Индуктивно связанные элементы. Э.Д.С. взаимной индукции

Если изменение тока в одном из элементов электрической цепи приводит к возникновению Э.Д.С. в другом элементе цепи, то говорят, что эти элементы индуктивно связаны друг с другом. Возникающая при этом Э.Д.С. называется Э.Д.С. взаимной индукции.

На (рис. 4.1) показаны две катушки с числом витков и магнитный поток первой катушки пропорционален протекающему по ней току . Часть этого потока пронизывает витки второй катушки и оказывает влияние на ток .

Аналогично магнитный поток второй катушки пронизывает витки первой.

Такие катушки называются индуктивно – связанными (или магнитно-связанными).

Степень индуктивной связи двух элементов цепи характеризуется коэффициентом связи k, который определяется отношением:

, (4.1)

где М - взаимная индуктивность элементов цепи, Гн.

- индуктивности элементов, Гн.

Необходимо запомнить, что коэффициент связи не может быть больше единицы!

Вообще, взаимной индуктивностью первой и второй катушек называется отношение добавочного потокосцепления второй катушки к току первой катушки:

; (4.2)

; (4.3)

. (4.4)

Индекс 12 показывает, что взаимная индуктивность наводится в первой катушке от действия магнитного потока второй катушки.

Опыт показывает, что:

Справедливо соотношение:

. (4.5)

Взаимная индуктивность в линейных электрических цепях не зависит от направлений и значений токов, и определяется только конструкцией катушек их взаимным расположением. Об этом также свидетельствует выражение (4.5).

Индуктивность катушки определяется по формуле:

, (4.6)

где - относительная магнитная проницаемость среды (для воздуха );

- абсолютная магнитная проницаемость среды;

S – площадь поперечного сечения катушки, мм²;

L - длина катушки , м.

При составлении уравнений для магнитно-связанных цепей необходимо знать, согласно или встречно направлены потоки самоиндукции и взаимоиндукции. Правильное заключение об этом можно сделать, если известно направление намотки катушек на сердечнике и выбрано положительное направление токов в них.

На (рис. 4.2а) катушки включены согласно, а на (рис. 4.2б) – встречно.

На рис. 4.2 одноимённые зажимы (например, начала катушки) – помечают одинаковыми значками, например точками.

Если на электрической схеме токи двух магнитно-связанных катушек направлены одинаково относительно одноимённых обозначенных зажимов, например оба тока направлены к точкам как на (рис. 4.2а), то катушки соединены согласно, в противном случае встречно.

На практике часто возникает трудность в определении одинаковых выводов катушек. Для этой цели используют простой опыт, для которого требуется гальванический элемент (или аккумулятор) и гальванометр (или вольтметр).

Одна из катушек соединяется с вольтметром, другая подключается к гальваническому элементу (рис. 4.3). При замыкании ключа К во второй катушке кратковременно возникает ток , ослабляющий магнитное поле, созданное током . Направление тока определяется полярностью источника питания. О направлении тока судят по кратковременному отклонению стрелки вольтметра. Если стрелка отклоняется в сторону шкалы (то есть не зашкаливает), то ток направлен к положительному выводу вольтметра, при этом выводы катушек, присоединённых к положительным выводам вольтметра и источника питания, одноимённы.

На (рис. 4.3) при указанных направлениях токов и полярности вольтметра, соединение катушек – встречное.