Котушка індуктивності в ланцюзі змінного струму.

Розглянемо ланцюг, що містить в собі котушку індуктивності, і припустимо, що активний опір ланцюгу, включаючи дріт котушки, настільки мало, що їм можна нехтувати. В цьому випадку підключення котушки до джерела постійного струму викликало б його коротке замикання, при якому, як відомо, сила струму в ланцюзі виявилася б дуже великою.

Тобто права, коли котушка приєднана до джерела змінного струму. Короткого замикання в цьому випадку не відбувається. Це говорить про те. що котушка індуктивності чинить опір змінному струму, що проходить по ній.

Який характер цього опору і чим він обумовлюється?

Щоб відповісти мул це питання, пригадаємо самоіндукції. Всяка зміна струму в котушці викликає появу в ній е р с самоіндукції, що перешкоджає зміні струму. Величина е р с самоіндукції прямо пропорційна величині індуктивності котушки і швидкості зміни струму в ній.

Але оскільки змінний струм безперервно змінюється, то безперервно виникаюча в котушці е р с самоіндукції створює опір змінному струму.

Для з'ясування процесів, що відбуваються в цепи змінного струму з котушкою індуктивності, звернемося до графіка. На рис. 11 побудовані графіки, що характеризують відповідно струм в ланцюзі, напругу на котушці та е р с самоіндукції, що виникає в ній.

Переконаємося в правильності проведених на рисунку побудов.

Рис. 11 Ланцюг змінного струму з котушкою індуктивності

З моменту t = 0, тобто з початкового моменту спостереження за струмом, він почав швидко зростати, але у міру наближення до свого максимального значення швидкість наростання струму зменшувалася. В мить, коли струм досяг максимальної величини, швидкість його зміни на мить стала рівною нулю, тобто припинилася зміна струму. Потім струм почав спочатку поволі, а потім швидко убувати і після закінчення другої чверті періоду зменшився до нуля. Швидкість же зміни струму за цю чверть періоду, зростаючи від куля, досягла найбільшої величини тоді, коли струм стане рівним нулю.

З побудов на рис. 12 видно, що під час переходу кривій струму через вісь часу збільшення струму за невеликий відрізок часу t більше, ніж за цей же відрізок часу, коли крива струму досягає своєї вершини.

Рис. 12 Характер змін струму в часі залежно від величини струму

Отже, швидкість зміни струму зменшується у міру збільшення струму і збільшується у міру його зменшення, незалежно від напряму струму в ланцюзі.

Очевидно, і е р с самоіндукції в котушці повинна бути найбільшою тоді, коли швидкість зміни струму найбільша, і зменшуватися до нуля, коли припиняється його зміна.

Дійсно, на графіці крива е р с самоіндукції - e_L за першу чверть періоду, починаючи від максимального значення, впала до нуля (рис. 11).

Впродовж наступної чверті періоду струм від максимального значення зменшувався до нуля, проте швидкість його зміни поступово зростала і була найбільшою в мить, коли струм став рівним нулю. Відповідно і е р с самоіндукції за час цієї чверті періоду, з'явившись знов в котушці, поступово зростала і виявилася максимальною до моменту, коли струм став рівним нулю.

Проте свій напрям е р с самоіндукції змінила на зворотній, оскільки зростання струму в першій чверті періоду змінилося його убуванням в другій чверті.

Продовживши далі побудову кривої е р с самоіндукції, ми переконуємося в тому, що за період зміни струму в котушці та е р с самоіндукції зробить в ній повний період своєї зміни.

Напрям її визначається законом Ленца:

при зростанні струму е р с самоіндукції буде направлена проти струму (перша і третя чверті періоду), а при убуванні струму, навпаки, співпадати з ним по напряму (друга і четверта чверті періоду).

Таким чином, е р с самоіндукції, що викликається самим змінним струмом, перешкоджає його зростанню і, навпаки, підтримує його при убуванні.

Звернемося тепер до графіка напруги на котушці (рис. 11). На цьому графіку синусоїда напруги на затисках котушки зображена рівній і протилежній синусоїді е р с самоіндукції. Отже, напруга на затисках котушки у будь-який момент часу рівна і протилежна е р с самоіндукції, що виникає в ній. Напруга ця створюється генератором змінного струму і йде на те, щоб погасити дію в ланцюзі е р с самоіндукції.

Індуктивний опір позначається через X_L і вимірюється, як і активний опір, в омах.

Індуктивний опір ланцюгу тим більше, чим більше частота джерела струму, що живить ланцюг, і чим більше індуктивність ланцюга. Отже, індуктивний опір ланцюгу прямо пропорціональний частоті струму і індуктивності ланцюга; визначається він по формулі

Форм. 32

де — кругова частота, визначувана добутком .

L — індуктивність ланцюга в гн.

Закон Ома для ланцюга змінного струму, що містить індуктивний опір, звучить так: