Co to jest indukcyjność?

Co to jest indukcyjność?

Indukcyjność występuje, gdy zmiana przepływu prądu jest wykorzystywana w celu zapobiegania przepływowi sygnałów o wyższej częstotliwości, jednocześnie pozwalając na przepływ sygnałów o niższych częstotliwościach. Dlatego cewki nazywane są czasem „zakłócającymi elementami”, ponieważ skutecznie blokują wyższe częstotliwości. Wspólnym zastosowaniem zakłócającego elementu jest obwód wzmacniacza radiowego, gdzie kolektor tranzystora musi być zasilany napięciem stałym bez pozwolenia na przepływ sygnału RF (radiofonicznego) z powrotem do źródła zasilania stałoprądowego.

Wyobraźmy sobie drut o długości 1 000 000 mil (około 1 600 000 kilometrów). Wyobraźmy sobie, że tworzymy z tego drutu ogromny pierścień, a następnie podłączamy jego końce do terminali baterii, jak pokazano na Rysunku 1, prowadząc prąd przez drut.

Jeśli użylibyśmy krótkiego drutu do tego eksperymentu, prąd zacząłby płynąć natychmiast, a osiągnąłby poziom ograniczony jedynie oporem w drucie i oporem w baterii. Ale ponieważ mamy ekstremalnie długi drut, elektrony potrzebują pewnego czasu, aby przebić się od ujemnego terminala baterii, wokół pętli, i wrócić do dodatniego terminala. Dlatego zajmie to trochę czasu, aby prąd osiągnął swój maksymalny poziom.

Pole magnetyczne wytworzone przez pierścień będzie na początku małe, w pierwszych kilku momentach, kiedy prąd płynie tylko częściowo przez pierścień. Pole zwiększy się, gdy elektrony dotrą do końca pętli. Gdy elektrony dotrą do dodatniego terminala baterii, tak że stały prąd będzie płynął przez cały pierścień, ilość pola magnetycznego osiągnie swoje maksimum i ustabilizuje się, jak pokazano na Rysunku 2. W tym momencie będziemy mieli pewną ilość energii zgromadzonej w polu magnetycznym. Ilość zgromadzonej energii zależy od indukcyjności pętli, która zależy od jej ogólnej wielkości. Indukcyjność, jako właściwość lub zmienna matematyczna, oznaczamy pisząc kursywą, wielką literę L. Nasz pierścień stanowi cewkę. Aby skrócić „cewkę”, piszemy wielką, niekursywną literę L.

Rys. 1. Możemy użyć ogromnego, wyimaginowanego pierścienia drutu, aby zilustrować zasadę indukcyjności

Oczywiście, nie możemy stworzyć pierścienia drutu o obwodzie bliskim 1 000 000 mil. Ale możemy nawinąć stosunkowo długie odcinki drutu na zwarte cewki. Robiąc to, pole magnetyczne dla danej długości drutu zwiększa się w porównaniu z polem wytworzonym przez pojedynczy obrót, zwiększając indukcyjność. Jeśli umieścimy w środku cewki drutowej rdzeń ferromagnetyczny, możemy zwiększyć gęstość pola magnetycznego i podnieść indukcyjność jeszcze bardziej.

Możemy osiągnąć wartości L wiele razy większe z rdzeniem ferromagnetycznym niż z podobnej wielkości cewką o rdzeniu powietrznym, solidnym plastikowym rdzeniu lub solidnym suchym drewnianym rdzeniem. (Plastik i suche drewno mają wartości przenikalności, które niewiele różnią się od powietrza lub próżni; inżynierowie okazjonalnie używają tych materiałów jako rdzenie cewek lub „formy” w celu dodania sztywności konstrukcyjnej nawinięciom bez znaczących zmian indukcyjności.) Prąd, który cewka może obsłużyć, zależy od średnicy drutu. Ale wartość L zależy także od liczby zwojów w cewce, średnicy cewki i ogólnego kształtu cewki.

Jeśli utrzymujemy wszystkie inne czynniki stałe, indukcyjność cewki helicoidalnej zwiększa się proporcjonalnie do liczby zwojów drutu. Indukcyjność zwiększa się również proporcjonalnie do średnicy cewki. Jeśli „rozciągniemy” cewkę o określonej liczbie zwojów i określonej średnicy, utrzymując wszystkie inne parametry stałe, jej indukcyjność spada. Na odwrót, jeśli „zgnieciemy” wydłużoną cewkę, utrzymując wszystkie inne czynniki stałe, indukcyjność rośnie.

W normalnych okolicznościach indukcyjność cewki (lub dowolnego innego urządzenia zaprojektowanego do funkcjonowania jako cewka) pozostaje stała, niezależnie od siły sygnału, który stosujemy. W tym kontekście „nieprawidłowe okoliczności” odnoszą się do stosowanego sygnału tak silnego, że drut cewki topi się, lub materiał rdzenia nagrzewa się nadmiernie. Dobry inżynierski rozsądek wymaga, aby takie warunki nigdy nie występowały w dobrze zaprojektowanym systemie elektrycznym lub elektronicznym.

Rys. 2. Względne pole magnetyczne w i wokół ogromnego pierścienia drutu podłączonego do źródła prądu, w funkcji czasu.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić się, w przypadku naruszenia praw autorskich proszę o kontakt w celu usunięcia.