Окружающий нас мир наполнен различными электротехническими устройствами и любознательный человек волей или неволей интересуется теми физическими процессами, которые происходят во время их функционирования. При этом в разговорах специалистов довольно часто мелькает термин самоиндукция и хочется понять, какое явление кроется за этим термином.
Самоиндукция, как это непосредственно следует из названия, имеет общую природу с обычной индукцией, которая, в свою очередь, описывает связь между электрическим током проводника, помещенного в переменном магнитном поле. Известно, что протекание тока вызывается источником ЭДС. Соответственно, явление самоиндукции - появление ЭДС, которая как вектор ориентирована в противоположном относительно источника направлении. Де-факто наличие этого явления препятствует слишком быстрому нарастанию или падению тока в проводнике, которое происходит по экспоненциальному закону, рисунок 1.
Влияние самоиндукции на скорость и направление изменения тока
Самоиндукция как явление характерна для индуктивных элементов. Хороший пример такового – катушка индуктивности. Она представляет собой обмотку из изолированного провода и в большинстве случаев дополнительно одета на железный сердечник для увеличения индуктивности.
Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна произведению индуктивности катушки на скорость изменения тока через нее, причем с обратным знаком. Поэтому, если при нарастании силы тока ЭДС самоиндукции направлено против ЭДС источника и препятствует нарастанию тока, то при падении тока она, напротив, складывается с ней и, тем самым, препятствует уменьшению тока. Фактически наличие индуктивности в цепи за счет самоиндукции обеспечивает эффективное сглаживание скачков тока.
В качестве отдаленной механической аналогии самоиндукции можно сослаться на третий закон Ньютона: при воздействии на тело силы возникает сила противодействия, которая направлена ровно в противоположном направлении.
Примеры полезных и вредных проявлений самоиндукции
Явление самоиндукции достаточно часто целенаправленно используется на практике. Например, в лампе дневного света в цепи протекания тока вводят дроссель, включенный так, как это показано на рисунке 2. После разрыва цепи стартером дроссель за счет самоиндукции некоторое время удерживает напряжение на своих зажимах, т.е. на лампе, что достаточно для ее зажигания и перехода в режим нормального свечения.
Второй пример - система зажигания бензинового двигателя. Она также включает дроссель. После размыкания цепи протекания тока бегунком или полупроводниковым ключевым элементом происходит резкое увеличение ЭДС самоиндукции, величина напряжения которой достаточна для электрического пробоя искрового промежутка свечи, рисунок 3.
Пример вредных последствий самоиндукции – обгорание контактов розеток, автоматов и аналогичных им коммутационных приборов, рисунок 4. В этом случае проскакивающая искра приводит к электрической коррозии рабочей поверхности, что сопровождается ее ускоренным старением.