I materialet vil vi forstå konseptet med EMF-induksjon i situasjoner der det oppstår. Vi anser også induktans som en nøkkelparameter for forekomsten av en magnetisk fluks når et elektrisk felt oppstår i en leder.
Elektromagnetisk induksjon er generering av elektrisk strøm av magnetiske felt som endres over tid. Takket være oppdagelsene til Faraday og Lenz ble mønstre formulert til lover, som introduserte symmetri i forståelsen av elektromagnetiske strømmer. Maxwells teori samlet kunnskap om elektrisk strøm og magnetiske flukser. Takket være oppdagelsen av Hertz lærte menneskeheten om telekommunikasjon.
Innhold
magnetisk fluks
Et elektromagnetisk felt vises rundt en leder med en elektrisk strøm, men parallelt oppstår også det motsatte fenomenet - elektromagnetisk induksjon.Se på den magnetiske fluksen som et eksempel: hvis en lederramme plasseres i et elektrisk felt med induksjon og flyttes fra topp til bunn langs magnetfeltlinjer eller til høyre eller venstre vinkelrett på dem, vil den magnetiske fluksen som passerer gjennom rammen være konstant.
Når rammen roterer rundt sin akse, vil den magnetiske fluksen etter en stund endre seg med en viss mengde. Som et resultat vises en EMF av induksjon i rammen og en elektrisk strøm vises, som kalles induksjon.
EMF induksjon
La oss undersøke i detalj hva konseptet med EMF for induksjon er. Når en leder er plassert i et magnetfelt og den beveger seg med skjæringspunktet mellom feltlinjene, oppstår en elektromotorisk kraft i lederen som kalles induksjons-EMK. Det oppstår også hvis lederen forblir stasjonær, og magnetfeltet beveger seg og krysser lederens kraftlinjer.
Når lederen, der emk oppstår, lukkes til den eksterne kretsen, på grunn av tilstedeværelsen av denne emk, begynner en induksjonsstrøm å strømme gjennom kretsen. Elektromagnetisk induksjon involverer fenomenet EMF-induksjon i en leder i det øyeblikket den krysses av magnetiske feltlinjer.
Elektromagnetisk induksjon er den omvendte prosessen med å transformere mekanisk energi til elektrisk strøm. Dette konseptet og dets lover er mye brukt i elektroteknikk, de fleste elektriske maskiner er basert på dette fenomenet.
Faraday og Lenz lover
Lovene til Faraday og Lenz gjenspeiler mønstrene for forekomst av elektromagnetisk induksjon.
Faraday fant at magnetiske effekter oppstår som et resultat av endringer i den magnetiske fluksen over tid.I det øyeblikket du krysser lederen med en vekselmagnetisk strøm, oppstår en elektromotorisk kraft i den, noe som fører til utseendet til en elektrisk strøm. Både en permanentmagnet og en elektromagnet kan generere strøm.
Forskeren fastslo at intensiteten til strømmen øker med en rask endring i antall kraftlinjer som krysser kretsen. Det vil si at EMF av elektromagnetisk induksjon er i direkte proporsjon med hastigheten til den magnetiske fluksen.
I henhold til Faradays lov er induksjons-EMF-formlene definert som følger:
E \u003d - dF / dt.
Minustegnet indikerer forholdet mellom polariteten til den induserte EMF, strømningsretningen og endringshastigheten.
I henhold til Lenz sin lov er det mulig å karakterisere den elektromotoriske kraften avhengig av dens retning. Enhver endring i den magnetiske fluksen i spolen fører til utseendet til en EMF av induksjon, og med en rask endring observeres en økende EMF.
Hvis spolen, der det er en EMF av induksjon, har en kortslutning til en ekstern krets, strømmer en induksjonsstrøm gjennom den, som et resultat av at et magnetfelt vises rundt lederen og spolen får egenskapene til en solenoid . Som et resultat dannes et magnetisk felt rundt spolen.
E.Kh. Lenz etablerte et mønster i henhold til hvilken retningen til induksjonsstrømmen i spolen og induksjons-EMK bestemmes. Loven sier at induksjons-EMF i spolen, når den magnetiske fluksen endres, danner en retningsstrøm i spolen, der den gitte magnetiske fluksen til spolen gjør det mulig å unngå endringer i den fremmede magnetiske fluksen.
Lenzs lov gjelder for alle situasjoner med elektrisk strøminduksjon i ledere, uavhengig av deres konfigurasjon og metoden for å endre det eksterne magnetfeltet.
Bevegelsen av en ledning i et magnetfelt
Verdien av den induserte EMF bestemmes avhengig av lengden på lederen som krysses av kraftfeltlinjene. Med et større antall feltlinjer øker verdien av den induserte emk. Med en økning i magnetfeltet og induksjon, oppstår en større verdi av EMF i lederen. Dermed er verdien av EMF for induksjon i en leder som beveger seg i et magnetfelt direkte avhengig av induksjonen av magnetfeltet, lengden på lederen og hastigheten på dens bevegelse.
Denne avhengigheten gjenspeiles i formelen E = Blv, hvor E er induksjons-emf; B er verdien av magnetisk induksjon; I er lengden på lederen; v er hastigheten på bevegelsen.
Merk at i en leder som beveger seg i et magnetfelt, vises induksjons-EMK bare når den krysser magnetfeltlinjene. Hvis lederen beveger seg langs kraftlinjene, induseres ingen EMF. Av denne grunn gjelder formelen bare i tilfeller der lederens bevegelse er rettet vinkelrett på kraftlinjene.
Retningen til den induserte EMF og elektrisk strøm i lederen bestemmes av bevegelsesretningen til selve lederen. For å identifisere retningen er høyrehåndsregelen utviklet. Hvis du holder håndflaten på høyre hånd slik at feltlinjene går inn i dens retning, og tommelen indikerer lederens bevegelsesretning, indikerer de resterende fire fingrene retningen til den induserte emk og retningen til den elektriske strømmen i konduktøren.
Roterende spole
Funksjonen til den elektriske strømgeneratoren er basert på rotasjonen av spolen i en magnetisk fluks, hvor det er et visst antall omdreininger. EMF induseres i en elektrisk krets alltid når den krysses av en magnetisk fluks, basert på den magnetiske fluksformelen Ф \u003d B x S x cos α (magnetisk induksjon multiplisert med overflatearealet som den magnetiske fluksen passerer, og cosinus av vinkelen dannet av retningsvektoren og de vinkelrette planlinjene).
I henhold til formelen påvirkes F av endringer i situasjoner:
- når den magnetiske fluksen endres, endres retningsvektoren;
- området som er innelukket i konturen endres;
- vinkelendringer.
Det er tillatt å indusere EMF med en stasjonær magnet eller en konstant strøm, men ganske enkelt når spolen roterer rundt sin akse innenfor magnetfeltet. I dette tilfellet endres den magnetiske fluksen ettersom vinkelen endres. Spolen i rotasjonsprosessen krysser kraftlinjene til den magnetiske fluksen, som et resultat vises en EMF. Med jevn rotasjon oppstår en periodisk endring i den magnetiske fluksen. Dessuten blir antall feltlinjer som krysser hvert sekund lik verdiene med jevne mellomrom.
I praksis, i vekselstrømgeneratorer, forblir spolen stasjonær, og elektromagneten roterer rundt den.
EMF selvinduksjon
Når en elektrisk vekselstrøm passerer gjennom spolen, genereres et vekselmagnetisk felt, som er preget av en skiftende magnetisk fluks som induserer en EMF. Dette fenomenet kalles selvinduksjon.
På grunn av det faktum at den magnetiske fluksen er proporsjonal med intensiteten til den elektriske strømmen, ser selvinduksjons-EMF-formelen slik ut:
Ф = L x I, der L er induktansen, som måles i H.Verdien bestemmes av antall omdreininger per lengdeenhet og verdien av tverrsnittet.
Gjensidig induksjon
Når to spoler er plassert side om side, observerer de EMF for gjensidig induksjon, som bestemmes av konfigurasjonen av de to kretsene og deres gjensidige orientering. Med økende separasjon av kretsene synker verdien av gjensidig induktans, siden det er en reduksjon i den totale magnetiske fluksen for de to spolene.
La oss vurdere i detalj prosessen med fremveksten av gjensidig induksjon. Det er to spoler, strøm I1 flyter gjennom ledningen til en med N1 svinger, som skaper en magnetisk fluks og går gjennom den andre spolen med N2 antall omdreininger.
Verdien av den gjensidige induktansen til den andre spolen i forhold til den første:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magnetisk fluksverdi:
F21 = (M21/N2) x I1.
Den induserte emk beregnes med formelen:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
I den første spolen, verdien av den induserte emf:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Det er viktig å merke seg at den elektromotoriske kraften som fremkalles av gjensidig induksjon i en av spolene uansett er direkte proporsjonal med endringen i elektrisk strøm i den andre spolen.
Da anses den gjensidige induktansen som lik:
M12 = M21 = M.
Som en konsekvens er E1 = - M x dI2/dt og E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), hvor K er koblingskoeffisienten mellom de to induktansverdiene.
Gjensidig induktans er mye brukt i transformatorer, som gjør det mulig å endre verdien av en elektrisk vekselstrøm. Enheten er et par spoler som er viklet på en felles kjerne. Strømmen i den første spolen danner en skiftende magnetisk fluks i magnetkretsen og en strøm i den andre spolen.Med færre svinger i den første spolen enn i den andre, øker spenningen, og følgelig, med et større antall omdreininger i den første viklingen, synker spenningen.
I tillegg til å generere og transformere elektrisk energi, brukes fenomenet magnetisk induksjon i andre enheter. For eksempel i magnetisk levitasjon tog som beveger seg uten direkte kontakt med strømmen i skinnene, men et par centimeter høyere på grunn av elektromagnetisk frastøtning.
Lignende artikler:
