3. Электродинамика Читать 0 мин.
3.6. Самоиндукция
Катушка индуктивности ― это катушка, свернутая из изолированного проводника. На электрических схемах катушка индуктивности обозначается как.
Ток, проходя через проводник, создает магнитное поле. Магнитное поле катушки индуктивности имеет вид:
Магнитное поле катушки индуктивности создает магнитный поток. Магнитный поток проходит через катушку и ограничен ее внутренним контуром:
Магнитный поток, который создается ток, протекая через катушку индуктивности, равен:
Ф = LI, где
Ф ― магнитный поток [Вб];
L ― индуктивность [Гн];
I ― сила тока [А].
Магнитный поток, пронизывающий катушку, через которую проходит ток, постоянен. Но если изменяется сила тока в цепи, то, как видно из формулы, изменяется и величина магнитного потока. Согласно правилу Ленцу, при изменении магнитного потока, в цепи возникает индукционный ток, который своим магнитным полем стремится возвратить значение магнитного потока. Таким образом, в цепи возникает ЭДС самоиндукции, которая стремится вернуть прежнюю величину тока.
При изменении тока через катушку в ней возникает ЭДС самоиндукции, которое будет мешать протеканию тока ε = , где
ε ― ЭДС [В];
L ― индуктивность [Гн];
∆I ― изменение тока [А];
∆t ― время изменения тока [с].
ЭДС самоиндукции, так же как и обычное ЭДС ― это производная ε =–LГ,
ε ― ЭДС самоиндукции [В];
L ― индуктивность [Гн];
Г ― производная тока [А/с].
ЭДС самоиндукции приводит к тому, что при подключении цепи с катушкой к источнику тока, сила тока в цепи нарастает постепенно, а не сразу принимает постоянное значение ― из-за того, что в момент включения в цепи возникают индукционные токи, стремящиеся уменьшить общий ток в цепи.
При отключении цепи с катушкой от источника тока, ЭДС самоиндукции наоборот приводит к тому, что ток в цепи медленно затухает, а не исчезает сразу ― из-за наличия индукционных токов.
Так как магнитное поле обладает энергией, то катушка индуктивности, по которой протекает ток, накапливает его. Энергия катушки индуктивности ― это запас энергии магнитного поля, подобно тому, как энергия конденсатора ― это запас энергии электрического поля в конденсаторе. Запас энергии магнитного поля в катушке обеспечивает ЭДС самоиндукции.
Энергия магнитного поля катушки индуктивности равна Е =lI^2/2 , где
E ― энергия магнитного поля катушки [Дж];
L ― индуктивность катушки [Гн];
I ― сила тока в катушке [А].