Самоиндукция. Индуктивность
Если в контуре течёт переменный ток, то в этом контуре возникает ЭДС индукции, т.к. ток создаёт через контур переменный магнитный поток, величина которого изменяется в соответствии с изменениями тока. Возникающая ЭДС создаёт дополнительный ток в контуре. Это явление называется самоиндукцией, а дополнительные токи – экстратоками самоиндукции. Индукция магнитного поля пропорциональна току, следовательно, величина магнитного потока через контур также пропорциональна току: Φ = L∙I (3.12), где L
– коэффициент самоиндукции или индуктивность контура, зависящая от формы и размеров, а также от свойств окружающей среды. Применяя к явлению индукции закон электромагнитной индукции Фарадея, получим:
e = - ΔΦ/Δt = - L∙ΔI/Δt (3.13)
ЭДС самоиндукции, возникающая в контуре при изменении тока в нём, прямо пропорциональна скорости этого тока. Индуктивность контура численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в нём при изменении тока на единицу за единицу времени.
Индуктивность можно сравнить с массой тела, т.к., чем больше индуктивность, тем труднее изменить силу тока в контуре. Индуктивность измеряется в генри – Н, Гн.
1 Гн – это индуктивность такого контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 вольт при изменении тока в нём на 1 ампер за 1 секунду.
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности, источника питания и выключателя. Изменение тока через катушку индуктивности после включения в момент времени t1 будет выглядеть следующим образом:
Если теперь выключить ток, то ЭДС самоиндукции пытается сохранить его, т.е. препятствует его уменьшению.
При отключении выключателя в момент времени t2 ток и магнитный поток уменьшаются до 0. Изменение тока вызывает в катушке ЭДС самоиндукции eL, которая препятствует уменьшению тока через контур, поэтому ток уменьшается не мгновенно, а по экспоненте, как показано на рисунке. Скорость изменения тока зависит от индуктивности контура и его активного сопротивления. Их отношение определяет постоянную времени:
τ = L/R, где
τ – постоянная времени контура в секундах;
L – индуктивность контура (Гн);
R – сопротивление контура (Ом).
Во время разрыва контакта переключателя напряжение между его контактами
U + eL, которое может во много раз превышать напряжение источника питания.
Поэтому между контактами переключателя может возникать электрическая дуга, ионизирующая воздух и позволяющая после размыкания контактов протекать току ещё некоторое время. Искрение или образование дуги разрушает контакты, поэтому в большинстве случаев механические контакты снабжаются пружинами для ускорения их размыкания.
