2) Размыкание электрической цепи
, при t = 0 = 0 , (4)
(5)
В цепях с большими индуктивностями при резком замыкании и размыкании ЭДС самоиндукции резко возрастает (с >> ), что ведет к появлению экстратоков. Возрастание тока в цепи ведет к пробою изоляции и порче электроприборов, электрооборудования.
2. Явление взаимоиндукции. Трансформаторы
Рис. 5. Схема опыта по обнаружению взаимоиндукции
Взаимоиндукция это явление, в котором обнаруживается связь двух или более электрических цепей, при этом возникает ЭДС в одной из цепей при изменении тока в другой.
,
,
где коэффициент взаимной индукции, Гн (генри).
На взаимоиндукции основано действие трансформаторов устройств, в которых преобразуется напряжение переменного тока.
В трансформаторе первичная обмотка с числом витков N1 сопротивлением R1 подключается к источнику переменного тока с напряжением U1. К клеммам вторичной обмотки с числом витков N2 подключается нагрузка с сопротивлением R2, потребляющая энергию. Обмотки навиты на один и тот же сердечник, являющийся общим магнитопроводом с потоком ФВ.
Отношение напряжения сети к напряжению на нагрузке называется коэффициентом трансформации: K=U2/U1. При K>1 трансформатор – повышающий; при K1 трансформатор – понижающий.
, 
(6)
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора зависит от соотношения числа витков, знак минус говорит о том, переменные напряжения в обмотках противоположны по фазе.
Полученные соотношения применимы только к идеальному трансформатору. Причины потерь в реальном трансформаторе:
активное сопротивление обмоток;
индукционные токи в сердечнике (токи Фуко);
перемагничивание ферромагнитного материала сердечника.
Пренебрегая потерями энергии в реальном трансформаторе(1…2%), запишем равенство передаваемых мощностей на обмотках
, (7)
т.е. токи и напряжения в обмотке трансформатора обратно пропорциональны.
Трансформатор, состоящий из одной обмотки, называется автотрансформатором (для понижающего автотрансформатора энергия подводится ко всей обмотке, а снимается с части обмотки).
Условная схема высоковольтной линии передачи электроэнергии
При передаче энергии для уменьшения потерь на нагревания проводов необходимо уменьшить силу тока в линии передачи (QI 2 R), и, следовательно, увеличить напряжение. Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400…500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц. При повышении напряжения в линиях передачи увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. КПД линии передач не превышает 90 %.
40. Экстратоки замыкания и размыкания.
П ри всяком изменении силы тока в контуре возникает ЭДС индукции, которая вызывает дополнительный ток в контуре. Это явление называется самоиндукцией, а токи, вызываемые ЭДС самоиндукции, — экстратоки самоиндукции. Экстратоки можно наблюдать с помощью опыта на данной схеме. Катушка L включена в цепь, которая содержит батарею Б, реостат R и ключ К. Параллельно катушке подключён гальванометр. При замкнутом ключе ток в цепи делится на I1 (через гальванометр) и ток I (через катушку). Если разомкнуть ключ, то магнитный поток в катушке будет исчезать и в ней возникнет экстраток самоиндукции (экстраток размыкания). По закону Ленца он будет препятствовать убыванию магнитного потока, то есть будет направлен в катушке так же, как и убывающий ток. Этот экстраток пройдёт через гальванометр, где его направление будет противоположно первоначальному току.
При замыкании ключа (установлении тока) в катушке тоже возникает экстраток (экстра ток размыкания). Его направление противоположно нарастающему току батареи и совпадает с током I1. Поэтому экстраток замыкания заметен гораздо хуже.
Если в катушку поместить железный сердечник, то экстратоки значительно усиливаются. В этом случае гальванометр можно заменить лампой накалывания, которая при размыкании ключа будет давать яркую вспышку.
Экстратоки можно найти зная ЭДС самоиндукции и сопротивление контура:
41. Энергия магнитного поля соленоида. Плотность энергии в магнитном поле.
Соленоид – цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков проволоки образующих винтовую линию. Индуктивность соленоида равна . Зная, что найдём энергию магнитного поля соленоида: , а так как N∙i/l=H и V=S∙l, то получим . Учитывая, что объёмная плотность магнитного поля равна , получим формулу для соленоида . Если магнитное поле неоднородно, то его можно разбить на бесконечно малые элементы объёмом dV, в каждом из которых поле можно считать однородным. Энергия, заключённая в элементе объёма, есть w∙dV. Поэтому полная энергия магнитного поля равна: , где w- объёмная плотность энергии магнитного поля.
Объёмная плотность энергии электромагнитного поля – есть сумма объёмных плотностей магнитного и электрического полей:
42. Магнитное поле вещества. Вектор намагничивания. Магнитная восприимчивость вещества.
Магнитное поле — форма проявления электромагнитного поля. Это поле действует на движущиеся частицы, обладающие электрическим зарядом, а так же на намагниченные тела независимо от их движения.
Магнитное поле, которое создаётся атомами вещества называется собственным или внутренним полем. Это поле обусловлено существованием у атомов магнитных моментов и характеризуется вектором магнитной индукции. Магнитная индукция внутреннего поля пропорциональна вектору интенсивности намагничивания . Где I –вектор суммы магнитных моментов атомов, находящихся в единице объёма: . Где N- число частиц, содержащихся в объёме V. Pmi— магнитный момент i-ой молекулы.
Единица намагничивания – ампер на метр (А/м). Это такая намагниченность, при которой вещество объёмом 1м 3 имеет магнитный момент 1 А∙м 2
Для магнетиков, находящихся в не сильных магнитных полях I=xm∙H, где xm –магнитная восприимчивость вещества— величина аналогичная μ, зависящая от рода магнетика, его состояния (температура и др.). , где С – постоянная Кюри, а Т – температура. Для диамагнетиков xm — меньше нуля, для парамагнетиков — больше нуля.
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Самоиндукция. Индуктивность. Токи замыкания и размыкания.
Индуктивность , либо коэффициент самоиндукции (от лат. indactio — наведение, возбуждение) — является параметром электрической цепи, определяющий ЭДС самоиндукции, которая наводитсяв цепи при изменении протекающего по ней тока либо (и) ее деформации.
Индуктивность, либо коэффициент самоиндукции (от лат. indactio — наведение, возбуждение) — является параметром электрической цепи, определяющий ЭДС самоиндукции, которая наводитсяв цепи при изменении протекающего по ней тока либо (и) ее деформации.
Термином «индуктивность» обозначают еще и катушку самоиндукции, определяющую индуктивные свойства цепи.
Самоиндукция — образование ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока. Самоиндукция была открыта в 1832 году американским ученым Дж. Генри. Независимо от него в 1835 году это явление открыл М. Фарадей.
ЭДС индукции образуется при изменении магнитного потока. Если это изменение вызывается собственным током, то говорят об ЭДС самоиндукции:
.
где L — индуктивность контура, либо его коэффициент самоиндукции.
Индуктивность — является физической величиной, численно равной ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре с изменением силы тока на 1 А за 1 секунду.
Индуктивность, как и электроемкость, зависима от геометрии проводника — его размеров и формы, но не зависима от силы тока в проводнике. Таким образом, индуктивность прямого провода намного меньше индуктивности того же провода, свернутого в спираль.
Расчеты показывают, что индуктивность описанного выше соленоида в воздухе вычисляют по формуле:
.
где μ0— магнитная постоянная, N — количество витков соленоида, l — длина соленоида, S — площадь поперечного сечения.
Также, индуктивность зависит от магнитных свойств среды, в которой находится проводник, а именно от его магнитной проницаемости, определяющаяся при помощи формулы:
.
где L0 — индуктивность контура в вакууме, L — индуктивность контура в однородном веществе, которое заполняет магнитное поле.
Единица индуктивности в СИ — генри (Гн): 1 Гн = 1 В · с/А.
Токи замыкания и размыкания.
При каждом включении и выключении тока в цепи наблюдаются так называемые экстратоки самоиндукции (экстратоки замыкания и размыкания), которые возникают в цепи из-за явления самоиндукции и которые препятствуют, согласно правилу Ленца, нарастанию или убыванию тока в цепи.
На рисунке выше показана схема соединения 2х одинаковых ламп. Одна из них подключена к источнику через резистор R, а другая — последовательно соединена с катушкой L с железным сердечником. При замыкании цепи первая лампа вспыхивает почти мгновенно, а вторая — с существенным опозданием. Это вызвано тем, что ЭДС самоиндукции в цепи этой лампы велика, и сила тока не сразу достигает своего максимального значения.
При размыкании ключа в катушке L образуется ЭДС самоиндукции, которая поддерживает первоначальный ток.
В итоге в момент размыкания через гальванометр течет ток (светлая стрелка), который направлен против начального тока до размыкания (черная стрелка). При этом ЭДС самоиндукции может быть намного больше ЭДС батареи элементов, что будет проявляться в том, что экстраток размыкания будет сильно превышать стационарный ток при замкнутом ключе.
Индуктивность характеризует инерционность цепи по отношению к изменению в ней тока, и ее можно рассматривать как электродинамический аналог массы тела в механике, являющейся мерой инертности тела. При этом ток I играет роль скорости тела.