Цель работы: После выполнения лабораторной работы студент должен уметь:
- объяснить явление индуктивности;
- дать определение основных величин измерения индуктивности;
- описать основные типы катушек индуктивности;
- дать определение добротности контура;
- рассчитывать индуктивность катушек.
Основные понятия, термины и определения
Различные способы наведения электродвижущей силы – индукция, взаимоиндукция, самоиндукция
Электродвижущая сила на концах проводника, а при замкнутой цепи и ток в нем, появляются, если проводник определенным образом двигать в магнитном поле.. что схематично иллюстрирует рис. 1 (картинки 1 и 2). Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина наведенной э.д.с. Е зависит от длины проводника L, от индукции внешнего магнитного поля В и от скорости движения проводника v (на рис.1 картинка 3).
Рисунок 1
Для того, чтобы в проводнике навелась э.д.с., можно поступить иначе: расположить рядом два проводника и в одном из них менять величину тока, например включив в цепь переменное сопротивление (рис.1; 4). Поскольку в первом проводнике меняется ток, то, значит, меняется и его магнитное поле. А оно, это меняющееся магнитное поле, охватывает второй проводник и наводит в нем э.д.с. точно так же, как это делало магнитное поле движущего магнита. Такой способ наведения э.д.с. называется взаимоиндукцией.
Уберем второй проводник и внимательно посмотрим, что происходит в первом, когда в нем меняется ток. Этот меняющийся ток создает меняющееся магнитное поле. А так как это поле действует не только в пространстве вокруг проводника, оно пронизывает и сам проводник. И когда собственное магнитное поле проводника меняется, то оно, по всем правилам электромагнитной индукции, наводит э.д.с. в самом этом проводнике (рис.1; 5). Такой способ наведения называют самоиндукцией, а наведенную э.д.с. – электродвижущей силой самоиндукции.
Таким образом, в цепи при изменении тока действует две электродвижущие силы – э.д.с. генератора и э.д.с. самоиндукции. Интерес представляет только режим изменения тока: если ток не меняется, то остается неизменным и магнитное поле проводника, а значит, э.д.с. самоиндукции вообще нет. Если ток по какой-либо причине увеличивается, то э.д.с. самоиндукции мешает этому увеличению, и ток уже возрастает не так резко. Если ток в цепи уменьшается, то э.д.с. самоиндукции мешает этому уменьшению, поддерживает ток, и в итоге он падает более плавно. Особенно сильно возрастает э.д.с. самоиндукции при резком изменении тока, например в момент размыкания цепи.
Можно увеличить наведенную в проводнике э.д.с., если свернуть проводник в спираль, т.е. сделать из него катушку индуктивности, как показано на рис. 2. В этом случае в каждом витке будет наводиться электродвижущая сила (э.д.с. индукции, взаимоиндукции или самоиндукции, в зависимости от выбранного способа наведения). Суммарная э.д.с., наведенная магнитным полем в катушке, пропорциональна числу ее витков.
Рисунок 2
Катушки индуктивности являются весьма распространенными деталями радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Их широко применяют в качестве: элементов колебательных контуров, катушек для связи одних цепей с другими, дросселей высокой частоты (ВЧ) для разделения постоянного и переменного токов или токов разных частот, а также в качестве вариометров – катушек, индуктивность которых можно изменять в больших пределах.
Можно во много раз усилить магнитное поле катушки, если вставит в нее сердечник (рис.2; 4) из ферромагнитных веществ. К их числу относятся железо (сталь), никель, кобальт, а также некоторые специальные сплавы и керамика, содержащая окислы железа. Число, которое показывает, во сколько раз в том или ином веществе реальные магнитные силы превышают магнитные силы внешних полей, называют относительной магнитной проницаемостью μ.
Если в катушку вставлен стальной или иной ферромагнитный сердечник, то магнитное поле значительно усиливается в нем самом и во всей области вблизи катушки. Все остальные вещества незначительно влияют на реальные магнитные силы. При этом некоторые вещества (парамагнитные) незначительно увеличивают эти силы, а другие (диамагнитные) незначительно ослабляют их.