Elektromagnetisk induksjon
Utseendet i induksjonen av EMF til lederen
Hvis du setter magnetfelt wire og flytte den slik at den krysser feltlinjene mens den beveger seg, så vil ledningen ha elektromotorisk kraftKalt EMF-induksjon.
En induksjons-EMK vil oppstå i lederen selv om selve lederen forblir stasjonær og magnetfeltet vil bevege seg og krysse lederen med kraftlinjene.
Hvis lederen som induksjons-EMF er indusert i er lukket for en hvilken som helst ekstern krets, vil det under påvirkning av denne EMF flyte en strøm gjennom kretsen, den såkalte induksjonsstrøm.
Fenomenet EMF-induksjon i en leder når den krysser magnetfeltlinjene kalles elektromagnetisk induksjon.
Elektromagnetisk induksjon er den omvendte prosessen, det vil si konvertering av mekanisk energi til elektrisk energi.
Fenomenet elektromagnetisk induksjon er mye brukt i elektroteknikk… Enheten til forskjellige elektriske maskiner er basert på bruken.
Størrelsen og retningen til EMF-induksjonen
La oss nå vurdere hva som vil være størrelsen og retningen til EMF indusert i lederen.
Størrelsen på induksjons-EMK avhenger av antall kraftlinjer som krysser ledningen per tidsenhet, dvs. av hastigheten på ledningens bevegelse i feltet.
Størrelsen på den induserte EMF er direkte proporsjonal med bevegelseshastigheten til lederen i et magnetfelt.
Størrelsen på den induserte EMF avhenger også av lengden på den delen av ledningen som krysses av feltlinjene. Jo større del av lederen som krysses av feltlinjene, jo større er den induserte emk i lederen. Til slutt, jo sterkere magnetfeltet, det vil si jo større induksjonen er, desto større er EMF i lederen som krysser dette feltet.
Dermed er EMF-verdien til en induksjon som oppstår i en leder når den beveger seg i et magnetfelt direkte proporsjonal med induksjonen av magnetfeltet, lengden på lederen og hastigheten på dens bevegelse.
Denne avhengigheten uttrykkes med formelen E = Blv,
hvor E er induksjons-EMK; B - magnetisk induksjon; I er lengden på ledningen; v er hastigheten til ledningen.
Det må huskes godt at i en leder som beveger seg i et magnetfelt, oppstår EMF av induksjon bare hvis denne lederen krysses av feltets magnetfeltlinjer. Hvis lederen beveger seg langs feltlinjene, det vil si at den ikke krysser, men ser ut til å gli langs dem, induseres ingen EMF i den. Derfor er formelen ovenfor bare gyldig når ledningen beveger seg vinkelrett på magnetfeltlinjene.
Retningen til den induserte emf (så vel som strømmen i ledningen) avhenger av retningen som ledningen beveger seg i. Det er en høyrehåndsregel for å bestemme retningen til den induserte EMF.
Hvis du holder håndflaten på høyre hånd slik at magnetfeltlinjene kommer inn i den, og den bøyde tommelen vil indikere lederens bevegelsesretning, vil de utvidede fire fingrene indikere virkningsretningen til den induserte EMF og retningen av strømmen i lederen.
Høyrehåndsregel
EMF-induksjon i spolen
Vi har allerede sagt at for å skape en EMF av induksjon i en ledning, er det nødvendig å flytte enten selve ledningen eller magnetfeltet inn i et magnetfelt. I begge tilfeller må ledningen krysses av feltets magnetfeltlinjer, ellers vil det ikke bli indusert emf. Den induserte emk, og dermed den induserte strømmen, kan forekomme ikke bare i en rett ledning, men også i en ledning vridd inn i en spole.
Når du beveger deg inne spoler av en permanent magnet, induseres en EMF i den på grunn av det faktum at magnetens magnetiske fluks krysser spolens svinger, det vil si på samme måte som når du beveger en rett ledning i feltet til en magnet.
Hvis magneten sakte senkes ned i spolen, vil EMF som oppstår i den være så liten at nålen til enheten kanskje ikke engang avviker. Hvis tvert imot magneten settes raskt inn i spolen, vil avbøyningen av pilen være stor. Dette betyr at størrelsen på den induserte EMF og følgelig styrken til strømmen i spolen avhenger av hastigheten på magneten, det vil si hvor raskt feltlinjene til feltet krysser spolens svinger. Hvis nå, vekselvis, først en sterk magnet og deretter en svak magnet settes inn i spolen med samme hastighet, vil du legge merke til at med en sterk magnet vil nålen til enheten avvike i en større vinkel.Det betyr at størrelsen på den induserte EMF og følgelig styrken på strømmen i spolen avhenger av størrelsen på magnetens magnetiske fluks.
Til slutt, hvis den samme magneten introduseres med samme hastighet, først i en spole med et stort antall omdreininger, og deretter med et mye mindre antall, vil nålen til enheten i det første tilfellet avvike med en større vinkel enn i den andre. Dette betyr at størrelsen på den induserte EMF og følgelig styrken til strømmen i spolen avhenger av antall omdreininger. De samme resultatene kan oppnås hvis en elektromagnet brukes i stedet for en permanent magnet.
Induksjonsretningen av EMF i spolen avhenger av magnetens bevegelsesretning. Hvordan bestemme retningen til EMF av induksjon, sier loven etablert av E. H. Lenz.
Lenz lov om elektromagnetisk induksjon
Enhver endring i den magnetiske fluksen inne i spolen er ledsaget av utseendet til en EMF av induksjon i den, og jo raskere endringen av den magnetiske fluksen som trenger inn i spolen, desto større er EMF i den.
Hvis spolen som induksjons-EMF er opprettet i, er lukket for en ekstern krets, strømmer en induksjonsstrøm gjennom svingene, og skaper et magnetisk felt rundt ledningen, på grunn av hvilket spolen blir til en solenoid. Det viser seg at det skiftende ytre magnetfeltet induserer en indusert strøm i spolen, som igjen skaper sitt eget magnetfelt rundt spolen – strømfeltet.
Ved å studere dette fenomenet etablerte E. H. Lenz en lov som bestemmer retningen til induksjonsstrømmen i spolen og følgelig retningen til induksjons-EMK.Induksjonens emf som oppstår i spolen når den magnetiske fluksen endres i den, skaper en strøm i spolen i en slik retning at den magnetiske fluksen til spolen som skapes av denne strømmen hindrer den eksterne magnetiske fluksen i å endre seg.
Lenz sin lov gjelder for alle tilfeller av strøminduksjon i ledninger, uavhengig av ledningenes form og hvordan endringen i det ytre magnetfeltet oppnås.
Når permanentmagneten beveger seg i forhold til trådspolen koblet til terminalene på galvanometeret, eller når spolen beveger seg i forhold til magneten, genereres en indusert strøm.
Induksjonsstrømmer i massive ledere
Den skiftende magnetiske fluksen er i stand til å indusere en EMF ikke bare i svingene på spolen, men også i massive metallledere. Den magnetiske fluksen trenger gjennom tykkelsen til en massiv leder og induserer en EMF i den, som skaper induksjonsstrømmer. Disse såkalte virvelstrømmer spredt over en solid ledning og er kortsluttet i den.
Kjernene til transformatorer, magnetiske kjerner til forskjellige elektriske maskiner og enheter er bare de massive ledningene som varmes opp av induksjonsstrømmene som oppstår i dem. Dette fenomenet er uønsket, derfor, for å redusere størrelsen på induksjonsstrømmene, er delene av elektriske maskiner og kjernen i transformatoren er ikke massive, men består av tynne plater isolert fra hverandre med papir eller et lag med isolerende lakk. Derfor er banen for forplantning av virvelstrømmer langs lederens masse blokkert.
Men noen ganger brukes i praksis virvelstrømmer også som nyttige strømmer. Bruken av disse strømmene er basert på for eksempel arbeidet induksjonsvarmeovner, strømmålere og de såkalte magnetiske demperne til bevegelige deler av elektriske måleinstrumenter.