Selles artiklis mõistame induktiivse elektromagnetvälja kontseptsiooni olukordades, kus see esineb. Samuti vaatleme induktiivsust kui peamist parameetrit magnetvoo tekkimisel, kui juhis tekib elektriväli.
Elektromagnetiline induktsioon on elektrivoolu tekitamine magnetväljade toimel, mis ajas muutuvad. Tänu Faraday ja Lenzi avastustele formuleeriti seaduspärasused seadusteks, mis tõid sümmeetria elektromagnetvoogude mõistmisse. Maxwelli teooria koondas teadmised elektrivoolust ja magnetvoogudest. Hertzi avastuste kaudu õppis inimkond telekommunikatsiooni tundma.
Sisu
Magnetvoog
Elektrivooluga juhi ümber tekib elektromagnetväli, kuid paralleelselt toimub ka vastupidine nähtus, elektromagnetiline induktsioon. Vaatleme näiteks magnetvoogu: kui juhiraam asetatakse induktsiooniga elektrivälja ja liigutatakse magnetilisi jõujooni mööda ülevalt alla või nendega risti paremalt vasakule, siis raami läbiv magnetvoog olema konstantne väärtus.
Kui raam pöörleb ümber oma telje, siis mõne aja pärast muutub magnetvoog teatud väärtuse võrra. Selle tulemusena tekib kaadris induktsiooni EMF ja tekib elektrivool, mida nimetatakse induktsioonivooluks.
Induktsiooni EMF
Mõistame üksikasjalikult, mis on induktiivse EMF-i mõiste. Kui juht asetatakse magnetvälja ja liigub koos väljajoonte ristumisega, ilmub juhisse elektromotoorjõud, mida nimetatakse induktiivseks EMF-iks. See ilmneb ka siis, kui juht jääb paigale ning magnetväli liigub ja ületab juhiga jõujooni.
Kui juht, kus esineb EMF, sulgub välisele vooluringile, hakkab selle EMF olemasolu tõttu ahelat läbima induktsioonvool. Elektromagnetiline induktsioon hõlmab elektromagnetvälja induktsiooni nähtust juhis hetkel, mil seda läbivad magnetvälja jooned.
Elektromagnetiline induktsioon on mehaanilise energia elektrivooluks muundamise pöördprotsess. Seda mõistet ja selle seaduspärasusi kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas, enamik elektrimasinaid põhinevad sellel nähtusel.
Faraday ja Lenzi seadused
Faraday ja Lenzi seadused kujutavad elektromagnetilise induktsiooni mustreid.
Faraday paljastas, et magnetilised efektid ilmnevad aja jooksul magnetvoo muutuste tulemusena. Hetkel, kui juhti läbib vahelduv magnetvool, tekib juhis elektromotoorjõud, mille tulemusena tekib elektrivool. Nii püsimagnet kui ka elektromagnet võivad tekitada voolu.
Teadlane tegi kindlaks, et voolu intensiivsus suureneb vooluahelat läbivate elektriliinide arvu kiire muutumisega. See tähendab, et elektromagnetilise induktsiooni EMF jääb otsesesse sõltuvusse magnetvoo kiirusest.
Vastavalt Faraday seadusele on EMF-i induktsiooni valemid määratletud järgmiselt:
E = - dF/dt.
"Miinusmärk" näitab seost indutseeritud EMF-i polaarsuse, voo suuna ja muutuva kiiruse vahel.
Lenzi seaduse järgi on elektromotoorjõudu võimalik iseloomustada sõltuvalt selle suunast. Igasugune muutus mähise magnetvoos põhjustab induktsiooni EMF ja kiire muutusega suureneb EMF.
Kui induktsioon-EMF-iga mähis on lühises välise ahelaga, siis läbib seda induktsioonvool, mille tõttu tekib juhtme ümber magnetväli ja mähis omandab solenoidi omadused. Selle tulemusena moodustub mähise ümber oma magnetväli.
E. H. Lenz kehtestas seaduse, mille järgi määratakse mähise induktsioonivoolu suund ja induktsioon-EMF. Seadus ütleb, et mähises olev induktsiooni EMF moodustab mähises voolu, mille suunas antud mähise magnetvoog võimaldab vältida kõrvalise magnetvoo muutumist.
Lenzi seadus kehtib kõigi elektrivoolu induktsiooni olukordade kohta juhtides, olenemata nende konfiguratsioonist või välise magnetvälja muutmise meetodist.
Traadi liikumine magnetväljas
Indutseeritud EMF väärtus määratakse vastavalt väljavoolujoontega läbitud juhi pikkusele. Kui jõujooni on rohkem, suureneb indutseeritud EMF väärtus. Magnetvälja ja induktsiooni suurenedes tekib juhis suurem EMF väärtus. Seega on EMF-i induktsiooni väärtus magnetväljas liikuvas juhis otseses sõltuvuses magnetvälja induktsioonist, juhi pikkusest ja liikumise kiirusest.
See sõltuvus kajastub valemis E = Blv, kus E on induktsiooni EMF; B on magnetinduktsiooni väärtus; I on juhi pikkus; v on selle liikumise kiirus.
Pange tähele, et juhis, mis liigub magnetväljas, ilmneb induktsioon-EMF ainult siis, kui see ületab magnetvälja jõujooned. Kui juht liigub mööda väljajooni, siis elektromagnetvälja ei indutseerita. Sel põhjusel kehtib valem ainult siis, kui juhi liikumine on suunatud jõujoontega risti.
Indutseeritud EMF-i ja elektrivoolu suuna juhis määrab juhi enda suund. Suuna näitamiseks on välja töötatud parema käe reegel. Kui hoiate parema käe peopesast nii, et väljajooned sisenevad selle suunas ja pöial näitab juhi liikumissuunda, siis ülejäänud neli sõrme näitavad indutseeritud EMF-i suunda ja elektrivoolu suunda. dirigent.
Pöörlev mähis
Elektrivoolugeneraatori funktsioon põhineb mähise pöörlemisel magnetvoos, kus on teatud arv pöördeid. EMF indutseeritakse elektriahelas alati siis, kui seda läbib magnetvoog, mis põhineb valemil magnetvoog F = B x S x cos α (magnetinduktsioon korrutatud pindalaga, mida magnetvoog läbib, ja moodustunud nurga koosinusega suunavektori järgi ja joone tasapinnaga risti).
Valemi kohaselt mõjutavad F olukordade muutused:
- magnetvoo muutumisel muutub suunavektor;
- ahelaga piiratud ala muutub;
- nurk muutub.
EMF-i on lubatud esile kutsuda, kui magnet on paigal või vool on muutumatu, vaid lihtsalt siis, kui mähis pöörleb ümber oma telje magnetvälja sees. Sellisel juhul muutub magnetvoog nurga väärtuse muutumisel. Mähis ületab pöörlemisel magnetvoo jõujooni, mille tulemuseks on EMF. Ühtlase pöörlemise korral toimub magnetvoo perioodiline muutus.Samuti muutub igas sekundis läbitavate jõujoonte arv võrdseks võrdsete ajavahemike järel.
Praktikas jääb generaatorites mähis paigale ja elektromagnet teeb selle ümber pöördeid.
Iseinduktsioon EMF
Kui vahelduv elektrivool läbib mähist, tekib vahelduv magnetväli, mida iseloomustab muutuv magnetvoog, mis kutsub esile EMF-i. Seda nähtust nimetatakse eneseinduktsiooniks.
Kuna magnetvoog on võrdeline elektrivoolu intensiivsusega, on iseinduktsiooni EMF valem järgmine:
F = L x I, kus L on induktiivsus, mida mõõdetakse Gn-des. Selle väärtuse määrab pöörete arv pikkuseühiku kohta ja nende ristlõike suurus.
Vastastikune induktsioon
Kui kaks mähist asetatakse kõrvuti, tekib vastastikuse induktsiooni EMF, mille määrab kahe ahela konfiguratsioon ja nende vastastikune orientatsioon. Ahela eraldumise suurenedes vastastikuse induktiivsuse väärtus väheneb, kuna kahe pooli ühine magnetvoog väheneb.
Vaatleme üksikasjalikult vastastikuse induktsiooni protsessi. Seal on kaks mähist, mööda ühe N1 pöördega traati voolab vool I1, mis tekitab magnetvoo ja läbib teise mähise N2 pöörete arvuga.
Teise pooli vastastikuse induktiivsuse väärtus esimese suhtes:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magnetvoo väärtus:
F21 = (M21/N2) x I1.
Indutseeritud EMF arvutatakse järgmise valemiga:
E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt.
Esimeses mähises on indutseeritud EMF väärtus:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Oluline on märkida, et vastastikuse induktsiooniga indutseeritud elektromotoorjõud ühes mähises on igal juhul otseselt võrdeline elektrivoolu muutusega teises mähises.
Vastastikune induktiivsus loetakse siis võrdseks:
M12 = M21 = M.
Selle tulemusena E1 = - M x dl2/dt ja E2 = M x dl/dt. M = K √ (L1 x L2), kus K on induktiivsuse kahe väärtuse vaheline sidestustegur.
Trafodes kasutatakse laialdaselt interinduktsiooni, mis annab võimaluse muuta vahelduvvoolu väärtusi. Seade on paar mähist, mis on keritud ühisele südamikule. Esimeses mähises olev vool moodustab muutuva magnetvoo magnetsüdamikus ja voolu teises mähises. Kui esimeses mähises on vähem pöördeid kui teises, siis pinge tõuseb ja vastavalt rohkemate keerdude korral esimeses mähises pinge väheneb.
Lisaks elektrienergia genereerimisele ja muundamisele kasutatakse magnetinduktsiooni nähtust ka teistes seadmetes. Näiteks magnetlevitatsiooniga rongides, mis liiguvad ilma otsese kontaktita rööbaste vooluga, kuid elektromagnetilise tõuke tõttu paar sentimeetrit kõrgemal.
Seotud artiklid:
