Autoinduzione e mutua induzione
EMF di autoinduzione
Una corrente variabile crea sempre una variabile campo magnetico, che a sua volta provoca sempre campi elettromagnetici... Ad ogni cambio di corrente nella bobina (o in generale nel filo), esso stesso induce un EMF di autoinduzione.
Quando una fem in una bobina è indotta da un cambiamento nel proprio flusso magnetico, l'entità di quella fem dipende dalla velocità di variazione della corrente. Maggiore è il tasso di variazione della corrente, maggiore è l'EMF dell'autoinduzione.
L'entità della fem di autoinduzione dipende anche dal numero di spire della bobina, dalla densità del loro avvolgimento e dalla dimensione della bobina. Maggiore è il diametro della bobina, il numero delle sue spire e la densità dell'avvolgimento, maggiore è l'EMF dell'autoinduzione. Questa dipendenza dell'EMF di autoinduzione dalla velocità di variazione della corrente nella bobina, dal numero delle sue spire e dalle dimensioni è di grande importanza nell'ingegneria elettrica.
La direzione della fem di autoinduzione è determinata dalla legge di Lenz. L'EMF dell'autoinduzione ha sempre una direzione in cui impedisce un cambiamento nella corrente che lo ha causato.
In altre parole, la riduzione della corrente nella bobina porta alla comparsa di una EMF di autoinduzione diretta nella direzione della corrente, cioè impedendone la riduzione. Al contrario, all'aumentare della corrente nella bobina, appare un EMF di autoinduzione, diretto contro la corrente, cioè impedendone l'aumento.
Non bisogna dimenticare che se la corrente nella bobina non cambia, non si verifica alcuna EMF di autoinduzione. Il fenomeno dell'autoinduzione è particolarmente pronunciato in un circuito contenente una bobina con un nucleo di ferro, poiché il ferro aumenta significativamente il flusso magnetico della bobina e, di conseguenza, l'entità dell'EMF dell'autoinduzione quando cambia.
Induttanza
Quindi, sappiamo che l'entità dell'EMF di autoinduzione nella bobina, oltre alla velocità di variazione della corrente in essa, dipende anche dalla dimensione della bobina e dal numero delle sue spire.
Pertanto, bobine di diverso design alla stessa velocità di variazione della corrente sono in grado di autoindurre fem di autoinduzione di diversa grandezza.
Per distinguere le bobine l'una dall'altra in base alla loro capacità di indurre EMF di autoinduzione in se stesse, è stato introdotto il concetto di bobine induttive, o coefficiente di autoinduzione.
L'induttanza della bobina è una quantità che caratterizza la proprietà della bobina di indurre da sola l'EMF dell'autoinduzione.
L'induttanza di una data bobina è un valore costante, indipendente sia dall'intensità della corrente che la attraversa sia dalla velocità della sua variazione.
Henry - questa è l'induttanza di una tale bobina (o filo) in cui, quando l'intensità della corrente cambia di 1 ampere in 1 secondo, si verifica un EMF di autoinduzione di 1 volt.
In pratica, a volte hai bisogno di una bobina (o bobina) che non abbia induttanza. In questo caso, il filo viene avvolto su una bobina, dopo averlo precedentemente piegato due volte. Questo metodo di avvolgimento è chiamato bifilare.
EMF di mutua induzione
Sappiamo che l'EMF di induzione in una bobina può essere causato non spostando l'elettromagnete al suo interno, ma modificando solo la corrente nella sua bobina. Ma cosa, per provocare un EMF di induzione in una bobina a causa di un cambiamento di corrente in un'altra, non è assolutamente necessario metterne uno nell'altro, ma puoi sistemarli uno accanto all'altro
E in questo caso, quando la corrente in una bobina cambia, il flusso magnetico alternato risultante penetrerà (attraverserà) le spire dell'altra bobina e causerà EMF in essa.
L'induzione reciproca consente di collegare diversi circuiti elettrici per mezzo di un campo magnetico. Questa connessione è comunemente chiamata accoppiamento induttivo.
L'entità dell'emf di induzione reciproca dipende principalmente dalla velocità con cui cambia la corrente nella prima bobina…. Più veloci sono i cambiamenti attuali in esso, maggiore è l'EMF dell'induzione reciproca.
Inoltre, l'entità dell'EMF di induzione reciproca dipende dall'entità dell'induttanza delle due bobine e dalla loro posizione relativa, nonché dalla permeabilità magnetica dell'ambiente.
Pertanto, le bobine, che sono diverse nella loro induttanza e disposizione reciproca e in ambienti diversi, sono in grado di indurre l'una nell'altra, di grandezza diversa, campi elettromagnetici di induzione reciproca.
Essere in grado di distinguere tra diverse coppie di bobine in base alla loro capacità di indurre reciprocamente un campo elettromagnetico, il concetto di mutua induttanza o coefficiente di mutua induzione.
L'induttanza reciproca è indicata dalla lettera M. L'unità per la sua misura, come l'induttanza, è l'henry.
Un henry è una tale induttanza reciproca di due bobine che un cambiamento di corrente in una bobina di 1 amp per 1 secondo provoca una fem di induzione reciproca pari a 1 volt nell'altra bobina.
L'entità dell'EMF di induzione reciproca è influenzata dalla permeabilità magnetica dell'ambiente. Maggiore è la permeabilità magnetica del mezzo attraverso il quale è chiuso il flusso magnetico alternato che collega le bobine, più forte è l'accoppiamento induttivo delle bobine e maggiore è il valore EMF dell'induzione reciproca.
Il lavoro si basa sul fenomeno dell'induzione reciproca in un dispositivo elettrico così importante come un trasformatore.
Il principio di funzionamento del trasformatore
Il principio di funzionamento del trasformatore si basa su il fenomeno dell'induzione elettromagnetica ed è il seguente. Sul nucleo di ferro sono avvolte due bobine, una delle quali è collegata ad una sorgente di corrente alternata e l'altra ad un assorbitore di corrente (resistenza).
Una bobina collegata a una sorgente CA crea un flusso magnetico alternato nel nucleo, che induce un campo elettromagnetico nell'altra bobina.
La bobina collegata alla sorgente CA è chiamata primaria e la bobina a cui è collegato il consumatore è chiamata secondaria. Ma poiché il flusso magnetico alternato penetra simultaneamente in entrambe le bobine, in ciascuna di esse viene indotto un EMF alternato.
L'entità dell'EMF di ogni giro, come l'EMF dell'intera bobina, dipende dall'entità del flusso magnetico che penetra nella bobina e dalla velocità del suo cambiamento.La velocità di variazione del flusso magnetico dipende solo dalla frequenza della corrente alternata diretta per una data corrente. Anche l'entità del flusso magnetico è costante per questo trasformatore. Pertanto, nel trasformatore considerato, l'EMF in ciascun avvolgimento dipende solo dal numero di giri in esso.
Il rapporto tra tensione primaria e secondaria è uguale al rapporto tra il numero di spire degli avvolgimenti primari e secondari. Questa relazione è chiamata fattore di trasformazione (K).
Se la tensione di rete viene applicata a uno degli avvolgimenti del trasformatore, la tensione verrà rimossa dall'altro avvolgimento, che è maggiore o minore della tensione di rete tante volte quanto il numero di spire dell'avvolgimento secondario è maggiore o meno.
Se viene rimossa una tensione dall'avvolgimento secondario maggiore di quella fornita all'avvolgimento primario, tale trasformatore viene chiamato step-up. Al contrario, se viene rimossa una tensione dall'avvolgimento secondario, inferiore al primario, tale trasformatore viene chiamato step-down. Ogni trasformatore può essere utilizzato come step-up o step-down.
Il rapporto di trasformazione è solitamente indicato nel passaporto del trasformatore come rapporto tra la tensione più alta e quella più bassa, cioè è sempre maggiore di uno.