Výpočet indukčnosti cívky: vzorec

Každý z nás měl problémy s předměty ve škole. Někdo měl problémy s chemií, někým - s fyzikou. Ale i kdyby bylo všechno v pořádku s těmito předměty, pravděpodobně si nepamatuješ, co jsi dostal ve škole. Jedním z těchto témat je elektromagnetismus obecně a výpočet indukčnosti cívky zvláště.

Začneme se ponořit do historie takového jevu jako magnetismus.

Dějiny

Magnetismus začíná jeho historie od starověké Číny a starověkého Řecka. Magnetické železo objevené v Číně bylo poté použito jako kompasová jehla směřující na sever. Tam jsou zmínky o tom čínský císař používal ji během bitvy.

Nicméně až do roku 1820 byl magnetismus považován za fenomén. Veškerá praktická aplikace byla uzavřena tím, že ukázala jehlu kompasu na sever. Nicméně, v roce 1820, Oersted provedl svůj experiment s magnetickou jehlou, ukazující vliv elektrického pole na magnet. Tato zkušenost byla impulsem pro některé vědce, kteří ji věnovali vážně, aby vyvinuli teorii magnetického pole.

Po pouhých jedenácti letech, v roce 1831, objevil Faraday zákon elektromagnetická indukce a představil termín "magnetické pole" fyziků. Tento zákon sloužil jako základ pro vytváření induktorů, o kterém se dnes bude diskutovat.

A než začnete uvažovat o samotném zařízení z těchto cívek, nechte v hlavě obnovit koncept magnetického pole.

Magnetické pole

Tato fráze nás poznává ze školy. Ale mnozí už zapomněli, co to znamená. Přestože si každý z nás pamatuje, že magnetické pole může ovlivňovat objekty, přitahovat je nebo je odpuzovat. Kromě toho má další vlastnosti: například magnetické pole může ovlivňovat elektricky nabité předměty, což znamená, že elektřina a magnetismus jsou úzce propojeny a jeden jev může hladce proudit do jiného. Vědci to už dávno pochopili, a proto začali nazývat všechny tyto procesy společně jedním slovem - "elektromagnetickým jevem". Ve skutečnosti je elektromagnetismus poměrně zajímavým a dosud plně studovaným oborem fyziky. Je to velmi rozsáhlé a znalost, kterou vám zde můžeme představit, je velmi malá část toho, co lidstvo dnes ví o magnetismu.

A teď jdeme přímo k tématu našeho článku. Následující část bude věnována pozornost indukčnosti zařízení přímo.

Co je induktor?

S těmito věcmi jsme stále konfrontováni, ale sotva jim dáváme zvláštní význam. To je rutina pro nás. Vlastně tlumivky se nacházejí dnes téměř v každém zařízení, ale nejpozoruhodnějším příkladem jejich použití jsou transformátory. Pokud si myslíte, že transformátory jsou pouze v napájecích stanicích, pak se velice mýlíte: vaše nabíječka z notebooku nebo smartphonu je také druh transformátoru, jen menší, než je použitý v elektrárnách a distribučních rozvodnách.

Každá cívka se skládá z jádra a vinutí. Jádrem je tyč s dielektrickým nebo feromagnetickým materiálem, na kterém je vinutí navíjeno. Ten je nejčastěji vyroben z měděného drátu. Počet závitů vinutí je přímo spojen s velikostí magnetické indukce výsledné cívky.

Teď, než zvážíme výpočet indukčnosti cívky a vzorce potřebné pro to, promluvme si o tom, jaké parametry a vlastnosti budeme vypočítat.

Jaké parametry má cívka?

Cívka má několik fyzikálních vlastností, které odrážejí její kvalitu a vhodnost pro konkrétní práci. Jednou z nich je indukčnost. Číselně se rovná poměru toku. vytvořeno magnetické pole coil, na velikost tohoto proudu. Indukčnost se měří v Henryho (H) a ve většině případů trvá hodnoty od mikrogenních jednotek až po desítky Henryho.

Indukčnost je možná nejdůležitějším parametrem cívky. Proto není překvapující, že většina lidí ani nemyslí, že existují další veličiny, které mohou popisovat chování cívky a odrážet její vhodnost pro konkrétní aplikaci.

Při výběru induktorů věnuje pozornost také odborníkům odolnost proti ztrátám. Jak lze chápat z této fráze, odráží velikost ztráty elektřiny, ke které dochází v důsledku parazitních účinků, jako je například ohřívání drátů, k němuž dochází podle zákona Joule-Lenze. Je snadné pochopit, že čím je tato hodnota nižší pro cívku, tím lepší je.

Dalším parametrem, který je třeba vzít v úvahu, je kvalita obvodu. Úzce souvisí s předchozím parametrem a představuje poměr reakance k aktivní (odpor vůči ztrátě). Proto je vyšší kvalitativní faktor - tím lépe. Jeho zvýšení je dosaženo výběrem optimálního průměru drátu, materiálu a průměru jádra a počtu vinutí.

Nyní se podívejme blíže na nejdůležitější a nejvíce vzrušující parametr - cívkovou indukčnost.

Něco více o indukčnosti

Tento koncept jsme již zrušili a nyní o tom mluvíme ještě trochu víc. Proč? Koneckonců, musíme vypočítat indukčnost cívky, což znamená, že potřebujeme pochopit, co to je a proč je třeba jej vypočítat.

Indukční cívka je navržena tak, aby vytvořila magnetické pole, a proto má parametry, které popisují její sílu. Tento parametr je magnetický tok. Ale různé cívky mají různé ztráty, když prochází proudem, a tudíž i různá účinnost. V závislosti na průměru drátu a počtu otáček může cívka vytvářet jiné magnetické pole. Proto je nutné zavést takovou hodnotu, která by odrážela vztah mezi velikostí magnetického toku a proudovou silou procházející cívkou. Tento parametr je indukčnost.

Proč potřebujete výpočet indukčnosti?

Na světě je spousta cívek různých typů. Jsou odlišné ve vlastnostech, a proto v aplikacích. Některé jsou používány v transformátorech, jiné, solenoidy, plní roli elektromagnetů s velkou silou. Kromě toho bude spousta aplikací pro induktory. A všichni potřebují různé typy cívek. Jejich vlastnosti se liší. Ale většina těchto vlastností může být spojena s konceptem indukčnosti.

Přiblížili jsme se k vysvětlení toho, co zahrnuje vzorec pro výpočet indukčnosti cívky. Je však třeba si učinit výhradu, že se nejedná o "vzorec", ale o "vzorce", jelikož všechny cívky lze rozdělit do několika velkých skupin, z nichž každá má svůj vlastní oddělený vzorec.

Typy cívek

Funkčně rozlišují konturové cívky, které se používají v radiofyziích, komunikační cívky používané v transformátorech a variometry, tj. Cívky, jejichž výkon se může měnit změnou relativní polohy cívky.

Existuje také typ cívky, jako jsou tlumivky. Uvnitř této třídy je také rozdělení na pravidelné a duální. Mají vysokou odolnost střídavý proud a velmi nízké - konstantní, díky které mohou sloužit jako dobrý filtr, který umožňuje stejnosměrný proud a zpomaluje střídavý proud. Dvojité tlumivky jsou účinnější při vysokých proudech a frekvencích ve srovnání s běžnými.

Výpočty formule

Nastal čas, abychom se dostali k hlavnímu tématu článku. Začneme tím, že vám řekneme, jak vypočítat indukčnost cívky bez jádra. Jedná se o nejjednodušší způsob výpočtu. Ale i zde má své vlastní jemnosti. Vezměte, pro jednoduchost, cívku, jejíž vinutí leží v jedné vrstvě. Pro ni je výpočet jednovrstvé indukčnosti spravedlivý:

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

Zde L je indukčnost, D je průměr cívky v centimetrech, n je počet otáček, l je délka vinutí v centimetrech. Jednovrstvá cívka předpokládá, že tloušťka vinutí nebude větší než jedna vrstva, což znamená, že pro ni platí výpočet ploché indukční cívky. Obecně platí, že většina vzorců výpočtů indukčnosti je velmi podobná: významné rozdíly pouze v koeficientech proměnných v čitateli a jmenovateli. Nejjednodušší je vypočítat indukčnost cívky bez jádra.

Zajímá také vzorec pro výpočet indukčnosti cívky s velkým počtem otáček:

L = 0,08 * D ² * n ² / (3 x D + 9 * b + 10 * c).

Zde b je šířka drátu, c je jeho výška. Tento vzorec je účinný pro výpočet vícevrstvé indukční cívky. Používá se v praxi o málo méně často než ten, který bude popsán níže.

Nejdůležitější je pravděpodobně výpočet indukčnosti cívky s jádrem. Existuje speciální vzorec, který ukazuje, že tato indukčnost je určena materiálem, ze kterého je jádro vyrobeno, nebo spíše jeho magnetickou permeabilitou. Tento vzorec vypadá takto:

L = m * m ₀ * n ² * S / l,
kde m je magnetická permeabilita materiálu jádra, m ₀ je magnetická konstanta (rovná se 12,56 · 10-7 GN / m), S je průřezová plocha cívky, l je délka vinutí.

Výpočet závitů induktoru je velmi jednoduchý: to je počet vodičových vrstev navinutých na jádru.

Zjistili jsme vzorce, a teď trochu o tom, kde přesně tyto vzorce a výpočty mohou být užitečné pro nás.

Praktická aplikace

Tyto vzorce jsou velmi rozšířené kvůli všudypřítomnosti induktorů. Jak jsme již zjistili, existují různé typy cívek, z nichž každá odpovídá její aplikaci. V tomto ohledu je nutné je nějak oddělit podle jejich charakteristik, protože každý průmysl vyžaduje svou vlastní indukčnost a dobrou kvalitu.

V podstatě se výpočet indukčnosti cívky používá ve výrobě a v elektrotechnice. Každý amatérský radiový operátor musí vědět, jak vypočítat indukčnost, jinak jak zjistí, která cívka z obrovského pole je vhodná pro jeho účel a která cívka není.

Máte zájem?

Dnes existuje spousta vědců, kteří se zajímají o magnetismus a magnetické jevy. Studují magnetické i elektrické aspekty látek, snaží se identifikovat vzory a syntetizovat silné magnety s určitými potřebnými vlastnostmi: například s vysokým bodem tání nebo supravodivostí. Všechny tyto materiály mohou být použity v obrovském počtu průmyslových odvětví.

Uveďme příklad s leteckým průmyslem: slibné pro mezihvězdné lety na dlouhé vzdálenosti jsou rakety s iontovými motory, které vytvářejí tlak tím, že vysouvají ionizovaný plyn z trysky. Tahová síla v takovém motoru závisí na teplotě plynu a rychlosti jeho pohybu. V souladu s tím, aby plyn dostal maximální sílu pro zrychlení, potřebujeme velmi silný magnet, který urychluje nabité částice a také má velmi vysokou teplotu tání, aby se neztál, když plyny vystupují z trysky.

Závěr

Znalost není nikdy nadbytečná a vždy někde bude užitečná. Nyní, pokud získáte program pro výpočet indukčnosti cívky, můžete snadno zjistit, proč existují takové vzorce a jaké proměnné v nich znamenají. Tento článek je určen pouze pro vaši informaci a pokud chcete vědět víc, měli byste si přečíst odbornou literaturu (mnoho let studiem magnetických jevů to mnohokrát nahromadilo).