Magnetische velden en inductie

Telkens wanneer elektronen door een geleider stromen, zal zich rond die geleider een magnetisch veld ontwikkelen. Dit effect wordt elektromagnetisme genoemd .

Magnetische velden beïnvloeden de uitlijning van elektronen in een atoom en kunnen fysieke kracht veroorzaken tussen atomen in de ruimte, net als bij elektrische velden die kracht ontwikkelen tussen elektrisch geladen deeltjes. Net als elektrische velden kunnen magnetische velden volledig lege ruimte innemen en materie op afstand beïnvloeden.

Veldkracht en veldflux

Velden hebben twee maten:een veld forceren en een veld flux . Het veld forceren is de hoeveelheid "duwen" die een veld over een bepaalde afstand uitoefent. Het veld flux is de totale hoeveelheid, of het effect, van het veld door de ruimte. Veldkracht en flux zijn ruwweg analoog aan respectievelijk spanning ("push") en stroom (flow) door een geleider, hoewel veldflux kan bestaan ​​​​in een volledig lege ruimte (zonder de beweging van deeltjes zoals elektronen), terwijl stroom alleen kan plaatsvinden waar vrije elektronen zijn om te bewegen.

Veldflux kan in de ruimte worden tegengewerkt, net zoals de stroom van elektronen kan worden tegengewerkt door weerstand. De hoeveelheid veldflux die zich in de ruimte zal ontwikkelen, is evenredig met de hoeveelheid toegepaste veldkracht, gedeeld door de hoeveelheid weerstand tegen flux. Net zoals het type geleidend materiaal de specifieke weerstand van die geleider tegen elektrische stroom dicteert, dicteert het type materiaal dat de ruimte inneemt waardoor een magnetische veldkracht wordt gedrukt de specifieke weerstand tegen magnetische veldflux.

Terwijl een elektrische veldflux tussen twee geleiders een accumulatie van vrije elektronenlading binnen die geleiders mogelijk maakt, zorgt een magnetische veldflux ervoor dat een bepaalde "traagheid" zich ophoopt in de stroom van elektronen door de geleider die het veld produceert.

Sterkere magnetische velden met smoorspoelen

Smoorspoelen zijn componenten die zijn ontworpen om van dit fenomeen te profiteren door de lengte van geleidende draad in de vorm van een spoel te vormen. Deze vorm creëert een sterker magnetisch veld dan wat zou worden geproduceerd door een rechte draad. Sommige inductoren zijn gevormd met draad gewikkeld in een zelfdragende spoel.

Anderen wikkelen de draad om een ​​of ander massief kernmateriaal. Soms zal de kern van een inductor recht zijn, en andere keren zal het worden samengevoegd in een lus (vierkant, rechthoekig of cirkelvormig) om de magnetische flux volledig te bevatten. Deze ontwerpopties hebben allemaal een effect op de prestaties en kenmerken van inductoren.

Het schematische symbool voor een inductor, zoals de condensator, is vrij eenvoudig en is niet meer dan een spoelsymbool dat de opgerolde draad vertegenwoordigt. Hoewel een eenvoudige spoelvorm het algemene symbool is voor elke inductor, worden inductoren met kernen soms onderscheiden door de toevoeging van parallelle lijnen aan de as van de spoel. Een nieuwere versie van het spoelsymbool maakt de spoelvorm overbodig ten gunste van meerdere "bulten" op een rij:

Aangezien de elektrische stroom een ​​geconcentreerd magnetisch veld rond de spoel produceert, komt deze veldflux overeen met een opslag van energie die de kinetische beweging van de elektronen door de spoel vertegenwoordigt. Hoe meer stroom in de spoel, hoe sterker het magnetische veld zal zijn en hoe meer energie de inductor zal opslaan.

Omdat inductoren de kinetische energie van bewegende elektronen opslaan in de vorm van een magnetisch veld, gedragen ze zich heel anders dan weerstanden (die eenvoudigweg energie in de vorm van warmte dissiperen) in een circuit. Energieopslag in een inductor is een functie van de hoeveelheid stroom die er doorheen gaat.

Het vermogen van een inductor om energie op te slaan als een functie van stroom resulteert in een neiging om te proberen de stroom op een constant niveau te houden. Met andere woorden, inductoren hebben de neiging om veranderingen te weerstaan in stroom. Wanneer de stroom door een inductor wordt verhoogd of verlaagd, "weerstaat" de inductor de verandering door een spanning te produceren tussen de draden in tegengestelde polariteit ten opzichte van de verandering .

Om meer energie in een inductor op te slaan, moet de stroom erdoorheen worden verhoogd. Dit betekent dat het magnetische veld in sterkte moet toenemen en dat verandering in veldsterkte de overeenkomstige spanning produceert volgens het principe van elektromagnetische zelfinductie.

Omgekeerd, om energie van een inductor vrij te maken, moet de stroom erdoor worden verminderd. Dit betekent dat het magnetische veld van de inductor in sterkte moet afnemen, en die verandering in veldsterkte veroorzaakt zelf een spanningsval van precies de tegenovergestelde polariteit.

Hypothetisch zal een kortgesloten spoel een constante stroomsnelheid behouden zonder externe hulp:

Praktisch gesproken wordt het vermogen van een inductor om zichzelf in stand te houden echter alleen gerealiseerd met supergeleidende draad, aangezien de draadweerstand in elke normale inductor voldoende is om de stroom zeer snel te laten afnemen zonder externe stroombron.

Wanneer de stroom door een inductor wordt verhoogd, laat deze een spanning vallen die tegengesteld is aan de stroomrichting en fungeert als een vermogensbelasting. In deze toestand wordt gezegd dat de spoel oplaadt , omdat er een toenemende hoeveelheid energie wordt opgeslagen in het magnetische veld. Let op de polariteit van de spanning met betrekking tot de stroomrichting:

Omgekeerd, wanneer de stroom door de inductor wordt verminderd, daalt een spanning die de richting van de stroom helpt, en fungeert als een stroombron. In deze toestand wordt gezegd dat de spoel ontlaadt , omdat de opslag van energie afneemt naarmate het energie van zijn magnetische veld afgeeft aan de rest van het circuit. Let op de polariteit van de spanning met betrekking tot de stroomrichting.

Als een stroombron plotseling wordt toegepast op een niet-gemagnetiseerde inductor, zal de inductor aanvankelijk weerstand bieden aan de stroom door de volledige spanning van de bron te laten vallen. Naarmate de stroom begint toe te nemen, zal een sterker en sterker magnetisch veld worden gecreëerd, dat energie van de bron absorbeert. Uiteindelijk bereikt de stroom een ​​maximum niveau en stopt met toenemen. Op dit punt stopt de inductor met het absorberen van energie van de bron en daalt de minimale spanning over de draden, terwijl de stroom op een maximaal niveau blijft.

Naarmate een inductor meer energie opslaat, neemt het stroomniveau toe, terwijl de spanningsval afneemt. Merk op dat dit precies het tegenovergestelde is van condensatorgedrag, waarbij de opslag van energie resulteert in een verhoogde spanning over het onderdeel! Terwijl condensatoren hun energielading opslaan door een statische spanning te handhaven, behouden inductoren hun energie "lading" door een constante stroom door de spoel te handhaven.

Het type materiaal waar de draad omheen is gewikkeld, heeft een grote invloed op de sterkte van de magnetische veldflux (en dus de hoeveelheid opgeslagen energie) die wordt gegenereerd voor een bepaalde hoeveelheid stroom door de spoel. Spoelkernen gemaakt van ferromagnetische materialen (zoals zacht ijzer) stimuleren de ontwikkeling van sterkere veldfluxen bij een bepaalde veldkracht dan niet-magnetische stoffen zoals aluminium of lucht.

Wat is inductie?

De maat voor het vermogen van een inductor om energie op te slaan voor een bepaalde hoeveelheid stroom wordt inductantie genoemd. . Het is niet verrassend dat inductantie ook een maat is voor de intensiteit van weerstand tegen stroomveranderingen (precies hoeveel zelf-geïnduceerde spanning zal worden geproduceerd voor een gegeven stroomveranderingssnelheid). Inductantie wordt symbolisch aangeduid met een hoofdletter "L", en wordt gemeten in de eenheid van de Henry, afgekort als "H."

Smoorspoel vs. Spoel

Een verouderde naam voor een spoel is choke , zo genoemd vanwege het algemene gebruik om hoogfrequente AC-signalen in radiocircuits te blokkeren ("choke"). Een andere naam voor een inductor, die in de moderne tijd nog steeds wordt gebruikt, is reactor , vooral bij gebruik in toepassingen met een groot vermogen. Beide namen zullen logischer zijn nadat je de theorie van wisselstroom (AC) hebt bestudeerd, en vooral een principe dat bekend staat als inductieve reactantie .

BEOORDELING:

• Inductoren reageren op stroomveranderingen door de spanning te laten vallen in de polariteit die nodig is om de verandering tegen te gaan.
• Wanneer een inductor wordt geconfronteerd met een toenemende stroom, fungeert deze als een belasting:creëert spanning terwijl deze energie absorbeert (positief aan de stroomingangszijde en negatief aan de stroomuitgangszijde, zoals een weerstand).
• Wanneer een inductor wordt geconfronteerd met een afnemende stroom, fungeert deze als een bron:het creëert spanning terwijl het opgeslagen energie vrijgeeft (negatief aan de huidige ingangszijde en positief aan de huidige uitgangszijde, zoals een batterij).
• Het vermogen van een inductor om energie op te slaan in de vorm van een magnetisch veld (en bijgevolg veranderingen in stroom tegen te gaan) wordt inductantie genoemd. . Het wordt gemeten in de eenheid van de Henry (H).
• Smoorspoelen waren vroeger algemeen bekend onder een andere term:choke . In krachtige toepassingen worden ze soms reactoren genoemd .

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Inductie werkblad