Що таке індуктивність?

Що таке індуктивність?

Індуктивність виникає, коли зміна потоку струму використовується для запобігання проходження сигналів з більшою частотною складовою, дозволяючи при цьому проходити сигнали з меншою частотною складовою. Саме тому індуктори іноді називають "захисниками", оскільки вони ефективно блокують високі частоти. Звичайне застосування захисника — це схема зсуву радіоусилителя, де колектор транзистора повинен бути підключений до постійного напруги без дозволу на провід радіочастотного (РЧ) сигналу назад до джерела постійного струму.

Уявіть дріт довжиною 1 000 000 миль (близько 1 600 000 кілометрів). Уявіть, що ми робимо з цього дроту велику петлю, а потім підключаємо його кінці до клем джерела струму, як показано на рисунку 1, пропускаючи струм через дріт.

Якщо б ми використали короткий дріт для цього експерименту, струм почав би течи негайно, і він досягнув би рівня, обмеженого лише опором в дроті і опором джерела струму. Але оскільки у нас надзвичайно довгий дріт, електронам потрібен деякий час, щоб пройти від від'ємного кінця джерела струму, навколо петлі, і назад до додатного кінця. Тому буде потрібний час, щоб струм набрав свого максимального рівня.

Магнітне поле, створене петлею, спочатку буде невеликим, протягом перших кількох моментів, коли струм тече лише частиною петлі. Поле буде зростати, коли електрони пройдуть навколо петлі. Коли електрони досягнуть додатного кінця джерела струму, і стійкий струм почне течи по всій петлі, кількість магнітного поля досягне свого максимального рівня і стабілізується, як показано на рисунку 2. В той час, у нас буде певна кількість енергії, збереженої в магнітному полі. Кількість збереженої енергії залежить від індуктивності петлі, яка залежить від її загального розміру. Ми символізуємо індуктивність, як властивість або як математичну змінну, записуючи курсивним великим літерою L. Наша петля становить індуктор. Для скорочення "індуктор" ми пишемо великим, не-курсивним літерою L.

Рис. 1. Ми можемо використовувати велику, уявну петлю дроту, щоб проілюструвати принцип індуктивності

Зрозуміло, ми не можемо зробити петлю дроту, довжина якої близько 1 000 000 миль. Але ми можемо намотати довгі дроти в компактні катушки. Коли ми це робимо, магнітний потік для заданої довжини дроту збільшується порівняно з потоком, створеним одноразовою петлею, що збільшує індуктивність. Якщо ми помістимо ферромагнітний стержень, званого сердечником, всередину катушці дроту, ми зможемо збільшити густину потоку і підвищити індуктивність ще більше.

Ми можемо досягти значень L, багаторазово більших, з ферромагнітним сердечником, ніж з подібною катушкою, що має повітряний сердечник, пластиковий сердечник або дерев'яний сухий сердечник. (Пластик і сухе дерево мають значення проникності, які мало відрізняються від повітря або вакууму; інженери іноді використовують ці матеріали як сердечники катушок або "форми", щоб додати конструктивну жорсткість намотці без значного зміни індуктивності.) Струм, який може обробляти індуктор, залежить від діаметра дроту. Але значення L також залежить від кількості витків в катушці, діаметра катушці і загальної форми катушці.

Якщо ми зберігаємо всі інші фактори сталими, індуктивність гвинтової катушки зростає прямо пропорційно кількості витків дроту. Індуктивність також зростає прямо пропорційно діаметру катушці. Якщо ми "розтягуємо" катушку з певною кількістю витків і певним діаметром, зберігаючи всі інші параметри сталими, її індуктивність зменшується. Навпаки, якщо ми "згортаємо" розтягнуту катушку, зберігаючи всі інші фактори сталими, індуктивність зростає.

При нормальній ситуації, індуктивність катушки (або будь-якого іншого пристрою, призначеного для функціонування як індуктор) залишається сталою незалежно від сили сигналу, який ми застосовуємо. В цьому контексті, "ненормальні ситуації" вказують на застосований сигнал, настільки сильний, що дріт індуктора тане, або матеріал сердечника занадто нагрівається. Добра інженерна практика вимагає, щоб такі умови ніколи не виникали в добре розробленій електричній або електронній системі.

Рис. 2. Відносна магнітна індукція в і навколо великої петлі дроту, підключеної до джерела струму, як функція часу.

Заява: Поважайте оригінал, добрих статей варті поділу, якщо є порушення прав, будь ласка, зверніться для видалення.