Inductanța este numele dat proprietății unei componente care se opune schimbării curentului care trece prin ea și chiar și o bucată dreaptă de sârmă va avea o anumită inductanță.

Inductorii fac acest lucru generând o emf auto-indusă în sine, ca urmare a schimbării câmpului lor magnetic. Într-un circuit electric, atunci când emf este indusă în același circuit în care curentul variază, acest efect se numește auto-inducție (L), dar uneori este numită în mod obișnuit back-emf (inversă), deoarece polaritatea sa este în direcția opusă tensiunii aplicate.

Atunci când emf este indusă într-o componentă adiacentă situată în același câmp magnetic, se spune că este indusă prin inducție mutuală (M), iar inducția mutuală este principiul de bază al funcționării transformatoarelor, motoarelor, releelor ​​etc. Auto-inductanța este un caz special de inductanță mutuală și deoarece este produsă într-un singur circuit izolat, în general, numim auto-inductanța pur și simplu Inductanță.

Unitatea de bază de măsurare pentru inductanță se numește Henry (H) după Joseph Henry, dar are și unitățile de Weberi per Amper (1 H = 1 Wb/A).

Legea lui Lenz ne spune că o emf indusă generează un curent într-o direcție care se opune schimbării fluxului care a cauzat emf în primul rând, principiul acțiunii și reacțiunii. Atunci putem defini cu precizie Inductanța ca fiind: "o bobină va avea o valoare de inductanță de un Henry atunci când o emf de un volt este indusă în bobina unde curentul, care trece prin bobină, se schimbă la o rată de un amper/secundă".

Cu alte cuvinte, o bobină are o inductanță (L) de un Henry (1 H), când curentul care curge prin ea se schimbă la o rată de un amper/secundă (A/s) și induce o tensiune de un volt (VL) în ea. Această reprezentare matematică a ratei de variație a curentului printr-o bobină pe unitate de timp este dată de:

unde: di este schimbarea curentului în Amperi și dt este timpul necesar ca acest curent să se schimbe, în secunde. Atunci, tensiunea indusă într-o bobină (VL), cu o inductanță de L Henri, ca urmare a acestei schimbări în curent, este exprimată de:

Rețineți că semnul negativ indică faptul că tensiunea indusă se opune schimbării curentului prin bobină pe unitate de timp (di/dt).

Din ecuația de mai sus, inductanța unei bobine poate fi prezentată ca:

Inductanța unei bobine

unde: L este inductanța în Henry, VL este tensiunea pe bobină și di/dt este rata de schimbare a curentului în Amperi pe secundă, A/s.

Inductanța L este de fapt o măsură a "rezistenței" inductorului la schimbarea curentului care trece prin circuit și cu cât este mai mare valoarea ei în Henri, cu atât mai mică va fi rata de schimbare a curentului.

Inductoarele sunt dispozitive care își pot stoca energia sub forma unui câmp magnetic. Inductoarele sunt realizate din bucle individuale de sârmă combinate pentru a produce o bobină și dacă numărul de bucle din bobină este mărit, atunci pentru aceeași cantitate de curent care curge prin bobină, fluxul magnetic va crește.

Deci, prin creșterea numărului de bucle sau de spire în bobină, crește inductanța bobinelor. Atunci relația dintre auto-inductanța (L) și numărul de spire (N) pentru o bobină simplă, cu un singur strat, poate fi dată de:

Auto-Inductanța unei bobine

unde:
L este în Henri
N este numărul de spire
Φ este fluxul magnetic
I este curentul în amperi

Această expresie poate fi definită ca legătura fluxului magnetic NΦ împărțit la curentul care curge prin fiecare spiră a bobinei. Această ecuație se aplică numai materialelor magnetice liniare.

Inductanță. Exemplul de nr. 1

O bobină inductor tubulară fără miez este formată din 500 de spire de sârmă de cupru care produc un flux magnetic de 10 mWb atunci când trece un curent continuu de 10 amperi. Calculați auto-inductanța bobinei în mili-Henri.

Inductanță. Exemplul nr. 2

Calculați valoarea emf auto-indusă produsă în aceeași bobină după o perioadă de timp de 10 ms.

