Какими способами можно увеличить индуктивность катушки: Как увеличить индуктивность катушки

Как увеличить индуктивность катушки

Индуктивность катушки зависит от целого ряда ее конструктивных особенностей. К ним относятся число витков, диаметр, вид сердечника, его расположение и др. Для того чтобы индуктивность изменилась, достаточно соответствующих образом изменить хотя бы один из этих параметров.

Домотайте к катушке дополнительные витки. Это увеличит индуктивностьпри неизменных параметрах ее остальных конструктивных элементов, а у вариометра (катушки с подвижным сердечником) — сместит оба предела изменения индуктивности (верхний и нижний) в сторону увеличения. При намотке дополнительных витков может оказаться, что они не помещаются на каркасе. Не поддавайтесь соблазну использовать более тонкий провод, чем тот, что использован в катушке первоначально, чтобы не вызвать нагрев обмотки протекающим по ней током.

К катушке, не имеющей сердечника, добавьте таковой. Но помните, что он должен быть выполнен из такого материала, в котором рабочей частоте катушки не возникает потерь на вихревые токи. Для электромагнита, работающего на постоянном токе, подойдет сплошной стальной сердечник, для 50-герцового трансформатора — сердечник, набранный из оксидированных листов стали, в более высокочастотных катушках придется использовать сердечники из ферритов различных марок.

Помните, что даже при одном и том же количестве витков и прочих равных параметрах катушка большего диаметра будет иметь и большую индуктивность. Понятно, однако, что провода для ее изготовления потребуется больше.

Феррит выпускается с различной магнитной проницаемостью. Замените один ферритовый сердечник в катушке на другой, у которого значение этого параметра выше, и ее индуктивность увеличится. Но при этом уменьшится граничная частота, на которой такая катушка сможет работать без возникновения заметных потерь в сердечнике.

Существуют катушки, снабженные специальными механизмами для перемещения сердечника. Для того чтобы увеличить индуктивность в этом случае, вдвиньте сердечник внутрь каркаса.

Замкнутый магнитопровод при прочих равных условиях обеспечивает большую индуктивность, чем разомкнутый. Но старайтесь не применять такое решение в трансформаторах и дросселях, работающих при наличии постоянной составляющей. Она способна подмагничивать и насыщать замкнутый сердечник, тем самым, наоборот, вызывая снижение индуктивности катушки.

Катушка индуктивности. Параметры. Виды. Обозначение на схемах

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Катушка индуктивности относится к числу элементов, без которых не получится построить приемник, телевизор, радиоуправляемую модель, передатчик, генератор сигналов, модемный преобразователь, сетевой фильтр и т.п.

Катушку индуктивности или просто катушку можно представить в виде нескольких витков провода намотанного в спираль. Ток проходя по каждому витку спирали создает в них магнитное поле, которое пересекаясь с соседними витками наводит в них э.д.с самоиндукции. И чем провод длиннее и большее число витков он образует, тем самоиндукция больше.

Индуктивность

По своей сути индуктивность является электрической инерцией и ее основное свойство состоит в том, чтобы оказывать сопротивление всякому изменению протекающего тока. Если через катушку пропускать определенный ток, то ее индуктивность будет противодействовать как уменьшению, так и увеличению протекающего тока.

В отличие от конденсатора, который пропускает переменный и не пропускает постоянный ток, катушка индуктивности свободно пропускает постоянный ток и оказывает сопротивление переменному току, потому что он изменяется быстрее, чем может изменяться магнитное поле.

И чем больше индуктивность катушки и чем выше частота тока, тем оказываемое сопротивление сильнее. Это свойство катушки применяют, например, в приемной аппаратуре, когда требуется в электрической цепи преградить путь переменному току.

Индуктивность измеряется в генри (Гн), миллигенри (1мГн = 10ˉ3 Гн), микрогенри (1мкГн = 10ˉ6 Гн), наногенри (1нГн = 10ˉ9 Гн) и обозначается латинской буквой L.

Общие свойства катушек индуктивности

В зависимости от требуемой индуктивности и частоты, на которой катушка будет работать, она может иметь самые различные исполнения.

Для высоких частот это может быть простая катушка состоящая из нескольких витков провода или же катушка с сердечником из ферромагнитного материала и иметь индуктивность от нескольких наногенри до нескольких десятков миллигенри. Такие катушки применяются в радиоприемной, передающей, измерительной аппаратуре и т.п.

Катушки, работающие на высоких частотах, можно разделить на катушки контуров, катушки связи и дроссели высокой частоты. В свою очередь катушки контуров могут быть с постоянной индуктивностью и переменной индуктивностью (вариометры).

По конструктивному признаку высокочастотные катушки разделяются на однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, катушки без сердечников и катушки с магнитными и немагнитными сердечниками, бескаркасные, цилиндрические плоские и печатные.

Для работы в цепи переменного тока низкой частоты, на звуковых частотах, во входных фильтрах блоков питания, в цепях питания осветительного электрооборудования применяются катушки с достаточно большой индуктивностью. Их индуктивность достигает десятки и даже сотни генри, а в обмотках могут создаваться большие напряжения и протекать значительные токи.

Для увеличения индуктивности при изготовлении таких катушек применяют магнитопроводы (сердечники), собранные из отдельных тонких изолированных пластин сделанных из специальных магнитных материалов – электротехнических сталей, пермаллоев и др.

Применение наборных магнитопроводов обусловлено тем, что под действием переменного магнитного поля в сплошном магнитопроводе, который можно рассматривать как множество короткозамкнутых витков, образуются вихревые токи, которые нагревают магнитопровод, бесполезно потребляя часть энергии магнитного поля. Изоляция же между слоями стали оказывается на пути вихревых токов и значительно снижает потери.

Катушки с магнитопроводами из изолированных пластин можно разделить на дроссели и трансформаторы.

Основные параметры катушек индуктивности

Свойства катушек могут быть охарактеризованы четырьмя основными параметрами: индуктивностью, добротностью, собственной емкостью и стабильностью.

1. Индуктивность.

Индуктивность (коэффициент самоиндукции) является основным электрическим параметром и характеризует величину энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Чем больше индуктивность катушки, тем больше энергии она запасает в своем магнитном поле.

Индуктивность зависит от размеров каркаса, формы, числа витков катушки, диаметра и марки провода, а также от формы и материала магнитопровода (сердечника).

В радиолюбительских схемах, как правило, величину индуктивности не указывают, так как радиолюбителя интересует не эта величина, а количество витков провода в катушке, диаметр и марка провода, способ намотки (внавал, виток к витку, крест на крест, секционная намотка) и размеры каркаса катушки.

2. Добротность.

Добротность (Q) характеризуется качеством работы катушки индуктивности в цепях переменного тока и определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к ее активному сопротивлению потерь.

Активное сопротивление включает в себя сопротивление провода обмотки катушки; сопротивление, вносимое диэлектрическими потерями в каркасе; сопротивление, вносимое собственной емкостью и сопротивления, вносимые потери в экраны и сердечники.

Чем меньше активное сопротивление, тем выше добротность катушки и ее качество. В большинстве случаев добротность катушки определяют резонансные свойства и к.п.д. контура.
Современные катушки средних размеров имеют добротность около 50 – 300.

3. Собственная емкость.

Катушки индуктивности обладают собственной емкостью, которая увеличивается по мере увеличения числа витков и размеров катушки. Между соседними витками существует межвитковая емкость, из-за которой некоторая часть тока проходит не по проводу, а через емкость между витками, отчего сопротивление между выводами катушки уменьшается.

Все дело в том, что общее напряжение, приложенное к катушке, разделяется на межвитковые напряжения из-за чего между витками образуется электрическое поле, вызывающее скопление зарядов. Витки, разделенные слоями изоляции, образуют обкладки множества маленьких конденсаторов, через которые протекает часть тока, из общей емкости которых и складывается собственная емкость катушки. Таким образом катушка обладает не только индуктивными но и емкостными свойствами.

Собственная емкость является вредным параметром и ее стремятся уменьшить применением специальных форм каркаса и способом намотки провода.

4. Стабильность.

Стабильность катушки характеризуется изменением ее параметров под воздействием температуры, влажности и во времени.

Изменение индуктивности под влиянием температуры характеризуют температурным коэффициентом индуктивности (ТКИ), равным относительному изменению индуктивности при изменении температуры на 1°С. ТКИ катушки определяется способом намотки и качеством диэлектрика каркаса.

Влажность вызывает увеличение собственной емкости и диэлектрических потерь, а также понижает стабильность катушки. Для защиты от действия влажности применяется герметизация или пропитка и обволакивание обмотки негигроскопичными составами.

Такие катушки обладают более низкой добротностью и большой собственной емкостью, но при этом они более устойчивы к воздействию влаги.

Катушки индуктивности с магнитопроводами

Для получения малогабаритных катушек различного назначения применяют магнитопроводы (сердечники), которые изготавливают из магнитодиэлектриков и ферритов. Катушки с магнитопроводами имеют меньшее число витков при заданной индуктивности, малую длину провода и небольшие размеры.

Ценным свойством катушек с магнитопроводами является возможность их подстройки, т.е. изменения индуктивности в небольших пределах путем перемещения внутри катушки специального цилиндрического подстроечника, состоящего из феррита с напрессованной на него резьбовой втулкой.

Магнитодиэлектрики представляют собой измельченное вещество, содержащее в своем составе железо (ферромагнетик), частицы которого равномерно распределены в массе диэлектрика (бакелита или аминопласта). Наиболее широко применяют магнитопроводы из альсифера (сплав алюминия, кремния и железа) и карбонильного железа.

Ферриты представляют собой твердые растворы окислов металлов или их солей, прошедшие специальную термическую обработку (обжиг). Получающееся при этом вещество – полупроводниковая керамика – обладает очень хорошими магнитными свойствами и малыми потерями даже на очень высоких частотах.

Основным достоинством ферритов является высокая магнитная проницаемость, которая позволяет существенно уменьшить размеры катушек.

В старых принципиальных схемах магнитопроводы из магнитодиэлектриков и ферритов обозначались одинаково – утолщенной штриховой линией (рис. а). Впоследствии стандарт ЕСКД оставил этот символ для магнитопроводов из магнитодиэлектрика, а для ферритовых ввел обозначение, ранее применявшееся только для магнитопроводов низкочастотных дросселей и трансформаторов – сплошную жирую линию (рис. б). Однако согласно последней редакции ГОСТ 2.723.68 (март 1983г.) магнитопроводы катушек изображают линиями нормальной толщины (рис. в).

Катушки, индуктивность которых можно изменять с помощью магнитопровода, на электрических схемах указываются при помощи знака подстроечного регулирования, который вводится в ее условное обозначение.

Изменение индуктивности обозначают двумя способами: либо знаком подстроечного регулирования пересекающим обозначения катушки и магнитопровода (рис. а), либо только пересечением магнитопровода с изображением его над катушкой (рис. б).

Экранированные катушки индуктивности

Для устранения паразитных связей, обусловленных внешним электромагнитным полем катушки и влияния на катушку окружающего пространства, ее экранируют, т.е. помещают в замкнутом металлическом экране.

Однако под влиянием экрана изменяются основные электрические параметры катушки: уменьшаются индуктивность и добротность, увеличивается сопротивление и собственная емкость.

Изменение параметров катушки тем больше, чем ближе к ее виткам расположен экран, т.е. изменение параметров зависит от соотношения между размерами катушки и размерами самого экрана.

Для высокочастотных катушек экраны выполняются в виде круглых или прямоугольных стаканов из алюминия, меди или латуни с толщиной стенок 0,3 – 0,5 мм.

Чтобы на схемах обозначить экранированную катушку, ее условное обозначение помещают в знак экранирования, который соединяют с корпусом.

Также необходимо отметить, что экранировать необходимо лишь катушки большого размера, диаметр которых составляет более 15 – 20 мм.

Катушки диаметром не более 4 – 5 мм создают магнитное поле в относительно небольшом пространстве и при удалении таких катушек от других деталей на расстояние в 4 – 5 раз больше их диаметра опасных связей, как правило, не возникает, поэтому они не нуждаются в специальном экранировании.

Обозначение катушек с отводами и начала обмотки

В радио и электротехнической аппаратуре, например, в приемниках или импульсных преобразователях напряжения, иногда используют не всю индуктивность катушки, а только некоторую ее часть. Для таких случаев катушки изготавливают с отводом или отводами.

При разработке некоторых конструкций иногда необходимо строго соблюсти начало и конец обмотки катушки или трансформатора. Чтобы указать, какой из концов обмотки является началом, а какой – концом, у вывода начала обмотки ставят жирную точку.

Для подстройки катушек на частотах свыше 15…20 МГц часто применяют магнитопроводы из немагнитных материалов (меди, алюминия и т.п.). Возникающие в таком магнитопроводе под действием магнитного поля катушки вихревые токи создают свое поле, противодействующее основному, в результате чего индуктивность катушки уменьшается.

Немагнитный магнитопровод-подстроечник обозначают так же, как и ферритовый, но рядом указывают химический символ металла, из которого он изготовлен. На рисунке изображен подстроечник, изготовленный из меди.

Вот и все, что хотел рассказать о катушках индуктивности.
Удачи!

Литература:
1. В. А. Волгов «Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры».
2. В. В. Фролов «Язык радиосхем».
3. М. А. Сгут «Условные обозначения и радиосхемы».

магнитное поле катушки с током. Способы влияния на магнитные силы катушки Наибольшим магнитным полем обладает катушка с

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.

Рис. 97. Притяжение железных опилок катушкой с током

Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).

Рис. 98. Полюсы катушки с током

Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).

Рис. 99. Магнитные линии катушки с током

Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.

На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней
.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется
.

Рис. 100. Действие магнитного поля катушки

Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки
(рис. 101).

Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом
.

Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

Рис. 102. Дугообразный электромагнит

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).

Рис. 103. Применение электромагнитов

На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.

Рис. 104. Магнитный сепаратор

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.

Вопросы

1. В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
3. Что называют электромагнитом?
4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?
5. Как устроен магнитный сепаратор для зерна?

Упражнение 41

1. Нужно построить электромагнит, подъёмную силу которого можно регулировать, не изменяя конструкции. Как это сделать?
2. Что надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы катушки с током на противоположные?
3. Как построить сильный электромагнит, если конструктору дано условие, чтобы ток в электромагните был сравнительно малым?
4. Используемые в подъёмном кране электромагниты обладают громадной мощностью. Электромагниты, при помощи которых удаляют из глаз случайно попавшие железные опилки, очень слабы. Какими способами достигают такого различия?

Задание

Проводник, по которому протекает электрический ток, создает магнитное поле которое характеризуется вектором напряженности `H
(рис. 3). Напряженность магнитного поля подчиняется принципу суперпозиции

а, согласно закону Био-Савара-Лапласа,

где I
– сила тока в проводнике, – вектор, имеющий длину элементарного отрезка проводника и направленный по направлению тока, `r
– радиус вектор, соединяющий элемент с рассматриваемой точкой P
.

Одной из часто встречающихся конфигураций проводников с током является виток в виде кольца радиуса R (рис. 3, а). Магнитное поле такого тока в плоскости, проходящей через ось симметрии, имеет вид (см. рис. 3, б). Поле в целом должно иметь вращательную симметрию относительно оси z (рис. 3, б), а сами силовые линии должны быть симметричны относительно плоскости петли (плоскости xy
). Поле в непосредственной близости от проводника будет напоминать поле вблизи длинного прямого провода, так как здесь влияние удаленных частей петли относительно невелико. На оси кругового тока поле направлено вдоль оси Z
.

Вычислим напряженность магнитного поля на оси кольца в точке расположенной на расстоянии z от плоскости кольца. По формуле (6) достаточно вычислить z-компоненту вектора :

. (7)

Интегрируя по всему кольцу, получим òdl
= 2pR
. Поскольку, согласно теореме Пифагора r
2 = R
2 + z 2 , то искомое поле в точке на оси по величине равно

. (8)

Направление вектора `H
может быть направлено по правилу правого винта.

В центре кольца z
= 0 и формула (8) упрощается:

Нас интересуеткороткая катушка
– цилиндрическая проволочная катушка, состоящая из N
витков одинакового радиуса. Из-за осевой симметрии и в соответствии с принципом суперпозиции магнитное поле такой катушки на оси H представляет собой алгебраическую сумму полей отдельных витков H
i: . Таким образом, магнитное поле короткой катушки, содержащей N
к витков, в произвольной точке оси рассчитывается по формулам

, , (10)

где H
– напряженность, B
– индукция магнитного поля.

Магнитное поле соленоида с током

Для расчета индукции магнитного поля в соленоиде используется теорема о циркуляции вектора магнитной индукции:

, (11)

где – алгебраическая сумма токов, охватываемых контуром L
произвольной формы, n
– число проводников с токами, охватываемых контуром. При этом каждый ток учитывается столько раз, сколько раз он охватывается контуром, а положительным считается ток, направление которого образует с направлением обхода по контуру правовинтовую систему, – элемент контура L
.

Применим теорему о циркуляции вектора магнитной индукции к соленоиду, длиной l
, имеющим N
с витков с силой тока I
(рис. 4). В расчете учтем, что практически всё поле сосредоточено внутри соленоида (краевыми эффектами пренебрегаем) и оно является однородным. Тогда формула 11 примет вид:

,

откуда находим индукцию магнитного поля, создаваемую током внутри соленоида:

Рис. 4. Соленоид с током и его магнитное поле

Схема установки

Рис. 5 Принципиальная электрическая схема установки

1 – измеритель индукции магнитного поля (тесламетр), А – амперметр, 2 – соединительный провод, 3 – измерительный щуп, 4 – датчик Холла*, 5 – исследуемый объект (короткая катушка, прямой проводник, соленоид), 6 – источник тока, 7 – линейка для фиксирования положения датчика, 8 – держатель щупа.

* – принцип работы датчика основан на явлении эффекта Холла (см. лаб. работу № 15 Изучение эффекта Холла)

Порядок выполнения работы

1. Исследование магнитного поля короткой катушки

1.1. Включить приборы. Выключатели источника питания и тесламетра расположены на задних панелях.

1.2. В качестве исследуемого объекта 5 (см. рис. 5) установить в держатель короткую катушку и подключить ее к источнику тока 6.

1.3. Регулятор напряжения на источнике 6 поставить в среднее положение. Установить силу тока, равную нулю, путем регулировки выхода силы тока на источнике 6 и произвести контроль по амперметру (значение должно быть равно нулю).

1.4. Регуляторами грубой 1 и тонкой настройки 2 (рис. 6) добиться нулевых показаний тесламетра.

1.5. Установить держатель с измерительным щупом на линейке в удобном для считывания положении – например, в координате 300 мм. В дальнейшем принять это положение за нулевое. Следить при установке и в процессе измерений за параллельностью между щупом и линейкой.

1.6. Расположить держатель с короткой катушкой таким образом, чтобы датчик Холла 4 находился в центре витков катушки (рис. 7). Для этого использовать зажимно – регулировочный винт по высоте на держателе измерительного щупа. Плоскость катушки должна быть перпендикулярна щупу. В процессе подготовки измерений перемещать держатель с исследуемым образцом, оставляя неподвижным измерительный щуп.

1.7. Убедиться, что за время прогрева тесламетра, его показания остались нулевыми. Если это не выполнено – установить нулевые показания тесламетра при нулевом токе в образце.

1.8. Установить силу тока в короткой катушке 5 А (путем регулировки выхода на источнике питания 6, Constanter/Netzgerät Universal).

1.9. Измерить магнитную индукцию B
эксп на оси катушки в зависимости от расстояния до центра катушки. Для этого смещать держатель измерительного щупа по линейке, сохраняя параллельность своему первоначальному положению. Отрицательные значения z соответствуют смещению щупа в область меньших координат, чем начальная, и наоборот – положительные значения z – в области больших координат. Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1 Зависимость магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния до центра катушки

1.10. Повторить пункты 1.2 – 1.7.

1.11. Измерить зависимость индукции в центре витка от силы тока, проходящей через катушку. Данные занести в таблицу 2.

Таблица 2 Зависимость магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней

2. Исследование магнитного поля соленоида

2.1. В качестве исследуемого объекта 5 установить соленоид на регулируемую по высоте металлическую скамью из немагнитного материала (рис. 8).

2.2. Повторить 1.3 – 1.5.

2.3. Отрегулировать высоту скамьи так, чтобы измерительный щуп проходил по оси симметрии соленоида, а датчик Холла оказался в середине витков соленоида.

2.4. Повторить пункты 1.7 – 1.11 (вместо короткой катушки здесь используется соленоид). Данные занести соответственно в таблицы 3 и 4. При этом координату центра соленоида определить следующим образом: установить датчик Холла в начало соленоида и зафиксировать координату держателя. Затем передвигать держатель по линейке вдоль оси соленоида до тех пор пока конец датчика не окажется на другой стороне соленоида. Зафиксировать координату держателя в этом положении. Координата центра соленоида будет равна среднему арифметическому из двух измеренных координат.

Таблица 3 Зависимость магнитной индукции на оси соленоида от расстояния до его центра.

2.5. Повторить пункты 1.3 – 1.7.

2.6. Измерить зависимость индукции в центре соленоида от силы тока, проходящей через катушку. Данные занести в таблицу 4.

Таблица 4 Зависимость магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем

3. Исследование магнитного поля прямого проводника с током

3.1. В качестве исследуемого объекта 5 установить прямой проводник с током (рис. 9, a). Для этого соединить провода, идущие от амперметра и источника питания между собой (закоротить внешнюю цепь) и расположить проводник непосредственно на краю щупа 3 у датчика 4, перпендикулярно щупу (рис. 9, b). Для поддержки проводника использовать регулируемую по высоте металлическую скамью из немагнитного материала с одной стороны щупа и держатель для исследуемых образцов – с другой стороны (в одно из гнезд держателя можно включить клемму проводника для более надежной фиксации этого проводника). Проводнику придать прямолинейную форму.

3.2. Повторить пункты 1.3 – 1.5.

3.3. Определить зависимость магнитной индукции от силы тока в проводнике. Измеренные данные занести в таблицу 5.

Таблица 5 Зависимость магнитной индукции, создаваемой прямолинейным проводником, от силы тока в нем

4. Определение параметров исследованных объектов

4.1. Определить (при необходимости – измерить) и записать в таблицу 6 необходимые для расчетов данные: N к
– число витков короткой катушки, R
– её радиус; N с
– число витков соленоида, l
– его длина, L
– его индуктивность (указано на соленоиде), d
– его диаметр.

Таблица 6 Параметры исследуемых образцов

Обработка результатов

1. По формуле (10) рассчитать магнитную индукцию, создаваемую короткой катушкой с током. Данные занести в таблицы 1 и 2. По данным таблицы 1 построить теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции на оси короткой катушки от расстояния z до центра катушки. Теоретическую и экспериментальную зависимости построить в одних координатных осях.

2. По данным таблицы 2 построить теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции в центре короткой катушки от силы тока в ней. Теоретическую и экспериментальную зависимости построить в одних координатных осях. Рассчитать напряженность магнитного поля в центре катушки при силе тока в ней 5 А с использованием формулы (10).

3. По формуле (12) рассчитать магнитную индукцию, создаваемую соленоидом. Данные занести в таблицы 3 и 4. По данным таблицы 3 построить теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции на оси соленоида от расстояния z до его центра. Теоретическую и экспериментальную зависимости построить в одних координатных осях.

4. По данным таблицы 4 построить теоретическую и экспериментальную зависимости магнитной индукции в центре соленоида от силы тока в нем. Теоретическую и экспериментальную зависимости построить в одних координатных осях. Рассчитать напряженность магнитного поля в центре соленоида при силе тока в нем 5 А.

5. По данным таблицы 5 построить экспериментальную зависимость магнитной индукции, создаваемой проводником, от силы тока в нем.

6. На основании формулы (5) определить кратчайшее расстояние r
o от датчика до проводника с током (это расстояние обусловлено толщиной изоляции проводника и толщиной изоляции датчика в щупе). Результаты расчета занести в таблицу 5. Вычислить среднее арифметическое значение r
o , сопоставить с визуально наблюдаемой величиной.

7. Рассчитать индуктивность соленоида L.
Результаты расчетов занести в таблицу 4. Сопоставить полученное среднее значение L
с зафиксированным значением индуктивности в таблице 6. Для расчета воспользоваться формулой , где Y
– потокосцепление, Y
= N с BS,
где В
– магнитная индукция в соленоиде (по данным таблицы 4), S
= pd
2 /4 – площадь сечения соленоида.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается закон Био-Савара-Лапласа и как его применять при расчете магнитных полей проводников с током?

2. Как определяется направление вектора H
в законе Био-Савара-Лапласа?

3. Как взаимосвязаны вектора магнитной индукции B
и напряженности H
между собой? Каковы их единицы измерения?

4. Как используется закон Био-Савара-Лапласа в расчете магнитных полей?

5. Как измеряется магнитное поле в данной работе? На каком физическом явлении основан принцип измерения магнитного поля?

6. Дайте определение индуктивности, магнитного потока, потокосцепления. Укажите единицы измерения этих величин.

библиографический список

учебной литературы

1. Калашников Н.П.
Основы физики. М.: Дрофа, 2004. Т. 1

2. Савельев И.В
. Курс физики. М.: Наука, 1998. Т. 2.

3. Детлаф А.А.
, Яворский Б.М.
Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.

4. Иродов И.Е
Электромагнетизм. М.: Бином, 2006.

5. Яворский Б.М.
, Детлаф А.А.
Справочник по физике. М.: Наука, 1998.

Создает вокруг себя магнитное поле . Человек не был бы собой, если бы не придумал, как использовать такое замечательное свойство тока. На основе этого явления человек создал электромагниты.

Их применение очень широко и повсеместно в современном мире. Электромагниты замечательны тем, что в отличие от постоянных магнитов, их можно включать и выключать при необходимости, а также менять силу магнитного поля вокруг них. Каким образом используются магнитные свойства тока? Как создаются и используются электромагниты?

Магнитное поле катушки с током

В результате экспериментов удалось выяснить, что магнитное поле вокруг проводника с током можно усилить, если провод свернуть в форме спирали. Получается своего рода катушка. Магнитное поле такой катушки много больше магнитного поля одинокого проводника.

Причем силовые линии магнитного поля катушки с током располагаются схожим образом с силовыми линиями обычного прямоугольного магнита. Катушка имеет два полюса и дугами расходящиеся магнитные линии вдоль катушки. Такой магнит можно в любой момент включить и выключить, соответственно, включая и выключая ток в проводах катушки.

Способы влияния на магнитные силы катушки

Однако, оказалось, что катушка с током имеет и другие замечательные свойства. Чем из большего количества витков состоит катушка, тем сильнее становится магнитное поле. Это позволяет собирать магниты различной силы действия. Однако есть более простые способы воздействия на величину магнитного поля.

Так, при увеличении силы тока в проводах катушки возрастает сила магнитного поля, и, наоборот, при уменьшении силы тока, магнитное поле ослабевает. То есть, при элементарном подключении реостата, мы получаем регулируемый магнит.

Магнитное поле катушки с током можно значительно усилить, введя внутрь спирали железный стержень. Он называется сердечником. Применение сердечника позволяет создавать очень мощные магниты. Например, в производстве используют магниты, способные поднимать и удерживать несколько десятков тонн веса. Это достигается следующим образом.

Сердечник изгибают в виде дуги, а на два его конца надевают две катушки, по которым пускают ток. Катушки соединяют проводами 4е так, что их полюса совпадают. Сердечник усиливает их магнитное поле. Снизу к этой конструкции подводят пластину с крюком, на который подвешивают груз. Подобные устройства используют на заводах и в портах для того, чтобы перемещать грузы очень большого веса. Эти грузы легко подсоединяются и отсоединяются при включении и отключении тока в катушках.

Электромагниты и их применение

Электромагниты используют настолько повсеместно, что, пожалуй, трудно назвать электромеханический прибор, в котором бы они не применялись. Двери в подъездах удерживаются электромагнитами.

Электродвигатели самых различных устройств преобразуют электрическую энергию в механическую с помощью электромагнитов. Звук в колонках создается с помощью магнитов. И это далеко не полный список. Огромное количество удобств современной жизни обязано своим существованием применению электромагнитов.

Приветствую всех на нашем сайте!

Мы продолжаем изучать электронику
с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности
. Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – и .

Устройство и принцип работы катушки индуктивности.

Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку:), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего витки наматываются на цилиндрический или тороидальный каркас:

Важнейшей характеристикой катушки индуктивности
является, естественно, индуктивность, иначе зачем бы ей дали такое название 🙂 Индуктивность – это способность преобразовывать энергию электрического поля в энергию магнитного поля. Это свойство катушки связано с тем, что при протекании по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле:

А вот как выглядит магнитное поле, возникающее при прохождении тока через катушку:

В общем то, строго говоря, любой элемент в электрической цепи имеет индуктивность, даже обычный кусок провода. Но дело в том, что величина такой индуктивности является очень незначительной, в отличие от индуктивности катушек. Собственно, для того, чтобы охарактеризовать эту величину используется единица измерения Генри (Гн). 1 Генри – это на самом деле очень большая величина, поэтому чаще всего используются мкГн (микрогенри) и мГн (милигенри). Величину индуктивности
катушки можно рассчитать по следующей формуле:

Давайте разберемся, что за величину входят в это выражение:

Из формулы следует, что при увеличении числа витков или, к примеру, диаметра (а соответственно и площади поперечного сечения) катушки, индуктивность будет увеличиваться. А при увеличении длины – уменьшаться. Таким образом, витки на катушке стоит располагать как можно ближе друг к другу, поскольку это приведет к уменьшению длины катушки.

С устройством катушки индуктивности
мы разобрались, пришло время рассмотреть физические процессы, которые протекают в этом элементе при прохождении электрического тока. Для этого мы рассмотрим две схемы – в одной будем пропускать через катушку постоянный ток, а в другой -переменный 🙂

Итак, в первую очередь, давайте разберемся, что же происходит в самой катушке при протекании тока. Если ток не изменяет своей величины, то катушка не оказывает на него никакого влияния. Значит ли это, что в случае постоянного тока использование катушек индуктивности и рассматривать не стоит? А вот и нет 🙂 Ведь постоянный ток можно включать/выключать, и как раз в моменты переключения и происходит все самое интересное. Давайте рассмотрим цепь:

Резистор выполняет в данном случае роль нагрузки, на его месте могла бы быть, к примеру, лампа. Помимо резистора и индуктивности в цепь включены источник постоянного тока и переключатель, с помощью которого мы будем замыкать и размыкать цепь.

Что же произойдет в тот момент когда мы замкнем выключатель?

Ток через катушку
начнет изменяться, поскольку в предыдущий момент времени он был равен 0. Изменение тока приведет к изменению магнитного потока внутри катушки, что, в свою очередь, вызовет возникновение ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции, которую можно выразить следующим образом:

Возникновение ЭДС приведет к появлению индукционного тока в катушке, который будет протекать в направлении, противоположном направлению тока источника питания. Таким образом, ЭДС самоиндукции будет препятствовать протеканию тока через катушку (индукционный ток будет компенсировать ток цепи из-за того, что их направления противоположны). А это значит, что в начальный момент времени (непосредственно после замыкания выключателя) ток через катушку будет равен 0. В этот момент времени ЭДС самоиндукции максимальна. А что же произойдет дальше? Поскольку величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения тока, то она будет постепенно ослабевать, а ток, соответственно, наоборот будет возрастать. Давайте посмотрим на графики, иллюстрирующие то, что мы обсудили:

На первом графике мы видим входное напряжение цепи
– изначально цепь разомкнута, а при замыкании переключателя появляется постоянное значение. На втором графике мы видим изменение величины тока через катушку
индуктивности. Непосредственно после замыкания ключа ток отсутствует из-за возникновения ЭДС самоиндукции, а затем начинает плавно возрастать. Напряжения на катушке наоборот в начальный момент времени максимально, а затем уменьшается. График напряжения на нагрузке будет по форме (но не по величине) совпадать с графиком тока через катушку (поскольку при последовательном соединении ток, протекающий через разные элементы цепи одинаковый). Таким образом, если в качестве нагрузки мы будем использовать лампу, то они загорится не сразу после замыкания переключателя, а с небольшой задержкой (в соответствии с графиком тока).

Аналогичный переходный процесс в цепи будет наблюдаться и при размыкании ключа. В катушке индуктивности возникнет ЭДС самоиндукции, но индукционный ток в случае размыкания будет направлен в том же самом направлении, что и ток в цепи, а не в противоположном, поэтому запасенная энергия катушки индуктивности пойдет на поддержание тока в цепи:

После размыкания ключа возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует уменьшению тока через катушку, поэтому ток достигает нулевого значения не сразу, а по истечении некоторого времени. Напряжение же в катушке по форме идентично случаю замыкания переключателя, но противоположно по знаку. Это связано с тем, что изменение тока, а соответственно и ЭДС самоиндукции в первом и втором случаях противоположны по знаку (в первом случае ток возрастает, а во втором убывает).

Кстати, я упомянул, что величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения силы тока, так вот, коэффициентом пропорциональности является ни что иное как индуктивность катушки:

На этом мы заканчиваем с катушками индуктивности в цепях постоянного тока и переходим к цепям переменного тока
.

Рассмотрим цепь, в которой на катушку индуктивности подается переменный ток:

Давайте посмотрим на зависимости тока и ЭДС самоиндукции от времени, а затем уже разберемся, почему они выглядят именно так:

Как мы уже выяснили ЭДС самоиндукции
у нас прямо пропорциональна и противоположна по знаку скорости изменения тока:

Собственно, график нам и демонстрирует эту зависимость 🙂 Смотрите сами – между точками 1 и 2 ток у нас изменяется, причем чем ближе к точке 2, тем изменения меньше, а в точке 2 в течении какого-то небольшого промежутка времени ток и вовсе не изменяет своего значения. Соответственно скорость изменения тока максимальна в точке 1 и плавно уменьшается при приближении к точке 2, а в точке 2 равна 0, что мы и видим на графике ЭДС самоиндукции
. Причем на всем промежутке 1-2 ток возрастает, а значит скорость его изменения положительна, в связи с этим на ЭДС на всем этом промежутке напротив принимает отрицательные значения.

Аналогично между точками 2 и 3 – ток уменьшается – скорость изменения тока отрицательная и увеличивается – ЭДС самоиндукции увеличивается и положительна. Не буду расписывать остальные участки графика – там все процессы протекают по такому же принципу 🙂

Кроме того, на графике можно заметить очень важный момент – при увеличении тока (участки 1-2 и 3-4) ЭДС самоиндукции и ток имеют разные знаки (участок 1-2: , title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>, участок 3-4: title=»Rendered by QuickLaTeX.com»>, ). Таким образом, ЭДС самоиндукции препятствует возрастанию тока (индукционные токи направлены “навстречу” току источника). А на участках 2-3 и 4-5 все наоборот – ток убывает, а ЭДС препятствует убыванию тока (поскольку индукционные токи будут направлены в ту же сторону, что и ток источника и будут частично компенсировать уменьшение тока). И в итоге мы приходим к очень интересному факту – катушка индуктивности оказывает сопротивление переменному току, протекающему по цепи. А значит она имеет сопротивление, которое называется индуктивным или реактивным и вычисляется следующим образом:

Где – круговая частота: . – это .

Таким образом, чем больше частота тока, тем большее сопротивление будет ему оказывать катушка индуктивности. А если ток постоянный ( = 0), то реактивное сопротивление катушки равно 0, соответственно, она не оказывает влияния на протекающий ток.

Давайте вернемся к нашим графикам, которые мы построили для случая использования катушки индуктивности в цепи переменного тока. Мы определили ЭДС самоиндукции катушки, но каким же будет напряжение ? Здесь все на самом деле просто 🙂 По 2-му закону Кирхгофа:

А следовательно:

Построим на одном графике зависимости тока и напряжения в цепи от времени:

Как видите ток и напряжение сдвинуты по фазе () друг относительно друга, и это является одним из важнейших свойств цепей переменного тока, в которых используется катушка индуктивности:

При включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между напряжением и током, при этом ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода.

Вот и с включением катушки в цепь переменного тока мы разобрались 🙂

На этом, пожалуй, закончим сегодняшнюю статью, она получилась уже довольно объемной, поэтому дальнейший разговор о катушках индуктивности мы будем вести в следующий раз. Так что до скорых встреч, будем рады видеть вас на нашем сайте!

Движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Поток электронов, проходящих по проводнику создают магнитное поле вокруг проводника. Если металлический провод намотать кольцами на какой-нибудь стержень, то получится катушка. Оказывается магнитное поле, создаваемое такой катушкой, обладает интересными и, самое главное, полезными свойствами.

Почему возникает магнитное поле

Магнитные свойства некоторых веществ, позволяющие притягивать металлические предметы, были известны с давних времен. Но к пониманию сути этого явления удалось приблизиться только в начале XIX века. По аналогии с электрическими зарядами, были попытки объяснить магнитные эффекты с помощью неких магнитных зарядов (диполей). В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка отклоняется при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.

Тогда же французский исследователь Андре Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, вызывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкивание, если токи направлены в разные стороны.

Рис. 1. Опыт Ампера с проводами с током. Стрелка компаса вблизи провода с током

На основании этих наблюдений Ампер пришел к выводу, что взаимодействие тока со стрелкой, притяжение (и отталкивание) проводов и постоянных магнитов между собой можно объяснить, если предположить, что магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Дополнительно Ампер выдвинул смелую гипотезу, согласно которой внутри вещества существуют незатухающие молекулярные токи, которые и являются причиной возникновения постоянного магнитного поля. Тогда все магнитные явления можно объяснить взаимодействием движущихся электрических зарядов, и никаких особенных магнитных зарядов не существует.

Математическую модель (теорию), с помощью которой стало возможным рассчитывать величину магнитного поля и силу взаимодействия, разработал английский физик Джеймс Максвелл. Из уравнений Максвелла, объединивших электрические и магнитные явления, следовало, что:

• Магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов;
• Постоянное магнитное поле существует у природных магнитных тел, но и в этом случае причиной возникновения поля является непрерывное движение молекулярных токов (вихрей) в массе вещества;
• Магнитное поле можно создать еще с помощью переменного электрического поля, но это тема будет рассмотрена в следующих наших статьях.

Магнитное поле катушки с током

Металлический провод, намотанный кольцами на любой цилиндрический стержень (деревянный, пластмассовый и т.п.) — это и есть электромагнитная катушка. Провод должен быть изолированным, то есть покрыт каким-либо изолятором (лаком или пластиковой оплеткой) во избежание замыкания соседних витков. В результате протекания тока магнитные поля всех витков складываются и получается, что суммарное магнитное поле катушки с током идентично (полностью похоже) магнитному полю постоянного магнита.

Рис. 2. Магнитное поле катушки и постоянного магнита.

Внутри катушки магнитное поле будет однородное, как в постоянном магните. Снаружи магнитные линии поля катушки с током можно обнаружить с помощью мелких металлических опилок. Линии магнитного поля замкнуты. По аналогии с магнитной стрелкой компаса, катушка с током имеет два полюса — южный и северный. Силовые линии выходят из северного полюса и заканчиваются в южном.

Для катушек с током существуют дополнительные, отдельные названия, которые используют в зависимости от области применения:

• Катушка индуктивности, или просто — индуктивность
  . Термин используется в радиотехнике;
• Дроссель
  (drossel — регулятор, ограничитель). Используется в электротехнике;
• Соленоид
  . Это составное слово происходит от двух греческих слов: solen — канал, труба и eidos — подобный).2*S}\over l_к} $$

  N — число витков катушки;

  S — площадь поперечного сечения катушки;

  l к — длина катушки;

  μ — магнитная проницаемость материала сердечника — справочная величина. Сердечник представляет собой металлический стержень, помещенный внутрь катушки. Он позволяет значительно увеличивать величину магнитного поля.

  Что мы узнали?

  Итак, мы узнали, что магнитное поле возникает только в результате движения электрических зарядов. Магнитное поле катушки с током похоже на магнитное поле постоянного магнита. Энергию магнитного поля катушки можно рассчитать, зная силу тока I и индуктивность L.

  Тест по теме

  Оценка доклада

  Средняя оценка: 4
  . Всего получено оценок: 52.

  Магнитное поле катушки можно. Магнитное поле на оси короткой катушки с током. и магнитный поток

  Тест по физике Магнитное поле катушки с током, Электромагниты для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 11 заданий с выбором ответа.

  1.
  Катушка с током представляет собой

  1) витки провода, включаемые в электрическую цепь
  2) прибор, состоящий из витков провода, включаемых в элек­трическую цепь
  3) каркас в виде катушки, на который намотан провод, соеди­ненный с клеммами, подключаемыми к источнику тока

  2.
  Как располагается катушка с током, висящая на гибких про­водниках и способная свободно поворачиваться в горизонталь­ной плоскости?

  1) Произвольно, т.е. в любом направлении
  2) Перпендикулярно направлению север-юг
  3) Как компас: ее ось приобретает направленность на южный и северный полюсы Земли

  3.
  Какие полюсы имеет катушка с током? Где они находятся?

  1) Северный и южный; на концах катушки
  2) Северный и южный; в середине катушки
  3) Западный и восточный; на концах катушки

  4.
  Какова форма магнитных линий магнитного поля катушки с током? Каково их направление?

  1) Кривые, охватывающие катушку снаружи; от северного полюса к южному
  2) Замкнутые кривые, охватывающие все витки катушки и проходящие сквозь ее отверстия; от северного полюса к южному
  3) Замкнутые кривые, проходящие внутри и снаружи катуш­ки; от южного полюса к северному

  5.
  От чего зависит магнитное действие катушки с током?

  1) От числа витков, силы тока и напряжения на ее концах
  2) От силы тока, сопротивления провода и наличия или отсут­ствия железного сердечника внутри катушки
  3) От числа витков, силы тока и наличия или отсутствия же­лезного сердечника

  6.
  На схемах условными знаками изображены катушки, отли­чающиеся друг от друга только числом витков. Какая из них окажет наименьшее магнитное действие при равных силах тока в них?

  1) №1
  2) №2
  3) №3

  7.
  Силу тока в катушке уменьшили. Как изменилось ее магнитное действие?

  1) Увеличилось
  2) Уменьшилось
  3) Не изменилось

  8.
  Электромагнит — это

  1) катушка с железным сердечником внутри
  2) любая катушка с током
  3) катушка, в которой можно изменять силу тока

  9.
  Какой прибор надо включить в цепь электромагнита, чтобы регулировать его магнитное действие?

  1) Гальванометр
  2) Амперметр
  3) Реостат

  10.
  У электромагнита, включенного в цепь, образовались обозна­ченные на рисунке полюсы, к которым притянулись желез­ные гвоздики. Что надо сделать, чтобы у него слева оказался северный полюс, а справа — южный? Притянутся ли после этого к полюсам гвоздики?

  1) Изменить направление электри­ческого тока; да
  2) Изменить направление электри­ческого тока; нет
  3) Изменить напряжение в цепи; да

  11.
  Какое действие надо выполнить, чтобы электромагнит пере­стал притягивать к себе железные тела?

  1) Изменить направление тока
  2) Разомкнуть электрическую цепь
  3) Уменьшить силу тока

  Ответы на тест по физике Магнитное поле катушки с током, Электромагниты
  
  1-3
  2-3
  3-1
  4-2
  5-3
  6-2
  7-2
  8-1
  9-3
  10-1
  11-2

  Создает вокруг себя магнитное поле . Человек не был бы собой, если бы не придумал, как использовать такое замечательное свойство тока. На основе этого явления человек создал электромагниты.

  Их применение очень широко и повсеместно в современном мире. Электромагниты замечательны тем, что в отличие от постоянных магнитов, их можно включать и выключать при необходимости, а также менять силу магнитного поля вокруг них. Каким образом используются магнитные свойства тока? Как создаются и используются электромагниты?

  Магнитное поле катушки с током

  В результате экспериментов удалось выяснить, что магнитное поле вокруг проводника с током можно усилить, если провод свернуть в форме спирали. Получается своего рода катушка. Магнитное поле такой катушки много больше магнитного поля одинокого проводника.

  Причем силовые линии магнитного поля катушки с током располагаются схожим образом с силовыми линиями обычного прямоугольного магнита. Катушка имеет два полюса и дугами расходящиеся магнитные линии вдоль катушки. Такой магнит можно в любой момент включить и выключить, соответственно, включая и выключая ток в проводах катушки.

  Способы влияния на магнитные силы катушки

  Однако, оказалось, что катушка с током имеет и другие замечательные свойства. Чем из большего количества витков состоит катушка, тем сильнее становится магнитное поле. Это позволяет собирать магниты различной силы действия. Однако есть более простые способы воздействия на величину магнитного поля.

  Так, при увеличении силы тока в проводах катушки возрастает сила магнитного поля, и, наоборот, при уменьшении силы тока, магнитное поле ослабевает. То есть, при элементарном подключении реостата, мы получаем регулируемый магнит.

  Магнитное поле катушки с током можно значительно усилить, введя внутрь спирали железный стержень. Он называется сердечником. Применение сердечника позволяет создавать очень мощные магниты. Например, в производстве используют магниты, способные поднимать и удерживать несколько десятков тонн веса. Это достигается следующим образом.

  Сердечник изгибают в виде дуги, а на два его конца надевают две катушки, по которым пускают ток. Катушки соединяют проводами 4е так, что их полюса совпадают. Сердечник усиливает их магнитное поле. Снизу к этой конструкции подводят пластину с крюком, на который подвешивают груз. Подобные устройства используют на заводах и в портах для того, чтобы перемещать грузы очень большого веса. Эти грузы легко подсоединяются и отсоединяются при включении и отключении тока в катушках.

  Электромагниты и их применение

  Электромагниты используют настолько повсеместно, что, пожалуй, трудно назвать электромеханический прибор, в котором бы они не применялись. Двери в подъездах удерживаются электромагнитами.

  Электродвигатели самых различных устройств преобразуют электрическую энергию в механическую с помощью электромагнитов. Звук в колонках создается с помощью магнитов. И это далеко не полный список. Огромное количество удобств современной жизни обязано своим существованием применению электромагнитов.

  Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

  Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга
  . Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

  Индуктивность

  Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью
  . Индуктивность катушки измеряется в Генри
  (Гн), обозначается буковкой L
  и замеряется с помощью LC – метра .

  Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

  где

  В – магнитное поле, Вб
  

  I –
  

  А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

  И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

  Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф)
  . Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I),
  а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

  С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается, то магнитное поле сжимается.

  Самоиндукция

  Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

  Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции.
  Эта зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома :

  где

  I
  – сила тока в катушке, А

  U
  – напряжение в катушке, В

  R
  – сопротивление катушки, Ом

  Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

  И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

  То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

  Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

  Типы катушек индуктивности
  

  Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником
  . Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.

  Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник:-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

  А вот катушки индуктивности с сердечником:

  В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы.
  Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

  Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

  Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

  Дроссели

  Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые . Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

  Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

  Также существует еще один особый вид дросселей – это . Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

  Опыты с катушкой
  

  От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

  Имеется ферритовый сердечник

  Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

  LC-метр показывает 21 микрогенри.

  Ввожу катушку на середину феррита

  35 микрогенри. Уже лучше.

  Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

  20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине.
  Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:

  где

  1 – это каркас катушки
  

  2 – это витки катушки
  

  3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.
  

  Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

  А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

  13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.
  

  Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

  Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

  Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

  Замеряем индуктивность

  15 микрогенри

  Отдалим витки катушки друг от друга

  Замеряем снова

  Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.
  

  Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

  Замеряем

  Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
  

  Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”.
  Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

  Обозначение на схемах
  

  Последовательное и параллельное соединение катушек
  

  При последовательном соединении индуктивностей
  , их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

  А при параллельном соединении
  получаем вот так:

  При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате.
  Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

  Резюме

  Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

  Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:

  Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.

  Рис. 97. Притяжение железных опилок катушкой с током
  

  Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).

  Рис. 98. Полюсы катушки с током
  

  Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).

  Рис. 99. Магнитные линии катушки с током
  

  Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.

  На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней
  .

  Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется
  .

  Рис. 100. Действие магнитного поля катушки
  

  Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки
  (рис. 101).

  Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником
  

  Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом
  .

  Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

  Рис. 102. Дугообразный электромагнит
  

  Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

  Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).

  Рис. 103. Применение электромагнитов
  

  На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.

  Рис. 104. Магнитный сепаратор
  

  Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.

  Вопросы

  1. В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
  2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
  3. Что называют электромагнитом?
  4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?
  5. Как устроен магнитный сепаратор для зерна?

  Упражнение 41

  1. Нужно построить электромагнит, подъёмную силу которого можно регулировать, не изменяя конструкции. Как это сделать?
  2. Что надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы катушки с током на противоположные?
  3. Как построить сильный электромагнит, если конструктору дано условие, чтобы ток в электромагните был сравнительно малым?
  4. Используемые в подъёмном кране электромагниты обладают громадной мощностью. Электромагниты, при помощи которых удаляют из глаз случайно попавшие железные опилки, очень слабы. Какими способами достигают такого различия?

