Az önindukció miért késlelteti az áramot a feszültséghez képest?

Általában a tekercsekre jellemző, hogy bekapcsoláskor először a feszültség jelenik meg rajta és a tranzienssel szemben nagy ellenállást képvisel. (Ld. még: Lenz-törvény.) Tehát először felépül a mágneses tér, ami olyan hatást kelt, ami a meginduló áram ellen hat. Kikapcsoláskor hasonló a helyzet, a megszűnő, leépülő mágneses tér fenntartani igyekszik az áramot, az áram csak később kezd csökkenni, amikor a tér energiája "elfogy".

+

[link]

"Önindukció miért nem késlelteti a feszültséget is"

Az a kapacitásra jellemző, mert ott bekapcsoláskor először a töltőáram indul meg, és az így felhalmozott töltések adják majd a kapacitás feszültségét.

Hát azért van erre a középiskola határán mozgó "normális" válasz is.

A zárt vezetőben fellépő áramerősség-változáskor a vezetőben feszültség indukálódik - ami ellentétes az áramváltozás irányával (itt eljutottunk Lenc észt (?)-orosz fizikushoz, de nem olyan lényeges).

.

Viszonylag bonyolult, és nehezzen érthető jelenségről van szó. A slagos példát szokták felhozni, mivel maga az elrendezés ill. a feszültség és áram analogonját kapjuk.

Na de melyek ezek az analogonok?

A feszültség -mint középiskolai szinten is ismeretes- két pont közötti potenciálkkülönbség vagy kissé pongyolabban energiaszint különbség. Ezt folyadékok (így pl. a slagban áramló víz) esetében pl. a nyomással lehet szemléltetni. A vízcsap nyitásakor hirtelen nyomásnövekedés alakul ki, míg a slag másik végén még légköri nyomás van. Ezen nyomáskülönbség az analogonja a villamos feszültségnek. A nyomáskülönbség hatására fog megindulni a folyadék áramlása amit meg pl. a térfogatárammal (időegység alatt átáramlott folyadékmennyiség pl. köbméter/óra) mérhetünk. Ez a térfogatáram analogonja a villamos áramnak, csak ugye ott az elektronok mozgása indul meg, amit meg egy töltés/idő = Coulomb/secundum=Amper mértékegységben lehet mérni.

Namost a slagnál az a helyzet, hogyha mérnéd a térfogatáramot időben, akkor azt kapnád hogy van egy kezdeti ún. tranziens szakasz, ahol folyamatosan nő a térfogatáram majd pedig beáll egy állandósult értékre aszerint hogy a csap nyitásával meginduló lökéshullám hogyan terjed végig a csőben, és hogy a folyadékrészecskék hogyan gyorsulnak fel egy állandósult sebességre. Elzáráskor meg fordítva, a csapnál közvetlen lecsökken hirtelen a nyomás, de a folyadékrészecskék lendületükből fakadóan ezt nem tudják hirtelen követni, idő szükséges hozzá, igaz csekély.

Namost ha a csapot lecserélnéd egy dugattyúra, ami a folyadékot a slagban oda-vissza lökködi egy forgattyús mechanizmus segitségével (amilyen pl. a kocsik motorjában is van) akkor a váltakozó feszültségű rendszernek kapod a mechanikai analogonját, uis. azt fogod kapni hogy a folyadék mozgása a slag végén (amit praktikusan egy vödör vizbe rakva képzelünk el hogy a slagba ne kerülhessen levegő...) mindig késik a dugattyú mozgásához képest.

Hogy milyen fázisszögben, azt most hagyjuk, bár az is megérne egy misét (mechanikai rezgések és analogon villamos rezgőkörök vizsgálata, ugyanolyan jellegű diffegyenlet...).

Na szóval ez a mechanikai analógia, igaz ebből konkrétan a villamos hátteret nem lehet megérteni, sőt igazából "sántít" is a slagos példa, mert pl. egy villamos tekercsnél nem a vezeték hossza a késleltetési faktor (ellentétben a slaggal) de talán segít a jelenség elfogadásában, ha látjuk hogy van kézzel jobban megfogható, nagyon hasonló mechanikai jelenség. Ugye a vezetékhosszra visszatérve ha így lenne, elég lenne egy hosszabb vezetéket két pont között kifeszíteni feltekercselés helyett, de ez nem így van! A tekercs alakja, és a mágneses erőteret létrehozó képessége játszik szerepet pl. a váltakozó árammal szembeni sajátságos viselkedésében.

Ugye pl. ha azt elképzeljük hogy a mágneses erővonalak mozognak az erőtér felépülése és leépülése során, akkor látjuk, hogy egy tekercs esetében azok belemetszenek a huzal anyagába, amit mozgási indukcióként is felfoghatunk, ha nem akarunk a fluxusváltozásból kiindulni...

Utolsó vagyok, még egy megjegyzés ami hasznos neked: Nyomáskülönbség hatására alakul ki a térfogatáram, a folyadékmozgás a slagban.

Hasonlóképp feszültség hatására alakul ki az áram, az elektronok mozgása. Ha nincs feszültség, akkor nincs áram, nem mozognak az elektronok. Ha úgy tetszik, a feszültség a referencia, ehhez képest tudod mérni hogy mennyit késik az áram.

Ha feltesszük hogy a feszültség késleltetódik, jó, de mihez képest? Mi a referencia?!

Magyarázat parasztosan:

Beülsz egy egy vízszintes úttesten levő gépkocsiba, beindítod a motort és kioldod a fékeket, berakod az 1-es fokozatot a sebváltón, stb..

Utána kuplung és padlógáz - na ezt nevezik feszültségnek! Késik a kocsi mozgása - amit áramnak nevezünk?

Na ugye!

Tanuld meg a mechanikát rendesen, ott minden látható és közvetlen megtapasztalható. Utána pedig vedd az analógiákat sorra:

tehetetlenségi tömeg (vagy lendkerék) - induktivitás/tekercs

rugó (torziós szál, spirál, stb.) - kapacitás/kondenzátor

lengéscsillapító, fék, fojtószelep, stb. - ellenállás

nyomáskülönbség-biztosító berendezés - feszültségforrás

közegáramlás-biztosító berendezés - áramforrás

Az (ön)indukció lényege, hogy a mágneses fluxus VÁLTOZÁSA generál ellenfeszültséget (tehát az áramot fenntartó feszültséggel ellentétes irányú feszültséget), a fluxus változása pedig az áram változásával arányos. Tehát amikor egy tekercsre feszültséget kapcsolunk, amelynek hatására megindul az áram, akkor az önindukció eredményeként előálló ellenfeszültség az egyre növekedő áram növekedési ütemétől függ, és nem az áram aktuális nagyságától.

Tehát a folyamat elején, amikor rákapcsoljuk a feszültséget, akkor a generáló feszültség hatására a vele szinkronban növő áram ellen kezd el dolgozni az áram növekedési ütemétől függő ellenirányú feszültség. Azaz az áram növekedésével együtt megjelenik egy ennek növekedését fékező hatás, így végeredményben a generáló feszültséghez képest az áram időben késni fog, amely periodikus gerjesztőfeszültség esetén vehető jól észre.