Взаимная индукция между двумя катушками и применение самоиндукции катушки

Если две неподвижные катушки расположены так, что одна катушка окружает другую, катушка погружена во вторую или даже одна расположена рядом с другой, то изменение силы электрического тока в одной из них ( размыкание или замыкание переключателя) вызовет электродвижущую силу в другой катушке.

Эксперимент по изучению взаимной индукции между двумя катушками

Шаги:

1. Подключите катушку к батарее, переключателю и реостату (первичной катушке).
2. Подключите вторую катушку к чувствительному гальванометру , нулевое показание которого находится в середине градуированной шкалы (вторичная катушка).
3. Выключите цепь первичной катушки, пока она находится внутри вторичной катушки.

Наблюдение:

• Стрелка гальванометра отклоняется в определенном направлении.
• Включите цепь первичной обмотки, чтобы стрелка гальванометра отклонилась в обратном направлении.
• Отодвиньте первичную катушку от вторичной, чтобы стрелка гальванометра отклонилась в определенном направлении.
• Держите первичную катушку неподвижно внутри вторичной катушки и увеличивайте силу электрического тока в первичной катушке, стрелка гальванометра отклоняется в определенном направлении.
• Уменьшите силу электрического тока в первичной обмотке, чтобы стрелка гальванометра отклонилась в противоположном направлении.

Вывод: Индуцированная ЭДС может возникать во вторичной обмотке под действием другой первичной обмотки.

Обратно-индуцированная электродвижущая сила и обратно-индуцированный ток

Когда напряженность создаваемого магнитного поля в первичной катушке увеличивается, индуцированное магнитное поле во вторичной катушке будет иметь противоположное направление, чтобы противостоять увеличению интенсивности действующего магнитного поля.

Случаи создания обратно наведенной электродвижущей силы :

1. Поднесение первичной обмотки близко к вторичной обмотке или когда первичная обмотка погружена внутрь вторичной.
2. Увеличение силы тока в первичной обмотке.
3. Включение первичной цепи при наличии первичной обмотки внутри вторичной обмотки или рядом с ней.

Прямая индуцированная электродвижущая сила и прямой индуцированный ток

Когда напряженность создаваемого магнитного поля в первичной катушке уменьшается, индуцированное магнитное поле во вторичной катушке будет в том же направлении, чтобы противостоять уменьшению интенсивности действующего магнитного поля.

Случаи создания прямолинейной электродвижущей силы:

1. При снятии первичной обмотки или удалении ее от вторичной обмотки.
2. Об уменьшении силы тока в первичной обмотке.
3. При отключении первичной цепи при наличии первичной обмотки внутри или рядом с вторичной обмоткой.

Взаимная индукция между двумя катушками — это электромагнитное взаимодействие между двумя катушками, находящимися близко друг к другу (или одна внутри другой), когда электрический ток с изменяющейся во времени интенсивностью проходит в одной катушке (первичной катушке), которая образуется во второй (вторичной катушке). ) индуцированный ток в таком направлении, чтобы противодействовать изменению силы тока в первичной обмотке.

Вычитание коэффициента взаимной индукции между двумя катушками:

Когда сила электрического тока в первичной катушке изменяется со скоростью (ΔI ₁ / Δt), генерируемая индуцированная (ЭДС) ₂ прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока в ней:

(ЭДС) ₂ ∝ ΔΦ _m / Δt

ΔΦ _м / Δt ∝ ΔI ₁ / Δt

(ЭДС) ₂ ∝ ΔI ₁ / Δt

(ЭДС) ₂ = Константа × ΔI ₁ / Δt

(ЭДС) ₂ = — M × ΔI ₁ / Δt

Где: M — коэффициент взаимной индукции между двумя катушками.

∴ M = — (ЭДС) ₂ / (ΔI ₁ / Δt)

Отрицательный знак означает, что индуцированная электродвижущая сила противодействует изменению, вызывающему ее по правилу Ленца. Единицей измерения коэффициента взаимной индукции является (Генри).

Коэффициент взаимной индукции между двумя катушками (M) — это наведенная электродвижущая сила, генерируемая в одной из двух катушек, когда сила электрического тока в другой катушке изменяется со скоростью 1 ампер каждую секунду.

Генри — это коэффициент взаимной индукции между двумя катушками, который, если сила электрического тока в одной из них изменяется со скоростью 1 ампер каждую секунду, он генерирует между концами другой катушки индуцированную ЭДС в 1 вольт.

Когда коэффициент взаимной индукции между двумя катушками = 0,3 Генри, это означает, что если сила электрического тока в одной из двух катушек изменяется со скоростью 1 А каждую секунду, это создает наведенную ЭДС 0,3 В в другой катушке.

Факторы, влияющие на взаимную индукцию между двумя катушками:

1. Коэффициент магнитной проницаемости среды (наличие железного сердечника внутри двух катушек).
2. Объем двух катушек (длина катушки и площадь витка).
3. Количество витков двух катушек.
4. Расстояние между ними.

Самоиндукция

Если катушка подключена к электрической цепи , то изменение силы электрического тока в этой катушке будет генерировать наведенную ЭДС, которая сопротивляется ее изменению. Самоиндукция — это электромагнитный эффект, индуцируемый в той же катушке, когда сила электрического тока увеличивается или уменьшается. , этот эффект действует, чтобы противодействовать такому изменению силы тока.

Эксперимент по изучению самоиндукции катушки

Шаги:

1. Подключите катушку сильного электромагнита (катушка с большим количеством витков) последовательно с батареей 6 В, выключателем и неоновой лампой (работает при 180 В) параллельно.
2. Включить цепь, чтобы в рассматриваемой катушке прошел ток.

Наблюдение: неоновая лампа не светится. Выключите цепь, поэтому между двумя выводами переключателя проходит электрическая искра, и неоновая лампа загорается в течение очень короткого периода времени.

Вывод: при включении цепи в катушке генерируется небольшая наведенная противоэлектродвижущая сила, которая задерживает исходный ток, чтобы достичь его максимального значения, из-за образования сильного магнитного поля , поскольку каждый виток действует как небольшой магнит, то магнитный поток связей с соседними витками.

Когда цепь катушки выключена, ток в ней перестает проходить и в катушке создается большая наведенная электродвижущая сила из-за большого количества витков (ЭДС N) и высокой скорости изменения силы электрического тока ( ЭДС ∝ ΔI / Δt).

Таким образом, индуцированный прямой электрический ток генерируется в том же направлении, что и исходный ток, проходящий в виде искры между выводами переключателя, это связано с уменьшением тока, которое приводит к генерации большой наведенной ЭДС между выводами. катушки за счет самоиндукции из-за большого количества витков катушки (ЭДС N) и большой скорости изменения тока (ЭДС ∝ ΔI / Δt).

Таким образом, прямой индуцированный ток генерируется в том же направлении, что и исходный ток, который проходит в форме искры между концами переключателя.

В эксперименте с самоиндукцией прямая индуцированная ЭДС в катушке всегда больше, чем обратная индуцированная ЭДС, генерируемая в ней, потому что скорость исчезновения тока всегда больше, чем скорость роста тока.

Провода стандартных резисторов намотаны, чтобы избежать эффекта самоиндукции в проводах, где индукция из-за протекания тока в любом витке нейтрализует индукцию из-за протекания тока в противоположном направлении в соседнем витке.

Вычитание коэффициента самоиндукции в катушке

Индуцированная ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока .

ЭДС ∝ ΔΦ _m / Δt

Скорость изменения магнитного потока пропорциональна скорости изменения тока.

ΔΦ _м / Δt ∝ (ΔI / Δt)

∴ ЭДС ∝ ΔI / Δt

ЭДС = Константа × ΔI / Δt

ЭДС = — L × ΔI / Δt

L = — ЭДС / (ΔI / Δt)

Где: L — коэффициент самоиндукции катушки, отрицательный знак означает, что индуцированная электродвижущая сила противодействует изменению, вызывающему ее по правилу Ленца.

Единицей измерения коэффициента самоиндукции является Генри, и он эквивалентен Вольт.секунда / Ампер или Ом.секунда, или Вебер / Ампер, или Тесла.метр² / Ампер.

Коэффициент самоиндукции в катушке (L) — это наведенная электродвижущая сила, генерируемая между выводами катушки, когда сила электрического тока в этой катушке изменяется со скоростью 1 ампер каждую секунду.

Генри — это коэффициент самоиндукции в катушке, когда сила электрического тока в этой катушке изменяется со скоростью 1 ампер каждую секунду и создает наведенную ЭДС в 1 вольт между ее концами.

Когда коэффициент самоиндукции в катушке = 0,01 Генри, это означает, что если сила электрического тока в катушке изменяется со скоростью 1 А / с, она создает наведенную ЭДС 0,01 В между ее концами за счет самоиндукции.

Коэффициент самоиндукции катушки можно рассчитать по следующей формуле: L = μ A N² / l

Где: (μ) — магнитная проницаемость среды, (A) площадь витка катушки, (N) — количество витков катушки, (l) — длина катушки.

Факторы, влияющие на самоиндукцию катушки:

1. Площадь поперечного сечения катушки (A) прямо пропорциональна.
2. Прямо пропорциональный квадрат числа витков (N²).
3. Магнитная проницаемость среды (μ), которая постоянна для каждой определенной среды, прямо пропорциональна.
4. Длина змеевика (l) прямо пропорциональна.

Применение самоиндукции катушки

Флюоресцентная лампа

Люминесцентная лампа используется в освещении. Магнитная энергия накапливается в катушке. Эта энергия разряжается в откачанной трубке, заполненной инертным газом , вызывая столкновения ее атомов и их последующую ионизацию и столкновение со стенками трубки, на которую нанесено покрытие. с флуоресцентным материалом, который приводит к излучению видимого света.

вихревые токи

Если количество линий магнитного потока изменяется через твердый проводник, то индуцированные электрические токи будут генерироваться в замкнутых путях в твердом проводнике, такие токи называются вихревыми токами, и это вызывает повышение температуры проводника.

Вихревые токи — это индуцированные электрические токи, которые генерируются в металлической детали из-за резки переменного магнитного потока. Они используются в индукционных печах для плавки металлов.

Условия возникновения: перемещение металлической детали в постоянном магнитном поле или воздействие на металлическое твердое тело переменного магнитного поля.

Недостатки: потеря электроэнергии в виде тепловой энергии .