Магнитное поле тороидальной катушки
Магнитное поле постоянных токов различной конфигурации изучалось экспериментально французскими учеными Ж. Био и Ф. Саваром (1820 г.). Они пришли к выводу, что индукция магнитного поля токов, текущих по проводнику, определяется совместным действием всех отдельных участков проводника. Магнитное поле подчиняется принципу суперпозиции :
Если магнитное поле создается несколькими проводниками с током, то индукция результирующего поля есть векторная сумма индукций полей, создаваемых каждым проводником в отдельности.
Здесь – расстояние от данного участка Δ до точки наблюдения, α – угол между направлением на точку наблюдения и направлением тока на данном участке, μ0 – магнитная постоянная. Направление вектора 
определяется правилом буравчика: оно совпадает с направлением вращения рукоятки буравчика при его поступательном перемещении вдоль тока. Рис. 1.17.1 иллюстрирует закон Био–Савара на примере магнитного поля прямолинейного проводника с током. Если просуммировать (проинтегрировать) вклады в магнитное поле всех отдельных участков прямолинейного проводника с током, то получится формула для магнитной индукции поля прямого тока:
|
которая уже приводилась в § 1.16.
Закон Био–Савара позволяет рассчитывать магнитные поля токов различных конфигураций. Нетрудно, например, выполнить расчет магнитного поля в центре кругового витка с током. Этот расчет приводит к формуле
|
где – радиус кругового проводника. Для определения направления вектора 
также можно использовать правило буравчика, только теперь его рукоятку нужно вращать в направлении кругового тока, а поступательное перемещение буравчика укажет направление вектора магнитной индукции.
Поясним понятие циркуляции вектора 
Пусть в пространстве, где создано магнитное поле, выбран некоторый условный замкнутый контур (не обязательно плоский) и указано положительное направление его обхода. На каждом отдельном малом участке Δ этого контура можно определить касательную составляющую 
вектора 
в данном месте, то есть определить проекцию вектора 
на направление касательной к данному участку контура (рис. 1.17.2).
Циркуляцией вектора 
называют сумму произведений 
Δ, взятую по всему контуру :
 |
Некоторые токи, создающие магнитное поле, могут пронизывать выбранный контур в то время, как другие токи могут находиться в стороне от контура.
Теорема о циркуляции утверждает, что циркуляция вектора 
магнитного поля постоянных токов по любому контуру всегда равна произведению магнитной постоянной μ0 на сумму всех токов, пронизывающих контур:
|
Теорема о циркуляции в данном примере выражается соотношением:
 |
Теорема о циркуляции в общем виде следует из закона Био–Савара и принципа суперпозиции.
Этот пример показывает, что теорема о циркуляции вектора магнитной индукции 
может быть использована для расчета магнитных полей, создаваемых симметричным распределением токов, когда из соображений симметрии можно «угадать» общую структуру поля.
Имеется немало практически важных примеров расчета магнитных полей с помощью теоремы о циркуляции. Одним из таких примеров является задача вычисления поля тороидальной катушки (рис. 1.17.3).
Предполагается, что катушка плотно, то есть виток к витку, намотана на немагнитный тороидальный сердечник. В такой катушке линии магнитной индукции замыкаются внутри катушки и представляют собой концентрические окружности. Они направлены так, что глядя вдоль них, мы увидели бы ток в витках, циркулирующим по часовой стрелке. Одна из линий индукции некоторого радиуса изображена на рис. 1.17.3. Применим теорему о циркуляции к контуру в виде окружности, совпадающей с изображенной на рис. 1.17.3 линией индукции магнитного поля. Из соображений симметрии ясно, что модуль вектора 
одинаков вдоль всей этой линии. По теореме о циркуляции можно записать:
| ∙ 2π = μ0, |
где – полное число витков, а – ток, текущий по виткам катушки. Следовательно,
|
На рис. 1.17.4 изображено магнитное поле катушки конечной длины. Следует обратить внимание на то, что в центральной части катушки магнитное поле практически однородно и значительно сильнее, чем вне катушки. На это указывает густота линий магнитной индукции. В предельном случае бесконечно длинного соленоида однородное магнитное поле целиком сосредоточено внутри него.
В случае бесконечно длинного соленоида выражение для модуля магнитной индукции можно получить непосредственно с помощью теоремы о циркуляции, применив ее к прямоугольному контуру, показанному на рис. 1.17.5.
Это выражение совпадает с полученной ранее формулой для магнитного поля тонкой тороидальной катушки.
Комаров С. Г., независимый исследователь, электромеханик
Известно множество недействующих конструкций «вечных двигателей», в том числе, с использованием свойств магнитного поля. Автор статьи предлагает любознательным старшеклассникам и опытным исследователям вариант «вечного двигателя» с целью детальнее разобраться в интересном магнитном эффекте, вызываемом неоднородным магнитным полем, а также объяснить себе «ошибочность» некоторых утверждений автора в описании конструкции «вечного двигателя», в том числе, возможно, по результатам собственных экспериментальных определений.
Под выражением « вечное движение – вечный двигатель» естественно подразумевать непрекращающееся движение материального тела без совершения или даже с совершением работы. Общеизвестно, что такого механизма ещё никто построить не смог, хотя попытки изобрести его делались уже давно (которые не прекращаются и в наше время).
Однако непреложно доказано: нельзя создать такой механизм, который вечно двигался бы сам собой. И совершенно безнадёжно трудиться над такой задачей. В каждом таком случае упускается из виду какое-нибудь обстоятельство, которое и нарушает работоспособность построенного механизма.
В то же время, как известно, все крупнейшие научные открытия были сделаны часто в результате случайных наблюдений и даже в ходе нелепых экспериментов, которые нередко производились ради развлечения и удовольствия самих экспериментаторов, поставивших перед собой цель проверить опытным путём назревшие предположения с привлечением лежащих на поверхности фактов и теоретических представлений.
Задача автора статьи состоит в том, чтобы возбудить интерес читателя к отысканию и объяснению обстоятельств, приводящих к неработоспособности предложенного «вечного двигателя», показать полезную информацию о веществах, способных намагничиваться, и называемых магнетиками; об однородном намагничивании магнетика и образовании его элементарными токами соответствующего им поверхностного тока (т. е. появлении на поверхности цельного протяжённого или тороидального магнетика дополнительных ампер-витков, которые добавляются к ампер-виткам намагничивающей катушки), определении указанного поверхностного тока значением намагничения, равного по значению линейной плотности поверхностного тока; об определении напряжённости магнитного поля внутри безграничного магнетика – в тороиде с круговой щелью и внутри замкнутой тороидальной катушки; о преломлении линий индукции первоначально однородного магнитного поля, вступающих в среду с большей магнитной проницаемостью – магнетик (в магнетике линии индукции удаляются от нормали, а следовательно, сгущаются); о складывании в каждой точке над магнетиком его магнитного поля с первоначально однородным магнитным полем по правилу параллелограмма, от чего возникает результирующее поле и может возникать результирующая сила; об определении э. д. с. электромагнитной индукции в катушке, пропорциональной быстроте изменения магнитного потока.
Идея создания «вечного двигателя» требует также необходимости привести некоторые экспериментальные и теоретические обоснования такой якобы возможности, одновременно с представлением конструктивных особенностей данного устройства.
Экспериментально установлено, что если магнитный диполь (например, стержневой магнит цилиндрической формы) поместить в однородное магнитное поле (между полюсами другого – внешнего магнита), то этот диполь будет сам по себе ориентироваться вдоль по полю внешнего магнита, но не будет двигаться вдоль линий однородного магнитного поля, поскольку сила притяжения, действующая на северный полюс диполя, будет уравновешена силой, действующей на южный его полюс (см. также, например, книгу Кл. Э. Суорц «Необыкновенная физика обыкновенных явлений», т. 2, Москва «Наука», 1987, стр. 247 – 248, 333 – 334).
На обозначенных страницах этой книги говорится и о том, что если особая форма полюсных наконечников внешнего магнита обеспечивает получение сильно неоднородного магнитного поля, то на магнитный диполь, находящийся в этом неоднородном магнитном поле, будет действовать смещающая сила вдоль направления линий поля. (Но в этой книге нет примера определения напряжённости магнитного поля в круговой щели тороидального магнетика.).
Посчитаем, что аналогичный эффект будет проявляться и в том случае, если сам магнитный диполь пулеобразной формы (т. е. в виде протяжённого цилиндрического бруска с заострённым конусом на одном конце этого бруска) является источником неоднородного магнитного поля, находящимся в первоначально однородном магнитном поле. При этом будем считать пулеобразный магнит не настолько устойчивым, чтобы величина его магнитного поля не зависела от магнитного поля внутри круговой щели тороидального магнетика или внутри тороидальной катушки.
Пусть, например, на «острие» магнитного диполя пулеобразной формы находится северный магнитный полюс, а на цилиндрическом основании этого диполя – южный магнитный полюс. Поместим диполь в магнитное поле внешнего магнита или тороидальной катушки, которое до внесения в него диполя было однородным, и таким образом, чтобы линии индукции, например тороидальной катушки, «вливались» через определённую площадь кругового торца и часть наружной поверхности в южный полюс диполя, обеспечивая силу притяжения между северным полюсом магнитного поля катушки и южным полюсом диполя.
В таком случае будем считать, что при внесении пулеобразного магнита в магнитное поле, которое до этого было однородным, а магнитная проницаемость этого магнита значительно больше, чем в воздушной или же вакуумной среде – в щели тороида или внутри тороидальной катушки, происходит дополнительное сгущение линий индукции внутри магнита – магнит дополнительно намагничивается, образуя более сильное магнитное поле внутри магнита и, в том числе, на остром его конце. Внешнее поле магнита будет складываться в каждой точке над ним с первоначально однородным магнитным полем по правилу параллелограмма, линии индукции стягиваются к магниту, испытывают на его поверхности преломление и располагаются внутри магнита гораздо гуще. От чего возникает результирующее поле и результирующая сила, приводящая диполь в движение.
Обозначенное объяснение лучше к тому же проверить расширенной практикой, поскольку в печатных публикациях нет сведений о практическом применении такого устройства. Но мы поверим в него однозначно, поскольку решаемся в конечном итоге произвести даже нелепые эксперименты (хотя бы в теоретическом плане).
Возможно, например, изготовить тороид из неэлектропроводного магнетика без гистерезиса, для которого прямая и обратная ветви кривой намагничивания совпадают, – феррита, практически почти полностью теряющего свою намагниченность после снятия намагничивающего поля (в примере, отключения тока в намагничивающей обмотке – катушке, намотанной, например, по всей длине тороида), для которого характерно весьма высокое электрическое сопротивление, а направления индукции В и напряжённости Н магнитного поля совпадают (изотропный магнетик).
Изобразим на рис. 1 такой тороид из магнетика (безграничный магнетик) с узкой круговой щелью внутри его.
Тороидальный магнетик состоит из двух частей, т. е. как бы тороид разрезан в своей плоскости (на рис. 1 показана линия разъёма – разреза тороида в сечении), и поверх тороида намотана катушка для подачи в неё постоянного тока.
Если магнетик не намагничен (тока в катушке нет), то в нём нет и кругового магнитного поля. Это значит, что элементарные (молекулярные) токи расположены в нём беспорядочно, так что суммарное их действие равно нулю. При намагничивании магнетика (постоянным током в катушке, намотанной по всей длине тороида) расположение элементарных токов в магнетике становится частично или полностью упорядоченным. Поэтому намагниченный магнетик можно представить как систему мельчайших ориентированных токов.
Действие всех молекулярных токов, например, в примере цельного (сплошного – без круговой щели) тороида было бы такое же, как действие некоторого поверхностного тока, обтекающего намагниченный магнетик, т. е. на поверхности тороида появились бы дополнительные невидимые ампер-витки, которые добавляются к ампер-виткам намагничивающей катушки с током. Но чему равна напряжённость магнитного поля внутри щели тороидального магнетика?
Намагничевание снаружи магнетика и внутри – в узкой щели магнетика показано на рис. 2.
Магнитное поле можно представить заполненным магнитными линиями, выходящими из северного полюса магнита и входящими в южный полюс. В тороидальном ферромагнитном сердечнике магнитные линии параллельны между собой и замкнуты на себя. Чем больше плотность магнитных линий, тем больше напряжённость магнитного поля. Напряжённость магнитного поля пропорциональна количеству магнитных линий, т. е. магнитной индукции В, которая, как было показано выше, равна произведению магнитной проницаемости материала магнетика и напряжённости магнитного поля Н. Напряжённость Н магнитного поля аналогична механической силе. Она является векторной величиной, т. е. имеет величину и направление.
Напряжённость Н поля внутри щели, параллельной намагничению J, складывается из трёх частей: поля Н0, создаваемого витками намагничивающей катушки, поля Н1 токов на внешней поверхности магнетика и поля Н2 токов на внутренней поверхности магнетика (щели). Т. к. линейная плотность поверхностных токов равна значению вектора намагничения J, то Н1 = Н2 = 4πJ. При однородном намагничивании значение намагничения даёт непосредственно линейную плотность поверхностного тока магнетика, т. е. силу тока на 1 см длины тороида по его средней линии. Поэтому напряжённость Н поля возможно определить по формуле: Н = 4πwi. Здесь w – число витков намагничивающей катушки на единицу длины 1 см, а сила тока i должна измеряться в электромагнитных единицах, при этом Н получается также в электромагнитных единицах (в эрстедах). Если i измерено в амперах, то Н = 0,4πwi эрстед. 1 эрстэд равен 79,58 а / м.
Таким образом, поле в намагничивающей катушке зависит от произведения из силы тока и числа витков на 1 см длины намагничивающей катушки. Это произведение в электротехнике называют числом ампер-витков на сантиметр (а-в / см).
Но токи на внутренней поверхности магнетика (в щели), как показано на рис. 2, имеют противоположное направление, чем токи на внешней его поверхности, поэтому создаваемое ими поле есть Н2 = – 4πJ. (Поле Н1 имеет это же значение, но с положительным знаком). Полная напряжённость поля в щели Н = Н0 + 4πJ – 4πJ = Н0. Т.е. напряжённость магнитного поля внутри безграничного магнетика (в щели) равна напряжённости магнитного поля намагничивающей катушки. При этом катушка, будем считать, намотана по всей поверхности тороида (на рис. 1 катушка намотана на части длины тороида).
Вектор намагничения является основной величиной, характеризующей магнитное состояние вещества – магнетика. При однородном намагничивании магнетика противоположные направления молекулярных токов взаимно компенсируются и остаются только отрезки токов, примыкающие к наружной поверхности магнетика. Поэтому и действие всех молекулярных токов будет такое же, как действие некоторого поверхностного тока, обтекающего намагниченный магнетик. Но при наличии круговой щели в тороидальном магнетике это не так.
Из сказанного выше вытекает метод измерения напряжённости магнитного поля внутри – в щели магнетика. Для этого нужно бы удалить катушку над магнетиком (или, например, создать аналогичную по параметрам катушку) и измерить напряжённость поля, создаваемого катушкой (без магнетика), или же рассчитать напряжённость поля катушки с использованием приведенной выше формулы.
Приведём конкретный пример. Пусть катушка на тороидальном магнетике с круговой щелью имеет 20 витков провода на 1 см длины тороида. w = 20 витков. L = 1 см = 0,01 м. И за счёт напряжения источника тока в катушке обеспечивается ток i = 0,25 а. Тогда с использованием формулы iw = HL находим Н – напряжённость поля. 0,25 · 20 = Н · 0,01. Н = 500 а / м = 5 а / см.
Определим напряжённость Н магнитного поля катушки также по ранее приведенной формуле Н = 0,4πwi. Н = 0,4 · 3,14 · 20 · 0,25 = 6,28 (эрстед). Поскольку 1 эрстед равен 79,6 а / м, то напряжённость Н = 500 а / м = 5 а / см.
Измерение напряжённости магнитного поля, например, керамического магнита обычно производят с применением флюксметра, состоящего из витка проволоки, ориентированного перпендикулярно к магнитному полю и соединённого с баллистическим гальванометром.
Изготовим также стеклянный тороид, который изображён на рис. 3.
При этом поместим внутрь стеклянного тороида пулеобразный магнит и откачаем из этого тороида воздух (для уменьшения сопротивления движению пулеобразного магнита). Радиус тороида (на рис. 3 не показан) – до средней линии тороида значительно больше радиуса сечения тороида.
Сначала намотаем поверх стеклянного тороида катушку из тонкого провода по всей его длине (на рис. 3 показаны лишь несколько витков катушки) и подадим в катушку постоянный ток. Магнитное поле катушки через стекло проникает внутрь стеклянного тороида. Посчитаем, что получится ожидаемый результат: постоянный магнит приходит в движение до тех пор, пока подаётся постоянный ток в катушку. В том числе, очевидно, что с переменой направления постоянного тока в катушке изменяется направление движения постоянного магнита.
Затем смотаем со стеклянного тороида большую часть витков катушки и оставим только несколько её витков на длине этого тороида – порядка половины длины пулеобразного магнита, поместим стеклянный тороид в разъёмный безграничный магнетик (тороид), изображённый на рис. 1, и намотаем по всей длине этого тороидального магнетика катушку. Несколько витков провода на длине стеклянного тороида необходимы для того, чтобы по измерению импульсного напряжения и частоте его появления на этих витках констатировать наличие движения пулеобразного магнита. Продолжим рассуждения.
Подадим в катушку на тороидальном магнетике постоянный ток, который обеспечивал бы в круговой щели тороидального магнетика однородное магнитное поле, если бы в ней не было пулеобразного магнита с неоднородным магнитным полем. При наличии в щели магнетика пулеобразного магнита линии индукции, созданные катушкой с током, взаимодействуя с неоднородным магнитным полем пулеобразного магнита, образуют, считаем, круговое движение магнита в щели магнетика, поскольку внешнее поле магнита будет складываться в каждой точке над ним с первоначально однородным магнитным полем по правилу параллелограмма, линии индукции стягиваются к магниту, испытывают на его поверхности преломление и располагаются внутри магнита гораздо гуще. От чего и возникает результирующее поле и результирующая сила, приводящая диполь в движение.
Обычно считается (что связано с понятием принципа работы силового трансформатора), что для образования в замкнутом тороидальном магнетике кругового магнитного поля не обязательно наматывать катушку по всей длине тороида (как и показано на рис.1), т. е. краевые эффекты при ограниченной длине катушки отсутствуют, и напряжённость поля внутри – в щели магнетика целиком определяется напряжённостью поля намагничивающей катушки.
Если это так (а это именно так), то катушку с током возможно заменить наложенным на тороидальный магнетик постоянным магнитом, поляризующим тороидальный магнетик с кольцевой щелью внутри. А это уже путь к созданию «вечного двигателя», поскольку нет потребности в дополнительной энергии на образование однородного магнитного поля в щели тороидального магнетика, т. е. с применением катушки с током. (Износ движущегося магнита от трения о стеклянный тороид и торможение магнита не учитываем. Не учитываем и тормозящее действие индукционного тока, поскольку отмеченные торможения компенсируются действием энергии поляризации тороидального магнетика. Что не мешает называть движение пулеобразного магнита «вечным движением»).
Пулеобразный магнит, пролетая через вспомогательную катушку, расположенную на стеклянном тороиде, индуцирует в этой катушке импульс тока, при этом индукционный ток в катушке зависит от скорости пулеобразного магнита относительно катушки. Таким образом рассматриваемое устройство одновременно является и генератором электрических импульсов.
Казалось бы представленное обозрение конструкции «вечного двигателя» имеет мало общего с реальностью, но в значении познавательного характера оно, кроме того, учит аналитическому мышлению и способствует развитию творческих способностей начинающих исследователей.
1. Кл. Э. Суорц «Необыкновенная физика обыкновенных явлений», т. 2, Москва «Наука», 1987, стр. 247 – 248, 333 – 334.
2. И. В. Савельев «Курс общей физики» 2, Москва, «Наука», 1966, стр. 109 – 110, 113 – 120.
Катушка индуктивности
Что такое катушка индуктивности
Индуктивность
Любая катушка индуктивности обладает индуктивностью. Индуктивность катушки измеряется в Генри (Гн), обозначается буковкой L и замеряется с помощью LC — метра.
Что такое индуктивность? Если через провод пропустить электрический ток, то он вокруг себя создаст магнитное поле:
В — магнитное поле, Вб
А давайте возьмем и намотаем в спиральку этот провод и подадим на его концы напряжение
И у нас получится вот такая картина с магнитными силовыми линиями:
Грубо говоря, чем больше линий магнитного поля пересекут площадь этого соленоида, в нашем случае площадь цилиндра, тем больше будет магнитный поток (Ф). Так как через катушку течет электрический ток, значит, через нее проходит ток с Силой тока (I), а коэффициент между магнитным потоком и силой тока называется индуктивностью и вычисляется по формуле:
Самоиндукция
Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение.
Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения. Согласно Закону Ома:
U — напряжение в катушке, В
R — сопротивление катушки, Ом
Как мы видим по формуле, напряжение меняется от нуля и до напряжения, подаваемого в катушку, следовательно и ток тоже будет меняться от нуля и до какого то значения. Сопротивление катушки для постоянного тока также постоянное.
И второй феномен в катушке индуктивности заключается в том, что если мы разомкнем цепь катушка индуктивности — источник тока, то у нас ЭДС самоиндукции будет суммироваться к напряжению, которое мы уже подали на катушку.
То есть как только мы разрываем цепь, на катушке напряжение в этот момент может быть в разы больше, чем было до размыкания цепи, а сила тока в цепи катушки будет тихонько падать, так как ЭДС самоиндукции будет поддерживать убывающее напряжение.
Сделаем первые выводы о работе катушки индуктивности при подаче на нее постоянного тока. При подаче на катушку электрического тока, сила тока будет плавно увеличиваться, а при снятии электрического тока с катушки, сила тока будет плавно убывать до нуля. Короче говоря, сила тока в катушке мгновенно измениться не может.
Типы катушек индуктивности
Катушки индуктивности делятся в основном на два класса: с магнитным и немагнитным сердечником. Снизу на фото катушка с немагнитным сердечником.
Но где у нее сердечник? Воздух — это немагнитный сердечник :-). Такие катушки также могут быть намотаны на какой-нибудь цилиндрической бумажной трубочке. Индуктивность катушек с немагнитным сердечником используется, когда индуктивность не превышает 5 миллигенри.
А вот катушки индуктивности с сердечником:
В основном используют сердечники из феррита и железных пластин. Сердечники повышают индуктивность катушек в разы. Сердечники в виде кольца (тороидальные) позволяют получить большую индуктивность, нежели просто сердечники из цилиндра.
Для катушек средней индуктивности используются ферритовые сердечники:
Катушки с большой индуктивностью делают как трансформатор с железным сердечником, но с одной обмоткой, в отличие от трансформатора.
Дроссель
Также есть особый вид катушек индуктивностей. Это так называемые дроссели. Дроссель — это катушка индуктивности, задача которой состоит в том, чтобы создать в цепи большое сопротивление для переменного тока, чтобы подавить токи высоких частот.
Постоянный ток через дроссель проходит без проблем. Почему это происходит, можете прочитать в этой статье. Обычно дроссели включаются в цепях питания усилительных устройств. Дроссели предназначены для защиты источников питания от попадания в них высокочастотных сигналов (ВЧ-сигналов). На низких частотах (НЧ) они используются в фильтрах цепей питания и обычно имеют металлические или ферритовые сердечники. Ниже на фото силовые дроссели:
Также существует еще один особый вид дросселей — это сдвоенный дроссель. Он представляет из себя две встречно намотанных катушки индуктивности. За счет встречной намотки и взаимной индукции он более эффективен. Сдвоенные дроссели получили широкое распространение в качестве входных фильтров блоков питания, а также в звуковой технике.
Что влияет на индуктивность?
От каких факторов зависит индуктивность катушки? Давайте проведем несколько опытов. Я намотал катушку с немагнитным сердечником. Ее индуктивность настолько мала, что LC — метр мне показывает ноль.
Имеется ферритовый сердечник
Начинаю вводить катушку в сердечник на самый край
LC-метр показывает 21 микрогенри.
Ввожу катушку на середину феррита
35 микрогенри. Уже лучше.
Продолжаю вводить катушку на правый край феррита
20 микрогенри. Делаем вывод, самая большая индуктивность на цилиндрическом феррите возникает в его середине. Поэтому, если будете мотать на цилиндрике, старайтесь мотать в середине феррита. Это свойство используется для плавного изменения индуктивности в переменных катушках индуктивности:
1 — это каркас катушки
2 — это витки катушки
3 — сердечник, у которого сверху пазик под маленькую отвертку. Вкручивая или выкручивая сердечник, мы тем самым изменяем индуктивность катушки.
Экспериментируем дальше. Давайте попробуем сжимать и разжимать витки катушки. Для начала ставим ее в середину и начинаем сжимать витки
Индуктивность стала почти 50 микрогенри!
А давайте-ка попробуем расправим витки по всему ферриту
13 микрогенри. Делаем вывод: для максимальной индуктивности мотать катушку надо «виток к витку».
Убавим витки катушки в два раза. Было 24 витка, стало 12.
Совсем маленькая индуктивность. Убавил количество витков в 2 раза, индуктивность уменьшилась в 10 раз. Вывод: чем меньше количество витков — тем меньше индуктивность и наоборот. Индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Давайте поэкспериментируем с ферритовым кольцом.
Отдалим витки катушки друг от друга
Хм, также 15 микрогенри. Делаем вывод: расстояние от витка до витка не играет никакой роли в катушке индуктивности тороидального исполнения.
Мотнем побольше витков. Было 3 витка, стало 9.
Офигеть! Увеличил количество витков в 3 раза, а индуктивность увеличилась в 12 раз! Вывод: индуктивность меняется не прямолинейно виткам.
Если верить формулам для расчета индуктивностей, индуктивность зависит от «витков в квадрате». Эти формулы я здесь выкладывать не буду, потому как не вижу надобности. Скажу только, что индуктивность зависит еще от таких параметров, как сердечник (из какого материала он сделан), площадь поперечного сечения сердечника, длина катушки.
Обозначение на схемах
Последовательное и параллельное соединение катушек индуктивности
При последовательном соединении индуктивностей, их общая индуктивность будет равняться сумме индуктивностей.
А при параллельном соединении получаем вот так:
При соединении индуктивностей должно выполняться правило, чтобы они были пространственно разнесены на плате. Это связано с тем, что при близком расположении друг друга их магнитные поля будут влиять с друг другом, и поэтому показания индуктивностей будут неверны. Не ставьте на одну железную ось две и более тороидальных катушек. Это может привести к неправильным показаниям общей индуктивности.
Резюме
Катушка индуктивности играет в электронике очень большую роль, особенно в приемопередающей аппаратуре. На катушках индуктивности строятся также различные фильтры для электронной радиоаппаратуры, а в электротехнике ее используют также в качестве ограничителя скачка силы тока.
Ребята из Паяльника забабахали очень неплохой видос про катушку индуктивности. Советую посмотреть в обязательном порядке:
