インダクタンス

ソース: 龍 p. 陳博士は、物理学科 & 天文学、科学の大学、パーデュー大学、ウェスト ラファイエット, インディアナ

この実験はインダクタのインダクタンスの概念を示すための誘導コイルを使用します。磁気誘導は、挿入または電圧計を用いて、コイルの一時的な起電力 (emf) 電圧を誘導するためにコイルのコアから抽出した棒磁石を用いた実証されます。この実験はまた非コイルに流れる電流が近くに 2 つめのコイルの emf 電圧を引き起こすことができる 2 つのコイル間の相互インダクタンスを示します。最後に、実験はコイルと並列に接続されている電球を点灯する emf を誘導電流をオフ時、コイルの自己インダクタンスをデモンストレーションします。

ファラデーの法則によると変化 (時間依存) 磁場 B は起電力 (emf) フィールドとして知られている、電界を誘発します。磁気フィールドがワンターン コイルに横の emf フィールドではコイルの両端で emf 電圧 V が生成されます。

(関係式 1)

ループを貫く磁束は、

A が、ループ地区にあり、磁場 B は、一般的な方向は、B が垂直ループ、ΔΦ/Δt の領域に、そのコンポーネントを置き換える必要があるその変化の割合。式 1でマイナス記号は、誘導起電力 (または電圧) の方向: それ常にしようとするに反対する外部 B フィールドの変更変更B フィールドの反対の方向で独自の磁場を生成するコイルの電流を生成することによって。発生した磁界の方向は赤い手ルール (ラップ現在の方向を右手、磁界の方向に親指ポイントの指が現在プロデュース) でコイルの電流の向きに関連します。たとえば、外部 B フィールドは + x 方向 (ループの領域は yz 平面) に沿って、誘導起電力と電流によって生じる磁場-x になりますし、時間と増加していると方向。外部 B フィールドは減少している場合、+ x 方向、誘導起電力と電流は磁界を生成します。これは磁気誘導の現象です。N ターンの「ソレノイド」コイルの各回転によって生成された emf 電圧は合計 emf 電圧に追加します。磁気誘導の中にコイルと考えられますのバッテリー電圧は、出力、(いくつかを読み込む場合は、接続されている) のアナログ電流。この実験では、増加を使用してこの現象が実証されることまたは磁場 B の減少によって生成される: (1) 永久磁石移動近づけたり遠ざけたりコイル (図 1)。(2) 別は私または (図 2) に転換することができますどこ、コイルを流れる電流とコイルします。(3) と電流コイル自体私は流れる、どこ私ことができますにオフを切り替えする (図 3)。(3) の場合に対する、呼ばれる誘導 (とソレノイドが「インダクタ」の例)。ケース (2) と (3) の両方で、磁束または (変更点のある誘導を引き起こす) 磁場が電流に比例するので、誘発 emf 電圧、比例係数 L ケース (2) のように mutual inductance または (3) の場合と同様に自己インダクタンスとして知られている (ΔI/Δt)、電流の変化の割合に比例して、それぞれ。

(式 2)

電圧 V の方向は、上記同様の方法で決定されます: emf V は、私は、オリジナルの磁気フィールド B の変更に反対する独自の磁場電流を生成しようとします。

1. 磁気誘導

1. (中空コア) とソレノイド コイルと棒磁石 (その北と南の極がラベル) を取得します。
2. インジケーター針でアナログ バイポーラ電流計を取得します。針は、名目上は、ゼロの読書で中間位置と (肯定的な読書を意味する肯定的なターミナルおよび電流計内部の負の端子から電流が流れる) の現在の流れの方向に応じて左右に逸れ。
3. ソレノイドの 2 つの端を接続、「+」と「−」図 1のように、電流計の端子。クランプをケーブルで接続が可能または受信機器のポートにバナナプラグします。
4. コイルに棒磁石を近づけると、そのコアは、図 1に示すように、その北の端に挿入します。電流計を観察し、その読書の署名を記録します。以下において、常にサインと読書のおおよその大きさの両方を記録するすべての観測。
5. コイルから磁石を抽出し、電流計の読みを観察します。
6. コイルから遠く離れた棒磁石、それを裏返すし、今コイルに近い南の端を移動します。コイルのコアに南の端を挿入し、電流計の読みを確認します。
7. 再び、コイルから磁石を抽出し、電流計の読みを観察します。
8. 1.6 と 1.7 を上記の手順を繰り返します (挿入し、抽出、極) が遅いし、高速速度、観察および電流計の読みを比較します。

図 1:磁石 (磁気誘導) コイルで電流を誘発するコイルから方向/距離の移動を示す図。

2. 相互インダクタンス

1. (呼ばれるコイル #2)、2 番目のソレノイド コイルを取得し、図 2に示すように、最初のコイル (コイル #1 と呼ばれる) に近づけます。2 つのコイルは約一般的な軸に沿って配置されます。
2. 図 2に示すように、スイッチを使用してコイル #2 の DC 電圧ソースの 2 つの端を接続します。コイル #1 がまだアナログの電流計に接続されています。
3. スイッチで開く、+2 V に電圧源を設定、閉じを #2、コイルに流れる電流を許可するスイッチ、スイッチがオンの場合、コイル #1 に接続された電流計の読みを観察します。
4. 今、スイッチを開き、電流計の読みを観察します。
5. 電圧源に設定 − 2 V (または代わりに、スワップの 2 本のプラスとマイナス極にコイル #1 に適用する電圧と電流の符号を逆電圧源の接続されているワイヤ)、手順 2.3 (スイッチ) と 2.4 (スイッチを切る)、#1 をコイルに接続された電流計を観察して。
6. インサート コイル #2 のコアにコイル #1 できるだけ完全に、今 2.5 は、上記の手順を繰り返し、電流計の読みは、#1 のコイルに接続されているを確認します。

図 2:誘発するだろう、現在切り替えオンまたはオフ、コイルでコイル (相互誘導) 近くの別の現在を示す図.

3. 自己インダクタンス

1. 電球を入手し、電流計とシリーズで接続図 3に示すように、ボルトの電源に並列にコイル #2 に組み合わせを接続します。ボルトの電源の電圧は 1 V に設定されます。
2. コイルに電流を流すスイッチを閉じます。電球は、電球よりもはるかに小さい抵抗、コイルのコイルを流れる電流のほとんどが流れますので薄暗いする必要があります。
3. スイッチが開き、ボルトの電源が回路の残りの部分から切断されてし、電球と電流計のスイッチ、オープンしたばかりの読み取りを確認します。

図 3:どこに過渡電圧と電球の電流を誘導するコイルの電流をチューニングに対するを実証する回路を示す図はそれに接続されています。

表 1 および 2の下にセクション 1 と 2 (図 1 および 2で設定) のための読書電流計になることがありますの代表的な結果をまとめます。

手順	棒磁石の向き	磁石の運動	電流計の読み
1.4	南-北 (北は図 1のように、ロッドの右端)	コイル (左端) に向かって移動	肯定的です
1.5	南北	コイルから遠ざかってください。	否定的です
1.6	北南	コイルに向かって移動	否定的です
1.7	北南	コイルから遠ざかってください。	肯定的です

表 1:セクション 1 の代表的な結果。1.8、ステップの動きの速度を大きく与えること観察電流計に (より大きい針の振れ) を読みます。

手順	ボルト供給設定	スイッチ動作	電流計の読み
2.3	+2 V	電源を入れる	肯定的です
2.4	+2 V	オフにします。	否定的です
2.5	V − 2	電源を入れる	否定的です
2.5	V − 2	オフにします。	肯定的です

表 2:セクション 2 の代表的な結果。2.6、ステップのアクションごとに対応するスイッチ 2.5 ステップと比較して電流計のコイル #1 内部コイル #2 を配置するより大きい読書を与えること (中に読書の印は同じまま) を観察します。

セクション 3 のボルト供給 (+1 V) のため電流がコイル内で左に右から流れて最初場合で同じ方向の過渡電流を誘発するが (スイッチを開く) をオフします。電球が一時的に点灯し、電流計は図 3で与えられた接続のための肯定的な読書が登録されます。

この実験で我々 はどのように、コイルの電流を誘導する (磁石を移動) に磁場を変化とどの (相互誘導) 別のコイルで電流を誘発するコイルの電流を変化させるを実証しました。また、コイルの電流を変化させる誘導すること電圧と同じコイル (に対する) で電流を示した。

インダクタ (コイル状) で通常などの定常電流を流すと磁気のエネルギーを保存する多くの回路アプリケーションに使用されます。電気信号の処理に適していますたとえば、デリバティブや電気信号、フィルタ リング、および共振回路の積分値を取っています。また変圧器で交流信号の電圧を変更する使用されます。

実験の著者は、材料準備のためゲイリー ハドソンとビデオの手順を示すため Chuanhsun Li の支援を認めています。