Indukcji elektromagnetycznej jest określona jako indukcja siły elektromotorycznej (napięcie) w pożywce lub w pobliżu ciała, ze względu na obecność w zmieniającym się polu magnetycznym. Zjawisko to zostało odkryte przez brytyjskiego fizyka i chemika Michaela Faradaya w 1831 r. Dzięki prawu indukcji elektromagnetycznej Faradaya.
Faraday przeprowadził eksperymentalne testy z magnesem trwałym otoczonym cewką z drutu i obserwował indukcję napięcia na wspomnianej cewce oraz cyrkulację znajdującego się pod spodem prądu.
Michael Faraday
Zgodnie z tym prawem indukowane napięcie w zamkniętej pętli jest wprost proporcjonalne do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przechodzącego przez powierzchnię w odniesieniu do czasu. W związku z tym możliwe jest indukowanie obecności różnicy napięcia (napięcia) na sąsiednim ciele z powodu wpływu zmiennych pól magnetycznych.
Z kolei to indukowane napięcie powoduje krążenie prądu odpowiadającego indukowanemu napięciu i impedancji przedmiotu analizy. Zjawisko to jest zasadą działania układów i urządzeń elektroenergetycznych codziennego użytku, takich jak: silniki, generatory i transformatory elektryczne, piece indukcyjne, wzbudniki, baterie itp.
Formuła i jednostki
Indukcja elektromagnetyczna zaobserwowana przez Faradaya została udostępniona światu nauki poprzez modelowanie matematyczne, które pozwala na replikację tego typu zjawisk i przewidywanie ich zachowania.
Formuła
Aby obliczyć parametry elektryczne (napięcie, prąd) związane ze zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej, w pierwszej kolejności należy określić, jaka jest wartość indukcji magnetycznej, obecnie nazywanej polem magnetycznym.
Aby dowiedzieć się, jaki jest strumień magnetyczny, który przechodzi przez określoną powierzchnię, należy obliczyć iloczyn indukcji magnetycznej przez ten obszar. Więc:
Gdzie:
Φ: Strumień magnetyczny
B: Indukcja magnetyczna
S: Powierzchnia
Prawo Faradaya wskazuje, że siła elektromotoryczna, która jest indukowana na sąsiednich ciałach, jest określona przez szybkość zmiany strumienia magnetycznego w stosunku do czasu, jak szczegółowo opisano poniżej:
Gdzie:
ε: siła elektromotoryczna
Podstawiając wartość strumienia magnetycznego w poprzednim wyrażeniu, otrzymujemy:
Jeśli całki zostaną zastosowane po obu stronach równania, aby wyznaczyć skończoną ścieżkę dla obszaru związanego ze strumieniem magnetycznym, uzyskuje się dokładniejsze przybliżenie wymaganego obliczenia.
Ponadto obliczanie siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym jest również w ten sposób ograniczone. Tak więc, stosując całkowanie w obu członach równania, otrzymujemy, że:
Jednostka miary
Indukcję magnetyczną mierzy się w międzynarodowym układzie jednostek (SI) w Teslasach. Ta jednostka miary jest reprezentowana przez literę T i odpowiada zestawowi następujących jednostek podstawowych.
Jedna tesla odpowiada jednorodnej indukcji magnetycznej, która wytwarza strumień magnetyczny o wartości 1 webera na powierzchni jednego metra kwadratowego.
Zgodnie z Cegesimal System of Units (CGS) jednostką miary indukcji magnetycznej są gausy. Zależność równoważności między obiema jednostkami jest następująca:
1 tesla = 10000 gausów
Jednostka miary indukcji magnetycznej swoją nazwę zawdzięcza serbochorwackiemu inżynierowi, fizykowi i wynalazcy Nikoli Tesli. Tak nazwano go w połowie lat 60.
Jak to działa?
Nazywa się to indukcją, ponieważ nie ma fizycznego połączenia między elementami pierwotnymi i wtórnymi; w konsekwencji wszystko dzieje się poprzez pośrednie i niematerialne powiązania.
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej występuje przy oddziaływaniu linii sił zmiennego pola magnetycznego na swobodne elektrony pobliskiego elementu przewodzącego.
W tym celu obiekt lub ośrodek, na którym zachodzi indukcja, musi być umieszczony prostopadle do linii sił pola magnetycznego. W ten sposób siła wywierana na wolne elektrony jest większa, a co za tym idzie, indukcja elektromagnetyczna jest znacznie silniejsza.
Z kolei kierunek cyrkulacji indukowanego prądu jest określony przez kierunek wyznaczony liniami sił zmiennego pola magnetycznego.
Z drugiej strony istnieją trzy metody, za pomocą których można zmieniać strumień pola magnetycznego w celu wywołania siły elektromotorycznej na pobliskim ciele lub obiekcie:
1- Zmodyfikuj moduł pola magnetycznego poprzez zmiany natężenia przepływu.
2- Zmień kąt między polem magnetycznym a powierzchnią.
3- Zmień rozmiar naturalnej powierzchni.
Następnie, po zmodyfikowaniu pola magnetycznego, w sąsiednim obiekcie indukowana jest siła elektromotoryczna, która w zależności od oporu na krążenie prądu (impedancja) wytworzy indukowany prąd.
W tej kolejności pomysłów proporcja wspomnianego indukowanego prądu będzie większa lub mniejsza niż prąd pierwotny, w zależności od fizycznej konfiguracji systemu.
Przykłady
Zasada indukcji elektromagnetycznej jest podstawą działania przekładników napięcia elektrycznego.
Współczynnik transformacji przekładnika napięciowego (obniżający lub podwyższający) jest określony przez liczbę uzwojeń, które ma każde uzwojenie transformatora.
Zatem w zależności od liczby cewek napięcie na stronie wtórnej może być wyższe (transformator podwyższający) lub niższe (transformator obniżający), w zależności od zastosowania w połączonym układzie elektrycznym.
W podobny sposób turbiny wytwarzające energię elektryczną w centrach hydroenergetycznych działają również dzięki indukcji elektromagnetycznej.
W tym przypadku łopatki turbiny poruszają osią obrotu, która znajduje się między turbiną a generatorem. To z kolei skutkuje mobilizacją wirnika.
Z kolei wirnik składa się z szeregu uzwojeń, które w ruchu powodują powstanie zmiennego pola magnetycznego.
Ta ostatnia indukuje siłę elektromotoryczną w stojanie generatora, który jest połączony z układem umożliwiającym przesyłanie energii wytworzonej podczas procesu w trybie online.
Dzięki dwóm przykładom przedstawionym powyżej można wykryć, w jaki sposób indukcja elektromagnetyczna jest częścią naszego życia w podstawowych zastosowaniach życia codziennego.
Bibliografia
- Indukcja elektromagnetyczna (sf). Odzyskany z: electronics-tutorials.ws
- Indukcja elektromagnetyczna (sf). Odzyskany z: nde-ed.org
- Dziś w historii. 29 sierpnia 1831: Odkryto indukcję elektromagnetyczną. Odzyskany z: mx.tuhistory.com
- Martín, T. i Serrano, A. (nd). Indukcja magnetyczna. Politechnika w Madrycie. Madryt, Hiszpania. Odzyskany z: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Indukcja elektromagnetyczna. Odzyskany z: euston96.com
- Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Tesla (jednostka). Odzyskane z: es.wikipedia.org