  Задание

  Если прямой проводник свернуть в виде окружности, то можно исследовать магнитное поле кругового тока.
  Проведем опыт (1). Провод в виде окружности пропустим через картон. Поместим несколько свободных магнитных стрелок на поверхности картона в различных точках. Включим ток и видим, что магнитные стрелочки в центре витка показывают направление одинаковое, а вне витка с обеих сторон в другую сторону.
  Теперь повторим опыт (2), поменяв полюса, а значит и направление тока. Видим, что магнитные стрелочки изменили направление на всей поверхности картона на 180 градусов.
  Сделаем вывод: магнитные линии кругового тока то же зависят от направления тока в проводнике.
  Проведем опыт 3. Уберем магнитные стрелочки, включим электрический ток и осторожно по всей поверхности картона насыплем мелкие железные опилки У нас получилась картина магнитных силовых линий, которая называется «спектр магнитного поля кругового тока» . Как же в этом случае определить направление магнитных силовых линий? Вновь применим правило буравчика, но в применении к круговому току. Если направление вращения ручки буравчика совместить с направлением тока в круговом проводнике, то направление поступательного движения буравчика будет совпадать с направлением магнитных силовых линий.
  Рассмотрим несколько случаев.
  1. Плоскость витка лежит в плоскости листа, ток по витку идет по часовой стрелке. Вращая виток по часовой стрелке, мы определяем, что магнитные силовые линии в центре витка направлены внутрь витка «от нас». Это условно обозначается знаком «+» (плюс). Т.е. в центре витка мы ставим «+»
  2. Плоскость витка лежит в плоскости листа, ток по витку идет против часовой стрелки. Вращая виток против часовой стрелки, мы определяем, что магнитные силовые линии выходят из цента витка «к нам». Это условно обозначается «∙» (точкой). Т.е. в центе витка мы должны поставить точку («∙»).
  Если прямой проводник намотать на цилиндр, то получится катушка с током, или соленоид.
  Проведем опыт (4.) Используем для опыта ту же цепь, только провод теперь пропущен через картон в виде катушки. Расположим несколько свободных магнитных стрелок на плоскости картона в различных точках: у обоих концов катушки, внутри катушки и с обеих сторон снаружи. Пусть катушка расположена горизонтально (в направлении «слева — направо»). Включим цепь и обнаружим, что магнитные стрелки, расположенные по оси катушки, показывают одно направление. Отмечаем, что у правого конца катушки стрелка показывает, что силовые линии входят в катушку, значит -это «южный полюс» (S), а в левом магнитная стрелка показывает, что выходят, это «северный полюс» (N). Снаружи катушки магнитные стрелки имеют противоположное направление по сравнению с направлением внутри катушки.
  Проведем опыт (5). В этой же цепи поменяем направление тока. Обнаружим, что направление всех магнитных стрелок изменилось, они повернулись на 180 градусов. Делаем вывод: направление магнитных силовых линий зависит от направления тока по виткам катушки.
  Проведем опыт (6). Уберем магнитные стрелки и включим цепь. Осторожно «посолим железными опилками» картон внутри и снаружи катушки. Получим картину магнитных силовых линий, которая называется «спектр магнитного поля катушки с током»
  А как же определить направление магнитных силовых линий? Направление магнитных силовых линий определяется по правилу буравчика так же, как и для витка с током: Если направление вращения ручки буравчика совместить с направлением тока в витках, то направление поступательного движения совпадет с направлением магнитных силовых линий внутри соленоида. Магнитное поле соленоида похоже на магнитное поле постоянного полосового магнита. Тот конец катушки, из которого выходят силовые линии, будет «северным полюсом» (N), а тот, в который входят силовые линии — «южным полюсом» (S).
  После открытия Ганса Эрстеда многие ученые стали повторять его опыты, придумывая новые, чтобы обнаружить доказательства связи электричества и магнетизма. Французский ученый Доминик Араго поместил железный стержень, в стеклянную трубку и поверх нее намотал медный провод, по которому пропустил электрический ток. Как только Араго замкнул электрическую цепь, стержень из железа так сильно намагнитился, что притянул к себе железные ключи. Чтобы оторвать ключи, пришлось приложить значительные усилия. Когда Араго отключил источник тока, то ключи отвалились сами! Так Араго изобрел первый электромагнит. Современные электромагниты состоят из трех частей: обмотки, сердечника и якоря. Провода помещают в специальную оболочку, которая играет роль изолятора. Проводом наматывают многослойную катушку — обмотку электромагнита. В качестве сердечника используют стальной стержень. Пластина, которая притягивается к сердечнику, называется якорем. Электромагниты получили широкое применение в промышленности благодаря их свойствам: они быстро размагничиваются при выключении тока; их можно изготавливать самых различных размеров в зависимости от назначения; меняя силу тока можно регулировать магнитное действие электромагнита. Электромагниты применяются на заводах для переноски изделий из стали и чугуна. Эти магниты имеют большую подъемную силу.8Дж

  рррролщгриьшшрпмпккнг

  2 месяца назад

  Явление самопроизвольного проникновения частиц одного вещества в другое вещество принято называть диффузией. При этом вещества перемешиваются. Почему же газы или жидкости перемешиваются, хотя их никто специально не перемешивает? Это можно объяснить, если вспомнить, что все вещества состоят из частиц, и между частицами есть промежутки. Раз газы или жидкости перемешиваются сами собой, значит частицы вещества все время движутся, движутся беспорядочно, во всех направлениях. Это движение частиц и есть причина перемешивания двух веществ. Диффузией также называется процесс самопроизвольного выравнивания концентраций молекул жидкости или газа в различных частях объема. Диффузия стремится приблизить систему к состоянию термодинамического равновесия. Если в двух половинках сосуда находятся разные газы (при одинаковых температурах и давлениях) и между ними нет разделяющей перегородки, то вследствие теплового движения молекул возникает процесс взаимопроникновения газов. Этот процесс и называется диффузией. Скорость диффузии сильно зависит от длины свободного пробега молекул, то есть от среднего paccтoяния, которое пролетают молекулы между двумя последовательными соударениями с другими молекулами. Диффузия может происходить не только в газах, но и в жидкостях, и в твердых телах. Причем, диффузия газов происходит очень быстро, а диффузия твердых тел очень медленно. Опыты показывают: чем выше температура, тем диффузия происходит быстрее. Мы ощущаем запахи, благодаря диффузии пахучего вещества в воздухе

  Подробнее — на Znanija.com — znanija.com/task/16761064#readmore

  В обоих случаях через электрическое поле. созданное, наэлектризованными телами.

  Катушка индуктивности | Виды катушек, практические опыты

  Что такое катушка индуктивности

  Что вы себе представляете под словом “катушка” ? Ну… это, наверное, какая-нибудь “фиговинка”, на которой намотаны нитки, леска, веревка, да что угодно! Катушка индуктивности представляет из себя точь-в-точь то же самое, но вместо нитки, лески или чего-нибудь еще там намотана обыкновенная медная проволока в изоляции.

  Изоляция может быть из бесцветного лака, из ПВХ-изоляции и даже из матерчатой. Тут фишка такая, что хоть и провода в катушке индуктивности очень плотно прилегают к друг другу, они все равно изолированы друг от друга. Если будете мотать катушки индуктивности своими руками, ни в коем случае не вздумайте брать обычный медный голый провод!

  Индуктивность

  Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC – метра.

  Что такое индуктивность?  Если через  провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:

  где

  В – магнитное поле, Вб
  

  I – сила тока, А

  А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение

  И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:

  Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с  Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:

  С научной же точки зрения, индуктивность – это способность извлекать энергию из источника электрического тока и сохранять ее в виде магнитного поля. Если ток в катушке увеличивается, магнитное поле вокруг катушки расширяется, а если ток уменьшается , то магнитное поле сжимается.

  Самоиндукция

  Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.

  Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:

  где

  I – сила тока в катушке , А 

  U – напряжение в катушке, В 

   R – сопротивление катушки, Ом

  Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.

  [quads id=1]

  И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности – источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.

  То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть  в разы больше, чем было до размыкания  цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.

  Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.

  Типы катушек индуктивности

  Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и  немагнитным сердечником. Снизу  на фото катушка с немагнитным сердечником.

  Но где у нее сердечник? Воздух – это немагнитный сердечник :-).  Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным  сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.

  А вот катушки индуктивности с сердечником:

  В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.

  Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:

  Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.

  Дроссель

  Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель – это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.

  Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:

  Также существует еще один особый вид дросселей – это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.

  Что влияет на индуктивность?

  От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов.  Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC – метр мне показывает ноль.

  Имеется ферритовый сердечник

  Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край

  LC-метр  показывает 21 микрогенри.

  Ввожу катушку на середину феррита

  35 микрогенри. Уже лучше.

  Продолжаю вводить катушку на правый край феррита

  20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине.  Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности  в переменных катушках индуктивности:

  где

  1 – это каркас катушки

  2 – это витки катушки

  3 – сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.

  Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки

  Индуктивность стала почти 50 микрогенри!

  А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту

  13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо “виток к витку”.

  Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.

  Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз.  Вывод: чем меньше количество витков – тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

  [quads id=1]

  Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.

  Замеряем индуктивность

  15 микрогенри

  Отдалим витки катушки друг от друга

  Замеряем снова

  Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка  не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.
  

  Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.

  Замеряем

  Офигеть! Увеличил количество витков  в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.

  Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от “витков в квадрате”. Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.

  Обозначение на схемах

  Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности

  При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.

  А при параллельном соединении получаем вот так:

  При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек.  Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.

  Резюме

  Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.

  Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:

  Как увеличить сопротивление катушки. Дроссель, катушка индуктивности. Принцип работы. Математическая модель. Типы, виды, категории, классификация

  Катушка индуктивности, дроссель в электронных схемах. Принцип работы. Применение. Свойства. Классификация. (10+)
  

  Дроссель, катушка индуктивности — Принцип работы. Математическая модель. Типы, виды, категории, классификация

  Катушка индуктивности способна накапливать энергию в своем магнитном поле. Это проявляется в том, что при приложении к ней напряжения в ней постепенно нарастает ток, а при смене полярности — постепенно убывает. Резко изменить силу тока в катушке индуктивности (дросселе) невозможно. Она будет сопротивляться этому путем формирования напряжения самоиндукции на своих выводах. Это напряжение может быть очень большим и обеспечит прохождение тока путем пробоя изоляции.

  Работа дросселя проявляется во времени. Без рассмотрения изменения силы тока во времени понимание работы катушки индуктивности невозможно.

  Главной характеристикой дросселя является индуктивность. Индуктивность — коэффициент, определяющий зависимость скорости изменения электрического тока от напряжения на катушке.

  К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

  Если что-то непонятно, обязательно спросите!
  Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.
  

  Вот одна формула [число витков] = * [индуктивность, Гн] * [максимально во зможная сила тока, А] / [площадь сечения магнитопровода, кв. мм] / [максимальное значение индукции, Тл], по которой получается, что чем больше ток через дроссель, тем больше получается число витков — что в корне противоречит теории — чем нужен больший ток, тем должно быть меньше число витков (ЭТО

  Катушка индуктивности

  — винтовая, спиральная или винтоспиральная катушка из свёрнутого изолированного проводника, обладающая значительной индуктивностью при относительно малой ёмкости и малом активном сопротивлении. Как следствие, при протекании через катушку переменного электрического тока, наблюдается её значительная инерционность.

  Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, флюкстрола, карбонильного железа, ферритов. Также сердечники используют для изменения индуктивности катушек в небольших пределах.

  Существуют также катушки, проводники которых реализованы на печатной плате.

  Катушка индуктивности

  в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

  Основным параметром катушки индуктивности является её индуктивность
  , которая определяет, какой поток магнитного поля создаст катушка при протекании через неё тока силой 1 ампер. Типичные значения индуктивностей катушек от десятых долей мкГн до десятков Гн.

  Потери в проводах

  вызваны тремя причинами:

  ·
  Провода обмотки обладают омическим (активным) сопротивлением.

  ·
  Сопротивление провода обмотки возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом. Суть эффекта состоит в вытеснении тока в поверхностные слои провода. Как следствие уменьшается полезное сечение проводника и растет сопротивление.

  ·
  В проводах обмотки, свитой в спираль, проявляется эффект близости, суть которого состоит в вытеснении тока под воздействием вихревых токов и магнитного поля к периферии намотки. В результате сечение, по которому протекает ток, принимает серповидную форму, что ведёт к дополнительному возрастанию сопротивления провода.

  Потери в диэлектрике

  (изоляции проводов и каркасе катушки) можно отнести к двум категориям:

  ·
  Потери от диэлектрика межвиткового конденсатора (межвитковые утечки и прочие потери характерные для диэлектриков конденсаторов).

  ·
  Потери от магнитных свойств диэлектрика (эти потери аналогичны потерям в сердечнике).

  В общем случае можно заметить что для современных катушек общего применения потери в диэлектрике чаще всего пренебрежимо малы.

  Потери в сердечнике

  складываются из потерь на вихревые токи, потерь на гистерезис и начальных потерь.

  Потери на вихревые токи

  . Ток, протекающий по проводнику, индуцирует ЭДС в окружающих проводниках, например в сердечнике, экране и в проводах соседних витков. Возникающие при этом вихревые токи становятся источником потерь из-за сопротивления проводников.

  Разновидности катушек индуктивности

  Контурные катушки индуктивности

  . Эти катушки используются совместно с конденсаторами для получения резонансных контуров. Они должны иметь высокую стабильность, точность и добротность.

  Катушки связи

  . Такие катушки применяются для обеспечения индуктивной связи между отдельными цепями и каскадами. Такая связь позволяет разделить по постоянному току цепи базы и коллектора и т. д. К таким катушкам не предъявляются жёсткие требования на добротность и точность, поэтому они выполняются из тонкого провода в виде двух обмоток небольших габаритов. Основными параметрами этих катушек являются индуктивность и коэффициент связи.

  Вариометры.

  Это катушки, индуктивность которых можно изменять в процессе эксплуатации для перестройки колебательных контуров. Они состоят из двух катушек, соединённых последовательно. Одна из катушек неподвижная (статор), другая располагается внутри первой и вращается (ротор). При изменении положения ротора относительно статора изменяется величина взаимоиндукции, а следовательно, индуктивность вариометра. Такая система позволяет изменять индуктивность в 4 − 5 раз. В ферровариометрах индуктивность изменяется перемещением ферромагнитного сердечника.

  Дроссели

  . Это катушки индуктивности, обладающие высоким сопротивлением переменному току и малым сопротивлением постоянному. Применяются в цепях питания радиотехнических устройств в качестве фильтрующего элемента. Для сетей питания с частотами 50-60 Гц выполняются на сердечниках из трансформаторной стали. На более высоких частотах также применяются сердечники из пермаллоя или феррита. Особая разновидность дросселей — помехоподавляющие ферритовые бочонки (бусины) на проводах.

  Сдвоенные дроссели

  две намотанных встречно катушки индуктивности, используются в фильтрах питания. За счёт встречной намотки и взаимной индукции более эффективны для фильтрации синфазных помех при тех же габаритах. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания; в дифференциальных сигнальных фильтрах цифровых линий, а также в звуковой технике. Т.е. предназначены как для защиты источников питания от попадания в них наведённых высокочастотных сигналов, так и во избежание засорения питающей сети электромагнитными помехами. На низких частотах используется в фильтрах цепей питания и обычно имеет ферромагнитный (из трансформаторной стали) или ферритовый сердечник.

  Применение катушек индуктивности

  ·
  Катушки индуктивности (совместно с конденсаторами и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

  ·
  Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

  ·
  Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

  ·
  Катушка индуктивности, питаемая импульсным током от транзисторного ключа, иногда применяется в качестве источника высокого напряжения небольшой мощности в слаботочных схемах, когда создание отдельного высокого питающего напряжения в блоке питания невозможно или экономически нецелесообразно. В этом случае на катушке из-за самоиндукции возникают выбросы высокого напряжения, которые можно использовать в схеме, например, выпрямив и сгладив.

  ·
  Катушки используются также в качестве электромагнитов.

  ·
  Катушки применяются в качестве источника энергии для возбуждения индуктивно-связанной плазмы.

  ·
  Для радиосвязи — излучение и приём электромагнитных волн (магнитная антенна, кольцевая антенна).

  o
  Рамочная антенна

  o
  DDRR

  o
  Индукционная петля

  ·
  Для разогрева электропроводящих материалов в индукционных печах.

  ·
  Как датчик перемещения: изменение индуктивности катушки может изменяться в широких пределах перемещением (вытаскиванием) сердечника.

  ·
  Катушка индуктивности используется в индукционных датчиках магнитного поля. Индукционные магнитометры были разработаны и широко использовались во времена Второй мировой войны.

  Эффективные способы намотки, разработанные на нашем предприятии:
  

  Позволяют снять ограничения на диапазоны применяемых напряжений, токов и температур. Снижают сечение провода, стоимость и массу катушек при тех же условиях эксплуатации. Либо позволяют повысить напряжения, токи и температуру эксплуатации при том же сечении провода.

  Наши многолетние исследования показали, что наиболее эффективным способом охлаждения является воздушный. Применение дополнительных видов изоляции иногда бывает нежелательно и ухудшает свойства обмоток. Вместо изоляции мы применяем разделение обмотки на секции. Стремимся к увеличению площади контакта провода с мощными потоками воздуха.

  1. Разделенная обмотка
  .

  Лучшая альтернатива дополнительной изоляции. Обмотка разделена на любое количество секций, соединенных последовательно. Потенциал между секциями делится на количество секций. Потенциал между слоями делится на количество секций, помноженное на количество слоев. Потенциал между соседними витками в одном слое делится на количество секций, помноженное на количество слоев и количество витков в слое. Таким образом любое опасное пробивное напряжение можно снизить до электрозащитных показателей обыкновенного эмальпровода без применения особых электроизоляционных мер. Чем больше отдельных секций, тем лучше можно организовать охлаждение.

  2. Бесконтактная обмотка.
  

  Витки обмотки подвешены в воздухе на специальных растяжках. Не имеют механического, электрического и теплового контакта ни с какими другими материалами катушки, ни с каркасом, ни с корпусом, ни с электроизоляцией. Самое эффективное воздушное охлаждение, тепло- и электроизоляция.

  3. Корпус в виде улитки.
  

  Наиболее эффективным способом охлаждения обмоток мы считаем воздушное. Применение такого корпуса с вентиляторами и просчетом аэродинамических характеристик дает значительные преимущества.

  4. Двухполупериодная обмотка.
  

  Все новое – это хорошо забытое старое. Разделение обмотки на два плеча и включение через диодный мост дает попеременное включение плеч с частотой сети. В один полупериод одно плечо работает, другое отдыхает. Это позволяет применять обмотки с меньшим сечением. Особенно актуальна двухполупериодная обмотка там, где в небольшие габариты требуется поместить очень мощную обмотку с таким толстым проводом, который невозможно согнуть под требуемыми углами без повреждения. Или промышленность не выпускает настолько толстые шины, и таким образом можно перейти на меньшее сечение.

  5. Трубопроводная обмотка.
  

  Для работы на особо высоких температурных режимах. В качестве провода применяется медная труба, циркулирующая жидкость, насосы, теплообменники, хладогенераторы, резервуары.

  6. Заливка компаундами
  с примесями на основе нитрида бора и другими для повышения теплопроводности компаунда. Либо виброустойчивая растяжка с применением специальных техпластин. Применяется на сложных виброударных режимах работы.

  Наши специалисты разработают наиболее эффективный способ решения Ваших задач. Мы будем рады с Вами сотрудничать.

  Ждем Ваших заказов.
  

  Инструкция

  Домотайте к катушке дополнительные витки. Это увеличит индуктивность катушки
  при неизменных параметрах ее остальных конструктивных элементов, а у вариометра (катушки
  с подвижным сердечником) — сместит оба предела изменения индуктивности (верхний и нижний) в сторону увеличения. При намотке дополнительных витков может оказаться, что они не помещаются на каркасе. Не поддавайтесь соблазну использовать более тонкий провод, чем тот, что использован в катушке первоначально, чтобы не вызвать нагрев обмотки протекающим по ней током.

  К катушке, не имеющей сердечника, добавьте таковой. Но помните, что он должен быть выполнен из такого материала, в котором рабочей частоте катушки
  не возникает потерь на вихревые токи. Для электромагнита , работающего на постоянном токе, подойдет сплошной стальной сердечник, для 50-герцового трансформатора — сердечник, набранный из оксидированных листов стали , в более высокочастотных катушках придется использовать сердечники из ферритов различных марок.

  Помните, что даже при одном и том же количестве витков и прочих равных параметрах катушка большего диаметра будет иметь и большую индуктивность. Понятно, однако, что провода для ее изготовления потребуется больше.

  Феррит выпускается с различной магнитной проницаемостью. Замените один ферритовый сердечник в катушке на другой, у которого значение этого параметра выше, и ее индуктивность увеличится. Но при этом уменьшится граничная частота, на которой такая катушка сможет работать без возникновения заметных потерь в сердечнике.

  Существуют катушки
  , снабженные специальными механизмами для перемещения сердечника. Для того чтобы увеличить индуктивность в этом случае, вдвиньте сердечник внутрь каркаса.

  Замкнутый магнитопровод при прочих равных условиях обеспечивает большую индуктивность, чем разомкнутый. Но старайтесь не применять такое решение в трансформаторах и дросселях, работающих при наличии постоянной составляющей. Она способна подмагничивать и насыщать замкнутый сердечник, тем самым, наоборот, вызывая снижение индуктивности катушки
  .

  Ферритовые сердечники находят широкое применение в бытовой и радиотехнике. Основная цель их использования — устранение помех в контрольных и силовых электрических проводниках.

  Ферритами называют химические соединения железного оксида с окислами других металлов. Состав вещества может изменяться в зависимости от необходимых свойств готового изделия.

  Производство сердечников

  Ферритовые сердечники производят по технологии порошкового литья. Смесь порошков, содержащую необходимые компоненты в тщательно выверенных пропорциях, прессуют в заготовку необходимой формы, которую выпекают при температуре до полутора тысяч градусов. Выпекание может производиться как в воздушной среде, так и в специальной газовой атмосфере. На последнем этапе изготовления изделие из феррита медленно остывает в течение нескольких часов. Такая технология не только позволяет производить сплавы с заданными характеристиками, но также выпускать изделия, не нуждающиеся в последующей обработке

  Применение ферритовых сердечников

  Наиболее широко ферритовые сердечники применяются в электро- и радиотехнике. Поскольку феррит обладает высокой магнитопропускной способностью и малой удельной электропроводностью, он незаменим при сборке маломощных трансформаторов, в том числе и импульсных. Также сердечники из феррита применяются в качестве средства пассивной защиты от высокочастотных электрических помех. Такое явление наиболее характерно для коммутирующих сетей устройств управления, где даже в экранированном кабеле могут наводиться помехи, снижающие эффективность передачи сигнала.

  Типы сердечников из феррита

  Для обмоточных трансформаторов выпускают ферриты П-образной и Ш-образной формы. Стержневая форма ферритовых изделий используется при изготовлении магнитопроводов: к примеру, из феррита выполняют сердечники для катушек высокой индуктивности. Обывателю наиболее часто встречаются ферритовые кольца и цилиндры, которые применяются в качестве фильтров помех на кабелях связи: USB, HDMI, LAN и других. Продвинутая технология позволяет изготавливать очень сложные по строению изделия, размер которых иногда составляет меньше десятой доли миллиметра.

  Преимущество феррита над аналогичными магнитопроводами

  Низкая электропроводность материала позволяет избежать образования вихревых токов при перемагничивании магнитопровода. По этому показателю феррит превосходит даже тонкошихтованную электротехническую сталь. Также ферриту могут быть заданы определенные свойства еще на этапе производства, что позволяет заранее и с высокой точностью адаптировать изделие под нужды определенного устройства, в котором феррит будет задействован. Феррит может активно поглощать, рассеивать или отражать наведенные в кабеле помехи, что особенно актуально в строительстве высокоточных приборов: малый вес и габаритные размеры ферритовых сердечников позволяют применять их без нарушения компоновки оборудования внутри сложных приборов или комплексов.

  Катушка индуктивности способна накапливать магнитную энергию при протекании электрического тока. Основной ее характеристикой является ее индуктивность
  , которая обозначается буквой L и измеряется в Генри (Гн). Индуктивность катушки
  
  зависит от ее особенностей.

  Вам понадобится

  • материал катушки и ее геометрические параметры

  Инструкция

  По этим данным рассчитайте значение индуктивности катушки . Для этого значение напряжения поделите последовательно на 2, число 3.14, значения частоты тока и силы тока. Результатом будет значение индуктивности для данной катушки в Генри (Гн). Важное замечание : катушку присоединяйте только к источнику переменного тока. Активное сопротивление проводника, используемого в катушке должно быть пренебрежимо мало.

  Затем найдите индуктивность
  соленоида. Для этого, возведите количество его витков во вторую степень, полученный результат умножьте на 3.14, диаметр во второй степени и поделите результат на 4. Полученное число поделите на длину соленоида и умножьте на 0,0000012566 (1,2566*10-6). Это и будет значение индуктивности соленоида.

  Если есть такая возможность, для определения индуктивности данного проводника используйте специальный прибор. В его основе лежит схема , именуемая мост переменного тока.

  Индуктивность катушки может быть измерена непосредственно либо косвенным способом. В первом случае потребуется прямопоказывающий или мостовой прибор, а во втором придется воспользоваться генератором, вольтметром и миллиамперметром, а затем осуществить ряд вычислений.

  Вам понадобится

  • — прямопоказывающий или мостовой измеритель индуктивности;
  • — генератор синусоидального напряжения;
  • — вольтметр и миллиамперметр переменного тока;
  • — частотомер;
  • — научный калькулятор.

  Инструкция

  Чтобы измерить индуктивность прямопоказывающим прибором, подключите к нему катушку, а затем, последовательно выбирая пределы измерения переключателем, выберите такой из них, чтобы результат находился примерно в середине диапазона. Прочитайте результат. Если измеритель имеет аналоговую шкалу, при считывании результата принимайте в расчет цену деления, а также коэффициент, указанный рядом с соответствующим положением переключателя.

  На мостовом приборе после каждого переключения диапазонов переведите ручку регулятора балансировки моста в любое из крайних положений, а затем вращайте ее до упора в противоположном направлении. Найдите такой диапазон, в котором этой ручкой можно сбалансировать мост. Добившись исчезновения звука в динамике или наушниках либо уменьшения показаний стрелочного индикатора до нуля, прочитайте показания на шкале регулятора (но не стрелочного прибора). При этом, как и в предыдущем случае, учитывайте цену деления и коэффициент, на который следует умножать на данном диапазоне показания.

  Для измерения индуктивности косвенным способом соберите измерительную цепь. Вольтметр переменного тока, переключенный на предел, при котором верхней границе диапазона соответствует напряжение в несколько вольт , подключите параллельно выходу генератора. Туда же подключите и частотомер. Также параллельно им присоедините последовательную цепь, состоящую из испытуемой катушки индуктивности, а также милиламперметра переменного тока. Оба прибора должны показывать действующие , а не амплитудные значения измеряемых величин, а также быть рассчитанными на синусоидальную форму колебаний .

  На генераторе включите режим выработки напряжения синусоидальной формы. Добейтесь, чтобы вольтметр показывал около двух вольт. Увеличивайте частоту до тех пор, пока показания миллиамперметра не начнут уменьшаться. Добейтесь их уменьшения примерно до половины первоначального значения. Выберите на частотомере предел, соответствующие измеряемой частоте. Прочитайте показания всех трех приборов, а затем отключите генератор и разберите измерительную цепь.

  Переведите показания приборов в единицы системы СИ. Поделите напряжение на силу тока. Получится индуктивное сопротивление катушки на той частоте, на которой осуществлялось измерение. Оно будет выражено в омах.-3). Здесь N — это число витков, D — диаметр катушки в сантиметрах. Коэффициент L0 зависит от отношения длины катушки к ее диаметру. Для однослойной катушки он равен: L0 = 1/(0,1*((l/D)+0,45)).

  Если в цепи катушки соединены последовательно, то их общая индуктивность
  равна сумме индуктивностей всех катушек: L = (L1+L2+…+Ln)
  Если катушки соединены параллельно, то их общая индуктивность
  равна: L = 1/((1/L1)+(1/L2)+…+(1/Ln)).
  Формулы расчета индуктивности для различных схем соединения катушек индуктивности аналогичны формулам расчета сопротивления при таком же соединении резисторов.

  Катушка индуктивности способна накапливать магнитную энергию при протекании электрического тока. Основным параметром катушки является ее индуктивность
  . Индуктивность измеряется в Генри (Гн) и обозначается буквой L.

  Когда-то в среде «самодельщиков» телевизионных антенн циркулировали мифы о супер эффективности антенны с применением ртути, немного позднее жестяных пивных банок (правда неплохую антенну для Wi-Fi из пивной банки можно сделать, но не телевизионную). Вероятно и по поводу сердечников существуют подобные мифы, тем более сами названия современных магнитных материалов (изоперм, пермендюр) внушают уверенность об их исключительной эффективности. Рассмотрим вопрос применения магнитного сердечника в линейной сигнальной цепи, как он влияет на параметры катушки?

  Я не буду углубляться в теорию и рассказывать о диамагнетиках, парамагнетиках, ферромагнетиках, доменах, о петле гистерезиса. Это тема долгого серьезного разговора. Попробую описать доступно, на пальцах.

  Итак, магнитный сердечник концентрирует магнитное поле и увеличивает индуктивность при тех же конструктивных параметрах катушки или позволяет уменьшить ее габариты при той же индуктивности. Попробуем подобрать сердечник для фильтра акустической системы — crossover»а для экономии меди. Сердечник должен иметь постоянные магнитные свойства до частот не менее 40 000 Гц при довольно больших токах намагничивания. Какой у нас выбор?

  Современные магнитные материалы делятся на три группы:

  • Металлические:
    1. Технически чистое железо (электротехническая малоуглеродистая сталь).
    2. Электротехнические кремнистые стали (трансформаторная сталь).
    3. Железоникелевые легированные кристаллические сплавы – пермаллой, суперпермаллой, муметалл, изоперм, пермендюр, перминвар, алфер, алфенол и т.д.
    4. Аморфные и нанокристаллические материалы – витровак, витроперм
  • Порошковые материалы, магнитодиэлектрики — тонкие порошки карбонильного железа, пермаллоя или альсифера, смешанные с какой-либо диэлектрической связкой.
  • Ферриты — керамические магнитные материалы.

  Электротехническая малоуглеродистая сталь
  может применяться только в цепях постоянного тока, например реле, из-за недопустимо больших вихревых токов на переменном токе и больших потерь на перемагничивание.

  Трансформаторная сталь
  немного лучше. Для уменьшения вихревых токов сердечник набирают из отдельных пластин. Однако выше 1000 Гц такой сердечник имеет недопустимые потери при больших токах намагничивания.

  Железоникелевые сплавы
  имеют очень высокую начальную магнитную проницаемость, могут работать на частотах до 100 Кгц, но при этом у них малая индукция насыщения, т.е. они не могут работать в сильных полях. Зарекомендовали себя как незаменимый материал в магнитных головках магнитофонов, датчиках, магнитных экранах.

  Аморфные и нанокристаллические материалы появились позднее чем пермаллои. У них шире частотный диапазон и немного выше индукция насыщения чем у пермаллоя, Применяются как трансформаторы тока в новых электросчетчиках, импульсные трансформаторы в БП, компенсированные дроссели и как более качественная замена пермаллоев.

  Магнитодиэлектрики
  имеют широкий частотный диапазон до десятков мегагерц в зависимости от материала, но малую магнитную проницаемость и индукцию насыщения. Могут работать только в слабых полях. Применяются в технике ВЧ для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек индуктивности и т. п

  Ферриты
  

  обладают наименьшими потерями на вихревые токи и соответственно могут работать на самых высоких частотах из всех магнитных материалов. Однако имеют малую индукцию насыщения. Отличительной особенностью их является сильная зависимость параметров от температуры, а также старение материала, ухудшение его свойств со временем. Область применения каждой марки феррита определяется критической частотой, выше которой резко возрастают потери и снижается магнитная проницаемость.

  Можно проследить общую тенденцию – при улучшении частотных параметров материала падает его индукция насыщения, т.е способность работать в сильных полях, а также магнитная проницаемость.
  Самое главное, что любой магнитный материал меняет свои свойства в зависимости от частоты и силы намагничивающего поля
  . А это значит, что катушка индуктивности с сердечником становится нелинейным элементом и вносит нелинейные искажения в проходящий через нее сигнал, особенно при большой индуктивности и силе тока.
  Ферриты, кроме того подвержены воздействию температуры.

  Для чего мы делаем кроссовер? Чтобы разделить сигнал по частоте, каждый на свою головку. Это позволит уменьшить нелинейные искажения, немного поднять мощность, улучшить качество звучания акустической колонки. Индуктивность в таком фильтре имеет не малую величину и ток тоже. Поэтому, введя в катушку сердечник (любой!), мы не только не добьемся поставленной цели, но и отдалимся от нее, внеся в сигнал дополнительные искажения. Поэтому придется отказаться от экономии на меди и сделать катушку как на рисунке, без сердечника. Правда в случае мощных акустических систем мы получаем монструозную, тяжелую и дорогую катушку. В таком случае приходится идти на компромис и применять сердечник из высококачественных ферромагнетиков. Но его необходимо расчитать так, чтобы он работал далеко от режима насыщения, а это значит, что его размеры тоже будут внушительны.

  Сердечники в виде стальных трубок, стержней из «супержелеза» вообще не имеют смысла, ну разве только в установках индукционного нагрева, там вихревые токи в сердечнике играют положительную роль. В цепях, где уровень сигнала слабый и сердечник далек от насыщения, решающий фактор — граничная частота сердечника. При той же индуктивности сердечник даже увеличивает добротность катушки.
  В ВЧ дросселях потери в сердечнике играют положительную роль расширяя его частотный диапазон.
  Вывод: к подбору сердечника для индуктивности в сигнальной линейной цепи надо подходить взвешенно, учитывая как частотный диапазон, так и максимальный уровень сигнала, а также величину допустимых искажений.
  
  
  Это не относится к импульсным сигналам и цепям, там все по другому…

  Индуктивность

  Для увеличения индуктивности проводник может быть сформирован в виде петли или
  катушка. Катушку также называют индуктором. На рис. 2-3 показан проводник, сформированный в виде катушки.
  Ток через одну петлю создает магнитное поле, которое окружает петлю в
  направление, как показано на рисунке 2-3 (A). По мере увеличения тока магнитное поле расширяется и
  отрезает все петли, как показано на рисунке 2-3 (B). Ток в каждом контуре влияет на все остальные
  петли. Поле, пересекающее другую петлю, увеличивает сопротивление
  текущее изменение.

  Рисунок 2-3. — Индуктивность.

  Катушки индуктивности классифицируются по типу сердечника. Сердечник — центр индуктора
  так же, как сердцевина яблока — это центр яблока. Индуктор выполнен путем формирования
  моток проволоки вокруг сердечника. Материал сердечника обычно бывает двух основных типов:
  мягкое железо или воздух. Индуктор с железным сердечником и его схематическое обозначение (которое представлено
  с линиями в верхней части, указывающими на наличие железного сердечника) показаны на
  рисунок 2-4 (A).Катушка индуктивности с воздушным сердечником может быть не чем иным, как катушкой с проволокой, но она
  обычно катушка образована вокруг полой формы из какого-либо немагнитного материала, например картона.
  Этот материал служит только для сохранения формы катушки. Воздушное ядро
  индуктор и его схематическое обозначение показаны на рисунке 2-4 (B).

  Рисунок 2-4. — Типы индукторов и условные обозначения.

  Факторы, влияющие на индуктивность катушки Есть несколько физических факторов, которые влияют на
  индуктивность катушки.Они включают количество витков в катушке, диаметр
  катушка, длина катушки, тип материала, используемого в сердечнике, и количество слоев
  обмотка в катушках.

  Индуктивность полностью зависит от физической конструкции схемы и может только
  измеряться специальными лабораторными приборами. Из упомянутых факторов рассмотрим в первую очередь
  как количество витков влияет на индуктивность катушки. На рисунке 2-5 показаны две катушки. Катушка
  (A) имеет два витка, а катушка (B) — четыре витка.В катушке (A) магнитное поле, создаваемое одним
  петля перерезает еще одну петлю. В катушке (B) магнитное поле, создаваемое одним контуром, отсекает три других.
  петли. Удвоение числа витков в катушке приведет к увеличению поля вдвое, если
  используется тот же ток. Поле вдвое сильнее, сокращая вдвое больше оборотов,
  индуцируют в четыре раза большее напряжение. Следовательно, можно сказать, что индуктивность изменяется как
  квадрат числа витков .

  Рисунок 2-5.- Коэффициент индуктивности (витки).

  Второй фактор — диаметр катушки. На рисунке 2-6 видно, что катушка в поле зрения
  Диаметр B в два раза больше диаметра катушки A. Физически требуется больше проволоки, чтобы построить катушку.
  катушка большего диаметра, чем катушка малого диаметра, с равным числом витков.
  Следовательно, существует больше силовых линий, чтобы вызвать противоэдс в катушке с большей
  диаметр. Фактически, индуктивность катушки увеличивается прямо пропорционально поперечному сечению.
  площадь сердечника увеличивается на .Вспомните формулу площади круга: A = pr ² . Удвоение радиуса катушки увеличивает
  индуктивность в четыре раза.

  Рисунок 2-6. — Коэффициент индуктивности (диаметр).

  Третий фактор, влияющий на индуктивность катушки, — это длина катушки.
  На рис. 2-7 показаны два примера расстояния между змеевиками. Катушка (A) имеет три витка, довольно широко
  разнесены, образуя относительно длинную катушку. Катушка этого типа имеет мало потокосцеплений из-за
  большее расстояние между каждым поворотом.Следовательно, катушка (A) имеет относительно низкую
  индуктивность. Катушка (B) имеет близкорасположенные витки, что составляет относительно короткую катушку. Это близко
  расстояние увеличивает потокосцепление, увеличивая индуктивность катушки. Удвоение
  длина катушки при сохранении того же числа витков уменьшает значение индуктивности вдвое.

  Рисунок 2 — 7. — Коэффициент индуктивности (длина катушки). ТЯЖЕЛО РАНО

  Четвертый физический фактор — это тип материала сердечника, используемого в катушке.Рисунок 2-8
  показаны две катушки: катушка (A) с воздушным сердечником и катушка (B) с сердечником из мягкого железа. В
  магнитный сердечник катушки (B) — лучший путь для магнитных силовых линий, чем
  немагнитный сердечник катушки (А). Высокая проницаемость магнитного сердечника из мягкого железа имеет меньшую
  сопротивление магнитному потоку, в результате чего появляется больше магнитных силовых линий. Это увеличение
  в магнитных силовых линиях увеличивается количество силовых линий, разрезающих каждую петлю
  катушки, тем самым увеличивая индуктивность катушки.Теперь должно быть очевидно, что индуктивность
  катушки увеличивается непосредственно по мере увеличения проницаемости материала сердечника .

  Рисунок 2-8. — Коэффициент индуктивности (материал сердечника). МЯГКОЕ ЖЕЛЕЗНОЕ ЯДРО

  Другой способ увеличения индуктивности — намотать катушку слоями. Рисунок 2-9
  показаны три ядра с разным количеством слоев. Катушка на рисунке 2-9 (A) — плохая
  индуктор по сравнению с другими на рисунке, потому что его витки широко разнесены и
  наслоения нет.Движение потока, обозначенное пунктирными стрелками, не связывает
  эффективно, потому что есть только один слой витков. Более индуктивная катушка показана на
  рисунок 2-9 (B). Витки расположены близко друг к другу, провод намотан в два слоя. В
  два слоя связывают друг друга с большим количеством петель потока во время всех движений потока.
  Обратите внимание, что почти все витки, такие как X, находятся рядом с четырьмя другими витками (заштрихованы). Этот
  вызывает увеличение магнитной связи.

  Рисунок 2-9.- Катушки различной индуктивности.

  Катушку можно сделать еще более индуктивной, намотав ее в три слоя, как показано на
  рисунок 2-9 (С). Увеличенное количество слоев (площадь поперечного сечения) улучшает флюсовую связь
  даже больше. Обратите внимание, что некоторые повороты, такие как Y, лежат непосредственно рядом с шестью другими поворотами (заштрихованы).
  На практике наслоение может продолжаться через намного больше слоев. Важный факт
  следует помнить, однако, что индуктивность катушки увеличивается с каждым слоем
  добавил .

  Как вы видели, на индуктивность катушки могут влиять несколько факторов, и все они
  факторы переменные. Многие катушки различной конструкции могут иметь одинаковую индуктивность. В
  Однако важно помнить, что индуктивность зависит от
  степень связи между проводником (проводниками) и электромагнитным полем . В
  прямая длина проводника, между одной частью проводника очень слабая магнитная связь.
  дирижер и другой.Поэтому его индуктивность крайне мала. Было показано, что
  проводники становятся намного более индуктивными, когда они наматываются на катушки. Это правда, потому что
  между витками проводника, лежащими бок о бок в
  катушка.

  Q.7 Перечислите пять факторов, влияющих на индуктивность катушки.

  Важность индуктивности катушки

  В этом блоге мы исследуем индуктивность; одно из основных свойств электрической схемы или электронного устройства.Индуктивность определяется как , свойство электрической цепи или устройства, которое препятствует изменению тока. Важно отметить, что индуктивность не противодействует току, а скорее противодействует изменению тока, протекающего в цепи.

  Единица индуктивности — Генри (Гн), и она зависит от физических свойств цепи, а не от электрических характеристик, поскольку в ней нет тока или напряжения. Кроме того, индуктивность прямо пропорциональна «количеству витков», «площади, окруженной катушкой» и обратно пропорциональна «длине катушки».

  Символ, используемый для обозначения индуктивности, — это заглавная буква L. Индуктивность (или, точнее, самоиндуктивность) катушки может быть найдена с помощью следующего уравнения:

  Применяемая формула в электрических цепях:

  Обзор процесса индуктивности

  Чтобы понять процесс индуктивности и принцип его работы, давайте рассмотрим иллюстрированный источник постоянного тока с переключателем и катушкой (рисунок 1). Когда переключатель замкнут, по цепи течет ток.Здесь мы используем поток электронов, показанный красными стрелками, как направление электронов. Когда мы замыкаем переключатель, ток, текущий от батареи, увеличивается в каждой катушке. Принимая во внимание правило большого пальца левой руки, ток течет, а магнитный поток течет против часовой стрелки и расширяется наружу. Принимая во внимание Катушку 1 и Катушку 2, как на рисунке; Поток от катушки 1 проходит через катушку 2, создавая индуцированное напряжение. Закон Ленца и закон Фарадея — два закона, применяемые для понимания этого процесса.Индуцированное напряжение всегда будет создавать поток, противоположный исходному потоку, который его вызвал. Таким образом, наше приложенное напряжение пытается направить ток в катушку, а индуцированное напряжение работает против этого. Он не останавливает ток, он просто замедляет его. Если по закону Ома сила тока будет 10 ампер, он не изменится мгновенно с 0 до 10, вместо этого потребуется некоторое время в зависимости от индуктивности, обеспечиваемой катушкой индуктивности.

  Рисунок 1

  В следующем случае мы попытаемся уменьшить ток, в той же цепи с 10 А, как установлено, магнитный поток связывает все витки в катушке.Когда мы размыкаем переключатель, поток возвращается к исходному проводнику. Движение потока прекращается, когда ток перестает изменяться. Уменьшение магнитного потока на каждом витке катушки проводника вызывает относительное движение между магнитными полями, что приводит к сильному индуцированному напряжению. Действие по уменьшению тока / напряжения до нуля путем удаления приложенного напряжения приводит к непрерывному изменению магнитного потока, который индуцирует напряжение, пытаясь противодействовать причине. Таким образом, схема пытается поддерживать ток, что приводит к задержке в скорости уменьшения тока, а не снижает ее мгновенно.Это называется индуктивным ударом. Происходящий процесс — это просто возвращение энергии обратно в цепь из магнитных полей. Величина индуцируемого напряжения зависит от таких факторов, как величина магнитного потока, количество витков и время.

  Разрыв цепи может вызвать очень высокое индуцированное напряжение в катушке, так как время очень короткое, а магнитный поток очень быстро спадает. Если нет пути для прохождения этой энергии, мы можем получить дугу через переключатели или дугу рядом с другими подключенными устройствами, что может вызвать повреждения.Таким образом, настоятельно рекомендуется соблюдать некоторые меры предосторожности при обнаружении характеристик индуктивности в электронных схемах.

  Профилактические меры по предотвращению вспышки дуги

  Индуктивный ток, создаваемый в цепи постоянного тока, имеет высокую силу, когда поток, связанный с катушкой, мгновенно падает. Поэтому важно принять превентивные меры для устранения повреждений, предоставив альтернативный путь для энергии.Например, трансформатор тока является высокоиндуктивным устройством, поскольку он имеет много витков катушки, и количество витков катушки имеет большое влияние на генерируемый ток (L = µ N2A / l, где N = кол-во поворотов) .

  Рисунок 2: Принцип противодействия ЭДС

  Если амперметр, присоединенный к катушке, как показано на рисунке 2, снимается, когда цепь горячая, цепь с высокой индуктивностью прерывается. Разрыв цепи приводит к схлопыванию потока по виткам катушки, создавая чрезвычайно высокое индуцированное напряжение, которое может вызвать электрическую дугу длиной 4-5 дюймов.Эта электрическая дуга может причинить травму человеку, пытающемуся отключить амперметр от цепи.

  Это похоже на шунтирующую обмотку двигателя постоянного тока, которая представляет собой еще одну высокоиндуктивную цепь. Шунтирующий двигатель постоянного тока также удовлетворяет всем характеристикам, которые генерируют высокоиндуктивный ток. Шунтирующий двигатель обычно находится под напряжением, и в другую часть двигателя вносятся изменения, чтобы обеспечить альтернативный путь для протекания индуктивного тока. Это сделано для того, чтобы переключение поля шунта могло вызвать серьезные повреждения и сократить срок службы контактов.Даже в небольших катушках, используемых в схемах ПЛК, возникает обратная подача и некоторые повреждения.

  Шунтирующий двигатель

  Самый простой способ устранить повреждение, вызванное током обратной связи, — это подключить резистор к катушке индуктивности. Это обеспечивает путь для индуктора, чтобы управлять энергией, но, когда он находится под напряжением в течение более длительного периода, это может быть неэффективным, поскольку все это время будет иметь место потеря мощности на резисторе. Эту проблему можно решить, включив диод последовательно с резистором, чтобы диод блокировал ток во время нормальной работы.Это снижает рассеиваемую мощность на резисторе. Питание подается через резистор только тогда, когда цепь разомкнута, вызывая индуктивный удар.

  Помимо использования одного резистора и последовательной комбинации резистор-диод, конденсатор также может устранить повреждения, вызванные индуктивным током. Энергия, генерируемая во время обратной подачи индуктивного тока, рассеивается в конденсаторе, а оставшийся ток течет обратно от конденсатора к катушке индуктивности, тем самым защищая контакты переключателя, а также любые другие соприкасающиеся устройства.Подводя итог, можно сказать, что индуктивность — это свойство цепи, которая препятствует изменению тока в этой цепи.

  До сих пор мы изучали индуктивность, вызванную цепью постоянного тока, но когда мы посмотрим на индуктивность, вызванную переменным током, который непрерывно изменяется во времени, формируется реактивная индуктивность, зависящая не только от индуктивности катушки, но и также от частоты сигнала переменного тока, как показано на рисунке 3.

  Рисунок 3

  Мы надеемся, что это было полезно для вас как для технического специалиста или студента, выходящего на поле.Если у вас есть какие-либо вопросы о программах по электронике или электромеханику, вы можете связаться с одним из наших консультантов по программе по бесплатному телефону 1-888-553-5333 или по электронной почте info@gbctechtraining.com.

  Индуктивность | Физика II

  Индукция — это процесс, при котором ЭДС индуцируется изменением магнитного потока. До сих пор обсуждалось множество примеров, некоторые из которых более эффективны, чем другие. Трансформаторы, например, спроектированы так, чтобы быть особенно эффективными при наведении желаемого напряжения и тока с очень небольшими потерями энергии в другие формы.Есть ли полезная физическая величина, связанная с тем, насколько «эффективно» данное устройство? Ответ положительный, и эта физическая величина называется индуктивностью , . Взаимная индуктивность — это влияние закона индукции Фарадея для одного устройства на другое, например, первичная катушка, при передаче энергии вторичной обмотке в трансформаторе. См. Рис. 1, где простые катушки индуцируют ЭДС друг в друге.

  Рис. 1. Эти катушки могут вызывать ЭДС друг в друге, как неэффективный трансформатор.Их взаимная индуктивность M указывает на эффективность связи между ними. Здесь видно, что изменение тока в катушке 1 вызывает ЭДС в катушке 2. (Обратите внимание, что « E ₂ индуцированный» представляет наведенную ЭДС в катушке 2.)

  Во многих случаях, когда геометрия устройств является фиксированной, магнитный поток изменяется за счет изменения тока. Поэтому мы сконцентрируемся на скорости изменения тока Δ I / Δ t как причине индукции. Изменение тока I ₁ в одном устройстве, катушка 1 на рисунке, индуцирует ЭДС ₂ в другом.Мы выражаем это в форме уравнения как

  [латекс] {\ text {emf}} _ {2} = — M \ frac {\ Delta {I} _ {1}} {\ Delta t} \\ [/ latex],

  , где M определяется как взаимная индуктивность между двумя устройствами. Знак минус является выражением закона Ленца. Чем больше взаимная индуктивность M , тем эффективнее связь. Например, катушки на рисунке 1 имеют небольшой размер M по сравнению с катушками трансформатора на рисунке 3 от Transformers. Единицами измерения для M являются (В с) / A = Ом ⋅ с, который назван генри (H) в честь Джозефа Генри.То есть 1 H = 1 Ω⋅s. Природа здесь симметрична. Если мы изменим ток I ₂ в катушке 2, мы индуцируем ЭДС ₁ в катушке 1, что равно

  [латекс] {\ text {emf}} _ {1} = — M \ frac {\ Delta {I} _ {2}} {\ Delta t} \\ [/ latex],

  , где M то же, что и для обратного процесса. Трансформаторы работают в обратном направлении с такой же эффективностью или взаимной индуктивностью M . Большая взаимная индуктивность M может быть или нежелательна.Мы хотим, чтобы трансформатор имел большую взаимную индуктивность. Но такой прибор, как электрическая сушилка для одежды, может вызвать опасную ЭДС на корпусе, если взаимная индуктивность между его катушками и корпусом велика. Один из способов уменьшить взаимную индуктивность M состоит в том, чтобы намотать катушки противотоком для подавления создаваемого магнитного поля. (См. Рисунок 2.)

  Рис. 2. Нагревательные катушки электрической сушилки для одежды могут быть намотаны в противоположную сторону, так что их магнитные поля нейтрализуют друг друга, что значительно снижает взаимную индуктивность по сравнению с корпусом сушилки.

  Самоиндукция , действие закона индукции Фарадея устройства на самого себя, также существует. Когда, например, увеличивается ток через катушку, магнитное поле и магнитный поток также увеличиваются, вызывая противоэдс, как того требует закон Ленца. И наоборот, если ток уменьшается, индуцируется ЭДС, которая препятствует уменьшению. Большинство устройств имеют фиксированную геометрию, поэтому изменение магнитного потока полностью связано с изменением тока Δ I , проходящего через устройство.Индуцированная ЭДС связана с физической геометрией устройства и скоростью изменения тока. Выдается

  [латекс] \ text {emf} = — L \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} [/ latex],

  , где L — собственная индуктивность устройства. Устройство, которое демонстрирует значительную самоиндукцию, называется дросселем и обозначено символом на рисунке 3.

  Рисунок 3.

  Знак минус является выражением закона Ленца, означающего, что ЭДС препятствует изменению тока.Единицами самоиндукции являются генри (Гн), как и для взаимной индуктивности. Чем больше самоиндукция L устройства, тем сильнее оно сопротивляется любому изменению тока через него. Например, большая катушка с множеством витков и железным сердечником имеет большой L и не позволит току быстро меняться. Чтобы избежать этого эффекта, необходимо добиться небольшого L , например, за счет встречной намотки катушек, как показано на рисунке 2. Катушка индуктивности 1 Гн — это большая катушка индуктивности. Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим устройство с L = 1.0 H, через который протекает ток 10 A. Что произойдет, если мы попытаемся быстро отключить ток, возможно, всего за 1,0 мс? ЭДС, заданная как ЭДС = — L (Δ I / Δ t ), будет препятствовать изменению. Таким образом, ЭДС будет индуцирована ЭДС = — L (Δ I / Δ t ) = (1,0 H) [(10 A) / (1,0 мс)] = 10 000 В. Положительный знак означает это большое напряжение идет в том же направлении, что и ток, противодействуя его уменьшению. Такие большие ЭДС могут вызвать дуги, повредить коммутационное оборудование, и поэтому может потребоваться более медленное изменение тока.Есть применение для такого большого наведенного напряжения. Во вспышках камеры используются аккумулятор, две индуктивности, которые работают как трансформатор, и система переключения или генератор для создания больших напряжений. (Помните, что нам нужно изменяющееся магнитное поле, вызванное изменяющимся током, чтобы вызвать напряжение в другой катушке.) Система генератора будет делать это много раз, когда напряжение батареи повышается до более чем тысячи вольт. (Вы можете услышать пронзительный свист трансформатора во время зарядки конденсатора.) Конденсатор сохраняет высокое напряжение для последующего использования при питании вспышки. (См. Рисунок 4.)

  Рис. 4. Благодаря быстрому переключению катушки индуктивности можно использовать батареи 1,5 В для индукции ЭДС в несколько тысяч вольт. Это напряжение можно использовать для хранения заряда в конденсаторе для последующего использования, например, в насадке для вспышки камеры.

  Можно рассчитать L для индуктора, учитывая его геометрию (размер и форму) и зная создаваемое магнитное поле. В большинстве случаев это сложно из-за сложности создаваемого поля.Таким образом, в этом тексте индуктивность L обычно является заданной величиной. Единственным исключением является соленоид, потому что он имеет очень однородное поле внутри, почти нулевое поле снаружи и простую форму. Поучительно вывести уравнение для его индуктивности. Начнем с того, что наведенная ЭДС определяется законом индукции Фарадея как ЭДС = — Н (Δ Φ / Δ t ) и, по определению самоиндукции, как ЭДС = — L . (Δ I / Δ т ).Приравнивая эти доходности к

  [латекс] \ text {emf} = — N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} = — L \ frac {\ Delta I} {\ Delta t} \\ [/ latex]

  Решение для л дает

  [латекс] L = N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta I} \\ [/ latex]

  Это уравнение для самоиндукции L устройства всегда верно. Это означает, что самоиндукция L зависит от того, насколько эффективен ток для создания магнитного потока; чем эффективнее, тем больше Δ Φ / Δ I .Давайте воспользуемся этим последним уравнением, чтобы найти выражение для индуктивности соленоида. Поскольку площадь A соленоида является фиксированной, изменение магнитного потока составляет Δ Φ = Δ ( B A ) = A Δ B . Чтобы найти Δ B , заметим, что магнитное поле соленоида определяется выражением [латекс] B = {\ mu} _ {0} {nI} = {\ mu} _ {0} \ frac {NI} { \ ell} \\ [/ латекс]. {2} \ влево (1.{2} \ right)} {0.100 \ text {m}} \\ & = & 0.632 \ text {mH} \ end {array} \\ [/ latex].

  Обсуждение

  Этот соленоид среднего размера. Его индуктивность около миллигенри также считается умеренной.

  Одно из распространенных применений индуктивности используется в светофорах, которые могут определить, когда автомобили ждут на перекрестке. Электрическая цепь с индуктором размещается на дороге под местом остановки ожидающей машины. Кузов автомобиля увеличивает индуктивность, и схема изменяется, посылая сигнал на светофор, чтобы изменить цвет.Точно так же металлоискатели, используемые для безопасности аэропортов, используют ту же технику. Катушка или индуктор в корпусе металлоискателя действует как передатчик и как приемник. Импульсный сигнал в катушке передатчика вызывает сигнал в приемнике. На самоиндукцию цепи влияет любой металлический предмет на пути. Такие детекторы могут быть настроены на чувствительность, а также могут указывать приблизительное местонахождение обнаруженного на человеке металла. (Но они не смогут обнаружить пластиковую взрывчатку, подобную той, которая была обнаружена на «бомбардировщике в нижнем белье.”) См. Рисунок 5.

  Рис. 5. Знакомые ворота безопасности в аэропорту могут не только обнаруживать металлы, но и указывать их приблизительную высоту над полом. (Источник: Alexbuirds, Wikimedia Commons)

  Общие сведения об индуктивности »Электроника

  Понимание основ индуктивности позволяет более эффективно использовать катушки индуктивности и трансформаторы.

  ---

  Учебное пособие по индуктивности и трансформатору Включает:
  индуктивность
  Символы
  Закон Ленца
  Собственная индуктивность
  Расчет индуктивного реактивного сопротивления
  Теория индуктивного реактивного сопротивления
  Индуктивность проволоки и катушек
  Трансформеры

  ---

  Индуктивность — ключевой параметр в электрических и электронных схемах.Подобно сопротивлению и емкости, это базовое электрическое измерение, которое в той или иной степени влияет на все цепи.

  Индуктивность используется во многих областях электрических и электронных систем и схем. Компоненты могут быть разных форм и называться разными именами: катушки, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы и т. Д. . . Каждый из них также может иметь множество различных вариантов: с сердечником и без сердечника, а материалы сердечника могут быть разных типов.

  Понимание индуктивности и различных форм и форматов катушек индуктивности и трансформаторов помогает понять, что происходит в электрических и электронных цепях.

  Термин индуктивность был введен Оливером Хевисайдом в 1886 году. Обычно символ L используется для обозначений индукторов, показанных на принципиальных схемах, и индуктивности в уравнениях в честь физика Генриха Ленца.

  Основы индуктивности

  Индуктивность — это способность катушки индуктивности накапливать энергию в магнитном поле, создаваемом потоком электрического тока.

  Энергия требуется для создания магнитного поля, и эта энергия должна высвобождаться при падении поля.

  В результате магнитного поля, связанного с протеканием тока, индукторы генерируют противоположное напряжение, пропорциональное скорости изменения тока в цепи.

  Индуктивность возникает из-за магнитного поля, создаваемого электрическими токами, протекающими в электрической цепи. Обычно катушки с проволокой используются, поскольку катушка увеличивает связь магнитного поля и усиливает эффект.

  Есть два способа использования индуктивности:

  • Самоиндукция: Самоиндукция — это свойство цепи, часто катушки, в результате чего изменение тока вызывает изменение напряжения в этой цепи из-за магнитного эффекта, вызванного протеканием тока.Можно видеть, что самоиндукция применяется к одной цепи — другими словами, это индуктивность, обычно в пределах одной катушки. Этот эффект используется в одиночных катушках или дросселях.

  • Взаимная индуктивность: Взаимная индуктивность — это индуктивный эффект, когда изменение тока в одной цепи вызывает изменение напряжения во второй цепи в результате магнитного поля, которое связывает обе цепи. Этот эффект используется в трансформаторах.

  Определение единиц индуктивности

  При обозначении катушки индуктивности на принципиальной схеме или в уравнении обычно используется символ «L».На принципиальных схемах индукторы обычно пронумерованы, L1, L2 и т. Д.

  Единицей индуктивности в системе СИ является генри, H, который можно определить как скорость изменения тока и напряжения.

  Определение генри:

  Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, и это приводит к электродвижущей силе в один вольт.

  Один генри равен 1 Вб / А.

  Индуктивность — что происходит

  Когда ток течет внутри проводника, будь то прямой или в форме катушки, вокруг него создается магнитное поле, и это влияет на то, как нарастает ток после замыкания цепи.

  С точки зрения того, как индуктивность влияет на электрическую цепь, это помогает посмотреть, как работает цепь, сначала для постоянного, а затем для переменного тока. Хотя они следуют одним и тем же законам и результат одинаковый, это помогает объяснению, пример постоянного тока проще, и тогда это объяснение можно использовать в качестве основы для случая переменного тока.

  • Постоянный ток: По мере создания цепи ток начинает течь.Когда ток увеличивается до постоянного значения, создаваемое магнитное поле приобретает окончательную форму. Когда это происходит, магнитное поле изменяется, поэтому это индуцирует напряжение обратно в саму катушку, как и следовало ожидать в соответствии с законом Ленца.
    Катушка индуктивности в цепи с батареей и резистором

    Постоянная времени T в секундах цепи, которая будет включать значение индуктивности L Генри и соответствующее сопротивление цепи R Ом, может быть рассчитана как L / R. T — время, за которое ток I amps повысится до 0.63 от его окончательного установившегося значения V / R. Энергия, запасенная в магнитном поле, составляет 1/2 L I ² .
    Повышение тока при приложении постоянного напряжения к катушке индуктивности

    Когда ток отключается, это означает, что фактически сопротивление цепи внезапно возрастает до бесконечности. Это означает, что отношение L / R становится очень малым, и магнитное поле очень быстро падает. Это представляет собой большое изменение магнитного поля, и, соответственно, индуктивность пытается поддерживать ток, и устанавливается обратная ЭДС, чтобы противодействовать этому, возникающему из-за энергии, хранящейся в магнитном поле.Напряжение означает, что на контакте переключателя могут появиться искры, особенно при разрыве контакта. Это приводит к появлению ямок на контактах и ​​износу любых механических переключателей. В электронных схемах эта обратная ЭДС может разрушить полупроводниковые устройства, поэтому часто используются способы уменьшения этой обратной ЭДС.

  • Переменный ток: Для случая прохождения переменного тока через катушку индуктивности используются те же основные принципы, но, поскольку форма волны является повторяющейся, мы склонны смотреть на то, как индуктор реагирует немного иначе, как так удобнее.

    По самой своей природе форма переменного сигнала постоянно меняется. Это означает, что результирующее магнитное поле всегда будет изменяться, и всегда будет создаваться наведенная обратная ЭДС. Результатом этого является то, что индуктор препятствует прохождению через него переменного тока из-за индуктивности. Это в дополнение к вызванному сопротивлением омическому сопротивлению провода.

    Это означает, что если омическое сопротивление катушки индуктивности низкое, она будет пропускать постоянный ток, постоянный ток с небольшими потерями, но может иметь высокое сопротивление для любого высокочастотного сигнала.Эта характеристика катушки индуктивности может использоваться для обеспечения того, чтобы любые высокочастотные сигналы не проходили через катушку индуктивности.

  Еще одним аспектом индуктивности является то, что реактивное сопротивление катушки индуктивности и реактивное сопротивление конденсатора могут действовать вместе в цепи, подавляя друг друга. Это называется резонансом и широко используется в полосовых фильтрах.

  Индуктивность проводов и катушек

  Прямые провода и катушки имеют индуктивность. Обычно катушки используются для индукторов, потому что соединение магнитного поля между различными витками катушки увеличивает индуктивность и позволяет удерживать провод в меньшем объеме.

  Для большинства низкочастотных приложений индуктивностью прямого провода можно пренебречь, но по мере увеличения частоты в диапазоне УКВ и за его пределы индуктивность самого провода может стать значительной, и необходимо поддерживать короткие межсоединения, чтобы минимизировать влияние. .

  Доступно

  расчетов, позволяющих достаточно точно рассчитать индуктивность проводов, но индуктивность катушек немного сложнее и зависит от множества факторов, включая форму катушки и постоянную материала внутри и вокруг катушки. .

  Индуктивность — ключевой аспект проводов и катушек. Индуктивность — это незаменимая характеристика, которая может быть очень полезна во многих схемах.

  Другие основные концепции электроники:
  Напряжение
  Текущий
  Мощность
  Сопротивление
  Емкость
  Индуктивность
  Трансформеры
  Децибел, дБ
  Законы Кирхгофа
  Q, добротность
  Радиочастотный шум
  
  Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

  Основы индуктивности — Индукторы — Основы Электроника

  Катушки индуктивности

  Катушка индуктивности — это электрический компонент, основной целью которого является введение индуктивности в электрическую цепь или сеть.

  Электрический символ.

  Индуктивность

  Индуктивность — характеристика электрической цепи, препятствующая запуску, остановке или изменению
  в стоимости тока. Приведенное выше утверждение настолько важно для изучения индуктивности, что оно
  повторение.Индуктивность — это характеристика электрического проводника, который противостоит изменению в
  текущий . Обозначение индуктивности — L , а базовая единица индуктивности — генри (H).

  Чтобы найти физическую аналогию индуктивности, не нужно далеко ходить. Всем, кому когда-либо приходилось
  толкать тяжелый груз (тачку, машину и т. д.) осознает, что для того, чтобы начать движение, требуется больше работы, чем
  делает, чтобы держать его в движении. После того, как груз движется, легче удерживать груз в движении, чем останавливать его снова.Это потому, что груз обладает свойством инерции . Инерция — это характеристика массы, которая
  противодействует изменению скорости на на . Индуктивность оказывает такое же влияние на ток в электрической цепи, как и
  инерция оказывает на движение механического объекта. Для пуска или останова тока требуется больше энергии, чем
  делает, чтобы он продолжал течь.

  Даже идеально прямой проводник имеет некоторую индуктивность. Как вы знаете, ток в
  проводник создает магнитное поле, окружающее проводник.При изменении тока магнитный
  полевые изменения. Это вызывает относительное движение между магнитным полем и проводником, и
  в проводнике индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Эта ЭДС называется самоиндуцированной ЭДС
  потому что он индуцируется в проводнике, по которому течет ток. ЭДС, создаваемая этим движущимся магнитным
  поле также обозначается как противодвижущая сила (BEMF). Полярность спинки
  электродвижущая сила противоположна приложенному напряжению проводника.Общий эффект
  будет выступать против изменения текущей величины. Этот эффект резюмируется законом Ленца, который гласит:
  that: Индуцированная ЭДС в любой цепи всегда направлена ​​против создавшего ее эффекта .

  Связь между наведенным напряжением, индуктивностью и
  скорость изменения тока относительно времени математически выражается как:

  где v _L — наведенная ЭДС в вольтах; L — индуктивность в генри; и Δ i равно
  изменение тока в амперах, происходящее за Δ t секунд.Символ Δ (греческая буква дельта),
  означает «изменение …».

  Поскольку во всех цепях есть проводники, можно предположить, что все цепи имеют индуктивность.
  Однако наибольшее влияние индуктивность оказывает только при изменении тока. Индуктивность НЕ
  противодействовать току, только ИЗМЕНЕНИЕ в токе. Где ток постоянно меняется, как в цепи переменного тока,
  индуктивность имеет больший эффект.

  Катушка или индуктор

  Чтобы увеличить свойство индуктивности, проводник может быть сформирован в виде петли или катушки.Катушка также
  называется индуктор . На рисунке ниже показан проводник, сформированный в виде катушки.
  Ток через одну петлю создает магнитное поле, которое окружает петлю в направлении, показанном на
  вид A рисунка. По мере увеличения тока магнитное поле расширяется и разрезает все петли, как показано на рисунке.
  в виде B на чертеже. Сила тока в каждом контуре влияет на
  все остальные петли. Поле, отсекающее другой контур, увеличивает индуктивность.

  Катушка.

  Катушки индуктивности классифицируются по типу сердечника.Сердечник — это центр индуктора, как и сердечник.
  яблока — центр яблока. Индуктор выполнен в виде катушки из проволоки вокруг сердечника. В
  Материал сердечника обычно бывает двух основных типов: ферромагнитный или воздушный. Индуктор с ферромагнитным сердечником
  показано на рисунке ниже, вид A. Катушка индуктивности с воздушным сердечником может быть не более чем катушкой с проволокой, но обычно это
  Катушка образована вокруг полой формы из немагнитного материала, например картона. Этот материал служит
  нет никакой другой цели, кроме как удерживать форму катушки.Индуктор с воздушным сердечником
  показано на рисунке ниже, вид В.

  Типы индукторов.

  Факторы, влияющие на индуктивность катушки

  Есть несколько физических факторов, которые влияют на индуктивность катушки. Они включают в себя количество
  витков в катушке, диаметр катушки, длина катушки, тип материала, используемого в сердечнике, и
  количество слоев намотки в катушках.

  Индуктивность полностью зависит от физической конструкции схемы и может быть измерена только
  специальными лабораторными приборами.Из упомянутых факторов сначала рассмотрим, как количество витков
  влияет на индуктивность катушки. На рисунке ниже показаны две катушки. Катушка (A) имеет два витка, а катушка (B) — четыре
  повороты. В катушке (A) магнитное поле, создаваемое одним контуром, разрезает другой контур. В катушке (B) магнитное поле, создаваемое
  одна петля отрезает три другие петли. Удвоение количества витков в катушке создаст поле вдвое большее.
  сильный, если используется такой же ток. Поле вдвое большей силы, сокращающее вдвое количество витков, вызовет
  в четыре раза больше напряжения.Следовательно, можно сказать, что индуктивность изменяется как квадрат количества
  получается .

  Коэффициент индуктивности (витки).

  Второй фактор — диаметр катушки. На рисунке ниже вы можете видеть, что катушка в виде B имеет вдвое больше
  диаметр катушки, вид A. Физически требуется больше проволоки, чтобы построить катушку большого диаметра, чем одна из
  малый диаметр с равным количеством витков. Следовательно, существует больше силовых линий, чтобы вызвать обратную ЭДС.
  в катушке большего диаметра.На самом деле, индуктивность катушки увеличивается прямо пропорционально перекрестной
  площадь сечения активной зоны увеличивается на . Вспомните формулу площади круга:
  A = π r ² . Удвоение радиуса катушки увеличивает индуктивность в четыре раза.

  Коэффициент индуктивности (диаметр).

  Третий фактор, влияющий на индуктивность катушки, — это длина катушки. На рисунке ниже показаны два
  примеры расстояний между змеевиками. Катушка (A) имеет три витка, довольно широко разнесенных, что составляет относительно длинную катушку.А
  Катушка этого типа имеет несколько потокосцеплений из-за большего расстояния между каждым витком. Следовательно, катушка (A)
  имеет относительно низкую индуктивность. Катушка (B) имеет близкорасположенные витки, что составляет относительно короткую катушку. Этот
  близкое расстояние увеличивает потокосцепление, увеличивая индуктивность катушки. Удвоение длины
  катушка при сохранении того же числа витков уменьшает значение индуктивности вдвое.

  Коэффициент индуктивности (длина катушки).

  Четвертый физический фактор — это тип материала сердечника, используемого в катушке.На рисунке ниже показаны две катушки:
  Катушка (A) с воздушным сердечником и катушка (B) с ферромагнитным сердечником. Магнитный сердечник катушки (B) — лучший путь
  для магнитных силовых линий, чем немагнитный сердечник катушки (A). Высокая проницаемость ферромагнитного сердечника
  имеет меньшее сопротивление магнитному потоку, что приводит к большему количеству магнитных силовых линий. Этот
  увеличение магнитных силовых линий увеличивает количество силовых линий, разрезающих каждую петлю катушки,
  тем самым увеличивая индуктивность катушки.Теперь должно быть очевидно, что индуктивность катушки увеличивается.
  непосредственно по мере увеличения проницаемости материала сердечника .

  Коэффициент индуктивности (материал сердечника).

  Еще один способ увеличения индуктивности — намотать катушку слоями. На рисунке ниже показаны три ядра.
  с разным количеством наслоений. Катушка в поле зрения A является плохой катушкой индуктивности по сравнению с другими катушками в
  фигура, потому что его витки широко разнесены и нет наслоения. Движение потока, обозначенное
  пунктирные стрелки не обеспечивают эффективного связывания, потому что существует только один уровень поворотов.Более индуктивная катушка
  показан на виде B. Витки расположены близко друг к другу, и провод намотан в два слоя. В
  два слоя связывают друг друга с большим количеством петель потока во время всех движений потока. Обратите внимание, что почти
  все витки, такие как X, находятся рядом с четырьмя другими витками (черные). Это приводит к увеличению потокосцепления.
  Катушку можно сделать еще более индуктивной, намотав ее в три слоя, как показано на виде C.
  увеличенное количество слоев (площадь поперечного сечения) еще больше улучшает потокосцепление.Обратите внимание, что некоторые повороты,
  такие как Y, лежат непосредственно рядом с шестью другими поворотами (черные). На практике наслоение может продолжаться через
  еще много слоев. Однако важно помнить, что индуктивность катушки увеличивается.
  с каждым слоем добавлено .

  Катушки различной индуктивности.

  Как вы видели, на индуктивность катушки могут влиять несколько факторов, и все эти факторы
  Переменная. Многие катушки различной конструкции могут иметь одинаковую индуктивность.Важная информация для
  Помните, однако, что индуктивность зависит от степени связи между проводом.
  проводник (и) и электромагнитное поле. На прямой длине проводника магнитный поток очень мал.
  связь между одной частью проводника и другой. Поэтому его индуктивность крайне мала. Это
  Было показано, что проводники становятся намного более индуктивными, если их наматывать в катушки. Это верно
  потому что между витками проводника, лежащими бок о бок в катушке, существует максимальная магнитная связь.

  Страница не найдена | MIT

  Перейти к содержанию ↓

  • Образование
  • Исследовать
  • Инновации
  • Прием + помощь
  • Студенческая жизнь
  • Новости
  • Выпускников
  • О Массачусетском технологическом институте
  • Подробнее ↓
    • Прием + помощь
    • Студенческая жизнь
    • Новости
    • Выпускников
    • О Массачусетском технологическом институте

  Меню ↓

  Поиск

  Меню

  Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
  Попробуйте поискать что-нибудь еще!

  Что вы ищете?

  Увидеть больше результатов

  Предложения или отзывы?

  Проще говоря, что такое индуктор | ОРЕЛ

  Можете ли вы назвать тройку пассивных компонентов для электронных устройств? Мы говорим о резисторах (R), конденсаторах (C) и индукторах (L).Это трио составляет основу всех наших электронных устройств, открывая путь к созданию удивительных вещей с такими простыми концепциями. Итак, в то время как резисторы сопротивляются потоку электричества, а конденсаторы изо всех сил стараются удерживать заряд, что вообще делают катушки индуктивности? Этот компонент немного загадочнее других, он использует магию магнетизма. Хотите знать, какие секреты внутри? Давай выясним!

  Как яблоки на яблоки, вид

  Прежде чем мы углубимся в детали индуктора, давайте сначала начнем с того, что нам знакомо.Как и конденсатор, индуктор хранит электрическую энергию. За исключением того, что вместо накопления энергии в электрическом поле, как это делает конденсатор, индуктор накапливает энергию в магнитном поле.

  Вся энергия индуктора накапливается в магнитном поле. (Источник изображения)

  Когда вы смотрите на трио пассивных компонентов, конденсаторы и катушки индуктивности похожи на братьев-близнецов. Они оба занимаются схожей деятельностью, накапливая энергию, просто у них есть своя уникальная личность и способ выполнять эту работу.Если конденсатор любит поддерживать постоянное напряжение, катушка индуктивности предпочитает поддерживать постоянный ток. Они оба по-своему достигают одной и той же конечной цели — накапливать и препятствовать потоку энергии.

  В отличие от сложной физической структуры конденсатора, катушки индуктивности немного проще и состоят из простой катушки с проволокой вокруг магнита или даже воздуха. Но почему форма катушки? Если есть что-то, что нужно знать об электромагнетизме, так это то, что, посылая электрический ток по куску меди, создается магнитное поле.

  Катушки индуктивности

  используют это естественное свойство, увеличивая величину магнитного поля с помощью витой проволоки. Когда ток проходит через медный провод индуктора, вы получаете магнитное поле, которое намного больше и намного сильнее, чем то, которое вы получили бы на прямом пути из меди.

  Катушки индуктивности бывают всех форм и размеров, каждый со своим сердечником и медью. (Источник изображения)

  Это настоящая красота индуктора. Создавая магнитное поле, вы можете преобразовывать электрическую энергию в магнитную и хранить ее там до тех пор, пока она не понадобится!

  Еще одна аналогия с водой для понимания

  Теперь, когда вы знаете, что такое индуктор, как именно он работает в цепи? Индукторы работают на основе свойства, называемого индуктивностью, которое представляет собой просто способность хранить некоторое количество энергии в магнитном поле.

  Давайте подумаем на простом примере, таком как водяное колесо, чтобы понять, что здесь происходит. Допустим, у вас есть река с плотиной, в русле которой находится водяное колесо, готовое вырабатывать электричество. Теперь предположим, что вы открыли этот барьер и направили воду, текущую через водяное колесо. Когда он ударяется о колесо, вода сначала замедляется, поскольку водяное колесо работает, чтобы соответствовать скорости воды. Вот здесь и происходит процесс «зарядки» индуктора, когда через него проходит ток.

  Водяное колесо готово к «зарядке», как и наш индуктор! (Источник изображения)

  А затем представьте, что вы решили снова перекрыть реку плотиной. Это водяное колесо будет медленно замедляться, пока снова не остановится. И так же, как в индукторе, процесс сжатия магнитного поля при отсутствии тока происходит постоянно, а не сразу.

  Звучит достаточно просто, правда? Но какова польза от накопления и высвобождения электрического заряда? Вот несколько примеров:

  Сглаживающий ток

  Когда вам нужен очень плавный ток для чего-то вроде источника постоянного тока, то магнитное поле в индукторе помогает стабилизировать ток, когда он движется по цепи.И если у вас есть уменьшающийся ток в цепи, которая должна оставаться стабильной, вы можете использовать резервы в магнитном поле индуктора, чтобы накачать ток обратно до исходного уровня.

  Действует как датчик

  Вы также найдете индукторы, используемые в светофорах. Поместив индуктор под дорогой с датчиком, а затем проведя по нему большим металлическим предметом, например автомобилем, вы добавили сердечник к индуктору, создавая большее магнитное поле! Затем датчик в стоп-сигнале может использовать эти данные, чтобы узнать, что вас ждет машина, и поэтому свет изменится.

  Передающий ток

  Если вы перейдете к большему семейству индукторов, вы также обнаружите, что они используются в системах передачи энергии. Здесь они несут ответственность за стабилизацию огромного количества тока и обеспечение того, чтобы ток оставался стабильным во время транспортировки.

  Существует множество других применений индукторов в электронных устройствах, некоторые из которых зависят от определенного номинала индуктивности, например:

  • Индукторы нано-генри .Эти катушки индуктивности отфильтровывают очень высокие частоты, и вы обнаружите, что они используются в радиосхемах.
  • Индукторы Генри . Эти катушки индуктивности фильтруют частоты от 50 кГц до нескольких МГц, и вы обнаружите, что они сглаживают напряжения в источниках питания.
  • Катушки индуктивности Миллигенри . Эти индукторы предназначены для разделения низкочастотных и высокочастотных звуков в схемах кроссовера аудио.

  Измерительные индукторы с индуктивностью

  Катушки индуктивности измеряются по их индуктивности и представляют собой группу сопротивлений, когда нужно пропускать ток.Пока индуктор не получит полный магнитный заряд, он никогда не пропустит ток! Но сколько им нужно заряда? Емкость индуктивности катушки индуктивности может определяться несколькими факторами, в том числе:

  Проницаемость ядра

  Если у вас есть металлический сердечник в катушке индуктивности с низкой проницаемостью, такой как воздух, то вы получите и индуктивность с низкой проницаемостью. А если у вас высокая магнитная проницаемость, как у железного сердечника, то и индуктивность тоже будет высокой.

  Чем выше проницаемость, тем выше индуктивность. (Источник изображения)

  Площадь поверхности катушки

  Наконец, если вы разделите магнитную катушку пополам и произведете измерение ее общей площади поверхности, то катушка с большей площадью поверхности будет иметь большую индуктивность и магнитное поле.

  Чем больше площадь поверхности, тем выше индуктивность. (Источник изображения)

  Длина катушки

  У вас может быть как можно больше скручиваний в катушке, но если вы растягиваете катушку все дальше и дальше, вы обнаружите, что индуктивность уменьшается.Чем больше длина вашей катушки, тем меньше будет ваше магнитное поле.

  Чем дальше вы его растянете, тем меньше индуктивность! (Источник изображения)

  Скручивания в катушке

  По мере того, как количество витков и витков в медном проводе увеличивается, увеличивается и индуктивность в вашей катушке индуктивности. Эта плотность медного провода в катушке индуктора также дает вам гораздо большее магнитное поле.

  В вашей катушке больше скручиваний? Вы получите более высокую индуктивность.(Источник изображения)

  Все эти коэффициенты индуктивности собраны вместе, чтобы сформировать измерение для катушек индуктивности, называемое Генри. 1 Генри — это большая индуктивность, поэтому обычно используются единицы меньшего размера, например:

  Префикс	Символ	Множитель	Степень десяти
  милли	м	1/1000	10-3
  микро	µ	1/1 000 000	10-6
  нано	n	1/1 000 000 000	10-9

  Поиск индукторов на схеме

  Как выглядит один из этих символов индуктивности на схеме? Они удивительно похожи по своей физической форме и организованы на основе своего внутреннего ядра.Обычно вы видите символы индуктивности для воздушных сердечников, железных сердечников и ферритовых сердечников. Посмотрите их ниже:

  Некоторые из множества символов индуктивности, которые вы встретите на схеме.

  Теперь определить все катушки индуктивности на принципиальной схеме — это одно, но что произойдет, если вы захотите узнать общую величину индуктивности для всех ваших катушек индуктивности? Это просто, и работает он так же, как резисторы. Вот как это сделать:

  Катушки индуктивности серии

  Когда у вас есть группа катушек индуктивности, соединенных последовательно, общая индуктивность — это просто сумма всех индивидуальных индуктивностей:

  Параллельные индукторы

  А если у вас есть группа катушек индуктивности, соединенных параллельно, то вы можете найти свою общую индуктивность с помощью следующего уравнения:

  Заметили сходство? Определение полной индуктивности для ваших катушек индуктивности похоже на определение общего сопротивления для резисторов!

  Трио создателей индукторов

  Да, когда-то было время, когда магия магнитных полей и индустрий была полной загадкой для мира науки.Индуктивность была впервые обнаружена еще в 1830 году Майклом Фарадеем. Фарадей наткнулся на свое открытие, обмотав бумажный цилиндр проволокой и соединив концы проволоки с помощью устройства, которое могло измерять электрический ток, называемого гальванометром.

  Когда магнит входил и выходил из цилиндра, устройство регистрировало небольшой ток, и так родилась теория индуктивности! После этого открытия преподобный Николас Каллан изобрел простую, но прочную катушку индуктивности, и так вошла история.

  Но, конечно, нельзя забывать и о нашем дорогом Джозефе Генри, который первым открыл электромагнитное свойство самоиндукции. Он смог измерить, как катушка с проволокой может вызвать изменение напряжения в цепи за счет магнитной силы. Если бы только он опубликовал свои открытия до Фарадея, и сегодня он мог бы быть известен как отец самой индуктивности. Однако Генри продолжал создавать большие и лучшие вещи, такие как электрический дверной звонок и электрические реле.А измерение индуктивности Генри? Он назван в его честь.

  Человек, миф, легенда, Джозеф Генри. (Источник изображения)

  Плавный оператор

  Когда дело доходит до сглаживания тока в цепи, нет лучшего выбора, чем наш верный старый индуктор. Этот компонент использует силу магнетизма для хранения электрического заряда, формируя основу для некоторых из наших наиболее важных электронных устройств, таких как аудиокроссоверы, источники питания постоянного тока, радиочастотные цепи и многое другое.А когда вы соберете вместе три пассивных компонента, у вас под рукой окажется опасный арсенал электронного волшебства. Эти три элемента составляют основу всех наших крупных электронных изобретений, и без них наш мир никогда не был бы прежним.

  У нас есть масса бесплатных библиотек индукторов, которые вы можете использовать в своей электронной конструкции. Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

  .