Взаимная индукция. Трансформатор

Рассмотрим два неподвижных контура (1 и 2), расположенных достаточно близко друг от друга (рис). Если в контуре 1 течет ток I ₁, то магнитный поток, создаваемый этим током (поле, создающее этот поток, на рисунке изображено сплошными линиями), пропорционален I ₁. Обозначим через Ф₂₁ ту часть потока, которая пронизывает контур 2. Тогда Ф₂₁=L₂₁I₁, где L₁₂ — коэффициент пропорциональности.

Если ток I ₁ изменяется, то в контуре 2 индуцируется э.д.с. ɛ_i₂, которая по закону Фарадея равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф₂₁, созданного током в первом контуре и пронизывающего второй:

Аналогично, при протекании в контуре 2 тока I ₂ магнитный поток (его поле изображено на рис. штриховыми линиями) пронизывает первый контур. Если Ф₁₂ — часть этого потока, пронизывающего контур 1, то Ф₁₂=L₁₂I₁₂.

Если ток I ₂ изменяется, то в контуре 1 индуцируется э.д.с. ɛ_i₁, которая равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока Ф₁₂, созданного током во втором контуре и пронизывающего первый:

Явление возникновения э.д.с. в одном из контуров при изменении силы тока в другом называется взаимной индукцией. Коэффициенты пропорциональности L ₂₁ и L ₁₂ называются взаимной индуктивностью контуров. Расчеты, подтверждаемые опытом, показывают, что L ₂₁ и L ₁₂ равны друг другу, т. е. L₁₂=L₂₁.

Коэффициенты L ₁₂ и L ₂₁ зависят от геометрической формы, размеров, взаимного расположения контуров и от магнитной проницаемости окружающей контуры среды. Единица взаимной индуктивности та же, что и для индуктивности, — генри (Гн).

Трансформатор — устройство, применяемое для повышения или понижения напряжения переменного тока, основан на явлении взаимной индукции. Простейший трансформатор состоит из двух обмоток, первичной и вторичной. Трансформаторы позволяют значительно повысить напряжение, вырабатываемое источниками переменного тока, и осуществить передачу электроэнергии на дальние расстояния при высоких напряжениях.

Концы первой обмотки присоед. к источнику с ЭДС₁, в ней возникает ток І₁. Этот ток создаёт в сердечнике трансф. переменный магнитный поток Ф, который локализован и пронизывает витки вторичной обмотки. Изменение Ф вызывает появление ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке и ЭДС самоиндукции – в первичной. Ток І₁ первичной обмотки опред. по закону Ома:

ε₁- d/dt(N₁Ф) = I₁R₁ (R1- сопротивление первичной обмотки, N1- кол-во витков вторичной обмотки). ЭДС взаимной индукции = - N2dФ/dt. ЭДС первичной и вторичной противоположны по фазе. Коэффициент трансформации показывает во сколько раз отличается ЭДС обмоток (находится N1/N2). Мощности тока в обмотках примерно одинак. Для трансформатора . Повышающий трансформатор увеличивает эдс, понижает ток, N2/N1 >1. Понижающий уменьш. эдс, повыш. ток, N2/N1 <1. Бывают трансформаторы с 4-5 обмотками. Если 1 обмотка – это автотрансформатор.