Co to jest indukcyjność
Indukcyjność nazywana jest wyidealizowanym elementem obwodu elektrycznego, w którym zmagazynowana jest energia pola magnetycznego. Nie występuje w nim magazynowanie energii pola elektrycznego ani zamiana energii elektrycznej na inne rodzaje energii.
Rzecz najbliższa wyidealizowanemu elementowi — indukcyjność — jest rzeczywistym elementem obwodu elektrycznego — cewka indukcyjna.
W przeciwieństwie do indukcyjności, cewka indukcyjna przechowuje również energię pola elektrycznego i przekształca energię elektryczną w inne rodzaje energii, w szczególności ciepło.
Ilościowo zdolność rzeczywistych i wyidealizowanych elementów obwodu elektrycznego do magazynowania energii pola magnetycznego charakteryzuje się parametrem zwanym indukcyjnością.
Zatem termin „indukcyjność” jest używany jako nazwa wyidealizowanego elementu obwodu elektrycznego, jako nazwa parametru, który ilościowo charakteryzuje właściwości tego elementu, oraz jako nazwa głównego parametru cewki indukcyjnej.
Ryż. 1. Konwencjonalny zapis graficzny indukcyjności
Wyznaczono zależność między napięciem a prądem w cewce indukcyjnej prawo indukcji elektromagnetycznej, z czego wynika, że przy zmianie strumienia magnetycznego przechodzącego przez cewkę indukcyjną indukowana jest w niej siła elektromotoryczna e, proporcjonalna do szybkości zmian sprzężenia strumienia cewki ψ i skierowana w taki sposób, że prąd wywołany przez to , ma tendencję do zapobiegania zmianie strumienia magnetycznego:
mi = — dψ / dt
Sprzężenie strumienia cewki jest równe algebraicznej sumie strumieni magnetycznych przechodzących przez jej poszczególne zwoje:
gdzie N to liczba zwojów cewki.
Strumień magnetyczny F przenikający przez każdy ze zwojów cewki w ogólnym przypadku może zawierać dwie składowe: strumień magnetyczny dla samoindukcji Fsi oraz strumień magnetyczny pól zewnętrznych Fvp: F — Fsi + Fvp.
Pierwszą składową jest strumień magnetyczny wywołany prądem przepływającym przez cewkę, drugą określają pola magnetyczne, których istnienie nie ma związku z prądem w cewce — pole magnetyczne Ziemi, pola magnetyczne innych cewek i magnesy trwałe… Jeżeli druga składowa strumienia magnetycznego jest spowodowana polem magnetycznym innej cewki, to nazywa się to strumieniem magnetycznym wzajemnej indukcji.
Strumień cewki ψ, podobnie jak strumień magnetyczny Φ, można przedstawić jako sumę dwóch składowych: sprzężenia strumienia samoindukcji ψsi i sprzężenia strumienia pola zewnętrznego ψvp
ψ= ψsi + ψvp
e = esi + dvp,
tutaj eu to EMF samoindukcji, evp to EMF pól zewnętrznych.
Jeśli strumienie magnetyczne pól zewnętrznych względem cewki indukcyjnej są równe zeru i tylko strumień indukowany przez siebie przenika przez cewkę, to tylko EMF samoindukcji.
Zależność strumienia indukcyjności zależy od prądu płynącego przez cewkę. Zależność ta, zwana Weberem – amperowa charakterystyka cewki indukcyjnej, ma na ogół charakter nieliniowy (rys. 2, krzywa 1).
W szczególnym przypadku, np. dla cewki bez rdzenia magnetycznego, zależność ta może być liniowa (rys. 2, krzywa 2).
Ryż. 2. Charakterystyka amperomierza Webera cewki indukcyjnej: 1 — nieliniowa, 2 — liniowa.
W jednostkach SI indukcyjność wyraża się w henrach (H).
Podczas analizy obwodów zwykle nie bierze się pod uwagę wartości pola elektromagnetycznego indukowanego w cewce, ale napięcie na jej zaciskach, którego dodatni kierunek jest tak dobrany, aby pokrywał się z dodatnim kierunkiem prądu:
Wyidealizowany element obwodu elektrycznego — indukcyjność — można postrzegać jako uproszczony model cewki indukcyjnej, odzwierciedlający zdolność cewki do magazynowania energii pola magnetycznego.
W przypadku indukcyjności liniowej napięcie na jej zaciskach jest proporcjonalne do szybkości zmian prądu. Gdy prąd stały przepływa przez indukcyjność, napięcie na jego zaciskach wynosi zero, stąd rezystancja indukcyjności wobec prądu stałego wynosi zero.