Materiaalissa ymmärrämme EMF-induktion käsitteen sen esiintymistilanteissa. Pidämme myös induktanssia keskeisenä parametrina magneettivuon esiintymiselle, kun sähkökenttä ilmaantuu johtimeen.
Sähkömagneettinen induktio on sähkövirran tuottamista magneettikentillä, jotka muuttuvat ajan myötä. Faradayn ja Lenzin löytöjen ansiosta kuviot muotoiltiin lakeiksi, jotka toivat symmetriaa sähkömagneettisten virtojen ymmärtämiseen. Maxwellin teoria yhdisti tiedon sähkövirrasta ja magneettivuoista. Hertzin löytämisen ansiosta ihmiskunta oppi tietoliikenteestä.
Sisältö
magneettinen virtaus
Sähkömagneettinen kenttä ilmestyy johtimen ympärille sähkövirralla, mutta rinnakkain tapahtuu myös päinvastainen ilmiö - sähkömagneettinen induktio.Harkitse magneettivuoa esimerkkinä: jos johdinkehys asetetaan sähkökenttään induktiolla ja siirretään ylhäältä alas magneettikenttälinjoja pitkin tai oikealle tai vasemmalle kohtisuoraan niitä vastaan, niin kehyksen läpi kulkeva magneettivuo on vakio.
Kun kehys pyörii akselinsa ympäri, magneettivuo muuttuu jonkin ajan kuluttua tietyn verran. Tämän seurauksena kehykseen ilmestyy induktion EMF ja sähkövirta, jota kutsutaan induktioksi.
EMF-induktio
Tarkastellaan yksityiskohtaisesti, mikä on induktion EMF:n käsite. Kun johdin asetetaan magneettikenttään ja se liikkuu kenttälinjojen leikkauskohdassa, johtimeen ilmestyy sähkömotorinen voima, jota kutsutaan induktio-EMF:ksi. Se tapahtuu myös, jos johdin pysyy paikallaan ja magneettikenttä liikkuu ja leikkaa johtimen voimalinjojen kanssa.
Kun johdin, jossa emf esiintyy, sulkeutuu ulkoiseen piiriin tämän emf:n läsnäolon vuoksi, induktiovirta alkaa virrata piirin läpi. Sähkömagneettinen induktio sisältää EMF-induktion ilmiön johtimessa sillä hetkellä, kun magneettikenttäviivat ylittävät sen.
Sähkömagneettinen induktio on käänteinen prosessi, jossa mekaaninen energia muunnetaan sähkövirraksi. Tätä käsitettä ja sen lakeja käytetään laajalti sähkötekniikassa, useimmat sähkökoneet perustuvat tähän ilmiöön.
Faradayn ja Lenzin lait
Faradayn ja Lenzin lait heijastavat sähkömagneettisen induktion esiintymismalleja.
Faraday havaitsi, että magneettiset vaikutukset ilmenevät magneettivuon muutoksien seurauksena ajan myötä.Sillä hetkellä, kun johtime risteää vaihtomagneettisella virralla, siinä syntyy sähkömotorinen voima, joka johtaa sähkövirran esiintymiseen. Sekä kestomagneetti että sähkömagneetti voivat tuottaa virtaa.
Tiedemies päätti, että virran intensiteetti kasvaa, kun piirin ylittävien voimalinjojen määrä muuttuu nopeasti. Eli sähkömagneettisen induktion EMF on suoraan verrannollinen magneettivuon nopeuteen.
Faradayn lain mukaan induktio-EMF-kaavat määritellään seuraavasti:
E \u003d - dF / dt.
Miinusmerkki osoittaa indusoidun EMF:n napaisuuden, virtauksen suunnan ja muuttuvan nopeuden välisen suhteen.
Lenzin lain mukaan on mahdollista karakterisoida sähkömotorinen voima sen suunnasta riippuen. Mikä tahansa muutos kelan magneettivuossa johtaa induktion EMF:n ilmaantuvuuteen, ja nopean muutoksen myötä havaitaan kasvava EMF.
Jos kelassa, jossa on induktion EMF, on oikosulku ulkoiseen piiriin, niin sen läpi kulkee induktiovirta, jonka seurauksena johtimen ympärille syntyy magneettikenttä ja kela saa solenoidin ominaisuudet. . Tämän seurauksena kelan ympärille muodostuu magneettikenttä.
E.Kh. Lenz loi mallin, jonka mukaan käämin induktiovirran suunta ja induktio-EMF määritetään. Lain mukaan kelassa oleva induktio-EMF magneettivuon muuttuessa muodostaa käämiin suuntavirran, jossa kelan annettu magneettivuo mahdollistaa ulkoisen magneettivuon muuttamisen välttämisen.
Lenzin laki koskee kaikkia sähkövirran induktiotilanteita johtimissa riippumatta niiden konfiguraatiosta ja ulkoisen magneettikentän muuttamismenetelmästä.
Langan liike magneettikentässä
Indusoituneen EMF:n arvo määräytyy voimakenttälinjojen ylittämän johtimen pituuden mukaan. Suuremmalla määrällä kenttäviivoja indusoidun emf:n arvo kasvaa. Magneettikentän ja induktion lisääntyessä johtimessa esiintyy suurempi EMF-arvo. Siten magneettikentässä liikkuvan johtimen induktion EMF:n arvo riippuu suoraan magneettikentän induktiosta, johtimen pituudesta ja sen liikkeen nopeudesta.
Tämä riippuvuus heijastuu kaavassa E = Blv, jossa E on induktio emf; B on magneettisen induktion arvo; I on johtimen pituus; v on sen liikkeen nopeus.
Huomaa, että johtimessa, joka liikkuu magneettikentässä, induktio-EMF ilmestyy vain, kun se ylittää magneettikenttäviivat. Jos johdin liikkuu voimalinjoja pitkin, EMF:ää ei aiheudu. Tästä syystä kaava pätee vain tapauksissa, joissa johtimen liike on suunnattu kohtisuoraan voimalinjoihin nähden.
Indusoituneen EMF:n ja sähkövirran suunta johtimessa määräytyy itse johtimen liikesuunnan mukaan. Suunnan tunnistamiseksi on kehitetty oikean käden sääntö. Jos pidät oikean kätesi kämmenestä niin, että kenttäviivat tulevat sen suuntaan ja peukalo osoittaa johtimen liikesuunnan, loput neljä sormea osoittavat indusoidun emf:n suunnan ja sähkövirran suunnan johtimessa.
Pyörivä kela
Sähkövirtageneraattorin toiminta perustuu käämin pyörimiseen magneettivuossa, jossa on tietty määrä kierroksia. EMF indusoituu sähköpiirissä aina, kun sen ylittää magneettivuon, joka perustuu magneettivuon kaavaan Ф \u003d B x S x cos α (magneettinen induktio kerrottuna pinta-alalla, jonka läpi magneettivuo kulkee, ja kosinilla suuntavektorin ja kohtisuorien tasoviivojen muodostamasta kulmasta).
Kaavan mukaan tilanteiden muutokset vaikuttavat F:ään:
- kun magneettivuo muuttuu, suuntavektori muuttuu;
- ääriviivan sisällä oleva alue muuttuu;
- kulma muuttuu.
On sallittua indusoida EMF kiinteällä magneetilla tai vakiovirralla, mutta yksinkertaisesti kelan pyöriessä akselinsa ympäri magneettikentässä. Tässä tapauksessa magneettivuo muuttuu kulman muuttuessa. Pyörimisprosessissa oleva kela ylittää magneettivuon voimalinjat, minkä seurauksena EMF ilmestyy. Tasaisella pyörimisellä tapahtuu jaksoittainen muutos magneettivuossa. Lisäksi joka sekunti ylittävien kenttäviivojen määrästä tulee yhtä suuri kuin arvot säännöllisin väliajoin.
Käytännössä vaihtovirtageneraattoreissa käämi pysyy paikallaan ja sähkömagneetti pyörii sen ympäri.
EMF-itseinduktio
Kun vaihtosähkövirta kulkee kelan läpi, syntyy vaihtomagneettikenttä, jolle on ominaista muuttuva magneettivuo, joka indusoi EMF:n. Tätä ilmiötä kutsutaan itseinduktioksi.
Koska magneettivuo on verrannollinen sähkövirran voimakkuuteen, itseinduktio-EMF-kaava näyttää tältä:
Ф = L x I, missä L on induktanssi, joka mitataan H:lla.Sen arvo määräytyy kierrosten lukumäärän pituusyksikköä kohti ja niiden poikkileikkauksen arvon perusteella.
Keskinäinen induktio
Kun kaksi kelaa on sijoitettu vierekkäin, ne havaitsevat keskinäisen induktion EMF:n, joka määräytyy kahden piirin konfiguraation ja keskinäisen suuntauksen mukaan. Piirien eron kasvaessa keskinäisen induktanssin arvo pienenee, koska kahden kelan kokonaismagneettivuo pienenee.
Tarkastellaan yksityiskohtaisesti keskinäisen induktion syntyprosessia. Keloja on kaksi, virta I1 kulkee yhden N1 kierroksen johdon läpi, mikä luo magneettivuon ja kulkee toisen kelan läpi N2 kierrosluvulla.
Toisen kelan keskinäisen induktanssin arvo suhteessa ensimmäiseen:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magneettivuon arvo:
F21 = (M21/N2) x 11.
Indusoitu emf lasketaan kaavalla:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
Ensimmäisessä kelassa indusoidun emf:n arvo:
E1 = -M12 x dl2/dt.
On tärkeää huomata, että toisessa kelassa keskinäisen induktion aiheuttama sähkömotorinen voima on joka tapauksessa suoraan verrannollinen sähkövirran muutokseen toisessa kelassa.
Sitten keskinäisen induktanssin katsotaan olevan yhtä suuri:
M12 = M21 = M.
Tämän seurauksena E1 = -M x dl2/dt ja E2 = M x dl1/dt. M = K √ (L1 x L2), missä K on kahden induktanssiarvon välinen kytkentäkerroin.
Keskinäistä induktanssia käytetään laajalti muuntajissa, jotka mahdollistavat vaihtosähkövirran arvon muuttamisen. Laite on pari keloja, jotka on kääritty yhteiselle ytimelle. Ensimmäisessä kelassa oleva virta muodostaa muuttuvan magneettivuon magneettipiirissä ja virran toisessa kelassa.Kun ensimmäisessä käämissä on vähemmän kierroksia kuin toisessa, jännite kasvaa, ja vastaavasti, kun ensimmäisessä käämissä on enemmän kierroksia, jännite laskee.
Sähköenergian tuottamisen ja muuntamisen lisäksi magneettisen induktion ilmiötä käytetään muissa laitteissa. Esimerkiksi magneettisessa levitaatiojunissa, jotka liikkuvat ilman suoraa kosketusta kiskovirran kanssa, mutta sähkömagneettisen hylkimisen vuoksi pari senttiä korkeammalla.
Samanlaisia artikkeleita:
