Pada artikel ini, kita akan memahami konsep EMF induktif dalam situasi di mana itu terjadi. Kami juga akan melihat induktansi sebagai parameter kunci untuk munculnya fluks magnet ketika medan listrik muncul dalam konduktor.
Induksi elektromagnetik adalah pembangkitan arus listrik oleh medan magnet yang berubah seiring waktu. Berkat penemuan Faraday dan Lenz, keteraturan dirumuskan menjadi hukum, yang memperkenalkan simetri ke dalam pemahaman fluks elektromagnetik. Teori Maxwell menyatukan pengetahuan tentang arus listrik dan fluks magnet. Melalui penemuan Hertz, umat manusia belajar tentang telekomunikasi.
Isi
Fluks magnet
Medan elektromagnetik muncul di sekitar konduktor dengan arus listrik, tetapi fenomena sebaliknya, induksi elektromagnetik, juga terjadi secara paralel. Mari kita perhatikan fluks magnet sebagai contoh: jika bingkai konduktor ditempatkan dalam medan listrik dengan induksi dan dipindahkan dari atas ke bawah sepanjang garis gaya magnet atau dari kanan ke kiri tegak lurus terhadapnya, maka fluks magnet yang melewati bingkai akan menjadi nilai konstan.
Jika bingkai berputar di sekitar porosnya, maka setelah beberapa waktu fluks magnet akan berubah dengan nilai tertentu. Akibatnya, EMF induksi akan terjadi pada bingkai dan akan muncul arus listrik, yang disebut arus induksi.
EMF induksi
Mari kita pahami secara detail apa itu konsep EMF induktif. Ketika sebuah konduktor ditempatkan dalam medan magnet dan bergerak dengan melintasi garis-garis medan, gaya gerak listrik yang disebut EMF induktif muncul di konduktor. Itu juga terjadi jika konduktor tetap diam dan medan magnet bergerak dan melintasi garis medan dengan konduktor.
Ketika sebuah konduktor, di mana EMF terjadi, menutup ke sirkuit eksternal, arus induksi mulai mengalir melalui sirkuit karena adanya EMF ini. Induksi elektromagnetik melibatkan fenomena induksi EMF dalam konduktor pada saat dilintasi oleh garis medan magnet.
Induksi elektromagnetik adalah proses kebalikan dari transformasi energi mekanik menjadi arus listrik. Konsep ini dan hukumnya banyak digunakan dalam teknik listrik, sebagian besar mesin listrik didasarkan pada fenomena ini.
Hukum Faraday dan Lenz
Hukum Faraday dan Lenz menggambarkan pola induksi elektromagnetik.
Faraday mengungkapkan bahwa efek magnetik muncul sebagai akibat dari perubahan fluks magnet dari waktu ke waktu. Saat konduktor dilintasi oleh arus magnet bolak-balik, gaya gerak listrik muncul di konduktor, menghasilkan arus listrik. Baik magnet permanen dan elektromagnet dapat menghasilkan arus.
Ilmuwan menentukan bahwa intensitas arus meningkat dengan perubahan cepat dalam jumlah saluran listrik yang melintasi sirkuit. Artinya, EMF induksi elektromagnetik tetap bergantung langsung pada laju fluks magnet.
Menurut hukum Faraday, rumus untuk induksi EMF didefinisikan sebagai berikut:
E = - dF/dt.
Tanda "minus" menunjukkan hubungan antara polaritas EMF yang diinduksi, arah fluks, dan kecepatan yang berubah.
Menurut hukum Lenz, adalah mungkin untuk mengkarakterisasi gaya gerak listrik tergantung pada arahnya. Setiap perubahan fluks magnet dalam kumparan menghasilkan EMF induksi, dan dengan perubahan yang cepat terjadi peningkatan EMF.
Jika koil dengan EMF induksi disingkat ke sirkuit eksternal, maka arus induksi mengalir melaluinya, yang menyebabkan medan magnet muncul di sekitar konduktor dan koil memperoleh sifat-sifat solenoida. Akibatnya, medan magnet sendiri terbentuk di sekitar koil.
E. H. Lenz menetapkan hukum yang dengannya arah arus induksi dalam koil dan EMF induksi ditentukan. Hukum menyatakan bahwa EMF induksi dalam kumparan membentuk arus dalam kumparan arah di mana fluks magnet yang diberikan kumparan memungkinkan untuk menghindari perubahan fluks magnet asing.
Hukum Lenz berlaku untuk semua situasi induksi arus listrik dalam konduktor, terlepas dari konfigurasi atau metode mengubah medan magnet eksternal.
Pergerakan kawat dalam medan magnet
Nilai EMF yang diinduksi ditentukan sesuai dengan panjang konduktor yang dilintasi oleh garis medan. Jika ada lebih banyak garis gaya, nilai EMF induksi meningkat. Ketika medan magnet dan induksi meningkat, nilai EMF yang lebih besar muncul di konduktor. Dengan demikian, nilai induksi EMF pada penghantar yang bergerak dalam medan magnet secara langsung bergantung pada induksi medan magnet, panjang penghantar dan kecepatan gerakannya.
Ketergantungan ini tercermin dalam rumus E = Blv, di mana E adalah EMF induksi; B adalah nilai induksi magnetik; I adalah panjang konduktor; v adalah kecepatan geraknya.
Perhatikan bahwa dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet, EMF induksi hanya muncul ketika melintasi garis gaya medan magnet. Jika konduktor bergerak sepanjang garis medan, maka tidak ada EMF yang diinduksi. Untuk alasan ini, rumus hanya berlaku jika gerakan konduktor diarahkan tegak lurus terhadap garis gaya.
Arah EMF induksi dan arus listrik pada penghantar ditentukan oleh arah penghantar itu sendiri. Sebuah aturan tangan kanan telah dikembangkan untuk mengungkapkan arah. Jika Anda memegang telapak tangan kanan Anda sehingga garis-garis medan masuk ke arahnya dan ibu jari Anda menunjukkan arah gerak konduktor, maka keempat jari lainnya menunjukkan arah EMF induksi dan arah arus listrik masuk. konduktor.
Kumparan berputar
Fungsi generator arus listrik didasarkan pada putaran sebuah kumparan pada fluks magnet, dimana terdapat jumlah lilitan tertentu. EMF diinduksi dalam suatu rangkaian listrik selalu ketika dilintasi oleh fluks magnet, berdasarkan rumus fluks magnet F = B x S x cos (induksi magnet dikalikan dengan luas permukaan yang dilalui fluks magnet dan kosinus sudut yang terbentuk oleh vektor arah dan tegak lurus bidang garis).
Menurut rumus, F dipengaruhi oleh perubahan situasi:
- vektor arah berubah ketika fluks magnet berubah;
- area yang dilingkupi oleh sirkuit berubah;
- sudut berubah.
Hal ini diperbolehkan untuk menginduksi EMF ketika magnet stasioner atau arus tidak berubah, tetapi hanya ketika kumparan berputar di sekitar sumbunya dalam medan magnet. Dalam hal ini, fluks magnet berubah seiring dengan perubahan nilai sudut. Kumparan melintasi garis gaya fluks magnet saat berputar, menghasilkan EMF. Dengan rotasi seragam, ada perubahan periodik dalam fluks magnet.Juga jumlah garis gaya yang dilintasi setiap detik menjadi sama dalam selang waktu yang sama.
Dalam praktiknya, pada alternator, kumparan tetap diam dan elektromagnet melakukan rotasi di sekitarnya.
EMF induksi diri
Ketika arus listrik bolak-balik melewati sebuah kumparan, medan magnet bolak-balik dihasilkan, yang ditandai dengan perubahan fluks magnet yang menginduksi EMF. Fenomena ini disebut induksi diri.
Karena fluks magnet sebanding dengan intensitas arus listrik, maka rumus EMF induksi sendiri adalah sebagai berikut:
F = L x I, di mana L adalah induktansi, yang diukur dalam Gn. Nilainya ditentukan oleh jumlah belokan per satuan panjang dan ukuran penampangnya.
Induksi Bersama
Ketika dua kumparan ditempatkan bersebelahan, ada EMF induksi timbal balik, yang ditentukan oleh konfigurasi dua sirkuit dan orientasi timbal baliknya. Dengan meningkatnya pemisahan rangkaian, nilai induktansi timbal balik menurun karena ada penurunan fluks magnet yang umum pada kedua kumparan.
Mari kita pertimbangkan secara rinci proses induksi timbal balik. Ada dua kumparan, di sepanjang kawat satu dengan putaran N1 arus I1 mengalir, yang menciptakan fluks magnet dan melewati kumparan kedua dengan jumlah putaran N2.
Nilai induktansi timbal balik dari kumparan kedua sehubungan dengan yang pertama:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Nilai fluks magnet:
F21 = (M21/N2) x I1.
EMF yang diinduksi dihitung dengan rumus:
E2 = - N2 x dF21/dt = - M21x dI1/dt.
Pada kumparan pertama, nilai EMF yang diinduksi adalah:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Penting untuk dicatat bahwa gaya gerak listrik yang diinduksi oleh induksi timbal balik di salah satu kumparan dalam hal apapun berbanding lurus dengan perubahan arus listrik di kumparan lainnya.
Induktansi bersama kemudian dianggap sama:
M12 = M21 = M.
Akibatnya , E1 = - M x dI2/dt dan E2 = M x dI1/dt. M = K (L1 x L2), dimana K adalah faktor kopling antara dua nilai induktansi.
Interinduksi banyak digunakan dalam transformator, yang memberikan kemungkinan untuk mengubah nilai arus listrik bolak-balik. Perangkat adalah sepasang kumparan yang dililitkan pada inti yang sama. Arus pada kumparan pertama membentuk fluks magnet yang berubah pada inti magnet dan arus pada kumparan kedua. Dengan lebih sedikit lilitan pada kumparan pertama daripada pada kumparan kedua, tegangan meningkat, dan sejalan dengan lebih banyak lilitan pada kumparan pertama, tegangan berkurang.
Selain menghasilkan dan mengubah energi listrik, fenomena induksi magnetik digunakan di perangkat lain. Misalnya, di kereta levitasi magnetik, bergerak tanpa kontak langsung dengan arus di rel, tetapi beberapa sentimeter lebih tinggi karena tolakan elektromagnetik.
Artikel terkait:
