Cuộn cảm làm điều này bằng cách tạo ra một trường từ tự cảm trong chính nó do sự thay đổi của từ trường của chúng. Khi một trường từ được cảm ứng trong cùng một mạch mà dòng điện đang thay đổi, hiện tượng này được gọi là tự cảm, hay còn gọi là back-emf vì nó ngược hướng với điện áp đặt.

Khi một trường từ cảm ứng được tạo ra trong một thành phần lân cận của chính nó, hiện tượng này được gọi là cảm ứng lẫn nhau. Cảm ứng lẫn nhau là nguyên tắc hoạt động cơ bản của máy biến áp, động cơ, rơ le, và nhiều thiết bị khác. Đây là một trường hợp đặc biệt của độ tự cảm, và được gọi đơn giản là độ tự cảm.

Đơn vị đo độ tự cảm là Henry (H), được đặt theo tên của Joseph Henry. Nó cũng có thể được đo bằng Webers trên mỗi Ampe (1 H = 1 Wb/A).

Luật của Lenz cho chúng ta biết rằng một trường từ cảm ứng sẽ tạo ra một dòng điện chống lại sự thay đổi từ thông ban đầu gây ra trường từ. Từ đó, chúng ta có thể định nghĩa độ tự cảm là: Một cuộn dây có giá trị độ tự cảm là một Henry khi một trường từ của một volt được tạo ra trong cuộn dây khi dòng điện chạy qua cuộn dây thay đổi với tốc độ một ampere/giây.

Nói cách khác, một cuộn dây có độ tự cảm là một Henry khi dòng điện chạy qua cuộn dây thay đổi với tốc độ một ampere/giây. Sự thay đổi này gây ra điện áp một volt. Biểu diễn toán học của tốc độ thay đổi dòng điện qua cuộn dây trong một đơn vị thời gian là:

Trong đó: di là sự thay đổi của dòng điện trong Amperes và dt là thời gian để dòng điện này thay đổi tính bằng giây. Điện áp cảm ứng trong một cuộn dây với độ tự cảm là L Henries được tính bằng công thức:

Lưu ý rằng dấu âm cho thấy điện áp cảm ứng chống lại sự thay đổi dòng điện qua cuộn dây trong mỗi đơn vị thời gian (di/dt).

Từ phương trình trên, độ tự cảm của cuộn dây có thể được biểu diễn như sau:

Độ tự cảm của cuộn dây

Trong đó: L là độ tự cảm trong Henries, VL là điện áp trên cuộn dây và di/dt là tốc độ thay đổi của dòng điện trong Amperes mỗi giây.

Độ tự cảm, L, thực sự là đánh giá về khả năng cảm ứng của cuộn cảm đối với sự thay đổi của dòng điện qua mạch và giá trị của nó ở Henries càng lớn, tốc độ thay đổi dòng điện càng thấp.

Chúng ta đã biết từ trước về cuộn cảm rằng cuộn cảm có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng trường từ. Cuộn cảm được tạo thành từ các vòng dây riêng lẻ kết hợp với nhau để tạo ra một cuộn dây. Nếu số vòng dây trong cuộn dây tăng lên, thì với cùng một dòng điện chạy qua cuộn dây, từ thông cũng sẽ tăng.

Vì vậy, bằng cách tăng số vòng hoặc vòng trong một cuộn dây, ta có thể tăng độ tự cảm của cuộn dây. Mối quan hệ giữa độ tự cảm, L, và số vòng, N, cho một cuộn dây đơn giản có thể được biểu diễn như sau:

Tự cảm của một cuộn dây

• Là độ tự cảm trong Henries
• N là số vòng
• Φ là Magnetic Flux
• Ι là trong Amperes.

Biểu thức này cũng có thể được định nghĩa là liên kết từ thông, NΦ, chia cho dòng điện, có hiệu quả tương đương với giá trị của dòng điện chạy qua mỗi vòng của cuộn dây. Lưu ý rằng phương trình này chỉ áp dụng cho vật liệu từ tính tuyến tính.

Ví dụ điện cảm số 1

Giả sử có một cuộn dây dẫn có lõi rỗng không khí bao gồm 500 vòng dây đồng tạo ra từ thông 10mWb khi truyền dòng điện một chiều 10 ampe. Tính độ tự cảm của cuộn dây tính bằng milli-Henries.

Ví dụ điện cảm số 2

Cho biết giá trị của emf tự cảm ứng được tạo ra trong cùng một cuộn dây sau một thời gian 10mS.

Độ tự cảm của cuộn dây hay còn được gọi là hệ số tự cảm, phụ thuộc vào đặc tính cấu tạo của nó. Ví dụ, kích thước, chiều dài, số vòng, vv. Tồn tại cuộn cảm có hệ số tự cảm rất cao bằng cách sử dụng lõi có độ thấm cao và số vòng quay lớn. Đối với một cuộn dây, từ thông được tạo ra trong lõi bên trong của nó bằng công thức:

Trong đó: Φ là từ thông, B là mật độ từ thông, và A là khu vực này.

Nếu lõi bên trong của một cuộn dây điện từ dài có số vòng N trên mỗi mét dài, và không có không gian không từ tính, thì cảm ứng từ trong lõi của nó sẽ được tính bằng công thức:

Sau đó, bằng cách thay thế các biểu thức này trong phương trình đầu tiên ở trên cho cuộn cảm, ta được:

Bằng cách hủy bỏ và nhóm lại với nhau như các thuật ngữ, ta có phương trình cuối cùng cho hệ số tự cảm của một cuộn dây không khí (điện từ):

Với L là độ tự cảm trong Henries, Lο là thấm của Free Space (4π.10^-7), N là số vòng, A là vùng lõi bên trong (πr^2) tính bằng m^2, và l là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét.

Vì độ tự cảm của cuộn dây phụ thuộc vào từ thông xung quanh nó, từ thông càng mạnh đối với một giá trị nhất định của dòng điện thì điện cảm càng lớn. Một cuộn gồm nhiều vòng sẽ có giá trị tự cảm cao hơn so với chỉ một vài vòng và do đó, phương trình trên sẽ cho độ tự cảm L tỷ lệ với số vòng quay bình phương N^2.

HEFC đã chỉnh sửa lại và viết lại nguồn gốc của bài viết này tại đường link HEFC.