Astăzi vom vorbi despre fenomenul inducției electromagnetice. Să dezvăluim de ce a fost descoperit acest fenomen și ce beneficii a adus.
Mătase
Oamenii s-au străduit întotdeauna să trăiască mai bine. Unii ar putea crede că acesta este un motiv pentru a acuza omenirea de lăcomie. Dar adesea despre care vorbim despre dobândirea facilităților casnice de bază.
ÎN Europa medievală a știut să facă țesături din lână, bumbac și in. Și chiar și în acel moment, oamenii sufereau de un exces de purici și păduchi. În același timp, civilizația chineză a învățat deja cum să țese mătasea cu măiestrie. Hainele făcute din el îi țineau departe de pielea umană. Picioarele insectelor au alunecat peste materialul neted, iar păduchii au căzut. Prin urmare, europenii doreau cu orice preț să se îmbrace în mătase. Iar negustorii au crezut că aceasta este o altă ocazie de a se îmbogăți. Prin urmare, a fost construit Marele Drum al Mătăsii.
Acesta a fost singurul mod de a livra țesătura dorită Europei suferinde. Și atât de mulți oameni au fost implicați în proces, încât orașele au apărut ca urmare, imperiile s-au luptat pentru dreptul de a percepe taxe, iar unele părți ale drumului sunt încă cele mai mod convenabil ajunge la locul potrivit.
Busolă și stea
Munții și deșerturile stăteau în calea caravanelor cu mătase. S-a întâmplat ca caracterul zonei să rămână același timp de săptămâni și luni. Dunele de stepă au lăsat loc unor dealuri asemănătoare, o trecătură a urmat alta. Și oamenii au trebuit să navigheze cumva pentru a-și livra marfa valoroasă.
Vedetele au fost primele care au venit în ajutor. Știind ce zi este astăzi și la ce constelații să se aștepte, un călător experimentat putea oricând să stabilească unde se află sudul, unde este estul și unde să meargă. Dar întotdeauna nu au fost destui oameni cu cunoștințe suficiente. Și nu știau cum să numere cu precizie timpul pe atunci. Apus, răsărit - acestea sunt toate reperele. Și o zăpadă sau o furtună de nisip, vremea înnorată a exclus chiar și posibilitatea de a vedea steaua polară.
Atunci oamenii (probabil chinezii antici, dar oamenii de știință încă se ceartă despre asta) și-au dat seama că un mineral este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu punctele cardinale. Această proprietate a fost folosită pentru a crea prima busolă. Descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică era departe, dar un început fusese făcut.
De la busolă la magnet
Numele „magnet” în sine se întoarce la toponim. Primele busole au fost probabil făcute din minereu extras în dealurile Magnesiei. Această regiune este situată în Asia Mică. Iar magneții arătau ca niște pietre negre.
Primele busole erau foarte primitive. Apa a fost turnată într-un vas sau alt recipient, iar deasupra a fost plasat un disc subțire de material plutitor. Și o săgeată magnetizată a fost plasată în centrul discului. Un capăt îndreptat întotdeauna spre nord, celălalt spre sud.
Este greu de imaginat că caravana a economisit apă pentru busolă în timp ce oamenii mureau de sete. Dar a rămâne pe drumul cel bun și a permite oamenilor, animalelor și bunurilor să ajungă în siguranță a fost mai important decât mai multe vieți individuale.
Busolele au făcut multe călătorii și au întâlnit diverse fenomene naturale. Nu este surprinzător faptul că fenomenul inducției electromagnetice a fost descoperit în Europa, deși minereul magnetic a fost extras inițial în Asia. În acest mod complicat, dorința europenilor de a dormi mai confortabil a dus la o descoperire majoră în fizică.
Magnetic sau electric?
La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință și-au dat seama cum să producă curent continuu. Prima baterie primitivă a fost creată. A fost suficient să trimiți un flux de electroni prin conductori metalici. Datorită primei surse de energie electrică, s-au făcut o serie de descoperiri.
În 1820, omul de știință danez Hans Christian Oersted a aflat că acul magnetic deviază în apropierea unui conductor conectat la rețea. Polul pozitiv al busolei este întotdeauna situat într-un anumit mod în raport cu direcția curentului. Omul de știință a efectuat experimente în toate geometriile posibile: conductorul era deasupra sau sub săgeată, erau situate paralele sau perpendiculare. Rezultatul a fost întotdeauna același: curentul pornit a pus magnetul în mișcare. Așa a fost anticipată descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică.
Dar ideea oamenilor de știință trebuie confirmată prin experiment. Imediat după experimentul lui Oersted, fizicianul englez Michael Faraday a pus întrebarea: „Magnetic și câmp electric Se influențează doar unul pe celălalt sau sunt mai strâns legate? Omul de știință a fost primul care a testat ipoteza că, dacă un câmp electric determină devierea unui obiect magnetizat, atunci magnetul ar trebui să genereze un curent.
Designul experimental este simplu. Acum orice școlar o poate repeta. Un fir subțire de metal a fost înfășurat în formă de arc. Capetele sale erau conectate la un dispozitiv care înregistra curentul. Când un magnet s-a deplasat lângă bobină, săgeata dispozitivului arăta tensiunea câmp electric. Astfel, a fost derivată legea lui Faraday a inducției electromagnetice.
Continuarea experimentelor
Dar asta nu este tot ce a făcut omul de știință. Deoarece câmpurile magnetice și electrice sunt strâns legate, a fost necesar să aflăm cât de mult.
Pentru a face acest lucru, Faraday a furnizat curent unei înfășurări și a împins-o în interiorul unei alte înfășurări similare cu o rază mai mare decât prima. Din nou electricitatea a fost indusă. Astfel, omul de știință a demonstrat: o sarcină în mișcare generează atât câmpuri electrice, cât și magnetice în același timp.
Merită să subliniem că vorbim despre mișcarea unui magnet sau a unui câmp magnetic în interiorul unei bucle închise a unui arc. Adică fluxul trebuie să se schimbe tot timpul. Dacă acest lucru nu se întâmplă, nu se generează curent.
Formula
Legea lui Faraday pentru inducția electromagnetică este exprimată prin formula
Să descifrăm simbolurile.
ε reprezintă emf sau forță electromotoare. Această cantitate este scalară (adică nu vectorială) și arată munca pe care o aplică anumite forțe sau legi ale naturii pentru a crea un curent. Trebuie remarcat faptul că munca trebuie în mod necesar să fie efectuată de fenomene neelectrice.
Φ este fluxul magnetic printr-o buclă închisă. Această valoare este produsul altor două: mărimea vectorului de inducție magnetică B și aria buclei închise. Dacă câmpul magnetic nu acționează strict perpendicular pe contur, atunci la produs se adaugă cosinusul unghiului dintre vectorul B și normala la suprafață.
Consecințele descoperirii
Această lege a fost urmată de altele. Oamenii de știință ulterioare au stabilit dependențe de tensiune curent electric la putere, rezistență pe material conductor. Au fost studiate noi proprietăți și au fost create aliaje incredibile. În cele din urmă, omenirea a descifrat structura atomului, a adâncit în misterul nașterii și morții stelelor și a dezvăluit genomul ființelor vii.
Și toate aceste realizări au cerut cantitate uriașă resurse și, mai ales, electricitate. Orice producție sau mare cercetare au fost efectuate acolo unde erau disponibile trei componente: personal calificat, materialul propriu-zis cu care se lucrează și energie electrică ieftină.
Și acest lucru a fost posibil acolo unde forțele naturii puteau imprima un cuplu mare rotorului: râuri cu o diferență mare de altitudine, văi cu vânturi puternice, defecte cu exces de energie geomagnetică.
Mă întreb ce mod modern obţinerea energiei electrice nu este fundamental diferită de experimentele lui Faraday. Rotorul magnetic se rotește foarte repede în interiorul unei bobine mari de sârmă. Câmpul magnetic din înfășurare se modifică tot timpul și se generează un curent electric.
Desigur, selectat și cel mai bun material pentru magnet și conductori, iar tehnologia întregului proces este complet diferită. Dar ideea este un lucru: se folosește principiul descoperit în cel mai simplu sistem.
După descoperirile lui Oersted și Ampere, a devenit clar că electricitatea are forță magnetică. Acum a fost necesar să se confirme influența fenomenelor magnetice asupra celor electrice. Faraday a rezolvat cu brio această problemă.
În 1821, M. Faraday a scris în jurnalul său: „Transformați magnetismul în electricitate”. După 10 ani, a rezolvat această problemă.
Deci, Michael Faraday (1791-1867) - fizician și chimist englez.
Unul dintre fondatorii electrochimiei cantitative. Pentru prima dată (1823) a obținut clor în stare lichidă, apoi hidrogen sulfurat, dioxid de carbon, amoniac și dioxid de azot. A descoperit benzenul (1825), i-a studiat proprietățile fizice și unele proprietăți chimice. Introducerea conceptului de constantă dielectrică. Numele lui Faraday a intrat în sistemul unităților electrice ca unitate de capacitate electrică.
Multe dintre aceste lucrări ar putea ele însele să imortalizeze numele autorului lor. Dar cel mai important dintre lucrări științifice Cercetările lui Faraday sunt în domeniul electromagnetismului și inducției electrice. Strict vorbind, o ramură importantă a fizicii care tratează fenomenele de electromagnetism și electricitate inductivă și care este în prezent de o importanță atât de enormă pentru tehnologie, a fost creată de Faraday din nimic.
Când Faraday s-a dedicat în sfârșit cercetării în domeniul electricității, s-a constatat că atunci când în condiţii obişnuite Prezența unui corp electrificat este suficientă pentru ca influența sa să excite electricitatea în orice alt corp.
Totodată, se știa că un fir prin care trece curentul și care reprezintă și un corp electrificat nu are niciun efect asupra altor fire amplasate în apropiere. Ce a cauzat această excepție? Aceasta este întrebarea care l-a interesat pe Faraday și a cărei soluție l-a condus cele mai importante descopeririîn domeniul energiei electrice de inducție.
Faraday a înfășurat două fire izolate paralele între ele pe același sucisor de lemn. El a conectat capetele unui fir la o baterie de zece celule, iar capetele celuilalt la un galvanometru sensibil. Când un curent era trecut prin primul fir, Faraday și-a îndreptat toată atenția către galvanometru, așteptându-se să observe prin vibrațiile acestuia apariția unui curent în al doilea fir. Cu toate acestea, nu s-a întâmplat nimic de acest fel: galvanometrul a rămas calm. Faraday a decis să mărească puterea curentului și a introdus 120 de elemente galvanice în circuit. Rezultatul a fost același. Faraday a repetat acest experiment de zeci de ori și tot cu același succes. Oricine altcineva în locul lui ar fi părăsit experimentele convins că curentul care trece printr-un fir nu are niciun efect asupra firului vecin. Dar Faraday a încercat întotdeauna să extragă din experimentele și observațiile sale tot ce puteau da acestea și, prin urmare, neprimind un efect direct asupra firului conectat la galvanometru, a început să caute efecte secundare.
câmp de curent electric de inducție electromagnetică
El a observat imediat că galvanometrul, rămânând complet calm pe toată durata trecerii curentului, a început să oscileze atunci când circuitul în sine a fost închis, iar când a fost deschis, s-a dovedit că în momentul în care curentul a fost trecut în primul fir și de asemenea, atunci când această transmisie s-a oprit, al doilea fir este de asemenea excitat de un curent, care în primul caz are sens opus primului curent și la fel cu acesta în al doilea caz și durează doar o clipă Acești curenți instantanei secundari, provocați prin influența celor primare, au fost numite inductive de către Faraday, iar acest nume a rămas cu ei până în zilele noastre.
Fiind instantanee, dispărând instantaneu după apariția lor, curenții inductivi nu ar avea nicio semnificație practică dacă Faraday nu ar fi găsit o cale, cu ajutorul unui dispozitiv ingenios (un comutator), să întrerupă constant și să conducă din nou curentul primar care vine din baterie de-a lungul primul fir, datorită căruia al doilea fir este excitat continuu de curenți inductivi din ce în ce mai noi, devenind astfel constant. Astfel a fost găsită o nouă sursă energie electrica, pe lângă cele cunoscute anterior (frecare și procese chimice), este inducție și aspect nou Această energie este electricitate inductivă.
INDUCȚIE ELECTROMAGNETICĂ(Inductio latină - ghidare) - fenomenul generării unui câmp electric vortex de către un câmp magnetic alternativ. Dacă introduceți un conductor închis într-un câmp magnetic alternativ, în el va apărea un curent electric. Apariția acestui curent se numește inducție de curent, iar curentul în sine se numește inducție.
Fenomenul de inducție electromagnetică este un fenomen care constă în apariția unei forțe sau a unei tensiuni electromotoare într-un corp situat într-un câmp magnetic aflat în continuă schimbare. Forța electromotoare ca urmare a inducției electromagnetice apare și dacă un corp se mișcă într-un câmp magnetic static și neomogen sau se rotește într-un câmp magnetic, astfel încât liniile sale care se intersectează într-o buclă închisă se schimbă.
Curent electric indus
Conceptul de „inducție” înseamnă apariția unui proces ca urmare a influenței unui alt proces. De exemplu, un curent electric poate fi indus, adică poate apărea ca urmare a unui câmp magnetic care influențează un conductor în mod special. Acest curent electric se numește indus. Condițiile de formare a curentului electric ca urmare a fenomenului de inducție electromagnetică sunt discutate mai târziu în articol.
Conceptul de câmp magnetic
Înainte de a începe să studiați fenomenul inducției electromagnetice, trebuie să înțelegeți ce este un câmp magnetic. Vorbitor în cuvinte simple, un câmp magnetic se referă la o regiune a spațiului în care un material magnetic își prezintă efectele și proprietățile magnetice. Această regiune a spațiului poate fi descrisă folosind linii numite linii de câmp magnetic. Numărul acestor linii reprezintă mărime fizică, care se numește flux magnetic. Liniile de câmp magnetic sunt închise, încep la polul nord al magnetului și se termină la polul sud.
Un câmp magnetic are capacitatea de a afecta orice materiale care au proprietăți magnetice, de exemplu, conductorii de fier ai curentului electric. Acest câmp este caracterizat de inducție magnetică, care este desemnată B și măsurată în tesla (T). Inducția magnetică de 1 T este un câmp magnetic foarte puternic care acționează cu o forță de 1 newton pe o sarcină punctiformă de 1 coulomb, care zboară perpendicular pe liniile câmpului magnetic cu o viteză de 1 m/s, adică 1 T = 1 N*s/(m*CI).
Cine a descoperit fenomenul inducției electromagnetice?
Inductie electromagnetica, pe principiul căruia se bazează multe aparate moderne, a fost deschis la începutul anilor 30 ai secolului al XIX-lea. Descoperirea inducției este de obicei atribuită lui Michael Faraday (data descoperirii: 29 august 1831). Omul de știință s-a bazat pe rezultatele experimentelor fizicianului și chimistului danez Hans Oersted, care a descoperit că un conductor prin care trece un curent electric creează un câmp magnetic în jurul său, adică începe să prezinte proprietăți magnetice.
Faraday, la rândul său, a descoperit fenomenul opus celui descoperit de Oersted. El a observat că un câmp magnetic în schimbare, care poate fi creat prin modificarea parametrilor curentului electric dintr-un conductor, duce la apariția unei diferențe de potențial la capetele oricărui conductor de curent. Dacă aceste capete sunt conectate, de exemplu, prin lampă electrică, atunci un curent electric va curge printr-un astfel de circuit.
Drept urmare, Faraday a descoperit un proces fizic în urma căruia într-un conductor apare un curent electric din cauza unei modificări a câmpului magnetic, care este fenomenul inducției electromagnetice. În acest caz, pentru formarea unui curent indus, nu contează ce se mișcă: câmpul magnetic sau însuși poate fi ușor demonstrat dacă se efectuează un experiment adecvat asupra fenomenului de inducție electromagnetică. Deci, după ce am plasat magnetul în interiorul spiralei metalice, începem să-l mișcăm. Dacă conectați capetele spiralei printr-un indicator de curent electric într-un circuit, puteți vedea aspectul curentului. Acum ar trebui să lăsați magnetul în pace și să mutați spirala în sus și în jos în raport cu magnetul. Indicatorul va arăta și existența curentului în circuit.
Experimentul lui Faraday
Experimentele lui Faraday au implicat lucrul cu un conductor și un magnet permanent. Michael Faraday a descoperit pentru prima dată că atunci când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, la capetele acestuia apare o diferență de potențial. Un conductor în mișcare începe să traverseze liniile câmpului magnetic, ceea ce simulează efectul unei schimbări în acest câmp.
Omul de știință a descoperit că semnele pozitive și negative ale diferenței de potențial rezultate depind de direcția în care se mișcă conductorul. De exemplu, dacă un conductor este ridicat într-un câmp magnetic, atunci diferența de potențial rezultată va avea o polaritate de +-, dar dacă acest conductor este coborât, atunci vom avea deja o polaritate de -+. Aceste modificări ale semnului potențialelor, a căror diferență se numește forță electromotoare (EMF), duc la apariția într-o buclă închisă. AC, adică un curent care își schimbă constant direcția în sens opus.
Caracteristici ale inducției electromagnetice descoperite de Faraday
Știind cine a descoperit fenomenul inducției electromagnetice și de ce apare curentul indus, vom explica câteva dintre trăsăturile acestui fenomen. Deci, cu cât deplasați mai repede conductorul într-un câmp magnetic, cu atât valoarea curentului indus în circuit este mai mare. O altă caracteristică a fenomenului este următoarea: cu cât este mai mare inducția magnetică a câmpului, adică cu cât câmpul este mai puternic, cu atât este mai mare diferența de potențial pe care o poate crea la deplasarea unui conductor în câmp. Dacă conductorul este în repaus într-un câmp magnetic, nu apare nici un EMF în el, deoarece nu există nicio modificare a liniilor de inducție magnetică care traversează conductorul.
Direcția curentului electric și regula mâinii stângi
Pentru a determina direcția curentului electric într-un conductor creat ca urmare a fenomenului de inducție electromagnetică, puteți folosi așa-numita regulă a mâinii stângi. Se poate formula astfel: dacă mâna stângă poziționați-l astfel încât liniile de inducție magnetică, care încep de la polul nord al magnetului, să intre în palmă și în partea proeminentă. degetul mare punct în direcția de mișcare a conductorului în câmpul magnetic, apoi cele patru degete rămase ale mâinii stângi vor indica direcția de mișcare a curentului indus în conductor.
Există o altă versiune a acestei reguli, este următoarea: dacă degetul arătătorîndreptați mâna stângă de-a lungul liniilor de inducție magnetică și îndreptați degetul mare proeminent în direcția de mișcare a conductorului, apoi degetul mijlociu întors la 90 de grade spre palmă va indica direcția curentului care apare în conductor.
Fenomen de autoinducție
Hans Christian Oersted a descoperit existența unui câmp magnetic în jurul unui conductor sau bobină care transportă curent. Omul de știință a mai descoperit că caracteristicile acestui câmp sunt direct legate de puterea curentului și de direcția acestuia. Dacă curentul dintr-o bobină sau conductor este variabil, acesta va genera un câmp magnetic care nu va fi staționar, adică se va schimba. La rândul său, acest câmp alternant va duce la apariția unui curent indus (fenomenul inducției electromagnetice). Mișcarea curentului de inducție va fi întotdeauna opusă curentului alternativ care circulă prin conductor, adică va oferi rezistență ori de câte ori direcția curentului în conductor sau bobină se schimbă. Acest proces se numește auto-inducție. Diferența de potențial electric creată în acest caz se numește fem auto-inductivă.
Rețineți că fenomenul de auto-inducție apare nu numai atunci când direcția curentului se schimbă, ci și atunci când acesta se schimbă în orice moment, de exemplu, când crește din cauza scăderii rezistenței din circuit.
Pentru a descrie fizic rezistența oferită oricărei modificări a curentului dintr-un circuit datorită auto-inducției, a fost introdus conceptul de inductanță, care se măsoară în Henrys (în onoarea fizicianului american Joseph Henry). Un henry este o inductanță pentru care, atunci când curentul se modifică cu 1 amper într-o secundă, în procesul de auto-inducție are loc o f.e.m. egală cu 1 volt.
AC
Când un inductor începe să se rotească într-un câmp magnetic, acesta creează un curent indus ca urmare a fenomenului de inducție electromagnetică. Acest curent electric este alternativ, adică își schimbă sistematic direcția.
Curentul alternativ este mai frecvent decât curentul continuu. Astfel, multe dispozitive care funcționează din rețeaua electrică centrală folosesc acest tip de curent. Curentul alternativ este mai ușor de indus și transportat decât curentul continuu. De regulă, frecvența curentului alternativ de uz casnic este de 50-60 Hz, adică în 1 secundă direcția sa se schimbă de 50-60 de ori.
Reprezentarea geometrică a curentului alternativ este o curbă sinusoidală care descrie dependența tensiunii de timp. Perioada completă a unei unde sinusoidale pentru curentul de uz casnic este de aproximativ 20 de milisecunde. De efect termic curentul alternativ este similar cu curentul continuu, a cărui tensiune este U max /√2, unde U max este tensiunea maximă pe curba curentului alternativ sinusoidal.
Utilizarea inducției electromagnetice în tehnologie
Descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică a produs un adevărat boom în dezvoltarea tehnologiei. Înainte de această descoperire, oamenii erau capabili să producă doar cantități limitate de electricitate folosind baterii electrice.
În prezent este fenomen fizic folosit in transformatoare electrice, în încălzitoarele care convertesc curentul indus în căldură, precum și în motoarele electrice și generatoarele din automobile.
Cuvântul „inducție” în rusă înseamnă procesele de excitare, ghidare și creare a ceva. În inginerie electrică, acest termen a fost folosit de mai bine de două secole.
După ce a făcut cunoștință cu publicațiile din 1821 care descriu experimentele omului de știință danez Oersted privind abaterile acului magnetic lângă un conductor cu curent electric, Michael Faraday și-a propus sarcina: transformă magnetismul în electricitate.
După 10 ani de cercetări, el a formulat legea de bază a inducției electromagnetice, explicând că O forță electromotoare este indusă în interiorul oricărei bucle închise. Valoarea sa este determinată de viteza de schimbare a fluxului magnetic care pătrunde în circuitul luat în considerare, dar luată cu semnul minus.
Difuzare unde electromagnetice la distanta
Prima presupunere care a apărut în creierul omului de știință nu a fost încununată cu succes practic.
A pus doi conductori închisi unul lângă altul. Lângă unul, am instalat un ac magnetic ca indicator al curentului care trece, iar celălalt fir a primit un impuls de la o sursă galvanică puternică a acelui timp: o coloană voltaică.
Cercetătorul a presupus că, cu un impuls de curent în primul circuit, câmpul magnetic în schimbare din acesta ar induce un curent în al doilea conductor, care ar devia acul magnetic. Dar rezultatul s-a dovedit a fi negativ - indicatorul nu a funcționat. Sau, mai degrabă, îi lipsea sensibilitatea.
Creierul omului de știință a prevăzut crearea și transmiterea undelor electromagnetice la distanță, care sunt acum folosite în radiodifuziune, televiziune, control fără fir, Tehnologii Wi-Fiși dispozitive similare. El a fost pur și simplu dezamăgit de un element de bază imperfect aparate de masura din acea vreme.
Producția de energie electrică
După ce a efectuat un experiment nereușit, Michael Faraday a modificat condițiile experimentale.
Pentru experiment, Faraday a folosit două bobine cu circuite închise. El a furnizat curent electric de la o sursă la primul circuit și a observat apariția EMF în al doilea. Curentul care trece prin spirele înfășurării nr. 1 a creat un curent în jurul bobinei flux magnetic, pătrunzând în înfășurarea nr. 2 și generând în ea o forță electromotoare.
În timpul experimentului Faraday:
- a pornit alimentarea cu tensiune a circuitului cu un impuls în timp ce bobinele erau staționare;
- la aplicarea curentului, a introdus bobina superioară în bobina inferioară;
- a fixat permanent înfășurarea nr. 1 și a introdus în ea înfășurarea nr. 2;
- a modificat viteza de mișcare a bobinelor una față de alta.
În toate aceste cazuri, a observat manifestarea emf indusă în a doua bobină. Și numai la trecere DC Nu a existat o inducție de forță electromotoare prin înfășurarea nr. 1 și bobinele fixe.
Omul de știință a stabilit că EMF indus în a doua bobină depinde de viteza cu care se modifică fluxul magnetic. Este proporțional cu dimensiunea sa.
Același model se manifestă pe deplin atunci când trece o tură închisă Sub influența EMF, se formează un curent electric în fir.
Fluxul magnetic în cazul în cauză se modifică în circuitul Sk creat de un circuit închis.
În acest fel, dezvoltarea creată de Faraday a făcut posibilă plasarea unui cadru rotativ conducător de curent într-un câmp magnetic.
Apoi a fost realizat dintr-un număr mare de spire și asigurat în rulmenți de rotație. La capetele înfășurării au fost instalate inele de alunecare și perii care alunecau de-a lungul acestora, iar o sarcină a fost conectată prin bornele de pe carcasă. Sa dovedit generator modern AC.
Este mai mult design simplu a fost creat atunci când înfășurarea a fost fixată pe o carcasă staționară, iar sistemul magnetic a început să se rotească. În acest caz, metoda de generare a curenților din cauza curentului nu a fost perturbată în niciun fel.
Principiul de funcționare al motoarelor electrice
Legea inducției electromagnetice, care a fost fondată de Michael Faraday, a făcut posibilă crearea diverse modele motoare electrice. Au un dispozitiv similar cu generatoarele: un rotor și un stator mobil, care interacționează între ele datorită câmpurilor electromagnetice rotative.
Transformarea energiei electrice
Michael Faraday a determinat apariția unei forțe electromotoare induse și a unui curent indus într-o înfășurare din apropiere atunci când câmpul magnetic dintr-o bobină adiacentă se modifică.
Curentul din interiorul înfășurării din apropiere este indus atunci când circuitul comutatorului este comutat în bobina 1 și este întotdeauna prezent în timpul funcționării generatorului pe înfășurarea 3.
Funcționarea tuturor dispozitivelor moderne de transformare se bazează pe această proprietate, numită inducție reciprocă.
Pentru a îmbunătăți trecerea fluxului magnetic, înfășurările lor izolate sunt plasate pe un miez comun care are rezistență magnetică minimă. Este realizat din clase speciale de oțel și format din foi subțiri stivuite sub formă de secțiuni o anumită formă, se numește circuit magnetic.
Transformatoarele transmit energie AC prin inducție reciprocă câmp electromagnetic de la o înfășurare la alta astfel încât să aibă loc în același timp o schimbare, transformare a tensiunii la bornele sale de intrare și de ieșire.
Raportul dintre numărul de spire în înfășurări determină raportul de transformare, și grosimea firului, designul și volumul materialului de miez - cantitatea de putere transmisă, curentul de funcționare.
Funcționarea inductoarelor
Manifestarea inducției electromagnetice este observată în bobină în timpul unei modificări a mărimii curentului care curge în ea. Acest proces se numește auto-inducție.
Când porniți comutatorul din diagrama de mai jos curent indus modifică natura creșterii liniare a curentului de funcționare în circuit, ca în timpul opririi.
Când, totuși, nu se aplică o tensiune constantă unui conductor înfășurat într-o bobină, ci tensiune alternativă, atunci valoarea curentului redusă de reactanța inductivă curge prin el. Energia de auto-inducție decalează curentul în raport cu tensiunea aplicată.
Acest fenomen este utilizat în șocurile, care sunt concepute pentru a reduce curenții mari care apar în anumite condiții de funcționare ale echipamentelor. Astfel de dispozitive sunt utilizate, în special.
Caracteristica de design circuit magnetic la inductor - o secțiune de plăci care este creată pentru a crește și mai mult rezistența magnetică la fluxul magnetic datorită formării unui spațiu de aer.
Choke-urile cu o poziție divizată și reglabilă a circuitului magnetic sunt utilizate în multe inginerie radio și dispozitive electrice. Destul de des pot fi găsite în modele transformatoare de sudare. Acestea reduc magnitudinea arcului electric trecut prin electrod la valoarea optimă.
Cuptoare cu inducție
Fenomenul de inducție electromagnetică se manifestă nu numai în fire și înfășurări, ci și în interiorul oricărui sistem masiv. obiecte metalice. Curenții induși în ele se numesc de obicei curenți turbionari. Când funcționează transformatoarele și bobinele, acestea provoacă încălzirea miezului magnetic și a întregii structuri.
Pentru a preveni acest fenomen, miezurile sunt realizate din subțiri table metaliceși izolați unul pe altul cu un strat de lac care împiedică trecerea curenților induși.
În structurile de încălzire, curenții turbionari nu limitează, ci creează cele mai favorabile condiții pentru trecerea lor. utilizat pe scară largă în producție industrială pentru a crea temperaturi ridicate.
Aparate electrice de masura
O clasă mare de dispozitive cu inducție continuă să funcționeze în sectorul energetic. Contoare electrice cu disc rotativ din aluminiu, modele similare cu releele de putere, sisteme de amortizare a indicatorului instrumente de măsurare funcționează pe principiul inducției electromagnetice.
Generatoare de gaz magnetice
Dacă, în loc de un cadru închis, un gaz conductiv, lichid sau plasmă este deplasat în câmpul unui magnet, atunci sarcinile de electricitate sub influența magnetică. liniile electrice va începe să devieze în direcții strict definite, formând un curent electric. Câmpul său magnetic de pe plăcile de contact ale electrozilor montate induce o forță electromotoare. Sub acțiunea sa, se creează un curent electric în circuitul conectat la generatorul MHD.
Așa se manifestă legea inducției electromagnetice în generatoarele MHD.
Nu există piese rotative complexe precum un rotor. Acest lucru simplifică designul și permite o creștere semnificativă a temperaturii mediu de lucru, și, în același timp, eficiența producerii de energie electrică. Generatoarele MHD funcționează ca surse de rezervă sau de urgență capabile să genereze fluxuri semnificative de energie electrică în perioade scurte de timp.
Astfel, legea inducției electromagnetice, fundamentată la un moment dat de Michael Faraday, continuă să rămână actuală și astăzi.
Studiul originii curentului electric a entuziasmat întotdeauna oamenii de știință. Dupa in începutul XIX secolul, omul de știință danez Oersted a aflat că un câmp magnetic apare în jurul unui curent electric, oamenii de știință au pus întrebarea: poate un câmp magnetic să genereze un curent electric și invers. Primul om de știință care a reușit a fost omul de știință Michael Faraday.
Experimentele lui Faraday
După numeroase experimente, Faraday a reușit să obțină unele rezultate.
1. Apariția curentului electric
Pentru a efectua experimentul, a luat o bobină cu un număr mare de spire și a conectat-o la un miliampermetru (un dispozitiv care măsoară curentul). Omul de știință a mișcat magnetul în sus și în jos pe bobină.
În timpul experimentului, un curent electric a apărut efectiv în bobină din cauza unei modificări a câmpului magnetic din jurul acesteia.
Conform observațiilor lui Faraday, acul miliampermetrului a deviat și a indicat că mișcarea magnetului a generat un curent electric. Când magnetul s-a oprit, săgeata arăta marcajul zero, adică. nu circula curent prin circuit.
orez. 1 Modificarea puterii curentului în bobină datorită mișcării reactorului Acest fenomen, în care curentul apare sub influența unui câmp magnetic alternativ într-un conductor, se numește fenomen de inducție electromagnetică.
2.Schimbarea direcției curentului de inducție
În cercetările sale ulterioare, Michael Faraday a încercat să afle ce influențează direcția curentului electric indus rezultat. În timpul experimentelor, el a observat că prin schimbarea numărului de bobine de pe o bobină sau a polarității magneților, direcția curentului electric care apare într-o rețea închisă se modifică.
3. Fenomenul de inducție electromagnetică
Pentru a efectua experimentul, omul de știință a luat două bobine, pe care le-a așezat aproape una de alta. Prima bobină având număr mare spire de fir, a fost conectat la o sursă de curent și un întrerupător care închide și deschide circuitul. A conectat a doua bobină similară la un miliampermetru fără a o conecta la o sursă de curent.
În timp ce efectua un experiment, Faraday a observat asta la închidere circuit electric apare un curent indus, după cum se poate observa din mișcarea acului miliampermetrului. Când circuitul a fost deschis, miliampermetrul a arătat și că în circuit era curent electric, dar citirile au fost exact invers. Când circuitul a fost închis și curentul a circulat uniform, nu exista curent în circuitul electric conform datelor miliametrului.
https://youtu.be/iVYEeX5mTJ8
Concluzie din experimente
Ca urmare a descoperirii lui Faraday s-a dovedit următoarea ipoteză: curentul electric apare doar atunci când câmpul magnetic se modifică. De asemenea, s-a dovedit că modificarea numărului de spire într-o bobină modifică valoarea curentului (creșterea numărului de bobine crește curentul). Mai mult, un curent electric indus poate apărea într-un circuit închis doar în prezența unui câmp magnetic alternativ.
De ce depinde curentul electric de inducție?
Pe baza tuturor celor de mai sus, se poate observa că, chiar dacă există un câmp magnetic, acesta nu va duce la generarea de curent electric decât dacă câmpul este alternativ.
Deci, de ce depinde mărimea câmpului de inducție?
- Numărul de spire pe bobină;
- Rata de modificare a câmpului magnetic;
- Viteza magnetului.
Fluxul magnetic este o mărime care caracterizează un câmp magnetic. Prin modificare, fluxul magnetic duce la o modificare a curentului electric indus.
Fig.2 Modificarea puterii curentului la deplasare a) bobina în care se află solenoidul; b) un magnet permanent, introducându-l într-o bobină legea lui Faraday
Pe baza experimentelor sale, Michael Faraday a formulat legea inducției electromagnetice. Legea este că, atunci când un câmp magnetic se modifică, acesta duce la apariția unui curent electric Curentul indică și prezența unei forțe electromotoare, inducția electromagnetică (EMF).
Viteza de schimbare a curentului magnetic implică o modificare a vitezei curentului și a fem.
Legea lui Faraday: FEM a inducției electromagnetice este egal ca număr și opus ca semn ratei de modificare a fluxului magnetic care trece prin suprafața delimitată de contur.
Inductanța buclei. Auto-inducere.
Un câmp magnetic este creat atunci când curentul circulă într-un circuit închis. Puterea curentului afectează fluxul magnetic și induce EMF.
Auto-inducția este un fenomen în care apare o fem indusă atunci când puterea curentului din circuit se modifică.
Auto-inducția variază în funcție de forma circuitului, dimensiunea acestuia și mediul în care îl conține.
Pe măsură ce curentul electric crește, curentul auto-inductiv al circuitului îl poate încetini. Când scade, curentul de autoinducție, dimpotrivă, nu îi permite să scadă atât de repede. Astfel, circuitul începe să aibă propria sa inerție electrică, încetinind orice modificare a curentului.
Aplicarea emf indusă
Fenomenul inducției electromagnetice are aplicații practice în generatoare, transformatoare și motoare care funcționează cu energie electrică.
În acest caz, curentul în aceste scopuri se obține în următoarele moduri:
- Schimbarea curentului în bobină;
- Mișcarea câmpului magnetic prin magneți permanențiși electromagneți;
- Rotirea spirelor sau bobinelor într-un câmp magnetic constant.
Descoperirea inducției electromagnetice de către Michael Faraday a adus o mare contribuție la știință și la viața noastră de zi cu zi. Această descoperire a servit ca un impuls pentru descoperiri ulterioare în domeniul studierii câmpurilor electromagnetice și are o largă aplicație în viața umană modernă.