Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое




НазваниеНовосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое
страница4/20
Дата23.05.2013
Размер0.84 Mb.
ТипЛабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

4. Катушка индуктивности


Катушка индуктивности (рис. 1.9) – свернутый в спираль изолированный проводник, обладающий значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Такая система способна запасать магнитную энергию при протекании электрического тока.





Рис. 1.9. Катушка индуктивности


Рис. 1.10. Схематическое обозна­чение катушки индуктивности

Для увеличения индуктивности применяют сердечники из ферромагнитных материалов: электротехнической стали, пермаллоя, карбонильного железа, ферритов.

На рис. 1.10 показаны схематические обозначения катушек индуктивности: а) без сердечника, б) с сердечником.

Свойства и характеристики катушки индуктивности. Катушка индуктивности в электрической цепи хорошо проводит постоянный ток и в то же время оказывает сопротивление переменному току, поскольку при изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению.

Катушка индуктивности обладает реактивным сопротивлением величина которого равна:

, (1.15)
где – индуктивность катушки, – угловая частота протекающего тока.

Соответственно, чем больше частота тока, протекающего через катушку, тем больше ее сопротивление.

При протекании тока катушка запасает энергию, равную работе которую необходимо совершить для установления текущего тока I. Величина этой энергии равна

. (1.16)

При изменении тока в катушке возникает ЭДС самоиндукции, значение которой:

. (1.17)

Индуктивность является основным параметром катушки и физической величиной, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи. Ток, текущий в проводящем контуре, создает в окружающем пространстве магнитное поле, причем магнитный поток Ф, пронизывающий контур прямо пропорционален силе тока I.

. (1.18)

Индуктивность катушки пропорциональна размеру катушки, квадрату числа витков и магнитной проницаемости сердечника: ~ μ·S·w2 / l, где площадь поперечного сечения, w – количество витков, l – длина средней силовой линии.

При последовательном соединении катушек общая индуктивность равна сумме индуктивностей всех соединенных катушек

. (1.19)

При параллельном соединении катушек общая индуктивность равна:

. (1.20)

Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая определяется выражением (1.17) и которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре.




Рис. 1.11. Магнитная энергия катушки. При размыкании ключа К лампа ярко вспыхивает
Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас энергии электрического поля, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас энергии магнитного поля. Если включить электрическую лампу параллельно катушке с большой индуктивностью в электрическую цепь постоянного тока (рис. 1.11), то при размыкании ключа может наблюдаться кратковременная вспышка лампы если Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки.

Из закона сохранения энергии следует, что вся энергия, запасенная в катушке, выделится в виде джоулева тепла. Если обозначить через R полное сопротивление цепи, то за время выделится количество теплоты

. (1.21)

Ток в цепи равен

. (1.22)

Выражение для можно записать в виде

(1.23)

В этом выражении , ток в цепи постепенно убывает от первоначального значения до нуля. Полное количество теплоты, выделившейся в цепи, можно получить, выполнив операцию интегрирования в пределах от до 0. Это дает

. (1.24)

Сопротивление потерь. В катушках индуктивности помимо основного эффекта взаимодействия тока и магнитного поля наблюдаются паразитные эффекты, вследствие которых сопротивление катушки не является чисто реактивным. Наличие паразитных эффектов ведет к появлению потерь в катушке, оцениваемых сопротивлением потерь . Потери складываются из потерь в проводах, диэлектрике, сердечнике и экране.

. (1.25)

Потери в проводах вызваны следующими причинами.

Провода обмотки обладают омическим сопротивлением, на котором теряется мощность P = R·I2.

Сопротивление провода обмотки переменному току возрастает с ростом частоты, что обусловлено скин-эффектом, суть которого состоит в том, что ток протекает не по всему сечению проводника, а по кольцевой внешней части поперечного сечения.

Потери в сердечнике складываются из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис.

Потери в экране обусловлены тем, что ток, протекающий по катушке, индуцирует ток в экране.

Добротность. С сопротивлением потерь тесно связана другая характеристика – добротность. Добротность катушки индуктивности определяет отношение между активным и реактивным сопротивлениями катушки. Добротность равна

. (1.26)

Практически величина добротности лежит в пределах от 30 до 200. Повышение добротности достигается оптимальным выбором диаметра провода, увеличением размеров катушки индуктивности и применением сердечников с высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями.

Применение катушек индуктивности.

  • Катушки индуктивности используются для построения различных цепей с частотно зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т.п.

  • Катушки индуктивности используются в импульсных стабилизаторах как элемент, накапливающий энергию и преобразующий уровни напряжения.

  • Две и более индуктивно связанные катушки образуют трансформатор.

  • Катушки используются также в качестве электромагнитов.

  • Для радиосвязи – излучение и прием электромагнитных волн.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

Похожие:

Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconФакультет радиофизики и электроники кафедра информатики исследование эффективности реализации численных методов на кластерах персональных ЭВМ
Министерство образования республики беларусь белорусский государственный университет
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет экономический факультет кафедра теоретической экономии
Моделирование финансово-производственной деятельности малого предприятия 19
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Онтогения минералов
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Петрография осадочных пород
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра минералогии и петрографии Методы расчета минеральных равновесий
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconНовосибирский государственный университет геолого-геофизический факультет Кафедра общей и региональной геологии
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего специального образования по специальности...
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconМинистерство общего и профессионального образования российской федерации кемеровский государственный университет физический факультет кафедра общей физики дударева
Формирование и развитие основных понятий геометрической оптики в курсе физики средней школЫ
Новосибирский государственный университет физический факультет Кафедра радиофизики Практикум по радиоэлектронике Методическое iconП. М. Михеев Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет и международный учебно-научный лазерный центр мгу 119992, гсп-2, Москва, Ленинские горы, мгу, млц мгу
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница