Магнитные поля и индуктивность

Когда электроны проходят через проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Этот эффект называется электромагнетизмом . .

Магнитные поля влияют на выравнивание электронов в атоме и могут вызывать развитие физической силы между атомами в пространстве, точно так же, как электрические поля, развивающие силу между электрически заряженными частицами. Подобно электрическим полям, магнитные поля могут занимать совершенно пустое пространство и воздействовать на материю на расстоянии.

Сила поля и поток поля

Поля имеют две меры:поле силу и поле flux . Поле сила это количество «толчка», которое поле оказывает на определенное расстояние. Поле flux это общее количество или влияние поля в пространстве. Сила и поток поля примерно аналогичны напряжению («толкать») и току (потоку) через проводник, соответственно, хотя поток поля может существовать в полностью пустом пространстве (без движения частиц, таких как электроны), тогда как ток может иметь место только где есть свободные электроны, чтобы двигаться.

В пространстве можно противодействовать потоку поля, так же как потоку электронов можно противостоять сопротивлением. Величина потока поля, который будет развиваться в космосе, пропорциональна величине приложенной силы поля, деленной на величину сопротивления магнитному потоку. Подобно тому, как тип проводящего материала определяет удельное сопротивление этого проводника электрическому току, тип материала, занимающего пространство, через которое действует сила магнитного поля, определяет определенное сопротивление потоку магнитного поля.

В то время как поток электрического поля между двумя проводниками позволяет аккумулировать заряд свободных электронов внутри этих проводников, поток магнитного поля позволяет накопить определенную «инерцию» в потоке электронов через проводник, создающий поле.

Более сильные магнитные поля с помощью индукторов

Катушки индуктивности представляют собой компоненты, предназначенные для использования этого явления за счет формирования длины проводящего провода в виде катушки. Эта форма создает более сильное магнитное поле, чем то, что создается прямым проводом. Некоторые индукторы состоят из проволоки, намотанной в самонесущей катушке.

Другие оборачивают провод вокруг твердого материала сердечника определенного типа. Иногда сердечник индуктора будет прямым, а в других случаях он будет соединен в петлю (квадратную, прямоугольную или круглую), чтобы полностью сдерживать магнитный поток. Все эти варианты конструкции влияют на производительность и характеристики катушек индуктивности.

Схематический символ катушки индуктивности, такой как конденсатор, довольно прост и представляет собой не что иное, как символ катушки, представляющий свернутый в спираль провод. Хотя простая форма катушки является общим обозначением любого индуктора, индукторы с сердечниками иногда отличаются добавлением параллельных линий к оси катушки. В более новой версии символа индуктора не используется форма катушки, а вместо него несколько «выступов» подряд:

Поскольку электрический ток создает концентрированное магнитное поле вокруг катушки, этот поток поля соответствует накоплению энергии, представляющей кинетическое движение электронов через катушку. Чем больше ток в катушке, тем сильнее будет магнитное поле и тем больше энергии будет накапливать индуктор.

Поскольку индукторы хранят кинетическую энергию движущихся электронов в виде магнитного поля, они ведут себя совершенно иначе, чем резисторы (которые просто рассеивают энергию в виде тепла) в цепи. Накопление энергии в катушке индуктивности зависит от величины проходящего через нее тока.

Способность катушки индуктивности накапливать энергию в зависимости от тока приводит к тенденции поддерживать ток на постоянном уровне. Другими словами, индукторы склонны сопротивляться изменениям . в текущем. Когда ток через катушку индуктивности увеличивается или уменьшается, она «сопротивляется» изменению . создавая напряжение между его выводами, полярность противоположная изменению .

Чтобы накапливать больше энергии в катушке индуктивности, необходимо увеличить ток через нее. Это означает, что его магнитное поле должно усиливаться, и это изменение напряженности поля создает соответствующее напряжение в соответствии с принципом электромагнитной самоиндукции.

И наоборот, чтобы высвободить энергию из индуктора, ток через него должен быть уменьшен. Это означает, что магнитное поле индуктора должно уменьшаться в силе, и это изменение напряженности поля вызывает падение напряжения как раз противоположной полярности.

Гипотетически, индуктор, оставленный замкнутым накоротко, будет поддерживать постоянный ток через него без внешней помощи:

На практике, однако, способность индуктора к самоподдерживающемуся току реализуется только со сверхпроводящим проводом, поскольку сопротивления провода в любом нормальном индукторе достаточно, чтобы вызвать очень быстрое затухание тока без внешнего источника питания.

Когда ток через катушку индуктивности увеличивается, на ней падает напряжение, противоположное направлению тока, действуя как силовая нагрузка. В этом состоянии индуктор заряжается . , потому что в его магнитном поле накапливается все больше энергии. Обратите внимание на полярность напряжения относительно направления тока:

И наоборот, когда ток через катушку индуктивности уменьшается, в ней падает напряжение, помогающее направлению тока, действуя как источник энергии. В этом состоянии индуктор разряжается . , потому что его запас энергии уменьшается по мере того, как он передает энергию из своего магнитного поля остальной части цепи. Обратите внимание на полярность напряжения относительно направления тока.

Если источник электроэнергии внезапно подается на ненамагниченную катушку индуктивности, индуктор сначала будет сопротивляться протеканию тока, понижая полное напряжение источника. Когда ток начинает увеличиваться, создается все более сильное магнитное поле, поглощающее энергию от источника. В конце концов ток достигает максимального уровня и перестает расти. В этот момент индуктор перестает поглощать энергию от источника и снижает минимальное напряжение на своих выводах, в то время как ток остается на максимальном уровне.

Поскольку индуктор накапливает больше энергии, его уровень тока увеличивается, а падение напряжения уменьшается. Обратите внимание, что это прямо противоположно поведению конденсатора, когда накопление энергии приводит к увеличению напряжения на компоненте! В то время как конденсаторы сохраняют свой энергетический заряд, поддерживая статическое напряжение, индукторы поддерживают свой энергетический «заряд», поддерживая постоянный ток через катушку.

Тип материала, на который наматывается провод, сильно влияет на силу потока магнитного поля (и, следовательно, на количество запасенной энергии), генерируемого для любого заданного количества тока, проходящего через катушку. Сердечники катушек, сделанные из ферромагнитных материалов (таких как мягкое железо), будут способствовать развитию более сильных потоков поля с заданной силой поля, чем немагнитные вещества, такие как алюминий или воздух.

Что такое индуктивность?

Мера способности катушки индуктивности накапливать энергию для заданного количества протекающего тока называется индуктивностью . . Неудивительно, что индуктивность также является мерой силы сопротивления изменениям тока (точно, сколько самоиндуцированного напряжения будет произведено при заданной скорости изменения тока). Индуктивность символически обозначается заглавной буквой «L» и измеряется в единицах Генри, сокращенно «H».

Дроссель против удушения. Индуктор

Устаревшее название индуктора - дроссель . , так называемый для его обычного использования для блокировки («дросселирования») высокочастотных сигналов переменного тока в радиосхемах. Другое название индуктора, которое до сих пор используется, - реактор . , особенно при использовании в приложениях большой мощности. Оба эти названия станут более понятными после того, как вы изучите теорию цепей переменного тока (AC), и особенно принцип, известный как индуктивное реактивное сопротивление . .

ОБЗОР:

• Катушки индуктивности реагируют на изменения тока, понижая напряжение с полярностью, необходимой для предотвращения изменения.
• Когда катушка индуктивности сталкивается с увеличивающимся током, она действует как нагрузка:создавая напряжение по мере поглощения энергии (положительное на стороне входа тока и отрицательное на стороне выхода тока, как резистор).
• Когда индуктор сталкивается с уменьшающимся током, он действует как источник:создавая напряжение, высвобождая накопленную энергию (отрицательную на стороне входа тока и положительную на стороне выхода тока, как батарея).
• Способность индуктора накапливать энергию в виде магнитного поля (и, следовательно, противодействовать изменениям тока) называется индуктивностью . . Он измеряется в единицах Генри (H).
• Катушки индуктивности раньше назывались другим термином: дроссель . . В приложениях большой мощности их иногда называют реакторами . .

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Таблица индуктивности