Thuis-Interne trap-Het fenomeen van de zelfinductieformule. Inductie emf-formule

Het fenomeen van de zelfinductieformule. Inductie emf-formule

Wanneer de stroom in het circuit verandert, verandert de flux van magnetische inductie door het oppervlak, begrensd door dit circuit; de verandering in de flux van magnetische inductie leidt tot de excitatie van de zelfinductie-emf. De richting van de EMF blijkt zodanig te zijn dat wanneer de stroom toeneemt emf-circuits voorkomt dat de stroom toeneemt, en wanneer de stroom afneemt, voorkomt het dat de stroom afneemt.

De omvang van de EMF is evenredig met de snelheid waarmee de stroom verandert I en lusinductie L :

.

Vanwege het fenomeen van zelfinductie in elektrisch circuit met een EMF-bron wordt, wanneer het circuit gesloten is, de stroom niet onmiddellijk tot stand gebracht, maar na enige tijd. Soortgelijke processen vinden plaats wanneer het circuit wordt geopend en de waarde van de zelfinductie-emf kan de bron-emf aanzienlijk overschrijden. Meestal binnen gewone leven het wordt gebruikt in bobines van auto's. De typische zelfinductiespanning bij een voedingsspanning van 12V is 7-25kV.


Wikimedia Stichting.

2010.

Relatie tussen elektrische en magnetische velden

Elektrische en magnetische verschijnselen worden al heel lang bestudeerd, maar het is nooit bij iemand opgekomen om deze onderzoeken op de een of andere manier met elkaar in verband te brengen. Pas in 1820 werd ontdekt dat een stroomvoerende geleider op een kompasnaald inwerkt. Deze ontdekking was eigendom van de Deense natuurkundige Hans Christian Oersted. Vervolgens werd de eenheid voor het meten van spanning naar hem vernoemd magnetisch veld in het GHS-systeem: Russische aanduiding E (Ørsted), Engels - Oe. Dit is de magnetische veldsterkte in een vacuüm met een inductie van 1 Gauss.

Deze ontdekking suggereerde dat een magnetisch veld zou kunnen worden gegenereerd uit een elektrische stroom. Maar tegelijkertijd ontstonden er ook gedachten over de omgekeerde transformatie, namelijk hoe je uit een magnetisch veld kunt komen elektrische stroom. Veel processen in de natuur zijn immers omkeerbaar: water produceert ijs, dat weer tot water kan worden gesmolten.

Na de ontdekking van Oersted duurde het tweeëntwintig jaar om deze nu voor de hand liggende natuurwet te bestuderen. De Engelse wetenschapper Michael Faraday was betrokken bij het opwekken van elektriciteit uit een magnetisch veld. Klaar verschillende vormen en afmetingen van geleiders en magneten, werd gezocht naar opties voor hun relatieve opstelling. En alleen blijkbaar per ongeluk ontdekte de wetenschapper dat om EMF aan de uiteinden van de geleider te verkrijgen nog een term nodig is: de beweging van de magneet, d.w.z. Het magnetische veld moet variabel zijn.

Nu verbaast dit niemand meer. Dit is precies hoe alle elektrische generatoren werken: zolang ze door iets worden rondgedraaid, wordt er elektriciteit opgewekt en brandt de lamp. Ze stopten, stopten met draaien en het licht ging uit.

Elektromagnetische inductie

EMF aan de uiteinden van de geleider treedt dus alleen op als deze op een bepaalde manier in een magnetisch veld wordt bewogen. Of, preciezer gezegd, het magnetische veld moet noodzakelijkerwijs veranderen, variabel zijn. Dit fenomeen wordt elektromagnetische inductie genoemd, in het Russisch elektromagnetische inductie: in dit geval zeggen ze dat er een EMF wordt geïnduceerd in de geleider. Als een belasting op een dergelijke EMF-bron wordt aangesloten, zal er stroom in het circuit vloeien.

De omvang van de geïnduceerde EMF hangt af van verschillende factoren: de lengte van de geleider, de inductie van het magnetische veld B en, voor een groot deel, de bewegingssnelheid van de geleider in het magnetische veld. Hoe sneller de generatorrotor wordt gedraaid, hoe hoger de spanning aan de uitgang.

Opmerking: elektromagnetische inductie(het fenomeen van het optreden van EMF aan de uiteinden van een geleider in een wisselend magnetisch veld) moet niet worden verward met magnetische inductie - vector fysieke hoeveelheid karakteriseren van het magnetische veld zelf.

Inductie

Deze methode is beoordeeld. Het is voldoende om de geleider in een magnetisch veld te bewegen permanente magneet, of andersom, verplaats (bijna altijd door rotatie) de magneet in de buurt van de geleider. Met beide opties kunt u zeker een wisselend magnetisch veld verkrijgen. In dit geval wordt de methode voor het produceren van EMF inductie genoemd. Het is inductie die wordt gebruikt om EMF te verkrijgen diverse generatoren. Bij de experimenten van Faraday in 1831 bewoog een magneet zich geleidelijk in een draadspiraal.

Wederzijdse inductie

Deze naam doet vermoeden dat twee dirigenten aan dit fenomeen deelnemen. In één ervan vloeit een veranderende stroom, waardoor er een wisselend magnetisch veld omheen ontstaat. Als er een andere geleider in de buurt is, verschijnt er aan de uiteinden een wisselende EMF.

Deze methode voor het produceren van elektromagnetische velden wordt wederzijdse inductie genoemd. Alle transformatoren werken volgens het principe van wederzijdse inductie, alleen hun geleiders zijn gemaakt in de vorm van spoelen en kernen gemaakt van ferromagnetische materialen worden gebruikt om de magnetische inductie te verbeteren.

Als de stroom in de eerste geleider stopt (circuitonderbreking), of zelfs heel sterk wordt, maar constant (geen veranderingen), dan zal er geen EMF worden verkregen aan de uiteinden van de tweede geleider. Dit is de reden dat transformatoren alleen op wisselstroom werken: sluit je een galvanische batterij aan op de primaire wikkeling, dan staat er zeker geen spanning op de uitgang van de secundaire wikkeling.

EMF in de secundaire wikkeling wordt alleen geïnduceerd als het magnetische veld verandert. Bovendien geldt: hoe sterker de snelheid van verandering, hoe sneller de verandering verloopt, en niet absolute waarde, hoe groter de geïnduceerde emf zal zijn.

Zelfinductie

Als je de tweede geleider verwijdert, zal het magnetische veld in de eerste geleider niet alleen de omringende ruimte binnendringen, maar ook de geleider zelf. Onder invloed van zijn veld wordt er dus een emf in de geleider geïnduceerd, wat zelfinductie-emf wordt genoemd.

Het fenomeen zelfinductie werd in 1833 bestudeerd door de Russische wetenschapper Lenz. Op basis van deze experimenten was het mogelijk om een ​​interessant patroon te ontdekken: de zelfinductie-EMK neutraliseert en compenseert altijd het externe magnetische wisselveld dat deze EMF veroorzaakt. Deze afhankelijkheid wordt de regel van Lenz genoemd (niet te verwarren met de wet van Joule-Lenz).

Het minteken in de formule spreekt alleen over de tegenwerking van het EMF tegen zelfinductie van de oorzaken die daartoe aanleiding gaven. Als de spoel is aangesloten op een constante stroombron, zal de stroom vrij langzaam toenemen. Dit is zeer merkbaar bij het "testen" van de primaire wikkeling van een transformator met een draai-ohmmeter: de snelheid van de naald die naar de nulschaalverdeling beweegt, is merkbaar minder dan bij het controleren van weerstanden.

Wanneer de spoel wordt losgekoppeld van de stroombron, veroorzaakt de zelfinductie-emf vonken van de relaiscontacten. In het geval dat de spoel wordt bestuurd door een transistor, bijvoorbeeld een relaisspoel, wordt een diode parallel daaraan geplaatst in de tegenovergestelde richting ten opzichte van de stroombron. Dit wordt gedaan om halfgeleiderelementen te beschermen tegen de effecten van zelfinductie-emf, die tientallen of zelfs honderden keren hoger kan zijn dan de spanning van de stroombron.

Om experimenten uit te voeren ontwierp Lenz een interessant apparaat. Aan de uiteinden van de aluminium tuimelaar zijn twee aluminium ringen bevestigd. Eén ring is massief, maar de andere heeft een snede. De tuimelaar draaide vrij rond op de naald.

Wanneer een permanente magneet in een massieve ring werd geplaatst, ‘rende’ hij weg van de magneet, en toen de magneet werd verwijderd, snelde hij er achteraan. Dezelfde handelingen met een geslepen ring veroorzaakten geen enkele beweging. Dit wordt verklaard door het feit dat in een massieve ring, onder invloed van een wisselend magnetisch veld, een stroom ontstaat die een magnetisch veld creëert. Maar in een open ring is er geen stroom en dus ook geen magnetisch veld.

Een belangrijk detail van dit experiment is dat als een magneet in de ring wordt gestoken en stil blijft staan, er geen reactie van de aluminium ring op de aanwezigheid van de magneet wordt waargenomen. Dit bevestigt nogmaals dat geïnduceerde emf alleen optreedt als het magnetische veld verandert, en dat de grootte van de emf afhangt van de mate van verandering. In dit geval hangt het eenvoudigweg af van de bewegingssnelheid van de magneet.

Hetzelfde kan gezegd worden over wederzijdse inductie en zelfinductie, alleen de verandering in de magnetische veldsterkte, of liever de snelheid van de verandering ervan, hangt af van de snelheid van verandering van de stroom. Om dit fenomeen te illustreren kan het volgende voorbeeld worden gegeven.

Laat grote stromen door twee vrij grote identieke spoelen lopen: door de eerste spoel 10A, en door de tweede maar liefst 1000, en in beide spoelen nemen de stromen lineair toe. Stel dat in één seconde de stroom in de eerste spoel veranderde van 10 naar 15 A, en in de tweede van 1000 naar 1001 A, wat het optreden van een zelfgeïnduceerde emf in beide spoelen veroorzaakte.

Maar ondanks dit groot belang stroom in de tweede spoel, zal de zelfinductie-EMK groter zijn in de eerste, omdat daar de stroomveranderingssnelheid 5 A/sec is, en in de tweede slechts 1 A/sec. De zelfinductie-emf hangt immers af van de snelheid waarmee de stroom toeneemt (lees magnetisch veld), en niet van de absolute waarde ervan.

Inductie

De magnetische eigenschappen van een stroomvoerende spoel zijn afhankelijk van het aantal windingen geometrische afmetingen. Een aanzienlijke toename van het magnetische veld kan worden bereikt door een ferromagnetische kern in de spoel te introduceren. OVER magnetische eigenschappen spoelen kunnen met voldoende nauwkeurigheid worden beoordeeld aan de hand van de grootte van de geïnduceerde emf, wederzijdse inductie of zelfinductie. Al deze verschijnselen zijn hierboven besproken.

Het kenmerk van de spoel dat hierover vertelt, wordt de inductiecoëfficiënt (zelfinductie) of eenvoudigweg inductie genoemd. In formules wordt inductantie aangegeven met de letter L, en in diagrammen worden inductoren aangegeven met dezelfde letter.

De eenheid van inductie is Henry (H). Een spoel heeft een inductantie van 1 H, waarbij bij een stroomverandering van 1 A per seconde een emf van 1 V ontstaat. Deze waarde is vrij groot: de netwerkwikkelingen van redelijk krachtige transformatoren hebben een inductie van een of meer Gn.

Daarom worden vaak waarden van een lagere orde gebruikt, namelijk milli en micro Henry (mH en μH). Dergelijke spoelen worden gebruikt elektronische circuits. Een van de toepassingen van spoelen zijn oscillerende circuits in radioapparatuur.

Spoelen worden ook gebruikt als smoorspoelen, waarvan het belangrijkste doel is om gelijkstroom zonder verlies door te laten en tegelijkertijd de wisselstroom (filters) te verzwakken. Als algemene regel geldt: hoe hoger de werkfrequentie, hoe minder inductie de spoelen nodig hebben.

Inductieve reactantie

Als je een voldoende krachtige nettransformator en de weerstand van de primaire wikkeling neemt, blijkt dat deze slechts een paar ohm is, en zelfs bijna nul. Het blijkt dat de stroom door zo'n wikkeling erg groot zal zijn en zelfs naar oneindig zal neigen. Lijkt, kortsluiting gewoon onvermijdelijk! Dus waarom niet?

Een van de belangrijkste eigenschappen van inductoren is inductieve reactantie, die afhankelijk is van inductantie en frequentie AC, die is verbonden met de spoel.

Het is gemakkelijk in te zien dat met toenemende frequentie en inductie de inductieve reactantie toeneemt, en bij gelijkstroom wordt deze over het algemeen gelijk aan nul. Daarom wordt bij het meten van de weerstand van spoelen met een multimeter alleen de actieve weerstand van de draad gemeten.

Het ontwerp van inductoren is zeer divers en hangt af van de frequenties waarop de spoel werkt. Om bijvoorbeeld in het decimeterbereik van radiogolven te werken, worden vaak printspoelen gebruikt. Voor massaproductie is deze methode erg handig.

De inductie van de spoel hangt af van de geometrische afmetingen, kern, aantal lagen en vorm. Momenteel wordt er een voldoende aantal standaardinductoren geproduceerd, vergelijkbaar met conventionele weerstanden met leidingen. Dergelijke spoelen zijn gemarkeerd met gekleurde ringen. Er zijn ook spoelen voor opbouwmontage, gebruikt als smoorspoelen. De inductie van dergelijke spoelen bedraagt ​​enkele millihenries.

De term inductie in de elektrotechniek betekent het optreden van stroom in een elektrisch gesloten circuit als het zich in een veranderende staat bevindt. Slechts tweehonderd jaar geleden ontdekt door Michael Faraday. Dit had veel eerder kunnen worden gedaan door Andre Ampere, die soortgelijke experimenten uitvoerde. Hij stak de rol in metalen staaf, en toen ging ik, met pech, naar een andere kamer om naar de galvanometernaald te kijken - wat als hij bewoog. En de pijl deed regelmatig zijn werk - hij week af, maar terwijl Ampere door de kamers dwaalde, keerde hij terug naar de nulmarkering. Zo wachtte het fenomeen zelfinductie nog tien jaar totdat de spoel, het apparaat en de onderzoeker tegelijkertijd op de juiste plek zaten.

Het belangrijkste punt van dit experiment was dat geïnduceerde emf alleen optreedt wanneer het magnetische veld dat door een gesloten lus gaat, verandert. Maar je kunt het op elke gewenste manier veranderen: verander de grootte van het magnetische veld zelf, of verplaats eenvoudigweg de bron van het veld ten opzichte van dezelfde gesloten lus. De emf die in dit geval ontstaat, wordt ‘wederzijds inductieve emf’ genoemd. Maar dit was nog maar het begin van ontdekkingen op het gebied van inductie. Nog verrassender was het fenomeen zelfinductie, dat rond dezelfde tijd werd ontdekt. In zijn experimenten werd ontdekt dat de spoelen niet alleen een stroom in een andere spoel induceerden, maar dat wanneer de stroom in deze spoel veranderde, er ook een extra EMF in werd geïnduceerd. Dit is wat ze de zelfgeïnduceerde emf noemden. IN grote belangstelling vertegenwoordigt de richting van de stroom. Het bleek dat in het geval van zelfinductie-EMK de stroom gericht is tegen de ‘ouder’ – de stroom veroorzaakt door de hoofd-EMK.

