Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля
Якщо взяти котушку з виступаючим сердечником і покласти на його кінець металевий предмет, то після вмикання котушки до мережі змінного струму предмет швидко і сильно нагрівається.
Замінимо предмет алюмінієвим кільцем, надітим на сердечник, і знову ввімкнемо котушку до мережі. Якщо кільце держати, то воно сильно нагріється, а якщо не держати - то при вмиканні котушки воно зістрибне з сердечника. Це пояснюється тим, що змінне магнітне поле навколо сердечника утворює електричне поле, тому в тілі і в кільці виникають сильні індукційні струми, т.я. опір тіла і кільця дуже малий. Ці струми і нагрівають їх. Зістрибує кільце тому, що індукційний струм в кільці направлений протилежно струму в котушці, а такі струми відштовхують один одний.
Вихрові струми (струми Фуко) – це індукційні струми, які виникають в суцільних металевих тілах, які знаходяться у змінному магнітному полі, і замикаються в середині цих тіл.
Вихрові струми здебільшого шкідливі і тому, щоб зменшити їх вплив, вживають спеціальних заходів. Наприклад, у трансформаторах, електродвигунах суцільні деталі із заліза замінюють на виготовлені з окремих, тонких, ізольованих пластинок або проводів. Це збільшує опір для проходження вихрових струмів і зменшує нагрівання.
Вихрові струми|токи|, згідно|згідно з| закону Джоуля-Ленца, викликають|спричиняють| нагрівання провідників. Це використовується для плавки|плавлення| металів в спеціальних печах і розігрівання поверхні провідних тіл з метою поверхневого|поверхового| гарту|гартування|. У фізіотерапії використовується розігрівання окремих частин|часток| тіла вихровими струмами|токами| для лікувальної мети. Цей метод називається індуктотермією.
Відповідно до правила Ленца, вихрові струми|токи|, що виникають в провідниках, рухомих в магнітному полі, завжди направлені|спрямовані| так, що їх магнітні поля протидіють зміні магнітного потоку, яка їх викликає|спричиняє|. Це приводить|призводить| до гальмування провідників і використовується| в техніці для заспокоєння коливань рухомих|жвавих| частин|часток| приладів електровимірювань.
Для вимірювання|виміру| швидкості руху автомобілів користуються індукційними| спідометрами, принцип дії яких заснований на появі вихрових струмів|токів|.
У ряді випадків поява вихрових струмів|токів| небажана. Так, наприклад, нагріваючи сердечників|осердю| трансформаторів, двигунів і інших пристроїв|устроїв| пов'язаний з втратами енергії і із|із| створенням|створінням| додаткових пристроїв|устроїв|
Якщо по котушці йде змінний електричний струм, то магнітний потік, що пронизує котушку, змінюється. Тому з’являється ЕРС індукції в тому же провіднику, по якому проходить змінний струм.
Самоіндукція – це явище виникнення електрорушійної сили індукції у провіднику при зміні сили струму в ньому самому.
При самоіндукції провідний контур грає подвійну роль: по ньому протікає струм, що визиває індукцію, і в ньому ж з’являється ЕРС індукції.
1. Якщо в провіднику сила струму збільшується, то магнітний потік навколо провідника зростає. Тому виникає вихрове електричне поле, яке протидіє зростанню струму і здійснює при цьому відповідну роботу. Це означає виникнення ЕРС джерела.
2. Якщо в провіднику сила струму зменшується, виникає ЕРС індукції, яка збігається за знаком з ЕРС джерела.
Потік магнітної індукції навколо|навкруг| провідника із|із| струмом|током| прямо пропорційний|пропорціональний| силі струму:
Ф= LI
Де L –коефіцієнт пропорційності між струмом в провідному контурі і магнітним потоком, що пронизує контур – індуктивність контуру або коефіцієнт самоіндукції.
За законом електромагнітної індукції і попередньою формулою отримаємо, що ЕРС самоіндукції в колі прямо пропорційна швидкості зміни сили струму в цьому колі:
Якщо вважати, що форма контуру не змінюється і потік змінюється тільки за рахунок зміни струму.
Індуктивність – це фізична величина, яка чисельно дорівнює ЕРС самоіндукції у провіднику за одиницю часу при зміні струму в ньому на одиницю:
Одиниця вимірювання індуктивності у СІ – генрі (Гн)
1 Гн - це індуктивність такого контуру, в якому при зміні струму|току| на 1 А за 1 с|із| виникає ЕДС самоіндукції, рівна 1 В.|ст|
Енергія магнітного поля залежить від індуктивності провідника і сили струму в ньому
Енергія магнітного поля котушки зі струмом пропорційна індуктивності котушки і квадрату сили струму в ній.
За рахунок енергії магнітного поля виникає ЕРС самоіндукції при розмиканні кола. Струм у колі котушки і лампочки, ввімкненої паралельно котушці, деякий час проходить, хоча джерело струму від'єднане.