En el material, entendrem el concepte d'inducció de CEM en situacions de la seva aparició. També considerem la inductància com un paràmetre clau per a l'aparició d'un flux magnètic quan apareix un camp elèctric en un conductor.
La inducció electromagnètica és la generació de corrent elèctric mitjançant camps magnètics que canvien amb el temps. Gràcies als descobriments de Faraday i Lenz, es van formular patrons en lleis, que van introduir la simetria en la comprensió dels fluxos electromagnètics. La teoria de Maxwell va reunir el coneixement sobre el corrent elèctric i els fluxos magnètics. Gràcies al descobriment d'Hertz, la humanitat va aprendre sobre les telecomunicacions.
Contingut
flux magnètic
Apareix un camp electromagnètic al voltant d'un conductor amb un corrent elèctric, però, en paral·lel, també es produeix el fenomen contrari: la inducció electromagnètica.Considereu el flux magnètic com a exemple: si un marc conductor es col·loca en un camp elèctric amb inducció i es mou de dalt a baix al llarg de les línies del camp magnètic o cap a la dreta o l'esquerra perpendiculars a aquestes, llavors el flux magnètic que passa a través del marc serà constant.
Quan el marc gira al voltant del seu eix, després d'un temps el flux magnètic canviarà en una certa quantitat. Com a resultat, apareix un EMF d'inducció al marc i apareix un corrent elèctric, que s'anomena inducció.
Inducció de CEM
Examinem en detall quin és el concepte de FEM d'inducció. Quan un conductor es col·loca en un camp magnètic i es mou amb la intersecció de les línies de camp, apareix una força electromotriu en el conductor anomenada EMF d'inducció. També es produeix si el conductor roman estacionari i el camp magnètic es mou i es talla amb les línies de força conductores.
Quan el conductor, on es produeix la fem, es tanca al circuit extern, a causa de la presència d'aquesta fem, un corrent d'inducció comença a fluir pel circuit. La inducció electromagnètica implica el fenomen d'inducció de CEM en un conductor en el moment que és travessat per línies de camp magnètic.
La inducció electromagnètica és el procés invers de transformació d'energia mecànica en corrent elèctric. Aquest concepte i les seves lleis s'utilitzen àmpliament en enginyeria elèctrica, la majoria de màquines elèctriques es basen en aquest fenomen.
Lleis de Faraday i Lenz
Les lleis de Faraday i Lenz reflecteixen els patrons d'ocurrència de la inducció electromagnètica.
Faraday va trobar que els efectes magnètics apareixen com a resultat dels canvis en el flux magnètic al llarg del temps.En el moment de creuar el conductor amb un corrent magnètic altern, sorgeix una força electromotriu que provoca l'aparició d'un corrent elèctric. Tant un imant permanent com un electroimant poden generar corrent.
El científic va determinar que la intensitat del corrent augmenta amb un canvi ràpid en el nombre de línies de força que travessen el circuit. És a dir, la FEM de la inducció electromagnètica està en proporció directa a la velocitat del flux magnètic.
Segons la llei de Faraday, les fórmules d'EMF d'inducció es defineixen de la següent manera:
E \u003d - dF / dt.
El signe menys indica la relació entre la polaritat de la CEM induïda, la direcció del flux i la velocitat canviant.
Segons la llei de Lenz, és possible caracteritzar la força electromotriu en funció de la seva direcció. Qualsevol canvi en el flux magnètic a la bobina condueix a l'aparició d'un EMF d'inducció i, amb un canvi ràpid, s'observa un EMF creixent.
Si la bobina, on hi ha un EMF d'inducció, té un curtcircuit a un circuit extern, aleshores hi passa un corrent d'inducció, com a resultat del qual apareix un camp magnètic al voltant del conductor i la bobina adquireix les propietats d'un solenoide. . Com a resultat, es forma un camp magnètic al voltant de la bobina.
E.Kh. Lenz va establir un patró segons el qual es determina la direcció del corrent d'inducció a la bobina i la EMF d'inducció. La llei estableix que la FEM d'inducció a la bobina, quan el flux magnètic canvia, forma un corrent direccional a la bobina, en el qual el flux magnètic donat de la bobina permet evitar canvis en el flux magnètic ali.
La llei de Lenz s'aplica a totes les situacions d'inducció de corrent elèctric en conductors, independentment de la seva configuració i del mètode de canvi del camp magnètic extern.
Moviment d'un cable en un camp magnètic
El valor de la FEM induïda es determina en funció de la longitud del conductor travessada per les línies de força de camp. Amb un nombre més gran de línies de camp, el valor de la fem induïda augmenta. Amb un augment del camp magnètic i la inducció, es produeix un major valor de CEM al conductor. Així, el valor de la FEM d'inducció en un conductor que es mou en un camp magnètic depèn directament de la inducció del camp magnètic, la longitud del conductor i la velocitat del seu moviment.
Aquesta dependència es reflecteix en la fórmula E = Blv, on E és la fem d'inducció; B és el valor de la inducció magnètica; I és la longitud del conductor; v és la velocitat del seu moviment.
Tingueu en compte que en un conductor que es mou en un camp magnètic, l'EMF d'inducció apareix només quan creua les línies del camp magnètic. Si el conductor es mou al llarg de les línies de força, no s'indueix cap EMF. Per aquest motiu, la fórmula només s'aplica en els casos en què el moviment del conductor es dirigeix perpendicularment a les línies de força.
La direcció de la CEM induïda i del corrent elèctric en el conductor està determinada per la direcció del moviment del propi conductor. Per identificar la direcció, s'ha desenvolupat la regla de la mà dreta. Si agafeu el palmell de la mà dreta perquè les línies de camp entren en la seva direcció i el polze indica la direcció del moviment del conductor, els quatre dits restants indiquen la direcció de la fem induïda i la direcció del corrent elèctric. en el conductor.
Bobina giratòria
El funcionament del generador de corrent elèctric es basa en la rotació de la bobina en un flux magnètic, on hi ha un cert nombre de voltes. L'EMF s'indueix en un circuit elèctric sempre quan està travessat per un flux magnètic, basat en la fórmula del flux magnètic Ф \u003d B x S x cos α (inducció magnètica multiplicada per l'àrea superficial per on passa el flux magnètic i el cosinus). de l'angle format pel vector de direcció i les rectes planes perpendiculars).
Segons la fórmula, F es veu afectada pels canvis en les situacions:
- quan canvia el flux magnètic, canvia el vector de direcció;
- l'àrea tancada en el contorn canvia;
- canvis d'angle.
Es permet induir EMF amb un imant estacionari o un corrent constant, però simplement quan la bobina gira al voltant del seu eix dins del camp magnètic. En aquest cas, el flux magnètic canvia a mesura que canvia l'angle. La bobina en el procés de rotació creua les línies de força del flux magnètic, com a resultat, apareix un EMF. Amb una rotació uniforme, es produeix un canvi periòdic en el flux magnètic. A més, el nombre de línies de camp que es creuen cada segon esdevé igual als valors a intervals regulars.
A la pràctica, en els generadors de corrent altern, la bobina roman estacionària i l'electroimant gira al seu voltant.
EMF autoinducció
Quan un corrent elèctric altern travessa la bobina, es genera un camp magnètic altern, que es caracteritza per un flux magnètic canviant que indueix un EMF. Aquest fenomen s'anomena autoinducció.
A causa del fet que el flux magnètic és proporcional a la intensitat del corrent elèctric, la fórmula EMF d'autoinducció té aquest aspecte:
Ф = L x I, on L és la inductància, que es mesura en H.El seu valor ve determinat pel nombre de voltes per unitat de longitud i el valor de la seva secció transversal.
Inducció mútua
Quan dues bobines estan situades una al costat de l'altra, observen la FEM d'inducció mútua, que ve determinada per la configuració dels dos circuits i la seva orientació mútua. Amb la separació creixent dels circuits, el valor de la inductància mútua disminueix, ja que hi ha una disminució del flux magnètic total de les dues bobines.
Considerem en detall el procés de l'aparició de la inducció mútua. Hi ha dues bobines, el corrent I1 flueix pel cable d'una amb N1 espires, que crea un flux magnètic i passa per la segona bobina amb N2 nombre de voltes.
El valor de la inductància mútua de la segona bobina en relació amb la primera:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Valor del flux magnètic:
F21 = (M21/N2) x I1.
La fem induïda es calcula amb la fórmula:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
A la primera bobina, el valor de la fem induïda:
E1 = - M12 x dI2/dt.
És important tenir en compte que la força electromotriu provocada per la inducció mútua en una de les bobines és en tot cas directament proporcional al canvi de corrent elèctric a l'altra bobina.
Aleshores la inductància mútua es considera igual a:
M12 = M21 = M.
Com a conseqüència, E1 = - M x dI2/dt i E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), on K és el coeficient d'acoblament entre els dos valors d'inductància.
La inductància mútua s'utilitza àmpliament en transformadors, que permeten canviar el valor d'un corrent elèctric altern. El dispositiu és un parell de bobines que s'enrotllen sobre un nucli comú. El corrent a la primera bobina forma un flux magnètic canviant al circuit magnètic i un corrent a la segona bobina.Amb menys voltes a la primera bobina que a la segona, la tensió augmenta i, en conseqüència, amb un nombre més gran de voltes al primer bobinat, la tensió disminueix.
A més de generar i transformar energia elèctrica, el fenomen de la inducció magnètica s'utilitza en altres dispositius. Per exemple, en els trens de levitació magnètica es mouen sense contacte directe amb el corrent dels rails, però un parell de centímetres més amunt a causa de la repulsió electromagnètica.
Articles semblants:
