Эдс самоиндукции. Индуктивность.
Э. д. с. самоиндукции. Э. д. с. еL индуцирования в проводнике или катушке в результате изменения магнитного потока, созданного током, проходящим по этому же проводнику или катушке, носит название э. д. с. самоиндукции (рис. 60).
Рис. 60. Возникновение э.д.с. самоиндукции в витке (а) и в катушке (б).
Эта э. д. с. возникает при всяком изменении тока, например при замыкании и размыкании
электрических цепей, при изменении нагрузки электродвигателей и пр. Чем быстрее изменяется ток в проводнике или катушке, тем больше скорость изменения пронизывающего их магнитного потока и тем большая э. д. с. самоиндукции в них индуцируется. Например, э. д. с. самоиндукции еL возникает в проводнике АБ (см. рис. 54) при изменении протекающего по нему тока i1.
Рис. 54. Индуцирование э.д.с. в параллельно расположенных проводниках
При изменении проходящего по одному из них тока
Следовательно, изменяющееся магнитное поле индуцирует э. д. с. в том же самом проводнике, в котором изменяется ток, создающий это поле.
Направление э. д. с. самоиндукции определяется по правилу Ленца. Э. д. с. самоиндукции имеет всегда такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока. Следовательно, при возрастании тока в проводнике (катушке) индуцированная в них э. д. с. самоиндукции будет направлена против тока, т. е. будет препятствовать его возрастанию (рис. 61, а), и наоборот, при уменьшении тока в проводнике (катушке) возникает э. д. с. самоиндукции, совпадающая по направлению с током, т. е. препятствующая его убыванию (рис. 61, б). Если же ток в катушке не изменяется, то э. д. с. самоиндукции не возникает.
Рис. 61. Направление э.д.с. самоиндукции в катушке
При увеличении (а) и уменьшении (б) тока
Из рассмотренного выше правила для определения направления э. д. с. самоиндукции вытекает, что эта э. д. с. оказывает тормозящее действие на изменение тока в электрических цепях. В этом отношении ее действие аналогично действию силы инерции, которая препятствует изменению положения тела. В электрической цепи (рис. 62, а), состоящей из резистора с сопротивлением R и катушки К, ток i создается совместным действием напряжения U источника и э. д. с. самоиндукции еL индуцируемой в катушке. При подключении рассматриваемой цепи к источнику э. д. с. самоиндукции еL (см. сплошную стрелку) сдерживает нарастание силы тока. Поэтому ток i достигает установившегося
Рис. 62. Электрическая цепь с катушкой индуктивности (а)
И кривая изменения в ней тока при включении и выключении (б)
значения I = U/R (согласно закону Ома) не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени (рис. 62, б). За это время в электрической цепи происходит переходный процесс, при котором изменяются еL и i. Точно так же при выключении электрической цепи ток i не уменьшается мгновенно до нуля, а из-за действия э.д.с. еL (см. штриховую стрелку) постепенно уменьшается.
Индуктивность. Способность различных проводников (катушек) индуцировать э. д. с. самоиндукции оценивается индуктивностью L. Она показывает, какая э. д. с. самоиндукции возникает в данном проводнике (катушке) при изменении тока на 1 А в течение 1 с. Индуктивность измеряется в генри (Гн), 1 Гн = 1 Ом∙с. На практике индуктивность часто измеряют в тысячных долях генри — миллигенри (мГн) и в миллионных долях генри — микрогенри (мкГн).
Индуктивность катушки зависит от числа витков катушки ω и магнитного сопротивления RМ ее магнитопровода, т. е. от его магнитной проницаемости μа и геометрических размеров L и s. Если в катушку вставить стальной сердечник, ее индуктивность резко возрастает из-за усиления магнитного поля катушки. В этом случае ток 1 А создает значительно больший магнитный поток, чем в катушке без сердечника.
Используя понятие индуктивности L, можно получить для э. д. с. самоиндукции следующую формулу:
еL = - LΔi/Δt
где Δi – изменение тока в проводнике (катушке) за промежуток времени Δtэ.
Следовательно, э. д. с. самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока.