I materialet kommer vi att förstå begreppet EMF-induktion i situationer där det inträffar. Vi betraktar också induktans som en nyckelparameter för förekomsten av ett magnetiskt flöde när ett elektriskt fält uppträder i en ledare.
Elektromagnetisk induktion är genereringen av elektrisk ström av magnetiska fält som förändras över tiden. Tack vare upptäckterna av Faraday och Lenz formulerades mönster till lagar, som introducerade symmetri i förståelsen av elektromagnetiska flöden. Maxwells teori samlade kunskap om elektrisk ström och magnetiska flöden. Tack vare upptäckten av Hertz lärde sig mänskligheten om telekommunikation.
Innehåll
magnetiskt flöde
Ett elektromagnetiskt fält uppträder runt en ledare med en elektrisk ström, men parallellt inträffar också det motsatta fenomenet - elektromagnetisk induktion.Betrakta det magnetiska flödet som ett exempel: om en ledarram placeras i ett elektriskt fält med induktion och flyttas från topp till botten längs magnetfältlinjer eller till höger eller vänster vinkelrätt mot dem, kommer det magnetiska flödet som passerar genom ramen att vara konstant.
När ramen roterar runt sin axel, kommer efter ett tag det magnetiska flödet att ändras med en viss mängd. Som ett resultat uppträder en EMF av induktion i ramen och en elektrisk ström uppträder, vilket kallas induktion.
EMF-induktion
Låt oss undersöka i detalj vad begreppet EMF för induktion är. När en ledare placeras i ett magnetfält och den rör sig med skärningspunkten mellan fältlinjerna, uppstår en elektromotorisk kraft i ledaren som kallas induktions-EMK. Det inträffar också om ledaren förblir stationär och magnetfältet rör sig och skär ledarens kraftlinjer.
När ledaren, där emk uppstår, stänger den externa kretsen, på grund av närvaron av denna emk, börjar en induktionsström flyta genom kretsen. Elektromagnetisk induktion involverar fenomenet EMF-induktion i en ledare i det ögonblick den korsas av magnetfältslinjer.
Elektromagnetisk induktion är den omvända processen att omvandla mekanisk energi till elektrisk ström. Detta koncept och dess lagar används i stor utsträckning inom elektroteknik, de flesta elektriska maskiner är baserade på detta fenomen.
Faradays och Lenz lagar
Lagarna i Faraday och Lenz återspeglar mönstren för förekomsten av elektromagnetisk induktion.
Faraday fann att magnetiska effekter uppträder som ett resultat av förändringar i det magnetiska flödet över tiden.I ögonblicket för att korsa ledaren med en växelmagnetisk ström uppstår en elektromotorisk kraft i den, vilket leder till uppkomsten av en elektrisk ström. Både en permanentmagnet och en elektromagnet kan generera ström.
Forskaren fastställde att strömstyrkan ökar med en snabb förändring av antalet kraftlinjer som korsar kretsen. Det vill säga EMF för elektromagnetisk induktion är i direkt proportion till hastigheten på det magnetiska flödet.
Enligt Faradays lag definieras induktions-EMK-formlerna enligt följande:
E \u003d - dF / dt.
Minustecknet indikerar förhållandet mellan polariteten hos den inducerade EMF, flödesriktningen och ändringshastigheten.
Enligt Lenz lag är det möjligt att karakterisera den elektromotoriska kraften beroende på dess riktning. Varje förändring av det magnetiska flödet i spolen leder till uppkomsten av en EMF av induktion, och med en snabb förändring observeras en ökande EMF.
Om spolen, där det finns en EMF av induktion, har en kortslutning till en extern krets, flyter en induktionsström genom den, som ett resultat av vilket ett magnetfält uppstår runt ledaren och spolen förvärvar egenskaperna hos en solenoid . Som ett resultat bildas ett magnetfält runt spolen.
E.Kh. Lenz etablerade ett mönster enligt vilket riktningen för induktionsströmmen i spolen och induktions-EMK bestäms. Lagen säger att induktions-EMK i spolen, när det magnetiska flödet ändras, bildar en riktningsström i spolen, där spolens givna magnetiska flöde gör det möjligt att undvika förändringar i det yttre magnetiska flödet.
Lenz lag gäller för alla situationer med elektrisk ströminduktion i ledare, oavsett deras konfiguration och metoden för att ändra det externa magnetfältet.
En tråds rörelse i ett magnetfält
Värdet på den inducerade EMF bestäms beroende på längden på ledaren som korsas av kraftfältslinjerna. Med ett större antal fältlinjer ökar värdet på den inducerade emk. Med en ökning av magnetfältet och induktion uppstår ett större värde av EMF i ledaren. Således är värdet på EMF för induktion i en ledare som rör sig i ett magnetfält direkt beroende av induktionen av magnetfältet, ledarens längd och hastigheten på dess rörelse.
Detta beroende återspeglas i formeln E = Blv, där E är induktions-emf; B är värdet på magnetisk induktion; I är längden på ledaren; v är hastigheten för dess rörelse.
Observera att i en ledare som rör sig i ett magnetfält, uppträder induktions-EMK endast när den korsar magnetfältslinjerna. Om ledaren rör sig längs kraftlinjerna induceras ingen EMF. Av denna anledning gäller formeln endast i de fall då ledarens rörelse är riktad vinkelrätt mot kraftlinjerna.
Riktningen för den inducerade EMF och elektriska strömmen i ledaren bestäms av själva ledarens rörelseriktning. För att identifiera riktningen har högerhandsregeln utvecklats. Om du håller handflatan på din högra hand så att fältlinjerna går in i dess riktning och tummen indikerar ledarens rörelseriktning, indikerar de återstående fyra fingrarna riktningen för den inducerade emk och riktningen för den elektriska strömmen i konduktören.
Roterande spole
Funktionen av den elektriska strömgeneratorn är baserad på spolens rotation i ett magnetiskt flöde, där det finns ett visst antal varv. EMF induceras i en elektrisk krets alltid när den korsas av ett magnetiskt flöde, baserat på den magnetiska flödesformeln Ф \u003d B x S x cos α (magnetisk induktion multiplicerad med den yta genom vilken det magnetiska flödet passerar, och cosinus av vinkeln som bildas av riktningsvektorn och de vinkelräta planlinjerna).
Enligt formeln påverkas F av förändringar i situationer:
- när det magnetiska flödet ändras ändras riktningsvektorn;
- området som är inneslutet i konturen ändras;
- vinkelförändringar.
Det är tillåtet att inducera EMF med en stationär magnet eller en konstant ström, men helt enkelt när spolen roterar runt sin axel inom magnetfältet. I det här fallet ändras det magnetiska flödet när vinkeln ändras. Spolen i rotationsprocessen korsar kraftlinjerna för det magnetiska flödet, som ett resultat uppträder en EMF. Med likformig rotation inträffar en periodisk förändring av det magnetiska flödet. Dessutom blir antalet fältlinjer som korsar varje sekund lika med värdena med jämna mellanrum.
I praktiken, i växelströmsgeneratorer, förblir spolen stationär och elektromagneten roterar runt den.
EMF självinduktion
När en elektrisk växelström passerar genom spolen genereras ett växelmagnetfält, vilket kännetecknas av ett förändrat magnetiskt flöde som inducerar en EMF. Detta fenomen kallas självinduktion.
På grund av det faktum att det magnetiska flödet är proportionellt mot intensiteten av den elektriska strömmen, ser självinduktions-EMF-formeln ut så här:
Ф = L x I, där L är induktansen, som mäts i H.Dess värde bestäms av antalet varv per längdenhet och värdet på deras tvärsnitt.
Ömsesidig induktion
När två spolar är placerade sida vid sida, observerar de EMF för ömsesidig induktion, som bestäms av konfigurationen av de två kretsarna och deras ömsesidiga orientering. Med ökande separation av kretsarna minskar värdet på ömsesidig induktans, eftersom det finns en minskning av det totala magnetiska flödet för de två spolarna.
Låt oss i detalj överväga processen för uppkomsten av ömsesidig induktion. Det finns två spolar, ström I1 flyter genom ledningen av en med N1 varv, vilket skapar ett magnetiskt flöde och går genom den andra spolen med N2 antal varv.
Värdet på den ömsesidiga induktansen för den andra spolen i förhållande till den första:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magnetiskt flödesvärde:
F21 = (M21/N2) x I1.
Den inducerade emk beräknas med formeln:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
I den första spolen, värdet på den inducerade emk:
El = - M12 x dI2/dt.
Det är viktigt att notera att den elektromotoriska kraft som framkallas av ömsesidig induktion i en av spolarna i alla fall är direkt proportionell mot förändringen i elektrisk ström i den andra spolen.
Då anses den ömsesidiga induktansen vara lika med:
M12 = M21 = M.
Som en konsekvens är El = -M x dI2/dt och E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), där K är kopplingskoefficienten mellan de två induktansvärdena.
Ömsesidig induktans används ofta i transformatorer, vilket gör det möjligt att ändra värdet på en elektrisk växelström. Enheten är ett par spolar som är lindade på en gemensam kärna. Strömmen i den första spolen bildar ett föränderligt magnetiskt flöde i magnetkretsen och en ström i den andra spolen.Med färre varv i den första spolen än i den andra ökar spänningen, och följaktligen, med ett större antal varv i den första lindningen, minskar spänningen.
Förutom att generera och omvandla elektrisk energi används fenomenet magnetisk induktion i andra enheter. Till exempel i magnetisk levitation rör sig tåg utan direktkontakt med strömmen i rälsen, men ett par centimeter högre på grund av elektromagnetisk repulsion.
Liknande artiklar:
