31.4: Индукторы

Индуктор, также известный как катушка индуктивности, - это элемент схемы, созданный для обеспечения определённой индуктивности. Индукторы являются одним из важных элементов схемы, используемых в современной электронике, наряду с резисторами и конденсаторами. Они служат преградой для изменений в токе схемы. Индуктор стремится подавлять изменения тока в переменном токе, которые превышают желаемые. В постоянном токе катушка помогает сохранять постоянный ток несмотря на изменения в приложенной (ЭДС).

Хотя электрическое поле, связанное с эффектом магнитной индукции, является непотенциальной, существует реальная разность потенциалов между выводами индуктора, обусловленная консервативными электростатическими силами.

Одно из обычных применений индуктивности заключается в использовании её в сигнализации светофоров, чтобы определить наличие ожидающих автомобилей на перекрёстке. Электрическая схема с индуктивностью устанавливается под дорогой в месте, где ожидающая машина остановится. Кузов автомобиля увеличивает индуктивность, и изменение цепи передаёт сигнал светофору для смены цвета. Аналогичным образом работают металлодетекторы, используемые для аэропортовой безопасности. Катушка или индуктор в рамке металлодетектора действует как передатчик и приёмник. Импульсный сигнал от передатчика порождает сигнал в приемнике. Любой металлический объект на пути влияет на самоиндукцию цепи. Металлодетекторы могут быть настроены на чувствительность и также обнаруживать наличие металла на человеке.

Катушки также являются важными в светильниках люминесцентного освещения. В таких светильниках газ, заполняющий трубку, ионизируется и светится благодаря току, протекающему от проводки в газ. Чем выше ток, тем сильнее ионизированная плазма и ниже её сопротивление. Если плазме дать достаточно высокое напряжение, можно повредить внешнюю электрическую цепь флуоресцентной лампы. Чтобы предотвратить это, катушка или магнитный балласт подключаются последовательно с флуоресцентной лампой, что предотвращает превышение тока в пределах его лимитов.

Индуктор представляет собой двухконтактный элемент цепи, состоящий из катушек провода. Из-за тока, протекающего в цепи, магнитный поток проходит через катушку индуктивности.

При изменении тока, проходящего через катушку индуктивности, согласно закону Фарадея, создается обратная ЭДС. Это поле представляет собой магнитно-индуцированное неконсервативное электрическое поле.

Поскольку неконсервативное поле не равно нулю только внутри катушки индуктивности, его интеграл по всему контуру может быть заменен на интеграл от одного вывода к другому.

Следовательно, свободные электроны накапливаются на одном из выводов индуктора для создания ненулевого консервативного электрического поля.

Полное электрическое поле является суммой этих двух электрических полей. Если катушка индуктивности имеет пренебрежимо малое сопротивление, испытательный заряд не испытывает внутри никакой силы. Следовательно, общее электрическое поле внутри катушек должно быть равно нулю. Таким образом, неконсервативное электрическое поле в этом интеграле может быть заменено отрицательным от консервативного электрического поля.

Этот интеграл представляет собой разность потенциалов между выводами катушки индуктивности, которая задается по этой формуле.