Induktansi

Apa itu induktansi?

The induktansi Ia adalah milik litar elektrik yang mana daya elektromotif berlaku, disebabkan oleh laluan arus elektrik dan variasi medan magnet yang berkaitan. Daya elektromotif ini dapat menghasilkan dua fenomena yang sangat berbeza antara satu sama lain.

Yang pertama adalah induktansi sendiri dalam gegelung, dan yang kedua sepadan dengan induktansi bersama, jika dua atau lebih gegelung ditambah antara satu sama lain. Fenomena ini berdasarkan undang -undang Faraday, juga dikenali sebagai Undang -undang Induksi Elektromagnet, yang menunjukkan bahawa ia mungkin dapat menghasilkan medan elektrik dari medan magnet yang berubah -ubah.

1886 ahli fizik, ahli matematik, jurutera elektrik dan radiotraf Inggeris Oliver Heaviside memberi petunjuk pertama mengenai penggunaan diri sendiri. Kemudian, ahli fizik Amerika Joseph Henry juga membuat sumbangan penting mengenai induksi elektromagnet; Oleh itu, unit pengukuran induktansi menanggung namanya.

Begitu juga, ahli fizik Jerman Heinrich Lenz mengisytiharkan undang -undang Lenz, di mana arah daya elektromotif yang disebabkan oleh dinyatakan. Menurut Lenz, daya ini disebabkan oleh perbezaan voltan yang digunakan untuk pemandu berada di arah yang bertentangan dengan arah arus yang beredar melalui ini.

Induktansi adalah sebahagian daripada impedans litar; iaitu, kewujudannya membayangkan beberapa ketahanan terhadap peredaran arus.

Formula matematik

Induktansi biasanya diwakili dengan huruf "l", untuk menghormati sumbangan ahli fizik Heinrich Lenz mengenai subjek. 

Pemodelan matematik fenomena fizikal memerlukan pembolehubah elektrik seperti fluks magnet, perbezaan potensi dan arus elektrik litar kajian.

Formula untuk intensiti semasa

Secara matematik, formula induktansi magnet ditakrifkan sebagai nisbah antara aliran magnet dalam elemen (litar, gegelung elektrik, lingkaran, dll.), dan arus elektrik yang beredar melalui elemen.

Dalam formula ini:

• L: Induktansi [H].
• Φ: fluks magnet [WB].
• Saya: Intensiti arus elektrik [A].
• N: Bilangan gegelung berliku [tanpa unit].

Fluks magnet yang disebutkan dalam formula ini adalah aliran yang dihasilkan hanya disebabkan oleh peredaran arus elektrik.

Untuk ungkapan ini sah, aliran elektromagnetik lain yang dihasilkan oleh faktor luaran seperti magnet, atau gelombang elektromagnet di luar litar kajian tidak boleh dipertimbangkan.

Nilai induktansi berkadar songsang dengan keamatan semasa. Ini bermaksud bahawa semakin besar induktansi, semakin rendah peredaran semasa melalui litar, dan sebaliknya.

Bagi pihaknya, magnitud induktansi adalah berkadar terus dengan bilangan giliran (atau giliran) yang sesuai dengan gegelung. Semakin banyak spiral induktor mempunyai, semakin besar nilai induktaninya.

Harta ini juga berbeza bergantung kepada sifat fizikal benang konduktif yang membentuk gegelung, serta panjang ini.

Formula untuk ketegangan yang diinduksi

Fluks magnet yang berkaitan dengan gegelung atau pemandu adalah pemboleh ubah yang sukar untuk diukur. Walau bagaimanapun, adalah mungkin untuk mendapatkan perbezaan potensi elektrik yang disebabkan oleh variasi aliran tersebut.

Boleh melayani anda: elemen perkataan

Pembolehubah terakhir ini tidak lebih daripada voltan elektrik, yang merupakan pemboleh ubah yang boleh diukur melalui instrumen konvensional seperti voltmeter atau multimeter. Oleh itu, ungkapan matematik yang mentakrifkan ketegangan dalam terminal induktor adalah seperti berikut:

Dalam ungkapan ini:

• V_L: Perbezaan potensi dalam induktor [V].
• L: Induktansi [H].
• Δi: pembezaan semasa [i].
• Δt: pembezaan masa [s].

Sekiranya ia adalah gegelung tunggal, maka v_L Ia adalah ketegangan diri yang disebabkan oleh induktor. Polariti voltan ini bergantung kepada sama ada magnitud peningkatan semasa (tanda positif) atau berkurangan (tanda negatif) dengan beredar dari satu tiang ke tiang yang lain.

Akhirnya, apabila membersihkan induktansi ekspresi matematik sebelumnya, yang berikut adalah:

Besarnya induktansi dapat diperoleh dengan membahagikan nilai ketegangan yang disebabkan oleh diri sendiri dengan pembezaan arus berkenaan dengan masa.

Formula untuk ciri induktor

Pembuatan dan geometri induktor memainkan peranan asas dalam nilai induktansi. Iaitu, sebagai tambahan kepada intensiti arus, ada faktor lain yang mempengaruhinya.

Formula yang menggambarkan nilai induktansi berdasarkan sifat fizikal sistem adalah seperti berikut:

Dalam formula ini:

• L: Induktansi [H].
• N: Bilangan runtuhan gegelung [tanpa perpaduan].
• μ: Kebolehtelapan magnet bahan [wb/a · m].
• S: Kawasan bahagian silang nukleus [m²].
• L: Panjang garis aliran [m].

Besarnya induktansi adalah berkadar terus dengan kuadrat bilangan giliran, ke kawasan bahagian silang gegelung dan kebolehtelapan magnet bahan.

Bagi pihaknya, kebolehtelapan magnet adalah harta yang bahan itu harus menarik medan magnet dan diseberang oleh ini. Setiap bahan mempunyai kebolehtelapan magnet yang berbeza.

Sebaliknya, induktansi berkadar songsang dengan panjang gegelung. Sekiranya induktor sangat panjang, nilai induktansi akan lebih rendah.

Unit pengukuran

Dalam Sistem Antarabangsa (SI) Perpaduan Induktansi adalah Henrio, sebagai penghormatan kepada ahli fizik Amerika Joseph Henry.

Menurut formula untuk menentukan induktansi bergantung kepada fluks magnet dan intensiti arus, ia harus:

Sebaliknya, jika kita menentukan unit pengukuran yang membentuk Henrio berdasarkan formula induktansi berdasarkan ketegangan yang diinduksi, kita ada:

Perlu diingat bahawa, dari segi unit pengukuran, kedua -dua ungkapan adalah setara dengan sempurna. Magnitud induktansi yang paling biasa biasanya dinyatakan dalam milihenrios (MH) dan microhenrios (μH).

Diri sendiri

Pengendalian diri adalah fenomena yang timbul apabila arus elektrik beredar melalui gegelung dan ini mendorong daya elektromotif intrinsik dalam sistem.

Boleh melayani anda: model lingkaran: sejarah, ciri, peringkat, contoh

Daya elektromotif ini dipanggil voltan atau voltan yang diinduksi, dan timbul akibat kehadiran fluks magnet berubah -ubah.

Daya elektromotif adalah berkadar dengan kelajuan variasi arus yang beredar melalui gegelung. Sebaliknya, perbezaan voltan baru ini mendorong peredaran arus elektrik baru yang masuk ke arah yang bertentangan dengan arus utama litar.

Sendiri berlaku akibat daripada pengaruh yang dilakukan oleh perhimpunan itu sendiri, disebabkan oleh kehadiran medan magnet berubah -ubah.

Unit pengukuran diri sendiri juga Henrio [H], dan biasanya diwakili dalam kesusasteraan dengan huruf l.

Aspek yang relevan

Adalah penting untuk membezakan di mana setiap fenomena berlaku: variasi temporal fluks magnet berlaku pada permukaan terbuka; iaitu, sekitar gegelung menarik.

Sebaliknya, daya elektromotif yang diinduksi dalam sistem adalah perbezaan potensi dalam gelung tertutup yang menonjolkan permukaan terbuka litar.

Sebaliknya, fluks magnet yang melintasi setiap bit gegelung berkadar terus dengan intensiti arus yang menyebabkannya.

Faktor perkadaran ini antara fluks magnet dan intensiti arus, adalah apa yang dikenali sebagai pekali induksi diri, atau apa yang sama, litar sendiri.

Memandangkan perkadaran antara kedua -dua faktor, jika intensiti semasa berbeza -beza bergantung pada masa, maka aliran magnet akan mempunyai tingkah laku yang sama.

Oleh itu, litar membentangkan perubahan dalam variasi semasa sendiri, dan variasi ini akan meningkat setakat yang intensiti arus berbeza dengan ketara.

Pengendalian diri dapat difahami sebagai sejenis inersia elektromagnet, dan nilainya akan bergantung kepada geometri sistem, dengan syarat perkadaran antara aliran magnet dan intensitas arus dipenuhi.

Induktansi bersama

Induktansi bersama berasal dari induksi daya elektromotif dalam gegelung (Coil No. 2), kerana peredaran arus elektrik dalam gegelung berdekatan (Coil No. 1).

Oleh itu, induktansi bersama ditakrifkan sebagai faktor perkadaran antara daya elektromotif yang dihasilkan dalam gegelung No. 2 dan variasi semasa dalam gegelung No. 1.

Unit pengukuran induktansi bersama ialah Henrio [H] dan diwakili dalam kesusasteraan dengan huruf m. Oleh itu, induktansi bersama adalah satu yang berlaku di antara dua gegelung ditambah antara satu sama lain, kerana peredaran semasa melalui gegelung menghasilkan ketegangan di terminal yang lain.

Fenomena induksi daya elektromotif dalam gegelung digabungkan berdasarkan undang -undang Faraday.

Menurut undang -undang ini, ketegangan yang diinduksi dalam sistem adalah berkadar dengan kelajuan variasi dalam fluks magnet pada waktunya.

Boleh melayani anda: ciptaan teknikal

Bagi pihaknya, polaritas daya elektromotor yang diinduksi diberikan oleh undang -undang Lenz, yang mengikut mana daya elektromotif ini akan menentang peredaran arus yang menghasilkannya.

Induktansi bersama oleh FEM

Daya elektromotor yang disebabkan oleh gegelung No. 2 diberikan oleh ungkapan matematik berikut:

Dalam ungkapan ini:

• FEM: Daya Elektromotif [V].
• M₁₂: Induktansi bersama antara gegelung No. 1 dan gegelung No. 2 [H].
• Δi₁: Variasi semasa dalam gegelung No. 1 [A].
• Δt: variasi sementara [s].

Oleh itu, dengan membersihkan induktansi bersama ekspresi matematik terdahulu, yang berikut adalah:

Aplikasi induktansi bersama yang paling biasa adalah pengubah.

Induktansi bersama dengan fluks magnet

Sebaliknya, ia juga boleh dilaksanakan.

Dalam ungkapan itu:

• M₁₂: Induktansi bersama antara gegelung No. 1 dan gegelung No. 2 [H].
• Φ₁₂: Fluks magnet antara gegelung No. 1 dan No. 2 [WB].
• Yo₁: Intensiti arus elektrik melalui gegelung No. 1 [A].

Semasa menilai aliran magnet setiap gegelung, masing -masing adalah berkadar dengan induktansi bersama dan arus gegelung itu. Kemudian, fluks magnet yang dikaitkan dengan gegelung No. 1 diberikan oleh persamaan berikut:

Begitu juga, fluks magnet yang wujud dalam gegelung kedua akan diperoleh dari formula di bawah:

Kesamaan induktansi bersama

Nilai induktansi bersama juga bergantung kepada geometri gegelung yang digabungkan, disebabkan oleh nisbah yang berkadar dengan medan magnet yang melintasi bahagian melintang unsur -unsur yang berkaitan.

Sekiranya gandingan gandingan tetap malar, induktansi bersama juga akan kekal tanpa variasi. Oleh itu, variasi aliran elektromagnet hanya bergantung pada intensiti arus.

Mengikut prinsip timbal balik media dengan sifat fizikal yang berterusan, induktansi bersama adalah sama antara satu sama lain, seperti yang terperinci dalam persamaan berikut:

Iaitu, induktansi gegelung No. 1 berhubung dengan gegelung No. 2 adalah sama dengan induktansi gegelung No. 2 berhubung dengan gegelung No. 1.

Aplikasi

MRI.

Peredaran semasa melalui penggulungan utama pengubah mendorong daya elektromotif dalam penggulungan sekunder yang, seterusnya, diterjemahkan ke dalam peredaran arus elektrik.

Nisbah transformasi peranti diberikan oleh bilangan lilitan setiap penggulungan, yang boleh dilakukan untuk menentukan voltan sekunder pengubah.

Produk voltan dan arus elektrik (iaitu, kuasa) tetap malar, kecuali beberapa kerugian teknikal disebabkan oleh ketidakcekapan intrinsik proses.