Az anyagban megértjük az EMF-indukció fogalmát annak előfordulási helyzeteiben. Az induktivitást is kulcsparaméternek tekintjük a mágneses fluxus előfordulásához, amikor elektromos tér jelenik meg a vezetőben.
Az elektromágneses indukció elektromos áram generálása mágneses mezők által, amelyek idővel változnak. Faraday és Lenz felfedezéseinek köszönhetően a minták törvényekké formálódtak, amelyek szimmetriát vezettek be az elektromágneses áramlások megértésében. Maxwell elmélete egyesítette az elektromos árammal és a mágneses fluxusokkal kapcsolatos ismereteket. A Hertz felfedezésének köszönhetően az emberiség megismerte a távközlést.
Tartalom
mágneses fluxus
Elektromágneses mező jelenik meg az elektromos árammal rendelkező vezető körül, ugyanakkor ezzel párhuzamosan az ellenkező jelenség is előfordul - elektromágneses indukció.Tekintsük a mágneses fluxust példaként: ha egy vezetőkeretet indukciós elektromos térbe helyezünk és mágneses erővonalak mentén felülről lefelé mozgatjuk, vagy azokra merőlegesen jobbra vagy balra, akkor a kereten áthaladó mágneses fluxus állandó.
Amikor a keret forog a tengelye körül, akkor egy idő után a mágneses fluxus egy bizonyos mértékben megváltozik. Ennek eredményeként egy indukciós EMF jelenik meg a keretben, és megjelenik egy elektromos áram, amelyet indukciónak neveznek.
EMF indukció
Vizsgáljuk meg részletesen, mi az indukció EMF fogalma. Amikor egy vezetőt mágneses térbe helyezünk, és az a térvonalak metszéspontjával együtt mozog, a vezetőben elektromotoros erő jelenik meg, amelyet indukciós EMF-nek neveznek. Ez akkor is előfordul, ha a vezető mozdulatlan marad, és a mágneses tér elmozdul, és metszi a vezető erővonalait.
Amikor a vezető, ahol az emf előfordul, bezárul a külső áramkörhöz, ennek az emf-nek a jelenléte miatt indukciós áram kezd átfolyni az áramkörön. Az elektromágneses indukció magában foglalja az EMF-indukció jelenségét egy vezetőben abban a pillanatban, amikor azt mágneses erővonalak keresztezik.
Az elektromágneses indukció a mechanikai energia elektromos árammá alakításának fordított folyamata. Ezt a fogalmat és törvényszerűségeit széles körben alkalmazzák az elektrotechnikában, a legtöbb elektromos gép erre a jelenségre épül.
Faraday és Lenz törvényei
Faraday és Lenz törvényei az elektromágneses indukció előfordulási mintáit tükrözik.
Faraday azt találta, hogy a mágneses hatások a mágneses fluxus időbeli változásának eredményeként jelennek meg.Abban a pillanatban, amikor a vezetőt váltakozó mágneses árammal keresztezzük, elektromotoros erő keletkezik benne, ami elektromos áram megjelenéséhez vezet. Mind az állandó mágnes, mind az elektromágnes képes áramot generálni.
A tudós megállapította, hogy az áramerősség növekszik az áramkört keresztező erővonalak számának gyors változásával. Vagyis az elektromágneses indukció EMF egyenes arányban áll a mágneses fluxus sebességével.
Faraday törvénye szerint az indukciós EMF képletek a következők:
E \u003d - dF / dt.
A mínusz jel jelzi az összefüggést az indukált EMF polaritása, az áramlás iránya és a változó sebesség között.
A Lenz-törvény szerint az elektromotoros erőt annak irányától függően lehet jellemezni. A tekercs mágneses fluxusának bármilyen változása indukciós EMF megjelenéséhez vezet, és gyors változás esetén növekvő EMF figyelhető meg.
Ha a tekercs, ahol indukciós EMF van, rövidzárlatos egy külső áramkörrel, akkor indukciós áram folyik rajta, aminek következtében a vezető körül mágneses tér jelenik meg, és a tekercs mágneses tulajdonságokat kap. . Ennek eredményeként a tekercs körül mágneses mező képződik.
E.Kh. Lenz kialakított egy mintát, amely szerint meghatározzák a tekercsben lévő indukciós áram irányát és az indukciós EMF-et. A törvény kimondja, hogy a tekercsben lévő indukciós EMF a mágneses fluxus megváltozásakor olyan irányáramot képez a tekercsben, amelyben a tekercs adott mágneses fluxusa lehetővé teszi az idegen mágneses fluxus változásának elkerülését.
A Lenz-törvény minden elektromos áram indukciós helyzetére vonatkozik a vezetőkben, függetlenül azok konfigurációjától és a külső mágneses tér megváltoztatásának módjától.
A vezeték mozgása mágneses térben
Az indukált EMF értékét az erővonalak által keresztezett vezető hosszától függően határozzák meg. Nagyobb számú mezővonal esetén az indukált emf értéke nő. A mágneses tér és az indukció növekedésével nagyobb EMF-érték lép fel a vezetőben. Így a mágneses térben mozgó vezetőben az indukció EMF értéke közvetlenül függ a mágneses tér indukciójától, a vezető hosszától és mozgásának sebességétől.
Ezt a függést tükrözi az E = Blv képlet, ahol E az indukciós emf; B a mágneses indukció értéke; I a vezető hossza; v a mozgásának sebessége.
Vegye figyelembe, hogy a mágneses térben mozgó vezetőben az indukciós EMF csak akkor jelenik meg, ha keresztezi a mágneses erővonalakat. Ha a vezető az erővonalak mentén mozog, akkor nem indukálódik EMF. Emiatt a képlet csak olyan esetekben alkalmazható, amikor a vezető mozgása az erővonalakra merőlegesen irányul.
Az indukált EMF és az elektromos áram irányát a vezetőben magának a vezetőnek az iránya határozza meg. Az irány azonosítására a jobbkéz szabályt fejlesztették ki. Ha a jobb kezed tenyerét úgy tartod, hogy a mezővonalak annak irányába lépjenek be, és a hüvelykujj a vezető mozgásának irányát jelzi, akkor a maradék négy ujj az indukált emf irányát és az elektromos áram irányát jelzi a karmesterben.
Forgó tekercs
Az elektromos áramgenerátor működése a tekercs mágneses fluxusban történő forgásán alapul, ahol bizonyos számú fordulat van. Az EMF az elektromos áramkörben mindig akkor indukálódik, amikor azt egy mágneses fluxus keresztezi, a mágneses fluxus képlet alapján: Ф \u003d B x S x cos α (mágneses indukció szorozva azzal a felülettel, amelyen a mágneses fluxus áthalad, és a koszinuszával az irányvektor és a merőleges síkvonalak által alkotott szög).
A képlet szerint F-t a helyzetek változásai befolyásolják:
- a mágneses fluxus megváltozásakor az irányvektor megváltozik;
- a kontúrba zárt terület megváltozik;
- szögváltozások.
Megengedett az EMF indukálása álló mágnessel vagy állandó árammal, de egyszerűen akkor, ha a tekercs a tengelye körül forog a mágneses mezőn belül. Ebben az esetben a mágneses fluxus a szög változásával változik. A forgási folyamat során a tekercs keresztezi a mágneses fluxus erővonalait, ennek eredményeként EMF jelenik meg. Egyenletes forgás esetén a mágneses fluxus periodikus változása következik be. Ezenkívül a másodpercenként keresztező mezővonalak száma egyenlő lesz a rendszeres időközönkénti értékekkel.
A gyakorlatban a váltakozó áramú generátorokban a tekercs mozdulatlan marad, és az elektromágnes körülötte forog.
EMF önindukció
Amikor váltakozó elektromos áram halad át a tekercsen, váltakozó mágneses mező keletkezik, amelyet változó mágneses fluxus jellemez, amely EMF-et indukál. Ezt a jelenséget önindukciónak nevezik.
Tekintettel arra, hogy a mágneses fluxus arányos az elektromos áram intenzitásával, az önindukciós EMF képlet így néz ki:
Ф = L x I, ahol L az induktivitás, amelyet H-ban mérünk.Értékét az egységnyi hosszra eső fordulatok száma és keresztmetszetük értéke határozza meg.
Kölcsönös indukció
Ha két tekercs egymás mellett helyezkedik el, megfigyelik a kölcsönös indukció EMF-jét, amelyet a két áramkör konfigurációja és kölcsönös orientációja határoz meg. Az áramkörök növekvő szétválasztásával a kölcsönös induktivitás értéke csökken, mivel a két tekercs teljes mágneses fluxusa csökken.
Tekintsük részletesen a kölcsönös indukció kialakulásának folyamatát. Két tekercs van, az egyik N1 menetes vezetékén I1 áram folyik át, ami mágneses fluxust hoz létre és a második tekercsen N2 fordulatszámmal megy át.
A második tekercs kölcsönös induktivitásának értéke az elsőhöz viszonyítva:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Mágneses fluxus értéke:
F21 = (M21/N2) x I1.
Az indukált emf a következő képlettel számítható ki:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
Az első tekercsben az indukált emf értéke:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Fontos megjegyezni, hogy az egyik tekercsben a kölcsönös indukció által kiváltott elektromotoros erő mindenképpen egyenesen arányos a másik tekercs elektromos áramának változásával.
Ekkor a kölcsönös induktivitás egyenlőnek tekinthető:
M12 = M21 = M.
Következésképpen E1 = -M x dI2/dt és E2 = M x dl1/dt. M = K √ (L1 x L2), ahol K a két induktivitás érték közötti csatolási együttható.
A transzformátorokban széles körben használják a kölcsönös induktivitást, amely lehetővé teszi a váltakozó elektromos áram értékének megváltoztatását. Az eszköz egy pár tekercs, amelyek egy közös magra vannak feltekerve. Az első tekercsben lévő áram változó mágneses fluxust képez a mágneses áramkörben, és áramot a második tekercsben.Ha kevesebb fordulat van az első tekercsben, mint a másodikban, a feszültség nő, és ennek megfelelően az első tekercs nagyobb fordulatszámával a feszültség csökken.
Az elektromos energia előállítása és átalakítása mellett a mágneses indukció jelenségét más eszközökben is alkalmazzák. Például mágneses levitációs vonatokban, amelyek a sínekben folyó árammal közvetlen érintkezés nélkül mozognak, de elektromágneses taszítás miatt pár centiméterrel magasabban.
Hasonló cikkek:
