În material, vom înțelege conceptul de inducție EMF în situațiile de apariție a acestuia. Considerăm, de asemenea, inductanța ca un parametru cheie pentru apariția unui flux magnetic atunci când un câmp electric apare într-un conductor.
Inducția electromagnetică este generarea de curent electric prin câmpuri magnetice care se modifică în timp. Datorită descoperirilor lui Faraday și Lenz, modelele au fost formulate în legi, care au introdus simetria în înțelegerea fluxurilor electromagnetice. Teoria lui Maxwell a reunit cunoștințele despre curentul electric și fluxurile magnetice. Datorită descoperirii lui Hertz, omenirea a învățat despre telecomunicații.
Conţinut
flux magnetic
În jurul unui conductor cu curent electric apare un câmp electromagnetic, totuși, în paralel, apare și fenomenul opus - inducția electromagnetică.Luați în considerare fluxul magnetic ca exemplu: dacă un cadru conductor este plasat într-un câmp electric cu inducție și mutat de sus în jos de-a lungul liniilor de câmp magnetic sau la dreapta sau la stânga perpendicular pe acestea, atunci fluxul magnetic care trece prin cadru va fi constant.
Când cadrul se rotește în jurul axei sale, după un timp fluxul magnetic se va schimba cu o anumită cantitate. Ca urmare, în cadru apare un EMF de inducție și apare un curent electric, care se numește inducție.
inducția EMF
Să examinăm în detaliu care este conceptul de EMF de inducție. Când un conductor este plasat într-un câmp magnetic și se mișcă odată cu intersecția liniilor de câmp, în conductor apare o forță electromotoare numită EMF de inducție. De asemenea, apare dacă conductorul rămâne staționar, iar câmpul magnetic se mișcă și se intersectează cu liniile de forță ale conductorului.
Atunci când conductorul, unde apare f.e.m., se închide de circuitul extern, din cauza prezenței acestei feme, un curent de inducție începe să curgă prin circuit. Inducția electromagnetică implică fenomenul de inducție EMF într-un conductor în momentul în care acesta este traversat de liniile câmpului magnetic.
Inducția electromagnetică este procesul invers de transformare a energiei mecanice în curent electric. Acest concept și legile sale sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică, majoritatea mașinilor electrice se bazează pe acest fenomen.
Legile Faraday și Lenz
Legile lui Faraday și Lenz reflectă tiparele de apariție a inducției electromagnetice.
Faraday a descoperit că efectele magnetice apar ca urmare a modificărilor fluxului magnetic în timp.În momentul traversării conductorului cu un curent magnetic alternativ, în acesta ia naștere o forță electromotoare, care duce la apariția unui curent electric. Atât un magnet permanent, cât și un electromagnet pot genera curent.
Omul de știință a stabilit că intensitatea curentului crește odată cu o schimbare rapidă a numărului de linii de forță care traversează circuitul. Adică, EMF de inducție electromagnetică este direct proporțional cu viteza fluxului magnetic.
Conform legii lui Faraday, formulele EMF de inducție sunt definite după cum urmează:
E \u003d - dF / dt.
Semnul minus indică relația dintre polaritatea EMF indusă, direcția fluxului și viteza de schimbare.
Conform legii lui Lenz, este posibil să se caracterizeze forța electromotoare în funcție de direcția acesteia. Orice modificare a fluxului magnetic din bobină duce la apariția unui EMF de inducție, iar cu o schimbare rapidă se observă o creștere a EMF.
Dacă bobina, unde există un EMF de inducție, are un scurtcircuit la un circuit extern, atunci un curent de inducție trece prin ea, în urma căruia apare un câmp magnetic în jurul conductorului și bobina capătă proprietățile unui solenoid. . Ca rezultat, în jurul bobinei se formează un câmp magnetic.
E.Kh. Lenz a stabilit un model conform căruia se determină direcția curentului de inducție în bobină și EMF de inducție. Legea prevede că EMF de inducție în bobină, atunci când fluxul magnetic se modifică, formează un curent direcțional în bobină, în care fluxul magnetic dat al bobinei face posibilă evitarea modificărilor fluxului magnetic străin.
Legea lui Lenz se aplică tuturor situațiilor de inducție a curentului electric în conductori, indiferent de configurația acestora și de metoda de modificare a câmpului magnetic extern.
Mișcarea unui fir într-un câmp magnetic
Valoarea EMF indusă se determină în funcție de lungimea conductorului traversat de liniile de forță de câmp. Cu un număr mai mare de linii de câmp, valoarea FEM indusă crește. Odată cu creșterea câmpului magnetic și a inducției, în conductor apare o valoare mai mare a EMF. Astfel, valoarea EMF de inducție într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic este direct dependentă de inducția câmpului magnetic, lungimea conductorului și viteza de mișcare a acestuia.
Această dependență se reflectă în formula E = Blv, unde E este f.e.m. de inducție; B este valoarea inducției magnetice; I este lungimea conductorului; v este viteza mișcării sale.
Rețineți că într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic, EMF de inducție apare numai atunci când traversează liniile câmpului magnetic. Dacă conductorul se mișcă de-a lungul liniilor de forță, atunci nu este indus niciun EMF. Din acest motiv, formula se aplică numai în cazurile în care mișcarea conductorului este direcționată perpendicular pe liniile de forță.
Direcția EMF indusă și curentul electric în conductor este determinată de direcția de mișcare a conductorului însuși. Pentru a identifica direcția, a fost dezvoltată regula mâinii drepte. Dacă țineți palma mâinii drepte astfel încât liniile de câmp să intre în direcția acesteia, iar degetul mare indică direcția de mișcare a conductorului, atunci cele patru degete rămase indică direcția emf indusă și direcția curentului electric în dirijor.
Bobina rotativa
Funcționarea generatorului de curent electric se bazează pe rotația bobinei într-un flux magnetic, unde există un anumit număr de spire. EMF este indusă într-un circuit electric întotdeauna atunci când este traversat de un flux magnetic, pe baza formulei fluxului magnetic Ф \u003d B x S x cos α (inducția magnetică înmulțită cu aria suprafeței prin care trece fluxul magnetic și cosinusul a unghiului format de vectorul direcţie şi liniile plane perpendiculare).
Conform formulei, F este afectată de schimbări în situații:
- când se modifică fluxul magnetic, se modifică vectorul de direcție;
- zona cuprinsă în contur se modifică;
- modificări de unghi.
Este permisă inducerea EMF cu un magnet staționar sau un curent constant, dar pur și simplu atunci când bobina se rotește în jurul axei sale în câmpul magnetic. În acest caz, fluxul magnetic se modifică pe măsură ce se schimbă unghiul. Bobina în procesul de rotație traversează liniile de forță ale fluxului magnetic, ca urmare, apare un EMF. Cu o rotație uniformă, are loc o schimbare periodică a fluxului magnetic. De asemenea, numărul de linii de câmp care se traversează în fiecare secundă devine egal cu valorile la intervale regulate.
În practică, la generatoarele de curent alternativ, bobina rămâne staționară, iar electromagnetul se rotește în jurul ei.
Auto-inducție EMF
Când un curent electric alternativ trece prin bobină, se generează un câmp magnetic alternativ, care este caracterizat printr-un flux magnetic în schimbare care induce un EMF. Acest fenomen se numește auto-inducție.
Datorită faptului că fluxul magnetic este proporțional cu intensitatea curentului electric, atunci formula EMF de auto-inducție arată astfel:
Ф = L x I, unde L este inductanța, care se măsoară în H.Valoarea sa este determinată de numărul de spire pe unitate de lungime și de valoarea secțiunii lor transversale.
Inducerea reciprocă
Când două bobine sunt situate una lângă alta, ele observă EMF de inducție reciprocă, care este determinată de configurația celor două circuite și de orientarea lor reciprocă. Odată cu creșterea separării circuitelor, valoarea inductanței reciproce scade, deoarece există o scădere a fluxului magnetic total pentru cele două bobine.
Să luăm în considerare în detaliu procesul de apariție a inducției reciproce. Sunt două bobine, curentul I1 curge prin firul uneia cu N1 spire, care creează un flux magnetic și trece prin a doua bobină cu N2 număr de spire.
Valoarea inductanței reciproce a celei de-a doua bobine în raport cu prima:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Valoarea fluxului magnetic:
F21 = (M21/N2) x I1.
FEM indusă se calculează prin formula:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
În prima bobină, valoarea emf indusă:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Este important de menționat că forța electromotoare provocată de inducția reciprocă într-una dintre bobine este în orice caz direct proporțională cu modificarea curentului electric din cealaltă bobină.
Atunci inductanța reciprocă este considerată egală cu:
M12 = M21 = M.
Ca o consecință, E1 = - M x dI2/dt și E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), unde K este coeficientul de cuplare dintre cele două valori ale inductanței.
Inductanța reciprocă este utilizată pe scară largă în transformatoare, care fac posibilă modificarea valorii unui curent electric alternativ. Dispozitivul este o pereche de bobine care sunt înfășurate pe un miez comun. Curentul din prima bobină formează un flux magnetic schimbător în circuitul magnetic și un curent în a doua bobină.Cu mai puține spire în prima bobină decât în a doua, tensiunea crește și, în consecință, cu un număr mai mare de spire în prima bobină, tensiunea scade.
Pe lângă generarea și transformarea energiei electrice, fenomenul inducției magnetice este utilizat și în alte dispozitive. De exemplu, în trenurile cu levitație magnetică se deplasează fără contact direct cu curentul din șine, dar cu câțiva centimetri mai sus din cauza repulsiei electromagnetice.
Articole similare:
