Izračun induktivnosti svitka: formula

Svatko od nas je imao problema s predmetima u školi. Netko je imao problema s kemijom, netko - s fizikom. Ali čak i ako je sve uvijek bilo dobro s tim temama, vjerojatno se ne sjećate svega što ste dobili u školi. Jedna od tih tema je općenito elektromagnetizam i posebno izračunavanje induktivnosti zavojnica.

Za početak, zaronimo malo u povijest takvog fenomena kao što je magnetizam.

Povijest

Magnetizam počinje svoju povijest od drevne Kine i antičke Grčke. Magnetsko željezo otkriveno u Kini tada je upotrijebljeno kao igla kompasa prema sjeveru. To se spominje kineski car koristio ga je tijekom bitke.

Međutim, sve do 1820. godine, magnetizam se smatrao samo fenomenom. Sva njegova praktična primjena zaključena je pokazivanjem igle kompasa na sjever. Međutim, 1820. godine, Oersted je svoj eksperiment proveo s magnetskom iglom, pokazujući učinak električnog polja na magnet. To je iskustvo bilo poticaj za neke znanstvenike koji su ga ozbiljno shvatili kako bi razvili teoriju magnetskog polja.

Nakon samo 11 godina, 1831., Faraday je otkrio zakon elektromagnetska indukcija i uveo pojam "magnetsko polje" u upotrebu od strane fizičara. Upravo je taj zakon poslužio kao osnova za stvaranje induktora, o čemu će se danas raspravljati.

I prije nego što počnemo razmatrati samu napravu tih svitaka, osvježimo koncept magnetskog polja u našoj glavi.

Magnetsko polje

Ova fraza nam je poznata iz škole. Ali mnogi su već zaboravili što to znači. Iako se svatko od nas sjeća da magnetsko polje može utjecati na objekte, privlači ih ili odbija. No, osim toga, ima i druge značajke: na primjer, magnetsko polje može utjecati na električno nabijene predmete, što znači da su struja i magnetizam međusobno usko povezani, a jedan fenomen može glatko teći u drugi. Znanstvenici su to davno shvatili i stoga su sve te procese počeli nazivati ​​u jednoj riječi - "elektromagnetskim fenomenima". Zapravo, elektromagnetizam je prilično zanimljivo i još ne potpuno proučeno područje fizike. Vrlo je opsežan, a znanje koje vam ovdje možemo predstaviti vrlo je mali dio onoga što čovječanstvo danas zna o magnetizmu.

A sada idemo izravno na temu našeg članka. Sljedeći odjeljak bit će posvećen izravno razmatranju induktivnosti uređaja.

Što je induktor?

Suočavamo se s tim predmetima cijelo vrijeme, ali im teško dajemo poseban značaj. Ovo je rutina za nas. Zapravo se induktori danas nalaze u gotovo svakom uređaju, ali najupečatljiviji primjer njihovog korištenja su transformatori. Ako smatrate da su transformatori samo na trafostanicama, onda ste jako pogrešni: vaš punjač iz laptopa ili pametnog telefona je također neka vrsta transformatora, samo manji od onih koji se koriste u elektranama i distributivnim podstanicama.

Svaki se induktor sastoji od jezgre i namota. Jezgra je šipka od dielektričnog ili feromagnetnog materijala na koji se namota navijanje. Potonji se najčešće proizvodi od bakrene žice. Broj zavoja namotaja izravno je povezan s veličinom magnetske indukcije dobivene zavojnice.

Sada, prije nego što razmotrimo izračunavanje induktivnosti svitaka i formule potrebne za njega, govorimo o tome koje ćemo parametre i svojstva izračunati.

Koje parametre ima svitak?

Svitak ima nekoliko fizičkih karakteristika koje odražavaju njegovu kvalitetu i prikladnost za određeni posao. Jedna od njih je induktivnost. Numerički je jednak omjeru protoka. stvoreno magnetsko polje zavojnice, do veličine te struje. Induktivnost se mjeri u Henryju (H) iu većini slučajeva uzima vrijednosti od jedinica mikrogenije do desetaka Henryja.

Induktivnost je možda najvažniji parametar svitka. Stoga ne čudi da većina ljudi čak i ne misli da postoje druge količine koje mogu opisati ponašanje svitka i odražavati njegovu prikladnost za određenu primjenu.

Prilikom izbora induktora, profesionalci također obraćaju pozornost na otpornost na gubitke. Kao što se može razumjeti iz ovog izraza, on odražava veličinu gubitka električne energije do koje dolazi zbog parazitskih učinaka, kao što je, na primjer, zagrijavanje žica, koje se događa prema Joule-Lenzovom zakonu. Lako je razumjeti da što je ta vrijednost manja, to je bolje.

Drugi parametar koji treba uzeti u obzir je kvaliteta sklopa. Ona je usko povezana s prethodnim parametrom i predstavlja omjer reaktancije prema aktivnom (otpornost na gubitak). Prema tome, što je viši faktor kvalitete - to bolje. Njegovo povećanje postiže se odabirom optimalnog promjera žice, materijala i promjera jezgre, broja namota.

Sada ćemo se pobliže osvrnuti na najvažniji i najuzbudljiviji parametar za nas - induktivnost zavojnice.

Malo više o induktivnosti

Već smo demontirali ovaj koncept, a sada je ostalo još malo razgovarati o tome. Zašto? Uostalom, moramo izračunati induktivnost svitaka, što znači da moramo razumjeti što je to i zašto ga moramo izračunati.

Induktivnost zavojnice je dizajnirana za stvaranje magnetskog polja, i stoga ima parametre koji opisuju njegovu snagu. Ovaj parametar je magnetski tok. Ali različiti kalemovi imaju različite gubitke kada struja prolazi kroz njih i, prema tome, različita učinkovitost. Ovisno o promjeru žica i broju zavoja, zavojnica može proizvesti različito magnetsko polje. Stoga je potrebno uvesti takvu vrijednost koja bi odražavala vezu između veličine magnetskog toka i jačine struje propuštene kroz svitak. Ovaj parametar je induktivnost.

Zašto vam je potreban izračun induktivnosti?

U svijetu ima mnogo zavojnica različitih tipova. Razlikuju se po svojstvima i, prema tome, u primjenama. Neki se koriste u transformatorima, drugi, solenoidi, obavljaju ulogu elektromagneta velike snage. Osim toga, bit će mnogo aplikacija za induktore. I svi oni trebaju različite vrste zavojnica. Razlikuju se po svojim svojstvima. No, većina tih svojstava može se kombinirati s konceptom induktivnosti.

Približili smo se objašnjavanju što uključuje formula za izračunavanje induktivnosti zavojnice. No, potrebno je napraviti rezervu da se ne radi o "formuli", već o "formulama", budući da se svi svici mogu podijeliti u nekoliko velikih skupina, od kojih svaka ima svoju zasebnu formulu.

Vrste svitaka

Funkcionalno razlikuju se konturne zavojnice, koje se koriste u radiofizici, komunikacijskim svicima koji se koriste u transformatorima, i variometrima, odnosno zavojnicama, čije se performanse mogu mijenjati promjenom relativnog položaja zavojnica.

Tu je i vrsta zavojnica, poput prigušnica. Unutar ove klase postoji i podjela na regularnu i dualnu. Imaju visoku otpornost izmjenična struja i vrlo niska - konstantna, zbog čega mogu poslužiti kao dobar filtar koji omogućuje istosmjernu struju i odgađa izmjeničnu struju. Dvojne prigušnice su učinkovitije pri visokim strujama i frekvencijama u usporedbi s konvencionalnim.

Izračuni formule

Došlo je vrijeme da pređemo na glavnu temu članka. Počinjemo tako što ćemo vam reći kako izračunati induktivnost svitka bez jezgre. To je najjednostavniji oblik izračuna. Ali i ovdje ima svoje suptilnosti. Uzmimo, za jednostavnost, svitak, čiji namot je u jednom sloju. Za nju je izračunavanje jednoslojne induktivnosti fer:

L = D2 * n2 / (45D + 100 ).

Ovdje je L induktivnost, D je promjer zavojnice u centimetrima, n je broj zavoja, l je duljina namota u centimetrima. Jednoslojna zavojnica pretpostavlja da debljina namotaja neće biti veća od jednog sloja, što znači da za nju vrijedi izračun plosnatog indukcijskog svitka. Općenito, većina formula za izračun induktivnosti vrlo je slična: značajne razlike samo u koeficijentima varijabli u brojniku i nazivniku. Najjednostavnije je izračunati induktivnost svitka bez jezgre.

Od interesa je i formula za izračunavanje induktivnosti svitka s velikim brojem zavoja:

L = 0,08 * D2 * n2 / (3 * D + 9 * b + 10 * c).

Ovdje b je širina žice, c je njegova visina. Ova formula je učinkovita kako bi se izračunao višeslojni indukcijski svitak. U praksi se koristi nešto rjeđe od onog koji će biti objašnjen u nastavku.

Najvažnija će možda biti izračunavanje induktivnosti zavojnice s jezgrom. Postoji posebna formula koja pokazuje da je ta induktivnost određena materijalom od kojeg je jezgra izrađena, odnosno njezinom magnetskom propusnošću. Ova formula izgleda ovako:

L = m * m ₀ * n ² * S / l,
pri čemu je m magnetska propusnost materijala jezgre, m ₀ je magnetska konstanta (jednaka je 12,56 · 10-7 GN / m), S je površina poprečnog presjeka svitka, l je duljina namota.

Izračun zavoja induktora je vrlo jednostavan: to je broj slojeva vodiča namotanih na jezgru.

Shvatili smo formule, a sada malo o tome gdje nam točno ove formule i izračuni mogu biti korisni.

Praktična primjena

Ove formule su vrlo široko korištene zbog sveprisutnosti induktora. Kao što smo već otkrili, postoje različite vrste zavojnica, od kojih svaka odgovara njegovoj primjeni. U tom smislu postaje nužno nekako ih razdvojiti prema njihovim karakteristikama, jer svaka industrija zahtijeva svoju specifičnu induktivnost i dobru kvalitetu.

U osnovi, izračun induktivnosti namota koristi se u proizvodnji i elektrotehnici. Svaki radioamater mora znati kako izračunati induktivnost, inače kako može odrediti koji je svitak iz velikog niza prikladan za njegovu namjenu, a koji nije.

Jeste li zainteresirani?

Danas postoji mnogo znanstvenika koji se zanimaju za magnetizam i magnetske pojave. Oni proučavaju i magnetske i električne aspekte tvari, pokušavajući identificirati uzorke i sintetizirati snažne magnete s određenim potrebnim svojstvima: na primjer, s visokom točkom taljenja ili supravodljivosti. Svi ovi materijali mogu se koristiti u velikom broju industrija.

Dajemo primjer s zrakoplovnom industrijom: obećavajući za međuzvjezdane letove dugog dometa su rakete s ionskim motorima koje stvaraju potisak izbacivanjem ioniziranog plina iz mlaznice. Sila potiska u takvom motoru ovisi o temperaturi plina i brzini njegovog kretanja. U skladu s tim, da bi se omogućilo maksimalnu silu plina za ubrzanje, potreban nam je vrlo snažan magnet, koji ubrzava nabijene čestice i ima vrlo visoku točku taljenja kako se ne bi rastopio kad plinovi izađu iz mlaznice.

zaključak

Znanje nikada nije suvišno, i uvijek negdje, bit će korisno. Sada, ako dobijete program za izračunavanje induktivnosti zavojnice, lako možete znati zašto postoje takve formule i koje varijable u njima znače. Ovaj je članak namijenjen samo vašim informacijama, a ako želite saznati više, trebali biste pročitati stručnu literaturu (korist od dugogodišnjeg proučavanja magnetskih fenomena skupila je mnogo toga).