El campo magnético de un circuito en el que cambia la intensidad de la corriente induce una corriente no sólo en otros circuitos, sino también en sí mismo. Este fenómeno se llama autoinducción.
Se ha establecido experimentalmente que el flujo magnético del vector de inducción del campo magnético creado por la corriente que fluye en el circuito es proporcional a la fuerza de esta corriente:
donde L es la inductancia del circuito. Característica constante de un circuito, que depende de su forma y tamaño, así como de la permeabilidad magnética del entorno en el que se encuentra el circuito. [L] = Gn (Enrique,
1Gn = Wb/A).
Si durante el tiempo dt la corriente en el circuito cambia en dI, entonces el flujo magnético asociado con esta corriente cambiará en dФ = LdI, como resultado de lo cual aparece una fem autoinductiva en este circuito:
El signo menos muestra que la FEM de autoinducción (y, en consecuencia, la corriente de autoinducción) siempre impide un cambio en la intensidad de la corriente que provocó la autoinducción.
Un claro ejemplo del fenómeno de la autoinducción son las corrientes extra de cierre y apertura que se producen cuando se encienden y apagan circuitos eléctricos con una inductancia importante.
Energía del campo magnético
Un campo magnético tiene energía potencial, que en el momento de su formación (o cambio) se repone debido a la energía de la corriente en el circuito, que actúa contra la fem autoinductiva que surge como resultado del cambio en el campo. .
Trabajo dA durante un período de tiempo infinitamente pequeño dt, durante el cual la fem de autoinducción 
y la corriente I se puede considerar constante, es igual a:
.
(5)
El signo menos indica que la corriente realiza un trabajo elemental contra la fem de autoinducción. Para determinar el trabajo cuando la corriente cambia de 0 a I, integramos lado derecho, obtenemos:
.
(6)
Este trabajo es numéricamente igual al aumento. energía potencialΔWp campo magnético, asociado con esta cadena, es decir A= -ΔW p.
Expresemos la energía del campo magnético a través de sus características usando el ejemplo de un solenoide. Supondremos que el campo magnético del solenoide es uniforme y se encuentra principalmente en su interior. Sustituyamos en (5) el valor de la inductancia del solenoide, expresada a través de sus parámetros y el valor de la corriente I, expresada a partir de la fórmula para la inducción del campo magnético del solenoide:
, (7)
donde norte – numero total giros de solenoide; ℓ – su longitud; S – área de la sección transversal del canal interno del solenoide.
, (8)
Después de la sustitución tenemos:
Dividiendo ambos lados por V, obtenemos Densidad a Granel energía de campo:
(10)
o, dado que 
obtenemos, 
.
(11)
Corriente alterna
2.1 Corriente alterna y sus principales características
La corriente variable es una corriente que cambia con el tiempo tanto en magnitud como en dirección. Ejemplo corriente alterna puede servir como consumible corriente industrial. Esta corriente es sinusoidal, es decir el valor instantáneo de sus parámetros cambia con el tiempo según la ley del seno (o coseno):
i= I 0 senωt, u = U 0 sen(ωt + φ 0). (12)
PAG 
Se puede obtener una corriente sinusoidal variable girando el marco (circuito) a una velocidad constante.
en un campo magnético uniforme con inducción B(Figura 5). En este caso, el flujo magnético que penetra en el circuito cambia según la ley.
donde S es el área del contorno, α = ωt es el ángulo de rotación del marco durante el tiempo t. Un cambio en el flujo conduce a la aparición de fem inducida.
, (17)
cuya dirección está determinada por la regla de Lenz.
mi 
Si el circuito está cerrado (Fig.5), entonces fluye corriente a través de él:
.
(18)
Gráfico de cambio de fuerza electromotriz 
y corriente de inducción i presentado en la Fig.6.
La corriente alterna se caracteriza por un período T, frecuencia ν = 1/T, frecuencia cíclica 
y fase φ = (ωt + φ 0) Gráficamente, los valores de tensión y corriente alterna en una sección del circuito estarán representados por dos sinusoides, generalmente desfasadas en φ.
Para caracterizar la corriente alterna, se introducen los conceptos de valor efectivo (efectivo) de corriente y voltaje. El valor efectivo de la corriente alterna es la fuerza de una corriente continua que libera en un conductor dado la misma cantidad de calor durante un período que la corriente alterna dada.
,
. (13)
Los dispositivos conectados al circuito de CA (amperímetro, voltímetro) muestran valores efectivos corriente y voltaje.
AUTOINDUCCIÓN
Cada conductor por el que circula la electricidad. La corriente está en su propio campo magnético.
Cuando la intensidad de la corriente cambia en el conductor, el campo m cambia, es decir el flujo magnético creado por esta corriente cambia. Un cambio en el flujo magnético conduce a la aparición de un vórtice eléctrico. campos y aparece una fem inducida en el circuito. 
Este fenómeno se llama autoinducción.
La autoinducción es el fenómeno de la aparición de fem inducida en la electricidad. circuito como resultado de cambios en la intensidad de la corriente.
La fem resultante se llama fem autoinducida
Cierre de circuito 
Cuando hay un cortocircuito en el suministro eléctrico. En el circuito, la corriente aumenta, lo que provoca un aumento en el flujo magnético en la bobina, y se produce un vórtice eléctrico. campo dirigido contra la corriente, es decir En la bobina surge una fem de autoinducción que impide el aumento de corriente en el circuito (el campo de vórtice inhibe los electrones).
Como resultado L1 se enciende más tarde, que L2.
Circuito abierto 
Cuando se abre el circuito eléctrico, la corriente disminuye, se produce una disminución en el flujo en la bobina y aparece un campo eléctrico de vórtice, dirigido como una corriente (tratando de mantener la misma intensidad de corriente), es decir. En la bobina surge una fem autoinducida que mantiene la corriente en el circuito.
Como resultado, L cuando está apagado parpadea intensamente.
Conclusión
En ingeniería eléctrica, el fenómeno de la autoinducción se manifiesta cuando se cierra el circuito (la corriente eléctrica aumenta gradualmente) y cuando se abre el circuito (la corriente eléctrica no desaparece inmediatamente).
¿De qué depende la fem autoinducida?
Correo electrónico la corriente crea su propio campo magnético. Flujo magnético a través del circuito es proporcional a la inducción del campo magnético (Ф ~ B), la inducción es proporcional a la intensidad de la corriente en el conductor
(B ~ I), por lo tanto el flujo magnético es proporcional a la intensidad de la corriente (Ф ~ I).
La fem de autoinducción depende de la tasa de cambio de corriente en la corriente eléctrica. circuito, a partir de las propiedades del conductor
(tamaño y forma) y de la permeabilidad magnética relativa del medio en el que se encuentra el conductor.
Una cantidad física que muestra la dependencia de la fem de autoinducción del tamaño y la forma del conductor y del entorno en el que se encuentra el conductor se denomina coeficiente de autoinducción o inductancia. 
Inductancia - física. magnitud, numéricamente igual a fem Autoinducción que ocurre en un circuito cuando la corriente cambia en 1 amperio en 1 segundo.
La inductancia también se puede calcular mediante la fórmula:
donde Ф es el flujo magnético a través del circuito, I es la intensidad de la corriente en el circuito.
Unidades de inductancia en el sistema SI:
La inductancia de la bobina depende de:
el número de vueltas, el tamaño y la forma de la bobina y la permeabilidad magnética relativa del medio
(núcleo posible).
La fem autoinductiva evita que la corriente aumente cuando se enciende el circuito y que disminuya cuando se abre el circuito.
Alrededor de un conductor por el que circula corriente existe un campo magnético que tiene energía.
¿De dónde viene? La fuente de corriente incluida en el sistema eléctrico. La cadena tiene una reserva de energía.
En el momento del cierre eléctrico. El circuito fuente de corriente gasta parte de su energía para superar el efecto de la fem autoinductiva que surge. Esta parte de la energía, llamada energía propia de la corriente, se destina a la formación de un campo magnético.
La energía del campo magnético es propia energía actual.
La autoenergía de la corriente es numéricamente igual al trabajo que debe realizar la fuente de corriente para superar la fem de autoinducción a fin de crear una corriente en el circuito.
La energía del campo magnético creado por la corriente es directamente proporcional al cuadrado de la corriente.
¿A dónde va la energía del campo magnético después de que se detiene la corriente? - destaca (cuando el circuito se abre con suficiente gran fuerza La corriente puede causar una chispa o un arco).
PREGUNTAS PARA EL EXAMEN
sobre el tema "Inducción electromagnética"
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1. Enumere 6 formas de obtener corriente de inducción. |
Cuando el interruptor está cerrado en el circuito que se muestra en la Figura 1, habrá electricidad, cuya dirección se muestra mediante flechas individuales. Con la aparición de corriente, surge un campo magnético, cuyas líneas de inducción cruzan el conductor e inducen en él una fuerza electromotriz (EMF). Como se indica en el artículo "El fenómeno de la inducción electromagnética", este CEM se denomina CEM de autoinducción. Dado que cualquier fem inducida, según la regla de Lenz, está dirigida contra la causa que la causó, y esta causa será la fem de la batería de elementos, la fem de autoinducción de la bobina estará dirigida contra la fem de la batería. La dirección de la autoinducción EMF en la Figura 1 se muestra mediante flechas dobles.
Por tanto, la corriente no se establece inmediatamente en el circuito. Sólo cuando se establece el flujo magnético se produce la intersección del conductor. líneas magnéticas se detendrá y la fem autoinducida desaparecerá. Entonces fluirá una corriente constante en el circuito.
La figura 2 muestra imagen grafica corriente continua. Por eje horizontal el tiempo ha sido pospuesto eje vertical- actual. En la figura se puede ver que si en el primer momento la corriente es de 6 A, en el tercer, séptimo y así sucesivamente también será igual a 6 A.
La Figura 3 muestra cómo se establece la corriente en el circuito después del encendido. La FEM de autoinducción, dirigida en el momento de encender contra la FEM de la batería de elementos, debilita la corriente en el circuito y, por lo tanto, en el momento de encender la corriente. igual a cero. Luego, en el primer momento, la corriente es 2 A, en el segundo momento - 4 A, en el tercero - 5 A, y solo después de un tiempo se establece una corriente de 6 A en el circuito.
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| Figura 3. Gráfico del aumento de corriente en el circuito teniendo en cuenta la fem autoinductiva | Figura 4. La FEM de autoinducción en el momento de abrir el circuito se dirige en la misma dirección que la FEM de la fuente de voltaje. |
Cuando se abre el circuito (Figura 4), la corriente que desaparece, cuya dirección se muestra con una sola flecha, reducirá su campo magnético. Este campo, al disminuir de un cierto valor a cero, cruzará nuevamente el conductor e inducirá en él una fem de autoinducción.
Cuando se apaga un circuito eléctrico con inductancia, la fem autoinductiva se dirigirá en la misma dirección que la fem de la fuente de voltaje. La dirección de la FEM de autoinducción se muestra en la Figura 4 mediante una doble flecha. Como resultado de la acción de la fem de autoinducción, la corriente en el circuito no desaparece inmediatamente.
Por tanto, la fem autoinducida siempre está dirigida contra la causa que la provocó. Al observar esta propiedad, dicen que la autoinducción EMF es de naturaleza reactiva.
Gráficamente, el cambio de corriente en nuestro circuito, teniendo en cuenta la fem de autoinducción cuando se cierra y cuando se abre posteriormente en el octavo momento en el tiempo, se muestra en la Figura 5.
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| Figura 5. Gráfico de subida y bajada de corriente en el circuito, teniendo en cuenta la fem de autoinducción. | Figura 6. Corrientes de inducción cuando se abre el circuito |
Al abrir circuitos que contienen un gran número de vueltas y núcleos de acero macizos o, como dicen, al tener una alta inductancia, la fem autoinductiva puede ser muchas veces mayor que la fem de la fuente de voltaje. Luego, en el momento de la apertura, el espacio de aire entre la cuchilla y la abrazadera fija del interruptor se romperá y el resultante arco eléctrico derretirá las partes de cobre del interruptor y, si el interruptor no tiene carcasa, puede quemar las manos de una persona (Figura 6).
En el propio circuito, los campos electromagnéticos de autoinducción pueden atravesar el aislamiento de las espiras de bobinas, electroimanes, etc. Para evitar esto, algunos dispositivos de conmutación brindan protección contra la autoinducción EMF en forma de un contacto especial que cortocircuita el devanado del electroimán cuando está apagado.
Debe tenerse en cuenta que la autoinducción EMF se manifiesta no solo en los momentos en que el circuito se enciende y apaga, sino también durante cualquier cambio de corriente.
La magnitud de la fem de autoinducción depende de la tasa de cambio de corriente en el circuito. Entonces, por ejemplo, si para el mismo circuito en un caso en 1 segundo la corriente en el circuito cambió de 50 a 40 A (es decir, en 10 A), y en otro caso de 50 a 20 A (es decir, en 30 A), en el segundo caso se inducirá en el circuito una fem de autoinducción tres veces mayor.
La magnitud de la fem autoinductiva depende de la inductancia del propio circuito. Los circuitos con alta inductancia son los devanados de generadores, motores eléctricos, transformadores y bobinas de inducción con núcleos de acero. Tienen menos inductancia conductores rectos. Los conductores rectos cortos, las lámparas incandescentes y los dispositivos de calefacción eléctrica (estufas, estufas) prácticamente no tienen inductancia y casi no se observa la aparición de fem autoinductiva en ellos.
El flujo magnético que penetra en el circuito e induce la fem de autoinducción en él es proporcional a la corriente que fluye a través del circuito:
F = l × I ,
Dónde l- coeficiente de proporcionalidad. Se llama inductancia. Determinemos la dimensión de la inductancia:
Ohm × sec también se llama henry (Hn).
1 henrio = 10 3 ; milihenrios (mH) = 10 6 microhenrios (μH).
La inductancia, excepto Henry, se mide en centímetros:
1 henrio = 10 9 cm.
Por ejemplo, 1 km de línea telegráfica tiene una inductancia de 0,002 H. La inductancia de los devanados de grandes electroimanes alcanza varios cientos de henrios.
Si la corriente del bucle cambia en Δ i, entonces el flujo magnético cambiará en el valor Δ Ф:
Δ Ф = l × Δ i .
La magnitud de la FEM de autoinducción que aparece en el circuito será igual a (fórmula de la FEM de autoinducción):
Si la corriente cambia uniformemente con el tiempo, la expresión será constante y podrá ser reemplazada por la expresión. Entonces valor absoluto La fem de autoinducción que surge en el circuito se puede encontrar de la siguiente manera:
Basándonos en la última fórmula, podemos definir la unidad de inductancia: henry:
Un conductor tiene una inductancia de 1 H si, con un cambio uniforme de corriente de 1 A por 1 segundo, se induce en él una fem autoinductiva de 1 V.
Como vimos anteriormente, la fem autoinductiva ocurre en un circuito de corriente continua solo en el momento de su encendido, apagado y cada vez que cambia. Si la magnitud de la corriente en el circuito no cambia, entonces el flujo magnético del conductor es constante y la fem de autoinducción no puede surgir (ya que. En los momentos de cambio en la corriente en el circuito, la fem de autoinducción interfiere con cambios en la corriente, es decir, le proporciona una especie de resistencia.
A menudo, en la práctica, hay casos en los que es necesario fabricar una bobina que no tenga inductancia (resistencia adicional a los instrumentos de medición eléctricos, resistencia de los reóstatos de enchufe, etc.). En este caso se utiliza un devanado de bobina bifilar (Figura 7)
§ 46. Magnitud y dirección de e. d.s. autoinducción
La cantidad de e generada en la bobina. d.s. La autoinducción es directamente proporcional a su inductancia y depende de la tasa de cambio del flujo magnético.
Si en un circuito con inductancia. l gn, la corriente cambia en poco tiempo Δ t seg a un valor pequeño Δ I a, entonces e ocurre en tal cadena. d.s. autoinducción mi s, medido en voltios.
El signo menos en esta fórmula indica que e. d.s. la autoinducción contrarresta el cambio de corriente en él.
Ejemplo. En una bobina con inductancia. l = 5 gn, fluye una corriente eléctrica, cuya fuerza cambia en 2 segundo el 10 A. Calcula lo que e. d.s. La autoinducción ocurre en la bobina.
Solución .
El científico ruso E. H. Lenz demostró que mi. d.s. inducción, incluyendo e. d.s. La autoinducción siempre está dirigida de tal manera que contrarresta la causa que la provoca.. Esta definición se llama La regla de Lenz.
Si al cerrar el circuito e. d.s. La batería se dirige como lo muestra la flecha en la Fig. 45, a, luego e. d.s. La autoinducción, según la regla de Lenz, en este momento tendrá direccion opuesta(mostrado por una doble flecha), evitando que la corriente aumente. En el momento de abrir el circuito (Fig.45, b), por el contrario, e. d.s. la autoinducción tendrá una dirección coincidente con e. d.s. baterías, evitando que la corriente disminuya.
En consecuencia, en el momento de cerrar un circuito con inductancia, e. d.s. en los terminales del circuito disminuye en la cantidad de e resultante. d.s. autoinducción.
Designación del voltaje de la fuente de corriente. Ud., el valor de e. d.s. autoinducción mi s, y el voltaje resultante Ud. p, obtenemos:
Ud. pag = Ud. - mi Con. (45)
En el momento en que se abre el circuito, el voltaje resultante aumenta:
Ud. pag = Ud. + mi Con. (46)
F.E.M. autoinducción en circuitos electricos puede ser muchas veces mayor que el voltaje de la fuente de corriente. En este sentido, cuando se abren circuitos con alta inductancia, se rompe el entrehierro entre los contactos de interruptores e interruptores y se forma una chispa o arco, a partir del cual los contactos se queman y se funden parcialmente. Además, e. d.s. La autoinducción puede romper el aislamiento de los cables de la bobina.
Para observar la aparición de e. d.s. y la corriente de autoinducción en el momento de abrir el circuito, realizaremos el siguiente experimento (Fig. 46).
Cuando el circuito está cerrado, la corriente en el punto A se ramifica. Una parte pasará a lo largo de las vueltas de la bobina hacia la lámpara. l 1 y la otra parte - a través del reóstato hacia la lámpara l 2. Al mismo tiempo, la lámpara l 2 parpadeará instantáneamente mientras el filamento de la lámpara l 1 se calentará gradualmente. Cuando se abre el circuito, la lámpara l 2 se apagará inmediatamente y la lámpara l 1 parpadeará intensamente por un momento y luego se apagará. El fenómeno observado se debe a que cuando el circuito está cerrado, el campo magnético creado alrededor de la bobina l, cruza “sus propios giros” y excita e. d.s. y corriente de autoinducción, que impide el paso de la corriente principal. Por esta razón, el filamento de la lámpara l 1 brilla cuando el circuito está cerrado más lento que el filamento de la lámpara l 2. Cuando se abre el circuito, también se crea una onda electrónica en la bobina. d.s. y corriente de autoinducción, pero en en este caso dirección e. d.s. La autoinducción coincide con la dirección de la corriente principal. Esta es la razón por la cual el filamento de la lámpara l 1 parpadea intensamente durante un momento y se apaga más tarde que la lámpara l 2, en cuyo circuito no está incluida la bobina.
La autoinducción es el proceso de aparición de campos electromagnéticos en un circuito con inductancia como resultado de un cambio en la corriente en él. Veamos este proceso con más detalle. La autoinducción es caso especial inducción electromagnética. Para que aparezcan campos electromagnéticos en un circuito con inductancia, es necesario que esta inductancia sea atravesada por un flujo magnético alterno. Entonces aparecerá una fem en el circuito. proporcional a la inductancia y la tasa de cambio del flujo magnético.
Figura 1 - EMF de autoinducción
La fem de autoinducción siempre está dirigida en contra de la corriente cambiante. Es decir, cuando la corriente en el circuito aumenta, tiende a evitar que aumente. En consecuencia, cuando la corriente disminuye, la autoinducción lo impide y tiende a mantener la corriente en el circuito.
Realicemos tal experimento. Tomemos dos lámparas incandescentes idénticas conectadas a una fuente de corriente. Una lámpara está conectada a la fuente directamente, es decir, directamente. La segunda lámpara está conectada a través de una gran inductancia.
Figura 2 - diagrama del experimento
Cuando el interruptor está cerrado, aparecerá corriente en el circuito. La primera lámpara se encenderá inmediatamente. Ya que nada interfiere con la corriente en este circuito. La segunda lámpara no se encenderá inmediatamente, sino después de un tiempo. Ya que estará conectado a la fuente a través de una gran inductancia. Lo que evitará que la corriente aumente en el circuito.
Me gustaría aclarar un punto. La segunda lámpara, que debería encenderse con retraso, no parpadeará bruscamente después de un tiempo desde el momento en que se enciende. Y gradualmente se encenderá, alcanzando su máximo brillo. Porque la corriente en la inductancia no puede cambiar abruptamente. Él cambia suavemente en él.
Ahora podemos suponer que cuando se abre el interruptor, la lámpara número dos se apagará con el tiempo y la número uno se apagará inmediatamente. Pero eso no es cierto. Ambas lámparas parpadearán con más intensidad durante un breve periodo de tiempo. Averigüemos por qué.
Cuando se corta la corriente, surgirá una fem autoinductiva en la bobina, que tenderá a mantener la corriente en el circuito. Pero como ambas lámparas están en el mismo circuito, esto se puede ver en la figura. Están conectados entre sí mediante inductancia. Este EMF se aplicará a ambas lámparas. Como resultado, ambos estallarán.
Permítanme aclarar un punto más. Después de apagarlas, las lámparas parpadearán un poco más que cuando se cerró el interruptor. Esto sucederá debido al hecho de que la FEM de autoinducción es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético que penetra en el circuito. El flujo magnético es causado por la corriente en el circuito. Cuando se abre el interruptor, la corriente cambiará bruscamente de valor máximo a cero. Por lo tanto, la FEM de autoinducción puede exceder varias veces la FEM de origen.
