inductanţă Este proprietatea circuitelor electrice prin care se produce o forță electromotivă, datorită trecerii curentului electric și a variației câmpului magnetic asociat. Această forță electromotivă poate genera două fenomene bine diferențiate..
Prima este o inductanță corespunzătoare în bobină, iar a doua corespunde unei inductanțe reciproce, dacă este vorba de două sau mai multe bobine cuplate una cu cealaltă. Acest fenomen se bazează pe legea lui Faraday, cunoscută și sub numele de legea inducției electromagnetice, care indică faptul că este fezabil să se genereze un câmp electric dintr-un câmp magnetic variabil..
În 1886 fizicianul, matematicianul, inginerul electric și operatorul radio englez Oliver Heaviside au dat primele indicații despre autoinducție. Mai târziu, fizicianul american Joseph Henry a adus, de asemenea, contribuții importante la inducția electromagnetică; prin urmare, unitatea de măsurare a inductanței îi poartă numele.
La fel, fizicianul german Heinrich Lenz a postulat legea lui Lenz, care stabilește direcția forței electromotoare induse. Potrivit lui Lenz, această forță indusă de diferența de tensiune aplicată unui conductor merge în direcția opusă direcției curentului care curge prin el..
Inductanța face parte din impedanța circuitului; adică existența sa implică o anumită rezistență la fluxul de curent.
Indice articol
Inductanța este de obicei reprezentată de litera „L”, în onoarea contribuțiilor fizicianului Heinrich Lenz pe această temă.
Modelarea matematică a fenomenului fizic implică variabile electrice precum fluxul magnetic, diferența de potențial și curentul electric al circuitului de studiu..
Matematic, formula pentru inductanță magnetică este definită ca fiind coeficientul dintre fluxul magnetic din element (circuit, bobină electrică, buclă etc.) și curentul electric care circulă prin element.
În această formulă:
L: inductanță [H].
Φ: flux magnetic [Wb].
I: intensitatea curentului electric [A].
N: numărul de bobine de înfășurare [fără unitate].
Fluxul magnetic menționat în această formulă este fluxul produs numai datorită circulației curentului electric.
Pentru ca această expresie să fie valabilă, nu ar trebui luate în considerare alte fluxuri electromagnetice generate de factori externi, cum ar fi magneții sau undele electromagnetice în afara circuitului de studiu..
Valoarea inductanței este invers proporțională cu intensitatea curentului. Aceasta înseamnă că, cu cât este mai mare inductanța, cu atât este mai mic fluxul de curent prin circuit și invers..
La rândul său, magnitudinea inductanței este direct proporțională cu numărul de ture (sau ture) care alcătuiesc bobina. Cu cât are mai multe spirale inductorul, cu atât este mai mare valoarea inductanței sale.
Această proprietate variază, de asemenea, în funcție de proprietățile fizice ale firului conductor care alcătuiește bobina, precum și de lungimea bobinei..
Fluxul magnetic legat de o bobină sau un conductor este o variabilă dificil de măsurat. Cu toate acestea, este posibil să se obțină diferențialul de potențial electric cauzat de variațiile debitului menționat..
Această ultimă variabilă nu este altceva decât tensiunea electrică, care este o variabilă măsurabilă prin instrumente convenționale, cum ar fi un voltmetru sau un multimetru. Astfel, expresia matematică care definește tensiunea la bornele inductorului este următoarea:
În această expresie:
VL: diferența de potențial între inductor [V].
L: inductanță [H].
∆I: diferențial curent [I].
∆t: diferențial de timp [s].
Dacă este o singură bobină, atunci VL este tensiunea autoindusă a inductorului. Polaritatea acestei tensiuni va depinde dacă magnitudinea curentului crește (semn pozitiv) sau scade (semn negativ) atunci când circulă de la un pol la altul..
În cele din urmă, la rezolvarea inductanței expresiei matematice anterioare, se obțin următoarele:
Mărimea inductanței poate fi obținută prin împărțirea valorii tensiunii auto-induse la diferențialul curentului în raport cu timpul.
Materialele de fabricație și geometria inductorului joacă un rol fundamental în valoarea inductanței. Adică, pe lângă intensitatea curentului, există și alți factori care îl afectează.
Formula care descrie valoarea inductanței în funcție de proprietățile fizice ale sistemului este următoarea:
În această formulă:
L: inductanță [H].
N: numărul de rotații ale bobinei [fără unitate].
µ: permeabilitatea magnetică a materialului [Wb / A · m].
S: secțiunea transversală a miezului [mDouă].
l: lungimea liniilor de curgere [m].
Mărimea inductanței este direct proporțională cu pătratul numărului de rotații, aria secțiunii transversale a bobinei și permeabilitatea magnetică a materialului..
La rândul său, permeabilitatea magnetică este proprietatea materialului de a atrage câmpuri magnetice și de a fi traversată de acestea. Fiecare material are o permeabilitate magnetică diferită.
La rândul său, inductanța este invers proporțională cu lungimea bobinei. Dacă inductorul este foarte lung, valoarea inductanței va fi mai mică.
În sistemul internațional (SI), unitatea de inductanță este Henry, în onoarea fizicianului american Joseph Henry.
Conform formulei de determinare a inductanței în funcție de fluxul magnetic și intensitatea curentului, avem:
Pe de altă parte, dacă determinăm unitățile de măsură care alcătuiesc henry pe baza formulei de inductanță în funcție de tensiunea indusă, avem:
Este demn de remarcat faptul că, în ceea ce privește unitatea de măsură, ambele expresii sunt perfect echivalente. Cele mai frecvente magnitudini ale inductanțelor sunt de obicei exprimate în milliheni (mH) și microhenri (μH).
Autoinducția este un fenomen care apare atunci când un curent electric circulă printr-o bobină și aceasta induce o forță electromotivă intrinsecă în sistem.
Această forță electromotivă se numește tensiune sau tensiune indusă și apare ca urmare a prezenței unui flux magnetic variabil.
Forța electromotivă este proporțională cu rata de schimbare a curentului care curge prin bobină. La rândul său, acest nou diferențial de tensiune induce circulația unui nou curent electric care merge în direcția opusă curentului primar al circuitului..
Autoinductanța apare ca urmare a influenței pe care ansamblul o exercită asupra sa, datorită prezenței câmpurilor magnetice variabile.
Unitatea de măsură a autoinductanței este, de asemenea, Henry [H] și este de obicei reprezentată în literatură cu litera L.
Este important să diferențiem unde se produce fiecare fenomen: variația temporală a fluxului magnetic are loc pe o suprafață deschisă; adică în jurul bobinei de interes.
În schimb, forța electromotivă indusă în sistem este diferența de potențial existentă în bucla închisă care delimitează suprafața deschisă a circuitului..
La rândul său, fluxul magnetic care trece prin fiecare rotație a unei bobine este direct proporțional cu intensitatea curentului care o provoacă..
Acest factor de proporționalitate între fluxul magnetic și intensitatea curentului este ceea ce este cunoscut sub numele de coeficient de autoinducție sau ceea ce este același lucru, autoinductivitatea circuitului..
Având în vedere proporționalitatea dintre ambii factori, dacă intensitatea curentului variază în funcție de timp, atunci fluxul magnetic va avea un comportament similar.
Astfel, circuitul prezintă o modificare a propriilor variații de curent, iar această variație va fi din ce în ce mai mare pe măsură ce intensitatea curentului variază semnificativ..
Autoinductanța poate fi înțeleasă ca un fel de inerție electromagnetică, iar valoarea sa va depinde de geometria sistemului, cu condiția să fie îndeplinită proporționalitatea dintre fluxul magnetic și intensitatea curentului..
Inductanța reciprocă provine din inducerea unei forțe electromotoare într-o bobină (bobina nr. 2), datorită circulației unui curent electric într-o bobină din apropiere (bobina nr. 1).
Prin urmare, inductanța reciprocă este definită ca factorul de raport dintre forța electromotivă generată în bobina nr. 2 și variația curentului în bobina nr. 1.
Unitatea de măsură pentru inductanța reciprocă este Henry [H] și este reprezentată în literatură cu litera M. Astfel, inductanța reciprocă este cea care apare între două bobine cuplate una cu cealaltă, deoarece fluxul de curent printr-o bobină produce o tensiune peste bornele celuilalt.
Fenomenul inducerii unei forțe electromotoare în bobina cuplată se bazează pe legea lui Faraday.
Conform acestei legi, tensiunea indusă într-un sistem este proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic în timp.
La rândul său, polaritatea forței electromotorii induse este dată de legea lui Lenz, conform căreia această forță electromotivă se va opune circulației curentului care o produce..
Forța electromotivă indusă în bobina nr. 2 este dată de următoarea expresie matematică:
În această expresie:
CEM: forță electromotivă [V].
M12: inductanță reciprocă între bobina nr. 1 și bobina nr. 2 [H].
∆I1: variația curentului în bobina nr. 1 [A].
∆t: variație temporală [s].
Astfel, la rezolvarea inductanței reciproce a expresiei matematice anterioare, rezultă următoarele:
Cea mai obișnuită aplicație a inductanței reciproce este transformatorul.
La rândul său, este de asemenea posibil să se deducă inductanța reciprocă prin obținerea coeficientului dintre fluxul magnetic dintre ambele bobine și intensitatea curentului care circulă prin bobina primară..
În această expresie:
M12: inductanță reciprocă între bobina nr. 1 și bobina nr. 2 [H].
Φ12: flux magnetic între bobinele nr. 1 și nr. 2 [Wb].
Eu1: intensitatea curentului electric prin bobina nr. 1 [A].
La evaluarea fluxurilor magnetice ale fiecărei bobine, fiecare dintre acestea este proporțional cu inductanța reciprocă și curentul bobinei respective. Apoi, fluxul magnetic asociat bobinei N ° 1 este dat de următoarea ecuație:
În mod similar, fluxul magnetic inerent celei de-a doua bobine va fi obținut din următoarea formulă:
Valoarea inductanței reciproce va depinde și de geometria bobinelor cuplate, datorită relației proporționale cu câmpul magnetic care trece prin secțiunile transversale ale elementelor asociate..
Dacă geometria cuplajului rămâne constantă, și inductanța reciprocă va rămâne neschimbată. În consecință, variația fluxului electromagnetic va depinde doar de intensitatea curentului.
Conform principiului reciprocității mediilor cu proprietăți fizice constante, inductanțele reciproce sunt identice una cu cealaltă, așa cum este detaliat în următoarea ecuație:
Adică, inductanța bobinei nr. 1 în raport cu bobina nr. 2 este egală cu inductanța bobinei nr. 2 în raport cu bobina nr. 1.
Inducția magnetică este principiul de bază al acțiunii transformatoarelor electrice, care permit ridicarea și scăderea nivelurilor de tensiune la o putere constantă.
Circulația curentului prin înfășurarea primară a transformatorului induce o forță electromotivă în înfășurarea secundară care, la rândul său, are ca rezultat circulația unui curent electric.
Raportul de transformare al dispozitivului este dat de numărul de rotații ale fiecărei înfășurări, cu care este posibil să se determine tensiunea secundară a transformatorului.
Produsul tensiunii și al curentului electric (adică al puterii) rămâne constant, cu excepția unor pierderi tehnice datorate ineficienței inerente a procesului.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.