Was ist Induktivität?

Als Induktivität bezeichnet man ein idealisiertes Element eines Stromkreises, in dem die Energie eines Magnetfeldes gespeichert ist. Die Speicherung elektrischer Feldenergie oder die Umwandlung elektrischer Energie in andere Energiearten findet darin nicht statt.

Das, was einem idealisierten Element am nächsten kommt – die Induktivität – ist ein reales Element eines Stromkreises – Induktionsspule.

Im Gegensatz zu einer Induktivität speichert eine Induktionsspule auch die Energie des elektrischen Feldes und wandelt die elektrische Energie in andere Energiearten, insbesondere Wärme, um.

Quantitativ wird die Fähigkeit realer und idealisierter Elemente eines Stromkreises, die Energie eines Magnetfelds zu speichern, durch einen Parameter namens Induktivität charakterisiert.

Daher wird der Begriff „Induktivität“ als Name eines idealisierten Elements eines Stromkreises, als Name eines Parameters, der die Eigenschaften dieses Elements quantitativ charakterisiert, und als Name des Hauptparameters einer induktiven Spule verwendet.

Reis. 1. Konventionelle grafische Darstellung der Induktivität

Es wird der Zusammenhang zwischen Spannung und Strom in einer Induktionsspule bestimmt das Gesetz der elektromagnetischen Induktion, woraus folgt, dass bei einer Änderung des magnetischen Flusses, der die Induktionsspule durchdringt, in dieser eine elektromotorische Kraft e induziert wird, die proportional zur Änderungsrate der Flussverkettung der Spule ψ ist und so gerichtet ist, dass der durch verursachte Strom entsteht Es verhindert tendenziell eine Änderung des magnetischen Flusses:

e = — dψ / dt

Die Flussverkettung der Spule ist gleich der algebraischen Summe der magnetischen Flüsse, die ihre einzelnen Windungen durchdringen:

wobei N die Anzahl der Spulenwindungen ist.

Im SI-Einheitensystem werden magnetischer Fluss und Flusskopplung in Weber (Wb) ausgedrückt.

Ein magnetischer Fluss F, der jede der Windungen der Spule durchdringt, kann im Allgemeinen zwei Komponenten enthalten: den magnetischen Fluss für die Selbstinduktion Fsi und den magnetischen Fluss externer Felder Fvp: F – Fsi + Fvp.

Die erste Komponente ist der magnetische Fluss, der durch den durch die Spule fließenden Strom verursacht wird, die zweite wird durch Magnetfelder bestimmt, deren Existenz nichts mit dem Strom in der Spule zu tun hat – das Erdmagnetfeld, die Magnetfelder anderer Spulen usw Permanentmagnete… Wenn die zweite Komponente des magnetischen Flusses durch das Magnetfeld einer anderen Spule verursacht wird, spricht man von magnetischem Fluss der gegenseitigen Induktion.

Der Spulenfluss ψ sowie der magnetische Fluss Φ können als Summe zweier Komponenten dargestellt werden: Selbstinduktionsflusskopplung ψsi und externe Feldflusskopplung ψvp

ψ= ψsi + ψvp

Die in der Induktionsspule induzierte EMF e wiederum kann als Summe der selbstinduzierten EMF, die durch eine Änderung des magnetischen Flusses der Selbstinduktion verursacht wird, und der EMF, die durch eine Änderung des verursacht wird, dargestellt werden magnetischer Fluss von den Feldern außerhalb der Spule:

e = esi + dvp,

Hier ist eu die EMF der Selbstinduktion, evp ist die EMF externer Felder.

Wenn die magnetischen Flüsse der Felder außerhalb der Induktionsspule gleich Null sind und nur der selbstinduzierte Fluss die Spule durchdringt, dann nur EMF der Selbstinduktion.

Die Beziehung des Induktivitätsflusses hängt vom Strom ab, der durch die Spule fließt. Diese Abhängigkeit, Weber genannt – die Ampere-Kennlinie der Induktionsspule, hat im Allgemeinen einen nichtlinearen Charakter (Abb. 2, Kurve 1).

Im Einzelfall, beispielsweise bei einer Spule ohne Magnetkern, kann diese Abhängigkeit linear sein (Abb. 2, Kurve 2).

Reis. 2. Eigenschaften des Weber-Ampere der Induktionsspule: 1 – nichtlinear, 2 – linear.

In SI-Einheiten wird die Induktivität in Henry (H) ausgedrückt.

Bei der Analyse von Schaltkreisen wird normalerweise nicht der Wert der in der Spule induzierten EMF berücksichtigt, sondern die Spannung an ihren Anschlüssen, deren positive Richtung so gewählt ist, dass sie mit der positiven Richtung des Stroms übereinstimmt:

Ein idealisiertes Element eines Stromkreises – die Induktivität – kann als vereinfachtes Modell einer Induktionsspule betrachtet werden, das die Fähigkeit der Spule widerspiegelt, die Energie eines Magnetfelds zu speichern.

Bei einer linearen Induktivität ist die Spannung an ihren Anschlüssen proportional zur Änderungsrate des Stroms. Wenn Gleichstrom durch die Induktivität fließt, ist die Spannung an ihren Anschlüssen Null, daher ist der Widerstand der Induktivität gegenüber Gleichstrom Null.