже меньше, чем пол Вольта.

Обратите внимание на амплитуду в Вольтах на тех же самых частотах. В первом случае у нас индуктивность была больше, чем во втором случае, но амплитуда желтого сигнала во втором случае больше, чем в первом.

Отсюда вывод напрашивается сам собой:

При уменьшении индуктивности, сопротивление катушки индуктивности также уменьшается.

Реактивное сопротивление катушки индуктивности

С помощью нехитрых умозаключений, физиками была выведена формула:

П — постоянная и равна приблизительно 3,14

В данном опыте мы с вами получили фильтр низких частот (ФНЧ). Как вы видели сами, на низких частотах катушка индуктивности почти не оказывает сопротивление напряжению, следовательно амплитуда и мощность на выходе такого фильтра будет почти такой же, как и на входе. Но с увеличением частоты у нас амплитуда гасится. Применив такой фильтр на динамик, можно с уверенностью сказать, что будет усиливаться только бас, то есть низкая частота звука.

Видео про катушку индуктивности:

Заключение

Постоянный ток протекает через катушку индуктивности без каких-либо проблем. Сопротивлением обладает только сам провод, из которого намотана катушка.

Сопротивление катушки зависит от частоты протекающего через нее тока и выражается формулой:

Куда течёт электрический ток?

Современный человек отлично знаком с результатом работы тока в различных электроприборах, и редко задумывается о том, как, откуда и куда он течёт. Для тех, кто совсем немного знаком с электрикой и электроникой ответ будет прост и очевиден: от положительного полюса к отрицательному. Тем не менее, люди, которые знакомы с вопросом глубже, знают, что данное описание корректно не для всех ситуаций, что общепринятое понимание механизма несколько упрощено и на самом деле правильно ответить на подобный вопрос можно, только лишь уточнив его. Сегодня мы попытаемся рассказать читателям, как и почему возникла такая путаница.

Для начала следует вспомнить, что такое электроток. Справочники характеризуют его как направленное движение заряженных частиц. Сегодня принято считать, что в пределах цепи ток направлен от плюсового полюса источника питания к минусовому. Так работает любая техника на постоянном токе: радиоприёмники, фонарики, детские игрушки, пульты и даже те самые светодиодные светильники, которые через драйвер или трансформатор подключены к переменной сети. Вместе с тем, предполагается, что внутри самого источника питания – например, батарейки или аккумулятора – ток всё же идёт от минуса к плюсу. Почему так? Давайте разбираться.

Как люди запутались в двух соснах?

Сегодня науке точно известно, что направление движения электронов во многом обусловлено материалом элементов цепи. Согласитесь, это звучит немного неожиданно, однако обо всём этом нам рассказывали в школе, просто другими словами. Так, если проводник изготовлен из металла, частицами, переносящими заряд, будут выступать электроны, несущие энергию от своего, отрицательного полюса к другому, положительному. И исходя из этого оказывается, что, вопреки сказанному ранее, электроны во внешней цепи движутся от минуса к плюсу. Доказать это довольно просто. Если взять любой диод, который по своей сути допускает прохождение тока только в одном направлении, и подключить так, как сегодня принято описывать направление течения электронов, он работать на будет. Полупроводники выполняют свою функцию только тогда, когда подключаются анодом к плюсовой клемме источника. Уже на основании одного этого можно понять, что в качестве направления электротока в цепи обычно принимают противоположное реальному движению электронов.

Путаница в понятиях сложилась лишь потому, что при открытии многих электрических явлений именно неверное описание казалось исследователям логичным. Задолго до изобретения лампочек учёные пытались работать с феноменом электричества. Широко известный американский общественный и научный деятель Бенджамин Франклин стал родоначальником так называемой унитарной теории электричества. Согласно его предположениям, это самое электричество является материей, а именно, жидкостью, лишённой веса, которая способна вытекать из одной точки и перетекать в другую, со временем накапливаясь в ней. Скорее всего, именно отсюда во многих языках мира и взялось слово «ток», связанное с глаголом «течь» – ведь текут обычно именно жидкости.

Франклин утверждал, что невесомая электрожидкость присутствует во всех телах, но выраженного заряда не имеет, а потому наэлектризоваться что-либо может только в том случае, когда наблюдается её недостаток или избыток. Логично, что нехватку учёный обозначил знаком минус, а излишек –знаком плюс. Сам того не понимая, он заложил этим тезисом основу понятий положительного и отрицательного зарядов. Для Франклина всё было просто и похоже на систему сообщающихся сосудов: когда в ней начинает наблюдаться дисбаланс, электрическая жидкость в нужном количестве перетекает от тела к телу, в обоих направлениях. В целом, хорошо понятную гипотезу о движении заряда опровергнуть было сложно, потому на многие годы представление осталось именно таким.

Примерно в то же время французский исследователь и известный физик своего времени Шарль Дюфе сделал пришёл к выводу, что в действительности существует целых две разновидности электричества, каждая из которых сама по себе вписывается в объяснения Франклина, но при контакте их эффект нейтрализуется. В доработанном виде эту теорию представил шотландский физик Роберт Симмер, который взял за основу опыты предшественника и дополнил их собственными объяснениями. Название теории полностью соответствовало сути – её нарекли дуалистической.

Для многих имя Симмера совершенно незнакомо, однако его можно считать «автором» самого знаменитого школьного эксперимента с эбонитовой палочкой. Хотя подобными играми баловались ещё древние греки, объяснение явлению смог дать только он. Известно, что учёный по жизни был склонен к переохлаждению и носил сразу две пары чулок: ближе к коже – тёплые, из шерсти, а поверх них, напоказ – шёлковые. И вот однажды он заинтересовался тем, почему они странно себя ведут после снятия. Когда Симмер снимал их вместе, а потом вытягивал один из другого, то видел, что и шёлк, и шерсть немного раздуваются, а затем слипаются друг с другом. При этом если взять пару чулок из одного материала, они будут отталкиваться. Его первые эксперименты были максимально просты: в одной руке находились шерстяные чулки, а в другой – шёлковые. При сближении рук одинаковые отталкивались, а разнородные моментально слипались. Сегодня мы знаем, что то же самое можно было бы сказать о полюсах магнитов, но тогда до идеи о связи электричества и магнетизма ещё никто не подозревал.

Зато благодаря работе Симмера стало понятно, что при натирании объекта с целью электризации заряженным становится не только это тело, но и то, которое его натирает. Дуалистическая теория поясняла, что в состоянии покоя в каждом теле в некотором количестве находятся сразу две невесомые электрические жидкости, противоположные по своему заряду. При этом в целом они нейтрализуют друг друга, но при изменении взаимных пропорций возникает электризация. Хотя гипотезы Франклина и Симмера не приводили учёный мир к единому мнению, обе они с необходимой для того времени достоверностью описывали видимое положение вещей, а потому сохранялись параллельно.

Следующий крупный этап в процессе выяснения правды наступил в 1799-том году. Задолго до появления на улицах электрических фонарных столбов, слово «столб» стало синонимом чего-то заряженного. Всё дело в том, что открытие явления электролиза с использованием вольтова столба более наглядно показало учёным, что заряды могут одновременно двигаться взаимно противоположно. Формально это было моментом торжества теории Симмера, но из-за нехватки информации об устройстве мира многие учёные не готовы были принять всё на веру. Многих смущало то, что при проведении эксперимента с электролизом на отрицательном электроде собиралось в два раза больше пузырьков водорода, чем на положительном – кислорода. Ввиду того, что формула Н₂О ещё открыта не была, представлений о строении молекулы воды никто не имел, и это отчасти вносило трещину в дуалистическую теорию.

Спустя 21 год нашёлся учёный, который был гораздо решительнее предшественников. Его звали Андре-Мари Ампер, и он предложил Парижской академии наук устранить неоднозначность, приняв одно из направлений в качестве основного. В начале его работы над данным вопросом совершить выбор предполагалось просто на основании удобства, однако уже спустя несколько поставленных опытов Ампер сумел сформулировать единое правило, по которому можно было однозначно судить о направленности воздействия магнитов на электроток. Дабы избавиться от описания двух взаимно противоположных токов и избежать повторения, учёный решил однозначно, раз и навсегда, принять за основу направление движения положительного электричества. Именно этот момент считается формальной точкой отсчёта в отношении направленности электротока.

На основании тех же исследований британский физик Джеймс Клерк Максвелл сформулировал хорошо знакомое нам со школьной скамьи правило буравчика. Оно определяло направление магнитного поля катушки и вполне устраивало учёных, поскольку считалось адекватно описывающим реальность в тех координатах, которые ранее заложил Ампер. Вместе с тем, среди исследователей было немало и тех, кто даже при уважительном отношении к предшественникам продолжал критически смотреть на ситуацию. Англичанин Майкл Фарадей признавал, что пользоваться описанными правилами удобно, однако это не означает, что в природе всё так и есть. Уже после того, как он открыл явление электромагнитной индукции, возникла необходимость определить направление индуцированного тока, и на этом этапе сугубо теоретические и условные правила других исследователей не справлялись. Российский физик немецкого происхождения Эмилий Ленц сумел дать требуемую формулировку: если проводник из металла движется вблизи магнита или тока, внутри него возникает гальванический ток, направление которого таково, что, будь провод неподвижен, он бы пришёл в движение в сторону, противоположную исходному перемещению. Несмотря на длину разъяснения правила и его сложность для понимания при первом прочтении, именно оно утвердилось в качестве доминирующего.

И даже после открытия в 1897-ом году английским физиком Джозефом Джоном Томсоном электрона, указанная условность описания направления его движения сохранилась. Пусть природа задумала, что в проводнике или в вакууме должны перемещаться лишь электроны, человечество по-прежнему в качестве базового принимает противоположное направление – от плюса к минусу. Когда в начале ХХ-го века были изобретены электронные лампы, сразу же с оборудованием стали возникать определённые трудности. Тем не менее, даже это не заставило главные мировые умы пересмотреть подход. Ещё позже, с изобретением транзисторов путаница усилилась, но на первое место продолжало выноситься условное удобство. Сейчас люди уже привыкли считать, что там, где «плюс» энергии больше, чем там, где «минус», а потому она может переходить только в одном направлении, как во всё тех же сообщающихся сосудах у Франклина.

И хотя сегодня мы уже осведомлены о том, что данная условность не соответствует фактическому положению вещей, человечество успело изготовить такое количество электротехнической продукции, что внесение корректив в устоявшиеся принципы внесёт ещё большую сумятицу. Не пострадают разве что только те изделия, для которых полярность не имеет значения – это различные клеммники и наконечники, оснащение для переменного тока, а также различные провода и кабели. Всё остальное, в том числе, и бытовая техника, в которой много узлов преобразует энергию к 12 В или 5 В постоянного тока, может оказаться неработоспособной.

Напоследок хочется сказать о том, чему не уделено внимания выше: как же простому человеку понять, разобраться и запомнить, что и где находится, какой заряд куда течёт. Да, общепринятое направление движения электротока – это лишь некая условность, оправданная историей развития электротехники, и она противоположна реальному направлению перемещения электронов в металле, но в действительности всё это совершенно не принципиально. На самом деле, чтобы не прослыть невеждой следует руководствоваться простейшими принципами. Вернёмся к тому, что такое ток по определению – это направленное движение заряженных частиц. И вот тут самое главное: не спрашивайте себя, каких именно! Потому что правильный ответ – любых. Ими могут оказаться и негативно заряженные электроны, и положительные молекулы с атомами, и ионы вещества в растворе, и свободные электроны в полупроводниках, и даже так называемые «дырки». И всё это правильно, технически корректно. А потому вывод напрашивается довольно простой – ток течёт туда, где его «не хватает», то есть высказанный ранее принцип «от большего к меньшему» в действительности справедлив, безотносительно полярности перемещаемого по проводнику заряда. Остальные нюансы просто оказываются не важны.

Дети и электрика: как обеспечить безопасность