Elektromagnetická indukcia je definovaná ako indukciu elektromotorické sily (napätie) v médiu alebo v blízkosti tela kvôli prítomnosti meniaceho sa magnetického poľa. Tento jav objavil britský fyzik a chemik Michael Faraday v priebehu roku 1831 prostredníctvom Faradayovho zákona o elektromagnetickej indukcii.
Faraday uskutočňoval experimentálne testy s permanentným magnetom obklopeným cievkou drôtu a pozoroval indukciu napätia na uvedenej cievke a cirkuláciu základného prúdu.
Michael Faraday
Tento zákon uvádza, že indukované napätie v uzavretej slučke je priamo úmerné rýchlosti zmeny magnetického toku, keď prechádza povrchom, s ohľadom na čas. Je teda možné indukovať prítomnosť rozdielu napätia (napätia) na susednom tele v dôsledku pôsobenia premenlivých magnetických polí.
Toto indukované napätie zase vedie k cirkulácii prúdu zodpovedajúceho indukovanému napätiu a impedancii predmetu analýzy. Tento jav je princípom činnosti energetických systémov a zariadení každodenného použitia, ako sú: motory, generátory a elektrické transformátory, indukčné pece, induktory, batérie atď.
Vzorec a jednotky
Elektromagnetická indukcia pozorovaná Faradayom bola zdieľaná so svetom vedy pomocou matematického modelovania, ktoré umožňuje replikovať tento typ javu a predpovedať jeho správanie.
vzorec
Na výpočet elektrických parametrov (napätie, prúd) spojených s javom elektromagnetickej indukcie je najprv potrebné definovať, aká je hodnota magnetickej indukcie, v súčasnosti známa ako magnetické pole.
Aby bolo možné zistiť, čo je magnetický tok, ktorý prechádza určitým povrchom, musí sa vypočítať súčin magnetickej indukcie touto oblasťou. takže:
Kde:
Φ: Magnetický tok
B: Magnetická indukcia
S: Povrch
Faradayov zákon naznačuje, že elektromotorická sila, ktorá je indukovaná na susedných telách, je daná rýchlosťou zmeny magnetického toku vzhľadom na čas, ako je podrobne uvedené nižšie:
Kde:
ε: Elektromotorická sila
Nahradením hodnoty magnetického toku v predchádzajúcom výraze máme nasledujúce:
Ak sa integrály aplikujú na obe strany rovnice, aby sa vymedzila konečná dráha pre oblasť spojenú s magnetickým tokom, získa sa presnejšia aproximácia požadovaného výpočtu.
Ďalej je týmto spôsobom obmedzený aj výpočet elektromotorickej sily v uzavretom obvode. Pri aplikácii integrácie do oboch členov rovnice sa teda získa, že:
Merná jednotka
Magnetická indukcia sa meria v medzinárodnom systéme jednotiek (SI) v Teslase. Táto merná jednotka je označená písmenom T a zodpovedá množine nasledujúcich základných jednotiek.
Jedna tesla je ekvivalentná jednotnej magnetickej indukcii, ktorá vytvára magnetický tok 1 weber na povrchu jedného štvorcového metra.
Podľa Cegesimálneho systému jednotiek (CGS) je mernou jednotkou magnetickej indukcie gauss. Rovnocenný vzťah medzi oboma jednotkami je nasledujúci:
1 tesla = 10 000 gaussov
Merná jednotka magnetickej indukcie patrí jej názvu srbsko-chorvátskemu inžinierovi, fyzikovi a vynálezcovi Nikola Tesle. Takto bol pomenovaný v polovici 60. rokov.
Ako to funguje?
Nazýva sa indukcia, pretože neexistuje žiadne fyzické spojenie medzi primárnym a sekundárnym prvkom; v dôsledku toho sa všetko deje prostredníctvom nepriamych a nehmotných spojení.
Fenomén elektromagnetickej indukcie nastáva vzhľadom na interakciu silových čiar variabilného magnetického poľa na voľné elektróny blízkeho vodivého prvku.
Z tohto dôvodu musí byť predmet alebo médium, na ktorom sa indukcia uskutočňuje, usporiadané kolmo na siločiary magnetického poľa. Týmto spôsobom je sila pôsobiaca na voľné elektróny väčšia a následne je elektromagnetická indukcia oveľa silnejšia.
Smer obehu indukovaného prúdu je zase daný smerom daným silovými čiarami premenlivého magnetického poľa.
Na druhej strane existujú tri spôsoby, pomocou ktorých je možné meniť tok magnetického poľa na vyvolanie elektromotorickej sily na blízkom tele alebo objekte:
1 - Modifikujte modul magnetického poľa prostredníctvom zmien v intenzite toku.
2 - Zmeňte uhol medzi magnetickým poľom a povrchom.
3 - Zmena veľkosti vlastného povrchu.
Potom, keď bolo magnetické pole modifikované, je indukovaná elektromotorická sila v susednom objekte, ktorý v závislosti od odporu voči prúdovej cirkulácii, ktorý má (impedancia), vytvorí indukovaný prúd.
V tomto poradí nápadov bude podiel uvedeného indukovaného prúdu väčší alebo menší ako primárny prúd, v závislosti od fyzickej konfigurácie systému.
Príklady
Princíp elektromagnetickej indukcie je základom činnosti elektrických transformátorov napätia.
Transformačný pomer napäťového transformátora (znižovanie alebo zvyšovanie) je daný počtom vinutí, ktoré má každé vinutie transformátora.
Teda, v závislosti od počtu cievok, môže byť napätie na sekundárnom zdroji vyššie (zosilňovací transformátor) alebo nižšie (transformátor znižovania), v závislosti od aplikácie v prepojenom elektrickom systéme.
Podobným spôsobom pôsobia elektromagnetické indukcie aj turbíny vyrábajúce elektrinu v hydroelektrických centrách.
V tomto prípade lopatky turbíny pohybujú osou rotácie, ktorá je umiestnená medzi turbínou a generátorom. Výsledkom je mobilizácia rotora.
Rotor sa naopak skladá zo série vinutí, ktoré pri pohybe dávajú vznik premenlivému magnetickému poľu.
Ten indukuje elektromotorickú silu v statore generátora, ktorá je pripojená k systému, ktorý umožňuje transport energie generovanej počas procesu online.
Prostredníctvom dvoch vyššie uvedených príkladov je možné zistiť, ako je elektromagnetická indukcia súčasťou našich životov v základných aplikáciách každodenného života.
Referencie
- Elektromagnetická indukcia (sf). Obnovené z: electronics-tutorials.ws
- Elektromagnetická indukcia (sf). Obnovené z: nde-ed.org
- Dnes v histórii. 29. augusta 1831: Bola objavená elektromagnetická indukcia. Obnovené z: mx.tuhistory.com
- Martín, T. a Serrano, A. (nd). Magnetická indukcia. Polytechnická univerzita v Madride. Madrid Španielsko. Obnovené z: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagnetická indukcia. Obnovené z: euston96.com
- Wikipedia, bezplatná encyklopédia (2018). Tesla (jednotka). Obnovené z: es.wikipedia.org