Elektromagnetinė indukcija: formulė ir vienetai, kaip tai veikia ir pavyzdžiai

Elektromagnetinė indukcija apibrėžiama kaip elektromotorinės jėgos (įtampos) indukcija netoliese esančioje terpėje arba kūno dalyje dėl kintamo magnetinio lauko buvimo. Šį reiškinį 1831 m. Atrado britų fizikas ir chemikas Michael Faraday Faradėjaus elektromagnetinio indukcijos įstatymu.

Faradėjus atliko eksperimentinius bandymus su nuolatiniu magnetu, apsuptu vielos ritės, ir stebėjo įtampos indukciją minėtoje ritėje ir pagrindinės srovės cirkuliaciją.

Šis įstatymas nurodo, kad įtampa, sukurta uždaroje kilpoje, yra tiesi proporcinga magnetinio srauto pokyčio spartai peržengiant paviršių, atsižvelgiant į laiką. Taigi, yra įmanoma sukelti įtampos skirtumo (įtampos) buvimą gretimame korpuse dėl kintamų magnetinių laukų poveikio.

Savo ruožtu ši indukuota įtampa sukelia srovę, atitinkančią indukuotą įtampą ir analizės objekto impedanciją. Šis reiškinys yra galios sistemų ir kasdienio naudojimo įtaisų veikimo principas, pavyzdžiui: varikliai, generatoriai ir elektros transformatoriai, indukcinės krosnys, induktoriai, baterijos ir kt.

Formulė ir vienetai

Faradėjaus pastebėta elektromagnetinė indukcija buvo dalijama mokslo pasauliui per matematinį modeliavimą, kuris leidžia pakartoti šio tipo reiškinius ir prognozuoti jų elgesį.

Formulė

Apskaičiuojant elektromagnetinius indukcijos fenomeną susijusius elektros parametrus (įtampą, srovę), pirmiausia turime apibrėžti, kokia yra magnetinės indukcijos vertė, šiuo metu žinoma kaip magnetinis laukas.

Norėdami žinoti, koks yra magnetinis srautas, kertantis tam tikrą paviršių, magnetinio indukcijos produktas turi būti apskaičiuojamas pagal minėtą plotą. Taigi:

Kur:

Φ: Magnetinis srautas [Wb]

B: Magnetinė indukcija [T]

S: paviršius [m2]

Faradėjaus įstatymas nurodo, kad elektromechaninė jėga, kurią sukelia aplinkiniai kūnai, apskaičiuojama pagal magnetinio srauto pokyčio greitį laiko atžvilgiu, kaip nurodyta toliau:

Kur:

ε: elektromotorinė jėga [V]

Pakeitus ankstesnės išraiškos magnetinio srauto vertę, turime:

Jei integralai yra taikomi abiejose lygties pusėse, norint nustatyti ribinę trajektoriją plotui, susijusiam su magnetiniu srautu, gaunamas tikslesnis reikalingo skaičiavimo apytikslis.

Be to, taip apribojamas ir elektromotorinės jėgos skaičiavimas uždarame kontūre. Taigi, taikant integraciją į abi lygtis, gaunama:

Matavimo vienetas

Magnetinė indukcija matuojama Teslo tarptautinėje vienetų sistemoje (SI). Šis matavimo vienetas pateikiamas raidėmis T ir atitinka šių pagrindinių vienetų rinkinį.

Tesla yra lygiavertė vienodos formos magnetinei indukcijai, sukuriančiai 1 kvadratinio metro paviršiaus magnetinį srautą.

Pagal Cegesiminių vienetų sistemą (CGS) magnetinio indukcijos matavimo vienetas yra gauss. Abiejų vienetų lygiavertiškumo santykis yra toks:

1 tesla = 10 000 gauss

Magnetinės indukcijos matavimo vienetas turi savo vardą inžinieriui, fizikui ir išradėjui Serbo-Croatian Nikola Tesla. Tokiu būdu jis buvo pavadintas 1960 m. Viduryje.

Kaip tai veikia?

Tai vadinama indukcija, nes nėra fizinio ryšio tarp pirminių ir antrinių elementų; todėl viskas vyksta per netiesioginius ir nematerialius ryšius.

Elektromagnetinio indukcijos reiškinys atsiranda atsižvelgiant į kintamo magnetinio lauko jėgos linijų sąveiką šalia esančio laidinio elemento laisvuose elektronuose.

Šiuo tikslu objektas arba priemonės, kuriomis vyksta indukcija, turi būti išdėstytos statmenai magnetinio lauko jėgos linijoms. Tokiu būdu, laisvųjų elektronų jėga yra didesnė, todėl elektromagnetinė indukcija yra daug stipresnė.

Savo ruožtu indukuotos srovės cirkuliacijos kryptį lemia kintamojo magnetinio lauko jėgos linijų kryptis.

Kita vertus, yra trys būdai, kuriais galima keisti magnetinio lauko srautą, kad būtų galima sukelti elektromotorinę jėgą ant kūno ar šalia esančio objekto:

1- Modifikuoti magnetinio lauko modulį, keičiant srauto intensyvumą.

2- Pakeiskite kampą tarp magnetinio lauko ir paviršiaus.

3 - Modifikuoti natūralaus paviršiaus dydį.

Tada, kai buvo pakeistas magnetinis laukas, kaimyniniame objekte sukelia elektromotorinę jėgą, kuri, priklausomai nuo atsparumo srovės srautui, kurį ji turi (varža), sukels sukeltą srovę.

Šioje idėjų eilėje šios sukeltos srovės dalis bus didesnė arba mažesnė už pirminę, priklausomai nuo fizinės sistemos konfigūracijos.

Pavyzdžiai

Elektromagnetinio indukcijos principas yra elektros įtampos transformatorių veikimo pagrindas.

Įtampos transformatoriaus (reduktoriaus arba lifto) transformacijos santykį lemia apvijų, kurias kiekvienas transformatoriaus apvijos turi, skaičius.

Taigi, priklausomai nuo ritinių skaičiaus, įtampa antrinėje gali būti didesnė (pakopinis transformatorius) arba žemesnė (pakopinis transformatorius), priklausomai nuo to, kokia yra taikomoji jungtinė elektros sistema.

Panašiai elektros energijos gamybos turbinos hidroelektriniuose taip pat veikia dėl elektromagnetinio indukcijos.

Šiuo atveju turbinos mentės perkelia sukimosi ašį, esančią tarp turbinos ir generatoriaus. Tada tai sukelia rotoriaus mobilizavimą.

Savo ruožtu, rotorius yra sudarytas iš apvijų serijos, kurios, judant, sukelia kintamą magnetinį lauką.

Pastarasis sukelia elektromotorinę jėgą generatoriaus statoriuje, kuris yra prijungtas prie sistemos, leidžiančios transportuoti proceso metu susidariusią energiją internetu.

Remiantis dviem pavyzdžiais, kurie buvo apšviesti, galima nustatyti, kaip elektromagnetinė indukcija yra mūsų gyvenimo dalis kasdieniame gyvenime.