ตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานได้อย่างไร

ฉันรู้ว่าตัวเก็บประจุเก็บพลังงานโดยการสะสมประจุที่แผ่นของพวกเขาในทำนองเดียวกันผู้คนบอกว่าตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก ฉันไม่เข้าใจคำแถลงนี้ ฉันไม่สามารถเข้าใจได้ว่าตัวเหนี่ยวนำเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็กของมันอย่างไรนั่นคือฉันไม่สามารถมองเห็นได้
โดยทั่วไปเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านตัวเหนี่ยวนำจะเกิดอะไรขึ้นกับอิเล็กตรอนและพวกมันจะถูกบล็อกโดยสนามแม่เหล็กได้อย่างไร บางคนสามารถอธิบายเรื่องนี้ให้ฉันในเชิงแนวคิดได้หรือไม่

และโปรดอธิบายสิ่งเหล่านี้ด้วย:

1. ถ้าอิเล็กตรอนไหลผ่านเส้นลวดพวกมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานในสนามแม่เหล็กได้อย่างไร?

2. back-EMF สร้างขึ้นมาได้อย่างไร?

นี่เป็นคำถามที่ลึกกว่าที่คิด แม้แต่นักฟิสิกส์ก็ไม่เห็นด้วยกับความหมายที่แท้จริงของการเก็บพลังงานในสนามหรือแม้กระทั่งว่าเป็นคำอธิบายที่ดีว่าเกิดอะไรขึ้น มันไม่ได้ช่วยให้สนามแม่เหล็กเป็นผลสัมพัทธภาพและทำให้ประหลาดโดยกำเนิด

ฉันไม่ใช่นักฟิสิกส์สถานะของแข็ง แต่ฉันจะพยายามตอบคำถามของคุณเกี่ยวกับอิเล็กตรอน ลองดูวงจรนี้:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

เริ่มต้นด้วยไม่มีแรงดันข้ามหรือกระแสผ่านตัวเหนี่ยวนำ เมื่อสวิตช์ปิดกระแสจะเริ่มไหล เมื่อกระแสไหลออกมามันจะสร้างสนามแม่เหล็ก ที่ใช้พลังงานซึ่งมาจากอิเล็กตรอน มีสองวิธีในการดูสิ่งนี้:

1. ทฤษฎีวงจร: ในตัวเหนี่ยวนำกระแสที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเหนี่ยวนำ ) แรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันคือกำลัง ดังนั้นการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำใช้พลังงาน$(V = L\frac{di}{dt})$

2. ฟิสิกส์: สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดสนามไฟฟ้า สนามไฟฟ้านี้ผลักอิเล็กตรอนกลับมาดูดซับพลังงานในกระบวนการ ดังนั้นอิเล็กตรอนที่เร่งขึ้นจะใช้พลังงานมากกว่าสิ่งที่คุณคาดหวังจากมวลเฉื่อยของอิเล็กตรอนเพียงอย่างเดียว

ในที่สุดกระแสถึง 1 แอมป์และอยู่ที่นั่นเนื่องจากตัวต้านทาน ด้วยกระแสคงที่จึงไม่มีแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวเหนี่ยวนำ$(V = L\frac{di}{dt} = 0)$ )ด้วยสนามแม่เหล็กคงที่ไม่มีสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

ทีนี้จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราลดแหล่งจ่ายแรงดันเป็น 0 โวลต์ อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานในตัวต้านทานและเริ่มชะลอตัวลง เมื่อพวกเขาทำเช่นนั้นสนามแม่เหล็กก็เริ่มยุบลง สิ่งนี้จะสร้างสนามไฟฟ้าในตัวเหนี่ยวนำอีกครั้ง แต่คราวนี้มันจะผลักอิเล็กตรอนให้มันทำงานทำให้พวกมันมีพลังงาน กระแสก็หยุดลงเมื่อสนามแม่เหล็กหายไป

