В чем состоит явление взаимной индукции

Сущность явления взаимной индукции

Рассмотрим пару катушек имеющих кольцевую намотку проводниками.

Активные сопротивления каждой обмотки очень близки к нулевым значениям, ими пренебрегаем, а количество витков обозначим W1 и W2. Расстояние между обмотками взято таким образом, что магнитные поля у них пересекаются. Это наглядно демонстрирует рисунок, где отражено движение токов i1 и i2 с их магнитными полями.

Каждая кольцевая линия Ф на рисунке имеет двойное цифровое обозначение, символизирующее отдельный магнитный поток. У него 1-ая цифра индекса указывает катушку-генератор потока, а следующая уточняет, на какие обмотки он еще действует.

Первая катушка генерирует потоки:

— Ф11 – собственный, не влияющий на соседний; — Ф12 – дополнительный, охватывающий рядом расположенную катушку W2.

Вместе они образуют поток самоиндукции Ф1, который дополняется еще одной величиной: потоком взаимной индукции, идущим от соседней обмотки у второй катушки.

Сложив эти три составляющие (Ф11, Ф12, Ф21), получаем суммарное значение Фӏ, включающее все действующие в катушке виды потоков от самоиндукции и взаимоиндукции.

По другому их можно выразить соотношением: ФI=Ф1±Ф21. При этом следует обратить внимание на знак перед Ф21, который зависит от его направленности по отношению к магнитным полям первой обмотки. Если она противоположна для Ф1, то выражение меняется на ФI=Ф1–Ф21. Именно такая ситуация изображена в нашем случае.

Поскольку данная форма катушки предполагает всего лишь один магнитный поток, воздействующий на нее, то найти ее полное потокосцепление не составит труда:

Ψ1=W1·Ф1=W1·Ф1±W1·Ф21=Ψ1±Ψ21,

где Ψ1=W1·Ф1 и Ψ2=W1·Ф21 – потокосцепления само- и взаимной индукции соответственно.

Оба они пропорциональны току, вырабатывающему их: Ψ1=L1·i1 и Ψ21=Мi2. Подставляя данные значения в вышеприведенную формулу, получим ΨI=L1·i1±М·i2.

Изменение потока неизменно провоцирует появление у нее ЭДС электромагнитной индукции, которая обеспечивает выработку напряжения на местах зажимов:

u1=dΨ1/dt=L1·di1/dt±M·di2/dt.

Запись в символической форме выражения будет выглядеть следующим образом:

Все сказанное одинаково справедливо для обеих катушек, поэтому их уравнения аналогичны.

Здесь, значение Ù1_L – не что иное, как напряжение самоиндукции. Оно создано катушкой самостоятельно.

Напряжение Ù1_M – добавочное, выработанное на ее зажимах от изменения поля соседней обмотки (взаимной индукции).

Так же, как и ранее, при согласном подключении обмоток знаки совпадают, а при встречном – противоположны.

Для определения взаимной индукции разработан такой термин, как «одноименные зажимы». Он помогает рассчитать движение потоков катушек, узнать характер их включения, достоверно изображать на схемах и одинаково обозначать в реальной конструкции.

На обмотках катушек зажимы называют одноименными, если существуют токи одного направления в них, наводящие в витках каждой из отдельно взятых обмоток магнитные потоки, которые складываются (как от само-, так и взаимной индукции.

То есть катушкам, на которых заранее достоверно известны окончания и начала витков при выполнении условия одинаковой направленности токов с образованием магнитных потоков в одну сторону, свойственно согласное подключение обмоток.

Выполнение тех же условий, но движение магнитных потоков в разные стороны, свидетельствует о встречном включении.

Если известно о существовании магнитной связи между двумя обмотками, то ее изображают на схеме простой полукруглой двусторонней стрелкой, обозначенной i1.

© Forum220.ru | 2009 — 2015 | Теоретическая электротехника Размещение данных материалов на других веб-ресурсах возможно только при наличии обратной гиперссылки на сайт Forum220.ru

Что такое взаимная индукция

Когда в одном из двух проводников меняются показатели тока или же меняется взаимное расположение этих проводников, то наблюдается изменение магнитного потока, возникающего под воздействием тока первого проводника и проходящего по второму проводнику. В результате во втором проводнике возникает электродвижущая сила (ЭДС). Под ее действием в этом проводнике образуется индуцированный ток, но при условии, что проводник замкнут. И, наоборот, изменение тока во втором контуре способствует возникновению ЭДС в первом. Это явление получило название взаимная индукция или взаимоиндукция. Именно на нем основана работа трансформаторов.

Взаимоиндукция — что это

Явление взаимной индукции — это частный случай электромагнитной индукции, открытой Фарадеем. Измеряется она в тех же единицах, что и индуктивность — Генри (Гн).

При прохождении тока по контуру ω1 возникает магнитный поток, который пронизывает витки контура ω2. Когда параметры тока на контуре ω1 меняются, на ω2 возникает ЭДС индукции. И наоборот, когда меняется ток на контуре ω2, возникает ЭДС в ω1. Это явление получило название взаимной индукции, а контуры называются связанными.

Электродвижущая сила, которая возникает во 2-м контуре под действием изменения тока в первом, вычисляется по следующей формуле:

Такое же влияние оказывает второй контур на величину ЭДС взаимоиндукции в первом. В этом случае для вычисления применяется аналогичная формула:

В формулах для определения взаимной индукции приняты такие обозначения:

Коэффициент взаимной индукции зависит от расположения контуров, их размеров, формы, а также от магнитной проницаемости среды.

В формулах присутствует еще такая величина, как потокосцепление. Его можно пояснить на примере катушки. Она состоит из определенного количества витков. Каждый из них создает магнитное поле, которое характеризуется величиной магнитного потока. Общее магнитное поле имеет потокосцепление, численно равное сумме магнитных потоков, протекающих сквозь каждый виток катушки. При использовании двухпроводной линии магнитные потоки также суммируются.

Величина потокосцепления определяется по формуле:

На самом деле потокосцепление — величина виртуальная, поскольку не существует суммы отдельных потоков, а имеется лишь магнитный поток. Тем не менее, когда нет возможности узнать реальное распределение магнитного потока по виткам, а потокосцепление известно, то можно легко вычислить количество витков, чтобы заменить катушку эквивалентной.

Практическое применение взаимной индукции

Взаимная индукция весьма важна на практике. Она взята за основу действия индукционной катушки в двигателе внутреннего сгорания. Типичным примером двух катушек, связанных магнитным полем, является трансформатор. Он широко применяется в электротехнике с целью изменения силы переменного тока и напряжения.

Изобретен трансформатор Яблочковым в 1876 году. Его основная характеристика — коэффициент трансформации. Он показывает во сколько раз ЭДС во вторичном контуре меньше (или больше) ЭДС в первом. Рассчитывается по формуле:

Как видно из формулы, сила тока в обмотках находится в обратно пропорциональной зависимости от количества витков этих обмоток и ЭДС. Следовательно, применение трансформатора с соответствующим коэффициентом трансформации позволяет повышать или понижать значение электродвижущей силы и, соответственно, повышать или понижать силу тока.

Трансформаторы повышающего действия применяются в линиях передачи электроэнергии на большие расстояния, а с понижающим — в устройствах для электросварки и прочих, где требуется высокое значение тока при низком напряжении.

В радиотехнике используются приборы, действие которых основывается на взаимной индуктивности. Они называются вариометрами и применяются там, где необходимо плавно изменять индуктивность цепи. Например, две телефонные линии оказывают влияние друг на друга, что мешает их работе.

1.3.Явление взаимной индукции и самоиндукции.

Взаимная индукция – это явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в соседнем контуре.

M – коэффициент взаимной индукции.

Явление возникновения ЭДС в замкнутом контуре при изменении тока в этом же контуре называется самоиндукцией.

где, L – коэффициент самоиндукции.

Явление взаимной индукции лежит в основе работы трансформатора, устройства, предназначенного для повышения или понижения входящего напряжения.

Трансформатор состоит из двух или нескольких катушек с разным количеством витков. Катушки намотаны на ферромагнитный сердечник.

На первичную катушку подается переменное напряжение. Образованное вокруг нее магнитное поле пронизывает витки вторичной катушки, в которой вследствие взаимной индукции возникает ЭДС, порождающая ток. Количество витков на вторичной катушке пропорционально силе индукционного тока.

k – Коэффициент трансформации.

если, k>1 – трансформатор повышающий

Ферромагнитный сердечник состоит из отдельных пластин, изолированных друг от друга, чтобы избежать вихревых токов.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
2. Записать закон Фарадея.
3. Сформулировать правило Ленца.
4. В чем заключается явление самоиндукции?
5. В чем заключается явление взаимной индукции?
6. Устройство трансформатора.
7. Чему равен коэффициент трансформации?

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики. 6-е изд. – СПБ. : Издательство «Лань», 2002.- 608 с — / Учебники для вузов. Специальная литература. Формирование научных понятий в условиях глобализации образования (монография). Монография. Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2004. 232 с.
2. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

1. Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

1. Пронин В.П. Практикум по физике : уч. пособия / В.П. Пронин.- 2-е изд. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

Лекция 14

ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1.1. RLC — цепь Рассмотрим цепь переменного тока, состоящую из резистора, конденсатора и катушки индуктивности. Пусть приложено переменное напряжение. Резистор в цепи переменного тока: амплитуда колебаний — круговая частота время На резисторе колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе: Сопротивление резистора в цепи переменного тока называется активным. В других случаях этого не происходит. Конденсатор в цепи переменного тока: На конденсаторе и на катушке индуктивности колебаний I и U не совпадают по фазе, поэтому сопротивление конденсатора и катушки называется реактивным. Емкость в цепи постоянного и переменного тока ведет себя по-разному. Конденсатор в цепи постоянного тока обладает бесконечно большим сопротивлением. В цепи же переменного тока конденсатор обладает ёмкостным сопротивлением. Сопротивление конденсатора в цепи переменного тока. Пусть задано переменное напряжение: По определению силы тока: напряжение на конденсаторе Фазы колебаний силы тока и напряжения на емкости различны и отличаются на . Напряжение на конденсаторе отстает от силы тока. сопротивление на конденсаторе емкостное сопротивление Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Рассмотрим катушку индуктивности в цепи переменного тока. Получим сопротивление этой катушки. Пусть по цепи протекает переменный ток: по определению самоиндукции имеем: Колебания силы тока и напряжения на катушке индуктивности не совпадают по фазе, а отличаются на , катушка обладает реактивным сопротивлением, но в отличие от конденсатора здесь напряжение опережает силу тока. — индуктивное сопротивление обозначает: — сопротивление на катушке индуктивности Зависимость индуктивного и емкостного сопротивления от частоты тока. Рассмотрим последовательную цепь переменного тока, содержащую резистор, конденсатор и катушку индуктивности. равно сумме на отдельных ее участках, а ток один и тот же. — общее сопротивление в цепи z. общее сопротивление цепи обобщенный закон Ома , при частоте сопротивление минимально, таким образом значения амплитуды колебания силы тока возрастают до максимума.

В чем заключается явление взаимной индукции? В чем заключается явление взаимной индукции?

Явление возникновения э. д. с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией.

Остальные ответы

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.