В материала ще разберем концепцията за индукция на ЕМП в ситуации на нейното възникване. Ние също така разглеждаме индуктивността като ключов параметър за появата на магнитен поток, когато в проводник се появи електрическо поле.
Електромагнитната индукция е генериране на електрически ток от магнитни полета, които се променят с времето. Благодарение на откритията на Фарадей и Ленц, моделите са формулирани в закони, които въвеждат симетрия в разбирането на електромагнитните потоци. Теорията на Максуел обединява знанията за електрическия ток и магнитните потоци. Благодарение на откритието на Херц човечеството научи за телекомуникациите.
Съдържание
магнитен поток
Около проводник с електрически ток се появява електромагнитно поле, но успоредно с това възниква и обратното явление - електромагнитна индукция.Помислете за магнитния поток като пример: ако рамката на проводника е поставена в електрическо поле с индукция и се движи отгоре надолу по линиите на магнитното поле или надясно или наляво перпендикулярно на тях, тогава магнитният поток, преминаващ през рамката, ще бъде постоянен.
Когато рамката се върти около оста си, след известно време магнитният поток ще се промени с определено количество. В резултат на това в рамката се появява EMF на индукция и се появява електрически ток, който се нарича индукция.
EMF индукция
Нека разгледаме подробно какво е понятието ЕМП на индукцията. Когато проводник е поставен в магнитно поле и се движи с пресечната точка на силовите линии, в проводника се появява електродвижеща сила, наречена индукционна ЕМП. Това се случва и ако проводникът остане неподвижен, а магнитното поле се движи и се пресича със силовите линии на проводника.
Когато проводникът, където възниква ЕДС, се затвори към външната верига, поради наличието на тази ЕДС, през веригата започва да тече индукционен ток. Електромагнитната индукция включва явлението на индукция на ЕМП в проводник в момента, в който се пресича от линии на магнитно поле.
Електромагнитната индукция е обратният процес на трансформиране на механичната енергия в електрически ток. Тази концепция и нейните закони се използват широко в електротехниката, повечето електрически машини се основават на това явление.
Законите на Фарадей и Ленц
Законите на Фарадей и Ленц отразяват моделите на възникване на електромагнитната индукция.
Фарадей установи, че магнитните ефекти се появяват в резултат на промените в магнитния поток във времето.В момента на пресичане на проводника с променлив магнитен ток в него възниква електродвижеща сила, което води до появата на електрически ток. И постоянен магнит, и електромагнит могат да генерират ток.
Ученият установи, че интензитетът на тока се увеличава с бърза промяна в броя на силовите линии, които пресичат веригата. Тоест ЕМП на електромагнитната индукция е право пропорционална на скоростта на магнитния поток.
Съгласно закона на Фарадей, формулите на индукционната ЕМП се дефинират, както следва:
E \u003d - dF / dt.
Знакът минус показва връзката между полярността на индуцираната ЕМП, посоката на потока и променящата се скорост.
Според закона на Ленц е възможно да се характеризира електродвижещата сила в зависимост от нейната посока. Всяка промяна в магнитния поток в намотката води до появата на ЕМП на индукция и при бърза промяна се наблюдава нарастваща ЕМП.
Ако бобината, където има EMF на индукция, има късо съединение към външна верига, тогава през нея протича индукционен ток, в резултат на което около проводника се появява магнитно поле и бобината придобива свойствата на соленоид . В резултат на това около намотката се образува магнитно поле.
Е.Х. Ленц установява закономерност, според която се определя посоката на индукционния ток в бобината и индукционната ЕДС. Законът гласи, че индукционната ЕМП в намотката, когато магнитният поток се промени, образува насочен ток в намотката, при който даденият магнитен поток на бобината позволява да се избегнат промени в външния магнитен поток.
Законът на Ленц се прилага за всички ситуации на индукция на електрически ток в проводници, независимо от тяхната конфигурация и метода на промяна на външното магнитно поле.
Движението на проводник в магнитно поле
Стойността на индуцираната ЕМП се определя в зависимост от дължината на проводника, пресечен от силовите линии на полето. При по-голям брой полеви линии стойността на индуцираната ЕДС нараства. С увеличаване на магнитното поле и индукцията в проводника възниква по-голяма стойност на ЕМП. По този начин стойността на EMF на индукцията в проводник, движещ се в магнитно поле, е в пряка зависимост от индукцията на магнитното поле, дължината на проводника и скоростта на неговото движение.
Тази зависимост е отразена във формулата E = Blv, където E е индукционната емф; B е стойността на магнитната индукция; I е дължината на проводника; v е скоростта на неговото движение.
Имайте предвид, че в проводник, който се движи в магнитно поле, индукционната ЕМП се появява само когато пресича линиите на магнитното поле. Ако проводникът се движи по силовите линии, тогава не се индуцира ЕМП. Поради тази причина формулата се прилага само в случаите, когато движението на проводника е насочено перпендикулярно на силовите линии.
Посоката на индуцираната ЕМП и електрическия ток в проводника се определя от посоката на движение на самия проводник. За идентифициране на посоката е разработено правилото за дясната ръка. Ако държите дланта на дясната си ръка така, че линиите на полето да влизат в нейната посока, а палецът показва посоката на движение на проводника, тогава останалите четири пръста показват посоката на индуцираната ЕДС и посоката на електрическия ток в проводника.
Въртяща се намотка
Функционирането на генератора на електрически ток се основава на въртенето на бобината в магнитен поток, при който има определен брой завои. ЕМП се индуцира в електрическа верига винаги, когато се пресича от магнитен поток, въз основа на формулата на магнитния поток Ф \u003d B x S x cos α (магнитната индукция, умножена по повърхността, през която преминава магнитният поток, и косинусът на ъгъла, образуван от вектора на посоката и перпендикулярните равнини).
Според формулата F се влияе от промени в ситуациите:
- когато магнитният поток се промени, векторът на посоката се променя;
- площта, затворена в контура, се променя;
- промени в ъгъла.
Позволено е да се индуцира ЕМП с неподвижен магнит или постоянен ток, но просто когато бобината се върти около оста си в магнитното поле. В този случай магнитният поток се променя с промяна на ъгъла. Бобината в процеса на въртене пресича силовите линии на магнитния поток, в резултат на което се появява EMF. При равномерно въртене възниква периодична промяна в магнитния поток. Също така, броят на полеви линии, които пресичат всяка секунда, става равен на стойностите на редовни интервали.
На практика в генераторите на променлив ток бобината остава неподвижна, а електромагнитът се върти около нея.
ЕМП самоиндукция
Когато променлив електрически ток преминава през намотката, се генерира променливо магнитно поле, което се характеризира с променящ се магнитен поток, който индуцира ЕМП. Това явление се нарича самоиндукция.
Поради факта, че магнитният поток е пропорционален на интензитета на електрическия ток, тогава формулата за самоиндукция EMF изглежда така:
Ф = L x I, където L е индуктивността, която се измерва в H.Стойността му се определя от броя на завоите на единица дължина и стойността на тяхното напречно сечение.
Взаимна индукция
Когато две намотки са разположени една до друга, те наблюдават ЕДС на взаимна индукция, която се определя от конфигурацията на двете вериги и тяхната взаимна ориентация. С увеличаване на разделянето на веригите стойността на взаимната индуктивност намалява, тъй като има намаляване на общия магнитен поток за двете намотки.
Нека разгледаме подробно процеса на възникване на взаимна индукция. Има две намотки, ток I1 протича през проводника на едната с N1 навивки, която създава магнитен поток и преминава през втората намотка с N2 брой навивки.
Стойността на взаимната индуктивност на втората намотка спрямо първата:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Стойност на магнитния поток:
F21 = (M21/N2) x I1.
Индуцираната ЕДС се изчислява по формулата:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
В първата намотка стойността на индуцираната ЕДС:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Важно е да се отбележи, че електродвижещата сила, предизвикана от взаимната индукция в една от намотките, във всеки случай е право пропорционална на промяната в електрическия ток в другата намотка.
Тогава взаимната индуктивност се счита за равна на:
M12 = M21 = M.
В резултат на това E1 = - M x dI2/dt и E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), където K е коефициентът на свързване между двете стойности на индуктивността.
Взаимната индуктивност се използва широко в трансформаторите, които позволяват промяна на стойността на променлив електрически ток. Устройството представлява двойка намотки, които са навити на общо ядро. Токът в първата намотка образува променящ се магнитен поток в магнитната верига и ток във втората намотка.При по-малко завои в първата намотка, отколкото във втората, напрежението се увеличава и съответно с по-голям брой завои в първата намотка напрежението намалява.
В допълнение към генерирането и преобразуването на електрическа енергия, явлението магнитна индукция се използва в други устройства. Например, при влакове с магнитна левитация, движещи се без директен контакт с тока в релсите, но няколко сантиметра по-високи поради електромагнитно отблъскване.
Подобни статии:
