В чем состоит явление взаимной индукции

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Явление взаимной индукции находит полезное применение в различных аппаратах и машинах, например, для передачи энергии из одной электрической цепи в другую цепь либо для повышения или понижения напряжения при помощи трансформатора.  [5]

Явления взаимной индукции играют особо важную роль в электротехнике. В практических условиях они могут иметь как положительное, так и отрицательное значение. Например, а основу работы трансформаторов положено явление взаимной индукции, и при конструировании трансформаторов стремятся осуществить такое взаимное расположение первичной и вторичной обмоток, чтобы их коэффициент k магнитной связи приближался к единице. На основе явления взаимной индукции осуществляется индуктивный нагрев металла, широко применяемый в современной технике.  [6]

На явлении взаимной индукции основано действие трансформаторов, служащих для повышения или понижения напряжения переменного тока.  [7]

На явлении взаимной индукции основана работа трансформаторов, о которых будет рассказано в гл.  [8]

На явлении взаимной индукции основана работа трансформаторов, о которых будет рассказано в гл.  [9]

На явлении взаимной индукции основано действие трансформатора, который применяется для повышения или понижения напряжения переменного тока.  [10]

В чем заключается явление взаимной индукции .  [11]

В чем состоит явление взаимной индукции . От чего зависит взаимная индуктивность.  [12]

Заметим, что явление взаимной индукции имеет место в трансформаторах.  [14]

Явление взаимной индукции

Взаимной индукцией называется явление возбуждения ЭДС электромагнитной индукции в одной электрической цепи при изменении электрического тока в другой цепи или при изменении взаимного расположения этих двух цепей.

Рассмотрим два неподвижных контура 1 и 2, расположенных достаточно близко друг от друга (рис. 17.7). Пусть вблизи контуров нет ферромагнетиков (см. подтему 16.3).

Рис. 17.7. Явление взаимной индукции

При возникновении силы тока в одном из контуров, например У, силы тока /[ в другом индуцируется ЭДС взаимной индукции Е_<2 и течет индукционный ток.

Аналогично, если в контуре 2 возникает ток /₂, то в контуре индуцируется ЭДС взаимной индукции Е_п. Таким образом, можно записать:

где Ф₂₁ — магнитный поток, который создает ток У, через контур 2; Ф₁₂ — магнитный поток, который создает ток /₂ через контур /; У^, и Ц₂

имные индуктивности контуров.

При отсутствии ферромагнетиков выполняется теорема взаимности:

Физически выражение (17.11а) эквивалентно отношению ——=

Коэффициенты L_n и Ь_2] не зависят от токов, а зависят от формы, размеров и взаимного расположения контуров, а также от магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Эти коэффициенты выражаются в тех же единицах, что и индуктивность L.

Явление взаимной индукции

Пусть имеются два близко расположенных контура. При протекании по одному из них тока изменяется индукция магнитного поля и, следовательно, магнитный поток, пронизывающий второй контур. В результате во втором контуре возникает ЭДС индукции, называемая в данном случае ЭДС взаимоиндукции.

Возникновение ЭДС индукции в одном из двух контуров, связанных магнитной связью, при изменении тока в другом, называется явлением взаимной индукции.

Количественно степень магнитной связи контуров (или любых электрических цепей) характеризуется взаимной индуктивностью.

Пусть ток I₁ течет по первому контуру. Часть данного магнитного потока Ф₁₂ пронизывает второй контур (рис. 3). Величина Ф₁₂ также будет пропорциональна току I₁ , т.е.

, (9)

где — коэффициент, характеризующий влияние первого контура на второй.

Рис.3. Возникновение ЭДС индукции в одном контуре при изменении тока в другом.

Пусть теперь ток I₂ течет по второму контуру (рис. 3). Рассуждая аналогично предыдущему случаю, для величины магнитного потока, создаваемого током I₂ и пронизывающего первый контур, можно записать:

Если отсутствуют ферромагнитные сердечники, коэффициенты итождественно равны и взаимное влияние двух контуров описывается только одним коэффициентом

= =,

который зависит от размеров и формы контуров 1 и 2, от их взаимного расположения, а также от магнитной проницаемости окружающей среды. Данный коэффициент называется взаимной индуктивностью или коэффициентом взаимной индукции контуров 1 и 2 и численно равен величине магнитного потока (в Веберах), общего для двух контуров, когда в одном из них протекает ток, равный 1 А.

При изменении тока в первом контуре, согласно закону электромагнитной индукции, в нем возникает ЭДС самоиндукции:

Ԑ_i1 (10)

Во втором контуре при этом будет индицироваться ЭДС индукции:

Ԑ_i2 (11)

Если второй контур разомкнут, то тока в нём не возникает, следовательно, обратного влияния второго контура на первый не будет. Сравнивая (10) и (11), получим:

(12)

Видно, что в любой момент времени отношение ЭДС, которые индуцируются в первом и во втором контуре током, протекающим по первому контуру, постоянно. Следовательно, ЭДС во втором контуре повторяет изменение ЭДС самоиндукции в первом. Это явление используется в трансформаторах для преобразования переменного напряжения в более низкое или в более высокое. Отношение М/L₁ называется КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРАНСФОРМАЦИИ.

Описание лабораторного стенда.

Электрическая схема стенда для изучения явлений самоиндукции и взаимной индукции показана на рис.4.

Рис.4. Схема лабораторного стенда

Он представляет собой разветвлённую цепь, содержащую источник постоянного тока Ԑ₀, активные сопротивления R₁ и R₂ и две катушки индуктивности L₁ и L₂, имеющие общий ферромагнитный сердечник (т.е. катушки являются обмотками трансформатора). Катушка L₁ может отключаться при помощи переключателя Т.

Периодическое замыкание и размыкание цепи выполняется автоматически ключом К, управляемым электромагнитным реле. Реле периодически производит замыкание ключа К на время t_о и размыкание его на время t₁.

Явление взаимной индукции

Если два контура расположены поблизости один от другого, то даже в том случае, когда они электрически не связаны, они воздействуют друг на друга через магнитное поле.

Назовем потокосцеплением взаимной индукции потоко- сцепление одной электрической цепи, обусловленное электрическим током в другой электрической цепи.

Если ток в соседней электрической цепи меняется, то меняется потокосцепление рассматриваемой электрической цепи. При этом в рассматриваемой цени возникает так называемая ЭДС взаимной индукции.

Явление возбуждения электродвижущей силы в электрической цепи при изменении потокосцепления взаимной индукции этой цепи называют явлением взаимной индукции.

На рис. 2.12 изображены две катушки с числом витков w_x и w₂, питаемые токами /, и L. Обозначим:

Ф, — магнитный лоток, созданный током 1_< и сцепленный с витками только первой катушки;

Ф₂ — магнитный поток, созданный током /₂, сцепленный с витками только второй катушки;

Ф₁₂ — магнитный ноток, созданный током первой катушки и сцепленный с витками как первой, так и второй катушек;

Ф₂₁ — магнитный поток, созданный током второй катушки, сцепленный с витками второй и первой катушек.

В соответствии с данными выше определениями запишем:

Здесь через обозначено потокосцепление взаимной ин- дукции первой катушки, а через % — потокосцепление взаимной индукции второй катушки.

Явление взаимной индукции количественно характеризуют взаимной индуктивностью М. Понятие М определяется следующими равенствами:

Размерность единицы измерения взаимной индуктивности М совпадает с размерностью единицы измерения индуктивности L. Таким образом, взаимная индуктивность измеряется в генри (Гн).

В отличие от индуктивности L, которая является существенно положительной величиной, взаимная индуктивность может быть как положительной, так и отрицательной. М считается положительной, если магнитный поток взаимной индукции складывается с собственным магнитным потоком катушки. М считается отрицательной, если поток взаимной индукции и собственный магнитный поток катушки направлены встречно.

ЭДС взаимной индукции выражаются формулами, аналогичными формуле (2.20):

Электродвижущая сила е_х индуктируется в первом контуре при изменении тока во втором контуре; е₂ индуктируется во втором контуре при изменении тока в первом.

Контуры (цепи), в которых заметно выражено явление взаимной индукции, называются магнитосвязанными. Степень магнитной связи характеризуют двумя коэффициентами: коэффициентом связи К и коэффициентом рассеяния а. Эти коэффициенты легко подсчитываются, если известны индуктивности каждого из контуров L_< и L₂ и взаимная индуктивность М.

Карточка № 2.10 (100) Явление взаимной индукции

Могут ли в одном и том же контуре одновременно возникать ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции?

Расположите в правильной логической последовательности причины и следствия.

Изменился ток в контуре, изменился магнитный поток, изменились його- кос цеп лен ия соседнего контура, возникла ЭДС взаимной индукции

Изменились потокосцеп- ления соседнего контура, изменился магнитный поток, возникла ЭДС самоиндукции

Изменился магнитный поток, изменился ток в контуре, возникла ЭДС самоиндукции

Возникла ЭДС взаимной индукции, изменился ток в соседнем контуре, изменились потокосцепления, изменился магнитный поток