Все ли катушки индуктивности производят 1 вебер через одну секунду, когда применяется 1 вольт постоянного тока?

Определение магнитного потока (вебера) сформулировано здесь как:

Если взять петлю из сверхпроводящего провода и подать на нее напряжение 1 В в течение 1 с, то магнитный поток внутри этой петли изменится на 1 Вб. Обратите внимание, что это верно независимо от размера или формы петли и независимо от материи, находящейся внутри петли! На практике это достаточно верно, даже если провод не является сверхпроводящим, пока его сопротивление достаточно низкое, чтобы вызвать лишь незначительное падение напряжения при результирующем токе.

Я считаю, что приведенное выше определение верно, но я готов сбросить это убеждение. Кроме того, это основная форма закона Фарадея, то есть напряжение = скорость изменения потока.

Таким образом, большая катушка (или маленькая катушка) создают одинаковый поток через одну секунду, когда применяется 1 вольт постоянного тока. Но что делать, если катушка состоит из двух близко намотанных витков?

При близком расположении витков индуктивность катушки пропорциональна квадрату числа витков, поэтому 2 витка дают в 4 раза больше индуктивности и, соответственно, скорость нарастания тока (при приложении напряжения) уменьшается в 4 раза.

Это воплощено в другой известной формуле, В знак равно л г я г т .

Учитывая также, что определение индуктивности — это поток на ампер, мы можем изменить это так, чтобы поток = индуктивность x ток, и, поскольку индуктивность увеличилась на 4, а ток уменьшился на 4, кажется, что поток, создаваемый 2-витковым катушки (через одну секунду) точно такой же, как поток, создаваемый одновитковой катушкой.

Вы можете расширить это на столько #turns, сколько хотите, при условии, что эти повороты тесно связаны, поэтому в основном вы можете сказать (согласно названию): -

All inductors produce 1 weber after one second when 1 volt DC is applied

Теперь закон Фарадея гласит, что В знак равно Н г Φ г т

И тут у меня начинает возникать противоречие.

Закон Фарадея касается индукции, т.е. скорости изменения потока связи через Н витков создает напряжение на клеммах, равное Н раз выше, чем за один оборот. Это работает и наоборот; если бы один вольт был приложен в течение одной секунды, то общий поток, создаваемый катушкой с двумя витками, был бы вдвое меньше, чем поток, создаваемый катушкой с одним витком.

Где я ошибаюсь в своих размышлениях?

@BrianDrummond, в этом суть вопроса - если индуктивность увеличивается в 4 раза (что приводит к падению тока в 4 раза), то по определению индуктивности (= общий поток на ампер) поток ДОЛЖЕН быть одинаковым.
Мое прочтение цитируемого текста состоит в том, что «петля» подразумевает один виток, поэтому парафраз должен читаться «все одновитковые катушки индуктивности производят ...». Автор делает соответствующую поправку для многовитковых катушек индуктивности; соглашаясь с ответом @ user96037 И вашим наблюдением ... мой более ранний комментарий испортил это, показав, как легко ошибиться ... так что, хороший вопрос
@BrianDrummond, не дайте себя одурачить. Я наблюдаю противоречие, а также я наблюдал авторскую «корректировку» для приведения его в соответствие с законом Фарадея, но я все еще вижу противоречие; использование скорости изменения потока N x подразумевает, что поток равен половине для двухвитковой катушки, но с использованием определения индуктивности (L = поток на ампер) поток должен оставаться одинаковым.
На этой странице определенно есть путаница: «Основной характеристикой любой катушки является индуктивность. Она измеряется в генри, пишется как H, и ее определение: (3) H = V * s / A». Ну, мы все знаем Индуктивность записывается как L (хотя единицами измерения являются H), а величина, обозначенная H, представляет собой магнитное поле.
Это может быть не лучший сайт, но основное определение потока, создаваемого для одновитковой катушки, насколько я могу судить, правильное. Это не та проблема/противоречие, которое я вижу.

Ответы (3)

Мой удар по нему (пересмотрено). Оригинальная цитата блока:

Если взять петлю из сверхпроводящего провода и подать на нее напряжение 1 В в течение 1 с, то магнитный поток внутри этой петли изменится на 1 Вб.

С оговоркой, что это не зависит от размера, формы. материал ... но без уточнения количества витков. Это ведет к:

Wb = V * s ... eq1

Он ничего не говорит о токе, протекающем в витке (или витках), и оставляет без ответа, подчиняется ли катушка N витка
Wb = V * s ... eq1a
или
Wb = V * s * N ... eq1b
или даже
Wb = V * с/н... экв1с

Обратите внимание на определение Вебера .

Вебер — это магнитный поток, который, связывая цепь из одного витка, создавал бы в ней электродвижущую силу в 1 вольт, если бы он уменьшался до нуля с равномерной скоростью за 1 секунду.

(да, из Вики, но это ссылка на основную ссылку), так что это поток, связанный с 1 V , явно за один ход. Решающее отличие формулировки отсутствует на связанной странице...

Второй виток в том же поле был бы независимым источником напряжения. Это приводит определение в соответствие с eq1c, потому что 1 Вебер — это поток, связанный с 1V-S на оборот .

Итак, мое (исправленное!) понимание исходной цитаты таково:

Если взять петлю из сверхпроводящего провода и подать на этот провод 1 В на виток в течение 1 с, то магнитный поток внутри этой петли изменится на 1 Вб.

Это подтверждает понимание Энди закона Фарадея, выраженного в вопросе: чтобы поддерживать постоянную скорость изменения потока, вам необходимо поддерживать постоянное напряжение на виток . В качестве альтернативы, если вы уменьшите вдвое напряжение на виток, вы действительно уменьшите вдвое скорость изменения потока.

Это также приводит к изменению уравнения 1 связанной веб-страницы . Что затем логически приводит к его окончательному уравнению

H = Wb * обороты / A
или
Wb = H * A / обороты

Первоначально это вызвало у меня подозрения, потому что обычно поток рассматривается как пропорциональный ампер-виткам, поэтому ампер/витки выглядели ... незнакомыми. Причина в том, что индуктивность уже содержит квадрат оборотов:
L = Al * n^2 (где Al называется «удельной индуктивностью» и является константой для конкретной геометрии и материала)
H = Al * оборотов^2

Замена индуктивности возвращает нас к знакомым ампер-
виткам Wb = Al * A * виткам
, что является более удобной формой для некоторых целей в конструкции индуктора.

Спасибо, Брайан, что попробовал. Я думаю, что это в основном связано с тем, что я неправильно понимаю формулу, которая связывает индуктивность с потоком и током. Я видел на нескольких сайтах (с тех пор, как я поднял вопрос), что фактическая формула L = N Φ /A или индуктивность на виток = Φ /А. Я изо всех сил пытаюсь понять, как это полностью согласуется с вашим объяснением. Это был долгий день!
Если л знак равно Φ Н / А затем Φ знак равно л А / Н и учитывая, что рост L противостоит падению А, то Φ теперь должно уменьшиться вдвое на два оборота (в соответствии с законом Фарадея).
Начинаю видеть это ... LA / N правильно, несмотря на мою зацикленность на поиске ампер-витков, потому что L уже включает термин N ^ 2. Таким образом, Flux = A(l) * A * N, где A(l) — удельная индуктивность. Проверка...
Действуй!!! Ура!
Наблюдение за двумя очень опытными людьми, решающими законный вопрос. Молодцы господа. @Андяка тоже. Вопрос и ответ получают голосование

По сравнению с одновитковой катушкой индуктивность двухвитковой катушки индуктивности в 4 раза больше.

Следовательно, ток двухвитковой катушки индуктивности через 1 с будет составлять 1/4 тока одновитковой катушки индуктивности.

Поток пропорционален количеству витков и току. Таким образом, поток с 1/4 тока и 2-кратным числом витков будет вдвое меньше, чем у одновитковой катушки индуктивности.

Магнитные поля, создаваемые несколькими источниками, складываются линейно. Если поток, создаваемый одной петлей петли, равен одному вебберу. Тогда поток, создаваемый двумя петлями с одинаковым током, должен быть равен двум вебберам.

Поток не пропорционален индуктивности. Поток должен быть пропорционален току и количеству витков, поскольку электрические и магнитные поля складываются линейно.

Что касается единиц...
Генри = Wb / A размерно эквивалентен Wb / A / Turn (поскольку Turns является безразмерной величиной).

@ Брайан Драммонд просто опечатка. Я исправил это.
Но определение индуктивности противоречит этому. Индуктивность представляет собой поток на ампер, и если индуктивность увеличилась в 4 раза (в результате чего ток увеличился только на четверть), то поток остается прежним. Вот о чем мой вопрос. То же самое с @brian
@Энди, также известный как Flux, пропорционален количеству витков. Найдите поток в тороиде или соленоиде в качестве простых примеров.
«Индуктивность - это поток на ампер» ... на ампер-виток, верно?
Я не спорю с вами, кроме того, что вы не ответили на мой вопрос. Я указываю на противоречие, а вы не устраняете это противоречие. Вы просто утверждаете А и игнорируете Б. Я говорю, что здесь А и здесь Б, и есть противоречие.
@BrianDrummond, может быть, это ответ - у вас есть хорошая ссылка, которую я могу использовать?
@Andyaka hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/toroid.html . Эта связь дает магнитное поле. Разделите на площадь поперечного сечения, чтобы преобразовать полное поле в поток.
@ Andyaka Я не уверен, что у меня есть. Но длинный список эквивалентов Генри на его странице Wiki en.wikipedia.org/wiki/Henry_%28unit%29 , кажется, помогает мне прояснить... другой... подход на вашей связанной странице. (Отличается тем, что я не видел этого раньше и тоже запутался) NB Wiki H=Wb/A прямо противоречит его H=Wb*t/A...
@ user96037 вы НЕ СЛУШАЕТЕ, ЧТО Я ГОВОРЮ - у меня есть противоречие, и все, что вы говорите (неоднократно), является утверждением A. Утверждение A противоречит утверждению B, поэтому перестаньте прямо утверждать A, если вам нечего сказать о B. Если вы не следи за тем, что я говорю, тогда внимательно перечитай мой вопрос. Где-то в своем вопросе я искажаю правду, но не вижу где. Да, я согласен с тем, что закон Фарадея должен соблюдаться при управлении катушкой, но это, кажется, противоречит определению катушки индуктивности (и Брайан должен знать правду об этом).
После редактирования мы можем сходиться: важен тот факт, что повороты безразмерны. Ампер - это количество электронов, протекающих по проводу: если этот провод имеет N витков, то N * столько же электронов, влияющих / находящихся под влиянием магнитного потока.
@ Брайан Я думаю, что в сети достаточно свидетельств, чтобы указать на тот факт, что индуктивность на виток равна потоку на ампер.

Очки идут Брайану, но я думаю, что после столь длинных блужданий мои мысли нуждаются в упоминании. Мое фундаментальное заблуждение заключалось в том, что я считал, что следующая формула применима к любой катушке индуктивности независимо от витков:

Inductance is total flux per amp

Многие веб-сайты утверждают вышеизложенное (без особых пояснений), но настоящая правда такова:

Inductance per turn is total flux per amp

Это закрепило мое мышление.

Если используются два плотно расположенных витка, то индуктивность увеличивается в 4 раза, а при фиксированном постоянном напряжении скорость нарастания тока уменьшается в четыре раза по сравнению со сценарием с одним витком.

Итак, отсюда индуктивность на виток теперь 2 л (где L — стоимость одного оборота)

И 2 л знак равно Φ я / 4 или Φ знак равно 2 л я 4 т.е. половина суммы для одной катушки.

И это теперь (к счастью) связано с законом Фарадея ( В знак равно Н г Φ г т )

При удвоенном числе витков и фиксированном приложенном напряжении 1 вольт увеличение потока за одну секунду вдвое меньше, чем для одновитковой катушки индуктивности.


Другой способ взглянуть на это (более соответствующий ответу Брайана) - подумать об амперных оборотах (магнитодвижущей силе). Идея здесь в том, что вы конвертируете ампер-витки в эквивалент сценария с одной катушкой:

  1. Индуктивность эквивалентного одиночного витка возвращается к L (не 4L)
  2. Ток был I/4 (для 2 витков), но ампер-витки составляют I/2.

Следовательно л знак равно Φ я / 2 или Φ знак равно л я 2