Zasada działania indukcyjności jest bardzo abstrakcyjna. Aby wyjaśnić, czym jest indukcyjność, zaczniemy od podstawowych zjawisk fizycznych.

Jedno, dwa zjawiska i prawo-magnetyzm przez elektryczność, elektryczność przez magnetyzm i prawo Lenza

1. Zjawisko elektromagnetyczne

Przeprowadzono eksperyment z fizyki w szkole średniej: małą igłę magnetyczną umieszczono obok zasilanego przewodnika, a kierunek małej igły magnetycznej został odchylony, co wskazuje, że wokół prądu istnieje pole magnetyczne. Zjawisko to odkrył w 1820 roku duński fizyk Oersted.

Jeśli zwiniemy przewodnik w okrąg, pole magnetyczne generowane przez każdy okrąg przewodnika może się nałożyć, a ogólne pole magnetyczne stanie się silniejsze, co może przyciągać małe obiekty. Na rysunku prąd cewki wynosi 2 ~ 3 A. Zwróć uwagę, że emaliowany drut ma ograniczenie prądu znamionowego, w przeciwnym razie stopi się w wysokiej temperaturze:

2. (Dynamiczny) Magnetyzm

W 1831 r. Brytyjski naukowiec Faraday odkrył, że kiedy część przewodnika w obwodzie zamkniętym wytwarza tnące pole magnetyczne, na przewodniku wytwarzana jest energia elektryczna. Warunkiem wstępnym jest to, aby obwód i pole magnetyczne znajdowały się w stosunkowo zmiennym środowisku, więc nazywa się to magnetyzmem „ruchomym”, a generowany prąd nazywany jest prądem indukowanym.

Możemy eksperymentować z silnikiem. Ogólnie rzecz biorąc, wspólny silnik szczotkowy na prąd stały ma magnesy trwałe w stojanie i przewody cewki w wirniku. Ręczne obracanie wirnika oznacza, że ​​przewodnik przecina magnetyczne linie sił.Połącz dwie elektrody silnika za pomocą oscyloskopu, aby zmierzyć zmianę napięcia. Generator jest wykonany w oparciu o tę zasadę.

3. Prawo Lenza

Prawo Lenza: Kierunek indukowanego prądu generowanego przez zmianę strumienia magnetycznego jest kierunkiem, który przeciwstawia się zmianie strumienia magnetycznego.

Proste rozumienie tego zdania jest następujące: kiedy pole magnetyczne (zewnętrzne pole magnetyczne) w otoczeniu przewodnika staje się silniejsze, pole magnetyczne generowane przez jego indukowany prąd jest przeciwne do efektu zewnętrznego pola magnetycznego, przez co ogólne pole magnetyczne jest słabsze niż zewnętrzne pole magnetyczne. Kiedy pole magnetyczne (zewnętrzne pole magnetyczne) w otoczeniu przewodnika słabnie, pole magnetyczne generowane przez indukowany przez niego prąd jest przeciwne do efektu zewnętrznego pola magnetycznego, przez co ogólne pole magnetyczne jest silniejsze niż zewnętrzne pole magnetyczne.

Zgodnie z prawem Lenza można ocenić kierunek prądu indukowanego w obwodzie.

Dwie, spiralne cewki rurowe - wyjaśnij, jak działa cewka

Mając zasoby wiedzy dotyczące powyższych dwóch zjawisk i prawa, zobaczmy, jak działa induktor.

Najprostszą indukcyjnością jest spiralna cewka rurowa:

Sytuacja podczas włączania

Przechwytujemy mały odcinek spiralnej rury i widzimy dwie cewki, cewkę A i cewkę B:

Podczas procesu włączania sytuacja wygląda następująco:

1. Prąd przepływający przez cewkę A, przyjmując kierunek wskazany przez niebieską ciągłą linię, nazywany jest zewnętrznym prądem wzbudzenia;
2. Zgodnie z zasadą elektromagnetyzmu, zewnętrzny prąd wzbudzający generuje pole magnetyczne, które zaczyna się rozprzestrzeniać w otaczającej przestrzeni i pokrywa cewkę B, która jest równoważna cewce B przecinającej magnetyczne linie siły, co pokazuje niebieska przerywana linia;
3. Zgodnie z zasadą magnetoelektryczności indukowany prąd jest generowany na cewce B, kierunek jest wskazywany ciągłą zieloną linią, a kierunek jest przeciwny do zewnętrznego prądu wzbudzenia;
4. Zgodnie z prawem Lenza, pole magnetyczne wytwarzane przez indukowany prąd ma przeciwstawić się polu magnetycznemu zewnętrznego prądu wzbudzenia, więc jest pokazane jako zielona przerywana linia;

Po ustabilizowaniu się zasilania (DC)

Po ustabilizowaniu się energetyzowania, zewnętrzny prąd wzbudzenia cewki A jest stały, a pole magnetyczne generowane przez nią również jest stałe. Pole magnetyczne i cewka B nie poruszają się względem siebie, więc nie ma namagnesowania ani prądu reprezentowanego przez ciągłą zieloną linię. W tym momencie indukcyjność jest równoważna zwarciu do zewnętrznego wzbudzenia.

Po trzecie, charakterystyka indukcyjności - prąd nie może być nagły

Po zrozumieniu, jak działa cewka, spójrzmy na najważniejszą cechę induktora - prąd na cewce nie może się nagle zmienić.

Na rysunku odcięta prawej krzywej to czas, a rzędna to prąd na cewce. Weźmy moment, w którym przełącznik jest zamknięty, jako początek czasu.

może być widziane:

1. W momencie, gdy wyłącznik jest zamknięty, prąd na cewce wynosi 0A, co jest odpowiednikiem otwartego obwodu, ponieważ prąd chwilowy gwałtownie się zmienia i generowany jest ogromny prąd indukowany (zielony), aby oprzeć się zewnętrznemu prądowi wzbudzenia (niebieski);
2. W procesie osiągania stanu ustalonego prąd na cewce zmienia się wykładniczo;
3. Po osiągnięciu stanu ustalonego prąd na cewce wynosi I = E / R, co jest równoważne zwarciu cewki;
4. Echo indukowanego prądu jest indukowaną siłą elektromotoryczną, której funkcją jest przeciwstawienie się E, dlatego nazywa się to Back EMF (zwrotna siła elektromotoryczna);

4. Co to jest indukcyjność?

Indukcyjność jest używana do opisania zdolności urządzenia do przeciwstawiania się zmianom prądu. Im silniejsza jest odporność na zmiany prądu, tym większa jest indukcyjność i odwrotnie.

W przypadku wzbudzenia prądem stałym końcowa indukcyjność pojawia się jako zwarcie (napięcie wynosi 0).Ale w procesie energetyzowania napięcie i prąd nie są równe 0, co oznacza, że ​​jest moc. Proces gromadzenia tej energii jest ładowany. Magazynuje tę energię w postaci pola magnetycznego. W razie potrzeby (np. Wzbudzenie zewnętrzne nie może utrzymać stanu ustalonego)Prąd pod) uwalnia energię.

Indukcyjność jest urządzeniem inercyjnym w dziedzinie elektromagnetyzmu. Urządzenia inercyjne nie lubią zmian. Podobnie jak koło zamachowe w dynamice, na początku trudno się obrócić, a gdy się obróci, trudno jest zatrzymać, a przemiana energii następuje w tym okresie.