э. д. с. самоиндукции имеет такое направление, при котором она противодействует изменениям тока в цепи

При возрастании тока э. д. с. самоиндукции направлена противоположно направлению тока. При этом она противодействует возрастанию тока.

При уменьшении тока направление э. д. с. самоиндукции совпадает с направлением тока. При этом она противодействует уменьшению тока.

Из сказанного следует, что э. д. с. самоиндукции действует как реактивная сила, аналогично силе инерции в механике. Известно, что сила инерции противодействует изменениям скорости тела, подобно этому э. д. с. самоиндукции противодействует изменениям тока в цепи. Продолжая эту аналогию, можно сделать вывод, что индуктивность проводника в электротехнике играет такую же роль, как масса тела в механике, т. е. индуктивность является мерой электрической инерции цепи.

Индуктивность катушки

Способность катушки индуктировать на себе э. д. с. самоиндукции называется индуктивностью катушки.

Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн)

Индуктивностью в 1 Гн обладает такая катушка, изменения тока в которой на 1 А в секунду создает э. д. с. самоиндукции равной 1 В.

10^-3 Гн миллигенри мГн

10^-6 Гн микрогенри мкГн

Величина индуктивности прямо пропорциональна размерам катушки и числу витков. Кроме того, индуктивность
зависит также от материала введенного в катушку сердечника и наличия экрана.
Качество работы катушки индуктивности в цепях переменного тока характеризуется добротностью. Добротность Q катушки определяют как отношение ее индуктивного сопротивления Х_L= ωL=2пfL к активному R, при рабочей частоте f:Q=ωL/R=2пfL/R. Активное сопротивление включает сопротивление провода обмотки катушки и сопротивление, обусловленное потерями электрической энергии в каркасе, сердечнике, экране и изоляции.
Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество. Витки катушки, разделенные слоем изоляции, образуют элементарный конденсатор. В многослойных катушках емкость возникает между отделными слоями. Таким образом, катушка обладает не только индуктивными, но и емкостными свойствами. В большинстве случаев собственная емкость катушки является вредной, и ее стремятся уменьшить. Для этого применяются специальные формы каркаса катушки и способы намотки провода.

Назначение сердечников в катушках индуктивности

Сердечник увеличивает индуктивность катушки. Действительно катушка с сердечником обладает большим магнитным полем а значит на ней будет индуктироваться большая э. д. с. самоиндукции.

Если положение сердечника в катушке можно изменять, значит можно изменять индуктивность катушки.

Изображение сердечников на схемах

Взаимоиндукция

Явление взаимоиндукции наблюдается между близко расположенными катушками. Сущность взаимоиндукции заключается в переносе электрической энергии из одной цепи в другую посредством общего магнитного поля: в одном из контуров электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля, в другом контуре происходит обратный переход энергии магнитного поля в электрическую энергию. Из сказанного следует, что магнитное поле является переносчиком электрической энергии из одной цепи в другую.

Взаимная индуктивность между двумя катушками зависит от их размеров, числа витков, взаимного расположения и магнитной проницаемости среды.

N18

Электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин (заряда, силы тока, напряжения, напряженности, магнитной индукции и др.) в электрической цепи.

Для возбуждения и поддержания электромагнитных колебаний требуются определенные системы, простейшей из которых является колебательный контур — цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R (это может быть сопротивление провода катушки и проводов, соединяющих катушку с конденсатором) (рис. 1). Идеальный контур Томсона — колебательный контур без активного сопротивления (R = 0).

Рис. 1

Рассмотрим свободные электромагнитные колебания — колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется. Рисунок 2 иллюстрирует характерные стадии колебаний в контуре за один период.

Отсчет времени t мы начинаем с момента подключения к контуру заряженного конденсатора. В этот момент (рис. 2, а) напряженность электрического поля E⃗ в конденсаторе (направленная сверху вниз), а также напряжение U на обкладках конденсатора максимальны, а тока в контуре еще нет, следовательно, отсутствует и магнитное поле.

При этом вся энергия W колебательного контура заключена в электрическом поле конденсатора, т.е.

W=We0=CU202=q202C.

В промежутке времени от 0 до T4 (рис. 2, б) конденсатор, разряжаясь, создает через контур ток I, идущий по часовой стрелке. При этом согласно правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию этого тока. При разряде конденсатора уменьшаются напряженность электрического поля E⃗ (сохраняя прежнее направление) и напряжение U между его обкладками, следовательно, уменьшается энергия электрического поля в конденсаторе. Сила тока I и индукция B⃗ магнитного поля, создаваемого этим током, увеличиваются, т.е. возрастает энергия магнитного поля в катушке индуктивности. Следовательно, энергия электростатического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки.

К моменту времени t=T4 (рис. 2, в) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками становится равным нулю, и электрическое поле в нем отсутствует E⃗ =0. К этому времени ток 1 в контуре и индукция B⃗ магнитного поля этого тока достигают максимальных значений. Следовательно, вся энергия контура заключена в этот момент в его магнитном поле, т.е.

W=WM0=LI202.

При этом вся энергия W колебательного контура заключена в электрическом поле конденсатора, т.е.

W=We0=CU202=q202C.

В промежутке времени от 0 до T4 (рис. 2, б) конденсатор, разряжаясь, создает через контур ток I, идущий по часовой стрелке. При этом согласно правилу Ленца в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию этого тока. При разряде конденсатора уменьшаются напряженность электрического поля E⃗ (сохраняя прежнее направление) и напряжение U между его обкладками, следовательно, уменьшается энергия электрического поля в конденсаторе. Сила тока I и индукция B⃗ магнитного поля, создаваемого этим током, увеличиваются, т.е. возрастает энергия магнитного поля в катушке индуктивности. Следовательно, энергия электростатического поля конденсатора превращается в энергию магнитного поля катушки.

К моменту времени t=T4 (рис. 2, в) конденсатор полностью разряжается, напряжение U между его обкладками становится равным нулю, и электрическое поле в нем отсутствует E⃗ =0. К этому времени ток 1 в контуре и индукция B⃗ магнитного поля этого тока достигают максимальных значений. Следовательно, вся энергия контура заключена в этот момент в его магнитном поле, т.е.

W=WM0=LI202.