Начинающие электрики и радиотехники часто задаются вопросом: «Что называют индуктивностью проводника?». Индуктивность – коэф. пропорциональности между током, проходящем в замкнутом контуре, и магнитным полем. Простыми словами — некий элемент (чаще всего катушка) может накапливать это самое магнитное поле.
Электрическая цепь и индуктивность
В физике индуктивность показывает реальные электромагнитные характеристики цепи. У узком смысле, определяется единый элемент, который обладает высокой самоиндукцией. Обычно – это катушка индуктивности. Ей может считаться любой элемент с сердечником, имеющий более 1 витка проволоки.
Измерительная система
В чем измеряется индуктивность? Международная система стандарта обозначает единицу измерения индуктивности как Гн (сокращение от физика из США — Генри). Катушка имеет 1 Гн, если при изменении значения тока на 1 А в 1 сек., напряжение на выходе составит 1В.
А вот расчет отличается, в зависимости от системы стандартизирования. В гауссовской системе и СГС в измерения происходят в сантиметрах из пропорции: 1Гн = 109 см.
Вместо сантиметровой системы иногда используется термин «адгенри».
В СГСЭ единица указывается не всегда. А как измерить индуктивность, если необходимы точные показания? В редких случаях вводятся «статгенри» (1 статгенри ≈ 8,987552⋅1011).
Способы соединения
Как и в случае с другими компонентами, элементы самоиндукции могут соединяться разными способами. Индуктивность катушек зависит от типа подключения.
В расчетах используется буквенное обозначение L, т.е. Ленц. Понимать их нужно, как энергию магнитного поля конкретной катушки.
Параллельное соединение
Для множества элементов формула индуктивности выглядит так:
Для двух она значительно упрощается:
При параллельном соединений плюс соединяется с плюсом, а минус с минусом. При этом:
Напряжение у всех элементов одинаковое. Сила тока равна в месте контакта равна силе тока отдельных элементов.
Последовательное соединение
Суть последовательного соединения – подключение плюса к минусу. Формула расчета намного проще: достаточно сложить показатели все элементов цепи:
Показатель добротности
Добротность – это отношение между реактивным и индуктивным (активным) сопротивлением.
Активное – это показатель естественного сопротивления материала. Реактивное возникает, если изменения действующего значения напряжения, тока или емкости.
Для измерения используется следующее уравнение:
Q=2∙π∙f∙L/R,
Где:
- π– число Пи, равное 3,14;
- F – частотность;
- R – сопротивление.
Проблема может возникать с понятием «частота», т.к. многие не знают, что представляет собой колебательный контур. Это некоторая цепь, в которой присутствует катушка.
Как правило, колебательный контур состоит из источника питания, индукционного элемента и конденсатора. Определяется частота по формуле Томсона (она же формула резонансной частоты).
Чем выше показатель частотности, тем «добротнее» считается катушка.
Многовитковые и одновитковые катушки
От чего зависит индуктивность катушки? Во многом она связана с кол-вом витков вокруг сердечника.
В одновитковом контуре используется формула, которая определяет характеристику через ампераж и электромагнитный поток.
Выглядит она так:
Ф/I
В многовитковых катушках этот же параметр равен квадрату каждого витка, т.к. увеличивается потокосцепление:
L1 х N2.
Для правильного расчета многовитковых катушек учитывается так же геометрические параметры и намоточный тип.
Соленоидные катушки
В соленоиде кол-во витков увеличено, а сечение намоточного провода меньше. Узнать характеристики соленоида можно из следующего уравнения:
Здесь:
0 – магнитная константа, которая равна 1.25663706 × 10-6 м кг с-2 А-2; N – число витков провода, вокруг сердечника; S – площадь сечения обмотки; I – длина.
Кольцевая
Формула тора схода соленоидом с одним исключением – предполагается, что он бесконечный. Поэтому используется такая формула:
Где R – радиус кольца.
Продолговатые катушки
Разновидность катушки, при котором проволока накручивается на шест. Для ее измерения применяют следующее уравнение:
Где:
- µe – показатель магнитной проницаемости среды;
- µi – показатель магнитной проницаемости материала;
- i – длина проводника;
- r – радиус.
Показатели проницаемости вы можете найти в таблице ниже:
Сферы применения
Что такое индуктивность – ясно, но где ее можно использовать? Вообще, найти их можно практически в каждом электроприборе. Например, они повсеместно встречаются в блоках питания.
В источниках тока в процессе работы происходит понижение/повышение напряжения, за что отвечает трансформатор – по сути, 2 или более катушки, которые объединённые последовательно. Причем с увеличением циклической частоты повышается эффективность.
Например, в самолетах используются 400-герцовые трансформаторы, вместо бытовых и промышленных 60 Гц.
Также их можно встретить в:
- электрические фильтры;
- зарядные устройства;
- нагреватели;
- электрические магниты;
- крупная бытовая техника.