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.

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.

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.