O aplicare practică a legii lui Faraday a inducției electromagnetice

Cuvântul „inducție” în rusă înseamnă procesele de excitare, direcție, creare a ceva. În inginerie electrică, acest termen a fost folosit de mai bine de două secole.

După ce a citit publicațiile din 1821 care descriu experimentele omului de știință danez Oersted cu privire la deviațiile unui ac magnetic lângă un conductor care transportă curent electric, Michael Faraday și-a propus sarcina: să transforme 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 orice buclă închisă. Valoarea sa este determinată de viteza de modificare a fluxului magnetic care pătrunde în bucla considerată, dar luată cu semnul minus.

Transmiterea undelor electromagnetice la distanță

Prima presupunere care i-a venit în minte omului de știință nu a fost încununată cu succes practic.

A pus două fire închise una lângă alta.Lângă unul am instalat un ac magnetic ca indicator al curentului care trece, iar în celălalt fir am dat un impuls de la o sursă galvanică puternică a acelui timp: un stâlp de volți.

Cercetătorul a emis ipoteza că, cu un impuls de curent în primul circuit, câmpul magnetic în schimbare din acesta ar induce un curent în al doilea fir, care ar devia acul magnetic. Dar rezultatul s-a dovedit a fi negativ - indicatorul nu funcționează. Mai degrabă, îi lipsea sensibilitatea.

Creierul omului de știință prevede crearea și transmiterea undelor electromagnetice la distanță, care sunt acum folosite în radiodifuziune, televiziune, control fără fir, tehnologii Wi-Fi și dispozitive similare. Pur și simplu era frustrat de elementul de bază imperfect al aparatelor de măsurare din acea vreme.

Producția de energie electrică

După un experiment prost, Michael Faraday a schimbat condițiile experimentului.

Pentru experiment, Faraday a folosit două bobine cu buclă închisă. În primul circuit a alimentat un curent electric de la o sursă, iar în al doilea a observat apariția unui EMF. Curentul care trece prin spirele bobinei #1 creează un flux magnetic în jurul bobinei, pătrunde în bobina #2 și formează o forță electromotoare în ea.

În timpul experimentului lui Faraday:

• porniți un impuls pentru a furniza tensiune circuitului cu bobine staționare;
• când se aplica curentul, introducea bobina superioară în bobina inferioară;
• a fixat permanent bobina nr. 1 și a introdus bobina nr. 2 în ea;
• a modificat viteza de mișcare a bobinelor una față de alta.

În toate aceste cazuri a observat manifestarea inducției EMF în a doua bobină. Și cu doar curent continuu care trece prin înfășurarea nr. 1 și bobinele staționare, nu a existat nicio forță electromotoare.

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 la trecerea unei bucle închise liniile de câmp magnetic ale unui magnet permanent. Sub influența EMF, un curent electric este generat în fir.

Fluxul magnetic în cazul considerat se modifică în bucla Sk creată de un circuit închis.

Astfel, dezvoltarea creată de Faraday a făcut posibilă plasarea unui cadru conductor rotativ într-un câmp magnetic.

Apoi s-a realizat dintr-un număr mare de spire fixate în rulmenți rotativi.La capetele bobinei au fost instalate inele colectoare și perii care alunecau pe ele, iar o sarcină a fost conectată prin bornele carcasei. Rezultatul este un alternator modern.

Designul său mai simplu este creat atunci când bobina este fixată pe o carcasă staționară și sistemul magnetic începe să se rotească. În acest caz, metoda de generare a curenților se datorează inductie electromagnetica neincalcat in niciun fel.

Principiul de funcționare a motoarelor electrice

Legea inducției electromagnetice, pe care Michael Faraday a fost pionier, permite o varietate de modele de motoare electrice. Au o structură similară cu generatoarele: un rotor și un stator mobil care interacționează unul cu celălalt datorită câmpurilor electromagnetice rotative.

Curentul electric trece doar prin înfășurarea statorului a motorului electric. Induce un flux magnetic care afectează câmpul magnetic al rotorului. Ca rezultat, apar forțe care rotesc arborele motorului. Vezi pe acest subiect - Principiul de funcționare și dispozitivul motorului electric

Transformarea energiei electrice

Michael Faraday a determinat apariția unei forțe electromotoare induse și a unui curent indus într-o bobină din apropiere atunci când câmpul magnetic din bobina vecină s-a schimbat.

Curentul din bobina din apropiere este indus atunci când circuitul comutatorului este pornit în bobina 1 și este întotdeauna prezent în timpul funcționării generatorului la bobina 3.

Funcționarea tuturor dispozitivelor moderne de transformare se bazează pe această proprietate, așa-numita inducție reciprocă.

Pentru a îmbunătăți trecerea fluxului magnetic, au înfășurări izolate plasate pe un miez comun cu rezistență magnetică minimă. Este realizat din tipuri speciale de oțel și se formează prin stivuirea foilor subțiri sub formă de secțiuni de o anumită formă, numite miez magnetic.

Transformatoarele, datorită inducției reciproce, transferă energia unui câmp electromagnetic alternativ de la o bobină la alta, astfel încât are loc o schimbare, o transformare a valorii tensiunii la bornele sale de intrare și de ieșire.

Raportul dintre numărul de spire din înfășurări determină coeficientul de transformare și grosimea firului, construcția și volumul materialului de miez - valoarea puterii transmise, curentul de funcționare.

Funcționarea inductoarelor

Manifestarea inducției electromagnetice se observă în bobină atunci când valoarea curentului care curge în ea se modifică. Acest proces se numește auto-inducție.

Când comutatorul este pornit în diagrama de mai sus, curentul indus schimbă caracterul creșterii liniare a curentului de funcționare în circuit, precum și în timpul opririi.

Când nu o tensiune constantă, ci o tensiune alternativă este aplicată firului înfășurat în bobină, atunci valoarea curentului, redusă de rezistența inductivă, trece prin aceasta.Energia de auto-inducție defazează 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. În special, sunt utilizate astfel de dispozitive în circuitul de aprindere a lămpilor fluorescente.

Caracteristica designului circuitului magnetic al șoculului este decuparea plăcilor, care este creată pentru a crește și mai mult rezistența magnetică la fluxul magnetic datorită formării unui spațiu de aer.

Choke-urile cu poziție divizată și reglabilă a circuitului magnetic sunt utilizate în multe dispozitive radio și electrice. Destul de des pot fi găsite în construcția transformatoarelor de sudură. 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 bobine, ci și în interiorul oricăror obiecte metalice masive. Curenții induși în ele se numesc de obicei curenți turbionari.În timpul funcționării transformatoarelor și bobinelor, ei provoacă încălzirea circuitului magnetic și a întregii structuri.

Pentru a preveni acest fenomen, miezurile sunt realizate din foi metalice subtiri si izolate cu un strat de lac, care impiedica trecerea curentilor indusi.

În structurile de încălzire, curenții turbionari nu limitează, ci creează cele mai favorabile condiții pentru trecerea lor. Cuptoare cu inducție sunt utilizate pe scară largă în producția industrială pentru a crea temperaturi ridicate.

Aparate electrotehnice de masura

O clasă mare de dispozitive cu inducție continuă să funcționeze în electricitate.Contoarele electrice cu un disc de aluminiu rotativ similar cu construcția unui releu de putere, sistemele de amortizare cu cadran, funcționează pe principiul inducției electromagnetice.

Generatoare de gaz magnetice

Dacă, în loc de un cadru închis, un gaz conductiv, lichid sau plasmă se mișcă în câmpul unui magnet, atunci sarcinile de electricitate sub acțiunea liniilor câmpului magnetic vor începe să devieze în direcții strict definite, formând un curent electric. Câmpul său magnetic pe plăcile de contact ale electrozilor montate induce o forță electromotoare. Sub acțiunea sa, un curent electric este generat în circuitul conectat la generatorul MHD.

Astfel, legea inducției electromagnetice se manifestă în generatoarele MHD.

Nu există piese rotative complicate precum rotorul. Acest lucru simplifică designul, vă permite să creșteți semnificativ temperatura mediului de lucru și, în același timp, eficiența generării de energie electrică. Generatoarele MHD funcționează ca surse de rezervă sau de urgență capabile să genereze fluxuri semnificative de energie electrică pentru perioade scurte de timp.

Astfel, legea inducției electromagnetice, fundamentată la un moment dat de Michael Faraday, continuă să fie actuală și astăzi.