Indukcyjność

Zgodnie z prawem indukcji Faradaya, zmiana w czasie strumienia magnetycznego przenikającego obwód powoduje powstanie siły elektromotorycznej indukcji.

Zjawisko samoindukcji

Gdy przez solenoid popłynie prąd o zmiennym natężeniu, będzie on źródłem zmiennego pola magnetycznego. Pole to wyindukuje w obwodzie dodatkowy prąd indukcyjny (powstanie siły elektromotorycznej indukcji). Co więcej, zgodnie z regułą przekory (Lenza) kierunek tej siły elektromotorycznej będzie taki, aby przeciwdziałać tej zmianie. To tak zwane zjawisko samoindukcji.

Dla danego obwodu elektrycznego iloraz strumienia magnetycznego i natężenia prądu, który płynie przez ten obwód jest stały. Jest to tak zwany współczynnik samoindukcji lub indukcyjność.

Wzór na samoindukcyjność:

L=Φ/I

gdzie:

L - indukcyjność,
I - natężenie prądu,
Φ - strumień magnetyczny

Na poniższym rysunku pokazano symbol indukcyjności.

Jednostka indukcyjności

Jednostką indukcyjności jest henr (1 H). 1 H = 1 Wb/A.

Z powyższego zapisu wynika, że indukcyjność jednego henra ma obwód, przez który przepływa prąd o natężeniu jednego ampera i wywołuje strumień magnetyczny jednego webera.

Indukcyjność solenoidu

Indukcyjność solenoidu, która posiada n zwojów można obliczyć ze wzoru:

$L=\frac{\mu_0n^2S}{l}$

gdzie:

L - indukcyjność,
n - liczba zwojów,
S - pole przekroju poprzecznego zwojnicy,
l - długość solenoidu,
µ₀ - przenikalność magnetyczna próżni.

Indukcyjność zwojnicy (solenoidu z rdzeniem), która posiada n zwojów można obliczyć ze wzoru:

$L=\frac{\mu_0\mu_rn^2S}{l}$

gdzie:

L - indukcyjność,
n - liczba zwojów,
S - pole przekroju poprzecznego zwojnicy,
l - długość solenoidu,
µ₀ - przenikalność magnetyczna próżni,
µ_r - względna przenikalność magnetyczna materiału, z którego zbudowany jest rdzeń.

Poziom zaawansowany

SEM samoindukcji

Siła elektromotoryczna SEM samoindukcji jest równa:

stała zmiana natężenia prądu indukuje stałą wartość SEM samoindukcji.

Indukcja wzajemna

Jeżeli rozpatrzymy dwa obwody, znajdujące się blisko siebie, to jeśli w jednym z nich popłynie prąd zmienny, to drugim obwodzie wyindukuje się SEM. To tak zwana indukcja wzajemna.

Poziom zaawansowany

Siłę elektromotoryczną indukcji wzajemnej obliczymy ze wzoru:

gdzie:

ε_ind2 - siła elektromotoryczna SEM w obwodzie 2, pochodząca ze zmian strumienia pola magnetycznego, wytworzonego przez obwód 1,
L₂₁ - współczynnik indukcji wzajemnej, zależny od kształtu i wzajemnego położenia obwodów,
I₁ - natężenie prądu w obwodzie 1,
t - czas.

Z powyższego wzoru wynika, że tym większa SEM powstaje w obwodzie 2, im szybciej następuje zmiana natężenia prądu w obwodzie 1.

Pytania

Jakie znaczenie w obwodach ma indukcyjność?

W obwodzie prądu stałego indukcyjność nie ma większego znaczenia. Jeśli zaś przez ten sam obwód ze zwojnicą popłynie prąd zmienny, to okaże się, że obwód ten wykaże większy opór.

Ponadto gdy nagle przerwiemy obwód z indukcyjnością o dużej wartości, powstanie silna iskra.