Перейти к содержанию

Индуктивность

Ток в проводе создаёт магнитное поле, а изменение этого поля наводит в том же проводе ЭДС, которая мешает току меняться. Мера этого эффекта — индуктивность. На ней работают дроссели и фильтры, и из-за неё катушку реле нельзя просто резко отключить.

Обновлено Редакция GAW

Индуктивность L — коэффициент, связывающий ЭДС самоиндукции в контуре со скоростью изменения тока в нём (OpenStax, раздел 14.2):

ε=−L⋅dIdt.\varepsilon = -L \cdot \frac{dI}{dt}.

Знак минус означает, что наведённая ЭДС противодействует изменению тока. Единица индуктивности — генри: при индуктивности 1 Гн изменение тока на 1 А за 1 с наводит 1 В.

От чего зависит

Для длинной катушки-соленоида с N витками площадью S и длиной l:

L=μ0⋅N2⋅Sl.L = \frac{\mu_0 \cdot N^2 \cdot S}{l}.

Индуктивность определяется только устройством катушки — числом витков, размерами и сердечником, а не током. Устройство катушек, сердечники и насыщение разобраны в статье «Катушки индуктивности и дроссели», число витков под нужную индуктивность подберёт калькулятор катушки.

СитуацияЧто даёт индуктивность
Постоянный токпочти не мешает — сопротивление определяет провод
Переменный токреактивное сопротивление XL = 2πfL, растёт с частотой
Резкий обрыв токабольшая ЭДС самоиндукции, выброс напряжения

Почему это важно

При отключении катушки реле или двигателя ток пытается сохраниться, и ЭДС самоиндукции может пробить ключ. Поэтому параллельно катушке ставят обратный диод, через который ток спадает плавно. Любой проводник, даже прямой провод, тоже обладает собственной индуктивностью, и на высоких частотах её приходится учитывать.

Частые вопросы

Почему при отключении катушки реле возникает выброс напряжения?

ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока: ε = −L·dI/dt. Если ток катушки резко оборвать, dI/dt очень велико, и на ключе появляется большое напряжение. Поэтому параллельно катушке ставят обратный диод, через который ток спадает плавно.

От чего зависит индуктивность катушки?

От её устройства: для длинного соленоида L = μ0·N²·S/l — индуктивность растёт как квадрат числа витков и пропорционально площади витка. Сердечник из магнитного материала увеличивает её во много раз. От тока и поля индуктивность идеальной катушки не зависит.

Есть ли индуктивность у прямого провода?

Да: собственной индуктивностью обладает любой проводник, включая прямой провод и коаксиальный кабель. На высоких частотах и при быстрых фронтах она становится заметной — поэтому выводы деталей и дорожки делают короче.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 14.2: Self-Inductance and Inductors — изменение тока в контуре меняет его магнитный поток и наводит в нём же ЭДС — самоиндукция; ε = −L·dI/dt, L > 0; индуктивность соленоида L = μ0·N²·A/l зависит только от его устройства, а не от тока и поля; собственной индуктивностью обладает любой проводник — прямой провод, коаксиальный кабель
  2. OpenStax. University Physics Volume 2, section 15.2: Simple AC Circuits — индуктивное сопротивление XL = ωL растёт с частотой; ток катушки отстаёт от напряжения на четверть периода

Нашли ошибку?