Auto-inductanța unei bobine sau coeficientul de auto-inductanță depinde de caracteristicile construcției sale. De exemplu, mărimea, lungimea, numărul de spire etc. De aceea, este posibil să fie inductori cu coeficienți foarte înalți de autoinducție prin utilizarea unor miezuri cu o permeabilitate ridicată și un număr mare de spire. Atunci, pentru o bobină, fluxul magnetic care este produs în miezul său interior este egal cu:

Φ = B.A

unde: Φ este fluxul magnetic, B este densitatea fluxului și A este aria.

Dacă miezul interior al unei bobine solenoid lungi cu un număr N de spire pe metru de lungime este gol, "miez de aer", atunci inducția magnetică din miezul său va fi dată de:

Atunci, înlocuind aceste expresii în prima ecuație de mai sus pentru Inductanță ne va da:

Prin anularea și gruparea împreună a unor termeni, ecuația finală pentru coeficientul de auto-inductanță pentru o bobină cu aer (solenoid) este dată ca:

unde:
L este în Henri
μο este permeabilitatea aerului (4.π.10-7)
N este numărul de spire
A este Aria miezului interior (π r2) în m²
l este lungimea bobinei în metri

Deoarece inductanța unei bobine se datorează fluxului magnetic din jurul acesteia, cu cât este mai mare fluxul magnetic pentru o valoare dată de curent, cu atât mai mare va fi inductanța. Deci, o bobină cu mai multe spire va avea o valoare de inductanță mai mare decât una cu doar câteva spire și, prin urmare, ecuația de mai sus va da inductanța L ca fiind proporțională cu numărul de spire la pătrat N².

EEWeb au un calculator online gratuit pentru inductanța bobinei pentru diferite configurații ale mărimii și poziționării sârmelor.

Pe lângă creșterea numărului de spire a bobinelor, putem crește și inductanța prin creșterea diametrului bobinelor sau făcând miezul mai lung. În ambele cazuri, este nevoie de mai multe fire pentru a construi bobina și, prin urmare, mai multe linii de forță există pentru a produce back-emf necesar.

Inductanța unei bobine poate fi mărită și mai mult dacă bobina este înfășurată pe un miez feromagnetic, adică dintr-un material de fier moale, decât unul înfășurat pe un miez neferomagnetic sau de aer.

Dacă miezul interior este alcătuit dintr-un material feromagnetic, cum ar fi fierul moale, cobaltul sau nichelul, inductanța bobinei ar crește mult deoarece, pentru aceeași cantitate de flux de curent, fluxul magnetic generat ar fi mult mai puternic. Acest lucru se datorează faptului că materialul concentrează liniile de forță mai puternic prin materialul de miez feromagnetic, așa cum am văzut în tutorialul Electromagneți.

De exemplu, dacă materialul de bază are o permeabilitate relativă de 1000 de ori mai mare decât aerul 1000 μο, cum ar fi fierul sau oțelul moale, atunci inductanța bobinei ar fi de 1000 de ori mai mare, astfel încât putem spune că inductanța unei bobine crește proporțional cu creșterea permeabilității miezului.

Atunci, pentru o bobină înfășurată în jurul unui miez, ecuația inductanței, de mai sus, ar trebui modificată pentru a include permeabilitatea relativă μr a noului material de miez.

Dacă bobina este înfășurată pe un miez feromagnetic, rezultă o inductanță mai mare, deoarece permeabilitatea miezului se va schimba cu densitatea fluxului. Cu toate acestea, în funcție de tipul de material feromagnetic, fluxul magnetic al miezurilor interioare poate ajunge rapid la saturație, producând o valoare de inductanță neliniară. Deoarece densitatea fluxului în jurul unei bobine de sârmă depinde de curentul care trece prin ea, inductanța L devine și ea o funcție de acest curent i.

În următorul tutorial despre inductori, vom vedea că câmpul magnetic generat de o bobină poate provoca un flux de curent într-o a doua bobină care este plasată lângă ea. Acest efect se numește Inductanță Mutuală și este principiul de bază al funcționării transformatoarelor, motoarelor și generatoarelor.