Самоіндукція та взаємоіндукція

ЕРС самоіндукції

Струм, що змінюється за величиною, завжди створює змінне магнітне поле, яке, у свою чергу, завжди індукує ЕРС. При будь-якій зміні струму в котушці (або взагалі в провіднику) в ній індуктується самої ЕРС самоіндукції.

Коли ЕРС у котушці індуктується за рахунок зміни власного магнітного потоку, величина цієї ЕРС залежить від швидкості зміни струму. Чим більша швидкість зміни струму, тим більша ЕРС самоіндукції.

Величина ЕРС самоіндукції залежить також від числа витків котушки, густоти їх намотування та розмірів котушки. Чим більший діаметр котушки, кількість її витків і густота намотування, тим більше ЕРС самоіндукції. Ця залежність ЕРС самоіндукції від швидкості зміни струму в котушці, числа її витків та розмірів має велике значення в електротехніці.

Напрямок ЕРС самоіндукції визначається за законом Ленца. ЕРС самоіндукції має завжди такий напрям, при якому вона перешкоджає зміні струму, що викликав її.

Інакше кажучи, спадання струму в котушці тягне за собою появу ЕРС самоіндукції, спрямованої за напрямом струму, тобто перешкоджає його спаданню. І, навпаки, при зростанні струму в котушці виникає ЕРС самоіндукції, спрямована проти струму, тобто перешкоджає його зростанню.

Не слід забувати, що й струм у котушці не змінюється, то жодної ЕРС самоіндукції немає. Явище самоіндукції особливо різко проявляється у ланцюга, що містить у собі котушку із залізним сердечником, оскільки залізо значно збільшує магнітний потік котушки, а отже, і величину ЕРС самоіндукції при його зміні.

Індуктивність

Отже, нам відомо, що величина ЕРС самоіндукції в котушці, крімшвидкості зміни струму в ній залежить також від розмірів котушки та числа її витків.

Отже, різні за своєю конструкцією котушки при одній і тій же швидкості зміни струму здатні індукувати різні за величиною ЕРС самоіндукції.

Щоб розрізняти котушки між собою за їхньою здатністю індукувати в собі ЕРС самоіндукції, введено поняття індуктивності котушок або коефіцієнта самоіндукції.

Індуктивність котушки є величина, що характеризує властивість котушки індукувати у собі ЕРС самоіндукції.

Індуктивність цієї котушки є величина постійна, що не залежить як від сили струму, що проходить по ній, так і від швидкості його зміни.

Генрі - це індуктивність такої котушки (або провідника), в якій при зміні сили струму на 1 ампер на 1 секунду виникає ЕРС самоіндукції в 1 вольт.

На практиці іноді потрібна котушка (або обмотка), що не має індуктивності. І тут провід намотують на котушку, попередньо склавши його подвійно. Такий спосіб намотування називається біфілярним.

ЕРС взаємоіндукції

Отже, ми знаємо, що ЕРС індукції в котушці можна викликати і не переміщуючи в ній електромагніт, а змінюючи лише струм його обмотці. Але щоб викликати ЕРС індукції в одній котушці за рахунок зміни струму в іншій, зовсім не обов'язково вставляти одну з них всередину іншої, а можна розташувати їх поруч

І в цьому випадку при зміні струму в одній котушці змінний магнітний потік, що виникає, пронизуватиме (перетинатиме) витки іншої котушки і викличе в ній ЕРС.

Взаємоіндукція дає можливість зв'язувати між собою за допомогою магнітного поля різні електричні ланцюги. Такий зв'язок прийнято називати індуктивним зв'язком.

Розмір ЕРС взаємоіндукції залежитьнасамперед від того, з якою швидкістю змінюється струм у першій котушці. Чим швидше змінюється у ній струм, тим створюється велика ЕРС взаємоіндукції.

Крім того, величина ЕРС взаємоіндукції залежить від величини індуктивності обох котушок і від їхнього взаємного розташування, а також від магнітної проникності навколишнього середовища.

Отже, різні за своєю індуктивності та взаємному розташуванню котушки та в різному середовищі здатні викликати одна в іншій різні за величиною ЕРС взаємоіндукції.

Щоб мати можливість розрізняти між собою різні пари котушок за їхньою здатністю взаємно індукувати ЕРС, введено поняття про взаємоіндуктивність або коефіцієнт взаємоіндукції.

Позначається зявзаємоіндуктивність літерою М. Одиницею її виміру, так само як і індуктивності, служить генрі.

Генрі - це така взаємоіндуктивність двох котушок, при якій зміна струму в одній котушці на 1 ампер на 1 секунду викликає в іншій котушці ЕРС взаємоіндукції, що дорівнює 1 вольту.

На величину ЕРС взаємоіндукції впливає магнітна проникність довкілля. Чим більше магнітна проникність середовища, за якою замикається змінний магнітний потік, що зв'язує котушки, тим сильніше індуктивний зв'язок котушок і більше величина ЕРС взаємоіндукції.

На явище взаємоіндукції засновано роботу такого важливого електротехнічного пристрою, як трансформатор.

Принцип дії трансформатора

Принцип дії трансформатора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції і полягає в наступному. На залізний осердя намотують дві обмотки, одну з них з'єднують з джерелом змінного струму, а іншу - зі споживачем струму (опір).

Обмотка, з'єднана з джерелом змінного струму, створює у сердечникузмінний магнітний потік, який іншою обмоткою індукує ЕРС.

Обмотку, з'єднану з джерелом змінного струму, називають первинною, а обмотку, до якої приєднується споживач, є вторинною. Але оскільки змінний магнітний потік пронизує одночасно обидві обмотки, то кожній їх індуктуються змінні ЭРС.

Величина ЕРС кожного витка, як і ЕРС всієї обмотки, залежить від величини магнітного потоку, що пронизує виток, та швидкості його зміни. Швидкість зміни магнітного потоку залежить від частоти змінного струму, постійної для даного струму. Постійна для даного трансформатора також величина магнітного потоку. Тому в аналізованому трансформаторі ЕРС у кожній обмотці залежить лише від кількості витків у ній.

Відношення первинної напруги до вторинного дорівнює відношенню чисел витків первинної та вторинної обмоток. Це ставлення називається коефіцієнтом трансформації (К).

Якщо до однієї з обмоток трансформатора подано напругу мережі, то з іншої обмотки буде знято напругу, більшу або меншу напругу мережі в стільки разів, скільки разів більше або менше кількість витків вторинної обмотки.

Якщо з вторинної обмотки знімається напруга, більша, ніж подана до первинної обмотки, такий трансформатор називається підвищує. Навпаки, якщо з вторинної обмотки знімається напруга, менша за первинну, то такий трансформатор називається знижуючим. Кожен трансформатор може бути використаний як підвищуючий та як знижуючий.

Коефіцієнт трансформації зазвичай вказується в паспорті трансформатора як відношення вищої напруги до нижчого, тобто він завжди більше одиниці.

Джерело інформації: "Школа для електрика: електротехніка та електроніка"