ถ้าเราลองเปิดสวิตช์ขณะที่กระแสไหล อิเล็กตรอนทั้งหมดพยายามหยุดอย่างทันทีทันใด ทำให้สนามแม่เหล็กยุบตัวทั้งหมดในคราวเดียวซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ ฟิลด์นี้มักใหญ่พอที่จะผลักอิเล็กตรอนออกจากโลหะและข้ามช่องว่างอากาศในสวิตช์ทำให้เกิดประกายไฟ (พลังงานมี จำกัด แต่พลังงานสูงมาก)

back-EMF คือแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง

คุณอาจสงสัยว่าทำไมสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้นในตัวต้านทานหรือลวด คำตอบก็คือทำได้ - การไหลใด ๆ ในปัจจุบันจะสร้างสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตามการเหนี่ยวนำของส่วนประกอบเหล่านี้มีขนาดเล็ก - ประมาณร่วมกันคือ 20 nH / นิ้วสำหรับร่องรอยบน PCB เช่น นี่ไม่ใช่ปัญหาใหญ่จนกว่าคุณจะเข้าสู่ช่วงเมกะเฮิรตซ์ซึ่งเป็นจุดที่คุณต้องเริ่มใช้เทคนิคการออกแบบพิเศษเพื่อลดการเหนี่ยวนำ

นี่คือวิธีการแสดงแนวคิดของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ วิธีคือการมองเห็นพลังงานที่มีศักยภาพและพลังงานจลน์และเข้าใจการทำงานร่วมกันระหว่างพลังงานทั้งสองรูปแบบนี้

1. ตัวเก็บประจุคล้ายคลึงกับสปริงและ
2. ตัวเหนี่ยวนำคล้ายกับล้อน้ำ

$\frac{1}{2}kx^2$$\frac{1}{2}CV^2$$C$$k$$V$$x$

$\frac{1}{2}I\omega^2$$I$$\omega$$\frac{1}{2}Li^2$$i$$i = \frac{dq}{dt}$

$F$$\mathbf{F} = q\mathbf{E} + q\mathbf{v} \times \mathbf{B}$

โดยสรุปแล้วตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่เป็นแรงเฉื่อยซึ่งทำปฏิกิริยากับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของอิเล็กตรอนและตัวเก็บประจุทำหน้าที่เหมือนสปริงซึ่งทำปฏิกิริยากับแรงที่ใช้
เมื่อใช้การเปรียบเทียบข้างต้นคุณสามารถค้นหาว่าทำไมความสัมพันธ์เฟสระหว่างแรงดันและกระแสจึงแตกต่างกันสำหรับตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ การเปรียบเทียบนี้ยังช่วยให้เข้าใจกลไกการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำเช่นใน LC oscillator

สำหรับการคิดเพิ่มเติมให้ถามคำถามต่อไปนี้ พลังงานจลน์ในระบบกลไกถูกเก็บไว้อย่างไร? เมื่อเรากำลังวิ่งพลังงานจลน์จะถูกเก็บไว้ที่ไหนและอย่างไร? เมื่อเราวิ่งเราจะสร้างสนามที่มีปฏิสัมพันธ์กับร่างกายที่กำลังเคลื่อนที่ของเราหรือไม่?

วิธีหนึ่งที่จะทำให้แนวคิดนั้นคือการจินตนาการว่ามันจะคล้ายกับความเฉื่อยของกระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำ วิธีที่ดีที่จะแสดงให้เห็นว่ามันเป็นความคิดของปั๊ม ram ไฮดรอลิก :

ในปั๊มไฮดรอลิกแรมน้ำจะไหลผ่านท่อขนาดใหญ่ไปยังวาล์วที่ทำงานอย่างรวดเร็ว เมื่อวาล์วปิดความเฉื่อยของมวลน้ำที่ไหลอย่างหนักทำให้แรงดันน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมากที่วาล์ว ความดันนี้จะบังคับให้น้ำพุ่งผ่านวาล์วทางเดียว เมื่อพลังงานจากแกะน้ำหายไปวาล์วเร่งความเร็วจะเปิดขึ้นและน้ำจะสร้างแรงกระตุ้นในท่อหลักและวงจรจะทำซ้ำอีกครั้ง ดูหน้าวิกิสำหรับภาพประกอบ

นี่คือวิธีที่ตัวแปลงบูสเตอร์ทำงานได้เฉพาะกับกระแสไฟฟ้าแทนน้ำ น้ำที่ไหลผ่านท่อนั้นมีค่าเท่ากับตัวเหนี่ยวนำ เช่นเดียวกับน้ำในท่อต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของการไหลตัวเหนี่ยวนำต่อต้านการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน

ตัวเก็บประจุสามารถเก็บพลังงานได้: -

พลังงาน = $\dfrac{C\cdot V^2}{2}$ เมื่อ V ถูกนำไปใช้แรงดันไฟฟ้าและ C คือความจุ

สำหรับตัวเหนี่ยวนำมันคือ: -

พลังงาน = $\dfrac{L\cdot I^2}{2}$ ที่ L เป็นตัวเหนี่ยวนำและฉันเป็นกระแสที่ไหล

โดยเฉพาะฉันฉันมีปัญหาในการแสดงภาพค่าใช้จ่ายและแรงดันไฟฟ้า แต่ฉันไม่เคยมีปัญหาในการแสดงภาพกระแสไฟฟ้า (ยกเว้นเมื่อตระหนักว่ากระแสนั้นไหลของประจุ) ฉันยอมรับว่าแรงดันไฟฟ้าเป็นอะไรและอยู่กับมัน บางทีฉันคิดว่าหนักเกินไป คุณอาจจะทำเช่นกัน?

ฉันจะกลับไปสู่พื้นฐานและสิ่งนี้สำหรับฉันก็คือเท่าที่ฉันต้องการกลับไปเพราะฉันไม่ใช่นักฟิสิกส์ พื้นฐาน: -

Q = CV หรือ $\dfrac{dQ}{dt} = C\cdot\dfrac{dV}{dt}$ = ปัจจุบันฉัน

สิ่งนี้บอกฉันว่าสำหรับอัตราการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวเก็บประจุจะมีกระแสหรือถ้าคุณบังคับกระแสผ่านตัวเก็บประจุจะมีแรงดันไฟฟ้าพุ่งกระเพื่อม

มีสูตรที่คล้ายกันสำหรับตัวเหนี่ยวนำซึ่งโดยทั่วไปจะบอกคุณว่าสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ข้ามขั้วนั้นกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน: -

V = $L\dfrac{di}{dt}$ เมื่อ V ถูกนำไปใช้กับอาคารและ

V = $-L\dfrac{di}{dt}$ เมื่อคำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังเนื่องจากฟลักซ์ภายนอกยุบตัวหรือฟลักซ์จากการเปลี่ยนขดลวดอื่น

สูตรทั้งสองนี้อธิบายให้ฉันฟังว่าเกิดอะไรขึ้น

รูปภาพวงจรซีรีย์ประกอบด้วยตัวเก็บประจุในอุดมคติ, C, ตัวเหนี่ยวนำในอุดมคติ, L และสวิตช์ ตัวเหนี่ยวนำมีแกนแม่เหล็กที่อ่อนนุ่มซึ่งความแรงของสนามแม่เหล็กของมันจะแปรผันตามกระแสที่ไหลผ่าน ตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกสมบูรณ์แบบและทำให้ไม่มีการสูญเสีย

เริ่มแรกสมมติว่าสวิตช์เปิดอยู่และเงื่อนไขเริ่มต้นทั้งหมดเป็นศูนย์ กล่าวคือมีประจุเป็นศูนย์ในตัวเก็บประจุเป็นศูนย์กระแสไฟฟ้าผ่านตัวเหนี่ยวนำและด้วยเหตุนี้สนามแม่เหล็กในแกนจึงเป็นศูนย์ เราให้ประจุกับโวลต์โวลต์โดยใช้แบตเตอรี่

ตอนนี้สวิตช์ถูกปิดที่ t = 0 และ L และ C เป็นวงจรอนุกรมแบบง่าย ทุกค่าของเวลาหลังจากปิดสวิตช์แรงดันของตัวเก็บประจุจะต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (กฎหมายแรงดันไฟฟ้าของ Kirchoff) แล้วจะเกิดอะไรขึ้น ????

1. ที่ t = o, แรงดันไฟฟ้าข้าม C คือ V, ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าข้าม L ต้องเป็น V ด้วยดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า, di / dt, จาก C ถึง L จะต้องเป็นอย่างนั้น Ldi / dt = V ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสมีขนาดค่อนข้างใหญ่ แต่กระแสตัวเองที่ทันที t = 0 คือ i = 0 และ di / dt = V / L

2. เมื่อเวลาผ่านไปแรงดันไฟฟ้าข้าม C จะลดลง (เมื่อประจุไหลออก) และอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ระดับเดียวกันกับแรงดันตัวเก็บประจุจะลดลง ปัจจุบันยังคงเพิ่มขึ้น แต่การไล่ระดับสีลดลง

3. เนื่องจากกระแส inceases ความแรงของสนามแม่เหล็กในแกนเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น (ความแรงของสนามเป็นสัดส่วนกับปัจจุบัน)

4. ณ จุดที่ตัวเก็บประจุสูญเสียประจุทั้งหมดแรงดันของตัวเก็บประจุเป็นศูนย์กระแสจะอยู่ที่ค่าสูงสุด (มันเพิ่มขึ้นตั้งแต่ t = 0) แต่อัตราการเปลี่ยนแปลง di / dt ตอนนี้เป็นศูนย์ตั้งแต่ ตัวเหนี่ยวนำไม่จำเป็นต้องสร้างแรงดันไฟฟ้าเพื่อปรับสมดุลแรงดันตัวเก็บประจุ ณ จุดนี้สนามแม่เหล็กมีความแข็งแรงสูงสุด (ที่จริงแล้วพลังงานที่เก็บไว้คือ LI ^ 2/2 โดยที่ฉันเป็นกระแสสูงสุดและนี่เท่ากับพลังงานดั้งเดิมใน C = CV ^ 2/2

5. ขณะนี้ไม่มีพลังงานเหลืออยู่ในตัวเก็บประจุดังนั้นจึงไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อรักษาสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำได้ สนามแม่เหล็กเริ่มยุบลง แต่การทำเช่นนั้นจะสร้างกระแสที่มีแนวโน้มที่จะต่อต้านสนามแม่เหล็กที่กำลังยุบ (กฎของเลนซ์) กระแสนี้อยู่ในทิศทางเดียวกับกระแสดั้งเดิมที่ไหลในวงจร แต่ตอนนี้ทำหน้าที่ชาร์จตัวเก็บประจุในทิศทางตรงกันข้าม (เช่นในขณะที่แผ่นชั้นบนสุดอาจมีประจุเป็นบวกตอนนี้แผ่นด้านล่างจะมีประจุเป็นบวก)

6. ตอนนี้ตัวเหนี่ยวนำอยู่ในที่นั่งคนขับ มันสร้างกระแสไฟฟ้า i ในการตอบสนองต่อการยุบสนามแม่เหล็กและเนื่องจากกระแสนี้ลดลงจากค่าเดิม (I) แรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นด้วยขนาด Ldi / dt (ขั้วตรงข้ามกับก่อนหน้านี้)

7. ระบอบการปกครองนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าสนามแม่เหล็กจะหายไปอย่างสมบูรณ์โดยถ่ายโอนพลังงานกลับไปยังตัวเก็บประจุแม้ว่าจะมีขั้วตรงข้ามและการดำเนินการทั้งหมดจะเริ่มต้นอีกครั้ง แต่คราวนี้ตัวเก็บประจุจะส่งกระแสไฟฟ้ารอบวงจรในทิศทางตรงกันข้าม

8. ข้างต้นแสดงให้เห็นถึงครึ่งวงจรบวกของรูปคลื่นในปัจจุบันและขั้นตอนที่ 7 คือจุดเริ่มต้นของครึ่งวงจรเชิงลบ รูปคลื่นที่ปล่อยประจุหนึ่งอันสมบูรณ์คือหนึ่งรอบของรูปคลื่นไซน์ หากส่วนประกอบ L และ C นั้นสมบูรณ์แบบหรือ 'ดีเลิศ' จะไม่มีการสูญเสียพลังงานและแรงดันและกระแสไซน์ในปัจจุบันยังคงไม่สิ้นสุด

ดังนั้นฉันคิดว่ามันชัดเจนว่าสนามแม่เหล็กมีความสามารถในการเก็บพลังงาน อย่างไรก็ตามมันไม่สามารถเก็บเป็นระยะยาวในฐานะตัวเก็บประจุเป็นโอกาสและกลไกของการรั่วไหลของพลังงานที่มีความหลากหลาย น่าสนใจที่จะทราบว่าหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ในช่วงแรกนั้นทำจากตัวเหนี่ยวนำที่พันรอบแกนเฟอร์ไรต์เฟอร์ไรต์ (หนึ่ง toroid ต่อบิต !!) แต่สิ่งเหล่านี้ต้องการการรีเฟรชข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์เป็นประจำเพื่อเก็บข้อมูลที่เก็บไว้

