Электронный учебно-методический комплекс по учебному предмету
Главная»Раздел 2. Электромагнетизм»Индуктивность, самоиндукция и взаимоиндукция
2.4 Индуктивность, самоиндукция и взаимоиндукция
Ток, проходящий по виткам катушки, создает вокруг каждого витка магнитное поле. Следовательно, каждый виток пронизывается собственным магнитным потоком, который называется потоком самоиндукции и обозначается ФL. Сумма потоков всех витков катушки называется потокосцеплением самоиндукции и обозначается
где w – число витков катушки.
Потокосцепление, как и магнитный поток, пропорционально возбуждающему его току.
где L – коэффициент самоиндукции катушки, измеряемый в генри. За единицу индуктивности 1 Гн принимается индуктивность такого контура, в котором при изменении тока в 1 А за 1 с возбуждается ЭДС 1 В. В практике пользуются и производными величинами.
Явление возникновения ЭДС в цепи (катушке) под действием изменения силы собственного тока (магнитного потока) называется самоиндукцией, а возникающая ЭДС называется ЭДС самоиндукции.
Явление возникновения ЭДС в катушке под действием изменения силы тока в соседней катушке, расположенной рядом, называется взаимоиндукцией, а возникающая ЭДС называется ЭДС взаимоиндукции. Взаимоиндукция двух катушек зависит от размеров, формы, числа витков и взаимного расположения катушек, а также от магнитной проницаемости среды. Аналогично выражению (2.10) ЭДС взаимоиндукции для катушек запишется в таком виде.
где М – коэффициент взаимной индуктивности, который, как и коэффициент индуктивности (L), изменяется в генри (Гн).
Следовательно, ЭДС взаимоиндукции пропорциональна взаимной индуктивности катушек и скорости изменения тока.
Существует следующая зависимость между взаимной индуктивностью двух катушек и их индуктивностями:
где K – коэффициент связи, зависящий от взаимного расположения катушек. Явление взаимной индукции используется в различных электротехнических аппаратах, трансформаторах и приборах.
Вихревые токи. Индукционные токи возникают под действием переменного магнитного поляне только в проводниках катушки, но и в сплошных металлических телах. Если по катушке с сердечником проходит переменный ток, то в сердечнике под действием переменного магнитного поля возникают круговые (вихревые) индукционные токи, охватывающие линии магнитной индукции. Эти токи называются токами Фуко, в честь французского физика Фуко. Вихревые токи нагревают металл. В металлургии вихревые токи используются для плавки и закалки металлических изделий, для перемешивания расплавленного металла, а также в измерительных приборах.
В диске индукционного счетчика электрической энергии вихревые токи осуществляют вращение диска.
В ряде случаев вихревые токи оказывают вредные действие. Вихревые токи оказывают размагничивающее действие на магнитопроводы, вызывают нагрев магнитопроводов и увеличивают общие потери энергий. С целью уменьшения потерь от вихревых токов сердечники трансформаторов и других устройств выполняют из специальных сортов электротехнической стали, имеющей повышенное удельное сопротивление, сердечники выполняют не сплошными, а набранными из тонких листов 0,3-0,5 мм, изолированных друг от друга лаком. Плоскость пластин должна быть параллельна направлению магнитного потока.
Чтобы уменьшить вихревые токи в проводах, их изготавливают в виде жгута из отдельных жил, изолированных друг от друга.
Вопросы для самоконтроля
1. Что называется электромагнитной индукцией?
2. Что называется силой Лоренца? Напишите формулу силы Лоренца.
3. Напишите формулу кулоновской силы взаимодействия между зарядами.
4. Напишите формулу ЭДС электромагнитной индукции.
5. Для чего служит правило правой руки? Сформулируйте правило правой руки.
6. Сформулируйте правило Ленца.
7. Что называется ЭДС самоиндукции? Напишите формулу ЭДС самоиндукции.
8. В каких единицах измеряется индуктивность? Что принимают за единицу индуктивности один генри (1 Гн)?
9. Что называется взаимоиндукцией? Напишите формулу ЭДС взаимоиндукции.
10. Какие токи называются токами Фуко?
11. Приведите примеры вредности токов Фуко и способы уменьшения токов Фуко.
12. Приведите примеры полезности токов Фуко.