Як виникає струм у котушці. Напрямок індукційного струму

Нагадаємо деякі найпростіші досліди, у яких спостерігається виникнення електричного струму внаслідок електромагнітної індукції.

Один із таких дослідів зображений на рис. 253. Якщо котушку, що складається з великої кількостівитків дроту, швидко надягати на магніт або змикати з нього (рис. 253, а), то в ній виникає короткочасний індукційний струм, який можна виявити по відкидання стрілки гальванометра, з'єднаного з кінцями котушки. Те саме має місце, якщо магніт швидко всувати в котушку або висмикувати з неї (рис. 253, б). Значення має, очевидно, лише відносний рухкотушки та магнітного поля. Струм припиняється, коли припиняється цей рух.

Мал. 253. При відносному переміщенні котушки та магніту в котушці виникає індукційний струм: а) котушка надівається на магніт; б) магніт всувається в котушку

Розглянемо тепер кілька додаткових дослідів, які дозволять нам у більш загальному виглядісформулювати умови виникнення індукційного струму.

Перша серія дослідів: зміна магнітної індукції поля, де знаходиться індукційний контур (котушка або рамка).

Котушка поміщена в магнітне поле, наприклад, усередину соленоїда (рис. 254, а) або між полюсами електромагніта (рис. 254, б). Встановимо котушку так, щоб площина її витків була перпендикулярна до ліній магнітного поля соленоїда або електромагніту. Змінюватимемо магнітну індукцію поля, швидко змінюючи силу струму в обмотці (за допомогою реостату) або просто вимикаючи і включаючи струм (ключом). При кожній зміні магнітного поля стрілка гальванометра дає різке відкидання; це свідчить про виникнення ланцюга котушки індукційного електричного струму. При посиленні (чи виникненні) магнітного поля виникне струм одного напряму, за його ослаблення (або зникнення) – зворотного. Зробимо тепер той самий досвід, встановивши котушку так, щоб площина її витків була паралельна напрямку ліній магнітного поля (рис. 255). Досвід дасть негативний результат: як би ми не змінювали магнітну індукцію поля, ми не виявимо в ланцюзі котушки індукційного струму

Мал. 254. У котушці виникає індукційний струм за зміни магнітної індукції, якщо площина її витків перпендикулярна до ліній магнітного поля: а) котушка в полі соленоїда; б) котушка у полі електромагніту. Магнітна індукція змінюється при замиканні та розмиканні ключа або зміні сили струму в ланцюгу

Мал. 255. Індукційний струм не виникає, якщо площина витків котушки паралельна лініям магнітного поля

Друга серія дослідів: зміна положення котушки, що у постійному магнітному полі.

Помістимо котушку всередину соленоїда, де магнітне поле однорідне, і швидко повертатимемо її на деякий кут навколо осі, перпендикулярної до напрямку поля (рис. 256). При кожному такому повороті гальванометр, з'єднаний з котушкою, виявляє індукційний струм, напрямок якого залежить від початкового положення котушки і напряму обертання. При повному оборотікотушки на 360° напрямок індукційного струму змінюється двічі: щоразу, коли котушка проходить положення, у якому площина її перпендикулярна до напрямку магнітного поля. Звичайно, якщо обертати котушку дуже швидко, то індукційний струм так часто змінюватиме свій напрямок, що стрілка звичайного гальванометра не встигатиме слідувати за цими змінами і знадобиться інший, більш «слухняний» прилад.

Мал. 256. При обертанні котушки в магнітному полі в ній виникає індукційний струм

Якщо, однак, переміщати котушку так, щоб вона не поверталася щодо напрямку поля, а лише переміщалася паралельно самій собі в будь-якому напрямку вздовж поля, поперек його або під яким-небудь кутом до напрямку поля, то індукційний струм не виникатиме. Підкреслимо ще раз: досвід переміщення котушки проводиться в однорідному полі (наприклад, усередині довгого соленоїдачи магнітному полі Землі). Якщо поле неоднорідне (наприклад, поблизу полюса магніту чи електромагніту), то будь-яке переміщення котушки може супроводжуватися появою індукційного струму, крім одного випадку: індукційний струм не виникає, якщо котушка рухається так, що площина її весь час залишається паралельному напрямкуполя (тобто крізь котушку не проходять лінії магнітного поля).

Третя серія дослідів: зміна площі контуру, що у незмінному магнітному полі.

Подібний досвід можна здійснити за наступною схемою (рис. 257). У магнітному полі, наприклад, між полюсами великого електромагніту, помістимо контур, зроблений з гнучкого дроту. Нехай спочатку контур мав форму кола (рис. 257 а). Швидким рухомруки можна стягнути контур у вузьку петлю, значно зменшивши таким чином площа, що охоплюється ним (рис. 257, б). Гальванометр покаже у своїй виникнення індукційного струму.

Мал. 257. У котушці виникає індукційний струм, якщо змінюється площа її контуру, що знаходиться в незмінному магнітному полі і розташованого перпендикулярно до ліній магнітного поля (магнітне поле направлено від спостерігача)

Ще зручніше здійснення досвіду із зміною площі контуру за схемою, зображеною на рис. 258. У магнітному полі розташований контур , одна із сторін якого (на рис. 258) зроблена рухомою. При кожному пересуванні гальванометр виявляє виникнення в контурі індукційного струму. При цьому при пересуванні вліво (збільшення площі) індукційний струм має один напрямок, а при пересуванні вправо (зменшення площі) – протилежний. Однак і в цьому випадку зміна площі контуру не дає ніякого індукційного струму, якщо площина контуру паралельна напряму магнітного поля.

Мал. 258. При русі стрижня і зміні внаслідок цього площі контуру , що у магнітному полі , у контурі виникає струм.

Зіставляючи всі описані досліди, ми можемо сформулювати умови виникнення індукційного струму в загальної форми. У всіх розглянутих випадках ми мали контур, поміщений у магнітне поле, причому площина контуру могла становити той чи інший кут із напрямком магнітної індукції. Позначимо площу, обмежену контуром, через магнітну індукцію поля через , а кут між напрямком магнітної індукції і площиною контуру через . У такому разі складова магнітної індукції, перпендикулярна до площини контуру, дорівнюватиме модулю (рис. 259)

Мал. 259. Розкладання магнітної індукції на складову , перпендикулярну до площини індукційного контуру, і складову , паралельну цій площині

Твір ми називатимемо потоком магнітної індукції або, коротше, магнітним потоком через контур; цю величину ми позначатимемо літерою. Таким чином,

. (138.1)

У всіх без винятку розглянутих випадках ми тим чи іншим способом змінювали магнітний потік. В одних випадках ми здійснювали це шляхом зміни магнітної індукції (рис. 254); в інших випадках змінювався кут (рис. 256); по-третє – площа (рис. 257). У загальному випадку, звичайно, можлива одночасна зміна всіх цих величин, що визначають магнітний потік через контур. Уважний розгляд найрізноманітніших індукційних дослідів показує, що індукційний струм виникає тоді і лише тоді, коли змінюється магнітний потік; індукційний струм ніколи не виникає, якщо магнітний потік через контур залишається незмінним. Отже:

При будь-якій зміні магнітного потоку через провідний контур у цьому контурі виникає електричний струм.

У цьому і полягає один з найважливіших законівприроди – закон електромагнітної індукції, відкритий Фарадеєм 1831 р.

138.1. Котушки I та II знаходяться одна всередині іншої (рис. 260). У ланцюг першої включена батарея, у другий ланцюг – гальванометр. Якщо в першу котушку всунути або висувати з неї залізний стрижень, то гальванометр виявить виникнення у другій котушці індукційного струму. Поясніть цей досвід.

Мал. 260. До вправи 138.1

138.2. Дротова рамка обертається в однорідному магнітному полі навколо осі паралельної магнітної індукції. Чи виникатиме в ній індукційний струм?

138.3. Чи виникає е. д. с. індукції на кінцях сталевої осі автомобіля під час його руху? При якому напрямку руху автомобіля ця е. д. с. найбільша і за якого найменша? Чи залежить е. д. с. індукції від швидкості автомобіля?

138.4. Шасі автомобіля разом з двома осями складає замкнутий провідний контур. Чи індукується в ньому струм під час руху автомобіля? Як узгодити відповідь цієї задачі з результатами задачі 138.3?

138.5. Чому при ударі блискавки іноді за кілька метрів від місця удару виявлялися пошкодження чутливих електровимірювальних приладів, а також запобіжники плавилися в освітлювальній мережі?

Виникнення у провіднику ЕРС індукції

Якщо помістити у провідник і переміщати його так, щоб він при своєму русі перетинав силові лініїполя, то у провіднику виникне , звана ЕРС індукції .

ЕРС індукції виникне у провіднику і в тому випадку, якщо сам провідник залишиться нерухомим, а переміщатиметься магнітне поле, перетинаючи провідник своїми силовими лініями.

Якщо провідник, в якому наводиться ЕРС індукції, замкнути на будь-який зовнішній ланцюг, то під дією цієї ЕРС ланцюгом потече струм, званий індукційним струмом.

Явище індуктування ЕРСу провіднику при перетині його силовими лініями магнітного поля називається електромагнітною індукцією.

Електромагнітна індукція- це зворотний процес, тобто перетворення механічної енергіїв електричну.

Явище електромагнітної індукції знайшло найширше застосуванняв. На використанні його засновано пристрій різних електричних машин.

Величина та напрямок ЕРС індукції

Розглянемо тепер, якими будуть величина та напрямок індуктованої у провіднику ЕРС.

Розмір ЕРС індукції залежить від кількості силових ліній поля, що перетинають провідник в одиницю часу, тобто від швидкості руху провідника в полі.

Розмір індуктованої ЕРС перебуває у прямої залежності від швидкості руху провідника в магнітному полі.

Розмір індуктованої ЕРС залежить також і від довжини тієї частини провідника, яка перетинається силовими лініями поля. Чим більша частинапровідника перетинається силовими лініями поля, тим більша ЕРС індукується у провіднику. І, нарешті, чим сильніше магнітне поле, тобто чим більше його індукція, тим більша ЕРС виникає у провіднику, що перетинає це поле.

Отже, величина ЕРС індукції, що виникає у провіднику при його русі в магнітному полі, прямо пропорційна індукції магнітного поля, довжині провідника та швидкості його переміщення.

Залежність ця виражається формулою Е = Blv,

де Е – ЕРС індукції; В – магнітна індукція; I – довжина провідника; v – швидкість руху провідника.

Слід твердо пам'ятати, що у провіднику, що переміщається в магнітному полі, ЕРС індукції виникає лише у тому випадку, якщо цей провідник перетинається магнітними силовими лініями поля.Якщо ж провідник переміщається вздовж силових ліній поля, тобто не перетинає, а ніби ковзає по них, то ніякий ЕРС у ньому не індуктується. Тому наведена вище формула справедлива лише у тому випадку, коли провідник переміщається перпендикулярно магнітним силовим лініям поля.

Напрямок індуктованої ЕРС (а також струму в провіднику) залежить від того, в яку сторону рухається провідник. Для визначення напряму індукованої ЕРС існує правило правої руки.

Якщо тримати долоню правої руки так, щоб до неї входили магнітні силові лінії поля, а відігнутий великий палецьвказував би напрям руху провідника, то витягнуті чотири пальці вкажуть напрям дії індукованої ЕРС та напрям струму у провіднику.

Правило правої руки

ЕРС індукції в котушці

Ми вже говорили, що для створення в провіднику ЕРС індукції необхідно переміщати в магнітному полі або сам провідник або магнітне поле. У тому й іншому випадку провідник повинен перетинатися магнітними силовими лініями поля, інакше ЕРС не індукуватиметься. Індуктовану ЕРС, а отже, і індукційний струм можна отримати не тільки в прямолінійному провіднику, а й у провіднику, оточеному котушкою.

При русі всередині постійного магнітув ній індуктується ЕРС за рахунок того, що магнітний потік магніту перетинає витки котушки, тобто так само, як це було при русі прямолінійного провідникау полі магніту.

Якщо магніт опускати в котушку повільно, то ЕРС, що виникає в ній, буде настільки мала, що стрілка приладу може навіть не відхилитися. Якщо ж, навпаки, магніт швидко ввести в котушку, відхилення стрілки буде великим. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від швидкості руху магніту, т. е. від цього, наскільки швидко силові лінії поля перетинають витки котушки. Якщо тепер по черзі вводити в котушку з однаковою швидкістю спочатку сильний магніт, а потім слабкий, можна помітити, що при сильному магніті стрілка приладу відхилятиметься на більший кут. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від величини магнітного потоку магніту.

