V gradivu bomo razumeli pojem indukcije EMF v situacijah njenega nastanka. Induktivnost obravnavamo tudi kot ključni parameter za nastanek magnetnega toka, ko se v prevodniku pojavi električno polje.
Elektromagnetna indukcija je ustvarjanje električnega toka z magnetnimi polji, ki se sčasoma spreminjajo. Zahvaljujoč odkritju Faradaya in Lenza so bili vzorci oblikovani v zakone, ki so vpeljali simetrijo v razumevanje elektromagnetnih tokov. Maxwellova teorija je združila znanje o električnem toku in magnetnih tokovih. Zahvaljujoč odkritju Hertza je človeštvo spoznalo telekomunikacije.
Vsebina
magnetni tok
Okoli prevodnika z električnim tokom se pojavi elektromagnetno polje, vendar se vzporedno pojavlja tudi nasprotni pojav - elektromagnetna indukcija.Upoštevajte magnetni tok kot primer: če je okvir prevodnika postavljen v električno polje z indukcijo in se premakne od zgoraj navzdol vzdolž magnetnih silnic ali desno ali levo pravokotno na njih, bo magnetni tok, ki poteka skozi okvir, enak stalna.
Ko se okvir vrti okoli svoje osi, se bo čez nekaj časa magnetni tok spremenil za določeno količino. Posledično se v okvirju pojavi EMF indukcije in pojavi se električni tok, ki se imenuje indukcija.
EMF indukcija
Podrobno preučimo, kaj je koncept EMF indukcije. Ko je prevodnik postavljen v magnetno polje in se premika s presečiščem silnic, se v prevodniku pojavi elektromotorna sila, imenovana indukcijska EMF. Pojavi se tudi, če prevodnik miruje, magnetno polje pa se premika in seka s silnimi linijami prevodnika.
Ko se vodnik, kjer se pojavi emf, zapre na zunanji tokokrog, zaradi prisotnosti tega emf začne skozi vezje teči indukcijski tok. Elektromagnetna indukcija vključuje pojav EMF indukcije v prevodniku v trenutku, ko ga prečkajo črte magnetnega polja.
Elektromagnetna indukcija je obraten proces pretvorbe mehanske energije v električni tok. Ta koncept in njegovi zakoni se pogosto uporabljajo v elektrotehniki, večina električnih strojev temelji na tem pojavu.
Faradayev in Lenzov zakon
Faradayevi in Lenzovi zakoni odražajo vzorce pojava elektromagnetne indukcije.
Faraday je ugotovil, da se magnetni učinki pojavijo kot posledica sprememb magnetnega toka skozi čas.V trenutku prečkanja prevodnika z izmeničnim magnetnim tokom se v njem pojavi elektromotorna sila, ki vodi do pojava električnega toka. Tako trajni magnet kot elektromagnet lahko ustvarjata tok.
Znanstvenik je ugotovil, da se intenzivnost toka povečuje s hitro spremembo števila silnic, ki prečkajo vezje. To pomeni, da je EMF elektromagnetne indukcije premosorazmeren s hitrostjo magnetnega toka.
Po Faradayevem zakonu so formule indukcijske EMF opredeljene na naslednji način:
E \u003d - dF / dt.
Znak minus označuje razmerje med polarnostjo induciranega EMF, smerjo toka in spreminjajočo se hitrostjo.
Po Lenzovem zakonu je mogoče opisati elektromotorno silo glede na njeno smer. Vsaka sprememba magnetnega toka v tuljavi vodi do pojava EMF indukcije, pri hitri spremembi pa opazimo naraščajoč EMF.
Če ima tuljava, kjer je EMF indukcije, kratek stik na zunanji tokokrog, potem skozi njo teče indukcijski tok, zaradi česar se okoli prevodnika pojavi magnetno polje in tuljava pridobi lastnosti solenoida. . Zaradi tega se okoli tuljave oblikuje magnetno polje.
E.Kh. Lenz je vzpostavil vzorec, po katerem se določata smer indukcijskega toka v tuljavi in indukcijski EMF. Zakon navaja, da indukcijska EMF v tuljavi, ko se magnetni tok spremeni, tvori usmerjeni tok v tuljavi, v katerem dani magnetni tok tuljave omogoča, da se izognemo spremembam tujega magnetnega toka.
Lenzov zakon velja za vse situacije indukcije električnega toka v prevodnikih, ne glede na njihovo konfiguracijo in način spreminjanja zunanjega magnetnega polja.
Gibanje žice v magnetnem polju
Vrednost induciranega EMF se določi glede na dolžino vodnika, ki ga prečkajo silne črte polja. Pri večjem številu poljske črte se vrednost inducirane emf poveča. S povečanjem magnetnega polja in indukcije se v prevodniku pojavi večja vrednost EMF. Tako je vrednost EMF indukcije v prevodniku, ki se giblje v magnetnem polju, neposredno odvisna od indukcije magnetnega polja, dolžine prevodnika in hitrosti njegovega gibanja.
Ta odvisnost se odraža v formuli E = Blv, kjer je E indukcijska emf; B je vrednost magnetne indukcije; I je dolžina prevodnika; v je hitrost njegovega gibanja.
Upoštevajte, da se v prevodniku, ki se giblje v magnetnem polju, indukcijska EMF pojavi le, ko prečka črte magnetnega polja. Če se prevodnik giblje vzdolž črte sile, potem EMF ne inducira. Iz tega razloga formula velja le v primerih, ko je gibanje prevodnika usmerjeno pravokotno na črte sile.
Smer induciranega EMF in električnega toka v prevodniku je določena s smerjo gibanja samega prevodnika. Za določitev smeri je bilo razvito pravilo desne roke. Če držite dlan desne roke tako, da poljske črte vstopijo v njeno smer, palec pa označuje smer gibanja prevodnika, potem preostali štirje prsti kažejo smer induciranega emf in smer električnega toka v dirigentu.
Vrtljiva tuljava
Delovanje generatorja električnega toka temelji na vrtenju tuljave v magnetnem toku, kjer je določeno število zavojev. EMF se v električnem tokokrogu inducira vedno, ko ga preseka magnetni tok, ki temelji na formuli magnetnega toka Ф = B x S x cos α (magnetna indukcija, pomnožena s površino, skozi katero prehaja magnetni tok, in kosinusom kota, ki ga tvorita smerni vektor in pravokotne ravnine).
Po formuli na F vplivajo spremembe situacij:
- ko se magnetni tok spremeni, se spremeni vektor smeri;
- območje, zaprto v konturi, se spremeni;
- spremembe kota.
Dovoljeno je inducirati EMF s stacionarnim magnetom ali stalnim tokom, vendar preprosto, ko se tuljava vrti okoli svoje osi znotraj magnetnega polja. V tem primeru se magnetni tok spreminja s spreminjanjem kota. Tuljava v procesu vrtenja prečka silne črte magnetnega toka, posledično se pojavi EMF. Z enakomernim vrtenjem pride do periodične spremembe magnetnega toka. Prav tako postane število poljske črte, ki prečkajo vsako sekundo, enako vrednostim v rednih intervalih.
V praksi pri generatorjih izmeničnega toka tuljava ostane nepremična, elektromagnet pa se vrti okoli nje.
EMF samoindukcija
Ko skozi tuljavo teče izmenični električni tok, nastane izmenično magnetno polje, za katerega je značilen spreminjajoči se magnetni tok, ki inducira EMF. Ta pojav se imenuje samoindukcija.
Zaradi dejstva, da je magnetni tok sorazmeren z jakostjo električnega toka, je formula EMF za samoindukcijo videti tako:
Ф = L x I, kjer je L induktivnost, ki se meri v H.Njegova vrednost je določena s številom zavojev na enoto dolžine in vrednostjo njihovega preseka.
Vzajemna indukcija
Ko sta dve tuljavi nameščeni drug ob drugem, opazujeta EMF medsebojne indukcije, ki je določena s konfiguracijo obeh vezij in njuno medsebojno usmerjenostjo. Z naraščajočo ločitvijo vezij se vrednost medsebojne induktivnosti zmanjša, saj se skupni magnetni tok za obe tuljavi zmanjša.
Podrobno razmislimo o procesu nastanka medsebojne indukcije. Obstajata dve tuljavi, tok I1 teče skozi žico ene z N1 zavoji, ki ustvari magnetni tok in gre skozi drugo tuljavo s številom N2 zavojev.
Vrednost medsebojne induktivnosti druge tuljave glede na prvo:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Vrednost magnetnega toka:
F21 = (M21/N2) x I1.
Inducirana emf se izračuna po formuli:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
V prvi tuljavi je vrednost inducirane emf:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Pomembno je omeniti, da je elektromotorna sila, ki jo povzroči medsebojna indukcija v eni od tuljav, v vsakem primeru neposredno sorazmerna s spremembo električnega toka v drugi tuljavi.
Potem se šteje, da je medsebojna induktivnost enaka:
M12 = M21 = M.
Posledično je E1 = - M x dI2/dt in E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), kjer je K sklopni koeficient med obema vrednostma induktivnosti.
Vzajemna induktivnost se pogosto uporablja v transformatorjih, ki omogočajo spreminjanje vrednosti izmeničnega električnega toka. Naprava je par tuljav, ki so navite na skupno jedro. Tok v prvi tuljavi tvori spreminjajoč se magnetni tok v magnetnem vezju in tok v drugi tuljavi.Pri manjšem številu zavojev v prvi tuljavi kot v drugem se napetost poveča, s tem pa se pri večjem številu zavojev v prvem navitju napetost zmanjša.
Poleg generiranja in pretvorbe električne energije se fenomen magnetne indukcije uporablja v drugih napravah. Na primer pri magnetnih levitacijskih vlakih, ki se gibljejo brez neposrednega stika s tokom v tirnicah, vendar nekaj centimetrov višje zaradi elektromagnetnega odbijanja.
Podobni članki:
