Катушки индуктивности и постоянный ток
После проведения данного эксперимента. Вы сможете продемонстрировать и сформулировать эффект индуктивности в цепи постоянного тока.
Индуктивность — это свойство электронного компонента противодействовать изменениям тока, протекающего через данный компонент.
В схемах постоянного тока, в которых ток обычно имеет фиксированное значение, определяемое сопротивлениями и напряжениями, катушки индуктивности обычно имеют лишь незначительный эффект или вообще не имеют никакого эффекта. Тем не менее, они оказывают влияние на постоянный ток, и важно ясно представлять себе это явление.
Катушки индуктивности в схемах постоянного тока
Эффекты индуктивности проявляются, когда изменяется ток в цепи постоянного тока. Хотя ток обычно имеет фиксированную величину в работающей схеме постоянного тока, не забывайте также, что необходимо еще включать и выключать
схему. Когда ток первоначально подается в схему или удаляется их схемы, имеет место его значительное изменение. Такое изменение тока заставляет катушку индуктивности противодействовать этому изменению. В результате появляется наведенное (индуктированное) напряжение, которое, как и в схеме переменного тока, противодействует изменению тока.
В данном эксперименте Вы будете знакомиться с эффектами катушки индуктивности в схеме постоянного тока.
1. Для данного эксперимента Вы будет использовать первичную обмотку трансформатора. Эта обмотка идентифицируется двумя черными выводами. Все другие выводы игнорируйте.
Измерьте сопротивление катушки индуктивности. Запишите полученное значение.
Сопротивление постоянному току = _____ Ом
2. Предскажите, какой величины ток может быть в катушке индуктивности, если к ней приложить напряжение 15В от источника питания. Ток = ____ мА
3. Подключите источник питания 15 В к катушке индуктивности и измерьте постоянный ток, протекающий через катушку. Обратитесь к рисунку 13-1. Запишите величину протекающего тока.
Рис. 13-1. Первичная обмотка, используемая в качестве катушки индуктивности.
4. Какой эффект оказывает источник на катушку индуктивности, и какой эффект оказывает катушка индуктивности на ток в цепи?
5. Рассмотрите неоновую лампу. Это маленькая стеклянная лампочка с тонкими проволочными выводами. Подключите неоновую лампу параллельно с катушкой индуктивности, как показано на рисунке 13-2. Неоновая лампа загорится только в том случае, если напряжение на ее выводах превышает приблизительно 70—90В.
6. Приложите напряжение 15В от источника питания к катушке индуктивности, как показано
на рисунке 13-2. Заметьте состояние неоновой лампы. Включена или выключена неоновая лампа?
Задачи по физике и математике с решениями и ответами | Самые интересные факты о планете Земля. Новости науки и ответы на сложные вопросы. – всё о Земле!
Принцип работы
Чтобы понять принцип действия катушки индукции, следует знать:
- вокруг движущихся электрически заряженных частиц (электрический ток) возникает электромагнитное поле. Если проводник с протекающим током смотан в катушку, поле многократно усиливается. Еще большим оно становится при использовании металлического сердечника, что объясняется высокой магнитопроницаемостью металлов по сравнению с воздухом;
- переменное магнитное поле наводит в проводнике ЭДС (закон электромагнитной индукции, открытый М. Фарадеем).
Способность катушки превращать электрическую энергию в магнитное поле, называется индуктивностью. Она измеряется в генри (Гн), в формулах обозначается литерой L. Катушка индуктивностью в 1 Гн при изменении силы тока со скоростью dI = 1 А/с (ампер в секунду) создает ЭДС в 1 В. Индуктивность катушки зависит от ее длины, потому шаг витков стремятся делать как можно меньшим.
Сердечник в катушке может быть регулируемым, тогда элемент имеет переменную индуктивность. Также применяют катушки вовсе без сердечника. Если катушка включена в цепь постоянного тока, то весь эффект от нее состоит в создании электромагнитного поля. Так устроены, например, электрические магниты для захвата металлолома, устанавливаемые на погрузочных кранах.
При проведении эксперимента надо ограничить ток в цепи, посредством включенной последовательно с катушкой нагрузки, иначе возникнет короткое замыкание.
Катушка индуктивности в цепи переменного тока | Онлайн журнал электрика
- генератор настраивается на частоту в 1 кГц. По осциллографу видно, что фазы обеих синусоид совпадают. Амплитуда на второй синусоиде составляет почти 2 В;
- увеличивают частоту тока до 100 кГц. Осциллограф отражает два изменения: амплитуда колебаний напряжения на резисторе уменьшилась, а синусоида резистора сдвинулась относительно синусоиды генератора: это и есть сдвиг фаз;
- при дальнейшем увеличении частоты, наблюдается следующее: амплитуда напряжения на резисторе падает до 480 мВ, а сдвиг фаз увеличивается;
- при установке максимально возможной частоты, амплитуда напряжения на резисторе падает до 120 мВ. Сдвиг фаз приближается к 90 0 (четверть периода).
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
В цепи переменного тока в катушке индуктивности происходит следующий процесс:
- ток возбуждает в катушке электромагнитное поле. Поскольку он переменный, то и параметры электромагнитного поля во времени меняются, то есть оно тоже переменное;
- переменное магнитное поле в соответствии с законом электромагнитной индукции возбуждает в самой катушке ЭДС. Ее так и называют — ЭДС самоиндукции. Она всегда идет против направления изменения силы тока. Следовательно, в первой половине полупериода, когда сила тока возрастает, катушка это нарастание сдерживает. При этом часть энергии электричества накапливается в формируемом катушкой магнитном поле;
- во второй половине полупериода, катушка, наоборот, противостоит снижению силы тока, возвращая в цепь накопленную в виде магнитного поля энергию.
Таким образом, катушка индукции оказывает сопротивление источнику переменного тока. Это сопротивление имеет иную природу, нежели активное, преобразующее электрическую энергию в тепло.
Сопротивление катушки энергию не потребляет, а лишь аккумулирует ее и затем снова возвращает в цепь, меняя характер протекания в ней тока. Его называют индуктивным. В противоположность активному, оно, как и емкостное сопротивление конденсатора, является реактивным.
Эффект проявляется тем сильнее, чем выше частота переменного тока, то подтверждается формулой расчета индуктивного сопротивления: XL = w*L = 2 π * f * L, где:
- XL — индуктивное сопротивление, Ом;
- W — круговая частота переменного тока, рад/с;
- F — частота переменного тока, Гц;
- L — индуктивность катушки, Гн.
Индуктивное сопротивление, несмотря на иной принцип действия, измеряется в тех же единицах, что и активное — Омах. Таким образом, в цепях переменного тока катушка индуктивности выступает ограничителем силы тока и нагрузку, в отличие от цепи постоянного, вводить не требуется.
Зависимость индуктивного сопротивления катушки от частоты тока позволяет использовать данный элемент помимо прочего, для фильтрации высокочастотных помех или сигналов. Например, при установке его в схеме динамика, последний воспроизводит только низкие частоты, то есть играет роль сабвуфера.
На преодоление индуктивного сопротивления источник расходует часть мощности — это реактивная мощность (Wр). Остальное называют активной или полезной мощностью (Wа) — она производит полезную работу. Вместе реактивная и активная мощности образуют полную: Wр + Wа = Wпол.
