AUTOINDUCŢIA. INDUCTANŢA CIRCUITULUI

19:04 0 Comments

a. Fenomenul de autoinductie
s
Un caz particular foarte important al fenomenului inducţiei electromagnetice are loc la variaţia fluxului magnetic datorită curentului electric variabil din circuit. într-adevăr, dacă prin spirele unei bobine circulă un curent variabil, atunci el produce în interiorul ei un cîmp magnetic al cărui flux este, de asemenea, variabil. Astfel, în conformitate cu legea lui Faraday (1.16), în spirele bobinei ia naştere o t.e.m. proprie de inducţie, determinată de variaţia curentului prin aceeaşi bobină. Acest fenomen a fost descoperit de către fizicianul american Joseph Henry (1797-1878) si se numeşte autoinductie.
IAutoinducţia este fenomenul apariţiei t.e.m. de inducţie în circuite datorită curentului variabil din ele.
în figura 1.25 sînt reprezentate simbolurile bobinelor folosite în schemele circuitelor electrice: a) fără miez; b) cu miez de fier.
Fenomenul de autoinducţie se poate observa experimental cu ajutorul circuitului reprezentat m figura 1.26, alcătuit dintr-o sursă de curent continuu, la care sînt legate în paralel două ramuri. Una din ramuri conţine bobina L şi becul B, legate în serie, iar a doua - un reostat R şi becul B2 identic cu B,. Cu ajutorul reostatului se reglează rezistenţa ramurii pînă la egalarea ei cu cea a ramurii LB,. Astfel, becurile B, şi B2 se vor afla în aceleaşi condiţii de alimentare: prin ele vor circula curenţi egali şi vor lumina la fel.
La închiderea întrerupătorului K se observă că becul B. obţine o strălucire normală cu o anumită întîrziere faţă de cea a becului B2. Cauza acestei întîrzieri este fenomenul de autoinducţie. într-adevăr, la închiderea întrerupătorului intensitatea curentului din circuit creşte rapid de la zero pînă la valoarea sa constantă I. în acelaşi timp, creşte şi inducţia cîmpu- lui magnetic creat de acest curent. Rezultă că bobina este străbătută de un flux magnetic crescător şi, conform legii inducţiei electromagnetice, în spirele ei se generează o tensiune electromotoare, numită în acest caz t.e.m. de autoinducţie. Conform regulii lui Lenz, polaritatea t.e.m. de autoinducţie la bornele bobinei este inversă celei de alimentare (fig. 1.26). în concluzie acţiunea acestei t.e.m. frînează mişcarea ordonată a electronilor prin conductorul din care este confecţionată bobina şi intensitatea curentului se micşorează. Astfel, prin ramura LB, circulă un curent mai mic decît prin ramura RB2. Din această cauză strălucirea becului B, creşte mai lent decît a becului B2, însă de îndată ce în circuit se stabileşte valoarea constantă a curentului de alimentare, cel de autoinducţie dispare, şi becurile au aceeaşi strălucire.
Este evident că fenomenul de autoinducţie se va produce şi la deconectarea circuitului, cînd intensitatea curentului de alimentare se micşorează rapid de la valoarea constantă pînă la zero. în acest caz, bobina este străbătută de un flux magnetic descrescător. La bornele ei apare o t.e.m. de autoinducţie, avînd aceeaşi polaritate ca şi sursa de alimentare a circuitului. în consecinţă micşorarea curentului din circuit se produce mai lent
Fig. 1.25
itf
+
L
Fig. 1.26
şi de aceea becurile B, şi B, nu se vor stinge imediat după deconectarea circuitului, ci cu o anumită în- tîrziere. Existenţa curentului de autoinducţie poate fi observată mai simplu cu ajutorul circuitului din figura 1.27. La deschiderea întrerupătorului K, sursa de curent este înlăturată din circuit, însă becul B continuă pentru un timp scurt să lumineze destul de puternic.
Fenomenul de autoinducţie în circuitele electrice este asemănător cu cel de inerţie a corpurilor în mecanică. Tot aşa cum viteza unui corp nu poate fi mărită (micşorată) instantaneu pînă la o anumită valoare, nici intensitatea curentului la închiderea circuitului nu poate lua momentan valoarea maximă (nulă), ci variază treptat.
Inerţia unui corp se manifestă diferit în funcţie de masa lui: cu cît masa este mai mare, cu atît inerţia corpului este mai pronunţată. De asemenea, şi în cazul circuitelor electrice trebuie să existe o mărime fizică care le caracterizează şi care este o măsură a autoin-
ductiei. Această mărime a fost numită inductantă.
» >
b. Inductanţa. T.e.m. de autoinducţie
Fenomenul de autoinducţie, fiind un caz particular al inducţiei electromagnetice, se manifestă cu atît mai intens cu cît este mai mare viteza de variaţie a fluxului magnetic propriu prin bobina circuitului cercetat. Fluxul magnetic ce străbate bobina este proporţional cu inducţia cîmpului magnetic din interiorul ei O ~ B. în lipsa curentului în spirele bobinei (I = 0), cîmpul magnetic nu există (B = 0).
—±|p—5-h
B
-------®-----
L
______rvv-y____
Fig. 1.27
Conchidem că inducţia B este în funcţie de intensitatea curentului I. S-a stabilit că B ~ I. Drept rezultat
O = LI, (1.21)
unde L este o constantă de proporţionalitate specifică fiecărei bobine. Ea depinde de forma şi dimensiunile bobinei, precum şi de proprietăţile magnetice ale miezului ei.
Mărimea fizică egală cu raportul dintre fluxul magnetic ce străbate o bobină şi intensitatea curentului prin ea se numeşte inductanţă a acestei bobine:
Unitatea de inductanţă în SI a fost numită henry (H). O bobină are inductanţa L = 1 H dacă la parcurgerea ei de un curent cu intensitatea de 1 A fluxul magnetic prin suprafaţa limitată de bobină este de 1 Wb:
1 H = 1
Wb
A
Dacă prin bobină circulă un curent / variabil, atunci fluxul magnetic de asemenea este variabil şi din legea inducţiei electromagnetice avem:
g; = - A (LJ) = _ L —. (1.22)
A t A t
Tensiunea electromotoare (1.22) este numită t.e.m. de autoinducţie, iar raportul A//Af reprezintă viteza variaţiei intensităţii curentului din circuit. Aşadar
te.irio de autoinducţie dintr-un circuit este direct proporţională cu viteza de variaţie a intensităţii curentului prin acest circuit, avînd coeficientul de proporţionalitate egal cu inductanţa bobinei din circuit.
Din relaţia (1.22) se poate deduce încă o formulare a unităţii de inductanţă. Un circuit sau un element al acestuia are inductanţa de 1 H, dacă la variaţia uniformă a intensităţii curentului cu viteza de 1 A/s în acest circuit se generează o t.e.m. de autoinducţie de IV, adică 1H = lV-s/A.
O Verificaţi-vă cunoştinţele
1. Ce reprezintă fenomenul de autoinducţie? 5.
2. Cum se poate observa experimental fenomenul de autoinducţie?
3. Ce se numeşte inductanţă a unei bobine şi care este unitatea ei în SI?
4. Cu ce este egală t.e.m. de autoinducţie şi de care factori depinde ea?
0 bobină cu inductanţa de 50 mH este parcursă de un curent continuu cu intensitatea de 2 A. Ce t.e.m. de autoinducţie ia naştere la bornele bobinei, dacă la întreruperea circuitului din care face parte curentul se micşorează uniform pînă la 0 în timp de
1 ms?