Công Thức Và đơn Vị Tự Cảm, Tự Cảm / Điện Tử | Thpanorama

các điện cảm là tính chất của các mạch điện thông qua đó tạo ra một lực điện động, do sự đi qua của dòng điện và sự biến đổi của từ trường liên quan. Lực điện động này có thể tạo ra hai hiện tượng phân biệt tốt với nhau.

Đầu tiên là một cuộn cảm tự trong cuộn dây và thứ hai tương ứng với một cuộn cảm lẫn nhau, nếu nó là hai hoặc nhiều cuộn dây được ghép với nhau. Hiện tượng này dựa trên Định luật Faraday, còn được gọi là định luật cảm ứng điện từ, chỉ ra rằng việc tạo ra một điện trường từ một từ trường biến thiên là khả thi.

Năm 1886, nhà vật lý, nhà toán học, kỹ sư điện và nhà quang học Oliver Heaviside đã đưa ra những chỉ dẫn đầu tiên về tự cảm ứng. Sau đó, nhà vật lý người Mỹ Joseph Henry cũng có những đóng góp quan trọng về cảm ứng điện từ; vì lý do đó, đơn vị đo của cuộn cảm có tên của nó.

Tương tự như vậy, nhà vật lý người Đức Heinrich Lenz đã đưa ra định luật Lenz, trong đó hướng của lực điện động cảm ứng được nêu. Theo Lenz, lực này gây ra bởi sự chênh lệch điện áp đặt vào một dây dẫn đi ngược chiều với hướng của dòng điện chạy qua nó..

Độ tự cảm là một phần của trở kháng của mạch; đó là sự tồn tại của nó ngụ ý một số khả năng chống lại sự lưu thông của dòng điện.

Chỉ số

• 1 công thức toán học
  • 1.1 Công thức theo cường độ dòng điện
  • 1.2 Công thức do căng thẳng gây ra
  • 1.3 Công thức theo đặc tính của cuộn cảm
• 2 Đơn vị đo lường
• 3 Tự cảm
  • 3.1 Các khía cạnh liên quan
• 4 cuộn cảm lẫn nhau
  • 4.1 Độ tự cảm lẫn nhau của FEM
  • 4.2 Độ tự cảm lẫn nhau bằng từ thông
  • 4.3 Bình đẳng của các điện cảm lẫn nhau
• 5 ứng dụng
• 6 tài liệu tham khảo

Các công thức toán học

Độ tự cảm thường được biểu thị bằng chữ "L", để vinh danh những đóng góp của nhà vật lý Heinrich Lenz về chủ đề này. 

Mô hình toán học của hiện tượng vật lý liên quan đến các biến điện như từ thông, sự khác biệt tiềm năng và dòng điện của mạch nghiên cứu.

Công thức theo cường độ của dòng điện

Về mặt toán học, công thức của độ tự cảm từ được định nghĩa là thương số giữa từ thông trong phần tử (mạch, cuộn dây điện, cuộn dây, v.v.) và dòng điện chạy qua phần tử.

Trong công thức này:

L: độ tự cảm [H].

: Từ thông [Wb].

I: cường độ hiện tại [A].

N: số cuộn dây [không có đơn vị].

Từ thông được đề cập trong công thức này là dòng chảy chỉ được tạo ra do sự lưu thông của dòng điện.

Để biểu thức này là hợp lệ, các luồng điện từ khác được tạo ra bởi các yếu tố bên ngoài như nam châm hoặc sóng điện từ bên ngoài mạch nghiên cứu không được xem xét..

Giá trị của cuộn cảm tỷ lệ nghịch với cường độ dòng điện. Điều này có nghĩa là độ tự cảm càng lớn thì sự lưu thông dòng điện qua mạch càng thấp và ngược lại.

Mặt khác, độ lớn của cuộn cảm tỷ lệ thuận với số vòng quay (hoặc vòng quay) tạo nên cuộn dây. Cuộn cảm càng có nhiều xoắn ốc thì giá trị của độ tự cảm của nó càng lớn.

Tính chất này cũng thay đổi tùy thuộc vào tính chất vật lý của dây tạo thành cuộn dây, cũng như độ dài của dây này.

Công thức gây căng thẳng cảm ứng

Từ thông liên quan đến cuộn dây hoặc dây dẫn là một biến khó đo. Tuy nhiên, có thể có được sự khác biệt tiềm năng điện gây ra bởi các biến thể của dòng chảy nói trên.

Biến cuối cùng này không nhiều hơn điện áp, là biến có thể đo được thông qua các dụng cụ thông thường như vôn kế hoặc vạn năng. Do đó, biểu thức toán học xác định điện áp tại các cực của cuộn cảm như sau:

Trong biểu thức này:

VL: sự khác biệt tiềm năng trong cuộn cảm [V].

L: độ tự cảm [H].

ΔI: chênh lệch hiện tại [I].

Δt: chênh lệch thời gian [s].

Nếu nó là một cuộn dây đơn thì VL là điện áp tự cảm của cuộn cảm. Độ phân cực của điện áp này sẽ phụ thuộc vào cường độ của dòng điện tăng (dấu dương) hay giảm (dấu âm) khi đi từ cực này sang cực khác.

Cuối cùng, bằng cách xóa độ tự cảm của biểu thức toán học trước đó, chúng ta có:

Độ lớn của độ tự cảm có thể đạt được bằng cách chia giá trị của điện áp tự cảm giữa chênh lệch dòng điện theo thời gian.

Công thức tính chất của cuộn cảm

Các vật liệu sản xuất và hình học của cuộn cảm đóng vai trò cơ bản trong giá trị của cuộn cảm. Đó là, ngoài cường độ của dòng điện, còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến nó.

Công thức mô tả giá trị của độ tự cảm dựa trên các tính chất vật lý của hệ thống như sau:

Trong công thức này:

L: độ tự cảm [H].

N: số vòng quay của cuộn dây [không có đơn vị].

: tính thấm từ của vật liệu [Wb / A · m].

S: diện tích của mặt cắt ngang của hạt nhân [m2].

l: chiều dài của dòng chảy [m].

Độ lớn của độ tự cảm tỷ lệ thuận với bình phương số vòng, diện tích tiết diện của cuộn dây và độ thấm từ của vật liệu.

Về phần mình, tính thấm từ là thuộc tính có vật liệu để thu hút từ trường và được truyền qua chúng. Mỗi vật liệu có một tính thấm từ khác nhau.

Đổi lại, độ tự cảm tỷ lệ nghịch với chiều dài của cuộn dây. Nếu cuộn cảm rất dài, giá trị của cuộn cảm sẽ thấp hơn.

Đơn vị đo lường

Trong hệ thống quốc tế (SI), đơn vị của cuộn cảm là henry, để vinh danh nhà vật lý người Mỹ Joseph Henry.

Theo công thức để xác định độ tự cảm là một hàm của từ thông và cường độ dòng điện, chúng ta phải:

Mặt khác, nếu chúng ta xác định các đơn vị đo tạo nên henry dựa trên công thức của độ tự cảm là một hàm của điện áp cảm ứng, chúng ta có:

Điều đáng chú ý là, về mặt đơn vị đo lường, cả hai biểu thức là hoàn toàn tương đương. Độ lớn phổ biến nhất của độ tự cảm thường được biểu thị bằng millihenries (mH) và microhenries (H).

Tự cảm

Tự cảm ứng là một hiện tượng phát sinh khi một dòng điện chạy qua một cuộn dây và điều này gây ra một lực điện động nội tại trong hệ thống.

Lực điện động này được gọi là điện áp hoặc điện áp cảm ứng, và phát sinh do sự hiện diện của từ thông biến thiên.

Lực điện động tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của dòng điện chạy qua cuộn dây. Đổi lại, sự khác biệt điện áp mới này gây ra sự lưu thông của một dòng điện mới đi ngược chiều với dòng điện chính của mạch.

Sự tự cảm xảy ra là kết quả của sự ảnh hưởng mà tổ hợp tác động lên chính nó, do sự hiện diện của từ trường biến đổi.

Đơn vị đo lường độ tự cảm cũng là henry [H], và thường được trình bày trong tài liệu với chữ L.

Các khía cạnh liên quan

Điều quan trọng là phải phân biệt nơi mỗi hiện tượng xảy ra: sự biến đổi theo thời gian của từ thông xảy ra trong một bề mặt mở; đó là, xung quanh các cuộn lãi.

Ngược lại, lực điện động gây ra trong hệ thống là sự khác biệt tiềm năng tồn tại trong vòng kín phân định bề mặt mở của mạch.

Đổi lại, từ thông đi qua mỗi vòng của một cuộn dây tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện gây ra nó.

Hệ số tỷ lệ giữa từ thông này và cường độ dòng điện, là cái được gọi là hệ số tự cảm, hay cái gì là giống nhau, độ tự cảm của mạch điện.

Với tỷ lệ giữa cả hai yếu tố, nếu cường độ dòng điện thay đổi theo hàm thời gian, thì từ thông sẽ có hành vi tương tự.

Do đó, mạch thể hiện sự thay đổi trong các biến thể của dòng điện và biến thể này sẽ tăng lên khi cường độ dòng điện thay đổi đáng kể.

Hệ thống tự động có thể được hiểu là một loại quán tính điện từ và giá trị của nó sẽ phụ thuộc vào hình dạng của hệ thống, với điều kiện là tỷ lệ giữa từ thông và cường độ dòng điện được đáp ứng.

Tự cảm lẫn nhau

Độ tự cảm lẫn nhau xuất phát từ cảm ứng của một suất điện động trong một cuộn dây (cuộn dây N ° 2), do sự lưu thông của một dòng điện trong một cuộn dây gần đó (cuộn dây N ° 1).

Do đó, độ tự cảm lẫn nhau được định nghĩa là hệ số tỷ lệ giữa lực điện động được tạo ra trong cuộn dây N ° 2 và sự biến đổi dòng điện trong cuộn dây N ° 1.

Đơn vị đo độ tự cảm lẫn nhau là henry [H] và được biểu diễn trong tài liệu bằng chữ M. Do đó, độ tự cảm lẫn nhau là xảy ra giữa hai cuộn dây được ghép với nhau, vì dòng chảy qua của một cuộn dây tạo ra một điện áp trong các cực của đầu kia.

Hiện tượng cảm ứng của một suất điện động trong cuộn dây được ghép dựa trên định luật Faraday.

Theo định luật này, điện áp cảm ứng trong một hệ thống tỷ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ thông theo thời gian.

Về phần mình, cực tính của suất điện động cảm ứng được đưa ra theo định luật Lenz, theo đó, lực điện động này sẽ chống lại sự lưu thông của dòng điện tạo ra nó..

Tự cảm lẫn nhau bởi FEM

Lực điện động gây ra trong cuộn dây N ° 2 được cho bởi biểu thức toán học sau:

Trong biểu thức này:

EMF: suất điện động [V].

M12: độ tự cảm lẫn nhau giữa cuộn dây N ° 1 và cuộn dây N ° 2 [H].

ΔTôi1: biến thiên hiện tại trong cuộn dây N ° 1 [A].

Δt: biến đổi thời gian [s].

Do đó, bằng cách xóa độ tự cảm lẫn nhau của biểu thức toán học trước, kết quả sau:

Ứng dụng phổ biến nhất của điện cảm lẫn nhau là máy biến áp.

Độ tự cảm lẫn nhau bằng từ thông

Mặt khác, cũng có thể suy ra độ tự cảm lẫn nhau khi có được thương số giữa từ thông giữa cả hai cuộn dây và cường độ dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp.

Trong biểu hiện nói:

M12: độ tự cảm lẫn nhau giữa cuộn dây N ° 1 và cuộn dây N ° 2 [H].

Φ12: từ thông giữa các cuộn dây N ° 1 và N ° 2 [Wb].

Tôi1: cường độ dòng điện qua cuộn dây N ° 1 [A].

Khi đánh giá từ thông của mỗi cuộn dây, mỗi cuộn này tỷ lệ thuận với độ tự cảm lẫn nhau và đặc tính dòng điện của cuộn dây đó. Sau đó, từ thông liên quan đến cuộn dây N ° 1 được đưa ra theo phương trình sau:

Tương tự, từ thông vốn có của cuộn thứ hai sẽ được lấy từ công thức dưới đây:

Bình đẳng của các cuộn cảm lẫn nhau

Giá trị của độ tự cảm lẫn nhau cũng sẽ phụ thuộc vào hình dạng của các cuộn dây được ghép, do mối quan hệ tỷ lệ với từ trường đi qua các mặt cắt ngang của các yếu tố liên quan.

Nếu hình dạng của khớp nối được giữ không đổi, độ tự cảm lẫn nhau cũng sẽ không thay đổi. Do đó, sự biến đổi của dòng điện từ sẽ chỉ phụ thuộc vào cường độ dòng điện.

Theo nguyên tắc có đi có lại của môi trường có tính chất vật lý không đổi, các cuộn cảm lẫn nhau giống hệt nhau, như chi tiết trong phương trình sau:

Nghĩa là, độ tự cảm của cuộn dây số 1 liên quan đến cuộn dây số 2 bằng với độ tự cảm của cuộn dây số 2 so với cuộn dây số 1.

Ứng dụng

Cảm ứng từ là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến thế điện, cho phép tăng và hạ mức điện áp ở công suất không đổi.

Sự lưu thông dòng điện qua cuộn sơ cấp của máy biến áp tạo ra một suất điện động trong cuộn thứ cấp, do đó, dẫn đến sự lưu thông của dòng điện.

Tỷ số biến đổi của thiết bị được tính theo số vòng của mỗi cuộn dây, trong đó khả thi để xác định điện áp thứ cấp của máy biến áp.

Sản phẩm của điện áp và dòng điện (nghĩa là năng lượng) không đổi, ngoại trừ một số tổn thất kỹ thuật do sự không hiệu quả nội tại của quá trình.

Tài liệu tham khảo

1. Tự cảm Mạch RL (2015): Được phục hồi từ: guideesi Internet.files.wordpress.com
2. Chacón, F. Electrotecnia: Nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật điện. Đại học Giáo hoàng Comillas ICAI-ICADE. 2003.
3. Định nghĩa về độ tự cảm (s.f.). Lấy từ: definicionabc.com
4. Điện cảm (s.f.). Sinh thái. Havana, Cuba Lấy từ: ecured.cu
5. Độ tự cảm lẫn nhau (s.f.) .Ecured. Havana, Cuba Lấy từ: ecured.cu
6. Cuộn cảm và cuộn cảm (s.f.). Lấy từ: Physicapractica.com
7. Olmo, M (s.f.). Khớp nối của cuộn cảm. Lấy từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
8. Độ tự cảm là gì? (2017). Phục hồi từ: sectorelectricidad.com
9. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Tự cảm ứng Lấy từ: en.wikipedia.org
10. Wikipedia, Bách khoa toàn thư miễn phí (2018). Điện cảm Lấy từ: en.wikipedia.org