Elektromagnetna indukcija

Pojav v indukciji EMF prevodnika

Če postavite magnetno polje žico in jo premaknite tako, da med premikanjem prečka poljske črte, potem bo žica imela elektromotorna silaImenuje se EMF indukcija.

V prevodniku se bo pojavil indukcijski EMF, tudi če sam prevodnik miruje in se bo magnetno polje premikalo, prečkalo prevodnik s svojimi silnicami.

Če je prevodnik, v katerem se inducira indukcijski EMF, zaprt za kateri koli zunanji tokokrog, bo pod delovanjem tega EMF skozi tokokrog stekel tok, t.i. indukcijski tok.

Pojav indukcije EMF v prevodniku, ko ta prečka njegove magnetne silnice, imenujemo elektromagnetna indukcija.

Elektromagnetna indukcija je obratni proces, to je pretvorba mehanske energije v električno.

Pojav elektromagnetne indukcije se pogosto uporablja v elektrotehnika… Na njegovi uporabi temelji naprava različnih električnih strojev.

Velikost in smer indukcije EMF

Poglejmo zdaj, kakšna bo velikost in smer elektromagnetnega polja, induciranega v prevodniku.

Velikost EMF indukcije je odvisna od števila silnic, ki prečkajo žico na časovno enoto, to je od hitrosti gibanja žice v polju.

Velikost induciranega EMF je neposredno sorazmerna s hitrostjo gibanja prevodnika v magnetnem polju.

Velikost induciranega elektromagnetnega polja je odvisna tudi od dolžine tistega dela žice, ki ga prečkajo poljske črte. Večji kot je del prevodnika, ki ga prečkajo poljske črte, večja je inducirana emf v prevodniku. Nazadnje, močnejše kot je magnetno polje, to je večja kot je njegova indukcija, večji je EMF v prevodniku, ki prečka to polje.

Tako je vrednost EMF indukcije, ki se pojavi v prevodniku, ko se premika v magnetnem polju, neposredno sorazmerna z indukcijo magnetnega polja, dolžino prevodnika in hitrostjo njegovega gibanja.

Ta odvisnost je izražena s formulo E = Blv,

kjer je E indukcijski EMF; B - magnetna indukcija; I je dolžina žice; v je hitrost žice.

Treba je trdno zapomniti, da se v prevodniku, ki se giblje v magnetnem polju, EMF indukcije pojavi le, če ta prevodnik prečkajo silnice magnetnega polja. Če se prevodnik premika vzdolž poljskih črt, to pomeni, da se ne prečka, ampak se zdi, da drsi vzdolž njih, potem v njem ni induciran EMF. Zato je zgornja formula veljavna le, če se žica giblje pravokotno na magnetne silnice.

Smer inducirane emf (kot tudi tok v žici) je odvisna od smeri, v kateri se giblje žica. Obstaja pravilo desne roke za določanje smeri induciranega EMF.

Če držite dlan desne roke tako, da vanj vstopijo črte magnetnega polja, upognjen palec pa bi kazal smer gibanja prevodnika, bi iztegnjeni štirje prsti kazali smer delovanja induciranega EMF in smer toka v vodniku.

Pravilo desne roke

EMF indukcija v tuljavi

Rekli smo že, da je za ustvarjanje EMF indukcije v žici potrebno premakniti samo žico ali magnetno polje v magnetno polje. V obeh primerih morajo žico prečkati magnetne silnice polja, sicer ne bo inducirana emf. Inducirana emf in s tem inducirani tok se lahko pojavita ne le v ravni žici, ampak tudi v žici, zviti v tuljavo.

Pri premikanju v notranjosti tuljave trajnega magneta se v njem inducira EMF zaradi dejstva, da magnetni tok magneta prečka zavoje tuljave, to je na enak način kot pri premikanju ravne žice v polju magneta.

