Thực chất vật lý của hiện tượng tự cảm ứng. III

Chúng tôi đã nghiên cứu rằng một từ trường phát sinh gần một vật dẫn mang dòng điện. Và cũng nghiên cứu rằng một từ trường biến thiên tạo ra một dòng điện (hiện tượng cảm ứng điện từ). Hãy xem xét một mạch điện. Khi cường độ dòng điện thay đổi trong mạch này, một sự thay đổi trong từ trường sẽ xảy ra, do đó sẽ xuất hiện thêm một hiệu điện thế trong cùng một đoạn mạch. dòng điện cảm ứng. Hiện tượng như vậy được gọi là tự cảm ứng và dòng điện kết quả được gọi là dòng điện tự cảm ứng.

Hiện tượng tự cảm ứng- đây là hiện tượng xảy ra trong mạch dẫn của EMF được tạo ra do sự thay đổi cường độ dòng điện trong chính mạch đó.

Điện cảm vòng lặp phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của nó, vào tính chất từ của môi trường và không phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong mạch.

EMF của hiện tượng tự cảm ứng được xác định theo công thức:

Hiện tượng tự cảm ứng tương tự như hiện tượng quán tính. Cũng như trong cơ học không thể làm dừng ngay một vật chuyển động, do đó dòng điện không thể ngay lập tức có được một giá trị nào đó do hiện tượng tự cảm ứng. Nếu mắc nối tiếp cuộn dây với bóng đèn thứ hai trong đoạn mạch gồm hai bóng đèn giống nhau mắc song song vào một nguồn dòng điện thì khi đóng mạch, đèn thứ nhất sáng gần như ngay lập tức và đèn thứ hai có độ trễ đáng kể.

Khi mạch được mở, cường độ dòng điện giảm nhanh chóng, và sinh ra tự cảm ứng EMF ngăn từ thông giảm. Trong trường hợp này, dòng điện cảm ứng có chiều giống như dòng điện ban đầu. Emf tự cảm ứng có thể lớn hơn nhiều lần so với emf ngoài. Vì vậy, bóng đèn rất hay bị cháy khi tắt đèn.

Đang, như nó vốn có, là một trường hợp đặc biệt của nó).

Chiều của cảm ứng tự lực EMF luôn hướng tới sao cho khi dòng điện trong mạch tăng lên thì EMF của cảm ứng tự lực ngăn cản sự tăng này (có chiều ngược với dòng điện), và khi dòng điện giảm thì nó giảm (co -điều hướng với hiện tại). Với tính chất này, EMF của hiện tượng tự cảm ứng tương tự như lực quán tính.

Giá trị EMF của hiện tượng tự cảm tỷ lệ với tốc độ thay đổi của dòng điện:

Hệ số tỷ lệ được gọi là hệ số tự cảm ứng hoặc điện cảm mạch (cuộn dây).

Dòng điện tự cảm ứng và hình sin

Trong trường hợp phụ thuộc hình sin của dòng điện chạy qua cuộn dây vào thời gian, EMF tự cảm ứng trong cuộn dây trễ pha dòng điện một pha (nghĩa là 90 °) và biên độ của EMF này tỷ lệ với biên độ dòng điện, tần số và độ tự cảm (). Xét cho cùng, tốc độ thay đổi của một hàm là đạo hàm bậc nhất của nó, và.

Để tính toán các mạch phức tạp hơn hoặc ít hơn có chứa các phần tử cảm ứng, nghĩa là các vòng dây, cuộn dây, v.v. trong đó thiết bị tự cảm ứng được quan sát, (đặc biệt, hoàn toàn tuyến tính, nghĩa là không chứa các phần tử phi tuyến tính) trong trường hợp dòng điện hình sin và điện áp, phương pháp trở kháng phức tạp được sử dụng hoặc, trong những trường hợp đơn giản hơn, một phiên bản ít mạnh hơn nhưng trực quan hơn của nó là phương pháp biểu đồ vectơ.

Lưu ý rằng mọi thứ được mô tả không chỉ áp dụng trực tiếp cho dòng điện và điện áp hình sin, mà còn trên thực tế cho các dòng điện tùy ý, vì dòng điện sau này hầu như luôn có thể được mở rộng thành một chuỗi hoặc tích phân Fourier và do đó được giảm thành hình sin.

Trong mối liên hệ trực tiếp ít nhiều với vấn đề này, chúng ta có thể đề cập đến việc sử dụng hiện tượng tự cảm ứng (và theo đó, cuộn cảm) trong nhiều loại mạch dao động, bộ lọc, đường trễ và nhiều loại mạch khác trong điện tử và kỹ thuật điện.

Tự cảm ứng và tăng dòng điện

Do hiện tượng tự cảm ứng trong mạch điện có nguồn EMF nên khi đóng mạch, dòng điện không được xác lập tức thời mà phải sau một thời gian. Các quá trình tương tự cũng xảy ra khi mạch được mở, trong khi (với độ mở lớn) giá trị của emf tự cảm ứng tại thời điểm này có thể vượt quá đáng kể emf nguồn.

Thông thường trong cuộc sống bình thường, nó được sử dụng trong cuộn dây đánh lửa ô tô. Điện áp đánh lửa điển hình ở điện áp acquy 12V là 7-25 kV. Tuy nhiên, sự dư thừa EMF trong mạch đầu ra so với EMF của pin ở đây không chỉ do dòng điện bị gián đoạn mạnh mà còn do tỷ lệ biến đổi, vì thường không phải sử dụng cuộn dây dẫn đơn giản mà là cuộn dây biến áp, cuộn dây thứ cấp, trong đó, theo quy luật, có số vòng nhiều hơn nhiều lần (nghĩa là, trong hầu hết các trường hợp, mạch có phần phức tạp hơn mà sẽ được giải thích đầy đủ bằng hiện tượng tự cảm ứng; tuy nhiên, vật lý của nó hoạt động trong phiên bản này một phần trùng khớp với vật lý của mạch với một cuộn dây đơn giản).

Hiện tượng này cũng được sử dụng để đánh lửa đèn huỳnh quang trong một mạch điện truyền thống tiêu chuẩn (ở đây chúng ta đang nói về mạch điện có cuộn cảm đơn giản - cuộn cảm).

Ngoài ra, luôn phải tính đến khi mở các tiếp điểm, nếu dòng điện chạy qua tải có điện cảm đáng chú ý: kết quả là bước nhảy trong EMF có thể dẫn đến sự cố khe hở liên tiếp điểm và / hoặc các hiệu ứng không mong muốn khác, để triệt tiêu mà trong trường hợp này, theo quy định, cần phải thực hiện nhiều biện pháp đặc biệt.

Ghi chú

Liên kết

Giới thiệu về tự cảm ứng và cảm ứng lẫn nhau từ "Trường dành cho thợ điện"

Quỹ Wikimedia. 2010.

Xem "Tự quy nạp" là gì trong các từ điển khác:

Cảm ứng tự ... Từ điển chính tả

Sự xuất hiện của cảm ứng trong một mạch dẫn khi cường độ dòng điện thay đổi trong nó; các trường hợp đặc biệt của hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cường độ dòng điện trong mạch thay đổi thì từ thông thay đổi. cảm ứng qua bề mặt được giới hạn bởi đường bao này, dẫn đến ... Bách khoa toàn thư vật lý

Suất điện động cảm ứng (emf) trong một mạch điện khi cường độ dòng điện trong mạch này thay đổi; trường hợp đặc biệt của hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động của cảm ứng tự lực tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của dòng điện; ... ... Từ điển Bách khoa toàn thư lớn

SELF-INDUCTION, tự cảm ứng, các bà vợ. (vật lý). 1. chỉ đơn vị Hiện tượng khi dòng điện thay đổi trong vật dẫn thì xuất hiện suất điện động trong nó, cản trở sự thay đổi này. Cuộn dây tự cảm. 2. Một thiết bị có ... ... Từ điển giải thích của Ushakov

- (Cảm ứng tự cảm) 1. Một thiết bị có điện trở cảm ứng. 2. Hiện tượng bao gồm thực tế là khi một dòng điện thay đổi về độ lớn và hướng trong một vật dẫn, một suất điện động xuất hiện trong nó ngăn cản điều này ... ... Thủy Điển

Hướng dẫn của suất điện động trong dây dẫn, cũng như trong cuộn dây của êlectrôn. máy móc, máy biến áp, thiết bị và dụng cụ khi thay đổi cường độ hoặc chiều dòng điện chạy qua chúng. hiện hành. Dòng điện chạy qua dây dẫn và cuộn dây tạo ra xung quanh chúng ... ... Từ điển kỹ thuật đường sắt

tự cảm ứng- cảm ứng điện từ do sự thay đổi của từ thông xen vào mạch, do dòng điện trong mạch này ... Nguồn: ELEKTROTEHNIKA. CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA CỦA CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN. GOST R 52002 2003 (được phê duyệt ... ... Thuật ngữ chính thức

Tồn tại., Số lượng từ đồng nghĩa: 1 sức điện động kích thích (1) Từ điển từ đồng nghĩa ASIS. V.N. Trishin. 2013 ... Từ điển đồng nghĩa

tự cảm ứng- Cảm ứng điện từ, do sự thay đổi của từ thông liên động trong mạch, do dòng điện trong mạch này gây ra. [GOST R 52002 2003] EN tự cảm ứng điện từ trong ống dòng điện do biến thiên…… Sổ tay phiên dịch kỹ thuật

TỰ CẤU TRÚC- trường hợp đặc biệt của cảm ứng điện từ (xem (2)), bao gồm sự xuất hiện của EMF cảm ứng (cảm ứng) trong một mạch và do sự thay đổi theo thời gian của từ trường được tạo ra bởi một dòng điện thay đổi chạy trong cùng một đoạn mạch. .. ... Đại từ điển bách khoa bách khoa

Sách

Cảm ứng, cảm ứng lẫn nhau, tự cảm ứng - thật đơn giản. Thuyết về tính tuyệt đối, Gurevich Harold Stanislavovich, Kanevsky Samuil Naumovich, Quá trình tương tác của các electron của trường điện từ thay đổi với các electron của vật dẫn nằm trong trường nam châm điện này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Kết quả là… Thể loại: Vật lý Loạt bài: Thiên nhiên Viễn Đông Nhà xuất bản: At the Nikitsky Gate, Nhà chế tạo:

Thuật ngữ cảm ứng trong kỹ thuật điện có nghĩa là sự xuất hiện của dòng điện trong một mạch điện kín nếu nó ở trạng thái thay đổi. Nó chỉ được phát hiện ra cách đây hai trăm năm bởi Michael Faraday. Trước đó, điều này có thể được thực hiện bởi André Ampère, người đã tiến hành các thí nghiệm tương tự. Anh ta cắm một thanh kim loại vào cuộn dây, và sau đó, xui xẻo, đi vào một căn phòng khác để xem kim điện kế - và đột nhiên nó sẽ chuyển động. Và mũi tên thường xuyên thực hiện công việc của nó - nó đi chệch hướng, nhưng trong khi Ampere lang thang khắp các phòng - nó trở về con số không. Đây là cách hiện tượng tự cảm ứng chờ đợi thêm mười năm nữa, cho đến khi cuộn dây, thiết bị và nhà nghiên cứu cùng lúc ở đúng vị trí.

Điểm chính của thí nghiệm này là cảm ứng emf chỉ xảy ra khi từ trường đi qua mạch kín thay đổi. Nhưng bạn có thể thay đổi nó theo ý muốn - hoặc thay đổi giá trị của chính từ trường, hoặc chỉ cần di chuyển nguồn của trường so với cùng một vòng kín. Emf, phát sinh trong trường hợp này, được gọi là "emf của cảm ứng lẫn nhau". Nhưng đây chỉ là bước khởi đầu của những khám phá trong lĩnh vực cảm ứng. Đáng ngạc nhiên hơn nữa là hiện tượng tự cảm ứng, mà ông đã phát hiện ra cùng thời điểm. Trong các thí nghiệm của ông, người ta thấy rằng cuộn dây không chỉ tạo ra dòng điện trong cuộn dây khác, mà khi dòng điện trong cuộn dây này thay đổi, nó còn tạo ra một EMF bổ sung trong đó. Vì vậy, nó được gọi là EMF của tự cảm ứng. Mối quan tâm lớn là hướng của dòng điện. Hóa ra là trong trường hợp EMF tự cảm ứng, dòng điện của nó hướng ngược lại "mẹ" của nó - dòng điện do EMF chính.

Có thể quan sát hiện tượng tự cảm ứng được không? Như họ nói, không có gì là dễ dàng hơn. Chúng tôi sẽ lắp ráp hai đầu tiên - một cuộn cảm nối tiếp và một bóng đèn, và thứ hai - chỉ một bóng đèn. Kết nối chúng với pin thông qua một công tắc chung. Khi được bật, bạn có thể thấy rằng đèn trong mạch có cuộn dây sáng lên "miễn cưỡng" và đèn thứ hai, "tăng" nhanh hơn, bật ngay lập tức. Chuyện gì đang xảy ra vậy? Trong cả hai mạch, sau khi bật, dòng điện bắt đầu chạy và nó thay đổi từ 0 đến cực đại, và nó chỉ là sự thay đổi dòng điện mà cuộn dây cảm ứng chờ đợi, tạo ra EMF tự cảm ứng. Có EMF và một mạch kín, có nghĩa là cũng có dòng điện của nó, nhưng nó có chiều ngược lại với dòng điện chính của mạch, cuối cùng, dòng điện này sẽ đạt giá trị lớn nhất được xác định bởi các thông số của mạch và ngừng phát triển, và vì không có sự thay đổi trong dòng điện, không có EMF tự cảm ứng. Mọi thứ đều đơn giản. Một bức tranh tương tự, nhưng "hoàn toàn ngược lại", được quan sát khi dòng điện bị tắt. Đúng với “thói quen xấu” của nó là chống lại bất kỳ sự thay đổi nào của dòng điện, EMF tự cảm ứng giữ cho nó chạy trong mạch sau khi tắt nguồn.

Ngay lập tức câu hỏi đặt ra - hiện tượng tự cảm ứng là gì? Người ta nhận thấy rằng EMF của hiện tượng tự cảm ứng bị ảnh hưởng bởi tốc độ thay đổi của dòng điện trong vật dẫn, và chúng ta có thể viết:

Từ đó có thể thấy rằng EMF của cảm ứng tự E tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện dI / dt và hệ số tỷ lệ L, được gọi là độ tự cảm. Vì đóng góp của ông trong việc nghiên cứu câu hỏi hiện tượng tự cảm ứng bao gồm những gì, George Henry đã được khen thưởng bởi đơn vị của điện cảm, henry (H), mang tên ông. Chính độ tự cảm của dòng điện trong mạch quyết định hiện tượng tự cảm. Có thể hình dung rằng điện cảm là một loại "lưu trữ" năng lượng từ trường. Trong trường hợp tăng cường độ dòng điện trong mạch thì năng lượng điện được chuyển thành năng lượng từ trường làm dòng điện chậm phát triển, khi dòng điện giảm thì năng lượng từ trường của cuộn dây chuyển thành năng lượng điện và duy trì dòng điện trong mạch.

Có lẽ, mọi người đã phải nhìn thấy tia lửa khi phích cắm được tắt khỏi ổ cắm - đây là biến thể phổ biến nhất của biểu hiện EMF tự cảm ứng trong cuộc sống thực. Nhưng trong cuộc sống hàng ngày, dòng điện tối đa là 10-20 A được mở, và thời gian mở khoảng 20 ms. Với độ tự cảm bậc 1 H, EMF của cảm ứng tự trong trường hợp này sẽ bằng 500 V. Có vẻ như câu hỏi về hiện tượng tự cảm gồm những gì không quá phức tạp. Nhưng trên thực tế, EMF tự cảm ứng là một vấn đề kỹ thuật lớn. Điểm mấu chốt là khi ngắt mạch, khi các tiếp điểm đã bị phân tán, hiện tượng tự cảm ứng sẽ duy trì dòng chảy của dòng điện, và điều này dẫn đến cháy các tiếp điểm, bởi vì. trong công nghệ, các mạch có dòng điện hàng trăm, thậm chí hàng nghìn ampe được đóng cắt. Ở đây chúng ta thường nói về EMF tự cảm ứng hàng chục nghìn vôn, và điều này đòi hỏi một giải pháp bổ sung về các vấn đề kỹ thuật liên quan đến quá điện áp trong các mạch điện.

Nhưng không phải mọi thứ đều u ám như vậy. Điều xảy ra là EMF có hại này rất hữu ích, ví dụ, trong hệ thống đánh lửa ICE. Một hệ thống như vậy bao gồm một cuộn cảm dưới dạng một bộ biến áp tự động và một bộ cắt điện. Dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp bị ngắt bởi cầu dao. Kết quả của một mạch hở, một EMF tự cảm ứng hàng trăm vôn xảy ra (trong khi pin chỉ cung cấp cho 12V). Hơn nữa, điện áp này được biến đổi bổ sung, và một xung hơn 10 kV được cung cấp cho các bugi.

Hiện tượng tự cảm ứng- đây là hiện tượng xảy ra trong mạch dẫn của EMF được tạo ra do sự thay đổi cường độ dòng điện trong chính mạch đó.

EMF của hiện tượng tự cảm ứng được xác định theo công thức:

Năng lượng từ trường

Năng lượng của từ trường của mạch với dòng điện.

Các chủ đề của bộ mã hóa USE: hiện tượng tự cảm, độ tự cảm, năng lượng từ trường.

Hiện tượng tự cảm là một trường hợp đặc biệt của hiện tượng cảm ứng điện từ. Nó chỉ ra rằng dòng điện trong mạch, thay đổi theo thời gian, tác dụng lên chính nó theo một chiều nhất định.

Tình huống 1.Giả sử cường độ dòng điện trong mạch tăng. Để dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ; thì từ trường của dòng điện này hướng lên trên và tăng lên (Hình 1).

Cơm. 1. Trường xoáy ngăn cản sự gia tăng dòng điện

Như vậy, mạch của chúng ta nằm trong từ trường xoay chiều của dòng điện riêng của nó. Từ trường trong trường hợp này tăng lên (cùng với dòng điện) và do đó tạo ra một điện trường xoáy, các đường sức của chúng hướng theo chiều kim đồng hồ tuân theo quy tắc Lenz.

Như bạn có thể thấy, điện trường xoáy hướng ngược lại dòng điện, ngăn cản sự gia tăng của nó; nó loại "làm chậm" dòng điện. Do đó, khi bất kỳ mạch nào được đóng lại, dòng điện không được thiết lập ngay lập tức - phải mất một thời gian để vượt qua tác dụng ức chế của điện trường xoáy xuất hiện.

Tình huống 2. Bây giờ chúng ta hãy giả sử rằng dòng điện trong mạch giảm. Từ trường của dòng điện cũng giảm và tạo ra một điện trường xoáy ngược chiều kim đồng hồ (Hình 2).

Cơm. 2. Trường xoáy hỗ trợ dòng điện giảm dần

Bây giờ điện trường xoáy có hướng cùng chiều với dòng điện; nó duy trì dòng điện, ngăn không cho nó giảm đi.

Như chúng ta đã biết, công của điện trường xoáy để di chuyển một điện tích dương duy nhất quanh mạch là cảm ứng EMF. Do đó, chúng ta có thể đưa ra định nghĩa như vậy.

Hiện tượng tự cảm ứng là khi cường độ dòng điện thay đổi trong mạch thì trong mạch xuất hiện cảm ứng tự.

Khi cường độ dòng điện tăng lên (trong tình huống 1), điện trường xoáy làm công việc âm, làm chậm các điện tích tự do. Do đó, emf cảm ứng trong trường hợp này là âm.

Khi cường độ dòng điện giảm (trong tình huống 2), điện trường xoáy hoạt động tích cực, “đẩy” các điện tích tự do và ngăn dòng điện giảm đi. EMF cảm ứng trong trường hợp này cũng là dương (dễ dàng xác minh rằng dấu của EMF cảm ứng, được xác định theo cách này, phù hợp với quy tắc chọn dấu cho EMF cảm ứng được xây dựng trong tờ Cảm ứng Điện từ).

Điện cảm

Ta biết rằng từ thông xuyên qua mạch tỉ lệ với cảm ứng từ trường:. Ngoài ra, kinh nghiệm cho thấy giá trị của cảm ứng từ trường của đoạn mạch có dòng điện tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện:. Do đó, từ thông qua bề mặt của mạch, tạo bởi từ trường của dòng điện trong chính đoạn mạch này, tỷ lệ với cường độ dòng điện:.

Hệ số tỷ lệ được ký hiệu và gọi là điện cảm viền:

(1)

Độ tự cảm phụ thuộc vào các đặc tính hình học của mạch (hình dạng và kích thước), cũng như các đặc tính từ của môi trường đặt đoạn mạch (Bạn có bắt gặp sự tương tự không? Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào các đặc điểm hình học của nó, cũng như về hằng số điện môi của môi trường giữa các bản tụ điện). Đơn vị đo độ tự cảm là Henry(GN).

Giả sử rằng hình dạng của đường bao, kích thước của nó và đặc tính từ của môi trường không đổi (ví dụ, mạch của chúng ta là một cuộn dây mà không có lõi nào được đưa vào); Sự thay đổi từ thông qua mạch chỉ do cường độ dòng điện thay đổi. Sau đó, và định luật Faraday có dạng:

(2)

Do dấu trừ trong (2), EMF cảm ứng trở thành âm khi dòng điện tăng và dương với dòng điện giảm, mà chúng ta đã thấy ở trên.

Xét hai thí nghiệm chứng tỏ hiện tượng tự cảm ứng khi đóng và mở một đoạn mạch.

Cơm. 3. Hiện tượng tự cảm khi đóng mạch.

Trong thí nghiệm thứ nhất, người ta mắc song song hai bóng đèn với pin, còn thí nghiệm thứ hai mắc nối tiếp với cuộn dây có độ tự cảm đủ lớn (Hình 3).

Chìa khóa được mở ban đầu.

Khi đóng chìa khóa, đèn 1 sáng ngay lập tức và đèn 2 sáng dần. Thực tế là một EMF của cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây, điều này ngăn cản sự gia tăng dòng điện. Do đó, giá trị cực đại của cường độ dòng điện trong bóng đèn thứ hai được đặt chỉ sau một khoảng thời gian đáng chú ý sau khi bóng đèn thứ nhất nhấp nháy.

Thời gian trễ này càng lớn thì độ tự cảm của cuộn dây càng lớn. Giải thích rất đơn giản: sau cùng, khi đó cường độ của điện trường xoáy tạo ra trong cuộn dây sẽ lớn hơn, và do đó pin sẽ phải làm rất nhiều việc để vượt qua trường xoáy làm chậm các hạt mang điện.

Trong thí nghiệm thứ hai, một cuộn dây và một bóng đèn được mắc song song với pin (Hình 4). Điện trở của cuộn dây nhỏ hơn nhiều so với điện trở của bóng đèn.

Cơm. 4. Hiện tượng tự cảm khi hở mạch.

Chìa khóa ban đầu được đóng. Bóng đèn không sáng - hiệu điện thế trên đó gần bằng 0 do điện trở của cuộn dây thấp. Hầu như toàn bộ dòng điện chạy trong mạch không phân nhánh đều chạy qua cuộn dây.

Khi chìa khóa được mở, đèn sẽ nhấp nháy rực rỡ! Tại sao? Dòng điện qua cuộn dây bắt đầu giảm mạnh, và một EMF cảm ứng đáng kể xuất hiện, hỗ trợ cho dòng điện giảm dần (xét cho cùng, EMF cảm ứng, như có thể thấy ở (2), tỷ lệ với tốc độ thay đổi dòng điện).

Nói cách khác, khi mở chìa khóa, trong cuộn dây xuất hiện một điện trường xoáy rất lớn, làm gia tốc các điện tích tự do. Dưới tác dụng của trường xoáy này, một xung dòng điện chạy qua bóng đèn, và chúng ta thấy một tia chớp sáng. Với độ tự cảm của cuộn dây đủ lớn, EMF của cảm ứng có thể trở nên lớn hơn đáng kể so với EMF của pin, và bóng đèn sẽ cháy hoàn toàn.

Có thể không đáng tiếc đối với bóng đèn, nhưng trong công nghiệp và năng lượng, ảnh hưởng này là một vấn đề nghiêm trọng. Vì khi mạch được mở, dòng điện bắt đầu giảm rất nhanh, EMF cảm ứng xuất hiện trong mạch có thể vượt quá điện áp định mức đáng kể và đạt đến giá trị lớn nguy hiểm. Do đó, trong các thiết bị tiêu thụ dòng điện cao, các biện pháp phòng ngừa phần cứng đặc biệt được cung cấp (ví dụ, bộ ngắt mạch dầu trong nhà máy điện) để ngăn chặn sự mở mạch tức thời.

Tương tự điện cơ

Có thể dễ dàng nhận thấy sự tương đồng nhất định giữa độ tự cảm trong điện động lực học và khối lượng trong cơ học.

1. Để tăng tốc cơ thể đến một tốc độ nhất định, cần một thời gian - không thể thay đổi ngay tốc độ của cơ thể. Với một lực tác dụng vào cơ thể không đổi, thời gian này càng lớn thì khối lượng của vật càng lớn.

Phải mất một thời gian để dòng điện trong cuộn dây đạt giá trị cực đại; dòng điện tức thời không được thiết lập. Thời gian thành lập dòng điện càng lớn thì độ tự cảm của cuộn dây càng lớn.

2. Nếu một vật va vào một bức tường cố định thì tốc độ của vật đó giảm đi rất nhanh. Bức tường chịu đòn, và tác dụng phá hủy của nó càng mạnh, thì khối lượng của cơ thể càng lớn.

Khi mở mạch có cuộn dây thì dòng điện giảm rất nhanh. Mạch xảy ra hiện tượng "sốc" dưới dạng điện trường xoáy được tạo ra bởi từ trường giảm của dòng điện, và "cú sốc" này càng mạnh thì độ tự cảm của cuộn dây càng lớn. Emf cảm ứng có thể đạt đến giá trị cao đến mức phá vỡ khe hở không khí sẽ vô hiệu hóa thiết bị.

Trên thực tế những các phép loại suy cơ điện mở rộng ra khá xa; họ không chỉ quan tâm đến độ tự cảm và khối lượng mà còn quan tâm đến các đại lượng khác, và hóa ra lại rất hữu ích trong thực tế. Chúng ta sẽ nói rõ hơn về vấn đề này trong tờ rơi về dao động điện từ.

Năng lượng từ trường

Nhớ lại thí nghiệm thứ hai với một bóng đèn không sáng khi đóng chìa khóa và nhấp nháy sáng khi mở mạch. Chúng tôi quan sát trực tiếp rằng sau khi mở chìa khóa, năng lượng được giải phóng trong bóng đèn. Nhưng năng lượng này đến từ đâu?

Tất nhiên, nó được lấy từ cuộn dây - không nơi nào khác. Nhưng loại năng lượng đã được lưu trữ trong cuộn dây và làm thế nào để tính toán năng lượng này? Để hiểu điều này, chúng ta hãy tiếp tục sự tương tự cơ điện giữa độ tự cảm và khối lượng.

Để tăng tốc một vật có khối lượng từ trạng thái nghỉ đến tốc độ cao, một lực bên ngoài phải thực hiện tác dụng. Cơ thể thu được động năng bằng công đã tiêu tốn:.

Để cường độ dòng điện trong cuộn cảm đạt giá trị sau khi đóng mạch thì nguồn dòng điện phải có công thắng điện trường xoáy ngược chiều dòng điện. Công của nguồn tạo ra dòng điện và biến thành năng lượng của từ trường của dòng điện tạo ra. Năng lượng này được lưu trữ trong cuộn dây; chính năng lượng này sau đó được giải phóng trong bóng đèn sau khi chìa khóa được mở (ở thí nghiệm thứ hai).

Điện cảm đóng vai trò là chất tương tự của khối lượng; cường độ hiện tại là tương tự rõ ràng của tốc độ. Do đó, tự nhiên giả sử rằng đối với năng lượng của từ trường của cuộn dây, một công thức tương tự như biểu thức của động năng có thể xảy ra:

(3)

(đặc biệt là vì phía bên phải của công thức này có thứ nguyên của năng lượng - hãy kiểm tra!).

Công thức (3) thực sự là hợp lệ. Không nhất thiết phải suy ra được nhưng nếu bạn biết tích phân là gì thì bạn sẽ không khó hiểu cách suy luận sau đây.

Cho cường độ dòng điện qua cuộn cảm bằng. Hãy dành một khoảng thời gian ngắn. Trong khoảng thời gian này, mức tăng cường độ dòng điện bằng; giá trị được coi là nhỏ đến mức nhỏ hơn nhiều.

Trong thời gian, một điện tích đi qua mạch. Trong trường hợp này, điện trường xoáy thực hiện công âm:

Nguồn hiện tại thực hiện công việc tích cực theo mô đun tương tự (nhớ lại, chúng tôi bỏ qua điện trở của cuộn dây, do đó tất cả công việc của nguồn được thực hiện chống lại trường xoáy):

Tích hợp điều này từ 0 đến, chúng tôi tìm thấy công việc của nguồn, được chi cho việc tạo ra hiện tại:

Công này được chuyển đổi thành năng lượng của từ trường của dòng điện được tạo ra, và chúng ta đi đến công thức (3).