Nguyên lý hoạt động của hiện tượng tự cảm rất trừu tượng, để giải thích hiện tượng tự cảm là gì, chúng ta bắt đầu với các hiện tượng vật lý cơ bản.

Một, hai hiện tượng và định luật từ trường bởi điện, điện từ và định luật Lenz

1. Hiện tượng điện từ

Có một thí nghiệm trong môn vật lý phổ thông: một kim từ trường nhỏ được đặt cạnh vật dẫn đã được nạp năng lượng, và chiều của kim từ nhỏ bị lệch chứng tỏ xung quanh dòng điện có từ trường. Hiện tượng này được phát hiện vào năm 1820 bởi nhà vật lý Đan Mạch Oersted.

Nếu chúng ta cuộn dây dẫn thành một vòng tròn, từ trường tạo ra bởi mỗi vòng tròn của dây dẫn có thể chồng lên nhau, và từ trường tổng thể sẽ trở nên mạnh hơn, có thể hút các vật nhỏ. Trong hình, dòng điện của cuộn dây là 2 ~ 3A. Lưu ý rằng dây tráng men có giới hạn dòng điện định mức, nếu không nó sẽ nóng chảy ở nhiệt độ cao:

2. (Động) Từ tính

Vào năm 1831, nhà khoa học người Anh Faraday đã phát hiện ra rằng khi một phần của dây dẫn trong mạch điện kín thực hiện từ trường cắt, dòng điện sẽ được tạo ra trên dây dẫn. Điều kiện tiên quyết là mạch điện và từ trường ở trong môi trường tương đối thay đổi nên gọi là từ tính “chuyển động”, dòng điện sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng.

Chúng ta có thể thử nghiệm với một động cơ. Nói chung, động cơ chổi than DC thông thường có nam châm vĩnh cửu trong dây dẫn stato và cuộn dây trong rôto. Quay rôto bằng tay có nghĩa là dây dẫn đang cắt các đường sức từ. Nối hai điện cực của động cơ với máy hiện sóng và có thể đo được sự thay đổi điện áp. Máy phát điện được chế tạo dựa trên nguyên tắc này.

3. Định luật Lenz

Định luật Lenz: Chiều của dòng điện cảm ứng tạo ra do sự thay đổi của từ thông là chiều nghịch với sự thay đổi của từ thông.

Hiểu đơn giản câu này là: khi từ trường (từ trường ngoài) trong môi trường của vật dẫn càng mạnh thì từ trường do dòng điện cảm ứng của nó tạo ra sẽ ngược lại với tác dụng của từ trường ngoài, làm cho từ trường tổng hợp yếu hơn từ trường ngoài. Khi từ trường (từ trường ngoài) trong môi trường của vật dẫn trở nên yếu hơn, thì từ trường do dòng điện cảm ứng tạo ra ngược chiều với tác dụng của từ trường ngoài, làm cho từ trường chung mạnh hơn từ trường ngoài.

Theo định luật Lenz, có thể nhận biết chiều của dòng điện cảm ứng trên mạch.

Hai, cuộn ống xoắn ốc-giải thích cách hoạt động của cuộn cảm

Với những dự trữ kiến ​​thức về hai hiện tượng trên và một định luật, chúng ta hãy xem cuộn cảm hoạt động như thế nào.

Cảm kháng đơn giản nhất là cuộn ống xoắn:

Tình huống trong quá trình khởi động

Chúng ta chặn một đoạn nhỏ của ống xoắn ốc và chúng ta có thể thấy hai cuộn dây, cuộn A và cuộn B:

Trong quá trình bật nguồn, tình huống như sau:

1. Dòng điện chạy qua cuộn dây A, giả sử có chiều của nó như hình vẽ bởi vạch liền màu xanh, được gọi là dòng điện kích thích ngoài;
2. Theo nguyên lý điện từ, dòng điện kích thích bên ngoài tạo ra từ trường, từ trường bắt đầu lan truyền trong không gian xung quanh và bao phủ cuộn B, tương đương với cuộn B cắt các đường sức từ, thể hiện bằng đường chấm màu xanh;
3. Theo nguyên lý từ trường, trên cuộn dây B sinh ra dòng điện cảm ứng, có chiều thể hiện bằng vạch liền màu xanh, ngược chiều với dòng điện kích thích ngoài;
4. Theo định luật Lenz, từ trường do dòng điện cảm ứng tạo ra là đối nghịch với từ trường của dòng điện kích thích bên ngoài, nên nó được biểu diễn dưới dạng đường chấm màu xanh lục;

Sau khi nguồn ổn định (DC)

Sau khi đóng điện ổn định, dòng điện kích từ ngoài của cuộn A không đổi, từ trường do nó tạo ra cũng không đổi, từ trường và cuộn B không chuyển động tương đối với nhau nên không có từ hóa và không có dòng điện biểu diễn bằng vạch liền màu xanh. Lúc này, cảm kháng tương đương với ngắn mạch đối với kích thích ngoài.

Thứ ba, các đặc tính của điện cảm - dòng điện không thể đột ngột

Sau khi hiểu cách hoạt động của cuộn cảm, chúng ta hãy xem xét đặc tính quan trọng nhất của cuộn cảm - dòng điện trên cuộn cảm không thể thay đổi đột ngột.

Trong hình, abscissa của đường cong bên phải là thời gian, và tọa độ là dòng điện trên cuộn cảm. Lấy thời điểm khi công tắc đóng làm gốc thời gian.

có thể được nhìn thấy:

1. Tại thời điểm đóng công tắc, cường độ dòng điện trên cuộn cảm là 0A, tương đương với mạch hở, là do dòng điện tức thời thay đổi mạnh và sinh ra dòng điện cảm ứng rất lớn (xanh lục) để chống lại dòng điện kích từ ngoài (xanh lam);
2. Trong quá trình đạt tới trạng thái ổn định, cường độ dòng điện trên cuộn cảm biến thiên theo hàm số mũ;
3. Sau khi đạt trạng thái ổn định, cường độ dòng điện trên cuộn cảm là I = E / R tương đương khi cuộn cảm bị ngắn mạch;
4. Tạo ra dòng điện cảm ứng là suất điện động cảm ứng, chức năng của nó là chống lại E nên được gọi là Back EMF (suất điện động ngược);

4. Hiện tượng tự cảm là gì?

Độ tự cảm được dùng để mô tả khả năng chống lại sự thay đổi của dòng điện của một thiết bị. Nếu khả năng chống lại sự thay đổi của dòng điện càng mạnh thì độ tự cảm càng lớn và ngược lại.

Đối với kích từ một chiều, cuộn cảm cuối cùng xuất hiện dưới dạng ngắn mạch (điện áp bằng 0).Nhưng trong quá trình tích năng lượng thì hiệu điện thế và cường độ dòng điện không bằng 0 tức là có điện năng, quá trình tích lũy năng lượng này là nạp năng lượng này, nó tích trữ năng lượng này dưới dạng từ trường khi cần thiết (chẳng hạn như kích thích bên ngoài không thể duy trì trạng thái ổn định)Dòng điện dưới) giải phóng năng lượng.

Điện cảm là một thiết bị quán tính trong lĩnh vực điện từ, các thiết bị quán tính không thích sự thay đổi, cũng giống như bánh đà trong động lực học, lúc đầu rất khó quay, một khi đã quay thì rất khó dừng lại và xảy ra quá trình chuyển hóa năng lượng.