В 1820 году британский ученый Михаэль Фарадей открыл закономерность взаимосвязи между электрическим и магнитным полями. Он показал, что внутри магнитного поля находятся электрические поля, и предложил принцип преобразования магнитной энергии в электрическую и наоборот.
Связь между электрическими и магнитными полями
Долгое время ученые исследовали электрические и магнитные явления, но никто не мог понять, как их можно связать друг с другом. В 1820 году британский ученый Михаэль Фарадей открыл закономерность взаимосвязи между электрическим и магнитным полями. Он показал, что в магнитном поле присутствуют электрические поля, и предложил принцип преобразования магнитной энергии в электрическую и наоборот.
В 1820 году было получено открытие: теперь было возможно использовать проводники для действия на стрелку компаса. Это позволило электрикам использовать электричество для измерения направления.
Это открытие принадлежало датскому физику Хансу Кристиану Эрстеду.
Напряженность магнитного поля может быть измерена с помощью единицы, названной в честь имени учёного Эрстеда – русское обозначение Э, англоязычное – Oe.
В вакууме индукция магнитного поля составляет 1 Гаусс, что дает повышенную напряженность магнитного поля.
Это осознание позволило представить, что из электрического тока можно получить магнитное поле.
Вопрос о преобразовании магнитного поля в электрический ток был в центре внимания электриков все время. Они долго пытались найти способ для получения электрических импульсов из магнитного поля.
Ведь многие процессы в природе могут быть обернуты и повторены: лед может быть превращен в воду и обратно.
На изучение этого очевидного закона физики, который был открыт Эрстедом, ушло двадцать два года.
Английский ученый Майкл Фарадей изучал возможность получения электричества из магнитного поля.
Электрики разрабатывали проводники различных форм и размеров, а также исследовали возможные варианты их взаимного расположения с магнитами.
Но, когда в ученых зародилась идея запустить постоянный ток в проводнике, для этого потребовалось обнаружить электрический эффект, который позволял бы это сделать.
Как электрик, мне известно, что для получения ЭДС на концах проводника необходимо образовать два слагаемых – постоянное электрическое и магнитное поля. Так, переменный магнитный поток, влияющий на проводник является обязательным условием для получения электрического движения. Когда проводник вращается, по его концам поступает поток электрической энергии, который может проявиться в виде лампочки, светящейся при вращении. Однако, при остановке вращения, поток электрической энергии прекращается, и лампочка прекращает гореть.
В других словах, магнитное поле должно быть переменным, независимо от окружающих условий.
Электрики называют это явление электромагнитной индукцией, а по-русски – электромагнитным наведением. В этом случае говорят, что в проводнике наводится ЭДС.
При подключении нагрузки к электрическому источнику питания, ток будет поступать в цепи.
Размер наклоненной ЭДС зависит от нескольких вещей: длины проводника, индукции магнитного поля B, и в некоторой степени от скорости движения проводника в магнитной среде.
Чем больше скорость вращения ротора генератора, тем выше будет напряжение на его выходе.
Не следует путать электромагнитную индукцию (эффект возникновения ЭДС на концах проводника в меняющемся магнитном поле) с магнитной индукцией – векторной физической величиной, обозначающей само магнитное поле.
Это процесс получения электрического напряжения из магнитного поля путем изменения силы тока. Когда сила тока изменяется, происходит изменение магнитного поля, которое в свою очередь приводит к индукции электрического напряжения.
Генерация
Генерация ЭДС – это процесс получения электрического напряжения из механической энергии. Механическая энергия преобразуется в ЭДС с помощью динамо-генератора. Динамо-генератор состоит из двигателя, приводящего в движение винт, который создает магнитное поле. Когда магнитное поле изменяется, генерируется электрическое напряжение.
Переменное напряжение
Этот способ получения ЭДС похож на индукцию, но в нем используется переменное напряжение вместо постоянного. В отличие от индукции, переменное напряжение используется для изменения магнитного поля. Когда магнитное поле изменяется, также изменяется и индуктивность, приводящая к п Это приведет к созданию магнитного поля вокруг проводника и индукции тока в проводнике.
Для произведения электрического тока, можно использовать метод перемещения проводника в магнитном поле постоянного магнита или наоборот – вращением магнита вокруг проводника. Это приведет к тому, что появится магнитное поле вокруг проводника, а затем и индуцированный ток.
При использовании обоих вариантов, можно ожидать получения переменного магнитного поля.
В таком случае получение ЭДС происходит за счет индукционного метода.
Выходное напряжение в генераторах на основе индукции получается путем индукционного заряда. Таким образом, используя принцип индукции, можно получить ЭДС в генераторах.
В 1831 году Фарадей провел испытания, в результате которых магнит постепенно перемещался внутри катушки провода.
Один из них источник электрического тока и второй – приемник. Взаимоиндукция представляет собой взаимное влияние предметов, которое может происходить между двумя проводниками. При этом ток по одному проводнику влияет на ток, протекающий по другому проводнику.
Взаимоиндукция
Это физическое явление предполагает взаимное влияние двух проводников. Один из них является источником электрического тока, а другой – приемником. При взаимоиндукции ток по одному проводнику влияет на другой проводник, меняя его напряжение. Это явление позволяет передавать электрическую энергию между двумя проводниками.
Другой проводник входит в это поле и поступает током, переменным в зависимости от магнитного поля.
В одном проводнике протекает изменяющийся ток, который вызывает создание переменного магнитного поля вокруг него. Другой проводник входит в это магнитное поле и, в свою очередь, поступает током, изменяющимся в соответствии с переменами в магнитном поле.
Если два проводника находятся рядом, на их концах появляется переменное напряжение. Взаимоиндукция – это процесс, при котором индуктивное поле проходит через проводник, чтобы создать ЭДС.
Электрики используют взаимоиндукцию для получения Электрических Дифференциальных Сигналов (ЭДС). Этот метод представляет собой процесс, при котором индуктивное поле создается путем прохождения через проводник. Таким образом, получаются ЭДС.
Трансформаторы работают по принципу взаимоиндукции: проводники имеют вид катушек, а для повышения уровня магнитной индукции используются сердечники из ферромагнитных материалов.
Если ток в первом проводнике прекратится (обрыв цепи), или станет очень сильным, но постоянным (нет никаких изменений), то на концах второго проводника получить Электрическое Давление (ЭДС) невозможно.
Поэтому трансформаторы работают только на переменном токе. Поскольку при подключении гальванической батарейки к первичной обмотке, на выходе вторичной обмотки появляется никакого напряжения.
Для этого требуется источник питания. Частота изменения магнитного поля зависит от частоты поступающего напряжения.
Обмотка вторичного электрического двигателя настраивается в магнитное поле с помощью питания. Частота магнитного поля, подаваемого во вторичную обмотку, зависит от частоты поступающего напряжения.
Впечатляет, что чем быстрее изменяется напряжение и поток, тем больше электрических и дисплейных сил (ЭДС) может быть вызвано. Таким образом, изменение напряжения или тока в быстрых периодах времени может привести к большему эффекту ЭДС, чем изменение абсолютных величин. В этом случае возникнет электрическое поле, которое называется самоиндукцией.
Самоиндукция
Убрав второй проводник, магнитное поле в первом проводнике будет пронизывать и сам проводник, создавая таким образом электрическое поле — самоиндукцию. Оно обладает свойством пронизывать не только окружающее пространство, но и сам проводник.
Под влиянием поля, проходящего через проводник, возникает ЭДС самоиндукции. Это позволяет электрическому току создавать индуктивность и оказывать влияние на токи в других отдельных частях проводника. Он построил первый катушечный индуктор и открыл закон его работы. Исследования Ленца дали возможность строительства первых телеграфных цепей.
В 1833 году русский ученый Ленц исследовал явления самоиндукции. Он разработал первый катушечный индуктор и обнаружил закон его работы. С помощью исследований Ленца удалось построить первые телеграфные системы.
Проведенные эксперименты позволили выяснить следующее правило: электродинамические самоиндукции всегда противостоят и контролируют внешние переменные магнитные поля, вызывающие самоиндукции.
Вы можете услышать правило Ленца, которое гласит: «Если в цепи последовательно подключены два резистора, то общее сопротивление цепи равно произведению данных сопротивлений».
В электрике правило Ленца гласит: «Если в цепи последовательно подключены два резистора, то общее сопротивление цепи равно произведению их сопротивлений».
Но применяемое противодействие должно быть правильно проработано.
Знак “минус” в формуле указывает на противодействие ЭДС самоиндукции, вызванной причинами, которые его породили. Однако применяемое противодействие должно быть правильно спроектировано.
При подключении катушки к источнику постоянного тока, значение тока будет возрастать очень плавно.
При проверке первичной обмотки трансформатора с помощью стрелочного омметра очень заметно замедление скорости движения стрелки по шкале отмерения при приближении к нулевому делению, в отличие от проверки резисторов.
При отключении катушки от источника постоянного тока ЭДС, существует высокий уровень самоиндукции, который может вызвать искрение контактов реле.
При управлении катушкой реле транзистором, для предотвращения перегрузки на источник питания следует устанавливать диод параллельно к катушке, но в обратном направлении.
Для защиты полупроводниковых элементов от воздействия электрического потенциала самоиндукции, который может достигать несколько десятков и даже сотен раз выше напряжения источника питания, электрики используют специальные меры. Он состоял из разнообразных частей и постоянно исправлялся и дорабатывался.
Прибор, предназначенный для проведения опытов Ленца, сконструирован из разнообразных частей и является постоянно исправляемым и дорабатываемым.
На концах алюминиевого коромысла закреплены два алюминиевых кольца – одно сплошное, а в другом расположен пропил. Это позволяет коромыслу свободно вращаться на иголке.
Данное явление было названо самоиндукцией.
Если ввести постоянный магнит в замкнутое кольцо, то оно будет «отбегать» от магнита. А при исчезновении магнита, оно будет стремиться за ним. Это поведение называется самоиндукцией.
Никаких движений не было, когда мы разрезали кольцо.
Почему так происходит? Дело в том, что в сплошном кольце, под влиянием переменного магнитного поля, появляется ток, который по своей очереди производит магнитное поле.
В открытом кольце тока не будет, следовательно, не будет и магнитного поля.
Крайне важно отметить, что при введении магнита в алюминиевое кольцо и последующем остановке его движения, никакие изменения поведения кольца не проявляются.
Подтверждением того, что электрический ток индукции появляется только при изменении магнитного поля, является и величина электрического тока индукции, которая зависит от скорости изменения.
Если вы задумываетесь о том, каким образом происходит генерация электроэнергии, то ответ скрывается в скорости перемещения магнитного поля. Как известно, движение магнитных линий индукции приводит к генерации электрического тока. Поэтому, чтобы производить электроэнергию, необходимо производить движение магнитных линий индукции.
Не только взаимоиндукция и самоиндукция зависят от изменения напряженности магнитного поля, но и скорость его изменения находится в связи со скоростью изменения тока.
Мы применяем электрическую цепь, которая состоит из двух аккумуляторов, которые соединены с помощью проводника. Эта цепь может использоваться для подачи постоянного напряжения на нагрузку.
Чтобы демонстрировать эффект электрической цепи, мы можем построить цепь с двумя аккумуляторами, соединенными через проводник. Эта цепь будет обеспечивать постоянную поставку питания для нагрузки. Каков будет примерное значение индуктивности таких катушек?
Для оценки примерной индуктивности двух катушек, проходящих через них большие токи, необходимо учитывать их параметры. Пусть для первой катушки текущий ток составляет 10A, а для второй 1000A, без изменений в процессе линейного возрастания. Тогда мы можем оценить примерную индуктивность этих катушек.
Начав с нашего предположения о том, что за одну секунду сила тока в первой катушке изменилась с 10 до 15 А, а во второй катушке – с 1000 до 1001 А, мы можем заключить, что эти изменения привели к появлению электрического потенциала самоиндукции в обеих катушках.
Ток во второй катушке имеет большое значение, но электродинамическое сопротивление самоиндукции будет больше в первой. Это обусловлено тем, что скорость изменения тока в первой катушке составляет 5 А/сек, а во второй – 1 А/сек.
ЭДС самоиндукции зависит от скорости возрастания магнитного поля, т.е. от скорости изменения тока, а не от его абсолютной величины. Это свойство называется индуктивностью. Чем больше витков, тем больше индуктивность и электрическое поле, созданное в центре катушки.
Индуктивность
Индуктивность катушки с током зависит от количества витков и геометрических размеров. Чем больше витков, тем больше индуктивность и электрическое поле, которое она создает в центре.
Такие сердечники используются для увеличения интенсивности магнитного поля, испускаемого из катушки.
Для достижения значительного усиления магнитного поля необходимо вставить в катушку ферромагнитный сердечник. Этот элемент усиливает интенсивность магнитного поля, исходящего из катушки. Это показывает, насколько сильно противоположные поля магнитной индукции создаются в катушке при прохождении тока. По этой причине электрики часто используют катушки для различных целей, таких как фильтрация, преобразование энергии или измерение параметров электрических сигналов.
Существует достаточно точный показатель, с помощью которого можно определить магнитные свойства катушки: это величина Электромагнитного Дифференциального Сигнала (ЭДС индукции). Кроме того, по величине взаимоиндукции и самоиндукции также можно судить о магнитных свойствах катушки. Все эти явления уже были рассмотрены выше.
В формулах индуктивность обозначается буквой L, а на схемах этой же буквой обозначаются катушки индуктивности. Единицей измерения индуктивности является генри (Гн). Катушка с индуктивностью 1Гн при изменении тока на 1А в секунду будет иметь электрическое постоянное движение (ЭДС) равное 1В.
Это величина достаточно большая: индуктивность в один и более Гн имеют сетевые обмотки, которые используются в достаточно мощных трансформаторах.
На практике часто используются меньшие единицы измерения, такие как милли и микро генри (мГн и мкГн). Такие катушки применяются для создания электронных схем. В частности, они применяются в колебательных контурах для радиотехники.
Дроссели, в основном, используются для пропускания постоянного тока без потерь, при этом замедляя переменный (например, используя фильтры в источниках питания). Катушки являются идеальным инструментом для этой задачи.
Таким образом, при подключении катушки при рабочей частоте выше среднего уровня потребуется меньшая индуктивность.
При рабочей частоте выше среднего уровня, катушки требуют меньшей индуктивности. По сути, чем выше частота, тем меньше индуктивность требуется.
Но также можно измерить и вторичное сопротивление, и оно превышает первичное. Это индуктивное сопротивление.
Индуктивное сопротивление
При проведении измерений с помощью мощного сетевого трансформатора можно увидеть, что сопротивление первичной обмотки составляет всего несколько Ом, почти доходящих до нуля. Но при замерах вторичного сопротивления можно зафиксировать числа, превышающие значение первичного — это и есть индуктивное сопротивление.
В результате, ток через обмотку с увеличением частоты будет увеличиваться, и в худшем случае, может достигать бесконечности. Однако, поскольку мощность доступна для подачи к катушке ограничена, и короткое замыкание произойдет, если ток станет больше допустимого уровня.
Технологии электрической энергии дали нам невообразимые возможности. Простой пример – индуктивное сопротивление. Оно представляет собой простое устройство, которое отклоняет часть электрической энергии и преобразует ее в тепло. С увеличением частоты электрического потока и индуктивности сопротивление увеличивается, а при постоянном токе достигает нулевого значения.
За счет прогресса в сфере электрической энергии мы получили доступ к уникальным возможностям. Индуктивное сопротивление – отличный пример такого процесса. Это простое устройство преобразует электрическую энергию в тепло, поэтому при повышении частоты и индуктивности сопротивление соответственно возрастает, при постоянном токе значение практически равно нулю.
При измерении сопротивления катушек мультиметром измеряется только активное сопротивление провода. Это происходит потому, что сопротивление материала проводника может изменяться в зависимости от внешних факторов, таких как температура, напряжение и т. д. Основными классами катушек являются обмоточные и токовые. Обмоточные катушки применяются для приема и передачи сигналов, а токовые для фильтрации токов.
Для работы с катушками индуктивности предназначены разнообразные конструкции, зависящие от частоты работы такой катушки. Основными моделями являются обмоточные и токовые катушки. Первые применяются для приема и передачи сигналов, а вторые – для фильтрации токов.
При массовом производстве для работы в дециметровом диапазоне радиоволн очень часто используются катушки, выполненные печатным монтажом. Такой способ производства очень удобен для массового производства, поскольку геометрические размеры, количество слоев и форма индуктивности могут быть легко и надежно регулированы.
В настоящее время существует немало стандартных индуктивных катушек, которые по своей форме похожи на обыкновенные резисторы с двумя выводами.
При маркировке катушек цветные кольца используются для идентификации.
А также можно использовать катушки для поверхностного монтажа, которые предназначены для установки в качестве дросселей.
Индуктивность таких катушек составляет несколько миллигенри.
Рассматривая индуктивность катушек, электрики вычисляют параметры в миллигенри.
Электромагнитная индукция и индуктивность – это два важных понятия в электрике. Индукция – это свойство магнитного поля вызывать силу тока в цепи. Выраженные в единицах Ампера, это измеряется параметром индуктивности. Он определяется как соотношение между индукцией и силой тока в цепи. Также индуктивность может быть измерена в единицах Генри, или магнитных циклов в секунду.