Indukční reaktance ve střídavém obvodu
Indukční reaktance ve střídavém obvodu je způsobena přítomností induktorů, které se používají k získání požadovaných charakteristik elektronických obvodů. Hlavní vlastností indukčnosti je schopnost transformovat elektrickou energii na energii magnetického pole (MF). Nekonstantní proud (měnící se v čase) v cívce je zdrojem magnetického toku, jehož tok přes oblast cívky generuje EMF, který zpomaluje nárůst proudu, to znamená, že poskytuje odpor. Tento typ odporu se nazývá indukční. Hlavní číselný parametr charakterizující vlastnosti indukčnosti se nazývá indukční koeficient a označuje se písmenem L.
Vztah mezi indukčností a vlastní indukčností
Objevitelé samoindukce
Fenomén samoindukce byl objeven díky výzkumu dvou vynikajících vědců – Brita Michaela Faradaye (1791-1867) a Američana Josepha Henryho (1797-1878).
V roce 1831 M. Faraday experimentálně objevil vzhled samoindukčního EMF změnou magnetického toku pohybem permanentního magnetu uvnitř cívky.
D. Henry paralelně s M. Faradayem poprvé objevil podobný efekt v roce 1832, ale v jeho experimentu EMF vzniklo v důsledku poklesu nebo zvýšení proudu. Časově proměnný proud byl zdrojem magnetického pole, které vytvořilo alternativní, střídavý (magnetický) tok, který inicioval samoindukční EMF. Oba výzkumníci téměř současně objevili stejný fyzikální efekt, který se stal základem moderních elektrických zařízení.
Americký badatel D. Henry
Indukční reaktance
Indukčnost L podle definice je poměr magnetického toku – Ψ, prorážejícího průřez závitů cívky, k velikosti proudu I:
EMF samoindukce v obvodu ESindh, vznikající, když se změny proudu v čase rovna:
Ze vzorce vyplývá, že L se rovná ESindh ve voltech s proudovým rázem I 1 A po dobu 1 s.
Pokud je proud z externího zdroje sinusový:
pak se v cívce objeví EMF rovné:.
Definice vlastní indukčnosti
Pokud je na cívku přivedeno vnější střídavé napětí Eext je vyvážena buzením v okruhu ESindh s opačným znaménkem pak platí následující vzorec:
Vyjádřením EMF prostřednictvím indukčnosti získáme:
Z tohoto vzorce vyplývá, že amplituda EMF aplikovaného na cívku je rovna:
Pro napětí na cívce platí následující vzorec:
Z toho vyplývá, že maximální proud procházející indukčností je:
Poslední závislost vyjadřuje Ohmův zákon pro obvod, ve kterém „úlohu“ rezistoru R plní L. Indukční odpor cívky bude roven:
Vzorec indukční reaktance
Střídavý obvod s indukční reaktancí způsobuje zpoždění proudu, to znamená, že dosáhne své maximální amplitudy později než napětí. Mezi těmito parametry je fázový rozdíl (posun) rovný π/2.
Grafy proudu a napětí v obvodech s indukčností
Co a jak se měří indukčnost?
Jednotkou měření indukčnosti je henry. Pojmenován po jednom z objevitelů efektu D. Henrym.
V čem se měří L?
Hodnota indukčnosti závisí na mnoha parametrech, včetně počtu závitů, délky cívky a průměru použitého drátu.
Hodnotu indukčního odporu konkrétní rádiové součástky zjistíte pomocí elektronických digitálních zařízení, podobně jako při měření aktivního odporu rezistorů.
Kapacita
Kapacita je spolu s rezistorem a indukčností dalším klíčovým prvkem elektrických obvodů. Chování proudu přes kapacitu v závislosti na použitém sinusovém napětí lze uvažovat analogicky se vzorci pro indukčnost.
Kapacitní odpor na rozdíl od indukčního odporu klesá s rostoucí frekvencí napětí ω a hodnotou kapacity C. V obvodu s kapacitou předbíhá proud napětí o /2.
Grafy proudu a napětí v obvodech s kapacitou
Impedance
Kapacitní a indukční reaktance jsou reaktivní odpory, protože jejich hodnota závisí na frekvenci přiváděného napětí. V obvodech, kde je současně přítomen aktivní odpor, kapacitní i indukční, byl zaveden pojem impedance (z anglického impedance – bránit). Termín zavedl anglický fyzik O. Heaviside. Vzorce pro impedanci jsou uvedeny níže.
Aplikace indukčnosti
Vlastnosti indukčnosti implementované ve formě rádiových součástek nám umožňují získat užitečná obvodová řešení:
- Vytvoření síťových filtrů pro kompenzaci náhlých napěťových rázů.
- Aplikace jako zařízení pro ukládání energie.
- Výroba elektromagnetických relé a výkonových spínačů.
- Použití jako hlavní část oscilačního obvodu.
Princip činnosti transformátorů je založen na jevu indukčnosti. Schopnost cívek vytvářet elektromagnetické vlny se využívá u indukčních sporáků. Podobný princip se používá také v ocelářských pecích.
Související videa