Elektromagnētiskās indukcijas tiek definēta kā indukcijas uz EDS (sprieguma), kas ir vidēja vai tuvu ķermenim, jo klātbūtnes mainīgajā magnētiskajā laukā. Šo fenomenu atklāja britu fiziķis un ķīmiķis Maikls Faradejs 1831. gada laikā, izmantojot Faraday elektromagnētiskās indukcijas likumu.
Faraday veica eksperimentālus testus ar pastāvīgu magnētu, ko ieskauj stieples spole, un novēroja sprieguma indukciju uz šīs spoles un pakārtotās strāvas cirkulāciju.
Maikls Faraday
Šis likums nosaka, ka inducētais spriegums uz slēgtas cilpas ir tieši proporcionāls magnētiskās plūsmas maiņas ātrumam, kad tā iet caur virsmu, attiecībā pret laiku. Tādējādi ir iespējams izraisīt blakus esošajam ķermenim sprieguma starpības (sprieguma) klātbūtni dažādu magnētisko lauku ietekmes dēļ.
Šis induktīvais spriegums savukārt izraisa strāvas cirkulāciju, kas atbilst induktajam spriegumam un analizējamā objekta pretestībai. Šī parādība ir ikdienas lietojuma energosistēmu un ierīču darbības princips, piemēram: motori, ģeneratori un elektriskie transformatori, indukcijas krāsnis, induktori, baterijas utt.
Formula un vienības
Faradeja novērotā elektromagnētiskā indukcija tika dalīta ar zinātnes pasauli, izmantojot matemātisko modelēšanu, kas ļauj atkārtot šāda veida parādības un paredzēt to uzvedību.
Formula
Lai aprēķinātu elektriskos parametrus (spriegumu, strāvu), kas saistīti ar elektromagnētiskās indukcijas parādību, vispirms ir jādefinē, kāda ir magnētiskās indukcijas vērtība, ko šobrīd sauc par magnētisko lauku.
Lai zināt, kas ir magnētiskā plūsma, kas iet caur noteiktu virsmu, jāaprēķina magnētiskās indukcijas reizinājums ar šo laukumu. Tātad:
Kur:
Φ: magnētiskā plūsma
B: magnētiskā indukcija
S: Virsma
Faradeja likums norāda, ka uz blakus esošajiem ķermeņiem ierosinātais elektromotora spēks tiek noteikts ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu attiecībā pret laiku, kā aprakstīts zemāk:
Kur:
ε: elektromotora spēks
Aizstājot magnētiskās plūsmas vērtību iepriekšējā izteiksmē, mums ir šādi:
Ja abās vienādojuma pusēs tiek izmantoti integrāļi, lai norobežotu ierobežoto ceļu apgabalam, kas saistīts ar magnētisko plūsmu, iegūst precīzāku vajadzīgā aprēķina tuvinājumu.
Turklāt šādā veidā ir ierobežots arī elektromotora spēka aprēķins slēgtā ķēdē. Tādējādi, piemērojot integrāciju abos vienādojuma locekļos, iegūst:
Mērvienība
Magnētisko indukciju mēra Teslas starptautiskajā vienību sistēmā (SI). Šo mērvienību apzīmē ar burtu T un atbilst šādu pamatvienību kopumam.
Viena tesla ir vienāda ar vienmērīgu magnētisko indukciju, kas rada magnētisko plūsmu 1 weber virs viena kvadrātmetra virsmas.
Saskaņā ar Cegesimālo vienību sistēmu (CGS), magnētiskās indukcijas mērvienība ir gauss. Abu vienību ekvivalences attiecības ir šādas:
1 tesla = 10 000 gausu
Magnētiskās indukcijas mērvienība ir nosaukusi serbu-horvātu inženieri, fiziķi un izgudrotāju Nikola Tesla. Sešdesmito gadu vidū tas tika nosaukts šādi.
Kā tas darbojas?
To sauc par indukciju, jo starp primāro un sekundāro elementu nav fiziska savienojuma; līdz ar to viss notiek caur netiešiem un nemateriāliem savienojumiem.
Elektromagnētiskās indukcijas parādība rodas, ņemot vērā mainīga magnētiskā lauka spēka līniju mijiedarbību ar tuvējo vadošā elementa brīvajiem elektroniem.
Šim nolūkam priekšmets vai vide, uz kura notiek indukcija, jānovieto perpendikulāri magnētiskā lauka spēka līnijām. Tādā veidā uz brīvajiem elektroniem pieliktais spēks ir lielāks, un līdz ar to elektromagnētiskā indukcija ir daudz spēcīgāka.
Savukārt inducētās strāvas aprites virzienu norāda virziens, ko piešķir mainīgā magnētiskā lauka spēka līnijas.
No otras puses, pastāv trīs metodes, ar kuru palīdzību var mainīt magnētiskā lauka plūsmu, lai izraisītu elektromotora spēku uz tuvējo ķermeni vai priekšmetu:
1- Mainiet magnētiskā lauka moduli, mainot plūsmas intensitāti.
2 - mainiet leņķi starp magnētisko lauku un virsmu.
3 - Mainiet raksturīgās virsmas izmēru.
Pēc tam, kad ir modificēts magnētiskais lauks, blakus esošajā objektā tiek ierosināts elektromotora spēks, kas atkarībā no tā pretestības strāvas cirkulācijai (pretestība) radīs inducētu strāvu.
Šajā ideju secībā minētās inducētās strāvas īpatsvars būs lielāks vai mazāks par primāro strāvu, atkarībā no sistēmas fiziskās konfigurācijas.
Piemēri
Elektromagnētiskās indukcijas princips ir elektriskā sprieguma transformatoru darbības pamatā.
Sprieguma transformatora (pakāpiena vai pakāpiena) pārveidošanas koeficientu norāda ar tinumu skaitu, kas katram transformatora tinumam ir.
Tādējādi atkarībā no tinumu skaita sekundārajā spriegums var būt lielāks (pakāpju transformators) vai zemāks (pakāpju transformators), atkarībā no pielietojuma savstarpēji savienotajā elektriskajā sistēmā.
Līdzīgā veidā, pateicoties elektromagnētiskajai indukcijai, darbojas arī elektrības ģenerējošas turbīnas hidroelektriskajos centros.
Šajā gadījumā turbīnas asmeņi pārvieto rotācijas asi, kas atrodas starp turbīnu un ģeneratoru. Pēc tam notiek rotora mobilizācija.
Rotoru savukārt veido virkne tinumu, kas, pārvietojoties, rada mainīgu magnētisko lauku.
Pēdējais ierosina ģeneratora statorā elektromotora spēku, kas ir savienots ar sistēmu, kas procesa laikā radīto enerģiju ļauj pārvadāt tiešsaistē.
Izmantojot divus iepriekš minētos piemērus, elementārā ikdienas dzīvē ir iespējams noteikt, kā elektromagnētiskā indukcija ir mūsu dzīves sastāvdaļa.
Atsauces
- Elektromagnētiskā indukcija (sf). Atgūts no: elektronika-utorials.ws
- Elektromagnētiskā indukcija (sf). Atgūts no: nde-ed.org
- Šodien vēsturē. 1831. gada 29. augusts: tika atklāta elektromagnētiskā indukcija. Atgūts no: mx.tuhistory.com
- Martins, T., un Serrano, A. (otrais). Magnētiskā indukcija. Madrides Politehniskā universitāte. Madride Spānija. Atgūts no: montes.upm.es
- Sančlers, V. (sf). Elektromagnētiskā indukcija. Atgūts no: euston96.com
- Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2018). Tesla (vienība). Atgūts no: es.wikipedia.org