インダクタは、磁場を生成するために使用される銅線のコイルです。次に、この磁場を使用して電場を発生させることができます。インダクタに誘導される電圧は、電流の変化率に比例します。変圧器は、誘導を使用して印加電圧を増減するデバイスです。
1828 年から 1831 年にかけて、マイケル ファラデーはロンドンでクリスマス講演会を開催しました。講義では、ファラデーは銅線と棒磁石を使った彼のおふざけを実演しました。ファラデーは、尊敬される魔術師のように、これらのデモンストレーションに大きな誇りを持っていました.これらの展示会は非常に人気があり、女王でさえも訪れずにはいられませんでした。
女王が出席する中、ファラデーは女王のためにお気に入りの演技を披露することにしました。彼はテーブルの一方の端に銅線のコイルを配置し、もう一方の端に配置された別の銅線のコイルに接続しました。遠くのコイルのほかに、彼はテーブルの上に小さなコンパスを置きました。彼が必要としていたのはそれだけです。次に、ファラデーは最初のコイルに向かって急いで、その中で棒磁石を前後に動かしました。まるで魔法のように、反対側のコンパスの針がそらされました!
しかし、女王はイギリス人ができる限り穏やかだったので、感銘を受けませんでした.彼女は、一方の端で磁石を動かすと、もう一方の端のコンパスに何らかの影響を与える可能性があることにまったく影響を受けませんでした。彼女は今目撃したことの有用性についてさりげなく疑問を呈しましたが、ファラデーはイギリス人として可能な限り機知に富み、愕然とするのではなく、単に「マダム、しかし生まれたばかりの赤ん坊は何の役に立つのですか?」と尋ねました。
この話は、ビル・ナイの兄が彼に語りました。しかし、ビル・ナイは後に、物語が少し装飾されていたことを発見しました.ファラデーはこの行為を女王に見せたのではなく、彼の毎日の聴衆に見せました。ストーリーがある間 装飾されていますが、彼の発見はそうではありません。ファラデーは、移動する電場が磁場を生成するだけでなく、移動する磁場も電場を生成することを発見したばかりでした。それは本当に記念碑的でした:電気と磁気は基本的に不可分です.
インダクタ
ワイヤーの電流がその周りに磁場を生成することはわかっていますが、ファラデーが長さを伸ばしたワイヤーではなく、コイル状に巻かれたワイヤーを使用したのには理由があります。複数回巻かれたワイヤは、直線状のワイヤよりも大きな磁場を生成します。このようなコイルはインダクタと呼ばれます。インダクタは、より小さな領域により多くのワイヤを詰め込むため、より大きな磁場を生成します。これは、より多くの電流、したがって磁気を意味します。この磁気エネルギーは、強力な電磁石を作るために使用できます。
インダクタは、より小さな領域により多くのワイヤを詰め込むため、より大きな磁場を生成し、より多くの電流とより高い磁気を生成します.
インダクタが DC 電源に接続されている場合、電流が流れると磁場が発生します。通過する電流は瞬時に最大値に達しません。したがって、直列に接続された電球は、予想されるようにすぐに点灯するのではなく、一定の遅延の後でのみ点灯します。同様に、DC 電源をオフにしても、電流は瞬時にゼロにはなりません。電流の蓄積と放出が遅い、つまり電流の出力に遅れがあります。この解放された電流が別のコンセント (並列に接続された電球など) から流出できない場合、電流はスイッチに火花を発生させ、スイッチに接触する人を危険にさらす可能性があります。
インダクタを流れる電流のグラフ
インダクタの唯一の目的は、通過する電流の変化に抵抗する磁場を生成することであるため、電流の上昇と下降は鈍いです。インダクタに誘導される電圧は、インダクタを流れる電流の変化率に比例します。比例定数は「L」で表され、コイルのインダクタンスまたは電流の変化に抵抗する能力の尺度と呼ばれます。これはヘンリー (H) で測定されます。
基本的に、インダクタが行うことは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換してから、この磁気エネルギーを電気エネルギーに戻すことだけです。したがって、コンデンサが電気エネルギーを蓄えるのと同じように、インダクタは磁気エネルギーを短期間蓄えます。
ファラデーの誘導の法則
しかし、ファラデーが発見したのは、電流がインダクターに磁場を誘導するだけでなく、インダクター内の磁石を動かすことによってインダクターに電圧を誘導することもできるということでした。それは単なる静止磁石ではなく、電気を誘導する可動磁石であることを忘れないでください。それは非アクティブではありませんが、一般にフラックスとして知られている導体の領域内および周囲の移動または変化する磁場であり、それ自体の内部に電場を生成します。これは、ファラデーの誘導の法則と呼ばれます。
誘導される電圧は負であることに注意してください。負の符号は、エネルギーの移動がエネルギーの会話の法則に従うことを示しています。これはレンツの法則として知られており、誘導された電圧が電流を駆動し、それが存在する磁場の反対方向に磁場を生成します.
方程式に負の符号が含まれていない場合、または磁場が親磁場に対抗または抵抗しなかった場合、誘導される電圧は、親磁束の増加だけでなく、電流が生成する磁束でも増加します。 !無料ランチ！これは、地面を転がるボールが止まることはなく、動きに逆らうのではなく、摩擦によって加速されると言っているようなものです!
誘導は、ファラデーがその中の磁石を動かしたときに、テーブルの最初のコイルに電界が誘導された理由です.コイルには電流が流れ、それが 2 番目のコイルに伝わり、コイルの周囲に磁場が発生しました。針を乱したのは、このコイルによって生成された磁場でした.
(コイルに電流が流れると) コイルによって生成される磁場は、針のたわみによって裏付けられます。
ファラデーが実証したことは深遠でしたが、次に行ったことは革命的でした。ファラデーは、このメカニズムを使用して、ある回路から別の回路に電気エネルギーを転送できるかどうか疑問に思いました.ワイヤーなし. 最初のコイルによって生成された磁場がその近くで変化した場合、2 番目のコイルに電圧が誘導される可能性はありませんか?
2 番目のコイルで定電流を実現するには、磁石を 1 番目のコイルの内外に永久に移動させる必要がありますか?まあ、正確ではありません。磁石をたゆまず動かすことによって、必ずしも変化する磁場を生成する必要はありません。コイル自体を動かすこともできますし、電流を動かすこともできます。
トランスフォーマーと「行為の効用」
磁石を永久に動かすのではなく、ファラデーは、最初のコイルが電源電圧に接続され、永久にオンとオフが切り替えられると、磁石が移動するのと同じように、コイルが変化する磁場を生成することを認識し、実証しました。 .このフィールドは、それに隣接するコイルに電界を誘導し、このコイルに接続された検流計の針を絶え間なく偏向させます。実際、これが変圧器の動作原理です。
変圧器の働き
変圧器は、別の回路に印加される電圧を増減するデバイスです。たとえば、200V の電源が 50V の電源で動作するマシンに負担をかける場合、これらの電源間に接続された変圧器はこの削減を達成できます。
変圧器は、非常にコイル状のインダクタに他なりません。 DCではなくAC電源で動作します。 AC 電源は、電源のソースと宛先の間で交互に繰り返され、永続的な「オンとオフ」効果をエミュレートします。
AC 電源の最初のサイクルでは、他のインダクタと同様に電流が増加し、磁場の上昇を引き起こします。ただし、2 番目のサイクルで電流が交互に変化するとき、または方向が変わると、インダクタの磁場の方向も変化します。電流は絶え間なく交互に変化するため、磁場は反射的に交互に変化するため、飽和することはありません。
この変化する磁場は、別のインダクタに、移動する磁石と同じ効果をもたらします。磁束はそれに電圧を誘導します。ただし、ファラデーの式から、この電圧はインダクタの巻数に比例すると推測できます。これは、2 番目のインダクタの巻き数が最初のインダクタよりも多い場合、電圧を増加できることを意味します。このような変圧器は昇圧変圧器と呼ばれます。同様に、最初のトランスより巻数の少ないトランスを使用することで、電圧を下げることができます。これは降圧トランスと呼ばれます。
上：昇圧トランス。下：ステップダウントランス
女性の質問に答えると、誘導子は人間にとって不可欠です。それらがなければ、モーター、発電機、電話、ラップトップ、タブレット、リモコン…ワイヤレスインターネットを含むワイヤレス通信技術全体、つまりミームは計り知れないものだったでしょう.インダクタがなければ、発電機からの致命的な電圧を安全な家庭用電圧に変換することは不可能でした.実際、誘導の知識がなければ、AC 電圧自体を生成することはできませんでした。ファラデーは先見の明があり、天才であり、時代を何マイルも先取りしていました.
