Inductie electromagnetica
Apariția în inducția EMF a conductorului
Daca pui camp magnetic fir și mutați-l astfel încât să traverseze liniile câmpului pe măsură ce se mișcă, atunci firul va avea forta electromotoareNumit inducție EMF.
Un EMF de inducție va apărea în conductor chiar dacă conductorul însuși rămâne staționar și câmpul magnetic se va mișca, traversând conductorul cu liniile sale de forță.
Dacă conductorul în care este indus EMF de inducție este închis la orice circuit extern, atunci sub acțiunea acestui EMF va curge un curent prin circuit, așa-numitul curent de inducție.
Fenomenul de inducție EMF într-un conductor atunci când acesta traversează liniile câmpului magnetic se numește inducție electromagnetică.
Inducția electromagnetică este procesul invers, adică conversia energiei mecanice în energie electrică.
Fenomenul inducției electromagnetice este utilizat pe scară largă în Inginerie Electrică… Dispozitivul diferitelor mașini electrice se bazează pe utilizarea acestuia.
Mărimea și direcția inducției EMF
Să luăm acum în considerare care va fi mărimea și direcția EMF indusă în conductor.
Mărimea EMF de inducție depinde de numărul de linii de forță care traversează firul pe unitatea de timp, adică de viteza de mișcare a firului în câmp.
Mărimea EMF indusă este direct proporțională cu viteza de mișcare a conductorului într-un câmp magnetic.
Mărimea EMF indusă depinde și de lungimea acelei porțiuni a firului care este străbătută de liniile de câmp. Cu cât porțiunea conductorului traversată de liniile de câmp este mai mare, cu atât este mai mare fem indusă în conductor. În cele din urmă, cu cât câmpul magnetic este mai puternic, adică cu cât inducția sa este mai mare, cu atât este mai mare EMF în conductorul care traversează acest câmp.
Astfel, valoarea EMF a unei inducție care apare într-un conductor atunci când acesta se mișcă într-un câmp magnetic este direct proporțională cu inducția câmpului magnetic, lungimea conductorului și viteza de mișcare a acestuia.
Această dependență este exprimată prin formula E = Blv,
unde E este EMF de inducție; B — inducție magnetică; I este lungimea firului; v este viteza firului.
Trebuie reținut cu fermitate că într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic, EMF de inducție apare numai dacă acest conductor este traversat de liniile câmpului magnetic ale câmpului. Dacă conductorul se mișcă de-a lungul liniilor de câmp, adică nu se traversează, ci pare să alunece de-a lungul lor, atunci nu este indusă nicio EMF în el. Prin urmare, formula de mai sus este valabilă numai atunci când firul se mișcă perpendicular pe liniile câmpului magnetic.
Direcția emf indusă (precum și curentul din fir) depinde de direcția în care se mișcă firul. Există o regulă din dreapta pentru a determina direcția EMF indusă.
Dacă țineți palma mâinii drepte astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea, iar degetul mare îndoit ar indica direcția de mișcare a conductorului, atunci cele patru degete extinse ar indica direcția de acțiune a EMF indus și direcția. a curentului din conductor.
Regula pentru mâna dreaptă
Inducția EMF în bobină
Am spus deja că pentru a crea un EMF de inducție într-un fir, este necesar să mutați fie firul în sine, fie câmpul magnetic într-un câmp magnetic. În ambele cazuri, firul trebuie să fie traversat de liniile câmpului magnetic al câmpului, altfel nu va fi indusă fem. FEM indusă și, prin urmare, curentul indus, poate apărea nu numai într-un fir drept, ci și într-un fir răsucit într-o bobină.
La mutarea înăuntru bobine a unui magnet permanent, în el este indus un EMF datorită faptului că fluxul magnetic al magnetului traversează spirele bobinei, adică în același mod ca la deplasarea unui fir drept în câmpul unui magnet.
Dacă magnetul este coborât lent în bobină, atunci EMF care apare în acesta va fi atât de mic încât acul dispozitivului nu se poate devia nici măcar. Dacă, dimpotrivă, magnetul este introdus rapid în bobină, deviația săgeții va fi mare. Aceasta înseamnă că mărimea EMF indusă și, în consecință, puterea curentului din bobină depind de viteza magnetului, adică de cât de repede liniile de câmp ale câmpului traversează spirele bobinei. Dacă acum, alternativ, inițial se introduc în bobină un magnet puternic și apoi un magnet slab cu aceeași viteză, atunci vei observa că cu un magnet puternic acul dispozitivului se va abate la un unghi mai mare.Înseamnă că mărimea EMF indusă și, în consecință, puterea curentului din bobină depind de mărimea fluxului magnetic al magnetului.
În cele din urmă, dacă același magnet este introdus cu aceeași viteză, mai întâi într-o bobină cu un număr mare de spire și apoi cu un număr mult mai mic, atunci în primul caz acul dispozitivului se va abate cu un unghi mai mare decât în al doilea. Aceasta înseamnă că mărimea EMF indusă și, în consecință, puterea curentului din bobină depind de numărul de spire. Aceleași rezultate pot fi obținute dacă în locul unui magnet permanent se folosește un electromagnet.
Direcția de inducție a EMF în bobină depinde de direcția de mișcare a magnetului. Cum se determină direcția EMF de inducție, spune legea stabilită de E. H. Lenz.
Legea lui Lenz a inducției electromagnetice
Orice modificare a fluxului magnetic din interiorul bobinei este însoțită de apariția unui EMF de inducție în ea, iar cu cât este mai rapidă modificarea fluxului magnetic care pătrunde în bobină, cu atât este mai mare EMF din aceasta.
Dacă bobina în care este creat EMF de inducție este închisă la un circuit extern, atunci un curent de inducție curge prin spirele sale, creând un câmp magnetic în jurul firului, datorită căruia bobina se transformă într-un solenoid. Se pare că câmpul magnetic extern în schimbare induce un curent indus în bobină, care, la rândul său, creează propriul câmp magnetic în jurul bobinei - câmpul de curent.
Studiind acest fenomen, E. H. Lenz a stabilit o lege care determină direcția curentului de inducție în bobină și, în consecință, direcția EMF de inducție.FEM de inducție care apare în bobină atunci când fluxul magnetic se modifică în ea creează un curent în bobină în așa direcție încât fluxul magnetic al bobinei creat de acest curent împiedică schimbarea fluxului magnetic extern.
Legea lui Lenz este valabilă pentru toate cazurile de inducție de curent în fire, indiferent de forma firelor și de modul în care se realizează modificarea câmpului magnetic extern.
Când magnetul permanent se mișcă în raport cu bobina de sârmă conectată la bornele galvanometrului, sau când bobina se mișcă în raport cu magnetul, se generează un curent indus.
Curenți de inducție în conductori masivi
Fluxul magnetic în schimbare este capabil să inducă un EMF nu numai în spirele bobinei, ci și în conductorii metalici masivi. Pătrunzând grosimea unui conductor masiv, fluxul magnetic induce un EMF în el, care creează curenți de inducție. Aceste așa-zise curenți turbionari răspândite pe un fir solid și sunt scurtcircuitate în acesta.
Miezurile transformatoarelor, miezurile magnetice ale diferitelor mașini și dispozitive electrice sunt doar acele fire masive care sunt încălzite de curenții de inducție care apar în ele.Acest fenomen este nedorit, prin urmare, pentru a reduce amploarea curenților de inducție, părțile din mașinile electrice și miezul transformatorului nu sunt masive, ci constau din foi subțiri izolate între ele cu hârtie sau un strat de lac izolant. Prin urmare, calea de propagare a curenților turbionari de-a lungul masei conductorului este blocată.
Dar uneori, în practică, curenții turbionari sunt folosiți și ca curenți utili. Utilizarea acestor curenți se bazează, de exemplu, pe muncă cuptoare de încălzire cu inducție, contoare de energie electrică și așa-numitele amortizoare magnetice ale părților mobile ale instrumentelor electrice de măsură.