Induktansi: Formula dan Unit, Induktansi diri
Induktansi adalah properti dari sirkuit listrik yang melaluinya gaya gerak listrik dihasilkan, karena aliran arus listrik dan variasi medan magnet yang terkait. Gaya gerak listrik ini dapat menghasilkan dua fenomena yang terdiferensiasi dengan baik satu sama lain.
Yang pertama adalah induktansi diri dalam koil, dan yang kedua sesuai dengan induktansi bersama, jika itu adalah dua atau lebih kumparan digabungkan bersama. Fenomena ini didasarkan pada Hukum Faraday, juga dikenal sebagai hukum induksi elektromagnetik, yang menunjukkan bahwa layak untuk menghasilkan medan listrik dari medan magnet variabel.
Pada tahun 1886 fisikawan, ahli matematika, insinyur listrik dan penulis telegrafi radio Oliver Heaviside memberikan indikasi pertama tentang induksi diri. Kemudian, fisikawan Amerika Joseph Henry juga membuat kontribusi penting pada induksi elektromagnetik; Oleh karena itu, unit pengukuran induktansi menyandang namanya.
Demikian juga, fisikawan Jerman Heinrich Lenz mendalilkan hukum Lenz, di mana arah gaya gerak listrik yang diinduksi dinyatakan. Menurut Lenz, gaya ini disebabkan oleh perbedaan tegangan yang diterapkan pada konduktor yang bergerak berlawanan arah dengan arah arus yang mengalir melaluinya.
Induktansi adalah bagian dari impedansi rangkaian; yaitu, keberadaannya menyiratkan beberapa perlawanan terhadap sirkulasi arus.
Rumus matematika
Induktansi biasanya diwakili dengan huruf "L", untuk menghormati kontribusi fisikawan Heinrich Lenz pada subjek.
Pemodelan matematika dari fenomena fisik melibatkan variabel listrik seperti fluks magnet, perbedaan potensial dan arus listrik dari rangkaian studi.
Formula dengan intensitas arus
Secara matematis, rumus induktansi magnetik didefinisikan sebagai hasil bagi antara fluks magnetik dalam elemen (sirkuit, kumparan listrik, kumparan, dll.), Dan arus listrik yang mengalir melalui elemen.
Dalam rumus ini:
L: induktansi [H].
Φ: fluks magnet [Wb].
I: intensitas arus listrik [A].
N: jumlah kumparan berliku [tanpa unit].
Fluks magnet yang disebutkan dalam rumus ini adalah aliran yang dihasilkan hanya karena sirkulasi arus listrik.
Agar ungkapan ini tidak valid, aliran elektromagnetik lain yang dihasilkan oleh faktor eksternal seperti magnet atau gelombang elektromagnetik di luar rangkaian studi tidak boleh dipertimbangkan.
Nilai induktansi berbanding terbalik dengan intensitas arus. Ini berarti bahwa semakin besar induktansi, semakin rendah sirkulasi arus melalui rangkaian, dan sebaliknya.
Di sisi lain, besarnya induktansi berbanding lurus dengan jumlah putaran (atau putaran) yang membentuk kumparan. Semakin banyak spiral yang dimiliki induktor, semakin besar nilai induktansinya.
Properti ini juga bervariasi tergantung pada sifat fisik dari kawat yang membentuk koil, serta panjangnya.
Formula untuk stres yang diinduksi
Fluks magnet yang terkait dengan koil atau konduktor adalah variabel yang sulit diukur. Namun, layak untuk mendapatkan diferensial potensial listrik yang disebabkan oleh variasi aliran tersebut.
Variabel terakhir ini tidak lebih dari tegangan listrik, yang merupakan variabel terukur melalui instrumen konvensional seperti voltmeter atau multimeter. Jadi, ekspresi matematis yang mendefinisikan tegangan pada terminal induktor adalah sebagai berikut:
Dalam ungkapan ini:
VL: beda potensial pada induktor [V].
L: induktansi [H].
ΔI: diferensial saat ini [I].
Δt: perbedaan waktu.
Jika itu adalah kumparan tunggal, maka VL adalah tegangan induktor yang diinduksi sendiri. Polaritas tegangan ini akan tergantung pada apakah besarnya arus meningkat (tanda positif) atau berkurang (tanda negatif) ketika bergerak dari satu kutub ke kutub lain.
Akhirnya, dengan membersihkan induktansi dari ekspresi matematika sebelumnya, kami memiliki yang berikut:
Besarnya induktansi dapat diperoleh dengan membagi nilai tegangan yang diinduksi sendiri antara diferensial arus sehubungan dengan waktu.
Formula berdasarkan karakteristik induktor
Bahan-bahan pembuatan dan geometri induktor memainkan peran mendasar dalam nilai induktansi. Artinya, selain intensitas arus, ada faktor lain yang mempengaruhinya.
Rumus yang menggambarkan nilai induktansi berdasarkan pada sifat fisik sistem adalah sebagai berikut:
Dalam rumus ini:
L: induktansi [H].
N: jumlah putaran lilitan [tanpa unit].
μ: permeabilitas magnetik material [Wb / A · m].
S: luas penampang inti [m2].
l: panjang garis aliran [m].
Besarnya induktansi berbanding lurus dengan kuadrat jumlah belokan, luas penampang kumparan dan permeabilitas magnetik material.
Untuk bagiannya, permeabilitas magnetik adalah properti yang memiliki bahan untuk menarik medan magnet dan dilalui oleh mereka. Setiap bahan memiliki permeabilitas magnetik yang berbeda.
Pada gilirannya, induktansi berbanding terbalik dengan panjang koil. Jika induktor sangat panjang, nilai induktansi akan lebih rendah.
Unit pengukuran
Dalam sistem internasional (SI), unit induktansi adalah henry, untuk menghormati fisikawan Amerika Joseph Henry.
Menurut rumus untuk menentukan induktansi sebagai fungsi dari fluks magnet dan intensitas arus, kita harus:
Di sisi lain, jika kita menentukan satuan pengukuran yang menyusun henry berdasarkan rumus induktansi sebagai fungsi dari tegangan yang diinduksi, kita memiliki:
Perlu dicatat bahwa, dalam hal satuan pengukuran, kedua ungkapan itu sama-sama ekuivalen. Besaran induktansi yang paling umum biasanya dinyatakan dalam milihenrios (mH) dan microhenrios (μH).
Induktansi diri
Induksi-diri adalah fenomena yang muncul ketika arus listrik bersirkulasi melalui koil dan ini menginduksi gaya gerak intrinsik intrinsik dalam sistem.
Gaya gerak listrik ini disebut tegangan atau tegangan induksi, dan muncul sebagai akibat dari adanya fluks magnet variabel.
Gaya gerak listrik sebanding dengan kecepatan variasi arus yang mengalir melalui koil. Pada gilirannya, diferensial tegangan baru ini menginduksi sirkulasi arus listrik baru yang berlawanan arah dengan arus utama rangkaian.
Induktansi diri terjadi sebagai akibat dari pengaruh yang diberikan majelis pada dirinya sendiri, karena adanya medan magnet variabel.
Unit pengukuran induktansi diri juga henry [H], dan biasanya diwakili dalam literatur dengan huruf L.
Aspek yang relevan
Penting untuk membedakan di mana setiap fenomena terjadi: variasi temporal dari fluks magnet terjadi pada permukaan terbuka; yaitu, di sekitar gulungan bunga.
Sebaliknya, gaya gerak listrik yang diinduksi dalam sistem adalah perbedaan potensial yang ada pada loop tertutup yang membatasi permukaan terbuka rangkaian.
Pada gilirannya, fluks magnet yang melewati setiap belokan koil berbanding lurus dengan intensitas arus yang menyebabkannya.
Faktor proporsionalitas antara fluks magnet dan intensitas arus, adalah apa yang dikenal sebagai koefisien induksi-sendiri, atau apa yang sama, induktansi-diri dari rangkaian.
Mengingat proporsionalitas antara kedua faktor, jika intensitas arus bervariasi sebagai fungsi waktu, maka fluks magnet akan memiliki perilaku yang sama.
Dengan demikian, rangkaian menyajikan perubahan dalam variasi arusnya sendiri, dan variasi ini akan meningkat karena intensitas arus bervariasi secara signifikan.
Induktansi diri dapat dipahami sebagai semacam inersia elektromagnetik, dan nilainya akan tergantung pada geometri sistem, asalkan proporsionalitas antara fluks magnet dan intensitas arus terpenuhi.
Saling induktansi
Induktansi timbal balik datang dari induksi gaya gerak listrik dalam kumparan (kumparan N ° 2), karena sirkulasi arus listrik dalam kumparan terdekat (kumparan N ° 1).
Oleh karena itu, induktansi timbal balik didefinisikan sebagai faktor rasio antara gaya gerak listrik yang dihasilkan dalam kumparan N ° 2 dan variasi arus dalam kumparan N ° 1.
Unit pengukuran induktansi timbal balik adalah henry [H] dan diwakili dalam literatur dengan huruf M. Dengan demikian, induktansi timbal balik adalah apa yang terjadi antara dua kumparan digabungkan bersama, karena arus mengalir melalui Satu kumparan menghasilkan satu tegangan di terminal yang lain.
Fenomena induksi gaya gerak listrik pada kumparan berpasangan didasarkan pada hukum Faraday.
Menurut hukum ini, tegangan yang diinduksi dalam suatu sistem sebanding dengan kecepatan variasi fluks magnet dalam waktu.
Untuk bagiannya, polaritas gaya gerak listrik terinduksi diberikan oleh hukum Lenz, yang menurutnya gaya gerak listrik ini akan menentang sirkulasi arus yang menghasilkannya.
Saling induktansi oleh FEM
Gaya gerak listrik yang diinduksi dalam koil N ° 2 diberikan oleh ekspresi matematika berikut:
Dalam ungkapan ini:
EMF: gaya gerak listrik [V].
M 12 : induktansi timbal balik antara koil N ° 1 dan koil N ° 2 [H].
ΔI 1 : variasi arus dalam koil N ° 1 [A].
:T: variasi temporal [s].
Jadi, dengan membersihkan induktansi timbal balik dari ekspresi matematika sebelumnya, hasil berikut:
Penerapan induktansi timbal balik yang paling umum adalah transformator.
Induktansi timbal balik dengan fluks magnet
Untuk bagiannya, juga layak untuk menyimpulkan induktansi timbal balik ketika memperoleh hasil bagi antara fluks magnet antara kedua kumparan dan intensitas arus yang mengalir melalui kumparan primer.
Dalam ungkapan tersebut:
M 12 : induktansi timbal balik antara koil N ° 1 dan koil N ° 2 [H].
Φ 12 : fluks magnet antara kumparan N ° 1 dan N ° 2 [Wb].
I 1 : Intensitas arus listrik melalui koil N ° 1 [A].
Ketika mengevaluasi fluks magnet dari masing-masing kumparan, masing-masing proporsional dengan induktansi timbal balik dan arus kumparan itu. Kemudian, fluks magnet yang terkait dengan koil N ° 1 diberikan oleh persamaan berikut:
Secara analog, fluks magnet yang melekat pada koil kedua akan diperoleh dari rumus di bawah ini:
Kesetaraan induktansi bersama
Nilai induktansi timbal balik juga akan tergantung pada geometri kumparan yang digabungkan, karena hubungan proporsional dengan medan magnet yang melintasi bagian-bagian melintang dari elemen-elemen terkait.
Jika geometri kopling dijaga konstan, induktansi timbal balik juga akan tetap tidak berubah. Akibatnya, variasi aliran elektromagnetik hanya akan bergantung pada intensitas arus.
Menurut prinsip timbal balik media dengan sifat fisik yang konstan, induktansi timbal balik identik satu sama lain, sebagaimana dirinci dalam persamaan berikut:
Yaitu, induktansi kumparan No. 1 dalam kaitannya dengan kumparan No. 2 sama dengan induktansi kumparan No. 2 dalam kaitannya dengan kumparan No. 1.
Aplikasi
Induksi magnetik adalah prinsip dasar aksi transformator listrik, yang memungkinkan untuk menaikkan dan menurunkan level tegangan pada daya konstan.
Sirkulasi arus melalui belitan primer transformator menginduksi gaya gerak listrik pada belitan sekunder yang, pada gilirannya, diterjemahkan ke dalam sirkulasi arus listrik.
Rasio transformasi perangkat diberikan oleh jumlah putaran setiap belitan, yang memungkinkan untuk menentukan tegangan sekunder transformator.
Produk dari tegangan dan arus listrik (yaitu, daya) tetap konstan, kecuali untuk beberapa kerugian teknis karena inefisiensi intrinsik dari proses.
