Det induktans Det er ejendommen til elektriske kredsløb, hvorved der produceres en elektromotorisk kraft på grund af passage af elektrisk strøm og variationen i det tilhørende magnetfelt. Denne elektromotoriske kraft kan generere to godt differentierede fænomener..
Den første er en ordentlig induktans i spolen, og den anden svarer til en gensidig induktans, hvis den er to eller flere spoler koblet til hinanden. Dette fænomen er baseret på Faradays lov, også kendt som loven om elektromagnetisk induktion, hvilket indikerer, at det er muligt at generere et elektrisk felt fra et variabelt magnetfelt..
I 1886 gav den engelske fysiker, matematiker, elektroingeniør og radiooperatør Oliver Heaviside de første indikationer om selvinduktion. Senere kom den amerikanske fysiker Joseph Henry også med vigtige bidrag til elektromagnetisk induktion; derfor bærer induktansmåleenheden hans navn.
Ligeledes postulerede den tyske fysiker Heinrich Lenz Lenzs lov, der angiver retningen af den inducerede elektromotoriske kraft. Ifølge Lenz går denne kraft induceret af forskellen i spænding på en leder i den modsatte retning af retningen af strømmen, der strømmer gennem den..
Induktans er en del af kredsløbets impedans; det vil sige, dets eksistens indebærer en vis modstand mod strømmen af strøm.
Artikelindeks
Induktans er normalt repræsenteret af bogstavet "L" til ære for bidragene fra fysikeren Heinrich Lenz om emnet.
Den matematiske modellering af det fysiske fænomen involverer elektriske variabler såsom magnetisk flux, potentialforskellen og den elektriske strøm i studiekredsløbet..
Matematisk er formlen for magnetisk induktans defineret som kvotienten mellem den magnetiske flux i elementet (kredsløb, elektrisk spole, sløjfe osv.) Og den elektriske strøm, der cirkulerer gennem elementet.
I denne formel:
L: induktans [H].
Φ: magnetisk flux [Wb].
I: intensitet af elektrisk strøm [A].
N: antal viklingsspoler [uden enhed].
Den magnetiske flux, der er nævnt i denne formel, er den flux, der udelukkende produceres på grund af cirkulationen af elektrisk strøm.
For at dette udtryk skal være gyldigt, bør andre elektromagnetiske strømninger genereret af eksterne faktorer såsom magneter eller elektromagnetiske bølger uden for undersøgelseskredsløbet ikke overvejes..
Induktansens værdi er omvendt proportional med strømens intensitet. Dette betyder, at jo højere induktansen er, desto lavere er strømmen gennem kredsløbet og omvendt..
Induktansens størrelse er på sin side direkte proportional med antallet af drejninger (eller drejninger), der udgør spolen. Jo flere spiraler induktoren har, jo større er induktansens værdi.
Denne egenskab varierer også afhængigt af de fysiske egenskaber for den ledende ledning, der udgør spolen såvel som længden af spolen..
Magnetisk flux relateret til en spole eller leder er en vanskelig variabel at måle. Imidlertid er det muligt at opnå den elektriske potentialespænding forårsaget af variationerne i nævnte strømning..
Denne sidste variabel er intet mere end den elektriske spænding, som er en målbar variabel gennem konventionelle instrumenter såsom et voltmeter eller et multimeter. Således er det matematiske udtryk, der definerer spændingen ved induktorens klemmer, følgende:
I dette udtryk:
VL: potentiel forskel på induktoren [V].
L: induktans [H].
∆I: strømforskel [I].
∆t: tidsforskel [s].
Hvis det er en enkelt spole, så er VL er induktorens selvinducerede spænding. Polariteten af denne spænding vil afhænge af, om størrelsen af strømmen stiger (positivt tegn) eller falder (negativt tegn), når den cirkulerer fra en pol til en anden..
Endelig opnås følgende ved løsning af induktansen af det tidligere matematiske udtryk:
Induktansens størrelse kan opnås ved at dividere værdien af den selvinducerede spænding med strømdifferentialet i forhold til tiden.
Fremstillingsmaterialerne og induktorens geometri spiller en grundlæggende rolle i induktansens værdi. Foruden intensiteten af strømmen er der andre faktorer, der påvirker den.
Formlen, der beskriver induktansværdien som en funktion af systemets fysiske egenskaber, er følgende:
I denne formel:
L: induktans [H].
N: antal omdrejninger af spolen [uden enhed].
µ: magnetisk permeabilitet af materialet [Wb / A · m].
S: tværsnitsareal af kernen [mto].
l: længde af strømningslinjer [m].
Induktansens størrelse er direkte proportional med kvadratet af antallet af drejninger, spolens tværsnitsareal og materialets magnetiske permeabilitet..
For sin del er magnetisk permeabilitet materialets egenskab til at tiltrække magnetfelter og krydses af dem. Hvert materiale har forskellig magnetisk permeabilitet.
Til gengæld er induktansen omvendt proportional med længden af spolen. Hvis induktoren er meget lang, vil induktansværdien være mindre.
I det internationale system (SI) er induktansenheden henry til ære for den amerikanske fysiker Joseph Henry.
Ifølge formlen til bestemmelse af induktansen som en funktion af den magnetiske flux og strømens intensitet har vi:
På den anden side, hvis vi bestemmer måleenhederne, der udgør Henry baseret på induktansformlen som en funktion af den inducerede spænding, har vi:
Det er værd at bemærke, at begge udtryk med hensyn til måleenhed er helt ækvivalente. De mest almindelige størrelser af induktanser udtrykkes normalt i millihenries (mH) og microhenries (μH).
Selvinduktion er et fænomen, der opstår, når en elektrisk strøm cirkulerer gennem en spole, og dette inducerer en iboende elektromotorisk kraft i systemet.
Denne elektromotoriske kraft kaldes spænding eller induceret spænding, og den opstår som et resultat af tilstedeværelsen af en variabel magnetisk flux.
Den elektromotoriske kraft er proportional med ændringshastigheden for strømmen, der strømmer gennem spolen. Til gengæld inducerer denne nye spændingsdifferentiale cirkulationen af en ny elektrisk strøm, der går i den modsatte retning af kredsløbets primære strøm..
Selvinduktans opstår som et resultat af den indflydelse, som samlingen udøver på sig selv på grund af tilstedeværelsen af variable magnetfelter.
Måleenheden for selvinduktans er også henry [H], og den er normalt repræsenteret i litteraturen med bogstavet L.
Det er vigtigt at skelne, hvor hvert fænomen forekommer: den tidsmæssige variation af den magnetiske flux forekommer på en åben overflade; dvs. omkring spolen af interesse.
I stedet er den elektromotoriske kraft, der induceres i systemet, den potentielle forskel, der findes i den lukkede sløjfe, der afgrænser den åbne overflade af kredsløbet..
Til gengæld er den magnetiske flux, der passerer gennem hver drejning af en spole, direkte proportional med intensiteten af den strøm, der forårsager den..
Denne proportionalitetsfaktor mellem den magnetiske flux og strømens intensitet er det, der er kendt som selvinduktionskoefficienten, eller hvad der er den samme, selve induktansen af kredsløbet..
I betragtning af proportionaliteten mellem begge faktorer, hvis intensiteten af strømmen varierer som en funktion af tiden, vil den magnetiske flux have en lignende adfærd.
Således præsenterer kredsløbet en ændring i sine egne aktuelle variationer, og denne variation vil være større og større, da intensiteten af strømmen varierer betydeligt..
Selvinduktans kan forstås som en slags elektromagnetisk inerti, og dens værdi vil afhænge af systemets geometri, forudsat at proportionaliteten mellem den magnetiske flux og strømens intensitet er opfyldt..
Gensidig induktans kommer fra induktion af en elektromotorisk kraft i en spole (spole nr. 2) på grund af cirkulationen af en elektrisk strøm i en nærliggende spole (spole nr. 1).
Derfor defineres gensidig induktans som forholdsfaktoren mellem den elektromotoriske kraft, der genereres i spole nr. 2, og den aktuelle variation i spole nr. 1.
Måleenheden for gensidig induktans er henry [H] og den er repræsenteret i litteraturen med bogstavet M. Således er gensidig induktans den, der forekommer mellem to spoler koblet til hinanden, da strømmen af strøm gennem en spole producerer en spænding på tværs af terminalerne på den anden.
Fænomenet induktion af en elektromotorisk kraft i den koblede spole er baseret på Faradays lov.
Ifølge denne lov er den inducerede spænding i et system proportional med ændringshastigheden for den magnetiske flux i tid.
På sin side er polariteten af den inducerede elektromotoriske kraft givet af Lenzs lov, ifølge hvilken denne elektromotoriske kraft vil modsætte sig cirkulationen af den strøm, der producerer den..
Den elektromotoriske kraft induceret i spole nr. 2 er givet ved følgende matematiske udtryk:
I dette udtryk:
EMF: elektromotorisk kraft [V].
M12: gensidig induktans mellem spole nr. 1 og spole nr. 2 [H].
Jeg1: strømvariation i spole nr. 1 [A].
∆t: tidsmæssig variation [s].
Følgende resultater, når man løser den gensidige induktans af det tidligere matematiske udtryk:
Den mest almindelige anvendelse af gensidig induktans er transformeren.
For sin del er det også muligt at udlede den gensidige induktans ved at opnå kvotienten mellem den magnetiske flux mellem begge spoler og intensiteten af strømmen, der cirkulerer gennem den primære spole..
I dette udtryk:
M12: gensidig induktans mellem spole nr. 1 og spole nr. 2 [H].
Φ12: magnetisk flux mellem spoler nr. 1 og nr. 2 [Wb].
jeg1: intensitet af elektrisk strøm gennem spole nr. 1 [A].
Når man vurderer de magnetiske strømninger af hver spole, er hver af disse proportional med den gensidige induktans og spolenes strøm. Derefter gives den magnetiske flux associeret med spole nr. 1 ved følgende ligning:
Tilsvarende opnås den magnetiske flux, der er forbundet med den anden spole, fra følgende formel:
Værdien af den gensidige induktans vil også afhænge af geometrien af de koblede spoler på grund af det forholdsmæssige forhold til magnetfeltet, der passerer gennem tværsnittene af de tilknyttede elementer..
Hvis koblingens geometri forbliver konstant, forbliver den gensidige induktans også uændret. Derfor vil variationen af den elektromagnetiske flux kun afhænge af strømens intensitet.
Ifølge princippet om gensidighed af medierne med konstante fysiske egenskaber er de gensidige induktanser identiske med hinanden, som beskrevet i følgende ligning:
Induktansen af spole nr. 1 i forhold til spole nr. 2 er lig med induktansen af spole nr. 2 i forhold til spole nr. 1.
Magnetisk induktion er det grundlæggende funktionsprincip for elektriske transformere, som muliggør hævning og sænkning af spændingsniveauer ved konstant effekt.
Strømcirkulationen gennem transformatorens primære vikling inducerer en elektromotorisk kraft i sekundærviklingen, hvilket igen resulterer i cirkulation af en elektrisk strøm.
Enheds transformationsforhold er angivet ved antallet af drejninger for hver vikling, hvormed det er muligt at bestemme transformatorens sekundære spænding..
Produktet af spænding og elektrisk strøm (dvs. effekt) forbliver konstant, bortset fra nogle tekniske tab på grund af procesens iboende ineffektivitet.
Endnu ingen kommentarer