Is het mogelijk om het fenomeen zelfinductie waar te nemen? Zoals ze zeggen: niets is eenvoudiger. Laten we de eerste twee monteren: een in serie geschakelde inductor en een gloeilamp, en de tweede - alleen de gloeilamp. Laten we ze via een gemeenschappelijke schakelaar op de batterij aansluiten. Wanneer je hem aanzet, kun je zien dat de lamp in het circuit met de spoel ‘met tegenzin’ oplicht, en de tweede lamp, die sneller ‘in opkomst’ is, gaat onmiddellijk aan. Wat gebeurt er? In beide circuits begint na het inschakelen de stroom te stromen en deze verandert van nul naar zijn maximum, en het is precies de verandering in stroom waar de inductor op wacht, die de zelfinductie-emf genereert. Er is een EMF en een gesloten circuit, wat betekent dat er ook stroom is, maar deze is tegengesteld gericht aan de hoofdstroom van het circuit, die uiteindelijk een maximale waarde zal bereiken die wordt bepaald door de parameters van het circuit en zal stoppen met groeien, en aangezien er is geen verandering in de stroom, er is geen zelfinductie-EMK. Het is eenvoudig. Een soortgelijk beeld, maar “precies het tegenovergestelde”, wordt waargenomen wanneer de stroom wordt uitgeschakeld. Trouw aan haar “ slechte gewoonte Om elke verandering in de stroom tegen te gaan, handhaaft de zelfgeïnduceerde emf zijn stroom in het circuit nadat de stroom is uitgeschakeld.

De vraag rees meteen: wat is het fenomeen zelfinductie? Er werd vastgesteld dat de zelfinductie-EMK wordt beïnvloed door de snelheid waarmee de stroom in de geleider verandert, en kan worden geschreven:

Hieruit blijkt dat de zelfinductie emf E direct evenredig is met de veranderingssnelheid van de stroom dI/dt en de evenredigheidscoëfficiënt L, die inductantie wordt genoemd. Voor zijn bijdrage aan de studie van de vraag waaruit het fenomeen zelfinductie bestaat, werd George Henry beloond met het feit dat de meeteenheid van inductie, Henry (H), zijn naam draagt. Het is de inductie van het stroomcircuit dat het fenomeen van zelfinductie bepaalt. Je kunt je voorstellen dat inductie een soort ‘opslag’ van magnetische energie is. Als de stroom in het circuit toeneemt elektrische energie wordt omgezet in magnetische energie, vertraagt ​​de toename van de stroom en wanneer de stroom afneemt, wordt de magnetische energie van de spoel omgezet in elektrische energie en wordt de stroom in het circuit op peil gehouden.

Waarschijnlijk heeft iedereen wel eens een vonk gezien bij het uittrekken van de stekker uit het stopcontact - dit is de meest voorkomende manifestatie van zelfinductie van EMF in echte leven. Maar in het dagelijks leven gaan de stromen open met een maximum van 10-20 A, en de openingstijd is ongeveer 20 ms. Met een inductie in de orde van 1 H zal de zelfinductie-emf in dit geval gelijk zijn aan 500 V. Het lijkt erop dat de vraag waaruit het fenomeen zelfinductie bestaat niet zo ingewikkeld is. Maar in feite is zelfopgewekte emf een groot technisch probleem. Het komt erop neer dat wanneer het circuit breekt en de contacten al zijn gescheiden, zelfinductie de stroom in stand houdt, en dit leidt tot doorbranden van de contacten, omdat In de technologie worden circuits met stromen van honderden en zelfs duizenden ampère geschakeld. Hier vaak waar we het over hebben over zelfinductie-emf van tienduizenden volt, en dit vereist aanvullende oplossing technische problemen met betrekking tot overspanningen in elektrische circuits.

Maar niet alles is zo somber. Het komt voor dat deze schadelijke EMF zeer nuttig is, bijvoorbeeld in ontstekingssystemen van verbrandingsmotoren. Een dergelijk systeem bestaat uit een inductor in de vorm van een autotransformator en een helikopter. Er wordt stroom door de primaire wikkeling geleid, die wordt uitgeschakeld door een onderbreker. Als gevolg van een open circuit ontstaat er een zelfinductieve emf van honderden volt (terwijl de accu slechts 12 V levert). Vervolgens wordt deze spanning verder getransformeerd en wordt een puls van meer dan 10 kV naar de bougies gestuurd.

Wist je dat Wat is de onjuistheid van het concept van ‘fysiek vacuüm’?

Fysiek vacuüm - concept van relativistisch kwantumfysica, waarmee ze de laagste (grond) energietoestand bedoelen van een gekwantiseerd veld, dat nul momentum, hoekmomentum en andere kwantumgetallen heeft. Relativistische theoretici noemen het fysieke vacuüm volledig zonder inhoud ruimte gevuld met een onmeetbaar, en daarom slechts denkbeeldig, veld. Zo'n toestand is volgens relativisten geen absolute leegte, maar een ruimte gevuld met enkele fantoom (virtuele) deeltjes. De relativistische kwantumveldentheorie stelt dat, in overeenstemming met het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, virtuele, dat wil zeggen schijnbare (schijnbare voor wie?) deeltjes voortdurend worden geboren en verdwenen in het fysieke vacuüm: er treden zogenaamde nulpuntsveldoscillaties op. Virtuele deeltjes van het fysieke vacuüm, en dus zelf, per definitie, hebben geen referentiesysteem, omdat anders Einsteins relativiteitsprincipe, waarop de relativiteitstheorie is gebaseerd, zou worden geschonden (dat wil zeggen een absoluut meetsysteem met referentiewaarden). naar de deeltjes van het fysieke vacuüm mogelijk zou worden, wat op zijn beurt het relativiteitsbeginsel waarop de SRT is gebaseerd duidelijk zou weerleggen). Het fysieke vacuüm en zijn deeltjes zijn dus geen elementen van de fysieke wereld, maar slechts elementen van de relativiteitstheorie die in de natuur niet bestaan. echte wereld, maar alleen in relativistische formules, waardoor het causaliteitsprincipe wordt geschonden (ze ontstaan ​​en verdwijnen zonder oorzaak), het principe van objectiviteit (virtuele deeltjes kunnen worden overwogen, afhankelijk van de wens van de theoreticus, bestaand of niet-bestaand), de principe van feitelijke meetbaarheid (niet waarneembaar, hebben geen eigen ISO).

Wanneer een of andere natuurkundige het concept van ‘fysiek vacuüm’ gebruikt, begrijpt hij de absurditeit van deze term niet, of is hij onoprecht, omdat hij een verborgen of openlijke aanhanger is van de relativistische ideologie.

De eenvoudigste manier om de absurditeit van dit concept te begrijpen, is door te kijken naar de oorsprong van het voorkomen ervan. Het werd geboren door Paul Dirac in de jaren dertig, toen duidelijk werd dat de ontkenning van ether in pure vorm, zoals een groot wiskundige maar een middelmatige natuurkundige deed, is niet langer mogelijk. Er zijn te veel feiten die dit tegenspreken.

Om het relativisme te verdedigen introduceerde Paul Dirac het affysische en onlogische concept van negatieve energie, en vervolgens het bestaan ​​van een ‘zee’ van twee energieën die elkaar compenseren in een vacuüm – positief en negatief, evenals een ‘zee’ van deeltjes die elkaar compenseren. andere - virtuele (dat wil zeggen schijnbare) elektronen en positronen in een vacuüm.

Het magnetische veld van een circuit waarin de stroomsterkte verandert, induceert niet alleen een stroom in andere circuits, maar ook in zichzelf. Dit fenomeen wordt zelfinductie genoemd.

Er is experimenteel vastgesteld dat de magnetische flux van de magnetische veldinductievector gecreëerd door de stroom die in het circuit vloeit evenredig is met de sterkte van deze stroom:

waarbij L de inductie van het circuit is. Een constante eigenschap van een circuit, die afhangt van de vorm en grootte ervan, evenals van de magnetische permeabiliteit van de omgeving waarin het circuit zich bevindt. [L] = Gn (Hendrik,

1Gn = Wb/A).

Als gedurende de tijd dt de stroom in het circuit verandert met dI, dan zal de magnetische flux die bij deze stroom hoort, veranderen met dФ = LdI, waardoor een zelfinductieve emf in dit circuit verschijnt:

Het minteken geeft aan dat de zelfinductie-emf (en bijgevolg de zelfinductiestroom) altijd een verandering in de sterkte van de stroom verhindert die de zelfinductie veroorzaakte.

