V materiáli pochopíme pojem indukcie EMF v situáciách jeho výskytu. Indukčnosť tiež považujeme za kľúčový parameter pre výskyt magnetického toku, keď sa vo vodiči objaví elektrické pole.
Elektromagnetická indukcia je generovanie elektrického prúdu magnetickými poľami, ktoré sa časom menia. Vďaka objavom Faradaya a Lenza boli vzory sformulované do zákonov, ktoré vniesli symetriu do chápania elektromagnetických tokov. Maxwellova teória spojila poznatky o elektrickom prúde a magnetických tokoch. Vďaka objavu Hertz sa ľudstvo dozvedelo o telekomunikáciách.
Obsah
magnetický tok
Okolo vodiča s elektrickým prúdom vzniká elektromagnetické pole, paralelne však dochádza aj k opačnému javu - elektromagnetickej indukcii.Zvážte magnetický tok ako príklad: ak je rám vodiča umiestnený v elektrickom poli s indukciou a pohybuje sa zhora nadol pozdĺž magnetických siločiar alebo doprava alebo doľava kolmo na ne, potom magnetický tok prechádzajúci rámom bude konštantný.
Keď sa rám otáča okolo svojej osi, po chvíli sa magnetický tok zmení o určitú hodnotu. V dôsledku toho sa v ráme objaví EMF indukcie a objaví sa elektrický prúd, ktorý sa nazýva indukcia.
EMF indukcia
Pozrime sa podrobne na to, čo je pojem EMF indukcie. Keď je vodič umiestnený v magnetickom poli a pohybuje sa s priesečníkom siločiar, vo vodiči sa objavuje elektromotorická sila nazývaná indukčné EMF. Vyskytuje sa aj vtedy, ak vodič zostane nehybný a magnetické pole sa pohybuje a pretína so siločiarami vodiča.
Keď sa vodič, kde sa vyskytuje emf, uzavrie do vonkajšieho obvodu, v dôsledku prítomnosti tohto emf začne obvodom pretekať indukčný prúd. Elektromagnetická indukcia zahŕňa jav indukcie EMF vo vodiči v okamihu, keď je pretínaný magnetickými siločiarami.
Elektromagnetická indukcia je opačný proces premeny mechanickej energie na elektrický prúd. Tento pojem a jeho zákony sú široko používané v elektrotechnike, väčšina elektrických strojov je založená na tomto jave.
Faradayov a Lenzov zákon
Faradayove a Lenzove zákony odrážajú vzorce výskytu elektromagnetickej indukcie.
Faraday zistil, že magnetické efekty sa objavujú v dôsledku zmien magnetického toku v priebehu času.V okamihu prekročenia vodiča so striedavým magnetickým prúdom v ňom vzniká elektromotorická sila, ktorá vedie k vzniku elektrického prúdu. Permanentný magnet aj elektromagnet môžu generovať prúd.
Vedec zistil, že intenzita prúdu sa zvyšuje s rýchlou zmenou počtu siločiar, ktoré prechádzajú obvodom. To znamená, že EMF elektromagnetickej indukcie je priamo úmerné rýchlosti magnetického toku.
Podľa Faradayovho zákona sú vzorce indukčného EMF definované takto:
E \u003d - dF / dt.
Znamienko mínus označuje vzťah medzi polaritou indukovaného EMF, smerom toku a meniacou sa rýchlosťou.
Podľa Lenzovho zákona je možné charakterizovať elektromotorickú silu v závislosti od jej smeru. Akákoľvek zmena magnetického toku v cievke vedie k vzniku EMF indukcie a pri rýchlej zmene sa pozoruje rastúce EMF.
Ak má cievka, kde je EMF indukcie, skrat k vonkajšiemu obvodu, potom cez ňu preteká indukčný prúd, v dôsledku čoho sa okolo vodiča objaví magnetické pole a cievka nadobúda vlastnosti solenoidu. . V dôsledku toho sa okolo cievky vytvorí magnetické pole.
E.Kh. Lenz vytvoril vzor, podľa ktorého sa určuje smer indukčného prúdu v cievke a indukčné EMF. Zákon hovorí, že indukčné EMF v cievke pri zmene magnetického toku vytvára v cievke smerový prúd, v ktorom daný magnetický tok cievky umožňuje vyhnúť sa zmenám vonkajšieho magnetického toku.
Lenzov zákon platí pre všetky situácie indukcie elektrického prúdu vo vodičoch bez ohľadu na ich konfiguráciu a spôsob zmeny vonkajšieho magnetického poľa.
Pohyb drôtu v magnetickom poli
Hodnota indukovaného EMF je určená v závislosti od dĺžky vodiča, ktorý siločiary pretínajú. S väčším počtom siločiar sa hodnota indukovaného emf zvyšuje. S nárastom magnetického poľa a indukcie sa vo vodiči vyskytuje väčšia hodnota EMF. Hodnota EMF indukcie vo vodiči pohybujúcom sa v magnetickom poli je teda priamo závislá od indukcie magnetického poľa, dĺžky vodiča a rýchlosti jeho pohybu.
Táto závislosť sa odráža vo vzorci E = Blv, kde E je indukčné emf; B je hodnota magnetickej indukcie; I je dĺžka vodiča; v je rýchlosť jeho pohybu.
Všimnite si, že vo vodiči, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli, sa indukcia EMF objaví iba vtedy, keď prekročí siločiary magnetického poľa. Ak sa vodič pohybuje pozdĺž siločiar, potom sa neindukuje EMF. Z tohto dôvodu vzorec platí len v prípadoch, keď pohyb vodiča smeruje kolmo na siločiary.
Smer indukovaného EMF a elektrického prúdu vo vodiči je určený smerom pohybu samotného vodiča. Na určenie smeru bolo vyvinuté pravidlo pravej ruky. Ak držíte dlaň pravej ruky tak, že siločiary vstupujú v jej smere a palec ukazuje smer pohybu vodiča, zostávajúce štyri prsty označujú smer indukovaného emf a smer elektrického prúdu vo vodiči.
Otočná cievka
Fungovanie generátora elektrického prúdu je založené na rotácii cievky v magnetickom toku, kde je určitý počet závitov. EMF sa v elektrickom obvode indukuje vždy, keď ho pretína magnetický tok, na základe vzorca magnetického toku Ф \u003d B x S x cos α (magnetická indukcia vynásobená plochou, ktorou magnetický tok prechádza, a kosínusom uhla, ktorý zviera smerový vektor a kolmé rovinné čiary).
Podľa vzorca je F ovplyvnený zmenami v situáciách:
- pri zmene magnetického toku sa zmení smerový vektor;
- oblasť ohraničená obrysom sa mení;
- zmeny uhla.
Je dovolené indukovať EMF stacionárnym magnetom alebo konštantným prúdom, ale jednoducho, keď sa cievka otáča okolo svojej osi v magnetickom poli. V tomto prípade sa magnetický tok mení so zmenou uhla. Cievka v procese rotácie prechádza cez siločiary magnetického toku, v dôsledku čoho sa objaví EMF. Pri rovnomernom otáčaní dochádza k periodickej zmene magnetického toku. Počet siločiar, ktoré prechádzajú každú sekundu, sa tiež rovná hodnotám v pravidelných intervaloch.
V praxi v generátoroch striedavého prúdu zostáva cievka nehybná a elektromagnet sa okolo nej otáča.
Samoindukcia EMF
Pri prechode striedavého elektrického prúdu cievkou vzniká striedavé magnetické pole, ktoré je charakterizované meniacim sa magnetickým tokom, ktorý indukuje EMF. Tento jav sa nazýva samoindukcia.
Vzhľadom na to, že magnetický tok je úmerný intenzite elektrického prúdu, potom vzorec samoindukcie EMF vyzerá takto:
Ф = L x I, kde L je indukčnosť, ktorá sa meria v H.Jeho hodnota je určená počtom závitov na jednotku dĺžky a hodnotou ich prierezu.
Vzájomná indukcia
Keď sú dve cievky umiestnené vedľa seba, pozorujú EMF vzájomnej indukcie, ktorá je určená konfiguráciou dvoch obvodov a ich vzájomnou orientáciou. S rastúcim oddelením obvodov sa hodnota vzájomnej indukčnosti znižuje, pretože dochádza k poklesu celkového magnetického toku pre dve cievky.
Pozrime sa podrobne na proces vzniku vzájomnej indukcie. Cievky sú dve, vodičom jednej s N1 závitmi preteká prúd I1, ktorý vytvára magnetický tok a prechádza cez druhú cievku s počtom závitov N2.
Hodnota vzájomnej indukčnosti druhej cievky vo vzťahu k prvej:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Hodnota magnetického toku:
F21 = (M21/N2) x I1.
Indukované emf sa vypočíta podľa vzorca:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21 x dl1/dt.
V prvej cievke hodnota indukovaného emf:
El = - M12 x dl2/dt.
Je dôležité poznamenať, že elektromotorická sila vyvolaná vzájomnou indukciou v jednej z cievok je v každom prípade priamo úmerná zmene elektrického prúdu v druhej cievke.
Potom sa vzájomná indukčnosť považuje za rovnú:
M12 = M21 = M.
V dôsledku toho El = - M x dl2/dt a E2 = M x dl/dt. M = K √ (L1 x L2), kde K je väzbový koeficient medzi dvomi hodnotami indukčnosti.
Vzájomná indukčnosť je široko používaná v transformátoroch, ktoré umožňujú meniť hodnotu striedavého elektrického prúdu. Zariadenie je dvojica cievok, ktoré sú navinuté na spoločnom jadre. Prúd v prvej cievke vytvára meniaci sa magnetický tok v magnetickom obvode a prúd v druhej cievke.S menším počtom závitov v prvej cievke ako v druhej sa napätie zvyšuje, a preto s väčším počtom závitov v prvom vinutí napätie klesá.
Okrem generovania a transformácie elektrickej energie sa fenomén magnetickej indukcie využíva aj v iných zariadeniach. Napríklad vo vlakoch s magnetickou levitáciou pohybujúcich sa bez priameho kontaktu s prúdom v koľajniciach, ale o pár centimetrov vyššie v dôsledku elektromagnetického odpudzovania.
Podobné články:
