인덕턴스

일반적으로 코일 형태의 인덕터는 많은 회로 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 그들의 목적은 정상 상태 전류가 흐를 때 자기 에너지를 저장하는 것입니다.

폐쇄 회로를 형성하는 루프에서 변화하는 자기장은 전류를 구동하는 기전력을 유도합니다. 이러한 현상을 전자기 유도라고 합니다. 인덕터는 단순히 와이어 코일이며 단자 양단의 전압을 자체 자기장의 변화와 관련시키는 자체 인덕턴스의 특성을 가지고 있습니다.

이 비디오에서는 인덕턴스의 개념을 설명한 다음 막대 자석과 코일을 사용한 유도 실험을 보여줍니다. 마지막으로, 현재 인덕터의 몇 가지 응용 분야에 대해 검토하겠습니다.

자속은 영역을 통과하는 자기장의 양으로 생각할 수 있습니다. 영역 A에 수직인 균일한 자기장 B의 경우 자속 파이는 단순히 둘의 곱입니다. 패러데이의 유도 법칙에 따르면 와이어 루프에서 변화하는 자속은 루프를 따라 기전력 또는 EMF를 생성합니다. 이 EMF는 시간 경과에 따른 자속 변화율의 음수와 같습니다.

자속의 변화율은 유도 기전력의 극성을 결정합니다. 패러데이의 법칙에 대한 표현식에서 음의 부호는 시간이 지남에 따라 자기장이 감소하면 EMF가 양수임을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 증가하면 EMF는 음수입니다. 루프가 폐쇄 회로일 때 유도된 EMF는 전류를 구동하여 자체 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 오른손 법칙에 의해 주어진 방향을 가지고 있습니다. 오른손의 손가락이 루프의 전류 방향을 따라 말리면 오른손의 엄지 손가락이 생성 된 자기장의 방향을 가리 킵니다. 유도 전류는 외부 자기장의 변화율에 반대되는 자기장을 생성하는 방향으로 흘러야 합니다.

예를 들어, 이 자석의 자기장은 단일 와이어 루프를 통해 위쪽을 가리킵니다. 자석을 루프에서 멀리 이동하면 루프를 통한 자기장 강도가 감소합니다. 아래쪽을 가리키는 벡터로 표시되는 자속의 변화는 그림과 같이 전류를 시계 반대 방향으로 구동하는 양의 EMF를 유도합니다. 오른손 법칙에 따라 전류는 감소하는 자기장 또는 플럭스에 반대하기 위해 루프 내에서 위를 가리키는 자기장을 생성합니다. 대조적으로, 자석을 루프 쪽으로 움직이면 자기장이 증가합니다. 자속의 변화는 위쪽을 가리키는 벡터로 표시됩니다. 이 경우 전류를 시계 방향으로 구동하는 음의 EMF를 유도합니다. 오른손 법칙에 따라 이 방향의 전류는 증가하는 자기장 또는 플럭스에 반대하기 위해 루프 내에서 아래를 가리키는 자기장을 생성합니다.

이제 루프에서 솔레노이드로 이동해 보겠습니다.이 솔레노이드는 공기 또는 자성 물질의 코어 주위에 감긴 여러 개의 와이어 루프입니다. 전기 회로에서 일반적으로 사용되는 인덕터입니다. 전류가 솔레노이드를 통해 흐르면 인덕터 내부에 자기장이 생성됩니다. 이 자기장의 방향은 오른손 법칙에 의해 주어집니다. 이 자기장은 차례로 자기장의 방향과 같은 방향으로 자속을 생성하며 이 자속의 양은 전류에 비례합니다. 따라서 전류가 시간에 따라 변하면 자속도 변합니다. 패러데이의 법칙에 따라 변화하는 플럭스는 유도 전류의 자기장이 원래 플럭스의 변화에 반대하도록 코일을 통해 전류를 구동하는 전압을 유도합니다. 다양한 전류에 대한 응답으로 자체 단자를 가로지르는 이러한 전압 유도 현상을 자체 유도라고 하며, 솔레노이드를 가로지르는 총 유도 전압은 단일 루프의 EMF를 곱한 회전 수 N입니다.

지금까지 기초를 설명했으니, 물리학 연구실에서 전자기 유도를 공부하는 방법을 알아보겠습니다.

다음 모든 실험은 전류 흐름의 방향에 따라 영점의 오른쪽 또는 왼쪽으로 편향되는 바늘이 있는 아날로그 바이폴라 전류계를 사용합니다.

먼저 중공 코어가 있는 솔레노이드, N극과 S극이 명확하게 표시된 막대 자석, 아날로그 바이폴라 전류계를 얻습니다. 그런 다음 솔레노이드를 전류계에 연결하십시오. 첫 번째 시도의 경우 자석의 북극을 전류계의 음극 단자에 연결된 솔레노이드 끝에 삽입하십시오. 전류계를 관찰하고 극성과 바늘 편향의 대략적인 크기를 기록합니다. 솔레노이드에서 자석을 당겨 빼내고 전류계 바늘의 편향의 극성과 대략적인 크기를 기록합니다.

이제 자석을 돌려 전류계의 음극 단자에 연결된 솔레노이드 끝에서 남극을 삽입 및 제거합니다. 자석의 남극을 코일에 삽입한 다음 먼저 첫 번째 시도보다 더 천천히 그리고 더 빨리 제거하여 이 실험을 반복합니다. 북극이 가까이 이동하여 솔레노이드에 들어가면 전류계의 순간적인 양의 편향을 일으키는 전류를 유도합니다. 북극이 솔레노이드에서 제거되면 처짐은 음수입니다. 자석의 방향을 바꾸면 전류계 응답도 반전됩니다.

마지막으로, 이동 속도는 시간에 따른 자기장의 변화에 영향을 미치며, 이는 유도 전압과 전류를 결정합니다. 느린 움직임은 더 적은 전류와 더 작은 판독을 유도하고 더 빠른 움직임은 더 많은 전류와 더 큰 판독을 유도합니다.

자체 인덕턴스 실험의 경우 그림과 같이 전구, 인덕터 코일, 전압 공급이 양극 1볼트로 설정, 스위치 및 아날로그 전류계를 연결합니다. 전류가 흐르지 않도록 스위치를 연 상태에서 회로를 조립하십시오.

스위치를 닫아 볼륨을 연결하십시오.tage 소스를 전구와 인덕터 코일 모두에 연결합니다. 희미하게 켜져 있는 것처럼 보이는 전구를 관찰하십시오. 스위치를 열어 vol을 분리하십시오.tage 회로에서 공급합니다. 스위치가 열리는 순간 전구와 전류계를 관찰하고 결과를 기록하십시오. 전구가 잠시 밝아지고 전류계가 동시에 양의 판독값을 표시합니다. 이것은 자기 유도로 인해 발생하며 이 짧은 기간 동안 여러 사건이 발생합니다.

처음에는 스위치가 닫히면 코일과 전구를 통해 전류가 흐르지만 코일이 전구에 비해 저항이 낮기 때문에 전구에 비해 코일을 통해 훨씬 더 많은 전류가 흐릅니다. 스위치를 열면 전압 소스가 분리됩니다. 이로 인해 인덕터를 통과하는 전류가 감소합니다.

인덕터를 통한 이러한 전류 변화는 자속의 변화를 일으키고, 이는 다시 원래 전류와 같은 방향으로 흐르면서 감소에 반대하는 과도 전류를 유도합니다. 원래 전류와 과도 전류의 두 가지 조합은 총 인덕터 전류를 생성하고, 이 전류는 이제 전구를 통해 흐르고 잠시 켜지고 동시에 전류계의 편향이 양의 전류를 나타내도록 합니다.

전자기 유도는 최신 장치에 많이 응용되며 물리적 접촉 없이 에너지와 정보를 전달하는 기본적인 방법입니다.

유도는 변압기라고 하는 장치 기능의 핵심 원리입니다. 변압기에는 1차 권선 또는 코일에 연결된 한 쌍의 입력 단자와 2차 권선에 연결된 한 쌍의 출력 단자가 있습니다. 강철, 페라이트 또는 단순히 공기로 구성된 코어는 두 권선을 자기적으로 결합합니다. 한 권선에 전압이 흐르면 전류가 흐르게 되어 자기장이 생성됩니다. 그런 다음 자속 또는 자기장의 밀도는 코어를 통한 2차 권선에 결합되어 전압을 유발합니다. 이 원리를 상호 귀납이라고 합니다.

인덕터의 또 다른 응용 분야는 AC 유도 모터로, 단순성, 견고성 및 신뢰성으로 인해 현대 산업의 주력 제품입니다. 유도 전동기에는 두 가지 주요 부품만 있습니다. 첫 번째는 고정자라고 하는 고정 부품으로, 캐비티 주위의 고정 코일로 구성됩니다. 캐비티에 매달려 있는 것은 로터이며, 이는 바의 원통형 배열을 덮는 한 쌍의 엔드 링입니다. 3상 AC 유도 전동기는 3상 전력을 사용하며 각 위상은 별도의 고정자 코일 세트에 연결됩니다. 코일은 공급된 전력의 각 위상에 대해 하나의 자기장을 생성하는 패턴으로 배열됩니다. 그 결과 "고정자 자기장"이라고 하는 순 자기장이 일정한 속도로 회전합니다.

회전 자속은 변압기가 1차 코일에서 2차 코일로 전력을 전달하는 방식과 유사하게 회전자에 전류를 유도합니다. 로터의 막대를 통과하는 전류는 차례로 "유도 로터 자기장"이라고 하는 자체 자기장을 생성합니다. 이 두 필드 사이의 상호 작용은 회전자에 힘을 생성하여 주변의 자석을 따라가는 철 막대처럼 고정자 자기장을 따르게 합니다.

방금 전자기 인덕턴스에 대한 JoVE의 소개를 시청했습니다. 이제 시간에 따라 변하는 자기장이 어떻게 도체에 기전력을 유도하는지, 그리고 그 결과 발생하는 전류가 어떻게 자체 자기장을 생성하는지 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!