Рубрика: Чему равна энергия магнитного поля

Чему равна энергия магнитного поля

Индуктивность человеческого тела Правило Ленца и индуктивность Электрический ток создает магнитное поле - это было сенсацией в девятнадцатом веке. В прошлом электрические и магнитные явления казались совершенно разными явлениями, и открытие связи между ними вызвало горячий интерес исследователей. Магнитное поле казалось многоликим, присущим совершенно разным объектам - куску магнитной руды, земному шару и... проводу с током. Теперь известно, что в каждом из этих объектов магнитное поле порождается движением электрического заряда.

В современной науке установлена общая природа электрического и магнитного полей. При изучении постоянного тока первый шаг к пониманию этой истины был сделан благодаря открытию взаимосвязи между током и магнитным полем, между силой тока и силой создаваемого им магнитного поля. <Символ L, обозначающий индуктивность, был выбран в честь физика Эмиля Ленца. Он изучал магнитные явления, возникающие при протекании электрического тока. Сила Ленца - это сила, действующая на проводник тока, помещенный в магнитное поле. Ленц также наблюдал, как катушки электрических проводов, по которым течет ток, притягиваются или отталкиваются подобно постоянным магнитам.

Притяжение или отталкивание? Это определялось направлением тока в катушках, взаимным расположением катушек. А сила взаимодействия определялась количеством катушек и силой тока. При одинаковом токе катушка с большим количеством витков создавала большее магнитное поле. Контур тока и катушка индуктивности Контур тока может представлять собой одну единственную катушку Контур тока может состоять из нескольких контуров Многовитковая катушка В электротехнике и радиотехнике используются многовитковые катушки.

Чем больше витков, тем больше индуктивность катушки. Один и тот же ток, протекающий через одну катушку и через катушку с несколькими витками, создает разное магнитное поле. Катушка с несколькими витками имеет большую индуктивность, чем одиночная катушка; она пропорциональна числу витков.

Когда необходимо создать сильное магнитное поле, наматывают сотни или тысячи витков тонкой медной проволоки. Такие катушки используются в электромагнитах, трансформаторах, электродвигателях. Индуктивность, индукция, самоиндукция В то время как обозначение индуктивности L выбрано в честь физика Ленца, единица измерения индуктивности Генри Хн названа в честь другого физика, Джозефа Генри.

Ленц исследовал магнитные явления, происходящие в присутствии постоянного тока, в то время как Генри занимался переменным током. Более конкретно, он изучал переходные процессы, возникающие при включении и выключении электрического тока. Что происходит, когда ток в цепи, содержащей катушку индуктивности, включается? Он не возрастает мгновенно, а увеличивается плавно. Чем больше витков в катушке, тем более длительным является процесс нарастания тока. Но количество витков также влияет на силу магнитного поля, создаваемого током в катушке!

Джозеф Генри установил связь между этими явлениями. Оказывается, чем больше индуктивность, тем инерционнее процесс увеличения тока при включении. Это можно сравнить с массой в механике: чем массивнее тело, тем больше времени требуется для его ускорения при приложении к нему силы. Почему увеличение тока в катушке тормозится? Здесь мы наблюдаем явление самоиндукции.

Ток создает магнитное поле, не так ли? Но преобразование полей на этом не заканчивается. Меняющееся магнитное поле создает электрическое поле! Если в поле находится проводник, в нем индуцируется электродвижущая сила. Это явление называется электромагнитной индукцией. Именно изменяющееся, переменное магнитное поле может создать электрическое поле и вызвать электрический ток в проводнике.

После щелчка выключателя в цепи происходят следующие процессы: Возникает и начинает нарастать электрический ток; Возрастающий электрический ток создает изменяющееся магнитное поле; Переменное магнитное поле в том же проводнике индуцирует электрическое напряжение, противоположное приложенному напряжению; Электродвижущая сила, индуцированная магнитным полем, противоположная напряжению от источника, уменьшает общее напряжение, действующее на цепь, и ток соответствует уменьшенному напряжению.

Напряжение, индуцированное магнитным полем, уменьшает напряжение в цепи.

Напряжение, индуцированное магнитным полем в проводнике, называется ЭДС самоиндукции. Ток в проводнике является причиной возникновения противоположного напряжения в том же проводнике, то есть сам ток является причиной торможения тока; поэтому процесс называется самоиндукцией. Величина ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения тока и от индуктивности: Минус в формуле означает, что в цепи возникает противоположная ЭДС, направленная так, чтобы тормозить изменение тока. Согласно этой формуле, единица индуктивности 1 Генри определяется следующим образом: Один Генри - это индуктивность, при которой скорость изменения тока, равная одному амперу в секунду, приводит к ЭДС самоиндукции, равной одному вольту.

Единицей индуктивности является скорость изменения тока, равная одному амперу в секунду.

В благодарность за открытие явления самоиндукции физики присвоили единице измерения индуктивности имя Джозефа Генри. Энергия магнитного поля Магнитное поле обладает энергией. Магнитные силы совершают механическую работу, притягивая или отталкивая другие магниты или тела из магнитных материалов.

Изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток в проводниках. Магнитную энергию можно выразить с помощью математической формулы. В предыдущем разделе упоминалась инерция индуктивной цепи, и ее роль в электромагнитных явлениях сравнивалась с ролью массы в механике. Интересно, что эта аналогия углубляется при рассмотрении энергии. Формула для энергии магнитного поля похожа на формулу для кинетической энергии механического тела: Энергия магнитного поля пропорциональна индуктивности и квадрату величины тока.

В переходном процессе, когда ток в цепи медленно увеличивается при включении, происходит накопление магнитной энергии. Эта энергия может быть использована для совершения работы. И эта энергия создает проблему при выключении тока в цепи с большой индуктивностью. Если вы уменьшите ток, возникнет ЭДС, замедляющая уменьшение тока. Но если выключить ток, резко разорвав цепь, скорость изменения тока от конкретного значения до нуля теоретически должна быть бесконечно большой.

Если выключить ток, резко разорвав цепь, скорость изменения тока от конкретного значения до нуля должна быть бесконечно большой. <Это означает, что ЭДС самоиндукции при выключении тока также должна быть бесконечно большой. Этот математический парадокс возник из-за упрощенных идеализированных формул. В реальности ток не прекращается мгновенно, размыкание контактов занимает некоторый короткий промежуток времени, но все же скорость изменения тока велика, и наводится ЭДС значительной величины. Искрение - обычное явление при выключении электрической цепи.

Если вы выключаете ток в цепи с большой индуктивностью, попытка резко остановить ток может вызвать вспышку дуги. Что произойдет, если дуга не вспыхнет, а ток прекратится? Куда делась энергия магнитного поля? Часть ее была преобразована в тепловую энергию - контакты выключателя нагрелись. Остальная часть энергии магнитного поля, когда она резко уменьшилась до нуля, перешла в электромагнитную волну. <Переменное магнитное поле вызвало переменное электрическое поле; в свою очередь, переменное электрическое поле вызвало новую магнитную волну, и так далее. Выключение тока простым щелчком выключателя отправляет широкий "шумовой" спектр электромагнитных колебаний в бесконечное пространство. Выпрямите провод - индуктивность останется Изначально индуктивность считалась атрибутом цепи или катушки. Причина этого заключалась в способе ее измерения. Если магнитный поток через контур или катушку локализован, его можно измерить, хотя точность измерений долгое время была низкой.

Если магнитный поток через контур или катушку локализован, его можно измерить, хотя точность измерений долгое время была низкой.

Если катушку раскрутить, а провод выпрямить, и пропустить ток через прямой провод, магнитное поле все равно возникнет. Но измерить его поток не так-то просто! А что происходит с самоиндукцией? Ток в прямом проводе растет быстрее, чем в катушке. Но если провод протянуть на несколько километров, чтобы построить линию электропередачи, то наблюдается явление самоиндукции. Увеличение тока, когда он поступает в линию электропередачи, не является мгновенным. Поэтому прямой провод обладает индуктивностью, хотя и меньшей, чем катушка.

На рисунке изображен проводник с током и линиями магнитного поля, которые имеют форму окружностей. Индуктивность и реактивное сопротивление Катушка индуктивности может иметь незначительное сопротивление постоянному току в стационарном состоянии, но ее сопротивление переменному току значительно.

Это сопротивление называется реактивным сопротивлением. Реактивное сопротивление преобразует энергию электрического тока в энергию электромагнитного поля. Если переменное напряжение с частотой f приложить к цепи, имеющей индуктивность L, то реактивное сопротивление будет равно чем больше реактивное сопротивление, тем меньше переменный ток.

Чем больше реактивное сопротивление, тем меньше переменный ток.

Реактивное сопротивление зависит от частоты. Элементы с небольшой индуктивностью создают незначительное сопротивление на низких частотах, но при переходе от 50 Герц к 50 МГц мегагерц сопротивление возрастает в миллион раз.

Индуктивность небольших отрезков провода не принимается во внимание на низких частотах, но на частотах в сотни мегагерц и гигагерц необходимо учитывать даже индуктивность проволочных выводов радиодеталей. В сверхвысокочастотной технике используются беспроводные элементы, которые не имеют проволочных выводов. <Вместо них используются площадки, которые припаиваются к печатной плате. Цепь с индуктивным сопротивлением при подаче переменного тока излучает электромагнитные волны. Но возможен и обратный процесс: при наложении электромагнитного поля в индуктивности индуцируется переменный ток.

Стиральная машина и индуктивное сопротивление Пользователи автоматических стиральных машин часто жалуются на то, что ток "бьет в барабан". Электрическая изоляция таких машин обычно в полном порядке, но при загрузке и выгрузке вещей все равно возникает неприятное ощущение от прикосновения к металлическому барабану. Причина - индукционный ток.

В автомате есть источник питания, который преобразует сетевое напряжение в высокочастотное. Это высокочастотное напряжение прикладывается ко всем электропроводящим объектам, в частности к металлическому барабану. Индуктивность барабана не указана, но, вероятно, она невелика. Тем не менее, высокочастотный ток электронной схемы вызывает отклик - небольшой ток - на металлических деталях стиральной машины.

Сходное явление иногда наблюдается у пользователей современных водонагревателей с электронным управлением, которые нагревают водопроводную воду. Если блок питания в приборе находится близко к водопроводной трубе, на ней может индуцироваться переменный высокочастотный ток, и вода из крана "щиплет". Избежать неприятных ощущений можно, отключив электрическое напряжение от бойлера.


Навигация

About Author


Voodoorg

Comments

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *