трансформатор подарил нам еще один парадокс:
- в прошлый парадокс с трансформатором мы видели как трансформатор пытается передавать из первичной во вторичную обмотку постоянный ток;
- а в сегодняшнем парадоксе мы увидим как трансформатор пытается выводить ферромагнитный сердечник из насыщения при росте тока через обмотку уже попавшую в насыщение;
непонятным для нас останется только то, как удавалось обходить эти проблемы при изучении явлений индукции в школе
1.
В чем суть парадокса?
мы интуитивно ожидаем, что рост тока в первичном витке всегда вызовет рост риска попадания материала ферромагнетика сердечника в насыщение (индуктивность обмотки при этом резко падает), потому что так это все выглядит на графике "петли гистерезиса" ферромагнетика, где рост тока вызывает рост индукции вплоть до попадание на участок насыщения, где дальнейший рост индукции останавливается
на следующем рисунке дан качественный график "петли гистерезиса" ферромагнетика, на нем по оси X отложен "ток I" ("напряженность магнитного поля H" создается именно "током I" в катушке), а по оси Y "индукция B" в ферромагнетике
на графике "петли гистерезиса" ферромагнетика можно увидеть и индуктивность обмотки, индуктивность обмотки будет тем больше, чем больше угол наклона касательной к графику "индукции от тока" B(I) на данном токе (т.е. чем больше отношение dB/dI), а на участке с насыщением dB стремится к нулю что указывает на падение индуктивности
однако вот далее экспериментальный график некого реально существующего трансформатора (график взят из сети), на графике отображены "ток холостого хода в первичной обмотке" (синий) и "ток в первичной обмотке при протекании тока во вторичной обмотке" (желтый) в зависимости от напряжения приложенного к первичной обмотке
на этом графике:
- на участке слева (при напряжении менее 195В) ток холостого хода меньше тока в первичной обмотке во время протекании тока во вторичной обмотке;
- при напряжении 195В эти графики пересекаются;
- на участке справа (при напряжении более 195В) ток холостого хода больше тока в первичной обмотке во время протекании тока во вторичной обмотке;
рост тока во вторичной обмотке приводит к росту тока в первичной обмотке (это следует из баланса мощности) и правильное поведение трансформатора оказывается только на графике на участке слева, т.е. при напряжении менее 195В
на это автор графика сделал вывод, что причина пересечения этих графиков в том, что при напряжении более 195В первичная обмотка трансформатора попадает в насыщение (и при насыщении сердечника индуктивность первичной обмотки резко падает и ток холостого хода растет)
однако также это все значит, что рост тока в первичной обмотке вызванный именно протеканием тока во вторичной обмотке приводит к обратному эффекту - трансформатор который на холостом ходу попадал в насыщение при росте токе во вторичной обмотке (что приводит и к росту тока в первичной обмотке) перестает попадать в насыщение (насыщение становится меньше)!
оказывается для насыщения обмотки важно чем именно был вызван рост тока в обмотке
в чем физическая природа такого процесса, такой разницы?
2.
для затравки мы подбросим некоторые размышления на эту тему
факт того что ток первичного витка под нагрузкой во вторичном витке становится меньше тока первичного витка холостого хода, говорит о том что эффект вносимого сопротивления снижает тот фактор который вызывает насыщение в материале ферромагнетика
тогда что же является фактором, который вызывает насыщение в материале ферромагнетика:
- либо этим фактором является внешнее поле, которое является источником самоиндукции и внешнее поле возрастая в материале ферромагнетика рано или поздно создает эффект насыщения;
- либо этим фактором является собственное поле реакции ферромагнетика, которое является ответом на внешнее поле и если собственное поле реакции ферромагнетика возрастает в материале, то рано или поздно создается эффект насыщения (исчерпывается запас доменов которые могут перестроиться в ответ на внешнее поле);
т.е. разница в том, влияет ли на насыщение ферромагнетика абсолютное значение внешнего поля в материале ферромагнетика, либо на насыщение ферромагнетика влияет только величина собственного поля реакции ферромагнетика на это внешнее поле?
потому что одну и ту же разность между исходным полем и противополем можно получить:
- или увеличивая исходное поле;
- или уменьшая противополе;
тогда вопрос: почему ток вторичного витка действует именно так - на ослабление поля реакции ферромагнетика, а не на усиление исходного поля?
ну, так и в чем по вашему физическая природа такого парадокса?
продолжение следует...