อาจเป็นเพราะเราสามารถเห็นภาพด้วยวิธีนี้ ตัวนำจะทำโดยการทำให้ตัวนำหันแกนแม่เหล็กหรือเพียงแค่อากาศ ซึ่งแตกต่างจากตัวเก็บประจุซึ่งสารไดอิเล็กตริกถูกคั่นกลางระหว่างแผ่นตัวนำ อะตอมทุกอันทำหน้าที่เป็นห่วงหิ้วในปัจจุบัน มันเป็นเช่นนั้นเพราะอิเล็กตรอนหมุนเป็นวงกลม สิ่งนี้ก่อให้เกิด dipoles แม่เหล็ก (อะตอม) ภายในสาร เริ่มแรกขั้วแม่เหล็กทั้งหมดจะถูกนำไปสุ่มภายในสารทำให้ทิศทางผลลัพธ์ของเส้นสนามแม่เหล็กเป็นโมฆะ กระแสไหลเนื่องจากการไหลของอิเล็กตรอน ในวงจรประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำมีทิศทางเฉพาะของการไหลของกระแส (หรือการไหลของอิเล็กตรอน) ผ่านตัวเหนี่ยวนำ เช่นนี้ปัจจุบันพยายามจัดตำแหน่งไดโพลแม่เหล็กในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง

ความไม่เต็มใจของไดโพลแม่เหล็กในการจัดตำแหน่งในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงนั้นมีหน้าที่ในการต่อต้านกระแสไฟฟ้า ฝ่ายค้านสามารถเรียกได้ว่าเป็นแรงเคลื่อนกลับ

ฝ่ายค้านที่เสนอนี้แตกต่างกันไปสำหรับเนื้อหาที่แตกต่างกัน ดังนั้นเราจึงมีค่าฝืนที่แตกต่างกัน ตัวเหนี่ยวนำกล่าวกันว่าอิ่มตัวเมื่อขั้วแม่เหล็กทั้งหมดถูกจัดเรียงในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงซึ่งกำหนดโดยกฎนิ้วหัวแม่มือขวาของเฟลมมิ่ง ทิศทางของการต่อต้านถูกกำหนดโดยกฎของพร (ทิศทางของแรงเคลื่อนไฟฟ้าสำรอง)

ไดโพลแม่เหล็กเหล่านี้มีหน้าที่จัดเก็บพลังงานแม่เหล็กเท่านั้น สมมติว่าตัวเหนี่ยวนำนี้เชื่อมต่อกับวงจรปิดโดยไม่มีแหล่งจ่ายกระแสใด ๆ ตอนนี้ไดโพลแม่เหล็กที่ถูกจัดตำแหน่งพยายามที่จะรักษาตำแหน่งเริ่มต้นไว้เนื่องจากไม่มีกระแสไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้การไหลของกระแส อาจกล่าวได้ว่าพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเหนี่ยวนำเกิดจากการจัดตำแหน่งไดโพลเหล่านี้เป็นการชั่วคราว แต่ไดโพลแม่เหล็กไม่กี่ตัวที่ไม่สามารถกำหนดค่าเริ่มต้นได้ ดังนั้นเราจึงบอกว่าตัวเหนี่ยวนำที่บริสุทธิ์ไม่ได้มีอยู่จริง

นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเกี่ยวข้องกัน นี่เป็นครั้งแรกที่ Oersted ยืนยันโดยการทดลองของเขาด้วยเข็มทิศแม่เหล็ก แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังเชื่อว่าพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กนั้นถูกจัดแสดงโดยอิเล็กตรอนแต่ละตัวด้วยเช่นกันเนื่องจากการหมุนรอบแกนของพวกมันเอง

เราไม่พูดถึงสาขาเลย เรามาคุยกันก่อนว่าแรงดันคืออะไร อิเล็กตรอนไม่ชอบอยู่ใกล้ ๆ กัน แรงไฟฟ้ามีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ ขอยกตัวอย่างเรื่องนี้ หากกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ผ่านลวดนี่หมายความว่า 1 Coloumb ของประจุไฟฟ้าได้ผ่านลวดนั้นใน 1 วินาที ให้เราสมมติว่าคุณสามารถเก็บอิเล็กตรอนเหล่านี้ทั้งหมดที่ผ่านไปในหนึ่งวินาทีบนทรงกลมโลหะที่แยกด้วยไฟฟ้า จากนั้นคุณรออีกหนึ่งวินาทีและเก็บอิเล็กตรอนไว้ในทรงกลมโลหะที่แยกได้อีกจำนวนหนึ่ง ตอนนี้คุณมีประจุไฟฟ้าหนึ่งอิเล็กตรอนในทรงกลมหนึ่งและประจุไฟฟ้าหนึ่งอิเล็กตรอนในทรงกลมอีกอัน อย่างที่คุณรู้เช่นค่าใช้จ่ายจะผลักกัน ถ้าฉันแยกทรงกลมทั้งสองนี้ออกห่างกัน 1 เมตรคุณคิดว่าจะใช้แรงเท่าไหร่กับอีกอันเนื่องจากประจุไฟฟ้าประจุไฟฟ้า? คำตอบนั้นอยู่ในค่าคงตัวของคูลอมบ์ซึ่งก็คือ 9 x 10 ^ 9 N / (m ^ 2C ^ 2) เนื่องจากเราอยู่ห่างกัน 1 เมตรและเนื่องจากเรามีคูลอมบ์ 1 อันแรงคือ 9 x 10 ^ 9 นิวตัน ซึ่งหมายความว่ามันจะรองรับแรงโน้มถ่วงของโลก 9 x 10 ^ 8 กิโลกรัม ซึ่งเป็นน้ำหนักของอาคารขนาดใหญ่มาก นี่แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนส่วนเกินไม่ต้องการอยู่ใกล้กันเลย แรงดันไฟฟ้าคือ enery ที่อิเล็กตรอนส่วนเกินมีเมื่อเพิ่มเข้าไปในวัตถุ คุณไม่ต้องการอิเล็กตรอนหลายตัวเลยเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอย่างมาก ซึ่งหมายความว่าวัตถุรวมถึงสายโลหะมีความจุต่ำมากสำหรับอิเล็กตรอนส่วนเกิน แล้วตัวเก็บประจุคืออะไร ตัวเก็บประจุมีความจุสูงสำหรับอิเล็กตรอนดังนั้นเมื่อแบตเตอรี่เพิ่มอิเล็กตรอนเข้ากับชิ้นส่วนของลวดที่มีตัวเก็บประจุที่ส่วนปลายแรงดันไฟฟ้าจะไม่เพิ่มขึ้นมากเท่าไรต่ออิเล็กตรอนแต่ละตัว นี่ไม่ใช่เพราะความจริงที่ว่าตัวเก็บประจุมีแผ่น (ไม่ว่ามันจะใหญ่แค่ไหน): แผ่นเดียวมีความจุต่ำมากสำหรับอิเล็กตรอนพิเศษ ส่วนของตัวเก็บประจุคือแผ่น OPPOSING ที่อยู่ใกล้กับมันมาก สิ่งที่เกิดขึ้นคืออิเล็กตรอนส่วนเกินที่อยู่บนจานถูกดึงดูดไปยังแผ่นตรงข้ามซึ่งแบตเตอรี่ถูกกำจัดออกจากอิเล็กตรอน ซึ่งหมายความว่าพลังงานโดยรวมต่ออิเล็กตรอนส่วนเกินจะลดลงและคุณสามารถเพิ่มอิเล็กตรอนต่อหน่วยแรงดันไฟฟ้าได้มากขึ้น แคปเตอร์จึงไม่สามารถมีช่องว่างอากาศระหว่างพวกเขาเพราะกองกำลังที่ยิ่งใหญ่ พวกเขาจำเป็นต้องมีความแข็งแกร่งระหว่างพวกเขาเพื่อป้องกันแผ่นจากการยุบตัวลงในแต่ละอื่น ๆ ตอนนี้เรามาถึงตัวเหนี่ยวนำ นี่คือสิ่งที่บ้า ไม่มีสิ่งเช่นสนามแม่เหล็ก มันเป็นเพียงแหล่งท่องเที่ยวคูลอมบ์ แต่แรงดึงดูดของคูลอมบ์นี้จะเกิดขึ้นเฉพาะในกรณีที่การไหลออกของคูรีเทชั่นในกรณีนี้ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร? โปรดจำไว้ว่าแรงประจุไฟฟ้านั้นแข็งแกร่งอย่างไม่น่าเชื่อดังนั้นผลกระทบของมันจะเห็นได้จากการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่เรามองไม่เห็น และตอนนี้สำหรับปม อันที่จริงแล้วการเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งนั้นเกิดจากความสัมพันธ์ของ Einstien อิเล็กตรอนมีระยะห่างเฉลี่ยในเส้นลวดและระยะห่างเฉลี่ยนี้เท่ากับระยะห่างเฉลี่ยของประจุบวก เมื่อกระแสปัจจุบันคุณอาจคิดว่าระยะห่างเฉลี่ยยังคงเหมือนเดิม แต่ตอนนี้คุณต้องคำนึงถึง LENGHT CONTRACTION สำหรับผู้สังเกตการณ์ ouside วัตถุที่เคลื่อนที่จะดูเหมือนว่าสั้นกว่าและนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอน (ช่องว่างระหว่าง) ด้วยขดลวดลวดที่ด้านตรงข้ามของวงกลมอิเล็กตรอนจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม อีกด้านหนึ่งมองว่ามีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนมากกว่าประจุบวกเนื่องจากสัมพัทธภาพ สิ่งนี้จะสร้าง REPULSION ระหว่างอิเล็กตรอนในสายที่มีทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสและเพิ่มพลังงาน (เช่นแรงดันไฟฟ้า) แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเร็วกว่าลวดธรรมดามาก ผู้คนจึงคิดว่าตัวเหนี่ยวนำเป็นกระแสที่ไหลผ่าน แต่สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและมากขึ้นดังนั้นหากกระแสไฟฟ้าไหลมากขึ้น คุณอาจสังเกตเห็นว่าหนังสือตำราทั้งหมดปฏิบัติต่อพลังแม่เหล็กในลักษณะทางคณิตศาสตร์และไม่เคยชี้ให้เห็นถึงอนุภาคที่แท้จริงที่รับผิดชอบ อิเลคตรอนและแรงนั้นเป็นเพราะสัมพัทธภาพและแรงนั้นเป็นประจุไฟฟ้าแน่นอนที่สุด สิ่งนี้เป็นจริงแม้ในวัสดุที่มีแม่เหล็กอย่างถาวร (แต่นั่นก็เป็นอีกการสนทนา) ลืมทุ่งพวกเขาเป็นโครงสร้างทางคณิตศาสตร์สำหรับคนที่ไม่ต้องการที่จะเข้าใจโลก

คำตอบทั้งหมดเหล่านี้ยอดเยี่ยม แต่เพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับ emf ด้านหลังประเด็นสำคัญที่ควรคำนึงถึง:

1. ฟิลด์ B ที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดฟิลด์ E

2. E เกี่ยวข้องกับε (emf) ถึง: ε = W / q -> W = ∮F⋅ds -> W / q = -∮ (F / q) ⋅ds -> E = F / q -> W / q = -∮E⋅ds (โดยที่ s เป็นระยะทางเล็ก ๆ ในทิศทางของการเคลื่อนที่)

ดังนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กมีสนาม E เหนี่ยวนำและด้วยเหตุนี้จะมีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (emf)

3. ε = -∮ (E_ind) ⋅ds = -∂ (Φ_B) / ∂t = - (d / dt) (∫Β⋅dA) จำไว้ว่ามันเป็นฟิลด์ B ที่เปลี่ยนที่นี่ดังนั้น: - - (∂Β / ∂t ) พบ

เหตุผลที่ทำให้มันตรงข้ามกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่ (เช่นแบตเตอรี่) นั้นเป็นเพราะ F (สัดส่วนกับ E) ชี้ไปในแนวตั้งฉากกับ B และ I:

4. F = Ids × B. (เวลาปัจจุบัน ds, ชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของเส้นลวดในทิศทางของ I - กระแสสามารถไหลผ่านสายได้เท่านั้น)

(ทิศทางที่กำหนดโดยกฎมือขวา)

แรงนี้เพิ่มองค์ประกอบความเร็วให้กับประจุในกระแสไฟฟ้าในทิศทางของ F ในทางกลับกันส่วนประกอบความเร็วใหม่นี้จะสร้างส่วนประกอบแรงซึ่งกันและกันตั้งฉากกับองค์ประกอบใหม่และสนาม B ซึ่งอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับการไหลเดิมของ กระแสไฟฟ้าหรือต่อต้านแรงดันไฟฟ้าที่ให้มาด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า“ แรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ”

นี่คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังที่ทำให้ประจุช้าลง (มันไม่ปิดกั้น)