แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตนเองในฟิสิกส์คืออะไร ที่สาม

ตัวเหนี่ยวนำ, หรือ ค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตนเอง(ตั้งแต่ lat. ไม่ระบุตัวตน- คำแนะนำ, การกระตุ้น) - เป็นพารามิเตอร์ของวงจรไฟฟ้าที่กำหนดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองซึ่งถูกเหนี่ยวนำในวงจรเมื่อกระแสที่ไหลผ่านมีการเปลี่ยนแปลงและ/หรือการเสียรูป

คำว่า "ตัวเหนี่ยวนำ" ยังหมายถึงขดลวดเหนี่ยวนำในตัว ซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติอุปนัยของวงจร

การเหนี่ยวนำตนเอง- การก่อตัวของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรตัวนำเมื่อความแรงของกระแสเปลี่ยนไป การเหนี่ยวนำตัวเองถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2375 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน เจ. เฮนรี ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบโดย M. Faraday โดยเป็นอิสระจากเขาในปี พ.ศ. 2378

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลง หากการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากกระแสของตัวเอง พวกเขาก็พูดถึงแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเอง:

ที่ไหน ล- ความเหนี่ยวนำของวงจรหรือของมัน ค่าสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำตนเอง

ความเหนี่ยวนำ เช่นเดียวกับความจุไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับรูปทรงของตัวนำ - ขนาดและรูปร่าง แต่ไม่ขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสในตัวนำ ดังนั้นค่าความเหนี่ยวนำของลวดเส้นตรงจึงน้อยกว่าค่าความเหนี่ยวนำของลวดขดเส้นเดียวกันมาก

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าค่าความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์ที่อธิบายข้างต้นในอากาศคำนวณโดยสูตร:

.

ที่ไหน μ 0 — ค่าคงที่แม่เหล็ก เอ็น- จำนวนรอบของโซลินอยด์ ล- ความยาวโซลินอยด์ ส- พื้นที่หน้าตัด.

นอกจากนี้ การเหนี่ยวนำยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลางที่ตัวนำตั้งอยู่ กล่าวคือ ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็ก โดยพิจารณาจากสูตร:

ที่ไหน ล 0 - การเหนี่ยวนำวงจรในสุญญากาศ ล- การเหนี่ยวนำของวงจรในสารเนื้อเดียวกันที่เติมสนามแม่เหล็ก

หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำคือ เฮนรี่(H): 1 H = 1 Vs/A

กระแสปิดและเปิด

ทุกครั้งที่มีการเปิดปิดกระแสไฟในวงจรเรียกว่า กระแสเกิน การเหนี่ยวนำตนเอง (กระแสเกิน การปิดและ การกัดเซาะ) ซึ่งเกิดขึ้นในวงจรเนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเอง และตามกฎของ Lenz จะป้องกันการเพิ่มหรือลดกระแสในวงจร

รูปด้านบนแสดงแผนผังการเชื่อมต่อสำหรับหลอดไฟ 2 ดวงที่เหมือนกัน หนึ่งในนั้นเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดผ่านตัวต้านทาน รและอีกอันหนึ่งต่ออนุกรมกับคอยล์ ลด้วยแกนเหล็ก เมื่อปิดวงจรไฟดวงแรกจะกะพริบเกือบจะในทันทีและดวงที่สองจะมีความล่าช้าอย่างมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองในวงจรของหลอดไฟนี้มีขนาดใหญ่และความแรงของกระแสไฟฟ้าไม่ถึงค่าสูงสุดในทันที

เมื่อกุญแจในคอยล์เปิดออก ลแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้น ซึ่งจะคงกระแสเริ่มต้นไว้

เป็นผลให้ในขณะที่เปิดกระแสจะไหลผ่านกัลวาโนมิเตอร์ (ลูกศรไฟ) ซึ่งตรงข้ามกับกระแสเริ่มต้นก่อนที่จะเปิด (ลูกศรสีดำ) ในกรณีนี้ EMF การเหนี่ยวนำตัวเองอาจมากกว่า EMF ของแบตเตอรี่ขององค์ประกอบซึ่งจะแสดงให้เห็นความจริงที่ว่ากระแสเปิดพิเศษจะเกินกระแสนิ่งอย่างมากเมื่อปิดสวิตช์

ตัวเหนี่ยวนำเป็นลักษณะของความเฉื่อยของวงจรที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงของกระแสในนั้นและถือได้ว่าเป็นอะนาล็อกไฟฟ้าไดนามิกของมวลกายในกลศาสตร์ซึ่งเป็นการวัดความเฉื่อยของร่างกาย ในกรณีนี้ปัจจุบัน ฉันมีบทบาทเป็นความเร็วของร่างกาย

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กโดยไม่สนใจว่าแหล่งกำเนิดของมันคืออะไร ในทางปฏิบัติ สนามแม่เหล็กมักถูกสร้างขึ้นโดยใช้โซลินอยด์ประเภทต่างๆ เช่น วงจรหลายรอบพร้อมกระแส

มีสองกรณีที่เป็นไปได้ที่นี่:เมื่อกระแสไฟฟ้าในวงจรเปลี่ยนแปลง ฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไป: ) วงจรเดียวกัน ; ข ) วงจรที่อยู่ติดกัน

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรนั้นเรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองและปรากฏการณ์นั้นเอง – การเหนี่ยวนำตนเอง

หากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในวงจรที่อยู่ติดกัน พวกมันจะพูดถึงปรากฏการณ์นี้ การเหนี่ยวนำร่วมกัน.

เป็นที่ชัดเจนว่าธรรมชาติของปรากฏการณ์นั้นเหมือนกัน แต่ใช้ชื่อที่แตกต่างกันเพื่อเน้นสถานที่ที่เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ.

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน เจ. เฮนรี่

เฮนรี โจเซฟ(พ.ศ. 2340–2421) – นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน สมาชิกของ National Academy of Sciences เป็นประธาน (พ.ศ. 2409–2421) ผลงานเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า แม่เหล็กไฟฟ้ารูปเกือกม้าอันทรงพลังที่ได้รับการออกแบบครั้งแรก (พ.ศ. 2371) โดยใช้ขดลวดหลายชั้นของลวดหุ้มฉนวน (ความสามารถในการรับน้ำหนักถึงหนึ่งตัน) และค้นพบหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2374 (เอ็ม. ฟาราเดย์เป็นคนแรกที่ตีพิมพ์การค้นพบการเหนี่ยวนำ) . เขาสร้างมอเตอร์ไฟฟ้า (พ.ศ. 2374) ค้นพบ (พ.ศ. 2375) ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำตัวเองและกระแสเกิน และกำหนดสาเหตุที่ส่งผลต่อการเหนี่ยวนำของวงจร คิดค้นรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า เขาสร้างเครื่องโทรเลขที่ทำงานในอาณาเขตของวิทยาลัยพรินซ์ตัน และในปี พ.ศ. 2385 ก็ได้กำหนดลักษณะการสั่นของการคายประจุตัวเก็บประจุ

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองสามารถกำหนดได้ดังนี้

กระแสที่ฉันไหลในวงจรใดๆ จะสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก F ทะลุวงจรเดียวกัน เมื่อฉันเปลี่ยน F จะเปลี่ยน ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะถูกเหนี่ยวนำในวงจร

เพราะ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กใน สัดส่วนกับกระแสฉัน เพราะฉะนั้น

ที่ไหนล – สัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำวงจร .

หากไม่มีเฟอร์แม่เหล็กอยู่ในวงจรล่ะก็ (เพราะ ).

ตัวเหนี่ยวนำลูปล ขึ้นอยู่กับรูปทรงของวงจร จำนวนรอบ และพื้นที่ของวงจรการหมุน

หน่วย SI ของการเหนี่ยวนำคือการเหนี่ยวนำของวงจรที่ฟลักซ์รวมเกิดขึ้นเมื่อกระแสไหล หน่วยนี้เรียกว่าเฮนรี่ (จีเอ็น).

มิติตัวเหนี่ยวนำ:

ลองคำนวณความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์ล - ถ้าเป็นโซลินอยด์ยาวล ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของมันมากง ( ) , จากนั้นจึงนำสูตรสำหรับโซลินอยด์ที่ยาวเป็นอนันต์มาใช้กับมันได้ แล้ว

ที่นี่เอ็น – จำนวนรอบ ไหลผ่านแต่ละรอบ

การเชื่อมโยงฟลักซ์

แต่เรารู้ว่าความเหนี่ยวนำของโซลินอยด์มาจากไหน

ที่ไหน n – จำนวนรอบต่อความยาวหน่วย เช่น คือปริมาตรของโซลินอยด์ซึ่งหมายถึง

,

(5.1.1)

จากสูตรนี้ คุณสามารถหามิติของค่าคงที่แม่เหล็กได้:

เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงในวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้นเท่ากับ:

,

(5.1.2)

เครื่องหมายลบในสูตรนี้เกิดจากกฎของเลนซ์

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองมีบทบาทสำคัญในวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุ ดังที่เราจะได้เห็นในภายหลัง เนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเอง ตัวเก็บประจุที่ต่ออนุกรมกับตัวเหนี่ยวนำจะถูกชาร์จใหม่ ส่งผลให้ แอล.ซี.-โซ่ (วงจรออสซิลเลเตอร์) เกิดการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า

การชักนำตนเอง

ตัวนำแต่ละตัวที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็กของมันเอง

เมื่อความแรงของกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง m.field จะเปลี่ยนไปเช่น ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันนี้ การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กนำไปสู่การเกิดกระแสน้ำวนไฟฟ้า สนามและแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในวงจร





ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำตนเอง
การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นปรากฏการณ์ของการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในกระแสไฟฟ้า วงจรอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแส
แรงเคลื่อนไฟฟ้าผลลัพธ์เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

การปิดวงจร





เมื่อเกิดการลัดวงจรทางไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวดเพิ่มขึ้น และเกิดกระแสน้ำวนขึ้น สนามที่มุ่งตรงต่อกระแสเช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้นในขดลวด ป้องกันไม่ให้กระแสเพิ่มขึ้นในวงจร (สนามกระแสน้ำวนยับยั้งอิเล็กตรอน)
ส่งผลให้ 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
ปริมาณทางกายภาพที่แสดงการขึ้นต่อกันของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองกับขนาดและรูปร่างของตัวนำและสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่ 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 (เมื่อเปิดวงจรด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงพออาจเกิดประกายไฟหรือส่วนโค้งได้)

คำถามสำหรับกระดาษทดสอบ
ในหัวข้อ "การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า"

1. ทำรายการ 6 วิธีในการรับกระแสเหนี่ยวนำ 2. ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (คำจำกัดความ) 3. กฎของเลนซ์ 4. ฟลักซ์แม่เหล็ก (คำจำกัดความ การวาด สูตร ปริมาณอินพุต หน่วยการวัด) 5. กฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (คำจำกัดความ, สูตร) 6. คุณสมบัติของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน 7. แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำของตัวนำที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ (เหตุผลในการปรากฏ การวาด สูตร ปริมาณอินพุต หน่วยการวัด) 7. การเหนี่ยวนำตนเอง (การสำแดงสั้น ๆ ในวิศวกรรมไฟฟ้า, คำจำกัดความ) 8. EMF ของการเหนี่ยวนำตนเอง (การกระทำและสูตร) 9. ตัวเหนี่ยวนำ (คำจำกัดความ สูตร หน่วยวัด) 10. พลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า (สูตรที่พลังงานของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้ามาจากไหน และจะหายไปเมื่อกระแสไฟฟ้าหยุด)

• ตัวเหนี่ยวนำ

ตัวเหนี่ยวนำ

• ปัจจุบัน ฉันไหลในวงปิดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กรอบตัวเอง บี .

• ฟ ~ ฉัน.

• ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนอยู่ที่ไหน ลเรียกว่า ตัวเหนี่ยวนำวงจร .

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง

• เมื่อกระแสเปลี่ยน ฉันสนามแม่เหล็กทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในวงจร ดังนั้นจึงเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าในวงจร

• กระบวนการนี้เรียกว่า การเหนี่ยวนำตนเอง .

• ในระบบ SI ความเหนี่ยวนำจะวัดเป็นเฮนรี่: [ ล] = Gn = Vb/A = V วินาที/A

ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเอง

• อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำ E ฉันสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กภายนอก

• อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำตนเอง E สถูกสร้างขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กของมันเปลี่ยนแปลงไป

• โดยทั่วไปแล้วการเหนี่ยวนำแบบลูป ลขึ้นอยู่กับ

• 1) รูปทรงเรขาคณิตของรูปร่างและขนาด

• 2) การซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลางซึ่งมีวงจรอยู่

• ในไฟฟ้าสถิต อะนาล็อกของการเหนี่ยวนำคือความจุไฟฟ้า กับตัวนำเดี่ยวซึ่งขึ้นอยู่กับรูปร่างขนาดค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ε สิ่งแวดล้อม.

• L = ค่าคงที่ถ้าการซึมผ่านของแม่เหล็ก μ สภาพแวดล้อมและมิติทางเรขาคณิตของรูปร่างคงที่

กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำตนเอง

• เครื่องหมายลบในกฎของฟาราเดย์ตามกฎของเลนซ์ หมายความว่ามีความเหนี่ยวนำ ลส่งผลให้กระแสเปลี่ยนแปลงช้าลง ฉันในวงจร

ถ้ากระแส ฉันเพิ่มขึ้นแล้ว ดิไอ/ดีที> 0 และตามนั้น E ส < 0, т.е. ток самоиндукции เป็นมุ่งสู่กระแส ฉัน

• ถ้ากระแส ฉันเพิ่มขึ้นแล้ว ดิไอ/ดีที> 0 และตามนั้น E ส < 0, т.е. ток самоиндукции เป็นมุ่งสู่กระแส ฉันจากแหล่งภายนอกและทำให้การเติบโตช้าลง

• ถ้ากระแส ฉันลดลงแล้ว ดิไอ/ดีที< 0 и, соответственно, Eส> 0 เช่น กระแสเหนี่ยวนำตัวเอง เป็นมีทิศทางเดียวกันกับกระแสที่ลดลง ฉันจากแหล่งภายนอกและทำให้การลดลงช้าลง

^ กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำตนเอง

• หากวงจรมีความเหนี่ยวนำที่แน่นอน ลแล้วการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในปัจจุบัน ฉันยิ่งช้าลงมากเท่าไรก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ลรูปร่างเช่น วงจรก็มี ความเฉื่อยทางไฟฟ้า .

ตัวเหนี่ยวนำโซลินอยด์

• ตัวเหนี่ยวนำ ลขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตของวงจรและการซึมผ่านของแม่เหล็กเท่านั้น μ สิ่งแวดล้อม.

• เอฟเอ็น– ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่าน เอ็นผลัดกัน

• เอฟ = บี.เอส.- ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านแผ่น สจำกัดไว้เพียงเทิร์นเดียว

ตัวเหนี่ยวนำโซลินอยด์

• สนามโซลินอยด์:

• ล– ความยาวโซลินอยด์

• n = เอ็น/ ล– จำนวนรอบต่อความยาวหน่วยของโซลินอยด์

• (2) (1):

• ตามกฎของ Lenz เมื่อเปิดและปิดกระแสในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ ลกระแสเหนี่ยวนำตัวเองเกิดขึ้น เป็นซึ่งมุ่งป้องกันกระแสไม่ให้เปลี่ยนแปลง ฉันในห่วงโซ่

กระแสพิเศษ

• สำคัญ ถึงอยู่ในตำแหน่ง 1 :

• สำคัญ ถึงอยู่ในตำแหน่ง 2 (วงจรเปิด):

• อีเกิดขึ้น สและกระแสที่เกิดจากมัน

กระแสพิเศษ

• เรียกอย่างต่อเนื่อง เวลาผ่อนคลาย – เวลาที่ความแรงในปัจจุบัน ฉันลดลงใน จครั้งหนึ่ง.

• ยิ่งมาก. ลยิ่งมากขึ้น τ และยิ่งกระแสลดลงช้าลงเท่าไร ฉัน.

กระแสพิเศษ

• ที่ การปิดวงจรนอกเหนือจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าภายนอก E emf เกิดขึ้น การเหนี่ยวนำตนเอง E ส.

กระแสพิเศษ

• ในขณะที่ปิด ที= 0 กระแส ฉัน= 0, ตัวแปร ก 0 = – ฉัน 0 ณ เวลานั้น ทีความแรงในปัจจุบัน ฉัน, ตัวแปร ก =ฉัน – ฉัน 0

กระแสพิเศษ

• ฉัน 0 – กระแสคงที่

• การกำเนิดกระแสเกิดขึ้นยิ่งเร็วก็ยิ่งเล็กลง ลวงจรและความต้านทานที่มากขึ้น ร

กระแสพิเศษของการปิดและการทำลาย

• เพราะแบตเตอรี่มีความต้านทาน รมักจะมีขนาดเล็ก เราก็สามารถสรุปได้ว่า ร ร 0 ที่ไหน

• ร 0 – ความต้านทานของวงจรโดยไม่คำนึงถึงความต้านทานของแหล่งกำเนิด EMF กระแสคงที่

ร 0 ถึง ร.

• ● เพิ่มความต้านทานวงจรทันทีจาก ร 0 ถึง ร.

• กระแสคงที่ก็คือ

• ที่ ปิดแหล่งที่มาอีเอ็มเอฟ

• (วงจรเปิด)กระแสจะแตกต่างกันไปตามกฎหมาย

• ขนาดของแรงเคลื่อนไฟฟ้า การเหนี่ยวนำตนเอง

รร>>ร 0) แล้วก็ E ส

• หากวงจรเปลี่ยนไปมีความต้านทานภายนอกสูงมาก รตัวอย่างเช่น โซ่ขาด ( ร>>ร 0) แล้วก็ E สอาจมีขนาดใหญ่มากและเกิดส่วนโค้งของโวลตาอิกเกิดขึ้นระหว่างปลายเปิดของสวิตช์

อีเอ็มเอฟ การเหนี่ยวนำตนเอง

• ในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำสูง E สอาจมีแรงเคลื่อนไฟฟ้ามากขึ้น แหล่ง E ที่รวมอยู่ในวงจร ซึ่งอาจนำไปสู่การพังทลายของฉนวนและอุปกรณ์ขัดข้องได้

• จึงต้องค่อยๆใส่ความต้านทานเข้าไปในวงจรเพื่อลดอัตราส่วนลง ดิไอ /dt.

การเหนี่ยวนำร่วมกัน

• ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากวงจร 1 ทะลุวงจร 2:

• ล 21 – สัมประสิทธิ์สัดส่วน

• ถ้า ฉันการเปลี่ยนแปลง 1 ครั้ง จากนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในวงจรที่ 2

การเหนี่ยวนำร่วมกัน

• ในทำนองเดียวกันหากวงจรที่ 2 มีการเปลี่ยนแปลง ฉัน 2 จากนั้นในวงจรแรกการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า:

ราคาต่อรอง ล 12 = ล 21 – การเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน รูปทรงขึ้นอยู่กับ

• 1. รูปทรงเรขาคณิต

• 2. ขนาด

• 3. จุดยืนร่วมกัน

• 4. การซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง μ .

สำหรับขดลวดสองตัวบนแกนวงแหวนทั่วไป

• เอ็น 1, เอ็น 2 – จำนวนรอบของวงจรที่หนึ่งและที่สอง ตามลำดับ

• ล– ความยาวของแกนกลาง (โทรอยด์) ตามแนวกึ่งกลาง

• ส– ส่วนหลัก

หม้อแปลงไฟฟ้า - อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยขดลวดตั้งแต่สองตัวขึ้นไปพันอยู่บนแกนกลางแกนเดียว

• ทำหน้าที่เพิ่มหรือลดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ:

• อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลง

• โครงสร้างหม้อแปลงได้รับการออกแบบในลักษณะที่สนามแม่เหล็กมีความเข้มข้นเกือบทั้งหมดในแกนกลาง

• ในหม้อแปลงส่วนใหญ่ ขดลวดทุติยภูมิจะพันอยู่ด้านบนของขดลวดปฐมภูมิ

หม้อแปลงอัตโนมัติ – หม้อแปลงไฟฟ้าประกอบด้วยขดลวดหนึ่งเส้น

• การส่งเสริม:

• 1-2 คุณที่ให้มา, 1-3 คุณจะถูกลบออก

• ดาวน์เกรด:

• 1-3 คุณที่ให้มา, 1-2 คุณจะถูกลบออก

ผลกระทบต่อผิวหนัง

• เมื่อกระแสสลับไหลผ่านตัวนำ สนามแม่เหล็กภายในตัวนำจะเปลี่ยนไป สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาจะเกิดขึ้นในตัวนำ กระแสน้ำวนเหนี่ยวนำตัวเอง .

ผลกระทบต่อผิวหนัง

• ระนาบของกระแสน้ำวนไหลผ่านแกนของตัวนำ

• ตามกฎของ Lenz กระแสน้ำวนจะป้องกันไม่ให้กระแสหลักเปลี่ยนแปลงภายในตัวนำและส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงใกล้พื้นผิว

• สำหรับกระแสสลับ ความต้านทานภายในตัวนำจะมากกว่าความต้านทานที่พื้นผิว รข้างใน > รด้านบน

ผลกระทบต่อผิวหนัง

• ความหนาแน่นของกระแสสลับไม่เท่ากันทั่วทั้งภาคตัดขวาง:

• เจแม็กซ์บนพื้นผิว เจมินภายในบนแกน

• ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ผลกระทบต่อผิวหนัง .

ผลที่ตามมาของผลกระทบทางผิวหนัง

• กระแส RF ไหลผ่านชั้นผิวบางๆ ดังนั้นตัวนำสำหรับพวกมันจึงถูกทำให้กลวง และส่วนหนึ่งของพื้นผิวด้านนอกถูกเคลือบด้วยเงิน

แอปพลิเคชัน:

• วิธีการชุบแข็งพื้นผิวโลหะซึ่งเมื่อถูกความร้อนด้วยกระแสความถี่สูง (HF) จะมีเพียงชั้นผิวเท่านั้นที่ถูกให้ความร้อน

พลังงานสนามแม่เหล็ก ความหนาแน่นของพลังงานสนามแม่เหล็กเชิงปริมาตร

• พลังงานของสนามแม่เหล็กเท่ากับงานที่กระแสใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กนี้

• งานเนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำ

พลังงานสนามแม่เหล็ก

• งาน ดีเอใช้ในการเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กตามจำนวน ดีเอฟ.

• ทำงานเพื่อสร้างฟลักซ์แม่เหล็ก เอฟ:

ความหนาแน่นของพลังงานสนามแม่เหล็กเชิงปริมาตร

• เราจะพบ ω ตัวอย่างเช่น โซลินอยด์

ในบทนี้ เราจะได้เรียนรู้วิธีและโดยใครที่ค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า พิจารณาประสบการณ์ที่เราจะแสดงปรากฏการณ์นี้ และพิจารณาว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกรณีพิเศษ ในตอนท้ายของบทเรียน เราจะแนะนำปริมาณทางกายภาพที่แสดงการพึ่งพาแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในขนาดและรูปร่างของตัวนำและสภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่ เช่น ความเหนี่ยวนำ

เฮนรีคิดค้นขดลวดแบนที่ทำจากทองแดงแถบ ด้วยความช่วยเหลือทำให้เขาได้รับเอฟเฟกต์ด้านพลังงานที่เด่นชัดกว่าเมื่อใช้โซลินอยด์แบบลวด นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าเมื่อมีขดลวดที่ทรงพลังในวงจร กระแสในวงจรนี้จะถึงค่าสูงสุดช้ากว่ามากเมื่อไม่มีขดลวด

ข้าว. 2. แผนผังการตั้งค่าการทดลองโดย D. Henry

ในรูป รูปที่ 2 แสดงแผนภาพทางไฟฟ้าของการตั้งค่าการทดลอง โดยสามารถแสดงปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตัวเองได้ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยหลอดไฟที่เชื่อมต่อแบบขนานสองหลอดที่เชื่อมต่อผ่านสวิตช์ไปยังแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ขดลวดเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับหลอดไฟหลอดใดหลอดหนึ่ง หลังจากปิดวงจรจะเห็นว่าหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะสว่างช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. หลอดไส้ที่แตกต่างกันในขณะที่วงจรเปิดอยู่

เมื่อปิดแหล่งกำเนิดไฟ หลอดไฟที่ต่ออนุกรมกับคอยล์จะดับช้ากว่าหลอดไฟดวงที่สอง

ทำไมไฟไม่ดับพร้อมกัน?

เมื่อปิดสวิตช์ (รูปที่ 4) เนื่องจากการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเอง กระแสในหลอดไฟที่มีคอยล์จะเพิ่มขึ้นช้าลง ดังนั้นหลอดไฟนี้จะสว่างช้าลง

ข้าว. 4. การปิดกุญแจ

เมื่อเปิดสวิตช์ (รูปที่ 5) แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นจะป้องกันไม่ให้กระแสลดลง ดังนั้นกระแสยังคงไหลต่อไปอีกระยะหนึ่ง เพื่อให้มีกระแสไฟอยู่ จำเป็นต้องมีวงจรปิด มีวงจรดังกล่าวในวงจรประกอบด้วยหลอดไฟทั้งสองดวง ดังนั้นเมื่อเปิดวงจรแล้วหลอดไฟก็ควรจะสว่างเหมือนเดิมสักระยะหนึ่งและการล่าช้าที่สังเกตอาจเกิดจากสาเหตุอื่น

ข้าว. 5. การเปิดกุญแจ

ให้เราพิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรนี้เมื่อปิดและเปิดกุญแจ

1. การปิดกุญแจ

มีขดลวดนำกระแสอยู่ในวงจร ปล่อยให้กระแสในเทิร์นนี้ไหลทวนเข็มนาฬิกา จากนั้นสนามแม่เหล็กจะพุ่งขึ้นด้านบน (รูปที่ 6)

ดังนั้นขดลวดจึงพบว่าตัวเองอยู่ในพื้นที่ของสนามแม่เหล็กของมันเอง เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น ขดลวดจะพบว่าตัวเองอยู่ในช่องว่างของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปของกระแสไฟฟ้าในตัวมันเอง หากกระแสเพิ่มขึ้นฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสนี้ก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังที่ทราบกันดีว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำเกิดขึ้นในวงจรนี้ และเป็นผลให้กระแสเหนี่ยวนำเกิดขึ้น ตามกฎของ Lenz กระแสนี้จะถูกส่งไปในลักษณะที่ป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กที่เจาะทะลุระนาบของวงจร

นั่นคือสำหรับสิ่งที่พิจารณาในรูป เมื่อครบ 6 รอบ กระแสเหนี่ยวนำควรหมุนตามเข็มนาฬิกา (รูปที่ 7) เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อปิดกุญแจ กระแสในวงจรจะไม่เพิ่มขึ้นทันทีเนื่องจากกระแสเหนี่ยวนำการเบรกปรากฏในวงจรนี้ ซึ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

2. การเปิดกุญแจ

เมื่อเปิดสวิตช์ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลง ส่งผลให้ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านระนาบของขดลวดลดลง การลดลงของฟลักซ์แม่เหล็กจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำและกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในกรณีนี้ กระแสเหนี่ยวนำจะมีทิศทางเดียวกับกระแสของคอยล์เอง สิ่งนี้ส่งผลให้กระแสภายในลดลงช้าลง

บทสรุป:เมื่อกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในตัวนำเดียวกัน ซึ่งสร้างกระแสเหนี่ยวนำที่มุ่งตรงในลักษณะที่จะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำ (รูปที่ 8) นี่คือแก่นแท้ของปรากฏการณ์การชักนำตนเอง การเหนี่ยวนำตัวเองเป็นกรณีพิเศษของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ข้าว. 8. ช่วงเวลาของการเปิดและปิดวงจร

สูตรการหาความเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำตรงที่มีกระแสไฟฟ้า:

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กอยู่ที่ไหน - ค่าคงที่แม่เหล็ก - ความแรงในปัจจุบัน - ระยะห่างจากตัวนำถึงจุด

ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นที่เท่ากับ:

โดยที่พื้นที่ผิวที่ถูกทะลุผ่านโดยฟลักซ์แม่เหล็ก

ดังนั้นฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจึงเป็นสัดส่วนกับขนาดของกระแสไฟฟ้าในตัวนำ

สำหรับขดลวดซึ่งเป็นจำนวนรอบและความยาว การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยขดลวดที่มีจำนวนรอบ เอ็นเท่ากับ:

เราได้รับสมการนี้แทนสูตรการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก:

อัตราส่วนของจำนวนรอบต่อความยาวของขดลวดแสดงด้วยตัวเลข:

เราได้รับนิพจน์สุดท้ายสำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก:

จากความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้น เห็นได้ชัดว่าค่าฟลักซ์ขึ้นอยู่กับค่าปัจจุบันและรูปทรงของขดลวด (รัศมี ความยาว จำนวนรอบ) ค่าเท่ากับเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ:

หน่วยของการเหนี่ยวนำคือเฮนรี่:

ดังนั้นฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดจึงเท่ากับ:

เมื่อคำนึงถึงสูตรสำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เราพบว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองมีค่าเท่ากับผลคูณของอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสและการเหนี่ยวนำ โดยมีเครื่องหมาย "-":

การเหนี่ยวนำตนเอง- นี่คือปรากฏการณ์ของการเกิดขึ้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวนำเมื่อความแรงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำนี้เปลี่ยนไป

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำโดยมีเครื่องหมายลบ เรียกว่าปัจจัยสัดส่วน ตัวเหนี่ยวนำซึ่งขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตของตัวนำ

ตัวนำมีความเหนี่ยวนำเท่ากับ 1 H หากอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในตัวนำเท่ากับ 1 A ต่อวินาที เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำในตัวเองเท่ากับ 1 V เกิดขึ้นในตัวนำนี้

ผู้คนพบกับปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำตนเองทุกวัน ทุกครั้งที่เราเปิดหรือปิดไฟ เราจะปิดหรือเปิดวงจร ทำให้เกิดกระแสเหนี่ยวนำที่น่าตื่นเต้น บางครั้งกระแสเหล่านี้สามารถไปถึงค่าที่สูงมากจนประกายไฟกระโดดเข้าไปในสวิตช์ซึ่งเราสามารถมองเห็นได้

อ้างอิง

1. Myakishev G.Ya. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 11 การศึกษาทั่วไป สถาบัน - อ.: การศึกษา, 2553.
2. Kasyanov V.A. ฟิสิกส์. เกรด 11: ทางการศึกษา เพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน - ม.: อีแร้ง, 2548.
3. Gendenstein L.E., Dick Yu.I., ฟิสิกส์ 11. - M.: Mnemosyne.

1. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Myshared.ru ()
2. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Physics.ru ()
3. พอร์ทัลอินเทอร์เน็ต Festival.1september.ru ()

การบ้าน

1. คำถามท้ายย่อหน้าที่ 15 (หน้า 45) - Myakishev G.Ya. ฟิสิกส์ 11 (ดูรายการการอ่านที่แนะนำ)
2. ตัวเหนี่ยวนำของตัวนำใดคือ 1 เฮนรี่?