Elektromagneettinen induktio

Ilmeneminen johtimen EMF:n induktiossa

Jos laitat magneettikenttä lanka ja siirrä sitä niin, että se ylittää kenttäviivat liikkuessaan, niin langalla on sähkömotorinen voimaKutsutaan EMF-induktioksi.

Induktio-EMF esiintyy johtimessa, vaikka itse johdin pysyisi paikallaan ja magneettikenttä liikkuu ylittäen johtimen voimalinjoillaan.

Jos johdin, johon induktio-EMF indusoituu, on suljettu joltakin ulkopuolelta, niin tämän EMF:n vaikutuksesta piirin läpi kulkee virta, ns. induktiovirta.

EMF-induktioilmiötä johtimessa, kun se ylittää magneettikenttäviivansa, kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi.

Sähkömagneettinen induktio on käänteinen prosessi, eli mekaanisen energian muuntaminen sähköenergiaksi.

Sähkömagneettisen induktion ilmiö on laajalti käytössä Sähkötekniikka… Erilaisten sähkökoneiden laite perustuu sen käyttöön.

EMF-induktion suuruus ja suunta

Tarkastellaan nyt, mikä on johtimeen indusoidun EMF:n suuruus ja suunta.

Induktio-EMF:n suuruus riippuu langan ylittävien voimalinjojen määrästä aikayksikköä kohti, eli langan liikkeen nopeudesta kentällä.

Indusoituneen EMF:n suuruus on suoraan verrannollinen johtimen liikenopeuteen magneettikentässä.

Indusoituneen EMF:n suuruus riippuu myös sen langan osan pituudesta, jonka kenttäviivat ylittävät. Mitä suurempi osa johtimesta ylittää kenttäviivat, sitä suurempi on indusoitu emf johtimessa. Lopuksi, mitä vahvempi magneettikenttä, eli mitä suurempi sen induktio, sitä suurempi EMF on tämän kentän ylittävässä johtimessa.

Siten johtimessa tapahtuvan induktion EMF-arvo sen liikkuessa magneettikentässä on suoraan verrannollinen magneettikentän induktioon, johtimen pituuteen ja sen liikkeen nopeuteen.

Tämä riippuvuus ilmaistaan ​​kaavalla E = Blv,

jossa E on induktio-EMF; B - magneettinen induktio; I on langan pituus; v on langan nopeus.

On ehdottomasti muistettava, että magneettikentässä liikkuvassa johtimessa induktio EMF tapahtuu vain, jos kentän magneettikenttäviivat ylittävät tämän johtimen. Jos johdin liikkuu kenttäviivoja pitkin, eli se ei ylitä, vaan näyttää liukuvan niitä pitkin, siihen ei aiheudu EMF:ää. Siksi yllä oleva kaava pätee vain, kun lanka liikkuu kohtisuorassa magneettikenttälinjoja vastaan.

Indusoidun emf:n suunta (samoin kuin johdossa oleva virta) riippuu suunnasta, johon lanka liikkuu. Indusoidun EMF:n suunnan määrittämiseksi on oikean käden sääntö.

Jos pidät oikean kätesi kämmenestä niin, että magneettikenttäviivat tulevat siihen sisään ja taivutettu peukalo osoittaisi johtimen liikesuunnan, ojennetut neljä sormea ​​osoittavat indusoidun EMF:n toimintasuunnan ja suunnan johtimessa olevasta virrasta.

Oikean käden sääntö

EMF-induktio kelassa

Olemme jo sanoneet, että induktion EMF:n luomiseksi langassa on tarpeen siirtää joko itse lanka tai magneettikenttä magneettikenttään. Kummassakin tapauksessa kentän magneettikenttäviivat ylittävät langan, muuten emf ei aiheudu. Indusoitu emf ja siten indusoitunut virta voi esiintyä ei vain suorassa johdossa, vaan myös käämiksi kierretyssä johdossa.

Sisään liikuttaessa kelat kestomagneetista siihen indusoituu EMF johtuen siitä, että magneetin magneettivuo ylittää kelan kierrokset, eli samalla tavalla kuin siirrettäessä suoraa lankaa magneetin kentässä.

Jos magneetti lasketaan hitaasti kelaan, siinä oleva EMF on niin pieni, että laitteen neula ei välttämättä edes poikkea. Jos päinvastoin magneetti työnnetään nopeasti kelaan, nuolen taipuma on suuri. Tämä tarkoittaa, että indusoidun EMF:n suuruus ja vastaavasti virran voimakkuus kelassa riippuu magneetin nopeudesta, eli siitä, kuinka nopeasti kentän kenttäviivat ylittävät kelan kierrokset. Jos nyt, vuorotellen, aluksi vahva magneetti ja sitten heikko magneetti työnnetään kelaan samalla nopeudella, huomaat, että vahvalla magneetilla laitteen neula poikkeaa suuremmassa kulmassa.Se tarkoittaa, että indusoidun EMF:n suuruus ja vastaavasti kelan virran voimakkuus riippuu magneetin magneettivuon suuruudesta.

Lopuksi, jos sama magneetti viedään samalla nopeudella, ensin kelaan, jossa on paljon kierroksia, ja sitten paljon pienemmällä määrällä, niin ensimmäisessä tapauksessa laitteen neula poikkeaa suuremmalla kulmalla kuin toinen. Tämä tarkoittaa, että indusoidun EMF:n suuruus ja vastaavasti kelan virran voimakkuus riippuu sen kierrosten lukumäärästä. Samat tulokset voidaan saada, jos kestomagneetin sijasta käytetään sähkömagneettia.

EMF:n induktion suunta kelassa riippuu magneetin liikesuunnasta. Kuinka määrittää induktion EMF:n suunta, sanoo E. H. Lenzin laatima laki.

Lenzin sähkömagneettisen induktion laki

Kaikkiin kelan sisällä olevan magneettivuon muutokseen liittyy induktion EMF:n ilmestyminen siihen, ja mitä nopeammin kelaan tunkeutuva magneettivuo muuttuu, sitä suurempi on EMF siinä.

Jos kela, jossa induktio-EMF luodaan, on suljettu ulkoiseen piiriin, sen kierrosten läpi kulkee induktiovirta, joka luo magneettikentän johtimen ympärille, jonka seurauksena käämi muuttuu solenoidiksi. Osoittautuu, että muuttuva ulkoinen magneettikenttä indusoi käämiin indusoituneen virran, joka puolestaan ​​luo oman magneettikentän kelan ympärille - virtakentän.

Tutkiessaan tätä ilmiötä E. H. Lenz loi lain, joka määrittää kelan induktiovirran suunnan ja vastaavasti induktio-EMF:n suunnan.Kelassa magneettivuon muuttuessa tapahtuva induktion emf muodostaa kelaan virran sellaiseen suuntaan, että tämän virran synnyttämä käämin magneettivuo estää ulkoista magneettivuoa muuttumasta.

Lenzin laki pätee kaikissa johtojen virran induktiotapauksissa riippumatta johtojen muodosta ja siitä, miten ulkoisen magneettikentän muutos saavutetaan.

Kun kestomagneetti liikkuu suhteessa galvanometrin napoihin kytkettyyn lankakelaan tai kun käämi liikkuu magneetin suhteen, syntyy indusoitunut virta.

Induktiovirrat massiivisissa johtimissa

Vaihtuva magneettivuo pystyy indusoimaan EMF:n paitsi kelan käännöksissä myös massiivisissa metallijohtimissa. Massiivisen johtimen paksuuden tunkeutuessa magneettivuo indusoi siihen EMF:n, joka luo induktiovirtoja. Nämä ns pyörrevirrat leviävät kiinteän johdon päälle ja ovat oikosulussa siinä.

Muuntajien ytimet, erilaisten sähkökoneiden ja -laitteiden magneettiytimet ovat vain niitä massiivisia johtimia, jotka kuumenevat niissä syntyvillä induktiovirroilla.Tämä ilmiö ei ole toivottava, joten induktiovirtojen suuruuden pienentämiseksi osat sähkökoneet ja muuntajan ydin eivät ole massiivisia, vaan ne koostuvat ohuista levyistä, jotka on eristetty toisistaan ​​paperilla tai eristävällä lakkakerroksella. Siksi pyörrevirtojen etenemisreitti johtimen massaa pitkin on estetty.

Mutta joskus käytännössä pyörrevirtoja käytetään myös hyödyllisinä virroina. Näiden virtojen käyttö perustuu esimerkiksi työhön induktiolämmitysuunit, sähkömittarit ja sähköisten mittauslaitteiden liikkuvien osien ns. magneettiset vaimentimet.

Katso myös: Sähkömagneettisen induktion ilmiö maalauksissa