І, нарешті, якщо вводити з однаковою швидкістю один і той же магніт спочатку в котушку з більшим числомвитків, а потім із значно меншим, то в першому випадку стрілка приладу відхилиться на більший кут, ніж у другому. Значить, величина индуктируемой ЕРС, отже, і сила струму в котушці залежить від її витків. Ті самі результати можна отримати, якщо замість постійного магніту застосовувати електромагніт.

Напрямок ЕРС індукції в котушці залежить від напрямку переміщення магніту. Про те, як визначати напрямок ЕРС індукції, говорить закон, встановлений Е. X. Ленцем.

Закон Ленца для електромагнітної індукції

Будь-яка зміна магнітного потоку всередині котушки супроводжується виникненням у ній ЕРС індукції, причому чим швидше змінюється магнітний потік, що пронизує котушку, тим більша ЕРС у ній індукується.

Якщо котушка, в якій створена ЕРС індукції, замкнена на зовнішній ланцюг, то витками її йде індукційний струм, що створює навколо провідника магнітне поле, внаслідок чого котушка перетворюється на соленоїд. Виходить таким чином, що зовнішнє магнітне поле, що змінюється, викликає в котушці індукційний струм, якою, у свою чергу, створює навколо котушки своє магнітне поле - поле струму.

Вивчаючи це, Е. X. Ленц встановив закон, визначальний напрямок індукційного струму в котушці, отже, і напрямок ЕРС індукції. ЕРС індукції, що виникає у котушці при зміні в ній магнітного потоку, створює в котушці струм такого напрямку, при якому магнітний потік котушки, створений цим струмом, перешкоджає зміні стороннього магнітного потоку.

Закон Ленца справедливий всім випадків індуктування струму у провідниках, незалежно від форми провідників і від цього, яким способом досягається зміна зовнішнього магнітного поля.

Під час руху постійного магніту щодо дротяної котушки, приєднаної до клем гальванометра, або під час руху котушки щодо магніту виникає індукційний струм.

Індукційні струми у масивних провідниках

Змінний магнітний потік здатний індукувати ЕРС у витках котушки, а й у масивних металевих провідниках. Пронизуючи товщу потужного провідника, магнітний потік індукує в ньому ЕРС, що створює індукційні струми. Ці так звані поширюються масивним провідником і коротко замикаються в ньому.

Сердечники трансформаторів, магнітопроводи різних електричних машин і апаратів являють собою саме ті масивні провідники, які нагріваються індукційними струмами, що виникають в них. Явище це небажано, тому зменшення величини індукційних струмів частини електричних машин і сердечники трансформаторів роблять не масивними, а які складаються з тонких листів, ізольованих друг від друга папером чи шаром ізоляційного лаку. Завдяки цьому перешкоджається шлях поширення вихрових струмівза масою провідника.

Але іноді на практиці вихрові струмивикористовуються і як струми корисні. На використанні цих струмів заснована, наприклад, робота і так званих магнітних заспокійників рухомих частин електровимірювальних приладів.

2. Поясніть причину виникнення та напрямок індукційного струму у досвіді Фарадея з двома вставленими один в одного котушками

через зовнішню котушку. При замиканні ключа струм, що протікає по внутрішній котушці, створює індукцію, спрямовану вгору область зовнішньої котушки (див. рис. 110а). Виберемо напрямок обходу витка зовнішньої котушки по найближчій стороні вправо. Вектор його площі спрямований вгору, тоді зміна магнітного потоку більше 0, а ЕРС індукції менше 0.

3. Чому у зовнішній котушці виникає індукційний струм при висуванні внутрішньої котушки, підключеної до джерела струму? Як визначається його напрямок?

4. Поясніть, чому виникає індукційний струм у котушці під час всунення до неї магніту.

При висуванні внутрішньої котушки змінюється магнітний потік, що пронизує нерухому котушку, що призводить до виникнення індукційного струму.

5. Чи з однаковим прискоренням падає маленький смуговий магніт через котушку, що вертикально стоїть, при замкненій і розімкнутій обмотці котушки?

Взаємозв'язок електричних та магнітних полів

Електричні та магнітні явищавивчалися давно, ось тільки нікому не спадало на думку якимось чином пов'язати ці дослідження між собою. І лише 1820 року було виявлено, що провідник зі струмом діє стрілку компаса. Це відкриття належало данському фізику Хансу Крістіану Ерстеду. Згодом його ім'ям було названо одиницю вимірювання напруженості магнітного поля в системі СГС: російське позначенняЕ (Ерстед), англомовне – Oe. Таку напруженість магнітне поле має у вакуумі при індукції 1 Гаус.

Це відкриття наводило на думку, що з електричного струму можна отримати магнітне поле. Але водночас виникали думки з приводу зворотного перетворення, А саме, як з магнітного поля отримати електричний струм. Адже багато процесів у природі оборотні: з води виходить лід, який можна знову розтопити у воду.

На вивчення цього очевидного зараз закону фізики після відкриття Ерстеда пішло аж двадцять два роки. Одержанням електрики з магнітного поля займався англійська вчений МайклФарадей. Робились різної формиі розмірів провідники та магніти, шукалися варіанти їх взаємного розташування. І лише, певне, випадково вчений виявив, що з отримання на кінцях провідника ЭРС необхідно ще одне доданок - рух магніту, тобто. магнітне поле має бути обов'язково змінним.

Нині це нікого вже не дивує. Саме так працюють усі електричні генератори – поки його чимось обертають, електроенергія виробляється, лампочка світить. Зупинили, перестали обертати, і лампочка згасла.

Електромагнітна індукція

Таким чином, ЕРС на кінцях провідника виникає лише в тому випадку, якщо його належним чином переміщати в магнітному полі. Або, точніше, магнітне поле обов'язково має змінюватися, бути змінним. Це отримало назву електромагнітної індукції, російською електромагнітне наведення: у разі говорять, що у провіднику наводиться ЭРС. Якщо до такого джерелу ЕРСпідключити навантаження, то в ланцюзі протікатиме струм.

Величина наведеної ЕРС залежить від кількох факторів: довжини провідника, індукції магнітного поля B, і значною мірою від швидкості переміщення провідника в магнітному полі. Чим швидше обертати ротор генератора, тим напруга на його виході вища.

Примітка: електромагнітну індукцію (явище виникнення ЕРС на кінцях провідника в змінному магнітному полі) не слід плутати з магнітною індукцією - векторною фізичною величиноющо характеризує власне магнітне поле.

Індукція

Цей спосіб було розглянуто. Достатньо переміщати провідник у магнітному полі постійного магніту, або навпаки переміщати (практично завжди обертанням) магніт біля провідника. Обидва варіанти однозначно дозволять отримати змінне магнітне поле. В цьому випадку спосіб отримання ЕРС називається індукцією. Саме індукція використовується для отримання ЕРС у різних генераторах. У дослідах Фарадея в 1831 магніт поступово переміщався всередині котушки дроту.

Взаємоіндукція

Ця назва говорить про те, що в цьому явищі беруть участь два провідники. В одному з них протікає струм, що змінюється, який створює навколо нього змінне магнітне поле. Якщо поруч знаходиться ще один провідник, то на його кінцях виникає змінна ЕРС.

Такий спосіб отримання ЕРС називається взаємоіндукцією. Саме за принципом взаємоіндукції працюють усі трансформатори, тільки провідники у них виконані у вигляді котушок, а для посилення магнітної індукції застосовуються осердя з феромагнітних матеріалів.

Якщо струм у першому провіднику припиниться (обрив ланцюга), або стане навіть дуже сильним, але постійним (немає жодних змін), то кінцях другого провідника ніякої ЕРС отримати не вдасться. Ось чому трансформатори працюють тільки на змінному струмі: якщо до первинної обмотки підключити гальванічну батарейку, то на виході вторинної обмотки жодної напруги однозначно не буде.

ЕРС у вторинній обмотці наводиться лише за зміни магнітного поля. Причому, чим сильніша швидкість зміни, саме швидкість, а не абсолютна величина, тим більше буде наведена ЕРС

Самоіндукція

Якщо прибрати другий провідник, то магнітне поле в першому провіднику пронизуватиме не тільки навколишній простір, а й сам провідник. Таким чином, під впливом свого поля у провіднику наводиться ЕРС, яка називається ЕРС самоіндукції.

Явлення самоіндукції 1833 року вивчав російський учений Ленц. З цих дослідів вдалося з'ясувати цікаву закономірність: ЕРС самоіндукції завжди протидіє, компенсує зовнішнє змінне магнітне полі, яке викликає цю ЕРС. Ця залежність називається правилом Ленца (не плутати із законом Джоуля – Ленца).

Знак «мінус» у формулі якраз і говорить про протидію ЕРС самоіндукції причин, що її породили. Якщо котушку підключити до джерела постійного струму, струм зростатиме досить повільно. Це дуже помітно при «продзвонюванні» первинної обмотки трансформатора стрілочним омметром: швидкість руху стрілки у бік нульового поділу шкали помітно менше, ніж під час перевірки резисторів.

При відключенні котушки від джерела струму ЕРСсамоіндукції спричиняє іскріння контактів реле. У випадку, коли котушка керується транзистором, наприклад котушка реле, паралельно їй ставиться діод в зворотному напрямкупо відношенню до джерела живлення. Це робиться для того, щоб захистити напівпровідникові елементи від впливу ЕРС самоіндукції, яка може у десятки і навіть сотні разів перевищувати напругу джерела живлення.

Для проведення дослідів Ленц сконструював цікавий прилад. На кінцях алюмінієвого коромисла закріплені два алюмінієві кільця. Одне кільце суцільне, а в іншому було зроблено пропив. Коромисло вільно оберталося на голці.

При введенні постійного магніту в суцільне кільце воно «втікало» від магніту, а при виведенні магніту прагнуло його. Ті самі дії з розрізаним кільцем ніяких рухів не викликали. Це тим, що у суцільному кільці під впливом змінного магнітного поля виникає струм, який створює магнітне поле. А в розімкнутому кільці струму немає, отже, немає й магнітного поля.

Важлива деталь цього досвіду в тому, що якщо магніт буде введений в кільце і залишиться нерухомим, ніякої реакції алюмінієвого кільця на присутність магніту не спостерігається. Це зайвий разпідтверджує, що ЕРС індукції виникає лише у разі зміни магнітного поля, причому величина ЕРС залежить від швидкості зміни. У даному випадкупросто від швидкості переміщення магніту.

Те саме можна сказати і про взаємоіндукцію та самоіндукцію, тільки зміна напруженості магнітного поля, точніше швидкість його зміни залежить від швидкості зміни струму. Для ілюстрації цього явища можна навести такий приклад.

Нехай через дві досить великі однакові котушки проходять великі струми: через першу котушку 10А, а через другу цілих 1000, причому в обох котушках струми лінійно зростають. Припустимо, що за одну секунду струм у першій котушці змінився з 10 до 15А, а в другій з 1000 до 1001А, що викликало появу ЕРС самоіндукції в обох котушках.

Але, незважаючи на таке величезне значенняструму у другій котушці, ЕРС самоіндукції буде більшою у першій, оскільки там швидкість зміни струму 5А/сек, а у другій лише 1А/сек. Адже ЕРС самоіндукції залежить від швидкості зростання струму (читай магнітного поля), а чи не від його абсолютної величини.

Індуктивність

Магнітні властивості котушки зі струмом залежить від кількості витків, геометричних розмірів. Значного посилення магнітного поля можна досягти введенням у котушку феромагнітного сердечника. Про магнітних властивостяхкотушки з достатньою точністю можна судити за величиною ЕРС індукції, взаємоіндукції чи самоіндукції. Всі ці явища було розглянуто вище.

Характеристика котушки, яка розповідає про це, називається коефіцієнтом індуктивності (самоіндукції) чи просто індуктивністю. У формулах індуктивність позначається буквою L, але в схемах цієї ж буквою позначаються котушки індуктивності.

Одиниця виміру індуктивності - генрі (Гн). Індуктивністю 1Гн має котушка, в якій при зміні струму на 1А за секунду виробляється ЕРС 1В. Це величина досить велика: індуктивність в один і більше Гн мають мережеві обмотки досить потужних трансформаторів.

Тому досить часто користуються величинами меншого порядку, а саме мілі та мікро генрі (мГн та мкГн). Такі котушки застосовуються в електронних схемах. Одне із застосувань котушок - коливальні контуриу радіопристроях.

Також котушки використовуються як дроселі, основне призначення яких пропустити без втрат постійний струм при цьому послабивши змінний (фільтри). Як правило, чим вище робоча частота, тим меншої індуктивності потрібні котушки.

Індуктивний опір

Якщо взяти досить потужний мережевий трансформатор та опір первинної обмотки, то виявиться, що воно лише кілька Ом, і навіть близько до нуля. Виходить, що струм через таку обмотку буде дуже великим, і навіть прагнути нескінченності. Здається, коротке замикання просто неминуче! То чому ж його нема?

Одним з основних властивостейкотушок індуктивності є індуктивний опір, який залежить від індуктивності та від частоти змінного струму, що підведено до котушки.

Неважко бачити, що зі збільшенням частоти та індуктивності індуктивний опір збільшується, а на постійному струмівзагалі стає рівним нулю. Тому при вимірі опору котушок мультиметр вимірюється тільки активний опір проводу.

Конструкція котушок індуктивності дуже різноманітна залежить від частот, у яких працює котушка. Наприклад, для роботи в дециметровому діапазоні радіохвиль досить часто використовуються котушки, виконані друкарським монтажем. При масовому виробництві такий спосіб дуже зручний.

Індуктивність котушки залежить від її геометричних розмірів, сердечника, кількості шарів та форми. В даний час випускається достатня кількістьстандартних котушок індуктивності, схожих на звичайні резистори з висновками. Маркування таких котушок виконується кольоровими кільцями. Також існують котушки для поверхневого монтажу, що застосовуються як дроселі. Індуктивність таких котушок становить кілька мілігенрів.

Індукційний струм це такий струм, який виникає в замкненому провідному контурі, що знаходиться в змінному магнітному полі. Цей струм може виникати у двох випадках. Якщо є нерухомий контур, що пронизується змінним потоком магнітної індукції. Або коли у постійному магнітному полі рухається провідний контур, що також викликає зміну магнітного потоку пронизливого контуру.

Рисунок 1 — Провідник переміщається у постійному магнітному полі

Причиною виникнення індукційного струму є вихрове електричне поле, яке породжується магнітним полем. Це електричне поле діє на вільні заряди, що знаходяться у провіднику, поміщеному в це вихрове електричне поле.

Малюнок 2 - вихрове електричне поле

Також можна зустріти і таке визначення. Індукційний струм – це електричний струм, який виникає внаслідок дії електромагнітної індукції. Якщо не заглиблюється в тонкощі закону електромагнітної індукції, то двома словами її можна описати так. Електромагнітна індукція це виникнення струму в провідному контурі під дію змінного магнітного поля.

За допомогою цього закону можна визначити величину індукційного струму. Тому що він нам дає значення ЕРС, що виникає в контурі під дію змінного магнітного поля.

Формула 1 - ЕРС індукції магнітного поля.

Як видно з формули 1 величина ЕРС індукції, а отже, і індукційного струму залежить від швидкості зміни магнітного потоку пронизливого контуру. Тобто чим швидше змінюватиметься магнітний потік, тим більший індукційний струм можна отримати. У разі, коли ми маємо постійне магнітне поле, в якому рухається провідний контур, величина ЕРС залежатиме від швидкості руху контуру.

Щоб визначити напрямок індукційного струму використовують правило Ленца. Яке свідчить, індукційний струм спрямований назустріч тому струму, який його викликав. Звідси і знак мінус у формулі визначення ЕРС індукції.

Індукційний струм грає важливу рольу сучасній електротехніці. Наприклад, індукційний струм, що виникає в роторі асинхронного двигуна, взаємодіє зі струмом, що підводиться від джерела живлення в його статорі, внаслідок чого обертається ротор. На цьому принципі збудовано сучасні електродвигуни.

Малюнок 3 – асинхронний двигун.

У трансформаторі індукційний струм, що виникає у вторинній обмотці, використовується для живлення різних електротехнічних приладів. Розмір цього струму може бути задана параметрами трансформатора.

Малюнок 4 – електричний трансформатор.

І нарешті, індукційні струми можуть виникати й у потужних провідниках. Це звані струми Фуко. Завдяки їм можна проводити індукційне плавлення металів. Тобто вихрові струми, що поточні у провіднику, викликають його розігрів. Залежно від величини цих струмів провідник може розігріватися вище за точку плавлення.

Малюнок 5 - індукційне плавлення металів.

Отже, ми з'ясували, що індукційний струм може надавати механічне, електричне та теплова дія. Всі ці ефекти повсюдно використовуються в сучасному світіяк у промислових масштабах, так і на побутовому рівні.