Een duidelijk voorbeeld van het fenomeen zelfinductie zijn de extra stromen bij het sluiten en openen die optreden wanneer elektrische circuits met aanzienlijke inductie worden in- en uitgeschakeld.

Magnetische veldenergie

Een magnetisch veld heeft potentiële energie, die op het moment van vorming (of verandering) wordt aangevuld door de energie van de stroom in het circuit, die wel werkt tegen de zelfinductieve emf die ontstaat als gevolg van de verandering in het veld .

Werk dA gedurende een oneindig kleine periode dt, gedurende welke de zelfinductie emf en stroom I kan als constant worden beschouwd, is gelijk aan:

. (5)

Het minteken geeft aan dat elementair werk wordt uitgevoerd door de stroom tegen de zelfinductie-emf. Om de arbeid te bepalen wanneer de stroom verandert van 0 naar I, integreren we de rechterkant, we krijgen:

. (6)

Deze arbeid is numeriek gelijk aan de toename van de potentiële energie ΔWp van het magnetische veld dat bij dit circuit hoort, d.w.z. A = -ΔWp.

Laten we de energie van het magnetische veld uitdrukken door middel van zijn kenmerken, met behulp van het voorbeeld van een solenoïde. We gaan ervan uit dat het magnetische veld van de solenoïde uniform is en zich voornamelijk daarin bevindt. Laten we in (5) de waarde van de inductie van de solenoïde vervangen, uitgedrukt door zijn parameters, en de waarde van de stroom I, uitgedrukt uit de formule voor de inductie van het magnetische veld van de solenoïde:

, (7)

waar N – totaal aantal solenoïde draait; ℓ – de lengte; S – dwarsdoorsnede van het interne kanaal van de solenoïde.

, (8)

Na vervanging hebben we:

Als we beide zijden delen door V, krijgen we bulkdichtheid veldenergie:

(10)

of, gegeven dat
wij krijgen,
. (11)

AC

2.1 Wisselstroom en zijn belangrijkste kenmerken

Variabele stroom is een stroom die in de loop van de tijd verandert, zowel in grootte als in richting. Een voorbeeld van wisselstroom is het industriële stroomverbruik. Deze stroom is sinusoïdaal, d.w.z. de momentane waarde van de parameters verandert in de loop van de tijd volgens de sinus- (of cosinus-) wet:

i= I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + φ 0). (12)

P Een variabele sinusoïdale stroom kan worden verkregen door het frame (circuit) met een constante snelheid te roteren

in een uniform magnetisch veld met inductie B(Afb. 5). In dit geval verandert de magnetische flux die het circuit binnendringt volgens de wet

waarbij S het gebied van de contour is, is α = ωt de rotatiehoek van het frame gedurende tijd t. Een verandering in de flux leidt tot het optreden van geïnduceerde emf

, (17)

waarvan de richting wordt bepaald door de regel van Lenz.

E Als het circuit gesloten is (Fig. 5), stroomt er stroom doorheen:

. (18)

Elektromotorische krachtveranderingsgrafiek en inductiestroom i weergegeven in figuur 6.

Wisselstroom wordt gekenmerkt door een periode T, frequentie v = 1/T, cyclische frequentie
en fase φ = (ωt + φ 0) Grafisch worden de waarden van spanning en wisselstroom in een sectie van het circuit weergegeven door twee sinusoïden, doorgaans in fase verschoven met φ.

Om wisselstroom te karakteriseren, worden de concepten van de huidige (effectieve) waarde van stroom en spanning geïntroduceerd. De effectieve waarde van de wisselstroom is de sterkte van een gelijkstroom die in een bepaalde geleider gedurende één periode dezelfde hoeveelheid warmte vrijgeeft als de gegeven wisselstroom vrijkomt.

,
. (13)

Apparaten in het wisselstroomcircuit (ampèremeter, voltmeter) tonen de effectieve waarden van stroom en spanning.

Gerelateerde publicaties: