U materijalu ćemo razumjeti pojam indukcije EMF-a u situacijama njenog nastanka. Induktivnost također smatramo ključnim parametrom za pojavu magnetskog toka kada se u vodiču pojavi električno polje.
Elektromagnetska indukcija je stvaranje električne struje magnetskim poljima koja se mijenjaju tijekom vremena. Zahvaljujući otkrićima Faradaya i Lenza, obrasci su formulirani u zakone, koji su uveli simetriju u razumijevanje elektromagnetskih tokova. Maxwellova teorija spojila je znanje o električnoj struji i magnetskim tokovima. Zahvaljujući otkriću Hertza, čovječanstvo je naučilo o telekomunikacijama.
Sadržaj
magnetski tok
Oko vodiča s električnom strujom pojavljuje se elektromagnetsko polje, međutim, paralelno se javlja i suprotan fenomen - elektromagnetska indukcija.Razmotrimo magnetski tok kao primjer: ako se okvir vodiča stavi u električno polje s indukcijom i pomakne odozgo prema dolje duž linija magnetskog polja ili udesno ili lijevo okomito na njih, tada će magnetski tok koji prolazi kroz okvir biti konstantno.
Kada se okvir okreće oko svoje osi, tada će se nakon nekog vremena magnetski tok promijeniti za određenu količinu. Kao rezultat, u okviru se pojavljuje EMF indukcije i pojavljuje se električna struja, koja se naziva indukcija.
EMF indukcija
Proučimo detaljno što je pojam EMF indukcije. Kada se vodič stavi u magnetsko polje i giba se sa sjecištem linija polja, u vodiču se pojavljuje elektromotorna sila koja se naziva indukcijski EMF. Također se događa ako vodič miruje, a magnetsko polje se kreće i siječe s linijama sile vodiča.
Kada se vodič, gdje nastaje emf, zatvori s vanjskim krugom, zbog prisutnosti ovog emf-a, kroz strujni krug počinje teći indukcijska struja. Elektromagnetska indukcija uključuje pojavu EMF indukcije u vodiču u trenutku kada ga presijecaju linije magnetskog polja.
Elektromagnetska indukcija je obrnuti proces pretvaranja mehaničke energije u električnu struju. Ovaj koncept i njegovi zakoni naširoko se koriste u elektrotehnici, većina električnih strojeva temelji se na ovom fenomenu.
Faradayevi i Lenzovi zakoni
Faradayevi i Lenzovi zakoni odražavaju obrasce nastanka elektromagnetske indukcije.
Faraday je otkrio da se magnetski učinci pojavljuju kao rezultat promjena magnetskog toka tijekom vremena.U trenutku križanja vodiča s izmjeničnom magnetskom strujom u njemu nastaje elektromotorna sila, što dovodi do pojave električne struje. I trajni magnet i elektromagnet mogu stvarati struju.
Znanstvenik je utvrdio da se intenzitet struje povećava brzom promjenom broja linija sile koje prelaze krug. To jest, EMF elektromagnetske indukcije je u izravnom razmjeru s brzinom magnetskog toka.
Prema Faradeyevom zakonu, formule indukcijske EMF definirane su na sljedeći način:
E \u003d - dF / dt.
Znak minus označava odnos između polariteta induciranog EMF-a, smjera strujanja i promjene brzine.
Prema Lenzovom zakonu moguće je okarakterizirati elektromotornu silu ovisno o njezinom smjeru. Svaka promjena magnetskog toka u zavojnici dovodi do pojave EMF-a indukcije, a brzom promjenom uočava se povećanje EMF-a.
Ako zavojnica, gdje postoji EMF indukcije, ima kratki spoj na vanjski krug, tada kroz njega teče indukcijska struja, zbog čega se oko vodiča pojavljuje magnetsko polje i zavojnica poprima svojstva solenoida . Kao rezultat toga, oko zavojnice nastaje magnetsko polje.
E.Kh. Lenz je uspostavio obrazac prema kojem se određuju smjer indukcijske struje u zavojnici i indukcijski EMF. Zakon kaže da indukcijski EMF u zavojnici, kada se magnetski tok promijeni, tvori usmjerenu struju u zavojnici, u kojoj zadani magnetski tok zavojnice omogućuje izbjegavanje promjena stranog magnetskog toka.
Lenzov zakon vrijedi za sve situacije indukcije električne struje u vodičima, bez obzira na njihovu konfiguraciju i način promjene vanjskog magnetskog polja.
Kretanje žice u magnetskom polju
Vrijednost induciranog EMF-a određuje se ovisno o duljini vodiča kojeg prelaze poljske linije sile. S većim brojem linija polja povećava se vrijednost inducirane emf. Povećanjem magnetskog polja i indukcije dolazi do veće vrijednosti EMF-a u vodiču. Dakle, vrijednost EMF indukcije u vodiču koji se kreće u magnetskom polju izravno ovisi o indukciji magnetskog polja, duljini vodiča i brzini njegova kretanja.
Ova ovisnost se odražava u formuli E = Blv, gdje je E indukcijski emf; B je vrijednost magnetske indukcije; I je duljina vodiča; v je brzina njegova kretanja.
Imajte na umu da se u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, indukcijski EMF pojavljuje samo kada prijeđe linije magnetskog polja. Ako se vodič kreće duž linija sile, tada se EMF ne inducira. Iz tog razloga formula vrijedi samo u slučajevima kada je kretanje vodiča usmjereno okomito na linije sile.
Smjer induciranog EMF-a i električne struje u vodiču određen je smjerom kretanja samog vodiča. Da bi se odredio smjer, razvijeno je pravilo desne ruke. Držite li dlan desne ruke tako da linije polja ulaze u njegovom smjeru, a palac pokazuje smjer kretanja vodiča, tada preostala četiri prsta pokazuju smjer induciranog emf-a i smjer električne struje u dirigentu.
Rotirajući svitak
Djelovanje generatora električne struje temelji se na rotaciji zavojnice u magnetskom toku, gdje postoji određeni broj zavoja. EMF se inducira u električnom krugu uvijek kada ga prelazi magnetski tok, na temelju formule magnetskog toka F = B x S x cos α (magnetska indukcija pomnožena s površinom kroz koju prolazi magnetski tok i kosinusom kuta kojeg čine vektor smjera i okomite ravnine).
Prema formuli, na F utječu promjene u situacijama:
- kada se mijenja magnetski tok, mijenja se vektor smjera;
- mijenja se područje zatvoreno u konturi;
- promjene kuta.
Dopušteno je inducirati EMF stacionarnim magnetom ili konstantnom strujom, ali jednostavno kada se zavojnica rotira oko svoje osi unutar magnetskog polja. U tom se slučaju magnetski tok mijenja kako se kut mijenja. Zavojnica u procesu rotacije prelazi linije sile magnetskog toka, kao rezultat toga, pojavljuje se EMF. Kod jednolične rotacije dolazi do periodične promjene magnetskog toka. Također, broj linija polja koje prelaze svake sekunde postaje jednak vrijednostima u pravilnim intervalima.
U praksi, u generatorima izmjenične struje, zavojnica ostaje nepomična, a elektromagnet se okreće oko nje.
EMF samoindukcija
Kada izmjenična električna struja prolazi kroz zavojnicu, stvara se izmjenično magnetsko polje, koje je karakterizirano promjenjivim magnetskim tokom koji inducira EMF. Taj se fenomen naziva samoindukcija.
Zbog činjenice da je magnetski tok proporcionalan intenzitetu električne struje, formula EMF samoindukcije izgleda ovako:
F = L x I, gdje je L induktivitet koji se mjeri u H.Njegova vrijednost određena je brojem zavoja po jedinici duljine i vrijednošću njihovog presjeka.
Međusobna indukcija
Kada su dvije zavojnice smještene jedna do druge, oni promatraju EMF međusobne indukcije, koji je određen konfiguracijom dvaju krugova i njihovom međusobnom orijentacijom. S povećanjem razdvajanja krugova, vrijednost međusobne induktivnosti opada, jer dolazi do smanjenja ukupnog magnetskog toka za dvije zavojnice.
Razmotrimo detaljno proces nastanka međusobne indukcije. Postoje dvije zavojnice, struja I1 teče kroz žicu jedne s N1 zavojima, koja stvara magnetski tok i prolazi kroz drugu zavojnicu s N2 brojem zavoja.
Vrijednost međusobne induktivnosti druge zavojnice u odnosu na prvu:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Vrijednost magnetskog toka:
F21 = (M21/N2) x I1.
Inducirani emf izračunava se po formuli:
E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt.
U prvoj zavojnici vrijednost inducirane emf:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Važno je napomenuti da je elektromotorna sila izazvana međusobnom indukcijom u jednoj zavojnici u svakom slučaju izravno proporcionalna promjeni električne struje u drugoj zavojnici.
Tada se međusobna induktivnost smatra jednakom:
M12 = M21 = M.
Kao posljedica toga, E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), gdje je K koeficijent sprege između dvije vrijednosti induktivnosti.
Međusobna induktivnost se široko koristi u transformatorima, koji omogućuju promjenu vrijednosti izmjenične električne struje. Uređaj je par zavojnica koje su namotane na zajedničku jezgru. Struja u prvoj zavojnici tvori promjenjivi magnetski tok u magnetskom krugu i struju u drugoj zavojnici.S manjim brojem zavoja u prvom namotu nego u drugom napon raste, a sukladno tome, s većim brojem zavoja u prvom namotu, napon se smanjuje.
Osim za stvaranje i transformaciju električne energije, fenomen magnetske indukcije koristi se i u drugim uređajima. Na primjer, kod magnetske levitacije vlakovi koji se kreću bez izravnog kontakta sa strujom u tračnicama, ali nekoliko centimetara više zbog elektromagnetskog odbijanja.
Slični članci:
