Saviindukcija ir magnetinio lauko energija

Šioje temoje nagrinėjamas saviindukcijos reiškinys, kai kintantis magnetinis laukas, sukurtas tekančios srovės, indukuoja elektrovarą tame pačiame laidininke. Aptariama induktyvumo sąvoka, kaip proporcingumo koeficientas tarp magnetinio srauto ir srovės stiprio, ir jo priklausomybė nuo kontūro savybių. Taip pat aiškinamasi, kaip magnetinio lauko energija yra susijusi su induktyvumu ir srovės stipriu, bei jos panaudojimas vidaus degimo varikliuose.

Induktyvumas
Magnetinis srautas (\(\Phi\)) laidininko kontūre yra tiesiogiai proporcingas srovės stipriui (\(I\)): \(\Phi = L * I\). Proporcingumo koeficientas \(L\) vadinamas kontūro induktyvumu. Induktyvumas priklauso nuo kontūro geometrijos (matmenų, formos) ir terpės magnetinių savybių. Induktyvumas apibrėžiamas formule: \(L = -L_i / (\Delta I / \Delta t)\). Induktyvumas yra fizikinis dydis, lygus saviindukcijos elektrovarai, atsirandančiai kontūre, kai srovės stipris per 1 s pakinta 1 A.
Kontūro induktyvumas
Induktyvumas (L) yra fizikinis dydis, apibūdinantis kontūro (pvz., ritės) gebėjimą priešintis srovės kitimui sukuriant saviindukcijos EV. Jis apibrėžiamas kaip proporcingumo koeficientas tarp magnetinio srauto (Φ), veriančio kontūrą, ir srovės stiprio (I) tame kontūre: \(Φ = L \cdot I\). Saviindukcijos EV (\(\mathcal{E}_{si}\)) yra susijusi su srovės kitimo sparta (\(ΔI / Δt\)) per induktyvumą: \({\mathcal{E}}_{si} = -L \frac{ΔI}{Δt}\). Induktyvumas priklauso nuo kontūro geometrinių matmenų, formos ir aplinkos magnetinių savybių (magnetinės skvarbos).
Magnetinio lauko energija
Kai laidininku, kurio induktyvumas \(L\), teka elektros srovė \(I\), jo sukurtame magnetiniame lauke kaupiama energija. Ši energija \(W_m\) atsiranda dėl darbo, kurį srovės šaltinis atlieka įveikdamas saviindukcijos EV, kol srovė pasiekia stiprį \(I\). Sukauptos magnetinio lauko energijos kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: \(W_m = (L I^2) / 2\). Ši energija yra proporcinga laidininko induktyvumui ir tekančios srovės stiprio kvadratui. Nutrūkus srovei, sukaupta energija išsiskiria.
Magnetinio lauko energija
Stiprėjant elektros srovei ritėje, didėja ir jos kuriamo magnetinio lauko energija. Ši energija priklauso nuo srovės stiprio ir ritės induktyvumo. Magnetinio lauko energija (\(W_m\)) apskaičiuojama pagal formulę: \(W_m = (L * I^2) / 2\). Išjungiant grandinę, sukaupta magnetinio lauko energija išsiskiria.
Magnetinio lauko energija
Ritėje ar kitame induktyviame elemente, kurio induktyvumas L ir kuriuo teka srovė I, kaupiama magnetinio lauko energija (\(W_m\)). Ši energija proporcinga induktyvumui ir srovės stiprio kvadratui: \(W_m = \frac{1}{2} L I^2\). Energija sukaupiama srovės šaltinio darbo sąskaita, įveikiant saviindukcijos EV, kol srovė pasiekia norimą stiprį. Nutrūkus srovei, sukaupta energija išsiskiria.
Magnetinio lauko energijos panaudojimas
Vidaus degimo variklio žvakė naudoja saviindukcijos reiškinį, kad sukurtų aukštą įtampą (apie 1000 V) iš žemos akumuliatoriaus įtampos (12 V). Tai pasiekiama naudojant didelio induktyvumo ritę (drėselį). Staiga nutraukus srovės tekėjimą šioje ritėje, dėl saviindukcijos atsiranda didelė įtampa, sukelianti kibirkštį tarp žvakės elektrodų.
Saviindukcija ir induktyvumas
Saviindukcija yra reiškinys, kai laidininke atsiranda elektrovara (saviindukcijos EV), kintant juo tekančios elektros srovės stipriui ir jos pačios kuriamam magnetiniam laukui. Pagal Lenco taisyklę, saviindukcijos EV visuomet priešinasi srovės kitimui. Srovės \(I\) sukuriamas magnetinis srautas \(\\Phi\) yra tiesiogiai proporcingas srovės stipriui: \(\Phi = L I\). Proporcingumo koeficientas \(L\) vadinamas kontūro induktyvumu. Induktyvumas taip pat apibrėžiamas kaip dydis, lygus saviindukcijos EV \(L_i\), atsirandančiai kontūre, kai srovės stiprio pokytis per laiko vienetą yra lygus vienetui: \(L = -L_i / (\\Delta I / \\Delta t)\). Induktyvumas priklauso nuo laidininko geometrinių matmenų, formos ir aplinkos magnetinių savybių.
Saviindukcijos ir inercijos analogija
Saviindukcija elektros grandinėse veikia panašiai kaip inercija mechanikoje. Inercija neleidžia kūnui staiga pakeisti greičio, o saviindukcija neleidžia srovei staiga pasiekti didžiausios vertės arba išnykti. Įjungus grandinę su rite, srovė stiprėja palaipsniui, o išjungus – silpnėja palaipsniui.
Saviindukcijos reiškinys
Saviindukcija – tai reiškinys, kai kintamasis magnetinis laukas, sukurtas tekančios elektros srovės, indukuoja elektrovarą (\(L_ᵢ\)) tame pačiame laidininke. Šį reiškinį 1832 m. atrado Džozefas Henris. Kai rite teka kintamoji srovė, susidaro kintantis magnetinis laukas, kuris indukuoja srovę toje pačioje ritėje.
Saviindukcijos reiškinys
Saviindukcija yra reiškinys, kai laidininke, kuriuo teka kintanti elektros srovė, indukuojasi elektrovara (EV). Šią saviindukcijos EV (\(\mathcal{E}_{si}\)) sukelia pačios srovės kuriamas kintamas magnetinis laukas. Pagal Lenco taisyklę, saviindukcijos EV visada veikia prieš srovės kitimą: ji stabdo srovės stiprėjimą ir palaiko nykstančią srovę. Dėl šios priežasties srovė grandinėse su induktyviais elementais (pvz., ritėmis) negali atsirasti ar išnykti akimirksniu.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com