При течении тока по проводнику всегда вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Для случая, когда в цепи имеется место с несколькими витками, вокруг них возникающее магнитное поле пронизывает собственный проводник, действуя как дополнительная ЭДС помимо основного источника питания. Под действием этой ЭДС в проводнике возникает ток самоиндукции, который в случае сети переменного напряжения также носит знакопеременный характер.
В соответствии с правилом Ленца, сила самоиндукции во всех случаях противодействует сите, вызвавшей её.
Поскольку ЭДС самоиндукции согласно данному условию противодействует изменениям в цепи, то в сети переменного тока этот фактор учитывается и обозначается как индуктивное сопротивление (ХL), измеряющееся аналогично активному сопротивлению в Омах.
Величина индуктивного сопротивления определяется величиной ЭДС самоиндукции, которая в свою очередь зависит от индуктивности катушки и частоты изменения напряжения в катушке.
XL=ω•L,
где L – это индуктивность катушки, измеряется в Генриях (Гн);
ω – угловая частота переменного тока (рад/сек).
Другими словами, индуктивное сопротивление тем больше, чем выше частота протекающего переменного тока и чем большее количество витков имеется в катушке.
Катушки индуктивности в цепях переменного тока создают ток самоиндукции, который по фазе опережает напряжение в цепи на угол 90°. При этом в разные периоды изменения базового напряжения в катушке сначала происходит накопление энергии (при возрастании напряжения в любую сторону), а затем отдача её обратно в сеть (во время уменьшения напряжения в сторону нуля).
Таким образом, если пренебречь собственным активным сопротивлением проводника катушки, в среднем она не потребляет электроэнергию, а лишь изменяет характеристики и характер проходящего тока в цепи во времени.
То есть, вся запасённая в катушке в первый период энергия затем отдаётся обратно в электрическую сеть.
Это свойство позволило широко использовать катушки индуктивности в электротехнике для множества целей:
– в качестве основного накапливающего элемента в стабилизаторах, что позволяет преобразовывать уровни напряжения;
– несколько связанных между собой индуктивно катушек образуют трансформатор;
– в качестве электромагнитов;
– в радиосвязи для приёма и излучения электромагнитных волн (кольцевая антенна, магнитная антенна);
– для обнаружения магнитных полей;
– для нагрева проводящих ток материалов в печах индукционного типа и многое др.
При выборе подходящей для тех или иных целей катушки (индуктивности) необходимо учитывать частоту в сети, собственные характеристики катушки (резонансная частота, индуктивность, допустимый ток, накапливаемая мощность и т.д.).
