AUTOINDUCTIA

AUTOINDUCTIA

I. Intre anii 1820-1831, Michael Faraday a cautat sa descopere producerea curentului electric sub actiunea campului magnetic.

Experienta cruciala a lui M. Faraday (fig 1), care prefigure transformatorul de mai tarziu a fost efectuata in felul urmator: pe un cilindru de lemn a infasurat doua bobine, B1 legata la un galvanometru si B2 la o baterie. A observat ca in bobina B1 aparea un curent numai atunci cand intrerupatorul K inchidea sau deschidea circuitul bobinei B2.

Observatii:

a)curentul aparut prin B1 disparea chiar daca prin B2 circula curent, deci exista un camp magnetic ale carui linii intersectau bobina B1.

b) curentul prin B1 avea un sens la inchiderea circuitului bobinei B2 si un alt sens la dechiderea circuitului.

Curentul aparut in B1 a fost numit curent indus.

Analizand curentul indus in B1, s-a constat 919r171j at ca la inchiderea circuitului, cand se stabileste un camp magnetic, b fig 1 sensul curentului indus este astfel incat campul magnetic creat de el are sens invers campului magnetic din B2. La deschiderea circuitului, deci la disparitia campului magnetic din circuitul bobinei B2, sensul curentului indus este astfel incat campul creat de el are acelasi sens cu cel care dispare. Fenomenul observat a fost numit "inductie elecromagnetica".

Se pune intrebarea daca curentul indus apare si in cazul cand fluxul magnetic variabil, care intersecteaza circuitul, este produs de variatia curentului din circuitul propriu.

Reluand experimentul lui Faraday, se constata ca in momentul stabilirii curentului in bobina inductoare B2, are loc o crestere a fluxului magnetic care se transmite in bobina B1. Conform legii lui Lenz, in aceasta apare un curent indus, al carui camp magnetic creste, dar in sens contrar celui din bobina inductoare. Daca I₂ (intensitatea curentului din bobina inductoare) si Φ₁ (fluxul in bobina 1) produs de campul creat de I₂ =>

Φ₁ = M₁₂ x I₂. Prin variatia lui Φ₁ apare un circuit o tensiune

e₁ = - Δ Φ₁ / Δ t = - M₁₂ x Δ I ₂ / Δ t

Daca prin bobina B1 trece curentul I₁, atunci datorita variatiei fluxului in bobina B2 (Φ₂ = M₂₁ x I₁) apare o tensiune

e₂ = - M₂₁ x Δ I ₁ / Δ t

Experimental, s-a constatat ca M₁₂ = M₂₁ = M daca bobinele sunt suficient de aproape una de alta.

Fenomenul de aparitie a unei tensiuni induse in bobinele prin care trece un curent electric datorita variatiilor acestuia este numit autoinductie. El poate fi pus in evidenta folosind circuitul compus din: miez de fier in forma de U, bobina, doua becuri, generator de tensiune electromotoare continua, un intrerupator, bec cu neon, conductoare de legatura.

fig 2

Cu acest montaj se pot face urmatoarele observatii

a) se inchide intrerupatorul si se observa intensitatea luminoasa a celor doua becuri.

b) se observa becurile la inchiderea si deschiderea intrerupatorului.

c) se desurubeaza becul B2 si se observa becul cu neon B la inchiderea si deschiderea intrerupatorului.

d) se poate lega un reostat in serie cu generatorul de t.e.m continua si se observa becurile B1 si B2 cand se deplaseaza pozitia cursorului reostatului.

Pe baza observatiilor se pot sintetiza concluziile:

se interpreteaza fenomenul pe baza principiului transformarii si conservarii energiei mecanice

se stabilesc legile fenomenului de auoinductie

La inchiderea circuitului, B2 se aprinde putin mai tarziu

Desuruband B1 se aprinde B2 si la intreruperea circuitului se aprinde becul cu neon (becul cu neon are tensiunea de aprindere de 60-70V).

Se desurubeaza B2, iar B neon lumineaza pentru scurt timp doar la deschiderea lui K. Daca se ating capetele neizolate ale bobinei, la deschiderea lui K se observa licarirea becului cu neon si se simte un soc electric rezulta ca in propriul circuit apare o tensiune indusa mai mare deoarece energia consumata la inchiderea circuitului pentru stabilirea curentului a fost inmagazinata in campul magnetic creat de bobina (diferit de efectul Joules). La intreruperea curentului, energia inmagazinata este eliberata in circuit, furnizand "coada" curentului la inchidere.

II. Fenomenul de autoinductie poate fi vizualizat realizand circuitul din fig 3

fig 3

fig 4

Intensitatea curentului prin rezistorul R la inchiderea intrerupatorului are aspectul de pe ecran (fig 4).

Apropiind sau indepartand miezul de fier, se observa modificarea semnalului.

III. Fenomenul de autoinductie in practica:

a) Prezenta fenomenului de autoinductie poate fi observat la:

aparitia scanteilor la aprinzatoarele electrice (explicata datorita tensiunilor autoinduse ridicate)

producerea scanteilor la troleul tramvaiului, troleibuzului, locomotivei electrice, intrerupatorul din circuitul unui motor electric

Tensiunile autoinduse ating valori periculoase cand curentul isi schimba sensul de zeci de ori pe secunda (curentul alternativ).

Pentru a elimina tensiunile autoinduse periculoase, se folosesc condensatoare electrice conectate in paralel cu intrerupatorul circuitului care contine bobinaje sau se folosesc infasurari bifilare bobinate cu doua fire conductoare izolate, dar unite la capete. Deoarece in aceste infasurari curentii sunt opusi, campul magnetic va fi nul.

b) Curentii Foucault sunt curenti indusi ce iau nastere in mase metalice care se afla in campuri magnetice variabile sau se misca in campuri consolate.

Daca intre polii unui electromagnet puternic, se lasa sa penduleze o placa metalica, oscilatiile ei se amortizeaza imediat. Inlocuind-o cu una crestata oscilatiile ei se amortizeaza lent. Osciland, placa, intersecteaza liniile campului magnetic si in ea se nasc curenti indusi care se inchid in cercuri ce inconjoara liniile campului magnetic.

Curentii Foucault in tehnica:

Curentii turbionari sunt folositi pentru posibilitatea de frânare electromagnetica, la amortizarea oscilatilor acului indicator al instrumentelor de masura, la reglarea mersului uniform al discului contorului electrice

2. Formarea curentilor Foucault în conductoare masive are ca urmare încalzirea puternica a acestora. Fenomenul se poate ilustra lasând sa treaca un curent alternativ timp de un minut printr-o bobina cu miez masiv de fier. Bara se încalzeste.

Acest fenomen se foloseste la calirea pieselor, la topirea metalelor etc.

Procesul de încalzire a conductoarelor masive este însa daunator în multe cazuri. Astfel, nu este permisa încalzirea miezurilor transformatoarelor, al masinilor rotative, al bobuinelor. Pentru a se evita aparitia curentilor turbionari de intensitate mare, se construiesc miezuri din placisubtiriizolate între ele. Întrucât crestereara rezistivitati materialului este importanta pentru diminuarea intensitatii curentilor turburari, tolele se fabrica din fier cu siliciu.

Substantele feromagnetice utilizate pentru miezurile bobinelor de înalta frecventa au rezistivitate mare.

BIBLIOGRAFIE:

Compendiu de fizica, Editura Stiintifica Si Enciclopedica Bucuresti 1988

Manual de fizica clasa a X-a, Editura All, Constantin Mantea, Mihaela Garabet

Lucrari experimentale de fizica pentru liceu, Editura Didactica Si Pedagocica Bucuresti 1972, Lidia Panaiotu si Iunian Chelu

INTERNET