În electromagnetism și electronică, inductanța este proprietatea unui conductor electric prin care o schimbare a curentului electric prin el induce o forță electromotoare (tensiune) în conductor. Este mai precis numită autoinductanță. Aceeași proprietate determină un curent într-un conductor să inducă o forță electromotoare în conductorii din apropiere; aceasta se numește inductanță reciprocă (mutuală).
Inductanța este un efect cauzat de câmpul magnetic al unui conductor care transportă curent care acționează înapoi asupra conductorului. Un curent electric prin orice conductor creează un câmp magnetic în jurul conductorului. Un curent variabil creează un câmp magnetic variabil. Din legea lui Faraday de inducție, orice schimbare a fluxului magnetic printr-un circuit induce o forță electromotoare (tensiune) în circuit. Inductanța este raportul L între această tensiune indusă v și rata de schimbare a curentului i(t) în circuit
v = Ldi(t)/dt
Din legea lui Lenz, această tensiune indusă va fi într-o direcție care se opune schimbării curentului care a creat-o. Astfel, inductanța este o proprietate a unui conductor care se opune oricărei schimbări de curent prin conductor. Un inductor este o componentă electrică care adaugă inductanță la un circuit. Acesta constă în mod obișnuit dintr-o bobină sau spiră de sârmă.
Termenul de inductanță a fost inventat de Oliver Heaviside în 1886. Este obișnuit să se folosească simbolul L pentru inductanță, în onoarea fizicianului Heinrich Lenz. În sistemul SI, unitatea de inductanță este henry (H), care este cantitatea de inductanță care provoacă o tensiunea de 1 volt atunci când curentul se schimbă la o rată de un amper pe secundă. Este numită după numele lui Joseph Henry, care a descoperit inductanța independent de Faraday.
Circuitele electrice care sunt situate apropiate unul de celălalt, astfel încât câmpul magnetic creat de curentul în unul trece prin celălalt, se spune că sunt cuplate inductiv. Deci, o schimbare a curentului într-un circuit va determina variația fluxului magnetic prin celălalt circuit, ceea ce va induce o tensiune în celălalt circuit, prin legea lui Faraday. Raportul dintre tensiunea indusă în al doilea circuit și rata de schimbare a curentului în primul circuit este denumită inductanța mutuală M între circuite. Este, de asemenea, măsurat în henry.
Autoinductanța și energia magnetică
În cazul în care curentul printr-un conductor cu inductanță crește, o tensiune v(t) va fi indusă peste conductor cu o polaritate care se opune curentului, așa cum este descris mai sus (aceasta este în plus față de orice cădere de tensiune cauzată de rezistența conductorului). Sarcinile care curg prin circuit pierd energia potențială care se deplasează de la tensiunea mai mare spre cea inferioară. Energia din circuitul extern necesară pentru depășirea acestui „prag de potențial” este stocată în câmpul magnetic crescut în jurul conductorului. Prin urmare, orice inductanță cu un curent prin aceasta stochează energie în câmpul său magnetic. În orice moment dat, puterea p(t) care curge în câmpul magnetic, care este egală cu rata de schimbare a energiei stocate U, este produsul curentului i(t) și al tensiunii v(t) de-a lungul conductorului
p(t) = dU/dt = v(t)i(t)
Întrucât
v(t) = Ldi(t)/dt
rezultă
dU = L(i)idi
Când nu există curent, nu există câmp magnetic și energia stocată este zero. Neglijând pierderile rezistive, energia U (măsurată în joule, în SI) stocată printr-o inductanță cu un curent I prin aceasta, este egală cu cantitatea de lucru mecanic necesar pentru a aduce obține prin inductanța pornind de la zero și, prin urmare, câmpul magnetic. Aceasta este dată de:
U = ∫0IL(i)idi
Dacă inductanța L(I) este constantă în intervalul curentului, energia stocată este
U = LI2/2
Prin urmare, inductanța este, de asemenea, proporțională cu cantitatea de energie stocată în câmpul magnetic pentru un curent dat. Această energie este stocată atâta timp cât curentul rămâne constant. În cazul în care curentul scade, câmpul magnetic va scădea, inducând o tensiune în conductor în direcția opusă, negativă la capătul prin care curentul intră și pozitivă la capătul prin care acesta părăsește conductorul. Aceasta va returna energia magnetică stocată în circuitul extern.
Dacă materialele feromagnetice sunt situate în apropierea conductorului, cum ar fi într-un inductor cu miez magnetic, ecuația de mai sus este valabilă numai pentru zonele liniare ale fluxului magnetic, la curenți sub nivelul la care se saturează materialul feromagnetic, unde inductanța este aproximativ constantă. Dacă câmpul magnetic din inductor se apropie de nivelul la care miezul se saturează, inductanța va începe să se schimbe cu curentul, și trebuie utilizată ecuația integrală.
Lasă un răspuns