In het materiaal zullen we het concept van EMF-inductie begrijpen in situaties waarin het voorkomt. We beschouwen inductantie ook als een belangrijke parameter voor het optreden van een magnetische flux wanneer een elektrisch veld in een geleider verschijnt.
Elektromagnetische inductie is het opwekken van elektrische stroom door magnetische velden die in de loop van de tijd veranderen. Dankzij de ontdekkingen van Faraday en Lenz werden patronen geformuleerd in wetten, die symmetrie introduceerden in het begrip van elektromagnetische stromen. De theorie van Maxwell bracht kennis over elektrische stroom en magnetische fluxen samen. Dankzij de ontdekking van Hertz leerde de mensheid over telecommunicatie.
Inhoud
magnetische flux
Een elektromagnetisch veld verschijnt rond een geleider met een elektrische stroom, maar tegelijkertijd treedt ook het tegenovergestelde fenomeen op: elektromagnetische inductie.Beschouw de magnetische flux als voorbeeld: als een geleiderframe in een elektrisch veld met inductie wordt geplaatst en van boven naar beneden wordt verplaatst langs magnetische veldlijnen of naar rechts of links loodrecht daarop, dan zal de magnetische flux die door het frame gaat constante.
Wanneer het frame om zijn as draait, zal na een tijdje de magnetische flux met een bepaalde hoeveelheid veranderen. Als gevolg hiervan verschijnt een EMF van inductie in het frame en verschijnt er een elektrische stroom, die inductie wordt genoemd.
EMF-inductie
Laten we in detail onderzoeken wat het concept van EMV van inductie is. Wanneer een geleider in een magnetisch veld wordt geplaatst en deze beweegt met het snijpunt van de veldlijnen, verschijnt er een elektromotorische kracht in de geleider, de inductie-EMF. Het komt ook voor als de geleider stationair blijft en het magnetische veld beweegt en de krachtlijnen van de geleider snijdt.
Wanneer de geleider, waar de emf optreedt, zich sluit naar het externe circuit, vanwege de aanwezigheid van deze emf, begint er een inductiestroom door het circuit te vloeien. Elektromagnetische inductie omvat het fenomeen van EMF-inductie in een geleider op het moment dat deze wordt doorkruist door magnetische veldlijnen.
Elektromagnetische inductie is het omgekeerde proces van het omzetten van mechanische energie in elektrische stroom. Dit concept en zijn wetten worden veel gebruikt in de elektrotechniek, de meeste elektrische machines zijn gebaseerd op dit fenomeen.
Wetten van Faraday en Lenz
De wetten van Faraday en Lenz weerspiegelen de patronen van optreden van elektromagnetische inductie.
Faraday ontdekte dat magnetische effecten optreden als gevolg van veranderingen in de magnetische flux in de tijd.Op het moment dat de geleider wordt overgestoken met een magnetische wisselstroom, ontstaat er een elektromotorische kracht in, die leidt tot het verschijnen van een elektrische stroom. Zowel een permanente magneet als een elektromagneet kunnen stroom opwekken.
De wetenschapper stelde vast dat de intensiteit van de stroom toeneemt met een snelle verandering in het aantal krachtlijnen dat het circuit kruist. Dat wil zeggen, de EMF van elektromagnetische inductie is recht evenredig met de snelheid van de magnetische flux.
Volgens de wet van Faraday worden de inductie-EMF-formules als volgt gedefinieerd:
E \u003d - dF / dt.
Het minteken geeft de relatie aan tussen de polariteit van de geïnduceerde EMF, de stroomrichting en de veranderende snelheid.
Volgens de wet van Lenz is het mogelijk om de elektromotorische kracht te karakteriseren afhankelijk van de richting. Elke verandering in de magnetische flux in de spoel leidt tot het verschijnen van een EMF van inductie, en met een snelle verandering wordt een toenemende EMF waargenomen.
Als de spoel, waar een EMF van inductie is, een kortsluiting heeft met een extern circuit, dan stroomt er een inductiestroom doorheen, waardoor een magnetisch veld rond de geleider verschijnt en de spoel de eigenschappen van een solenoïde krijgt . Hierdoor ontstaat er een magnetisch veld rond de spoel.
E.Kh. Lenz stelde een patroon vast waarmee de richting van de inductiestroom in de spoel en de inductie-EMK worden bepaald. De wet stelt dat de inductie-EMK in de spoel, wanneer de magnetische flux verandert, een richtingsstroom in de spoel vormt, waarbij de gegeven magnetische flux van de spoel het mogelijk maakt om veranderingen in de externe magnetische flux te vermijden.
De wet van Lenz is van toepassing op alle situaties van elektrische stroominductie in geleiders, ongeacht hun configuratie en de methode om het externe magnetische veld te veranderen.
De beweging van een draad in een magnetisch veld
De waarde van de geïnduceerde EMF wordt bepaald afhankelijk van de lengte van de geleider die wordt doorkruist door de veldlijnen van kracht. Bij een groter aantal veldlijnen neemt de waarde van de geïnduceerde emf toe. Met een toename van het magnetische veld en inductie treedt een grotere waarde van EMF op in de geleider. De waarde van de EMF van inductie in een geleider die in een magnetisch veld beweegt, is dus direct afhankelijk van de inductie van het magnetische veld, de lengte van de geleider en de snelheid van zijn beweging.
Deze afhankelijkheid wordt weerspiegeld in de formule E = Blv, waarbij E de inductie-emf is; B is de waarde van magnetische inductie; I is de lengte van de geleider; v is de snelheid van zijn beweging.
Merk op dat in een geleider die in een magnetisch veld beweegt, de inductie-EMF alleen verschijnt wanneer deze de magnetische veldlijnen kruist. Als de geleider langs de krachtlijnen beweegt, wordt er geen EMF geïnduceerd. Om deze reden is de formule alleen van toepassing in gevallen waarin de beweging van de geleider loodrecht op de krachtlijnen is gericht.
De richting van de geïnduceerde EMF en elektrische stroom in de geleider wordt bepaald door de bewegingsrichting van de geleider zelf. Om de richting te identificeren, is de rechterhandregel ontwikkeld. Als u de palm van uw rechterhand vasthoudt zodat de veldlijnen in zijn richting komen, en de duim geeft de bewegingsrichting van de geleider aan, dan geven de resterende vier vingers de richting van de geïnduceerde emf en de richting van de elektrische stroom aan in de dirigent.
roterende spoel:
De werking van de elektrische stroomgenerator is gebaseerd op de rotatie van de spoel in een magnetische flux, waarbij er een bepaald aantal windingen is. EMF wordt altijd in een elektrisch circuit geïnduceerd wanneer het wordt gekruist door een magnetische flux, gebaseerd op de magnetische fluxformule Ф \u003d B x S x cos α (magnetische inductie vermenigvuldigd met het oppervlak waardoor de magnetische flux passeert, en de cosinus van de hoek gevormd door de richtingsvector en de loodrechte vlakke lijnen).
Volgens de formule wordt F beïnvloed door veranderingen in situaties:
- wanneer de magnetische flux verandert, verandert de richtingsvector;
- het gebied ingesloten in de contour verandert;
- hoek verandert.
Het is toegestaan om EMV te induceren met een stationaire magneet of een constante stroom, maar gewoon wanneer de spoel rond zijn as binnen het magnetische veld draait. In dit geval verandert de magnetische flux als de hoek verandert. De spoel in het rotatieproces kruist de krachtlijnen van de magnetische flux, met als resultaat een EMF. Bij uniforme rotatie treedt een periodieke verandering in de magnetische flux op. Ook wordt het aantal veldlijnen dat elke seconde kruist gelijk aan de waarden met regelmatige tussenpozen.
In de praktijk blijft bij wisselstroomgeneratoren de spoel stationair en draait de elektromagneet eromheen.
EMF zelfinductie
Wanneer een elektrische wisselstroom door de spoel gaat, wordt een wisselend magnetisch veld gegenereerd, dat wordt gekenmerkt door een veranderende magnetische flux die een EMF induceert. Dit fenomeen wordt zelfinductie genoemd.
Vanwege het feit dat de magnetische flux evenredig is met de intensiteit van de elektrische stroom, ziet de zelfinductie-EMF-formule er als volgt uit:
Ф = L x I, waarbij L de inductantie is, gemeten in H.De waarde wordt bepaald door het aantal windingen per lengte-eenheid en de waarde van hun doorsnede.
Wederzijdse inductie
Wanneer twee spoelen naast elkaar zijn geplaatst, nemen ze de EMF van wederzijdse inductie waar, die wordt bepaald door de configuratie van de twee circuits en hun onderlinge oriëntatie. Met toenemende scheiding van de circuits neemt de waarde van wederzijdse inductantie af, omdat er een afname is van de totale magnetische flux voor de twee spoelen.
Laten we het proces van het ontstaan van wederzijdse inductie in detail bekijken. Er zijn twee spoelen, stroom I1 vloeit door de draad van een met N1 windingen, die een magnetische flux creëert en gaat door de tweede spoel met N2 aantal windingen.
De waarde van de wederzijdse inductantie van de tweede spoel ten opzichte van de eerste:
M21 = (N2 x F21)/I1.
Magnetische fluxwaarde:
F21 = (M21/N2) x I1.
De geïnduceerde emf wordt berekend met de formule:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
In de eerste spoel, de waarde van de geïnduceerde emf:
E1 = - M12 x dI2/dt.
Het is belangrijk op te merken dat de elektromotorische kracht die wordt opgewekt door wederzijdse inductie in een van de spoelen in ieder geval recht evenredig is met de verandering in elektrische stroom in de andere spoel.
Dan wordt de wederzijdse inductie gelijk geacht aan:
M12 = M21 = M.
Dientengevolge, E1 = - M x dI2/dt en E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), waarbij K de koppelingscoëfficiënt is tussen de twee inductantiewaarden.
Wederzijdse inductantie wordt veel gebruikt in transformatoren, die het mogelijk maken om de waarde van een elektrische wisselstroom te veranderen. Het apparaat is een paar spoelen die op een gemeenschappelijke kern zijn gewikkeld. De stroom in de eerste spoel vormt een veranderende magnetische flux in het magnetische circuit en een stroom in de tweede spoel.Met minder windingen in de eerste spoel dan in de tweede, neemt de spanning toe en dienovereenkomstig, met een groter aantal windingen in de eerste wikkeling, neemt de spanning af.
Naast het opwekken en transformeren van elektrische energie, wordt het fenomeen magnetische inductie ook in andere apparaten gebruikt. Bijvoorbeeld in magnetische levitatie treinen die bewegen zonder direct contact met de stroom in de rails, maar een paar centimeter hoger door elektromagnetische afstoting.
Vergelijkbare artikelen:
