Чему равна эдс самоиндукции в катушке. Формула эдс индукции

Новое время - эпоха становления и развития буржуазного общества, зарождения и формирования индустриальной цивилизации. В этот насыщенный событиями исторический период утверждались капиталистические порядки, значительно ускорялась динамика общественных процессов, создавались колониальные империи, и формировалась единая система мирового капиталистического хозяйства. Капитализм, ориентированный на постоянные новации и прогресс служил мощным стимулом для развития общества и по своей сути противоречил духу традиционализма. В этой связи уже на рубеже XV-XVI вв. обозначилась глубокая трансформация западноевропейского общества, получившая название модернизация.

Модернизация - процесс постепенного перехода от традиционного к современному индустриальному обществу и поступательной эволюции самого индустриального общества. Этот процесс имеет всеобъемлющий характер и охватывает все сферы жизнедеятельности общества. Модернизация включает в себя важнейшие явления - аграрную революцию (утверждение рыночных отношений в деревне, переход от экстенсивных к интенсивным методам ведения сельского хозяйства); индустриализацию (механизация всего хозяйственного комплекса, создание системы машин и крупной промышленности); урбанизацию (бурный рост городов, экономическое преобладание города и широкое распространение городского образа жизни); трансформацию социальной структуры общества (утверждение экономического типа и классового характера социальной стратификации); демократизацию политической системы (становление правового государства и гражданского общества); секуляризацию (обмирщение сознания и утверждение научного мировоззрения, освобождение общества от влияния церкви). Выделяются два основных типа модернизации: органическая (первичная) и неорганическая (вторичная). Отмеченным вариантам модернизационных процессов соответствует понятие «эшелонов капитализма».

ХVI-ХVIII вв. были переходным временем, подготовившим развитые западные страны к вступлению в индустриальную эпоху. В этот период первичная модернизация охватила страны т. н. «старого капитализма» или «первого эшелона» капиталистического развития (Голландию, Бельгию, Англию, Францию, Швейцарию, позднее США), в которых буржуазные отношения глубоко проникли во все сферы жизни общества. Для отмеченных стран модернизация носила естественный, объективный характер. Происходившие трансформации имели эволюционную природу, характеризовались органичностью и преемственностью в развитии общественных форм. Это обеспечило относительно гармоничное сочетание традиционных и индустриальных форм социально-экономических отношений.

На протяжении ХVI-ХVIII вв. модернизация, по сути, имела переходное содержание, она создавала основы для строительства будущего индустриального общества. В конце ХVIII-XIX в. модернизационный процесс вступает в зрелую фазу и приобретает уже комплексный, масштабный характер. Он развернулся в полную силу, значительно углубился и затронул более широкий круг европейских стран: Германию, Италию, отчасти Австрию, Россию. Эти страны «второго эшелона» капиталистического развития, вставшие на путь индустриализации только в XIX в., представляли собой уже другой неорганический, вторичный тип модернизации. Процесс утверждения капиталистических отношений носил здесь менее сбалансированный, во многом искусственный характер, осуществлялся «сверху», главным образом за счет реформ, ускоренного развития отдельных сфер индустриального производства. В этих условиях модернизация сопровождалась обострением противоречий между традиционными и привнесенными формами общественных отношений. Отмеченные черты предопределили более значительную роль государства в стимулировании процесса индустриализации. При этом страны «второго эшелона», вступив на путь модернизации позднее, имели возможность не только использовать уже накопившийся здесь опыт, но проводить у себя промышленную революцию и индустриализацию на более высокой технико-технологической основе.

Результатом модернизационного процесса стало формирование нового типа общественной модели - индустриальной цивилизации. Ее отличают такие важнейшие социально-экономические черты как машинизация и автоматизация производства и управления, приоритет науки и высоких технологий, массовое производство товаров на широкий рынок, развитая система разделения труда с высоким уровнем специализации, разветвленные системы транспорта и коммуникаций, высокая степень социальной мобильности и урбанизации, постоянный рост жизненного уровня населения и значительное повышение его социокультуры. С социально-политической стороны индустриальное общество характеризуется эволюцией политической системы в направлении демократизации, утверждения правового порядка и, вместе с тем, усилением государственного начала, а также наличием множества противоречий, проявляющихся, в частности, в обострении социальной напряженности, возрастании экологических проблем, кризисе духовной сферы. Индустриальная цивилизация - первая в истории человечества техногенная по своему характеру общественная система. В основе развития данного общества лежат факторы, связанные с производством, технико-технологическими процессами, экономической занятостью.

Индустриальная цивилизация ведет отсчет с двух эпохальных событий, обозначивших переломный рубеж и давших мощный толчок прогрессивным изменениям в развитии западного общества: промышленной революции - технологического переворота, сопоставимого по своим масштабам и значению с неолитической революцией, и Великой французской революции, разрушившей основы феодального порядка в Европе. Крупнейший современный британский историк Э. Хобсбаум обозначает эти события как «двойственную революцию», вызвавшую непрерывные революционные преобразования в западном обществе на протяжении первой половины XIX в.: «Великая революция 1789-1848 гг. явилась триумфом… капиталистической промышленности... экономики и государства в определенном географическом районе мира (части Европы и некоторых областях Северной Америки), центром которых были соседние государства - Великобритания и Франция. Преобразования 1789-1848 гг. стали по существу двойным переворотом, происшедшим в тех двух странах, и были распространены отсюда по всему миру.

Таким образом, эта двойственная революция может рассматриваться не только как французская политическая и британская промышленная революция... но скорее как двойной кратер довольно значительного действующего вулкана... от этого двойного кратера англо-французской революции, она распространилась по всему свету, а потому ясно, что она приняла форму европейской экспансии и победы во всем мире».

Промышленная революция, проходившая в развитых странах в основном в период с конца ХVIII в. до последней трети XIX в., заложила основы индустриального общества. В обозначенное время шло его становление. Эпицентр индустриальной цивилизации находился в Англии с последующим перемещением на континентальную Европу и в Северную Америку. До середины XIX в. длилась фаза быстрого распространения. В формационном измерении обозначенный этап соответствовал стадии «классического (зрелого, промышленного) капитализма», основанного на принципах свободной конкуренции.

Промышленный переворот был только началом индустриализации, он дал толчок непрерывным технико-технологическим и социально-экономическим изменениям. Уже в 1850-60-х гг., в период завершения промышленной революции, в ведущих странах Запада были созданы условия для нового технологического переворота. Вторая технологическая революция в XIX в. развернулась в последней трети столетия. В современной исторической литературе она обозначена как вторая промышленная революция (в советской историографии - техническая революция). Ее стержневой основой стала энергетика, получившая новый источник - электричество. Теперь ведущие позиции заняла тяжелая индустрия, решающую роль стала играть наука. Машинный век изменил весь образ жизни людей, значительно облегчил труд и быт человека. Вместе с тем появилось и множество новых, доселе неизвестных проблем.

Вторая промышленная революция обусловила бурную индустриализацию в странах Запада и формирование здесь зрелого индустриального общества. Переход западного общества в фазу его расцвета, длившуюся до начала Первой мировой войны, завершает эпоху Нового времени (затем последует фаза заката индустриальной цивилизации и период Новейшего времени).

Новый технологический переворот повлек за собой большие изменения и в формационном плане, вызвав усиление концентрации и централизации производства и капитала, создание акционерных обществ и монополий. В этих условиях капитализм переходит на новую стадию развития: из «классического» он трансформируется в монополистический. В силу своего экспансионистского характера ранний монополистический капитализм получил название империализм.

Формирование индустриального общества привело к заметным переменам в социальной жизни западного общества. Рост социальной мобильности повлек за собой сдвиги в социальной структуре общества, которая стала формироваться на основе классового фактора. Это было связано с тем, что наиболее значимыми социальными характеристиками теперь становятся отношение к собственности и место, занимаемое в системе общественного производства. Вершину социальной иерархии окончательно заняла буржуазия. Рабочий класс, живший за счет продажи своей рабочей силы, стал основным представителем наемного труда. Изменился облик крестьянства, оно дифференцировалось по своему имущественному положению. Сложился значительный слой интеллигенции, поскольку механизированное производство позволяло значительной группе населения выйти из сферы физического труда и заниматься умственной деятельностью. Основой буржуазного общества становится новая социальная группа - средний класс. Вместе с тем индустриальное общество представляло собой биполярное пространство, в нем противостояли два ведущих класса - наемные работники, живущие продажей своего труда, и капиталисты, собственники средств производства. В индустриальном обществе заметно повысился уровень жизни населения, его постоянный рост отмечается уже с середины XIX в.

В процессе модернизации глубоким изменениям подвергалась и политическая система западного общества: утверждалась буржуазная демократия. Ее типичными образцами стали конституционная монархия в Англии и президентская республика в США. В основе буржуазной демократии лежит признание равноправия и свобод всех граждан, правовая защита личных и имущественных прав, политические свободы. В разных странах основные принципы буржуазной демократии менялись в результате острой политической борьбы, отражавшей сдвиги в соотношении социальных и политических сил. Эта борьба проходила в разных формах, мирными либо насильственными методами, путем реформ или революций. Следует отметить, что революция и реформа - это не антиподы, а специфические проявления сложного процесса эволюции. Они диалектически дополняют друг друга, в целом играя сопоставимую по значимости роль в развитии общества на протяжении всей его истории. Выбор инструмента модернизации общества - революция или реформа - зависел от соотношения нового и старого укладов (буржуазных и феодальных элементов), способности правящей элиты к компромиссу с оппозицией, степени радикализации низших слоев и от специфики исторического развития той или иной страны. Образцом эволюционного развития являлась Англия, после XVII в. двигавшаяся путем реформ, революционного - Франция, пережившая в XIX в. три революции. Так или иначе, к концу XIX в. большинство стран Запада заложили основы буржуазной демократии, создали у себя буржуазную государственность.

Модернизация внесла серьезные коррективы и в систему международных отношений: изменился прежний баланс сил между ведущими державами. Англия благодаря своему первенству в индустриальном развитии в середине XIX в. стала «промышленной мастерской мира» и лидирующей мировой державой. В прошлом великая монархия Габсбургов отошла на второй план, вместе с тем аграрная Германия, прежде игравшая роль «европейской деревни», вышла на ведущие позиции в Европе. Франция, несколько веков боровшаяся за гегемонию в Европе, вынуждена была признать превосходство своих конкурентов - Англии, затем и Германии.

Индустриализация оказывала огромное влияние и на духовную жизнь общества, на самого человека. В XIX в. завершился процесс обмирщения сознания западного общества, начало которому положило гуманистическое движение. Западное общество перешло от теологического к рационалистическому мировоззрению, в основе которого лежат индивидуализм, скептицизм, светскость. Религия как интеллектуальный авторитет была вытеснена наукой, ее влияние отныне ограничивалось сферой человеческой души. Научное мировоззрение быстро завоевало всеобщее признание, поскольку было объективно, нейтрально, поддавалось проверке опытом. Наука и разум стали двигателями общественного прогресса. Менялся и сам человек. С одной стороны, он становился динамичным, прагматичным, рациональным, с другой - терял свое духовное содержание и индивидуальность, обезличивался, ощущая себя частью более крупной общности - класса или нации.

Огромные стимулы для развития получило искусство, оно становилось все более «земным». Вместе с тем индустриальное общество нанесло огромный удар по духовной основе общества. Это отмечали уже в начале XX в. представители интеллектуальной элиты. О. Шпенглер в своей работе «Закат Европы» писал о гибели европейской гуманистической культуры под напором технократизма, массовой индустриальной культуры.

Таким образом, модернизация изменила облик западного общества. Она достаточно резко обозначила грань между двумя большими цивилизационными периодами в истории человечества - доиндустриальным и индустриальным. Вслед за изобретением и внедрением машин стали происходить качественные изменения, затронувшие практически все стороны жизни стран Запада: от организации производства и трудового процесса до быта и психологии человека. Благодаря своему экономическому и политическому могуществу западное индустриальное общество отныне утверждало свои культурные ценности и нормы по всему миру. Экономическое преобладание ведущих стран Запада позволило в конце XIX в. завершить процесс колонизации. Отмеченные изменения принесли и положительные и отрицательные результаты и поставили перед человечеством новые проблемы.

Магнитное поле контура, в котором сила тока изменяется, индуцирует ток не только в других контурах, но и в себе самом. Это явление получило название самоиндукции.

Опытным путём установлено, что магнитный поток вектора магнитной индукции поля, создаваемого текущим в контуре током, пропорционален силе этого тока:

где L– индуктивность контура. Постоянная характеристика контура, которая зависит от его формы и размеров, а так же от магнитной проницаемости среды, в которой находится контур. [L] = Гн (Генри,

1Гн = Вб/А).

Если за время dtток в контуре изменится наdI, то магнитный поток, связанный с этим током, изменится наdФ =LdIв результате чего в этом контуре появится ЭДС самоиндукции:

Знак минус показывает, что ЭДС самоиндукции (а, следовательно, и ток самоиндукции) всегда препятствует изменению силы тока, который вызвал самоиндукцию.

Наглядным примером явления самоиндукции служат экстратоки замыкания и размыкания, возникающие при включении и выключении электрических цепей, обладающей значительной индуктивностью.

Энергия магнитного поля

Магнитное поле обладает потенциальной энергией, которая в момент его образования (или изменения) пополняется за счёт энергии тока в цепи, совершающего при этом работу против ЭДС самоиндукции, возникающей вследствие изменения поля.

Работа dAза бесконечно малый промежуток времениdt, в течении которого ЭДС самоиндукциии токIможно считать постоянными, равняется:

. (5)

Знак минус указывает, что элементарная работа совершается током против ЭДС самоиндукции. Чтобы определить работу при изменении тока от 0 до I, проинтегрируем правую часть, получим:

. (6)

Эта работа численно равна приросту потенциальной энергии ΔW п магнитного поля, связанного с этой цепью, т.е.A= -ΔW п.

Выразим энергию магнитного поля через его характеристики на примере соленоида. Будем считать, что магнитное поле соленоида однородно и в основном расположено внутри его. Подставим в (5) значение индуктивности соленоида, выраженное через его параметры и значение силы тока I, выраженное из формулы индукции магнитного поля соленоида:

, (7)

где N – общее число витков соленоида; ℓ – его длина; S – площадь сечения внутреннего канала соленоида.

, (8)

После подстановки имеем:

Разделив обе части на V, получим объёмную плотность энергии поля:

(10)

или, с учётом, что
получим,
. (11)

Переменный ток

2.1 Переменный ток и его основные характеристики

Переменным называется ток, изменяющийся с течением времени и по величине и по направлению. Примером переменного тока может служить потребляемый промышленный ток. Этот ток является синусоидальным, т.е. мгновенное значение его параметров меняются со временем по закону синуса (или косинуса):

i = I 0 sinωt, u = U 0 sin(ωt + φ 0). (12)

Переменный синусоидальный ток можно получить, если вращать рамку (контур) с постоянной скоростью

в однородном магнитном поле с индукцией B (рис.5). При этом магнитный поток, пронизывающий контур, изменяется по закону

где S– площадь контура, α = ωt– угол поворота рамки за время t. Изменение потока приводит к возникновению ЭДС индукции

, (17)

направление которой определяется по правилу Ленца.

Если контур замкнут (рис.5), то по нему идёт ток:

. (18)

График изменения электродвижущей силыи индукционного токаi представлен на рис.6.

Переменный ток характеризуется периодом Т, частотой ν = 1/Т, циклической частотой
и фазой φ = (ωt + φ 0) Графически значения напряжения и силы переменного тока на участке цепи будут представляться двумя синусоидами, в общем случае сдвинутыми по фазе на φ.

Для характеристики переменного тока вводятся понятия действующего (эффективного) значения тока и напряжения. Эффективным значением силы переменного тока называется сила такого постоянного тока, который выделяет в данном проводнике столько же тепла за время одного периода, сколько выделяет тепла и данный переменный ток.

,
. (13)

Приборы, включенные в цепь переменного тока (амперметр, вольтметр), показывают эффективные значения тока и напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям индукционных генераторов тока, и может быть использовано в электромагнитных установках и электрических машинах, таких как двигатели, генераторы, трансформаторы, в частности, в качестве повышающего трансформатора. Технический результат состоит в повышении эдс на выходе за счет использования импульсных напряжений на вторичной обмотке и осуществления конструкции вторичной обмотки, которая бы позволяла производить непосредственный съем с генератора возникающего импульсного напряжения, и одновременно суммарной мощности первичной и вторичной обмоток. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2524387

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям импульсных индукционных генераторов тока.

Назначением данного изобретения является использование импульсного генератора ЭДС самоиндукции для обеспечения импульсного энергопитания различных электромагнитных установок и электрических машин, что позволяет существенно расширить арсенал импульсных источников энергии. Из уровня техники известен «Индукционный синхронный генератор», Заявка RU 9811934 7, опубл. 10.09.2000, МПК H02K 21/14, использующий токи обмотки статора, на якоре которого токи пульсируют, и индуктор (ротор), выполненный защищенным от магнитного поля токов обмотки якоря статора. Позволяет расширить режимы работы генератора. Однако в генераторе присутствуют вращающиеся части, а следовательно, он обладает всеми недостатками таких генераторов, т.е. не решены проблемы, связанные с коммутацией электроэнергии. В предложенной конструкции невозможно получение требуемого высокого напряжения.

Известен «Генератор электрической энергии», заявка RU 9402533 5, опубл. 10.06.1996, МПК H02K 19/16, содержащий составные кольцевые обмотки с сердечником, индукционную катушку и обмотку возбуждения. Позволяет увеличить производительность генератора электрической энергии, уменьшить индуктивное сопротивление статорной обмотки, уменьшить затраты на механическую работу при преобразовании механической энергии в электрическую и повысить КПД. Однако генератор в силу особенностей конструкции не позволяет использовать ЭДС самоиндукции. В генераторе присутствуют вращающиеся части, а, следовательно, он обладает всеми недостатками таких генераторов, т.е. не решены проблемы, связанные с коммутацией электроэнергии.

Известна полезная модель «Комбинированная электромагнитная обмотка», патент RU 96443, опубл. 27.07.2010, МПК H01F 5/00, в которой имеется два или более проводника с выводами, и проводники разделены диэлектриком. Позволяет расширить режимы работы. Однако оба проводника применяются в качестве первичной обмотки, отсутствует вторичная обмотка высокого напряжения, что не позволяет обмотку использовать в трансформаторах высокого напряжения, а также не обеспечивает съем и использование ЭДС индукции от вторичной обмотки.

Наиболее близкой заявкой на изобретение является «Индуктивно-статический способ генерации электрической энергии и устройство для его осуществления», RU 2004124018, опубл. 27.01.2006, МПК H01F 1/00, в соответствии с которым имеется первичная и вторичная обмотки, образующие катушку индуктивности с переходом свободной магнитной энергии в индуктивно-зависимое состояние, и происходит наведение ЭДС индукции и получение уплотнения магнитных потоков, пропорциональное увеличению электрической мощности. Позволяет использовать вторичную обмотку с меньшей на величину уплотнения магнитных потоков индуктивностью, чем достигается пропорциональное уплотнение и увеличение электрической мощности генератора. В способе используют индукционный и, одновременно, статический способы генерации. Однако не предложена конструкция вторичной обмотки генератора, которая позволяет производить непосредственный съем с генератора возникающее импульсное напряжение и ток ЭДС самоиндукции.

Также наиболее близким решением является классическая электрическая схема для проведения опытов по демонстрации электромагнитной индукции при размыкании цепи. Эта схема (устройство) функционально является импульсным генератором ЭДС самоиндукции. В связи с вышесказанным, в качестве прототипа принимаем установку, показанную на чертеже - рис.424 стр.231, учебник: Курс физики, часть вторая, изд. «Наука», Москва 1970 г. Авторы: Л.С. Жданов, В.А. Маранджан.

Однако в классической схеме сердечник из электротехнической стали конструктивно не способен выполнять в устройстве одновременно две функции: электропроводящей обмотки и классического, как на рис.424 прототипа, магнитопровода, т.е сердечника (М) индукционной катушки. Прототип не позволяет производить непосредственный съем и использование ЭДС самоиндукции, возникающей в сердечнике классической индукционной катушки.

Задачей предложенного изобретения является использование импульсных напряжений и осуществление конструкции вторичной обмотки генератора, которая бы позволяла производить непосредственный съем с генератора возникающего импульсного напряжения.

Техническим результатом, который обеспечивает предложенное техническое решение, является существенное расширение арсенала средств для импульсного генерирования и преобразования электроэнергии. Заявленный технический результат обеспечен за счет того, что импульсный генератор ЭДС самоиндукции конструктивно исполнен в виде первичной и вторичной обмоток однофазного повышающего трансформатора в стандартном техническом исполнении (с учетом того, что вторичная обмотка является одновременно функционально электропроводником и магнитопроводом, то предлагается рассматривать представленную конструкцию как простейшую индукционную катушку с сердечником, конструктивно исполненным в виде спиральной катушки с возможностью съема с него ЭДС самоиндукции) и они снабжены двумя или более проводниками, которые разделены диэлектриком и каждый проводник имеет выводы. Генератор отличается тем, что первичная обмотка (проводник) низкого напряжения выполнена спирально-ленточной и имеет по меньшей мере 2 витка, намотанных плотно или с небольшим зазором, виток к витку, лента обмотки выполнена шириной от 120 до 200 мм и толщиной от 1 до 2 мм; вторичная обмотка (проводник) высокого напряжения также выполнена спирально-ленточной, лента обмотки выполнена из электротехнической стали, покрытой электроизоляцией, и имеет по меньшей мере 100 витков, намотанных плотно или с небольшим зазором, виток к витку, лента выполнена шириной от 120 до 200 мм и толщиной не более 0,1 мм. Первичная обмотка электрически соединена с аккумуляторной батареей низкого напряжения через ключ-прерыватель с образованием замкнутой электрической цепи, где вторичная обмотка является одновременно электропроводящей обмоткой и магнитопроводом. При этом витки первичной обмотки расположены снаружи витков вторичной обмотки таким образом, что обе обмотки образуют повышающий трансформатор, в котором вторичная обмотка является индукционной катушкой трансформатора высокого напряжения, обеспечивая электропроводность за счет ленты из электротехнической стали, изолированной внешним слоем изоляции и, одновременно, выполняет функцию сердечника для первичной обмотки, ЭДС снимают посредством проводников, электрически подсоединенных к концам ленты вторичной обмотки, и получают за счет периодического срабатывания ключа-прерывателя, причем обеспечивают за счет частоты срабатывания ключа-прерывателя расчетные импульсное напряжение и ток, возникающие во вторичной обмотке, по формуле

где - где L - индуктивность цепи или коэффициент пропорциональности между скоростью изменения силы тока в контуре и возникающей вследствие этого ЭДС самоиндукции,

- скорость изменения силы тока в электрической цепи

В частных случаях первичная обмотка может быть выполнена из медного или алюминиевого проводника, может иметь 3 витка и более, количество витков ограничено трансформаторным отношением: отношение количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной обмотки, что определяет коэффициент трансформации, т.е. насколько напряжение во вторичной обмотке больше, чем в первичной. Например, аккумуляторная батарея низкого напряжения может быть рассчитана на 12-24 вольт и она является источником постоянного тока. В частности, периодическое срабатывание ключа-прерывателя осуществляют с промышленной частотой переменного тока 50 Гц. При этом частоты могут быть любые технически возможные для осуществления, но лучше 50 Гц, так как ее проще преобразовать либо потреблять с помощью имеющихся стандартных преобразователей или электроприборов. Расчетная ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке обеспечивается, в частности, геометрией контура и магнитными свойствами сердечника для первичной обмотки. Так она может быть выполнена с формой контура, который выполнен круглым с диаметром 150 мм и более, что зависит от коэффициента трансформации, который и определит диаметр вторичной обмотки в зависимости от применяемой толщины электротехнической стали, или круглой спиральной формой. Поскольку вторичная обмотка является обмоткой высокого напряжения и выполнена из электротехнической стали, то это значит, что ее магнитные свойства определены самим материалом (т.е собственно магнитными свойствами электротехнической стали).

Изобретение в наиболее обобщенном виде иллюстрируется чертежами. Конкретное конструктивное исполнение не ограничивается показанными на чертежах вариантами исполнения.

На Фиг.1 показана схема расположения первичной и вторичной обмоток и аккумуляторная батарея с ключом-прерывателем.

На Фиг.2 - показано сечение А-А по соединенным вторичной и первичной обмоткам.

Данное техническое решение иллюстрируется чертежом, который не охватывает всех возможных конструктивных вариантов исполнения представленной схемы подключения.

Устройство Импульсного генератора ЭДС самоиндукции показано на фиг.1 и фиг.2 (в разрезе), и это устройство конструктивно исполнено в виде однофазного повышающего трансформатора (а также конструктивно является простейшей индукционной катушкой), который состоит из первичной (1) спирально-ленточной обмотки (медный или алюминиевый проводник), 2-3 витка толщиной 1-2 мм, шириной 120 мм, подключенной к аккумуляторной батарее (2) низкого напряжения 12-24 в - источник постоянного тока через ключ-прерыватель (3), образующих замкнутую электрическую цепь.

Вторичная спирально-ленточная обмотка высокого напряжения (4) из электротехнической стали, покрытой электроизоляцией, имеет количество витков от 100 и более, толщина ленты 0,1 мм, ширина 120 мм.

Вторичная обмотка (4) из электротехнической стали выполняет в конструкции две функции одновременно: электропроводящей обмотки и магнитопровода.

В качестве электропроводника вторичная обмотка (4) является индукционной катушкой высокого напряжения повышающего трансформатора.

В качестве магнитопровода вторичная обмотка (4) является сердечником для первичной обмотки (2) классической индукционной катушки.

Первичная (1) и вторичной (4) обмотки однофазного повышающего трансформатора и снабжены двумя или более проводниками (5), проводники вторичной обмотки имеют вывод (6) - т.е. ЭДС снимают посредством проводников (5, 6), электрически подсоединенных к концам ленты вторичной обмотки, и получают за счет периодического срабатывания ключа-прерывателя (3). Причем токи, возникающие во вторичной обмотке, рассчитывают по формуле

где L - индуктивность цепи или коэффициент пропорциональности между скоростью изменения силы тока в контуре первичной обмотки (1) и возникающей вследствие этого ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке (2),

- скорость изменения силы тока в электрической цепи первичной обмотки (1) за счет ключа-прерывателя (3).

Периодическое срабатывание ключа-прерывателя (3) осуществляют с промышленной частотой переменного тока 50 Гц. Расчетную ЭДС самоиндукции во вторичной обмотке (4) обеспечивают геометрией контура вторичной обмотки (4) и магнитными свойствами сердечника (4) для первичной обмотки (1).

Форма контура, полученного первичной (1) и вторичной (4) обмотками, в представленном варианте выполнена круглой диаметром 150 мм и более.

Устройство работает следующим образом.

При замыкании ключом (3) электрической цепи первичной обмотки (1) возникает магнитное поле, энергия которого запасается в магнитном поле вторичной обмотки (4).

Размыкание ключа (3) цепи первичной обмотки (1) образует убывающий ток, который по правилу Ленца стремится поддержать ЭДС наведенной индукции вторичной обмотки (4).

В результате запасенная в магнитном поле вторичной обмотки (4) энергия преобразуется в дополнительную энергию тока самоиндукции первичной обмотки (1), запитавшей электрическую цепь вторичной обмотки (4).

В зависимости от количества запасенной в цепи вторичной обмотки (4) магнитной энергии мощность тока самоиндукции может быть различной и определяется по известной формуле:

Таким образом, данным изобретением достигается технический результат, состоящий в том, что конструкция, материал и двойное функциональное назначение вторичной обмотки устройства позволяет снимать и эффективно использовать возникающую ЭДС самоиндукции.

Промышленная применимость предложенного технического решения подтверждается общими правилами физики. Так, эффект самоиндукции описан в учебнике (Л.С. Жданов, В.А. Маранджян, курс физики для средних специальных заведений, ч. 2 электричество, изд. Третье, стереотипное, главная редакция физико-математической литературы, М., 1970 г., стр.231,232,233). Самоиндукция возникает при размыкании цепи, она прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в электрической цепи. В традиционных схемах явление самоиндукции всегда сопровождается возникновением искры, возникающей в месте разрыва цепи. Поскольку в предложенной конструкции нет разрыва электрической цепи во вторичной обмотке (4) благодаря ее конструкции, в зависимости от количества запасенной в этой цепи магнитной энергии, ток размыкания не осуществляет искрение, а переходит в генерированную мощность. Таким образом, в конструкции вторичной обмотки (4) при размыкании цепи постоянного тока в первичной обмотке (1) запасенная в магнитном поле этой цепи энергия превращается в энергию тока самоиндукции в цепи вторичной обмотки (4).

Поскольку электродвижущей силой (ЭДС) называют величину, равную работе сторонних сил, в нашем случае - это изменяющееся магнитное поле первичной катушки (1), отнесенной к единице положительного заряда, это и есть ЭДС, действующая в цепи или на ее участке, в нашем случае - это вторичная обмотка (4). Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами, и размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала и измеряется в тех же единицах. Поэтому векторную величину Е еще называют напряженностью поля сторонних сил. Поле сторонних сил в нашем случае возникает за счет переменного магнитного поля в первичной обмотке (1). Таким образом, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил, т.е. сторонних сил, возникающих в первичной обмотке (1) за счет прерывания электрического поля ключом-прерывателем (3). Данное правило обеспечивает возникновение ЭДС индукции во вторичной обмотке (4). Это физическое явление описано в в учебнике (И.В. Савельев, Курс физики, том 2, электричество, стр.84,85, изд. Второе стереотипное, изд. Наука, главная редакция физико-математической литературы, М., 1966 г.).

Кроме сторонних сил, на заряд действуют силы электростатического поля, которые возникают непосредственно во вторичной катушке (4).

Устройство также использует явление электромагнитной индукции, описанной в (Р.А. Мустафаев, В.Г. Кривцов, учебник, физика, в помощь поступающим в ВУЗы, изд. М., Высшая школа, 1989 г.).

Таким образом, используемая в предложенном изобретении конструкция генератора как устройство позволяет эффективно генерировать, снимать и использовать ЭДС самоиндукции. Таким образом, устройство может быть изготовлено промышленным способом и внедряться в качестве перспективного эффективного импульсного генератора ЭДС самоиндукции, который позволяет расширить арсенал технических средств для импульсного генерирования и преобразования электроэнергии.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Импульсный генератор эдс самоиндукции, конструктивно исполненный в виде однофазного повышающего трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и снабжен двумя или более проводниками, которые разделены диэлектриком, а проводник имеет выводы, отличающийся тем, что первичная обмотка низкого напряжения выполнена спирально-ленточной и имеет по меньшей мере два витка, намотанных плотно или на небольшом расстоянии друг от друга, лента обмотки выполнена шириной 120-200 мм и толщиной 1-2 мм; вторичная обмотка высокого напряжения также выполнена спирально-ленточной, лента обмотки выполнена из электротехнической стали, покрытой электроизоляцией, имеет по меньшей мере 100 витков, намотанных плотно или на небольшом расстоянии друг от друга, лента выполнена шириной 120-200 мм и толщиной не более 0,1 мм, первичная обмотка электрически соединена с аккумуляторной батареей низкого напряжения через ключ-прерыватель с образованием замкнутой электрической цепи, а вторичная обмотка является одновременно электропроводящей обмоткой и магнитопроводом, при этом витки первичной обмотки расположены снаружи витков вторичной обмотки таким образом, что обе обмотки образуют повышающий трансформатор, в котором вторичная обмотка является индукционной катушкой повышающего трансформатора, обеспечивая электропроводность за счет ленты из электротехнической стали, изолированной внешним слоем изоляции, и одновременно выполняет функцию сердечника для первичной обмотки, эдс снимают посредством проводников, электрически подсоединенных к концам ленты вторичной обмотки, и получают за счет периодического срабатывания ключа-прерывателя.

2. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка выполнена из медного или алюминиевого проводника.

3. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что первичная обмотка имеет три витка.

4. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что аккумуляторная батарея низкого напряжения рассчитана на 12-24 вольт и является источником постоянного тока.

5. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что периодическое срабатывание ключа-прерывателя осуществляют с промышленной частотой переменного тока 50 Гц.

6. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что расчетную эдс самоиндукции обеспечивают геометрией контура и магнитными свойствами сердечника для первичной обмотки.

7. Импульсный генератор эдс самоиндукции по п.1, отличающийся тем, что форма контура выполнена круглой диаметром 150 мм и более.

САМОИНДУКЦИЯ

Каждый проводник, по которому протекает эл. ток, находится в собственном магнитном поле.

При изменении силы тока в проводнике меняется м.поле, т.е. изменяется магнитный поток, создаваемый этим током. Изменение магнитного потока ведет в возникновению вихревого эл. поля и в цепи появляется ЭДС индукции.





Это явление называется самоиндукцией.
Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в эл. цепи в результате изменения силы тока.
Возникающая при этом ЭДС называетсяЭДС самоиндукции

Замыкание цепи





При замыкании в эл. цепи нарастает ток, что вызывает в катушке увеличение магнитного потока, возникает вихревое эл. поле, направленное против тока, т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока в цепи (вихревое поле тормозит электроны).
В результатеЛ1 загорается позже, чем Л2.

Размыкание цепи





При размыкании эл.цепи ток убывает, возникает уменьшение м.потока в катушке, возникает вихревое эл.поле, направленное как ток (стремящееся сохранить прежнюю силу тока) , т.е. в катушке возникает ЭДС самоиндукции, поддерживающая ток в цепи.
В результате Л при выключенииярко вспыхивает.

Вывод

в электротехнике явление самоиндукции проявляется при замыкании цепи (эл.ток нарастает постепенно) и при размыкании цепи (эл.ток пропадает не сразу).

От чего зависит ЭДС самоиндукции?

Эл. ток создает собственное магнитное поле. Магнитный поток через контур пропорционален индукции магнитного поля (Ф ~ B), индукция пропорциональна силе тока в проводнике
(B ~ I), следовательно магнитный поток пропорционален силе тока (Ф ~ I).
ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения силы тока в эл. цепи, от свойств проводника
(размеров и формы) и от относительной магнитной проницаемости среды, в которой находится проводник.
Физическая величина, показывающая зависимость ЭДС самоиндукции от размеров и формы проводника и от среды, в которой находится проводник, называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью.





Индуктивность - физ. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду.
Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф - магнитный поток через контур, I - сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Индуктивность катушки зависит от:
числа витков, размеров и формы катушки и от относительной магнитной проницаемости среды
(возможен сердечник).

ЭДС самоиндукции препятствует нарастанию силы тока при включении цепи и убыванию силы тока при размыкании цепи.

Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией.
Откуда она берется? Источник тока, включенный в эл. цепь, обладает запасом энергии.
В момент замыкания эл. цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля.

Энергия магнитного поля равнасобственной энергии тока.
Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи.

Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока.
Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? - выделяется (при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

ВОПРОСЫ К ПРОВЕРОЧНОЙ РАБОТЕ
по теме "Электромагнитная индукция"