Če se magnet počasi spusti v tuljavo, bo EMF, ki nastane v njem, tako majhen, da igla naprave morda sploh ne odstopi. Če, nasprotno, magnet hitro vstavimo v tuljavo, bo odklon puščice velik. To pomeni, da je velikost induciranega EMF in s tem jakost toka v tuljavi odvisna od hitrosti magneta, to je od tega, kako hitro silnice polja prečkajo zavoje tuljave. Če zdaj v tuljavo izmenično najprej močan in nato šibek magnet z enako hitrostjo vstavite v tuljavo, boste opazili, da bo pri močnem magnetu igla naprave odstopala za večji kot.To pomeni, da je velikost induciranega EMF in s tem jakost toka v tuljavi odvisna od velikosti magnetnega pretoka magneta.

Nazadnje, če se isti magnet uvede z enako hitrostjo, najprej v tuljavo z velikim številom obratov in nato z veliko manjšim številom, potem bo v prvem primeru igla naprave odstopala za večji kot kot v drugi. To pomeni, da je velikost induciranega EMF in s tem jakost toka v tuljavi odvisna od števila njegovih obratov. Enake rezultate lahko dosežemo, če namesto trajnega magneta uporabimo elektromagnet.

Smer indukcije EMF v tuljavi je odvisna od smeri gibanja magneta. Kako določiti smer EMF indukcije, pravi zakon, ki ga je določil E. H. Lenz.

Lenzov zakon elektromagnetne indukcije

Vsako spremembo magnetnega pretoka znotraj tuljave spremlja pojav EMF indukcije v njej in hitrejša sprememba magnetnega pretoka, ki prodira v tuljavo, večja je EMF v njej.

Če je tuljava, v kateri nastane indukcijski EMF, zaprta z zunanjim tokokrogom, potem skozi njene zavoje teče indukcijski tok, ki ustvarja magnetno polje okoli žice, zaradi česar se tuljava spremeni v solenoid. Izkazalo se je, da spreminjajoče se zunanje magnetno polje inducira induciran tok v tuljavi, ta pa ustvari lastno magnetno polje okoli tuljave - tokovno polje.

S preučevanjem tega pojava je E. H. Lenz vzpostavil zakon, ki določa smer indukcijskega toka v tuljavi in ​​s tem smer indukcijskega EMF.EMF indukcije, ki se pojavi v tuljavi, ko se v njej spremeni magnetni tok, ustvari tok v tuljavi v taki smeri, da magnetni tok tuljave, ki ga ustvari ta tok, prepreči spremembo zunanjega magnetnega toka.

Lenzov zakon velja za vse primere indukcije toka v žicah, ne glede na obliko žic in način spremembe zunanjega magnetnega polja.

Ko se trajni magnet premakne glede na žično tuljavo, ki je povezana s sponkami galvanometra, ali ko se tuljava premakne glede na magnet, nastane induciran tok.

Indukcijski tokovi v masivnih vodnikih

Spreminjajoči se magnetni tok lahko inducira EMF ne samo v zavojih tuljave, ampak tudi v masivnih kovinskih vodnikih. Prodira v debelino masivnega prevodnika, magnetni tok inducira v njem EMF, ki ustvarja indukcijske tokove. Ti t.i vrtinčni tokovi razprostirajo čez trdno žico in so v njej kratkostični.

Jedra transformatorjev, magnetna jedra različnih električnih strojev in naprav so samo tiste masivne žice, ki se segrejejo z indukcijskimi tokovi, ki nastanejo v njih.Ta pojav je nezaželen, zato je za zmanjšanje velikosti indukcijskih tokov del električni stroji in jedro transformatorja niso masivni, ampak so sestavljeni iz tankih plošč, med seboj izoliranih s papirjem ali plastjo izolacijskega laka. Zato je pot širjenja vrtinčnih tokov vzdolž mase prevodnika blokirana.

Toda včasih se v praksi kot uporabni tokovi uporabljajo tudi vrtinčni tokovi. Uporaba teh tokov temelji na, na primer, delu indukcijske grelne peči, števci električne energije in tako imenovani magnetni dušilci gibljivih delov električnih merilnih instrumentov.

Poglej tudi: Pojav elektromagnetne indukcije na slikah