Індуктивність у колі змінного струму
Індуктивність у колі змінного струму
Досліди показують, що індуктивність також впливає на силу змінного струму, тобто чинить певний опір Цьому струмові. Складемо коло з котушки індуктивності з малим активним опором і амперметра, приєднаємо його до джерела постійного струму. Амперметр покаже, що струм певний час наростає, а потім стає постійним і великої сили
Якщо тепер це саме коло приєднати до джерела змінної напруги, діюче значення якої дорівнює напрузі джерела постійного струму, то амперметр покаже дуже слабкий струм.
Це свідчить про те, що котушка індуктивності чинить змінному струмові великий опір.
Пояснюється це явищем самоіндукції. Змінний струм створює навколо котушки змінне магнітне поле, тобто котушка перебуває у власному змінному магнітному полі. А ми знаємо, що при всякій зміні магнітного поля виникає вихрове електричне поле, яке протидіє причині, що його викликала (правило Ленца).
У першій чверті періоду вихрове електричне поле гальмує рух електронів і тим самим протидіє зростанню сили струму в колі; в другій - зменшенню сили струму; в третій - зростанню сили струму, але вже в протилежному напрямі, і, нарешті, в четвертій чверті індуковане вихрове поле протидіє зменшенню сили струму в колі.
Таким чином, при проходженні змінного струму через котушку індуктивності внаслідок самоіндукції виникає вихрове електричне поле, яке протидіє дії поля генератора. Вихрове електричне поле і є причиною опору котушки індуктивності змінному струмові.
Припустимо, що ми приєднали до генератора змінного струму котушку індуктивності. Активним опором генератора і котушки поки що нехтуємо. Оскільки в колі змінюється сила струму, то в котушці індукується ЕРС самоіндукції:
При зміні сили струму за гармонічним законом ЕРС самоіндукції буде дорівнювати
У будь-який момент часу миттєве значення напруги генератора дорівнює ЕРС самоіндукції, взятій із зворотним знаком, тобто , або
З рівняння випливає, що коливання напруги на котушці випереджають коливання струму струму на або, що те ж саме, коливання сили струму відстають від коливань напруги на
. В момент, коли напруга на котушці досягає максимуму, сила струму дорівнює нулю, і, навпаки, коли напруга дорівнює нулю, сила струму досягає максимуму.
Зверніть увагу на те, що під час проходження змінного струму в колі з ємністю коливання сили струму випереджають коливання напруги за фазою на а при проходженні в колі з індуктивністю, навпаки, коливання сили струму відстають за фазою на
від коливань напруги на котушці індуктивності. Це дуже важлива обставина. З нею зв'язане цікаве і важливе явище резонансу в електричних колах, з яким ми ознайомимося трохи пізніше.
Перепишемо вираз для амплітуди напруги у вигляді, аналогічному до закону Ома:
Якщо позначити і замість амплітудниих значень використати діючі значення струму та напруги, отримаємо: