Індуктивність є одним із найважливіших понять у сучасній електроніці та електротехніці.
Вона лежить в основі роботи трансформаторів, генераторів, електродвигунів, імпульсних блоків живлення,
радіочастотних фільтрів та багатьох інших пристроїв.
Щоб зрозуміти, що таке індуктивність, необхідно розглянути взаємозв’язок між електричним струмом і магнітним полем.
Саме цей зв’язок формує фізичну природу такого компонента, як котушка індуктивності.
Що таке індуктивність?
Індуктивність — це фізична властивість електричного кола протидіяти зміні струму шляхом створення індукованої електрорушійної сили (ЕРС).
Простими словами, індуктивність це здатність провідника або котушки накопичувати енергію у вигляді магнітного поля.
Індуктивність є третьою фундаментальною характеристикою електроніки разом із:
- опором (R) — який перетворює енергію в тепло;
- ємністю (C) — яка накопичує електричний заряд;
- індуктивністю (L) — яка накопичує енергію магнітного поля.
На відміну від резистора чи конденсатора, індуктивність проявляється тільки тоді, коли струм у колі змінюється з часом.
Магнітне поле навколо провідника
Коли через провідник проходить електричний струм, навколо нього утворюється кругове магнітне поле.
Це підтверджено законами електромагнетизму та експериментами Максвелла.
Напрямок магнітного поля визначається правилом правої руки:
великий палець показує напрям струму, а зігнуті пальці — напрям магнітних ліній.
Якщо струм є сталим, магнітне поле не змінюється. Але якщо струм зростає або зменшується,
магнітний потік також змінюється, і виникає електромагнітна індукція.
Закон Фарадея та електромагнітна індукція
Основою явища індуктивності є закон електромагнітної індукції Фарадея:
індукована ЕРС виникає тоді, коли магнітний потік через контур змінюється з часом.
Саме тому генератори виробляють електроенергію, а трансформатори передають її між обмотками.
Котушка індуктивності: що це?
Котушка індуктивності (індуктор) — це спеціальний електронний компонент,
призначений для створення сильного магнітного поля та накопичення енергії в цьому полі.
Найчастіше котушка являє собою дріт, намотаний у вигляді:
. 
- соленоїда;
- спіралі;
- тороїда.
Кожен виток котушки підсилює загальне магнітне поле.
А використання феромагнітного осердя (фериту або заліза) може збільшити індуктивність у сотні разів.
Типи котушок індуктивності
- Повітряні котушки — використовуються у радіочастотних схемах.
- Феритові котушки — застосовуються в блоках живлення та трансформаторах.
- Регульовані індуктори — дозволяють змінювати індуктивність.
- Феритові намистини — гасять електромагнітні завади в кабелях.
Самоіндукція: ключовий ефект котушки
Одним із найважливіших явищ є самоіндукція.
Це процес, коли котушка індукує напругу у самій собі під час зміни струму.
При замиканні кола струм не може зрости миттєво, оскільки котушка створює зворотну ЕРС, яка протидіє зміні.
При розмиканні кола магнітне поле швидко руйнується, і котушка створює високу напругу,
що може спричинити іскру на контактах вимикача.
Індуктивність: формула та основні рівняння
Основна індуктивність формула, яка описує напругу на котушці:
U = L · (dI/dt)
Це означає: чим швидше змінюється струм, тим більша напруга виникає на індукторі.
- U — напруга (В)
- L — індуктивність (Гн)
- dI/dt — швидкість зміни струму
Формула індуктивності котушки
Для соленоїдальної котушки застосовується така формула індуктивності котушки:
L = μ · (N² · A) / l
- N — кількість витків
- A — площа поперечного перерізу
- l — довжина котушки
- μ — магнітна проникність осердя
Отже, індуктивність зростає, якщо:
- збільшити кількість витків;
- збільшити площу котушки;
- використати феритове осердя;
- зменшити довжину котушки.
Енергія, накопичена в котушці
Котушка накопичує енергію у магнітному полі. Вона визначається формулою:
W = (L · I²) / 2
Ця енергія повертається в коло, коли струм починає зменшуватись.
Застосування котушок індуктивності
Котушки індуктивності застосовуються практично в усіх сферах електроніки:
- у трансформаторах для передачі енергії між обмотками;
- в імпульсних блоках живлення;
- у радіоприймачах та передавачах;
- у фільтрах змінного струму;
- для придушення електромагнітних перешкод;
- в електродвигунах і генераторах.
Висновок
Індуктивність котушки — це фундаментальна характеристика електричних кіл,
яка описує здатність котушки накопичувати енергію у магнітному полі та протидіяти змінам струму.
Розуміння того, що таке індуктивність, знання формул та принципів роботи котушки індуктивності
є необхідним для аналізу сучасних електронних систем і проєктування складних електротехнічних пристроїв.
Oleksandr