I materialet vil vi forstå begrebet EMF-induktion i situationer med dets forekomst. Vi betragter også induktans som en nøgleparameter for forekomsten af en magnetisk flux, når der opstår et elektrisk felt i en leder.
Elektromagnetisk induktion er generering af elektrisk strøm af magnetiske felter, der ændrer sig over tid. Takket være opdagelserne af Faraday og Lenz blev mønstre formuleret til love, som introducerede symmetri i forståelsen af elektromagnetiske strømme. Maxwells teori samlede viden om elektrisk strøm og magnetiske fluxer. Takket være opdagelsen af Hertz lærte menneskeheden om telekommunikation.
Indhold
magnetisk flux
Et elektromagnetisk felt opstår omkring en leder med en elektrisk strøm, men parallelt opstår også det modsatte fænomen - elektromagnetisk induktion.Betragt den magnetiske flux som et eksempel: hvis en lederramme placeres i et elektrisk felt med induktion og bevæges fra top til bund langs magnetfeltlinjer eller til højre eller venstre vinkelret på dem, så vil den magnetiske flux, der passerer gennem rammen, være konstant.
Når rammen roterer rundt om sin akse, vil den magnetiske flux efter et stykke tid ændre sig med en vis mængde. Som følge heraf vises en EMF af induktion i rammen, og en elektrisk strøm vises, som kaldes induktion.
EMF induktion
Lad os undersøge i detaljer, hvad begrebet EMF af induktion er. Når en leder er placeret i et magnetfelt og den bevæger sig med skæringspunktet mellem feltlinjerne, opstår der en elektromotorisk kraft i lederen kaldet induktions-EMK. Det opstår også, hvis lederen forbliver stationær, og magnetfeltet bevæger sig og skærer lederens kraftlinjer.
Når lederen, hvor emk opstår, lukker til det eksterne kredsløb, på grund af tilstedeværelsen af denne emk, begynder en induktionsstrøm at strømme gennem kredsløbet. Elektromagnetisk induktion involverer fænomenet EMF-induktion i en leder i det øjeblik, den krydses af magnetiske feltlinjer.
Elektromagnetisk induktion er den omvendte proces med at omdanne mekanisk energi til elektrisk strøm. Dette koncept og dets love er meget brugt i elektroteknik, de fleste elektriske maskiner er baseret på dette fænomen.
Faraday og Lenz love
Faradays og Lenz love afspejler mønstrene for forekomst af elektromagnetisk induktion.
Faraday fandt ud af, at magnetiske effekter opstår som et resultat af ændringer i den magnetiske flux over tid.I det øjeblik, hvor lederen krydses med en vekselmagnetisk strøm, opstår der en elektromotorisk kraft i den, hvilket fører til udseendet af en elektrisk strøm. Både en permanent magnet og en elektromagnet kan generere strøm.
Forskeren fastslog, at strømmens intensitet stiger med en hurtig ændring i antallet af kraftlinjer, der krydser kredsløbet. Det vil sige, at elektromagnetisk induktions EMF er i direkte proportion til hastigheden af den magnetiske flux.
Ifølge Faradays lov er induktions-EMK-formlerne defineret som følger:
E \u003d - dF / dt.
Minustegnet angiver forholdet mellem polariteten af den inducerede EMF, strømningsretningen og den skiftende hastighed.
Ifølge Lenz' lov er det muligt at karakterisere den elektromotoriske kraft afhængig af dens retning. Enhver ændring i den magnetiske flux i spolen fører til udseendet af en EMF af induktion, og med en hurtig ændring observeres en stigende EMF.
Hvis spolen, hvor der er en EMF af induktion, har en kortslutning til et eksternt kredsløb, så strømmer en induktionsstrøm gennem den, som et resultat af hvilket et magnetfelt opstår rundt om lederen, og spolen får egenskaberne af en solenoide . Som følge heraf dannes et magnetfelt omkring spolen.
E.Kh. Lenz etablerede et mønster, hvorefter retningen af induktionsstrømmen i spolen og induktions-EMK bestemmes. Loven siger, at induktions-EMF i spolen, når den magnetiske flux ændres, danner en retningsstrøm i spolen, hvor den givne magnetiske flux af spolen gør det muligt at undgå ændringer i den uvedkommende magnetiske flux.
Lenz' lov gælder for alle situationer med elektrisk strøminduktion i ledere, uanset deres konfiguration og metoden til at ændre det eksterne magnetfelt.
Bevægelsen af en ledning i et magnetfelt
Værdien af den inducerede EMF bestemmes afhængigt af længden af lederen, der krydses af feltkraftlinjerne. Med et større antal feltlinjer øges værdien af den inducerede emk. Med en stigning i magnetfeltet og induktion opstår en større værdi af EMF i lederen. Værdien af EMF for induktion i en leder, der bevæger sig i et magnetfelt, er således direkte afhængig af induktionen af magnetfeltet, længden af lederen og hastigheden af dens bevægelse.
Denne afhængighed afspejles i formlen E = Blv, hvor E er induktions-emf; B er værdien af magnetisk induktion; I er længden af lederen; v er hastigheden af dens bevægelse.
Bemærk, at i en leder, der bevæger sig i et magnetfelt, vises induktions-EMK kun, når den krydser magnetfeltlinjerne. Hvis lederen bevæger sig langs kraftlinjerne, induceres der ingen EMF. Af denne grund gælder formlen kun i tilfælde, hvor lederens bevægelse er rettet vinkelret på kraftlinjerne.
Retningen af den inducerede EMF og elektrisk strøm i lederen bestemmes af lederens bevægelsesretning. For at identificere retningen er højrehåndsreglen blevet udviklet. Hvis du holder håndfladen på din højre hånd, så feltlinjerne går ind i dens retning, og tommelfingeren angiver lederens bevægelsesretning, angiver de resterende fire fingre retningen af den inducerede emk og retningen af den elektriske strøm i dirigenten.
Roterende spole
Funktionen af den elektriske strømgenerator er baseret på spolens rotation i en magnetisk flux, hvor der er et vist antal omdrejninger. EMF induceres i et elektrisk kredsløb altid, når det krydses af en magnetisk flux, baseret på den magnetiske fluxformel Ф \u003d B x S x cos α (magnetisk induktion ganget med det overfladeareal, som den magnetiske flux passerer igennem, og cosinus af vinklen dannet af retningsvektoren og de vinkelrette plane linjer).
Ifølge formlen påvirkes F af ændringer i situationer:
- når den magnetiske flux ændres, ændres retningsvektoren;
- det område, der er indesluttet i konturen, ændres;
- vinkelændringer.
Det er tilladt at inducere EMF med en stationær magnet eller en konstant strøm, men blot når spolen roterer rundt om sin akse inden for magnetfeltet. I dette tilfælde ændres den magnetiske flux, efterhånden som vinklen ændres. Spolen i rotationsprocessen krydser kraftlinjerne for den magnetiske flux, som følge heraf vises en EMF. Ved ensartet rotation sker der en periodisk ændring i den magnetiske flux. Også antallet af feltlinjer, der krydser hvert sekund, bliver lig med værdierne med regelmæssige intervaller.
I praksis, i vekselstrømsgeneratorer, forbliver spolen stationær, og elektromagneten roterer omkring den.
EMF selvinduktion
Når en elektrisk vekselstrøm passerer gennem spolen, genereres et vekslende magnetfelt, som er karakteriseret ved en skiftende magnetisk flux, der inducerer en EMF. Dette fænomen kaldes selvinduktion.
På grund af det faktum, at den magnetiske flux er proportional med intensiteten af den elektriske strøm, ser selvinduktions-EMF-formlen sådan ud:
Ф = L x I, hvor L er induktansen, som måles i H.Dens værdi bestemmes af antallet af omdrejninger pr. længdeenhed og værdien af deres tværsnit.
Gensidig induktion
Når to spoler er placeret side om side, observerer de EMF af gensidig induktion, som bestemmes af konfigurationen af de to kredsløb og deres gensidige orientering. Med stigende adskillelse af kredsløbene falder værdien af gensidig induktans, da der er et fald i den totale magnetiske flux for de to spoler.
Lad os i detaljer overveje processen med fremkomsten af gensidig induktion. Der er to spoler, strøm I1 løber gennem ledningen af en med N1 vindinger, hvilket skaber en magnetisk flux og går gennem den anden spole med N2 antal vindinger.
Værdien af den gensidige induktans af den anden spole i forhold til den første:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magnetisk flux værdi:
F21 = (M21/N2) x I1.
Den inducerede emk beregnes med formlen:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
I den første spole er værdien af den inducerede emf:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Det er vigtigt at bemærke, at den elektromotoriske kraft fremkaldt af gensidig induktion i en af spolerne under alle omstændigheder er direkte proportional med ændringen i elektrisk strøm i den anden spole.
Derefter betragtes den gensidige induktans som lig med:
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 koblingskoefficienten mellem de to induktansværdier.
Gensidig induktans er meget udbredt i transformere, som gør det muligt at ændre værdien af en elektrisk vekselstrøm. Enheden er et par spoler, der er viklet på en fælles kerne. Strømmen i den første spole danner en skiftende magnetisk flux i det magnetiske kredsløb og en strøm i den anden spole.Med færre vindinger i den første spole end i den anden, stiger spændingen, og følgelig falder spændingen med et større antal vindinger i den første spole.
Ud over at generere og transformere elektrisk energi bruges fænomenet magnetisk induktion i andre enheder. For eksempel i magnetisk levitation tog, der bevæger sig uden direkte kontakt med strømmen i skinnerne, men et par centimeter højere på grund af elektromagnetisk frastødning.
Lignende artikler:
