Електромагнітна індукція визначаються як індукція електрорушійної сили (напруги) в середовищі або поблизу тіла через наявністю змінюється магнітного поля. Це явище було відкрито британським фізиком і хіміком Майклом Фарадеєм протягом 1831 року за допомогою закону електромагнітної індукції Фарадея.
Фарадей провів експериментальні випробування з постійним магнітом, оточеним котушкою дроту, і спостерігав за індукцією напруги на зазначеній котушці та циркуляцією базового струму.
Майкл Фарадей
У цьому законі зазначено, що індукована напруга в замкнутому циклі прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку при проходженні через поверхню по відношенню до часу. Таким чином, можливо впливати на наявність різниці напруги (напруги) на сусідньому тілі за рахунок впливу різних магнітних полів.
У свою чергу, ця індукована напруга спричиняє циркуляцію струму, що відповідає індукованій напрузі та опір об'єкта аналізу. Це явище - принцип дії енергосистем та пристроїв щоденного використання, таких як: двигуни, генератори та електричні трансформатори, індукційні печі, індуктори, акумулятори тощо.
Формула та одиниці
Електромагнітна індукція, яку спостерігав Фарадей, поділилася зі світом науки за допомогою математичного моделювання, що дозволяє повторити цей тип явищ та передбачити їх поведінку.
Формула
Для обчислення електричних параметрів (напруги, струму), пов’язаних із явищем електромагнітної індукції, необхідно спочатку визначити значення магнітної індукції, відоме в даний час як магнітне поле.
Щоб знати, що таке магнітний потік, який проходить через певну поверхню, тоді необхідно обчислити добуток магнітної індукції за вказаною площею. Так:
Де:
Φ: Магнітний потік
Б: Магнітна індукція
S: Поверхня
Закон Фарадея вказує, що електрорушійна сила, що індукується на сусідні тіла, задається швидкістю зміни магнітного потоку по відношенню до часу, як детально описано нижче:
Де:
ε: Електрорушійна сила
Підставляючи значення магнітного потоку в попередньому виразі, маємо наступне:
Якщо інтеграли застосовуються до обох сторін рівняння, щоб розмежувати кінцевий шлях для області, пов'язаної з магнітним потоком, виходить більш точне наближення необхідного обчислення.
Крім того, таким чином обмежений розрахунок сили електрорухування в замкнутому контурі. Таким чином, застосовуючи інтеграцію в обох членах рівняння, виходить, що:
Одиниця виміру
Магнітна індукція вимірюється в Міжнародній системі одиниць (СІ) в Тесласі. Ця одиниця вимірювання представлена літерою T і відповідає набору наступних основних одиниць.
Одна тесла еквівалентна рівномірній магнітній індукції, яка виробляє магнітний потік у 1 вебер над поверхнею одного квадратного метра.
Відповідно до Сегесимальної системи одиниць (CGS), одиницею вимірювання для магнітної індукції є гауси. Відношення еквівалентності між обома одиницями є наступним:
1 тесла = 10 000 гаусів
Одиниця вимірювання для магнітної індукції завдячує своєю назвою сербо-хорватському інженеру, фізику та винахіднику Ніколі Теслі. Він був названий таким чином у середині 1960-х.
Як це працює?
Його називають індукцією, оскільки фізичного зв’язку між первинним і вторинним елементами немає; отже, все відбувається через непрямі та нематеріальні зв’язки.
Явище електромагнітної індукції відбувається з огляду на взаємодію силових ліній змінного магнітного поля на вільні електрони сусіднього провідного елемента.
Для цього предмет або середовище, на якому відбувається індукція, повинні бути розташовані перпендикулярно до силових ліній магнітного поля. Таким чином сила, що діє на вільні електрони, більша, а отже, електромагнітна індукція значно сильніша.
У свою чергу напрямок циркуляції індукованого струму задається напрямком, заданим силовими лініями змінного магнітного поля.
З іншого боку, існують три методи, за допомогою яких потік магнітного поля може змінюватись, щоб викликати електрорушійну силу на сусіднє тіло чи предмет:
1- Змініть модуль магнітного поля за рахунок зміни інтенсивності потоку.
2- Змініть кут між магнітним полем і поверхнею.
3- Змініть розмір притаманної поверхні.
Потім, коли магнітне поле модифіковане, в сусідньому об'єкті індукується електрорушійна сила, яка в залежності від опору струму, який він має (імпеданс), буде виробляти індукований струм.
У такому порядку ідей питома вага згаданого індукованого струму буде більшим або меншим, ніж первинний струм, залежно від фізичної конфігурації системи.
Приклади
Принцип електромагнітної індукції є основою роботи електричних трансформаторів напруги.
Коефіцієнт перетворення трансформатора напруги (понижуючого або посилюючого) задається кількістю обмоток, які має кожна обмотка трансформатора.
Таким чином, залежно від кількості котушок, напруга в вторинному може бути вищим (посилюючий трансформатор) або нижчим (понижуючий трансформатор), залежно від застосування всередині електричної системи, що з'єднується між собою.
Аналогічним чином електрогенеруючі турбіни в гідроелектричних центрах також працюють завдяки електромагнітній індукції.
У цьому випадку лопатки турбіни переміщують вісь обертання, яка розташована між турбіною та генератором. Це призводить до мобілізації ротора.
У свою чергу ротор складається з серії обмоток, які при русі створюють змінне магнітне поле.
Останній індукує електрорушійну силу в статорі генератора, який з'єднаний із системою, яка дозволяє транспортувати енергію, що утворюється під час процесу, в Інтернеті.
Через два наведені вище приклади можна виявити, як електромагнітна індукція є частиною нашого життя в елементарних сферах повсякденного життя.
Список літератури
- Електромагнітна індукція (sf). Відновлено з: electronics-tutorials.ws
- Електромагнітна індукція (sf). Відновлено з: nde-ed.org
- Сьогодні в історії. 29 серпня 1831 року: виявлено електромагнітну індукцію. Відновлено з: mx.tuhistory.com
- Мартін, Т. та Серрано, А. (другий). Магнітна індукція. Політехнічний університет Мадрида. Мадрид, Іспанія. Відновлено з: montes.upm.es
- Санклер, В. (sf). Електромагнітна індукція. Відновлено з: euston96.com
- Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2018). Тесла (одиниця). Відновлено з: es.wikipedia.org