En praktisk anvendelse av Faradays lov om elektromagnetisk induksjon

Ordet "induksjon" på russisk betyr prosessene med eksitasjon, retning, skapelse av noe. I elektroteknikk har dette begrepet blitt brukt i mer enn to århundrer.

Etter å ha lest publikasjonene fra 1821 som beskrev eksperimentene til den danske forskeren Oersted på avbøyningen av en magnetisk nål nær en leder som fører en elektrisk strøm, satte Michael Faraday seg selv oppgaven: konvertere magnetisme til elektrisitet.

Etter 10 års forskning formulerte han den grunnleggende loven om elektromagnetisk induksjon, og forklarte at en elektromotorisk kraft induseres i enhver lukket sløyfe. Verdien bestemmes av endringshastigheten til den magnetiske fluksen som trenger inn i den betraktede sløyfen, men tatt med et minustegn.

Overføring av elektromagnetiske bølger på avstand

Den første gjetningen som kom til hodet til forskeren ble ikke kronet med praktisk suksess.

Han plasserte to lukkede ledninger side ved side.I nærheten av den ene installerte jeg en magnetisk nål som en indikator på den passerende strømmen, og i den andre ledningen ga jeg en impuls fra en kraftig galvanisk kilde fra den tiden: en voltpol.

Forskeren antok at med en strømpuls i den første kretsen, ville det skiftende magnetfeltet i den indusere en strøm i den andre ledningen, som ville avlede den magnetiske nålen. Men resultatet viste seg å være negativt - indikatoren fungerer ikke. Han manglet heller følsomhet.

Hjernen til forskeren forutser opprettelsen og overføringen av elektromagnetiske bølger på avstand, som nå brukes i radiokringkasting, TV, trådløs kontroll, Wi-Fi-teknologier og lignende enheter. Han var rett og slett frustrert over den ufullkomne elementbasen til datidens måleapparater.

Elektrisitetsproduksjon

Etter et dårlig eksperiment endret Michael Faraday betingelsene for eksperimentet.

For eksperimentet brukte Faraday to spoler med lukket sløyfe. I den første kretsen matet han en elektrisk strøm fra en kilde, og i den andre observerte han utseendet til en EMF. Strømmen som går gjennom svingene til spole #1 skaper en magnetisk fluks rundt spolen, trenger inn i spole #2 og danner en elektromotorisk kraft i den.

Under Faradays eksperiment:

• slå på en puls for å levere spenning til kretsen med stasjonære spoler;
• når strømmen ble påført, introduserte den den øvre spolen i den nedre spolen;
• fast spole nr. 1 permanent og innført spole nr. 2 i den;
• endret bevegelseshastigheten til spolene i forhold til hverandre.

I alle disse tilfellene observerte han manifestasjonen av EMF-induksjon i den andre spolen. Og med bare likestrøm som gikk gjennom vikling nr. 1 og stasjonære spoler, var det ingen elektromotorisk kraft.

Forskeren bestemte at EMF indusert i den andre spolen avhenger av hastigheten som den magnetiske fluksen endres med. Den er proporsjonal med størrelsen.

Det samme mønsteret er fullt manifestert når du passerer en lukket sløyfe magnetiske feltlinjer til en permanent magnet. Under påvirkning av EMF genereres en elektrisk strøm i ledningen.

Den magnetiske fluksen i det betraktede tilfellet endres i sløyfen Sk skapt av en lukket krets.

Dermed gjorde utviklingen skapt av Faraday det mulig å plassere en roterende ledende ramme i et magnetfelt.

Deretter ble den laget av et stort antall omdreininger festet i roterende lagre. Ved endene av spolen ble det installert sleperinger og børster som glir på dem, og en last ble koblet gjennom husterminalene. Resultatet er en moderne dynamo.

Dens enklere design skapes når spolen festes på et stasjonært hus og magnetsystemet begynner å rotere. I dette tilfellet skyldes metoden for å generere strømmer elektromagnetisk induksjon ikke krenket på noen måte.

Prinsippet for drift av elektriske motorer

Loven om elektromagnetisk induksjon, som Michael Faraday var pioner for, tillater en rekke elektriske motordesigner. De har en lignende struktur som generatorer: en bevegelig rotor og stator som samhandler med hverandre på grunn av roterende elektromagnetiske felt.

Elektrisk strøm går bare gjennom statorviklingen til den elektriske motoren. Det induserer en magnetisk fluks som påvirker rotorens magnetiske felt. Som et resultat oppstår det krefter som roterer motorakselen. Se om dette emnet - Prinsippet for drift og enheten til den elektriske motoren

Transformasjon av elektrisitet

Michael Faraday bestemte utseendet til en indusert elektromotorisk kraft og en indusert strøm i en nærliggende spole når magnetfeltet i nabospolen endret seg.

Strømmen i den nærliggende spolen induseres når bryterkretsen er slått på i spole 1 og er alltid til stede under drift av generatoren til spole 3.

Driften av alle moderne transformatorenheter er basert på denne egenskapen, den såkalte gjensidige induksjonen.

For å forbedre passasjen av magnetisk fluks har de isolerte viklinger plassert på en felles kjerne med minimal magnetisk motstand. Den er laget av spesielle typer stål og er dannet ved å stable tynne plater i form av seksjoner av en bestemt form, kalt en magnetisk kjerne.

Transformatorer, på grunn av gjensidig induksjon, overfører energien til et vekslende elektromagnetisk felt fra en spole til en annen, så det oppstår en endring, en transformasjon av spenningsverdien ved inngangs- og utgangsterminalene.

Forholdet mellom antall omdreininger i viklingene bestemmer transformasjonskoeffisienten, og tykkelsen på ledningen, konstruksjonen og volumet av kjernematerialet - verdien av den overførte kraften, driftsstrømmen.

Drift av induktorer

Manifestasjonen av elektromagnetisk induksjon observeres i spolen når verdien av strømmen som strømmer i den endres. Denne prosessen kalles selvinduksjon.

Når bryteren er slått på i diagrammet ovenfor, endrer den induserte strømmen karakteren til den lineære økningen i driftsstrømmen i kretsen, så vel som under avstengingen.

Når ikke en konstant, men en vekselspenning påføres ledningen viklet i spolen, strømmer verdien av strømmen, redusert med den induktive motstanden, gjennom den.Selvinduksjonsenergi faseforskyver strømmen i forhold til den påførte spenningen.

Dette fenomenet brukes i choker som er designet for å redusere de store strømmene som oppstår under visse driftsforhold. Spesielt brukes slike enheter i kretsen for belysning av lysrør.

Funksjonen til utformingen av den magnetiske kretsen til choken er utskjæringen av platene, som er opprettet for ytterligere å øke den magnetiske motstanden til den magnetiske fluksen på grunn av dannelsen av et luftgap.

Choker med delt og justerbar magnetisk kretsposisjon brukes i mange radio- og elektriske enheter. Ganske ofte kan de bli funnet i konstruksjonen av sveisetransformatorer. De reduserer størrelsen på den elektriske lysbuen som føres gjennom elektroden til den optimale verdien.

Induksjonsovner

Fenomenet elektromagnetisk induksjon manifesteres ikke bare i ledninger og spoler, men også inne i massive metallgjenstander. Strømmene som induseres i dem kalles vanligvis virvelstrømmer. Under driften av transformatorer og choker forårsaker de oppvarming av magnetkretsen og hele strukturen.

For å forhindre dette fenomenet er kjernene laget av tynne metallplater og isolert med et lag med lakk, som forhindrer passasje av induserte strømmer.

I varmekonstruksjoner begrenser ikke virvelstrømmer, men skaper de mest gunstige forholdene for deres passasje. Induksjonsovner er mye brukt i industriell produksjon for å skape høye temperaturer.

Elektrotekniske måleapparater

En stor klasse induksjonsenheter fortsetter å operere i elektrisitet.Elektriske målere med en roterende aluminiumsskive som ligner på konstruksjonen av et strømrelé, dempende skivesystemer, fungerer etter prinsippet om elektromagnetisk induksjon.

Gassmagnetiske generatorer

Hvis, i stedet for en lukket ramme, en ledende gass, væske eller plasma beveger seg i feltet til en magnet, vil ladningene av elektrisitet under påvirkning av magnetiske feltlinjer begynne å avvike i strengt definerte retninger og danne en elektrisk strøm. Dets magnetiske felt på de monterte elektrodekontaktplatene induserer en elektromotorisk kraft. Under dens handling genereres en elektrisk strøm i den tilkoblede kretsen til MHD-generatoren.

Dermed manifesterer loven om elektromagnetisk induksjon seg i MHD-generatorer.

Det er ingen kompliserte roterende deler som rotoren. Dette forenkler designet, lar deg øke temperaturen i arbeidsmiljøet betydelig og samtidig effektiviteten til elektrisitetsproduksjon. MHD-generatorer fungerer som backup- eller nødkilder som er i stand til å generere betydelige strømmer av elektrisitet i korte perioder.

Dermed fortsetter loven om elektromagnetisk induksjon, underbygget en gang av Michael Faraday, å være relevant i dag.