νέα

Πώς λειτουργούν οι επαγωγείς

Από: Μάρσαλ Μπρέιν

επαγωγέας

Μια μεγάλη χρήση των επαγωγέων είναι να τα ενώνουν με πυκνωτές για να δημιουργήσουν ταλαντωτές. HUNTSTOCK / GETTY IMAGES

Ένας επαγωγέας είναι τόσο απλός όσο μπορεί να γίνει ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα — είναι απλώς ένα πηνίο από σύρμα. Αποδεικνύεται, ωστόσο, ότι ένα πηνίο σύρματος μπορεί να κάνει μερικά πολύ ενδιαφέροντα πράγματα λόγω των μαγνητικών ιδιοτήτων ενός πηνίου.

Σε αυτό το άρθρο, θα μάθουμε τα πάντα για τα πηνία και για ποιο σκοπό χρησιμοποιούνται.

Περιεχόμενα

Βασικά επαγωγέα

Χένρις

Εφαρμογή πηνίου: Αισθητήρες φωτεινών σηματοδοτών

Βασικά επαγωγέα

Σε ένα διάγραμμα κυκλώματος, ένας επαγωγέας φαίνεται ως εξής:

Για να κατανοήσετε πώς μπορεί να λειτουργήσει ένας επαγωγέας σε ένα κύκλωμα, αυτό το σχήμα είναι χρήσιμο:

Αυτό που βλέπετε εδώ είναι μια μπαταρία, ένας λαμπτήρας, ένα πηνίο σύρματος γύρω από ένα κομμάτι σιδήρου (κίτρινο) και ένας διακόπτης. Το πηνίο του σύρματος είναι επαγωγέας. Εάν έχετε διαβάσει Πώς λειτουργούν οι ηλεκτρομαγνήτες, ίσως αναγνωρίσετε ότι το πηνίο είναι ηλεκτρομαγνήτης.

Αν έβγαζες το πηνίο από αυτό το κύκλωμα, αυτό που θα είχες είναι ένας κανονικός φακός. Κλείνεις τον διακόπτη και ανάβει η λάμπα. Με τον επαγωγέα στο κύκλωμα όπως φαίνεται, η συμπεριφορά είναι εντελώς διαφορετική.

Ο λαμπτήρας είναι μια αντίσταση (η αντίσταση δημιουργεί θερμότητα για να κάνει το νήμα του λαμπτήρα να λάμπει — δείτε πώς λειτουργούν οι λαμπτήρες για λεπτομέρειες). Το σύρμα στο πηνίο έχει πολύ χαμηλότερη αντίσταση (είναι απλώς σύρμα), οπότε αυτό που θα περιμένατε όταν ανοίγετε τον διακόπτη είναι η λάμπα να λάμπει πολύ αμυδρά. Το μεγαλύτερο μέρος του ρεύματος θα πρέπει να ακολουθεί τη διαδρομή χαμηλής αντίστασης μέσω του βρόχου. Αυτό που συμβαίνει αντ 'αυτού είναι ότι όταν κλείνετε τον διακόπτη, ο λαμπτήρας καίγεται έντονα και στη συνέχεια γίνεται πιο σκοτεινός. Όταν ανοίγετε το διακόπτη, η λάμπα καίγεται πολύ έντονα και μετά σβήνει γρήγορα.

Ο λόγος αυτής της περίεργης συμπεριφοράς είναι ο επαγωγέας. Όταν το ρεύμα αρχίζει να ρέει για πρώτη φορά στο πηνίο, το πηνίο θέλει να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο. Ενώ το πεδίο χτίζεται, το πηνίο αναστέλλει τη ροή του ρεύματος. Μόλις κατασκευαστεί το πεδίο, το ρεύμα μπορεί να ρέει κανονικά μέσα από το καλώδιο. Όταν ανοίγει ο διακόπτης, το μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο διατηρεί το ρεύμα να ρέει στο πηνίο μέχρι να καταρρεύσει το πεδίο. Αυτό το ρεύμα διατηρεί τη λάμπα αναμμένη για κάποιο χρονικό διάστημα ακόμα κι αν ο διακόπτης είναι ανοιχτός. Με άλλα λόγια, ένας επαγωγέας μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια στο μαγνητικό του πεδίο και ένας επαγωγέας τείνει να αντιστέκεται σε οποιαδήποτε αλλαγή στην ποσότητα του ρεύματος που ρέει μέσω αυτού.

Σκεφτείτε το νερό…

Ένας τρόπος για να οπτικοποιήσετε τη δράση ενός επαγωγέα είναι να φανταστείτε ένα στενό κανάλι με νερό να ρέει μέσα από αυτό και έναν τροχό βαρέος νερού που έχει τα κουπιά του να βυθίζονται στο κανάλι. Φανταστείτε ότι το νερό στο κανάλι δεν ρέει αρχικά.

Τώρα προσπαθείτε να ξεκινήσετε να ρέει το νερό. Ο τροχός κουπιών θα τείνει να εμποδίζει το νερό να ρέει μέχρι να έρθει σε επαφή με το νερό. Εάν στη συνέχεια προσπαθήσετε να σταματήσετε τη ροή του νερού στο κανάλι, ο περιστρεφόμενος τροχός του νερού θα προσπαθήσει να κρατήσει το νερό σε κίνηση έως ότου η ταχύτητα περιστροφής του επιβραδυνθεί και πάλι στην ταχύτητα του νερού. Ένας επαγωγέας κάνει το ίδιο πράγμα με τη ροή ηλεκτρονίων σε ένα σύρμα - ένας επαγωγέας αντιστέκεται σε μια αλλαγή στη ροή των ηλεκτρονίων.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

Χένρις

Η χωρητικότητα ενός επαγωγέα ελέγχεται από τέσσερις παράγοντες:

Ο αριθμός των πηνίων – Περισσότερα πηνία σημαίνει μεγαλύτερη αυτεπαγωγή.

Το υλικό γύρω από το οποίο τυλίγονται τα πηνία (ο πυρήνας)

Το εμβαδόν διατομής του πηνίου – Περισσότερο εμβαδόν σημαίνει μεγαλύτερη αυτεπαγωγή.

Το μήκος του πηνίου – Ένα κοντό πηνίο σημαίνει στενότερα (ή επικαλυπτόμενα) πηνία, που σημαίνει μεγαλύτερη αυτεπαγωγή.

Η τοποθέτηση σιδήρου στον πυρήνα ενός επαγωγέα του δίνει πολύ μεγαλύτερη αυτεπαγωγή από ό,τι ο αέρας ή οποιοσδήποτε μη μαγνητικός πυρήνας.

Η τυπική μονάδα επαγωγής είναι το henry. Η εξίσωση για τον υπολογισμό του αριθμού των κενών σε έναν επαγωγέα είναι:

H = (4 * Pi * #Turns * #Turns * Περιοχή πηνίου * mu) / (Μήκος πηνίου * 10.000.000)

Το εμβαδόν και το μήκος του πηνίου είναι σε μέτρα. Ο όρος mu είναι η διαπερατότητα του πυρήνα. Ο αέρας έχει διαπερατότητα 1, ενώ ο χάλυβας μπορεί να έχει διαπερατότητα 2.000.

Εφαρμογή πηνίου: Αισθητήρες φωτεινών σηματοδοτών

Ας υποθέσουμε ότι παίρνετε ένα πηνίο σύρματος με διάμετρο ίσως 6 πόδια (2 μέτρα), που περιέχει πέντε ή έξι βρόχους σύρματος. Κόβεις μερικές αυλακώσεις σε ένα δρόμο και τοποθετείς το πηνίο στις αυλακώσεις. Συνδέεις έναν μετρητή αυτεπαγωγής στο πηνίο και βλέπεις ποια είναι η αυτεπαγωγή του πηνίου.

Τώρα σταθμεύετε ένα αυτοκίνητο πάνω από το πηνίο και ελέγχετε ξανά την αυτεπαγωγή. Η αυτεπαγωγή θα είναι πολύ μεγαλύτερη λόγω του μεγάλου αντικειμένου από χάλυβα που βρίσκεται στο μαγνητικό πεδίο του βρόχου. Το αυτοκίνητο που είναι σταθμευμένο πάνω από το πηνίο λειτουργεί σαν τον πυρήνα του πηνίου και η παρουσία του αλλάζει την αυτεπαγωγή του πηνίου. Οι περισσότεροι αισθητήρες φωτεινών σηματοδοτών χρησιμοποιούν τον βρόχο με αυτόν τον τρόπο. Ο αισθητήρας δοκιμάζει συνεχώς την αυτεπαγωγή του βρόχου στο δρόμο και όταν η αυτεπαγωγή ανεβαίνει ξέρει ότι περιμένει ένα αυτοκίνητο!

Συνήθως χρησιμοποιείτε ένα πολύ μικρότερο πηνίο. Μια μεγάλη χρήση των επαγωγέων είναι να τα ενώνουν με πυκνωτές για να δημιουργήσουν ταλαντωτές. Δείτε πώς λειτουργούν οι ταλαντωτές για λεπτομέρειες.