Vlastní indukce

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. května 2020; kontroly vyžadují 7 úprav .

Samoindukce je jev výskytu EMF indukce ve vodivém obvodu [1] (v obvodu), když se mění proud procházející obvodem .

Když se proud v obvodu mění úměrně [2] a magnetický tok povrchem ohraničeným tímto obvodem [ 3] . Změna tohoto magnetického toku v důsledku zákona elektromagnetické indukce vede k buzení indukčního emf v tomto obvodu .

Tento jev se nazývá samoindukce . Stojí za zmínku, že tento koncept souvisí s konceptem vzájemné indukce , což je jeho zvláštní případ.

Směr EMF samoindukce se vždy ukáže být takový, že když se proud v obvodu zvýší, EMF samoindukce tomuto nárůstu zabrání (nasměrováno proti proudu), a když se proud sníží, sníží se (co - řízeno proudem). Fenomén samoindukce se projevuje zpomalováním procesů mizení a usazování proudu [4] .

Při porovnávání síly elektrického proudu s rychlostí v mechanice a elektrické indukčnosti s hmotností v mechanice je EMF samoindukce podobné síle setrvačnosti .

Hodnota EMF samoindukce je úměrná rychlosti změny síly (střídavého) proudu : $i$

{\mathcal {E}}=-L{\frac {di}{dt}}

Koeficient úměrnosti se nazývá koeficient vlastní indukce neboli indukčnost obvodu (cívky). $L$

Samoindukce a sinusový proud

V případě sinusové závislosti proudu procházejícího cívkou na čase se samoindukční EMF v cívce zpožďuje za proudem ve fázi o (tj. o 90°) a amplituda tohoto EMF je úměrná amplituda proudu , frekvence a indukčnost ( ). Koneckonců, rychlost změny funkce je její první derivace a . $\pi /2$ ${\mathcal {E}}_{0}=L\omega I_{0}$ ${\frac {d\sin \omega t}{dt))=\omega \cos \omega t=\omega \sin(\omega t+\pi /2)$

Pro výpočet více či méně složitých obvodů obsahujících indukční prvky, tj. závity, cívky atd. zařízení, ve kterých je pozorována samoindukce, (zejména zcela lineární, to znamená neobsahující nelineární prvky [5] ) v v případě sinusových proudů a napětí se používá metoda komplexních impedancí nebo v jednodušších případech její méně výkonná, ale názornější verze - metoda vektorových diagramů .

Všimněte si, že vše popsané je aplikovatelné nejen přímo na sinusové proudy a napětí, ale také prakticky na libovolná, protože ta lze téměř vždy rozšířit na sériový nebo Fourierův integrál a tak zredukovat na sinusová.

Ve víceméně přímé souvislosti s tím lze zmínit aplikaci fenoménu samoindukce (a tedy i induktorů ) v nejrůznějších oscilačních obvodech, filtrech, zpožďovacích linkách a dalších různých obvodech elektroniky a elektrotechniky.

Samoindukce a proudové rázy

V důsledku jevu samoindukce v elektrickém obvodu se zdrojem EMF, když je obvod uzavřen, proud není vytvořen okamžitě, ale po určité době. K podobným procesům dochází také při otevření obvodu , přičemž (při prudkém otevření) může hodnota samoindukčního emf v tomto okamžiku výrazně překročit zdrojové emf.

Nejčastěji se v běžném životě používá v zapalovacích cívkách automobilů . Typické zapalovací napětí při napětí baterie 12 V je 7-25 kV. Přebytek EMF ve výstupním obvodu nad EMF baterie je zde však způsoben nejen prudkým přerušením proudu, ale také transformačním poměrem , protože se nejčastěji nepoužívá jednoduchá indukční cívka, ale cívka transformátoru, jejíž sekundární vinutí má zpravidla mnohonásobně více závitů (tj. obvod je ve většině případů poněkud složitější, než jaký by plně vysvětlila samoindukce; fyzika jeho provoz se v této verzi částečně shoduje s fyzikou činnosti obvodu s jednoduchou cívkou).

Tento jev se využívá i k zapalování zářivek ve standardním tradičním zapojení (zde mluvíme o zapojení s jednoduchou tlumivkou - tlumivkou ).

Kromě toho je při otevírání kontaktů vždy nutné vzít v úvahu jev samoindukce, pokud proud protéká zátěží se znatelnou indukčností: výsledný skok v EMF může vést k porušení mezery mezi kontakty a / nebo jiné nežádoucí jevy, k jejichž potlačení je v tomto případě zpravidla nutné provést různá speciální opatření, např. paralelně s vývody cívky (tlumivky) instalovat diodu v obráceném zapojení.

Viz také

Poznámky

↑ Obvod může být i víceotáčkový - zejména cívka. V tomto případě, stejně jako v případě jednoho okruhu, přísně vzato, musí být okruh uzavřen (například přes voltmetr měřící EMF), ale v praxi s (velmi) velkým počtem závitů je rozdíl v EMF ve zcela uzavřeném obvodu a v obvodu s diskontinuitou (geometricky i velkou ve srovnání s velikostí cívky) může být zanedbatelná.
↑ Protože magnetický tok smyčkou je úměrný proudu ve smyčce. Pro tenký tuhý obvod (pro jehož případ je toto tvrzení přesné) je přesná úměrnost zřejmá na základě Biot-Savartova zákona , protože podle tohoto zákona je vektor magnetické indukce přímo úměrný proudu a jeho toku. vektor (který se nazývá magnetický tok) přes pevný (nemění se tuhým obrysem) je pak povrch také úměrný proudu. Formálně je to zapsáno jako rovnice: , kde je magnetický tok, je koeficient samoindukce , je proud v obvodu. $\Phi =LI$ $\Phi$ $L$ $já$
↑ Například v případě složitého obrysového tvaru, je-li obrys víceotáčkový (svinutý), se povrch ohraničený obrysem (nebo, jak se říká, „natažený přes obrys“) jeví jako poměrně složitý , což nemění podstatu popisovaného jevu. Abychom zjednodušili pochopení případu víceotáčkových obvodů (cívek), můžeme (přibližně) uvažovat, že plocha překlenutá takovou smyčkou se skládá ze sady (hromady) ploch, z nichž každá je překlenuta vlastní individuální cívkou. .
↑ Kalašnikov S. G. , Elektřina, M., GITTL, 1956, kap. IX "Elektromagnetická indukce", str. 107 "Zánik a vznik proudu", str. 221 - 224;
↑ Samotné indukční prvky jsou lineární, to znamená, že se řídí lineární diferenciální rovnicí uvedenou v článku výše. Ve skutečnosti však tato rovnice platí pouze přibližně, takže indukční prvky jsou také lineární pouze přibližně (i když někdy s extrémně dobrou přesností). Ve skutečnosti také existují odchylky od ideální rovnice, které jsou lineární povahy (například spojené s elastickými deformacemi cívky v lineární aproximaci).

Odkazy

O samoindukci a vzájemné indukci ze „Školy pro elektrikáře“