¿Todos los inductores producen 1 weber después de un segundo cuando se aplica 1 voltio DC?

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Una definición de flujo magnético (el weber) se indica aquí como: -

  

Si toma un bucle de cable superconductor y aplica 1V a este cable durante 1 s, entonces el flujo magnético dentro de este bucle habrá cambiado en 1Wb. Tenga en cuenta que esto es cierto independientemente del tamaño o la forma del bucle, y de la materia que esté dentro del bucle. En la práctica, es lo suficientemente cierto incluso cuando el cable no es superconductor, siempre que su resistencia sea lo suficientemente baja como para causar solo una caída de voltaje insignificante en la corriente resultante.

Creo que la definición anterior es cierta, pero estoy preparado para restablecer esta creencia. Además, esta es una forma básica de la ley de Faraday, es decir, voltaje = tasa de cambio del flujo.

Por lo tanto, una bobina grande (o una bobina pequeña) produce el mismo flujo después de un segundo cuando se aplica 1 voltio de CC. Pero ¿qué pasa cuando la bobina es dos vueltas estrechamente enrolladas?

Con los giros cerrados, la inductancia de la bobina es proporcional al cuadrado del número de giros, 2 giros producen 4 veces la inductancia y, en consecuencia, la tasa de aumento de la corriente (cuando se aplica voltaje) se reduce en 4.

Esto se materializa en la otra fórmula bien conocida, \ $ V = L \ dfrac {di} {dt} \ $.

Dado también que la definición de inductancia es flujo por amplificador, podemos reordenar esto de modo que el flujo = inductancia x corriente y, debido a que la inductancia haya aumentado en 4 con la reducción de corriente en 4, parezca que el flujo producido por un La bobina de 2 vueltas (después de un segundo) es exactamente la misma que el flujo producido por una bobina de una sola vuelta.

Puede extender esto a todas las # vueltas que desee, siempre y cuando estos giros estén estrechamente relacionados, así que básicamente podría decir (según el título): -

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

Ahora la ley de Faraday establece que \ $ V = -N \ dfrac {d \ Phi} {dt} \ $

Y aquí es donde estoy empezando a tener una contradicción.

La ley de Faraday tiene que ver con la inducción, es decir, la tasa de cambio del acoplamiento de flujo a través de giros \ $ N \ $ produce un voltaje de terminal que es \ $ N \ $ veces mayor que el de un turno. Funciona al revés también; Si se aplicara un voltio durante un segundo, el flujo total producido por una bobina de dos vueltas sería la mitad del producido por una bobina de una sola vuelta.

¿En qué me equivoco al pensar?

    
pregunta Andy aka

3 respuestas

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Mi puñalada (revisada). La cotización original en bloque:

  

Si toma un bucle de cable superconductor y aplica 1V a este cable durante 1 s, entonces el flujo magnético dentro de este bucle habrá cambiado en 1Wb.

Con calificaciones que esto es independiente del tamaño, forma. material ... pero sin calificación sobre el número de vueltas. Esto lleva a:

Wb = V * s ... eq1

No dice nada acerca de la corriente que fluye en el turno (o turnos) y deja sin respuesta si una bobina N gira obedece
Wb = V * s ... eq1a
o
Wb = V * s * N ... eq1b
o incluso
Wb = V * s / N ... eq1c

Tenga en cuenta la definición de Weber

  

El weber es el flujo magnético que, al vincular un circuito de una vuelta, produciría en él una fuerza electromotriz de 1 voltio si se redujera a cero a una velocidad uniforme en 1 segundo

(sí, desde Wiki, pero que enlaza con una referencia primaria) por lo que es el flujo relacionado con 1 V-s explícitamente en un solo turno. Una diferencia crucial de las frases ausentes de la página vinculada ...

Un segundo giro en el mismo campo sería una fuente de voltaje independiente. Esto alinea la definición con eq1c porque 1 Weber es el flujo relacionado con 1V-S por turno .

Por lo tanto, mi (¡revisado!) comprensión de la cita original es

  

Si toma un bucle de cable superconductor y aplica 1V por turno a este cable durante 1 s, entonces el flujo magnético dentro de este bucle habrá cambiado en 1Wb.

Esto apoya la comprensión de Andy de la Ley de Faraday expresada en la pregunta: para mantener constante la tasa de cambio del flujo, debe mantener constante la tensión por turno . Alternativamente, si reduce a la mitad el voltaje por turno, efectivamente reducirá a la mitad la tasa de cambio del flujo.

También conduce a la modificación en la Eq1 de la página web vinculada . Lo que luego lleva lógicamente a su ecuación final

H = Wb * gira / A
o
Wb = H * A / vueltas

Esto originalmente me hizo sospechar, porque normalmente se ve que el flujo es proporcional a los giros de amperios, por lo que los amperios / turnos parecían ... desconocidos. La razón es que la inductancia ya contiene un término de turnos al cuadrado:
L = Al * n ^ 2 (donde Al se denomina "inductancia específica" y es una constante para una geometría y material en particular)
H = Al * gira ^ 2

La sustitución de la inductancia nos devuelve a los conocidos giros de amperios
Wb = Al * A * gira
que es una forma más conveniente para algunos propósitos en el diseño de inductores.

    
respondido por el Brian Drummond
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Los puntos van a Brian, pero creo que, después de tanto meandros tan largos, mis pensamientos deben mencionarse. Mi malentendido fundamental fue que creía que la siguiente fórmula se aplicaba a cualquier inductor, independientemente de los giros: -

Inductance is total flux per amp

Muchos sitios web establecen lo anterior (sin mucha aclaración) pero la verdad es: -

Inductance per turn is total flux per amp

Esto arregló mi pensamiento.

Si se usan dos vueltas muy compactas, entonces la inductancia aumenta 4 veces y, para un voltaje de CC fijo, la velocidad a la que se acumulan las compilaciones actuales se compara con el escenario de una sola vuelta.

Entonces, a partir de esto, la inductancia por turno es ahora \ $ 2L \ $ (donde L es el valor de un solo turno)

Y \ $ 2L = \ dfrac {\ Phi} {I / 4} \ $ o \ $ \ Phi = \ dfrac {2LI} {4} \ $ es decir, la mitad de la cantidad de una sola bobina.

Y esto ahora (afortunadamente) se relaciona con la Ley de Faraday (\ $ V = -N \ dfrac {d \ Phi} {dt} \ $)

Con el doble de vueltas y un voltaje fijo de 1 voltio aplicado, el aumento del flujo en un segundo es la mitad que para un inductor de una sola vuelta.

Otra forma de verlo (más en línea con la respuesta de Brian) es pensar en los giros de amperios (fuerza motriz magnética). La idea aquí es que convierte los amperios en el equivalente a un solo escenario de bobina: -

  1. La inductancia del giro simple equivalente vuelve a L (no a 4L)
  2. La corriente era I / 4 (para 2 turnos) pero los giros en amperios lo hacen I / 2

Por lo tanto, \ $ L = \ dfrac {\ Phi} {I / 2} \ $ o \ $ \ Phi = \ dfrac {LI} {2} \ $

    
respondido por el Andy aka
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En comparación con un inductor de una vuelta, un inductor de dos vueltas tiene 4 veces la inductancia.

Por lo tanto, la corriente de un inductor de dos vueltas será 1/4 de la de un inductor de una vuelta después de 1 s.

El flujo es proporcional al número de vueltas y la corriente. Por lo tanto, el flujo con 1/4 de la corriente y 2 veces las vueltas será la mitad de un inductor de una vuelta.

Los campos magnéticos generados por múltiples fuentes se suman linealmente. Si el flujo generado por un bucle de bucle es un webber. Luego, el flujo generado por dos bucles que tienen la misma corriente deben ser dos webbers.

El flujo no es proporcional a la inductancia. El flujo debe ser proporcional a la corriente y al número de vueltas porque los campos eléctrico y magnético se agregan linealmente.

En cuanto a las unidades ...
Henries = Wb / A es dimensionalmente equivalente a Wb / A / Turn (porque Turns es una unidad sin cantidad).

    
respondido por el user4574

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