Αυτεπαγωγή είναι η ιδιότητα των ηλεκτρικών αγωγών να αντιτίθενται στη μεταβολή του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται μέσα από αυτούς.Αυτό γίνεται με την εμφάνισης μίας τάσης από ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (νόμος του Φαραντέι) που έχει τέτοια πολικότητητα ώστε να αντιτίθεται στη μεταβολή του ρεύματος που διέρχεται μέσα από τους αγωγούς (κανόνας του Lenz).
Η αυτεπαγωγή εξαρτάται από τα γεωμετρικά και φυσικά χαρακτηριστικά των αγωγών (αριθμός
σπειρών, μέγεθος διατομής, ύπαρξη μαγνητικού υλικού). Η τάση από αυτεπαγωγή έχει τέτοια πολικότητα ώστε να εμποδίζει
την μεταβολή του ρεύματος που τη δημιούργησε (κανόνας του Lenz).
Έτσι, στο κύκλωμα του αντικειμένου, όταν κλείνουμε τον διακόπτη, ξαφνικά η πηγή τάσης προκαλεί τη ροή ρεύματος μέσα από το πηνίο.
Το πηνίο αντιδρά σε αυτή την ξαφνική παρουσία ρεύματος και προσπαθεί να το περιορίσει δημιουργώντας μία τάση (λόγω επαγωγής) με αντίθετη πολικότητα.
Το αποτέλεσμα είναι το πηνίο να καθυστερεί την τελική αποκατάσταση του ρεύματος στο τμήμα του κυκλώματος που περιλαμβάνει το πηνίο-φάση μαγνήτισης πηνίου. Το ίδιο
συμβαίνει και όταν ανοίγουμε τον διακόπτη. Το άνοιγμα αυτό τείνει να μηδενίσει την ένταση του ρεύματος που περνά από το πηνίο. Το πηνίο, και πάλι, αντιδρά,
και με μία τάση από αυτεπαγωγή προσπαθεί να το διατηρήσει. Το αποτέλεσμα, τελικά, είναι, ο μηδενισμός του ρεύματος να μην είναι άμεσος, αλλά να μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα-φάση απομαγνήτισης πηνίου.
Έτσι, πολύ συχνά, οι αγωγοί που εμφανίζουν το φαινόμενο της αυτεπαγωγής αντιμετωπίζονται κατά την ανάλυση κυκλωμάτων ως αντιστάσεις.
Η αυτεπαγωγή μπορεί να έχει
επικίνδυνα αποτελέσματα όπως εμφάνιση υπερτάσεων με κίνδυνο ηλεκτροπληξίας, αλλά μπορεί να αξιοποιηθεί και θετικά όπως στην υλοποίηση ηλεκτρoνικών φίλτρων.
Στο κύκλωμα του αντικειμένου θεωρούμε ότι ο λαμπτήρας υπακούει στον νόμο του Ωμ με ωμική αντίσταση 240Ω.
Χρησιμοποιώντας την ένδειξη του αμπερομέτρου που μετρά την ένταση I2, εφαρμόστε τον β' κανόνα του Κίρκωφ στον βρόχο ΑΒΓΔΑ του κυκλώματος καθώς και τον νόμο του Ωμ για την αντίσταση R2, για να βρείτε την τάση στα άκρα του πηνίου στο τέλος της φάσης μαγνήτισής του οπότε η ένταση του ρεύματος έχει σταθεροποιηθεί (κατάσταση μόνιμης λειτoυργίας DC). Για ποιο λόγο λέμε ότι το πηνίο συμπεριφέρεται σαν βραχυκύκλωμα στη μόνιμη κατάσταση; Πόσο μεγάλη ή πόσο μικρή είναι η αντίσταση ενός πηνίου στο DC; Ποια είναι η αντίθετη συμπεριφορά του πηνίου ως προς την αντίστασή του στην περίπτωση των υψηλών συχνοτήτων; Τι είναι το ηλεκτρονικό φίλτρο και πώς αξιοποιεί αυτή τη διττή συμπεριφορά των πηνίων; Αναζητήστε πληροφορίες στο διαδίκτυο με τους όρους "εφαρμογές πηνίων", ή "ηλεκτρονικό φίλτρο" πχ. στη βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org/wiki/Πηνίο, στην ενότητα "Εφαρμογές των πηνίων" και http://el.wikipedia.org/wiki/Ηλεκτρονικό_φίλτρο
Λαμβάνοντας υπόψιν ότι ο λαμπτήρας έχει ωμική αντίσταση 240Ω, και ότι η ένταση του ρεύματος που καταγράφεται από το αμπερόμετρο στον κλάδο ΓΔ του κυκλώματος όταν ξεκινά η απομαγνήτιση του πηνίου είναι ίδια με την ένταση στο τέλος της μαγνήτισης, εφαρμόστε τον β' κανόνα του Κίρκωφ στον βρόχο ΔΓΕΖΔ του κυκλώματος καθώς και τον νόμο του Ωμ για την αντίσταση R2 και τον λαμπτήρα, για να βρείτε την τάση στα άκρα του πηνίου τη στιγμή που ανοίγει ο διακόπτης, όταν έχει προηγηθεί και ολοκληρωθεί η φάση μαγνήτισης με U=80V, R2=50Ω και L=60H. Είναι η τάση αυτή επικίνδυνη για τον άνθρωπο ή για την ηλεκτρολογική/ηλεκτρονική συσκευή; Ποια είναι η δράση του εξαφθοριούχου θείου (SF6) στο εσωτερικό διακοπτών μεγάλης ισχύος και στο εσωτερικό μετασχηματιστών;
Εφαρμόστε τον κανόνα του Lenz για να βρείτε την πολικότητα της τάσης από αυτεπαγωγή: α) στη μαγνήτιση και β) στην απομαγνήτιση. Ποια είναι η φορά της έντασης του ρεύματος κατά την φάση της απομαγνήτισης;
Παρατηρήστε ότι όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, η ένταση του ρεύματος Ι2 στο τέλος της φάσης μαγνήτισης όπως καταγράφεται από το αμπερόμετρο στον κλάδο ΓΔ του κυκλώματος, δεν επηρεάζεται από τις διάφορες τιμές της αυτεπαγωγής L. Με βάση και την εφαρμογή 1 για την αντίσταση του πηνίου στην μόνιμη (DC) κατάσταση λειτουργίας, γιατί συμβαίνει αυτό; Με ποιον μαθηματικό τύπο/νόμο προσδιορίζεται η ένταση αυτή;
Κατά τη διάρκεια της φάσης μαγνήτισης του πηνίου, από ποιους παράγοντες επηρεάζεται η ένταση του ρεύματος που διέρχεται από τον λαμπτήρα; Με ποιον μαθηματικό τύπο/νόμο προσδιορίζεται η τιμή της ένταση αυτής;
Παρατηρήστε ότι για κάποιες τιμές της τάσης της πηγής, όπως V=50V, ενώ το αμπερόμετρο στον κλάδο ΕΖ καταγράφει μη μηδενική ένταση ρεύματος, ο λαμπτήρας δεν ανάβει. Γιατί συμβαίνει αυτό; Από ποια ένταση του ρεύματος αυτού και πάνω, ο λαμπτήρας ανάβει;
Με βάση και την προηγούμενη Διερεύνηση 3, παρατηρήστε ότι με τον διακόπτη κλειστό, για τάση πηγής V=40V, R2=24Ω και L=50H, ο λαμπτήρας είναι σβηστός. Γιατί ο λαμπτήρας ανάβει όταν ανοίξουμε τον διακόπτη; Γιατί η φωτοβολία αυτή διαρκεί λίγο χρόνο; Εφόσον η μπαταρία συνεχούς τάσης είναι αποσυνδεδεμένη από το κύκλώμα, από πού προέρχεται η ενέργεια που ανάβει τον λαμπτήρα; Που ήταν αποθηκευμένη;
Ο χρόνος μαγνήτισης/απομαγνήτισης ισούται κατά προσέγγιση με 5·L/R, όπου R η ωμική αντίσταση του κυκλώματος στο οποίο συμμετέχει το πηνίο. Δηλαδή, ο χρόνος αυτός είναι ανάλογος με την αυτεπαγωγή και αντιστρόφως ανάλογος με τη συνολική αντίσταση. Με σταθερές τιμές για την τάση της πηγής και την αντίσταση R2, επιλέξτε διαφορετικές τιμές για την αυτεπαγωγή L και χρονομετρήστε με την βοήθεια του αντικειμένου τη διάρκεια της φάσης μαγνήτισης για να επαληθεύσετε ότι είναι ανάλογος του L. Για ποιο λόγο στο κύκλωμα του αντικειμένου η φάση απομαγνήτισης διαρκεί λιγότερο απ’ότι η φάση μαγνήτισης;