Индукция и индуктивность в чем разница
Когда возникает индукция? Как проходит?
Когда возникает самоиндукция?
Означает ли наличие одной из них, наличие и второй тоже или могут быть в отдельности?
Индукция – это когда изменение внешнего магнитного поля вызывает появление в замкнутом контуре эдс (закон электромагнитной индукции Фарадея).
Самоиндукция – это когда магнитное поле создаётся самим контуром, и появление эдс вызывается изменением этого собственного поля (вызванное изменением, например, тока в этом контуре). Явление самоиндукции открыто Дж. Генри.
При постоянном токе напряжение на (идеальной) катушке индуктивности равно нулю. Такая катушка представляет собой просто кусок провода. Но попытка изменить ток приводит к изменению создаваемого катушкой магнитного поля, а уж изменяющееся магнитное поле наводит эдс по фигу в чём. Вот что попало в область изменяющегося поля (в частности и сама эта катушка) – в том и наводит.
Напряжение самоиндукции определяется формулой e = L*dI/dt, где L – индуктивность контура.
Хотя индукция и самоиндукция связаны по своей физической природе (обе есть результат изменения магнитного поля), они могут существовать и по отдельности. В частности, если магнитное поле создаётся внешним источником – да хоть постоянным магнитом, движущимся относительно контура, то эдс индукции возникает, а вот самоиндукция – не обязательно. Верно и обратное. Если нет ещё одного контура, кроме того, который создаёт изменяющееся поле и в котором, стало быть, возникает самоиндукция, то и явления индукции нету.
По сути явление самоиндукции – это частный случай явления электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция наблюдается при любом изменение магнитного потока через замкнутый проводящий контур (рамку, катушку) и проявляется в том, что возникает индукционный ток в этом контуре.
Например, при введении постоянного магнита или катушки с током в контур или его удаления, при приближении магнита или катушки с током, при включении и выключении тока в катушке, при изменении тока реостатом.
Или все то же самое, но уже движется сам контур. Обычно все эти примеры называют примерами явления электромагнитной индукции, то есть изменение магнитного потока связана с изменением внешнего магнитного поля, созданного другим объектом.
Явление электромагнитной индукции, которое происходит в одном и том же замкнутом контуре (катушке) называется самоиндукцией. Оно проявляется в том, что изменение тока в контуре (магнитного потока) замедляется (происходит с запаздыванием). Объясняется это тем, что индукционный ток возникает в том же проводнике, что и переменный ток, вызвавший его. Он всегда направлен так, что препятствует изменению магнитного потока: если ток увеличивается, то индукционный ток направлен против, если ток уменьшается, то ток направлен в ту же сторону (правило Ленца). В этом и состоит отличие в деталях, а по сути это одно и то же.
Приветствую всех на нашем сайте!
Мы продолжаем изучать электронику с самого начала, то есть с самых основ и темой сегодняшней статьи будет принцип работы и основные характеристики катушек индуктивности.
Забегая вперед скажу, что сначала мы обсудим теоретические аспекты, а несколько будущих статей посвятим целиком и полностью рассмотрению различных электрических схем, в которых используются катушки индуктивности, а также элементы, которые мы изучили ранее в рамках нашего курса – резисторы и конденсаторы.
Устройство и принцип работы катушки индуктивности.
Как уже понятно из названия элемента – катушка индуктивности, в первую очередь, представляет из себя именно катушку :), то есть большое количество витков изолированного проводника. Причем наличие изоляции является важнейшим условием – витки катушки не должны замыкаться друг с другом. Чаще всего ви
Что такое индуктивность
Что такое индуктивность
Что такое индуктивность — это физическая величина, которая рассказывает нам о магнитных свойствах электрической цепи. Индуктивность измеряют в Гн (Генри).
Если вы вообще не понимаете о чём речь, то советую ознакомиться сначала с вот с этой статьей.
В электрических схемах например, нам встречаются какие-то непонятные катушки, дроссели и многие даже не знают их функциональную роль. В этой статье я постараюсь доступным языком рассказать, что такое индуктивность и как это явление применить на своей любимой работе.
Давайте посмотрим на рисунок
Давайте начнём движение проводника в магнитном поле таким образом, чтобы он пересек силовые линии постоянного магнита. Если это условие выполняется, то тогда в нашем проводнике появляется электродвижущая сила (ЭДС). Или наоборот проводник остаётся на месте, а магнит передвигают таким образом, чтобы силовые линии магнита пересекали проводник. Сейчас был пример электромагнитной индукции. Значение индуцированной электродвижущей силы в проводнике прямо пропорциональна магнитной индукции поля, скорости перемещения и длине проводника
Направление возникшей электродвижущей силы в проводнике определяют через правило правой руки.
Правая рука находится в таком положении чтобы силовые линии
магнита заходили в ладонь.
Следовательно, большой палец показывает нам направление
перемещения проводника, а остальные пальцы покажут нам направление возникшей
электродвижущей силы.
Для усиления электродвижущей силы индукции применяют электрические катушки
А если подать напряжение на катушку, то по её виткам потечёт ток, который создаёт своё магнитное поле.
Закон Ленца
Закон Ленца говорит нам, что индуцированный ток направлен так, чтобы препятствовать той причине, которая его вызвала. Например, подаём мы на катушку напряжение. В катушке образуется магнитное поле которое в момент включения пересекает витки катушки и наводит там электродвижущую силу самоиндукции. По закону Ленца индуцированная ЭДС самоиндукции будет направлена навстречу току который её вызвал.
Если подавать (а) и снимать (б) напряжение с катушки, то произойдёт следующее. Магнитное поле будет то появляться, то исчезать. В результате изменяющееся магнитное поле будет пересекать витки катушки и индуцировать в ней ЭДС.
Новое понятие ЭДС самоиндукции. Давайте рассмотрим её поподробнее.
ЭДС самоиндукции
Если подавать и снимать напряжение с электрической катушки, то магнитное поле будет появляться, исчезать, появляться, исчезать… В итоге получаем магнитное поле, которое постоянно меняется. Проходя через витки катушки магнитное поле будет индуцировать в ней электродвижущую силу, которая называется ЭДС самоиндукции.
Коэффициент самоиндукции – это величина ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении тока в единицу времени. Коэффициент самоиндукции измеряется в Генри (Гн).
Индуктивностью в 1 Генри обладает катушка. В которой при изменении тока на 1 Ампер в 1 секунду возникает ЭДС самоиндукции в 1 Вольт.
Давайте напряжение цепи катушки обозначим через U, результирующее напряжение Uр, а ЭДС самоиндукции Ес, тогда получим следующие формулы:
В момент замыкания цепи результирующее напряжение будет следующим:
А в момент размыкания цепи:
Величина ЭДС самоиндукции может многократно превышать напряжение источника тока.
Что такое дроссель
Дроссель — это вид катушки индуктивности, которая оказывает высокое сопротивление переменному току и малое постоянному.
Применяется дроссель в следующих случаях:
- Защита устройств от резких скачков напряжения;
- Для уменьшения скорости увеличения тока короткого замыкания ;
- Уменьшения импульсных помех;
И это только перечислена маленькая часть того где применяются дроссели.
Пример:
Давайте представим, что у нас стоит дроссель перед электродвигателем. И в какой-то момент происходит скачок тока, что происходит: Мы знаем, что в момент пропускания тока через дроссель, формируется электромагнитное поле вокруг катушки. А для формирования поля нам нужна энергия, поэтому в самом начале протекания тока он тратится на формирование электромагнитного поля. По закону Ленца, мы знаем, что ток в катушке не может измениться мгновенно.
Подводим ИТОГИ:
- Возникший индуктированный ток всегда направлен так, чтобы препятствовать той причине, которая его вызвала;
- При изменении тока в цепи, у нас изменяется магнитный поток. А согласно закону электромагнитной индукции, в цепи возникает индуцированная ЭДС. Это и есть – самоиндукция;
- Величина ЭДС самоиндукции может многократно превышать напряжение источника;
- Дроссель- это вид катушки индуктивности, которая оказывает высокое сопротивление переменному току и малое постоянному.
Что такое индукционная плита и как она работает | Плиты и варочные поверхности | Блог
Приготовление на индукционной панели напоминает магию — жар готовки находится только внутри посуды, вокруг же — ни намека на тепло. О технологиях, используемых в индукционных варочных панелях для того, чтобы получить эту магию, и пойдет речь.
Индукция в деталях
Способность электрического тока возникать в проводнике при пересечении им силовых линий магнитного поля, была замечена Майклом Фарадеем в 1831 году. Открытие электромагнитной индукции дало старт золотой эре разработки электрических машин переменного тока (генераторов, электродвигателей и трансформаторов), определяющих комфортную жизнь человечества по сей день.
В ходе конструирования первых образцов электрических машин и аппаратов, изобретатели столкнулись с проблемой нагрева их «железа», что приводило к существенным потерям энергии (вследствие ее преобразования в тепловую) и общему снижению КПД агрегатов.
Несколько позже Фарадей описал природу возникновения электрического тока не только на поверхности проводника, но и в толще материала с точки зрения открытого им явления. Данные токи были названы вихревыми, поскольку возникают в перпендикулярной магнитному потоку плоскости и имеют круговую природу протекания. Позже они были названы токами Фуко, в честь ученого, посвятившего жизнь их исследованию.
В 1841 году ученые Джеймс Джоуль и Эмиль Ленц, проводя исследования независимо друг от друга, пришли к выводу, что количество тепловой энергии, выделяемой проводником при протекании по нему электрического тока, находится в прямой зависимости от плотности электрического тока и напряженности электрического поля.
Формулирование этого закона дало понимание природы нагрева металлических сердечников трансформаторов и железа статоров и роторов электрических машин, а также дало толчок в разработке методик по снижению влияния вихревых токов на работу электрических машин и аппаратов.
Вихревые токи считаются паразитными. При конструировании электрических аппаратов с ними нещадно борются, стараясь минимизировать их влияние на работу устройства. К примеру, в трансформаторах магнитопровод изготавливают из тонких металлических пластин, изолированных друг от друга. Так же поступают при производстве железа статора электрических машин переменного тока.
В случае с индукционными печами, токи Фуко — основная компонента, позволяющая получать потрясающие результаты, поэтому их всячески «культивируют» и усиливают.
Помещение металла в переменное магнитное поле позволяет получить его нагрев за счет возникновения в нем вихревых токов.
Устройство и принцип действия индукционной варочной панели
Варочная поверхность индукционного типа состоит из следующих основных частей:
- индуктора;
- выпрямителя;
- инвертора;
- вентилятора;
- платы управления.
Работает индукционная панель следующим образом. Сетевое переменное напряжение выпрямляется и поступает на вход инвертора.
Нижний порог выбран неспроста: это именно то значение частоты, выше которого ухо человека не способно уловить звуковые вибрации. Чтобы не причинять пользователям дискомфорта неприятным звуком, нижний порог частоты не может быть ниже 20 кГц.
В процессе работы электронные компоненты инвертора и индукторов довольно сильно греются, поэтому плата инвертора принудительно обдувается потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором.
Индуктором, представляющим собой катушку, намотанную из медного многожильного провода в форме конфорки, формируется переменное магнитное поле высокой частоты.
Регулирование мощности нагрева в индукционных печах может происходить двумя способами:
- циклическим включением индуктора на полную мощность. Частота включений зависит от необходимой температуры нагрева пищи при приготовлении.
Ее получают с термодатчиков, установленных под наружной поверхностью печи. При этом частота магнитного поля конфорки остается неизменной; - изменением частоты магнитного поля. Чем выше частота, тем большее количество вихревых токов индуцируется в посуде. Следовательно, можно получить большую температуру нагрева ее поверхности. Как правило, регулирование мощности конфорки укладывается в тот же диапазон частот: 20 кГц – 120 кГц.
В недорогих моделях для регулирования мощности нагрева применяется циклический способ регулирования мощности.
В более продвинутых — изменение частоты.
Когда металлическую посуду ставят на конфорку, в толще материала возникают вихревые токи, которые и обеспечивают ее нагрев. По сути дно кастрюли или сковородки выступает в качестве вторичной обмотки трансформатора (короткозамкнутой) и является отличной средой для возникновения токов Фуко.
Здесь следует сделать одно важное отступление и рассказать о скин-эффекте, иначе именуемом поверхностным эффектом.
Любой электрический ток при протекании по проводнику создает вокруг него электромагнитное поле. Это же касается и вихревых токов. Магнитные поля, взаимодействуя друг с другом, вытесняют электроны из толщи материала на его поверхность, именуемую скин-слоем, и электрический ток проходит больше по поверхности проводника, чем в его внутренних слоях. Объемная плотность тока в скин-слое значительно выше, чем в его толще. Известно, что с увеличением глубины проникания в материал, амплитуда вихревых токов уменьшается и они гораздо хуже осуществляют нагрев. Использование материала с тонким скин-слоем позволяет получить более высокие температуры его поверхностного нагрева.
Толщина скин-слоя находится в обратной зависимости от частоты переменного магнитного поля, т. е. с ростом частоты толщина слоя уменьшается, что позволяет получить более высокую плотность тока и более эффективный нагрев поверхности проводника.
Каждый материал обладает своей структурой строения кристаллической решетки, от свойств которой зависят его проводимость и толщина скин-слоя.
К примеру, в диапазоне частот 20 кГц – 120 кГц (стандартные частоты работы конфорок индукционной панели) толщина скин-слоя стали на порядок меньше толщины слоев меди или алюминия.
К чему это все? А к тому, какой материал необходимо использовать для изготовления посуды, пригодной для индукционных печей. И какую посуду использовать в принципе.
Только металлы с ферромагнитными свойствами смогут обеспечить нужные температуры нагрева дна посуды и подойдут для готовки еды, а не ее медленного разогрева.
Поэтому для индукции нужна посуда, к которой прилипает магнит. Это не прихоть производителя, а объективная необходимость!
Дальше все просто. Вихревые токи, вызванные высокочастотным магнитным полем, индуцируются на внутренней поверхности дна посуды. Именно она контактирует с продуктами и нагревает их, отдавая им тепловую энергию. Этим и объясняется высокая скорость нагрева на индукционных варочных поверхностях.
Конечно, за счет теплопроводности металла нагреется и сама посуда, и варочная поверхность, но это будут не сотни градусов.
Поэтому готовить можно, даже застелив конфорку салфеткой — она не загорится, температуры просто не хватит для воспламенения.
Попавшие на поверхность продукты не пригорят к ней по той же причине.
Магия? Зная, как работает индукционная поверхность, понимаешь — это не такая уж и магия. Обычная физика!