สูตรแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองของขดลวด แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองคืออะไร?

อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำตนเองอีเอ็มเอฟ e L การเหนี่ยวนำในตัวนำหรือขดลวดอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านตัวนำหรือขดลวดเดียวกันเรียกว่า e d.s. การเหนี่ยวนำตนเอง (รูปที่ 60) อีนี้ d.s. เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสใด ๆ เช่น เมื่อปิดและเปิดวงจรไฟฟ้า, เมื่อเปลี่ยนโหลดของมอเตอร์ไฟฟ้า เป็นต้น ยิ่งกระแสในตัวนำหรือขดลวดเปลี่ยนแปลงเร็วเท่าใด อัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทะลุผ่านก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่ง e มากขึ้น d.s. การชักนำตนเองเกิดขึ้นในตัวพวกเขา ตัวอย่างเช่น จ. d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L เกิดขึ้นในตัวนำ AB (ดูรูปที่ 54) เมื่อกระแส i 1 ไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลง ด้วยเหตุนี้ สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำให้เกิด e d.s. ในตัวนำเดียวกันซึ่งปัจจุบันมีการเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดฟิลด์นี้

ทิศทางอี d.s. การชักนำตนเองถูกกำหนดโดยกฎของเลนซ์ อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำตัวเองจะมีทิศทางที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ทำให้เกิดกระแสอยู่เสมอดังนั้นเมื่อกระแสในตัวนำ (ขดลวด) เพิ่มขึ้น เช่น เหนี่ยวนำให้เกิดในตัวนำเหล่านั้น d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองจะมุ่งตรงต่อกระแสนั่นคือ มันจะป้องกันการเพิ่มขึ้น (รูปที่ 61, a) และในทางกลับกันเมื่อกระแสลดลงในตัวนำ (ขดลวด) e.m. จะปรากฏขึ้น d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งสอดคล้องกับกระแสคือป้องกันการลดลง (รูปที่ 61, b) หากกระแสในขดลวดไม่เปลี่ยนแปลงแสดงว่าจ d.s. ไม่มีการเหนี่ยวนำตนเองเกิดขึ้น

จากกฎที่กล่าวข้างต้นเพื่อกำหนดทิศทางของ e d.s. การอุปนัยตนเองหมายถึงว่าอีนี้ d.s. มีผลกระทบต่อการเบรกต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า ในแง่นี้การกระทำของมันคล้ายกับการกระทำของแรงเฉื่อยซึ่งป้องกันการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของร่างกาย ใน วงจรไฟฟ้า(รูปที่ 62, a) ประกอบด้วยตัวต้านทานที่มีความต้านทาน R และคอยล์ K กระแส i ถูกสร้างขึ้นโดยการกระทำรวมของแรงดันไฟฟ้า U ของแหล่งกำเนิดและ e d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L เหนี่ยวนำในขดลวด เมื่อเชื่อมต่อวงจรที่ต้องการเข้ากับแหล่งกำเนิด e d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L (ดูลูกศรทึบ) จะยับยั้งการเพิ่มขึ้นของความแรงของกระแส ดังนั้นกระแส i ถึงค่าสถานะคงที่ I=U/R (ตามกฎของโอห์ม) ไม่ใช่ทันที แต่ภายในช่วงระยะเวลาหนึ่ง (รูปที่ 62, b) ในช่วงเวลานี้ กระบวนการชั่วคราวเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า ในระหว่างที่ e L และฉัน เปลี่ยนไป อย่างแน่นอน

นอกจากนี้เมื่อปิดวงจรไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า i จะไม่ลดลงเป็นศูนย์ทันที แต่เนื่องจากการกระทำของ e d.s. e L (ดูลูกศรประ) ค่อยๆ ลดลง

ตัวเหนี่ยวนำความสามารถของตัวนำต่างๆ (คอยล์) ในการเหนี่ยวนำอี d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองประเมินโดยการเหนี่ยวนำ L ซึ่งแสดงว่า e d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในตัวนำที่กำหนด (ขดลวด) เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 A เป็นเวลา 1 วินาที ความเหนี่ยวนำวัดเป็นเฮนรี่ (H), 1 H = 1 โอห์ม*s ในทางปฏิบัติ ความเหนี่ยวนำมักจะวัดในส่วนของเฮนรี - มิลลิเฮนรี (mH) และในส่วนของหนึ่งในล้านของเฮนรี - ไมโครเฮนรี (µH)

ความเหนี่ยวนำของขดลวดขึ้นอยู่กับจำนวนรอบของขดลวดหรือไม่? และความต้านทานแม่เหล็ก R m ของวงจรแม่เหล็ก เช่น จากการซึมผ่านของแม่เหล็ก a และมิติทางเรขาคณิต l และ s หากใส่แกนเหล็กเข้าไปในขดลวด ความเหนี่ยวนำของมันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการขยายสัญญาณ สนามแม่เหล็กคอยส์ ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้า 1 A จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กมากกว่าขดลวดที่ไม่มีแกนอย่างมีนัยสำคัญ

การใช้แนวคิดของการเหนี่ยวนำ L เราสามารถหาค่า e ได้ d.s. การเหนี่ยวนำตนเองตามสูตรต่อไปนี้:

อี L = – L ?i / ?t (53)

การเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำ (ขดลวด) ในช่วงเวลาหนึ่งคือที่ไหน?

เพราะฉะนั้น, จ. d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส

การเปิดและปิดวงจรไฟฟ้ากระแสตรงด้วยตัวเหนี่ยวนำเมื่อวงจรไฟฟ้าที่มี R และ L เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงที่มีแรงดันไฟฟ้า U โดยสวิตช์ B1 (รูปที่ 63, a) กระแส i จะไม่เพิ่มขึ้นเป็นค่าสถานะคงตัวที่ฉันตั้งไว้ =U/R ไม่ใช่ทันที ตั้งแต่อี d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L ที่เกิดขึ้นในการเหนี่ยวนำจะกระทำกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ V และป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้น กระบวนการที่อยู่ระหว่างการพิจารณานั้นมีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในปัจจุบัน i (รูปที่ 63, b) และแรงดันไฟฟ้า u และ u L ตามแนวโค้ง - ให้กับผู้แสดงสินค้าเรียกว่าการเปลี่ยนแปลงใน i, u a และ u L ตามเส้นโค้งที่ระบุ เป็นระยะๆ

อัตราการเพิ่มขึ้นของกระแสในวงจรและการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า u a และ u L มีลักษณะเฉพาะ ค่าคงที่เวลาของวงจร

ที = แอล/อาร์ (54)

มีหน่วยวัดเป็นวินาที ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ R และ L ของวงจรที่กำหนดเท่านั้น และช่วยให้คุณประมาณระยะเวลาของกระบวนการเปลี่ยนกระแสโดยไม่ต้องสร้างกราฟ ระยะเวลานี้ตามทฤษฎีแล้วยาวเป็นอนันต์ ในทางปฏิบัติมักเชื่อกันว่าเป็น (3-4) T ในช่วงเวลานี้กระแสในวงจรถึง 95-98% ของค่าสถานะคงที่ ดังนั้นยิ่งความต้านทานสูงและค่าความเหนี่ยวนำ L ยิ่งน้อย กระบวนการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้าที่มีความเหนี่ยวนำเร็วขึ้นเท่านั้น ค่าคงที่เวลา T ในกระบวนการที่ไม่เป็นคาบสามารถกำหนดเป็นส่วน AB ที่ตัดออกโดยแทนเจนต์ที่ดึงจากจุดกำเนิดไปยังเส้นโค้งที่กำลังพิจารณา (เช่น ปัจจุบัน i) บนเส้นตรงที่สอดคล้องกับค่าสถานะคงตัวของปริมาณนี้
คุณสมบัติของการเหนี่ยวนำเพื่อชะลอกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันใช้เพื่อสร้างการหน่วงเวลาเมื่อใช้งานอุปกรณ์ต่าง ๆ (ตัวอย่างเช่นเมื่อควบคุมการทำงานของแซนด์บ็อกซ์เพื่อจ่ายทรายบางส่วนภายใต้ล้อของหัวรถจักร) การทำงานของรีเลย์เวลาแบบแม่เหล็กไฟฟ้าก็ขึ้นอยู่กับการใช้ปรากฏการณ์นี้เช่นกัน (ดูมาตรา 94)

การสลับแรงดันไฟฟ้าเกิน E แข็งแกร่งเป็นพิเศษ d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองเมื่อเปิดวงจรที่มีขดลวดจำนวนมากและมีแกนเหล็ก (เช่น ขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า เป็นต้น) เช่น วงจรที่มีความเหนี่ยวนำสูง ในกรณีนี้ ผลลัพธ์ e d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L อาจสูงกว่าแรงดันไฟฟ้า U ของแหล่งกำเนิดหลายเท่าและเมื่อรวมเข้าด้วยกันจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินในวงจรไฟฟ้า (รูปที่ 64, a) เรียกว่า การสลับ(เกิดเมื่อ. การสลับ- การสลับวงจรไฟฟ้า) สิ่งเหล่านี้เป็นอันตรายต่อขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และหม้อแปลงไฟฟ้า เนื่องจากอาจทำให้ฉนวนเสียหายได้

บิ๊กอี d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองยังก่อให้เกิดประกายไฟหรือส่วนโค้งในอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนวงจรไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในขณะที่หน้าสัมผัสสวิตช์เปิด (รูปที่ 64, b) ผลลัพธ์เช่น d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองจะเพิ่มความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัสที่เปิดอยู่ของสวิตช์และการทะลุผ่านช่องว่างอากาศอย่างมาก ส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะคงอยู่ระยะหนึ่ง d.s. การเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งทำให้กระบวนการปิดกระแสในวงจรล่าช้า ปรากฏการณ์นี้เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์อย่างมากเนื่องจากส่วนโค้งละลายหน้าสัมผัสของอุปกรณ์ที่ตัดการเชื่อมต่อซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว ดังนั้นในอุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้ในการเปิดวงจรไฟฟ้าจึงมีการจัดเตรียมอุปกรณ์ดับเพลิงแบบพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าการดับไฟแบบอาร์คจะเร็วขึ้น

นอกจากนี้ในวงจรไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำที่สำคัญ (เช่น ขดลวดกระตุ้นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ในแบบคู่ขนาน โซ่ R-L(เช่นการพันที่สอดคล้องกัน) เปิดตัวต้านทานการคายประจุ R p (รูปที่ 65, a) ในกรณีนี้ หลังจากปิดสวิตช์ B1 แล้ว วงจร R-L จะไม่ถูกขัดจังหวะ แต่ปิดอยู่ที่ตัวต้านทาน R p กระแสในวงจร i จะไม่ลดลงทันที แต่จะค่อยๆ - เอ็กซ์โพเนนเชียล (รูปที่ 65.6) เนื่องจาก จ d.s. การเหนี่ยวนำตัวเอง e L ที่เกิดขึ้นในการเหนี่ยวนำ L ป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าลดลง แรงดันไฟฟ้าที่อยู่ทั่วตัวต้านทานดิสชาร์จยังเปลี่ยนแปลงแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนแปลงปัจจุบัน มันเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับวงจร R-L เช่น กับขั้วของวงจรที่เกี่ยวข้อง

ขดลวดปัจจุบัน ในช่วงเวลาเริ่มต้น คุณ p เริ่มต้น = UR p / Rเช่น ขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวต้านทานดิสชาร์จ ที่ค่า Rp สูง แรงดันไฟฟ้านี้อาจสูงเกินไปและเป็นอันตรายต่อฉนวนของการติดตั้งระบบไฟฟ้า ในทางปฏิบัติ เพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินที่เกิดขึ้น ความต้านทาน R p ของตัวต้านทานดิสชาร์จจะต้องมากกว่าความต้านทาน R ของขดลวดที่สอดคล้องกันไม่เกิน 4-8 เท่า

เงื่อนไขสำหรับการเกิดกระบวนการชั่วคราวกระบวนการที่กล่าวถึงข้างต้นเมื่อเปิดและปิดวงจร R-L เรียกว่า กระบวนการเปลี่ยนผ่าน. พวกเขาเกิดขึ้น เมื่อเปิดและปิดแหล่งกำเนิดหรือแต่ละส่วนของวงจรตลอดจนเมื่อเปลี่ยนโหมดการทำงานตัวอย่างเช่น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงโหลดกะทันหัน การแตกหัก และการลัดวงจร กระบวนการชั่วคราวเดียวกันเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่ระบุและในวงจรที่มีตัวเก็บประจุที่มีความจุ C ในบางกรณี กระบวนการชั่วคราวอาจเป็นอันตรายต่อแหล่งกำเนิดและตัวรับ เนื่องจากกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอาจสูงกว่าค่าที่กำหนดหลายเท่า ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมา อย่างไรก็ตามในบางองค์ประกอบของอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยเฉพาะในอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรมกระบวนการชั่วคราวคือโหมดการทำงาน

ในทางกายภาพ การเกิดขึ้นของกระบวนการชั่วคราวอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงานและกระบวนการสะสมและปล่อยพลังงานในองค์ประกอบเหล่านี้ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ทันที ดังนั้น กระแสไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำและแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุ ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที เวลาของกระบวนการชั่วคราวในระหว่างที่กระแสและแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปเกิดขึ้นเมื่อเปิดปิดและเปลี่ยนโหมดการทำงานของวงจรจะถูกกำหนดโดยค่า R, L และ C ของวงจรและปริมาณได้ เป็นเศษส่วนและหน่วยวินาที หลังจากสิ้นสุดกระบวนการเปลี่ยนผ่าน กระแสและแรงดันจะได้รับค่าใหม่ซึ่งเรียกว่า ที่จัดตั้งขึ้น.

การชักนำตนเอง

ตัวนำแต่ละตัวที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็กของมันเอง

เมื่อความแรงของกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง m.field จะเปลี่ยนไปเช่น ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนำไปสู่การเกิดกระแสน้ำวนไฟฟ้า สนามและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในวงจร





ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง
การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในกระแสไฟฟ้า วงจรอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแส
แรงเคลื่อนไฟฟ้าผลลัพธ์เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

การปิดวงจร





เมื่อเกิดการลัดวงจรทางไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดเพิ่มขึ้น และเกิดกระแสน้ำวนขึ้น สนามที่มุ่งตรงต่อกระแสเช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในขดลวด ป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นในวงจร (สนามกระแสน้ำวนยับยั้งอิเล็กตรอน)
ผลที่ตามมา L1 สว่างขึ้นในภายหลังกว่า L2

วงจรเปิด





เมื่อเปิดวงจรไฟฟ้ากระแสจะลดลงฟลักซ์ในขดลวดลดลงและสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นทิศทางเหมือนกระแส (พยายามรักษาความแรงของกระแสไฟฟ้าเท่าเดิม) เช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเองเกิดขึ้นในขดลวดเพื่อรักษากระแสในวงจร
เป็นผลให้ L เมื่อปิด กระพริบอย่างสดใส

บทสรุป

ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้นเมื่อวงจรถูกปิด (กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นทีละน้อย) และเมื่อวงจรถูกเปิด (กระแสไฟฟ้าจะไม่หายไปทันที)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองขึ้นอยู่กับอะไร?

อีเมล กระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาเอง ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านวงจรเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก (Ф ~ B) การเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสในตัวนำ
(B ~ I) ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแส (Ф ~ I)
แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในกระแสไฟฟ้า วงจรจากคุณสมบัติของตัวนำ
(ขนาดและรูปร่าง) และความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของตัวกลางที่ตัวนำตั้งอยู่
ปริมาณทางกายภาพที่แสดงการขึ้นต่อกันของแรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเองกับขนาดและรูปร่างของตัวนำและสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่ เรียกว่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตัวเองหรือการเหนี่ยวนำ





ตัวเหนี่ยวนำ - กายภาพ ค่าเป็นตัวเลขเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นในวงจรเมื่อกระแสเปลี่ยนแปลง 1 แอมแปร์ใน 1 วินาที
ความเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

โดยที่ Ф คือฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจร I คือความแรงของกระแสในวงจร

หน่วยของการเหนี่ยวนำในระบบเอสไอ:

ความเหนี่ยวนำของขดลวดขึ้นอยู่กับ:
จำนวนรอบ ขนาดและรูปร่างของขดลวด และความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของตัวกลาง
(หลักเป็นไปได้)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นเมื่อวงจรเปิดอยู่ และกระแสไม่ลดลงเมื่อวงจรถูกเปิด

รอบตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่จะมีสนามแม่เหล็กที่มีพลังงานอยู่
มันมาจากไหน? แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ารวมอยู่ในระบบไฟฟ้า โซ่มีพลังงานสำรอง
ในขณะที่ไฟฟ้าดับ วงจรแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าจะใช้พลังงานส่วนหนึ่งเพื่อเอาชนะผลกระทบของแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้น พลังงานส่วนนี้เรียกว่าพลังงานของกระแสเอง ซึ่งไปทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก

พลังงานสนามแม่เหล็กคือ พลังงานปัจจุบันของตัวเอง
พลังงานในตัวของกระแสไฟฟ้าจะเท่ากับตัวเลขที่งานที่แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าต้องทำเพื่อเอาชนะแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง เพื่อสร้างกระแสในวงจร

พลังงานของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้า
พลังงานสนามแม่เหล็กจะไปอยู่ที่ไหนหลังจากกระแสไฟฟ้าหยุดลง? - โดดเด่น (เมื่อเปิดวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงพอ อาจเกิดประกายไฟหรือส่วนโค้งได้)

คำถามสำหรับกระดาษทดสอบ
ในหัวข้อ "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า"

กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวตัวนำ ฟลักซ์แม่เหล็ก F ผ่านวงจรของตัวนำนี้เป็นสัดส่วนกับโมดูลเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กภายในวงจร และการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในทางกลับกันจะเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านลูปจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกระแสในลูป:

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนระหว่างความแรงของกระแส I ในวงจรและ สนามแม่เหล็ก F ที่สร้างโดยกระแสนี้เรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ ความเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของตัวนำ คุณสมบัติทางแม่เหล็กสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่

หน่วยของการเหนี่ยวนำ

ต่อหน่วยความเหนี่ยวนำใน ระบบสากลยอมรับ Henry หน่วยนี้พิจารณาจากสูตร (55.1):

ความเหนี่ยวนำของวงจรจะเท่ากับ ถ้าที่กระแสตรง 1 A ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรจะเท่ากับ

การเหนี่ยวนำตนเอง

เมื่อกระแสในขดลวดเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของกระแสนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านขดลวดควรทำให้เกิดลักษณะที่ปรากฏของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด ปรากฏการณ์การเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำใน

ของวงจรไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสในวงจรนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตัวเอง

ตามกฎของ Lenz แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นเมื่อวงจรเปิดอยู่ และกระแสไฟลดลงเมื่อปิดวงจร

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองสามารถสังเกตได้โดยการประกอบวงจรไฟฟ้าจากขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำสูง, ตัวต้านทาน, หลอดไส้สองหลอดที่เหมือนกันและแหล่งกำเนิดกระแส (รูปที่ 197) ตัวต้านทานจะต้องมีเหมือนกัน ความต้านทานไฟฟ้าเหมือนกับลวดขด ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อวงจรปิด หลอดไฟฟ้าที่ต่ออนุกรมกับขดลวดจะสว่างช้ากว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับตัวต้านทาน การเพิ่มขึ้นของกระแสในวงจรคอยล์ในระหว่างการปิดถูกป้องกันโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในคอยล์เพิ่มขึ้น เมื่อปิดแหล่งพลังงาน ไฟทั้งสองดวงจะกะพริบ ในกรณีนี้ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะถูกรักษาโดยแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดลดลง

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวที่เกิดขึ้นในขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำตามกฎหมาย การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเหนี่ยวนำของขดลวดและอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวด

เมื่อใช้นิพจน์ (55.3) เราสามารถให้คำจำกัดความที่สองของหน่วยตัวเหนี่ยวนำได้: องค์ประกอบของวงจรไฟฟ้ามีการเหนี่ยวนำ ถ้าความแรงของกระแสในวงจรเปลี่ยนแปลงสม่ำเสมอ 1 A ใน 1 วินาที ซึ่งเป็นตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าของ 1 V เกิดขึ้นในนั้น

พลังงานสนามแม่เหล็ก

เมื่อขดลวดเหนี่ยวนำถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า หลอดไส้ที่ต่อขนานกับขดลวดจะทำให้เกิดแสงวาบในระยะสั้น กระแสในวงจรเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง แหล่งกำเนิดพลังงานที่ปล่อยออกมาในวงจรไฟฟ้าคือสนามแม่เหล็กของขดลวด

พลังงานของสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้ดังนี้ เพื่อให้การคำนวณง่ายขึ้น ให้พิจารณากรณีที่หลังจากถอดขดลวดออกจากแหล่งกำเนิดแล้ว กระแสในวงจรจะลดลงตามเวลาตามกฎเชิงเส้น ในกรณีนี้แรงเคลื่อนไฟฟ้าการเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าคงที่เท่ากับ

ฟิสิกส์ เกรด 10-11 การชักนำตนเอง

ตัวนำแต่ละตัวที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะอยู่ในสนามแม่เหล็กของตัวเอง

เมื่อความแรงของกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง m.field จะเปลี่ยนไปเช่น ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนำไปสู่การเกิดขึ้นของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำปรากฏขึ้นในวงจร

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง
การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสไฟฟ้า
แรงเคลื่อนไฟฟ้าผลลัพธ์เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

การแสดงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง

การปิดวงจร

เมื่อมีการลัดวงจรในวงจรไฟฟ้า กระแสจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดเพิ่มขึ้น และสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้น พุ่งตรงต่อกระแส กล่าวคือ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในขดลวด ป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นในวงจร (สนามกระแสน้ำวนยับยั้งอิเล็กตรอน)
ผลที่ตามมา L1 สว่างขึ้นในภายหลังกว่า L2

วงจรเปิด

เมื่อเปิดวงจรไฟฟ้ากระแสจะลดลงฟลักซ์ในขดลวดลดลงและสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้นทิศทางเหมือนกระแส (พยายามรักษาความแรงของกระแสไฟฟ้าเท่าเดิม) เช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเองเกิดขึ้นในขดลวดเพื่อรักษากระแสในวงจร

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสร้างกระแสไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา การค้นพบปรากฏการณ์นี้ของฟาราเดย์และเฮนรี่ทำให้เกิดความสมมาตรบางอย่างในโลกของแม่เหล็กไฟฟ้า แม็กซ์เวลล์สามารถรวบรวมความรู้เกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กได้ในทฤษฎีหนึ่ง งานวิจัยของเขาทำนายการดำรงอยู่ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก่อนการสังเกตการทดลอง Hertz พิสูจน์การดำรงอยู่ของพวกเขาและเปิดยุคแห่งโทรคมนาคมสู่มนุษยชาติ

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-14-210x140..jpg 614w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

การทดลองของฟาราเดย์

กฎของฟาราเดย์และเลนซ์

กระแสไฟฟ้าสร้างผลกระทบทางแม่เหล็ก เป็นไปได้ไหมที่สนามแม่เหล็กจะสร้างกระแสไฟฟ้าได้? ฟาราเดย์ค้นพบว่าเอฟเฟกต์ที่ต้องการเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไป

เมื่อตัวนำถูกข้ามด้วยฟลักซ์แม่เหล็กสลับ จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในตัวนำ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ระบบที่สร้างกระแสได้ แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ภายใต้กฎสองข้อ: ฟาราเดย์และเลนซ์

กฎของเลนซ์ช่วยให้เราสามารถระบุลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าตามทิศทางของมันได้

สำคัญ!ทิศทางของ EMF ที่ถูกเหนี่ยวนำนั้นทำให้กระแสที่เกิดจากมันมีแนวโน้มที่จะต้านทานสาเหตุที่สร้างมันขึ้นมา

ฟาราเดย์สังเกตว่าความเข้มของกระแสเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นเมื่อตัวเลขเปลี่ยนแปลงเร็วขึ้น สายไฟ, ข้ามเส้นชั้นความสูง. กล่าวอีกนัยหนึ่ง emf ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความเร็วของฟลักซ์แม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่โดยตรง

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-10-768x454..jpg 960w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

สูตรสำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำถูกกำหนดเป็น:

E = - dФ/dt

เครื่องหมาย "-" แสดงให้เห็นว่าขั้วของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำสัมพันธ์กับสัญลักษณ์ของฟลักซ์และความเร็วที่เปลี่ยนแปลงอย่างไร

ได้สูตรทั่วไปของกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งสามารถหานิพจน์สำหรับกรณีพิเศษได้

การเคลื่อนตัวของเส้นลวดในสนามแม่เหล็ก

เมื่อลวดที่มีความยาว l เคลื่อนที่ใน MF โดยมีการเหนี่ยวนำ B แรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำให้อยู่ภายในเส้นลวดนั้น เป็นสัดส่วนกับความเร็วเชิงเส้น v ในการคำนวณ EMF จะใช้สูตร:

• ในกรณีที่ตัวนำเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก:

E = - ขxลxวี;

• ในกรณีที่มีการเคลื่อนไหวในมุมที่ต่างออกไป α:

E = — B x l x v x บาป α

EMF และกระแสเหนี่ยวนำจะถูกนำไปในทิศทางที่เราพบโดยใช้กฎมือขวา: โดยการวางมือของคุณตั้งฉากกับเส้นสนามแม่เหล็กและชี้นิ้วโป้งไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวนำ คุณจะสามารถทราบทิศทางของ EMF ด้วยนิ้วที่เหลืออีกสี่นิ้วที่เหยียดตรง

Jpg?x15027" alt="การย้ายเส้นลวดเป็น MP" width="600" height="429">!}

การเคลื่อนย้ายลวดใน ส.ส

รีลหมุน

การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการหมุนของวงจรใน MP ที่มีรอบ N

EMF ถูกเหนี่ยวนำในวงจรไฟฟ้าทุกครั้งที่มีฟลักซ์แม่เหล็กตัดผ่าน ตามคำจำกัดความของฟลักซ์แม่เหล็ก Ф = B x S x cos α (การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคูณด้วยพื้นที่ผิวที่ MF ผ่านไปและโคไซน์ของมุมที่เกิดขึ้น โดยเวกเตอร์ B และเส้นตั้งฉากกับระนาบ S)

จากสูตรเป็นไปตามที่ F อาจมีการเปลี่ยนแปลงได้ในกรณีต่อไปนี้:

• การเปลี่ยนแปลงความเข้มของ MF – เวกเตอร์ B;
• พื้นที่ที่ถูกจำกัดด้วยรูปร่างจะแตกต่างกันไป
• การวางแนวระหว่างพวกเขาซึ่งระบุโดยมุมจะเปลี่ยนไป

ในการทดลองครั้งแรกของฟาราเดย์ กระแสเหนี่ยวนำได้มาจากการเปลี่ยนสนามแม่เหล็ก B อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ที่จะเหนี่ยวนำแรงเคลื่อนไฟฟ้าโดยไม่ต้องเคลื่อนแม่เหล็กหรือเปลี่ยนกระแส แต่เพียงแค่หมุนขดลวดรอบแกนของมันใน MF ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของมุม α เมื่อคอยล์หมุน มันจะตัดผ่านเส้น MF และเกิด EMF

หากขดลวดหมุนสม่ำเสมอ การเปลี่ยนแปลงเป็นระยะนี้จะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเป็นระยะ หรือจำนวนเส้นสนามแม่เหล็กที่ตัดกันทุกวินาทีจะได้ค่าเท่ากันในช่วงเวลาที่เท่ากัน

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-10-768x536..jpg 900w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

การหมุนของเส้นชั้นความสูงในหน่วย MP

สำคัญ!แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับการวางแนวเมื่อเวลาผ่านไปจากบวกเป็นลบและในทางกลับกัน การแสดง EMF แบบกราฟิกเป็นเส้นไซน์ซอยด์

สำหรับสูตรสำหรับ EMF ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า จะใช้นิพจน์ต่อไปนี้:

E = B x ω x S x N x sin ωt โดยที่:

• S – พื้นที่ถูกจำกัดด้วยเทิร์นหรือเฟรมเดียว
• N – จำนวนรอบ;
• ω – ความเร็วเชิงมุมที่ขดลวดหมุน
• B – การเหนี่ยวนำ MP;
• มุม α = ωt

ในทางปฏิบัติ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับมักจะมีขดลวดที่อยู่นิ่ง (สเตเตอร์) ในขณะที่แม่เหล็กไฟฟ้าหมุนรอบเครื่อง (โรเตอร์)

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

เมื่อกระแสสลับไหลผ่านขดลวด มันจะสร้าง MF กระแสสลับ ซึ่งมีฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงที่เหนี่ยวนำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า ผลกระทบนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง

เนื่องจาก MF เป็นสัดส่วนกับความเข้มของกระแสไฟฟ้า ดังนั้น:

โดยที่ L คือค่าความเหนี่ยวนำ (H) ซึ่งกำหนดโดยปริมาณทางเรขาคณิต: จำนวนรอบต่อความยาวหน่วยและขนาดของหน้าตัด

สำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ สูตรจะอยู่ในรูปแบบ:

E = - ยาว x ไดไอ/dt

การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

หากขดลวดสองตัวอยู่ติดกัน จะเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน ขึ้นอยู่กับรูปทรงของวงจรทั้งสองและการวางแนวที่สัมพันธ์กัน เมื่อการแยกวงจรเพิ่มขึ้น ความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันจะลดลงเนื่องจากฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อวงจรเหล่านั้นลดลง

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-5.jpg 680w" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

ให้มีขดลวดสองอัน กระแสไฟฟ้า I1 ไหลผ่านขดลวดของขดลวดหนึ่งรอบด้วยการหมุน N1 ทำให้เกิด MF ที่ผ่านขดลวดด้วยการหมุน N2 แล้ว:

1. ความเหนี่ยวนำร่วมของขดลวดที่สองสัมพันธ์กับขดลวดแรก:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. สนามแม่เหล็ก:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. มาหาแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EMF ถูกเหนี่ยวนำเหมือนกันในคอยล์แรก:

E1 = - M12 x dI2/dt;

สำคัญ!แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยวนำร่วมกันในขดลวดหนึ่งจะเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าในอีกขดลวดหนึ่งเสมอ

การเหนี่ยวนำร่วมกันสามารถพิจารณาได้เท่ากับ:

M12 = M21 = ม.

ดังนั้น E1 = - M x dI2/dt และ E2 = M x dI1/dt

M = K √ (L1 x L2)

โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ระหว่างตัวเหนี่ยวนำสองตัว

ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันใช้ในหม้อแปลงไฟฟ้า - อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนค่าแรงดันไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าสลับได้ อุปกรณ์ประกอบด้วยขดลวดสองม้วนพันรอบแกนเดียว กระแสไฟฟ้าในอันแรกจะสร้าง MF ที่เปลี่ยนแปลงในวงจรแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าในขดลวดอีกอัน หากจำนวนรอบของการพันครั้งแรกน้อยกว่าอีกอัน แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน