Беседы по Электротехнике: Электричество - от простого к сложному. часть 7.
Кроме конденсатора, существует еще реактивный элемент, известный как ИНДУКТИВНОСТЬ, которая чаще всего представляет некоторое количество витков изолированного медного провода, намотанного на круглый или прямоугольный каркас.
Существует немало конструктивных решений, где индуктивность (L) выполнена неизолированным проводом, но при этом витки находятся на некотором расстоянии друг от друга и не соприкасаются между собой. Чем больше витков, тем выше значение индуктивности. Но в чем заключается физический смысл этого понятия? При изучении эффектов, связанных с прохождением электрического тока, установлено, что постоянный ток, текущий по проводнику, всегда сопровождается возникновением постоянного магнитного поля интенсивность которого зависит от трех факторов. Во-первых, от величины постоянного тока.
Во-вторых, от количества витков. И наконец, от того, имеется ли у катушки сердечник и из какого он материала. На рис.20 показана катушка индуктивности, по которой течет постоянный электрический ток. Присутствие магнитного поля обнаруживается, когда рядом с катушкой индуктивности расположен компас.
Пока переключатель S разомкнут, следовательно, ток не проходит, то отсутствует и магнитное поле. Стрелка компаса, размещенного в непосредственной близости, ориентируется в своем обычном направлении - на север. Но при замыкании S картина меняется. Стрелка компаса теперь ориентируется на магнитное поле катушки индуктивности.
Если изменить полярность электрического тока в катушке, то последует и переориентация направления стрелки компаса. Если, например, при одном направлении тока притягивается южный (S) конец стрелки, то при другом направлении тока - северный (N). Отсюда следует вывод, что магнитное поле катушки не только запасает энергию, но и характеризуется определенной полярностью, что и проиллюстрировано на рис.20.
Постоянное магнитное поле постоянного (неизменного по величине и направлению) электрического тока широко используется в электротехнике, например, в электромагнитных реле, принцип действия которых показан на рис.21.
Пока ток в катушке отсутствует (рис.21,а), нормально разомкнутые контакты 1 и 2, конструктивно расположенные в непосредственной близости от катушки индуктивности, остаются в разомкнутом состоянии. При этом они играют роль переключателя внешней цепи, которая в этом случае оказывается разорванной. Но как только по катушке начинает протекать постоянный ток, возникающее при этом магнитное поле притягивает к себе якорь (2) контактной пары, который выполнен подвижным. При этом замыкаются контакты реле, благодаря чему внешняя цепь становится замкнутой (рис.21,б). Естественно, таких контактных пар может быть несколько.
Но самые интересные свойства индуктивности проявляются в цепях переменного тока. Дело в том, что запасенная в магнитном поле энергия порождает вторичный, иначе говоря, индуцированный ток, направление которого всегда таково, что оно противодействует любым изменениям первичного, или индуцирующего тока!
Так, если индуцирующий ток увеличивается, то индуцированный ток противодействует этому увеличению. А если уменьшается, то индуцированный ток противодействует уменьшению. Следовательно, в первом случае токи вычитаются, поскольку их направления различны, а во втором складываются (т.е. протекают в одном направлении). При этом величина индуцированного тока пропорциональна скорости изменения индуцирующего тока.
На рис.22 все это представлено в виде графика. В момент "А" изменение напряжения во времени минимально. Поэтому ток равен нулю, поскольку индуцированный и индуцирующий токи равны по величине и противоположны по направлению.
На участке "АВ" напряжение падает до нуля, а изменение напряжения по времени (dU/dt ) возрастает. Поэтому индуцированный ток имеет такое направление, чтобы не дать напряжению на выводах L упасть до нуля! В этом случае в точке "В" ток максимален, а его полярность положительна. Но вот напряжение генератора становится отрицательным, а отношение dU/dt уменьшается. Суммарный ток I попрежнему положителен, но его величина падает, становясь равной нулю в точке "С". Таким образом, в индуктивности ток отстает от напряжения на угол 90°.
Кульский А. Л.
Впервые статья была опубликована в журнала "Ра-Электрик" в 2000-м году.