En praktisk tillämpning av Faradays lag om elektromagnetisk induktion

Ordet "induktion" på ryska betyder processerna för excitation, riktning, skapande av något. Inom elektroteknik har denna term använts i mer än två århundraden.

Efter att ha läst publikationerna från 1821 som beskriver den danska forskaren Oersteds experiment på avböjningarna av en magnetisk nål nära en ledare som bär en elektrisk ström, satte Michael Faraday sig själv uppgiften: omvandla magnetism till elektricitet.

Efter 10 års forskning formulerade han grundlagen för elektromagnetisk induktion och förklarade att en elektromotorisk kraft induceras i vilken sluten slinga som helst. Dess värde bestäms av förändringshastigheten för det magnetiska flödet som penetrerar den betraktade slingan, men taget med ett minustecken.

Överföring av elektromagnetiska vågor på avstånd

Den första gissningen som kom till vetenskapsmannen kröntes inte med praktisk framgång.

Han placerade två slutna trådar sida vid sida.Nära den ena installerade jag en magnetisk nål som en indikator på den passerande strömmen, och i den andra tråden gav jag en impuls från en kraftfull galvanisk källa från den tiden: en voltpol.

Forskaren antog att med en strömpuls i den första kretsen skulle det förändrade magnetfältet i den inducera en ström i den andra ledningen, vilket skulle avleda den magnetiska nålen. Men resultatet visade sig vara negativt - indikatorn fungerar inte. Han saknade snarare känslighet.

Forskarens hjärna förutser skapandet och överföringen av elektromagnetiska vågor på avstånd, som nu används i radiosändningar, tv, trådlös kontroll, Wi-Fi-teknik och liknande enheter. Han var helt enkelt frustrerad över den ofullkomliga elementbasen hos den tidens mätanordningar.

Elproduktion

Efter ett dåligt experiment ändrade Michael Faraday villkoren för experimentet.

För experimentet använde Faraday två slutna spolar. I den första kretsen matade han en elektrisk ström från en källa, och i den andra observerade han utseendet på en EMF. Strömmen som passerar genom varven på spole #1 skapar ett magnetiskt flöde runt spolen, penetrerar spole #2 och bildar en elektromotorisk kraft i den.

Under Faradays experiment:

• slå på en puls för att mata spänning till kretsen med stationära spolar;
• när strömmen applicerades, införde den den övre spolen i den nedre spolen;
• fast spole nr 1 permanent och införde spole nr 2 i den;
• ändrade spolarnas rörelsehastighet relativt varandra.

I alla dessa fall observerade han manifestationen av EMF-induktion i den andra spolen. Och med endast likström som passerade genom lindning nr 1 och stationära spolar fanns det ingen elektromotorisk kraft.

Forskaren fastställde att EMF som induceras i den andra spolen beror på hastigheten med vilken det magnetiska flödet ändras. Den är proportionell mot dess storlek.

Samma mönster manifesteras helt när man passerar en sluten slinga magnetiska fältlinjer för en permanentmagnet. Under påverkan av EMF genereras en elektrisk ström i tråden.

Det magnetiska flödet i det aktuella fallet ändras i slingan Sk som skapas av en sluten krets.

Således gjorde utvecklingen skapad av Faraday det möjligt att placera en roterande ledande ram i ett magnetfält.

Sedan var den gjord av ett stort antal varv fixerade i roterande lager.I ändarna av spolen installerades släpringar och borstar som glider på dem, och en last anslöts genom husets terminaler. Resultatet är en modern generator.

Dess enklare design skapas när spolen fixeras på ett stationärt hölje och det magnetiska systemet börjar rotera. I detta fall beror metoden för att generera strömmar på elektromagnetisk induktion inte kränkt på något sätt.

Principen för drift av elmotorer

Lagen om elektromagnetisk induktion, som Michael Faraday var pionjär med, tillåter en mängd olika elektriska motorkonstruktioner. De har en liknande struktur som generatorer: en rörlig rotor och stator som interagerar med varandra på grund av roterande elektromagnetiska fält.

Elektrisk ström passerar endast genom elmotorns statorlindning. Det inducerar ett magnetiskt flöde som påverkar rotorns magnetfält. Som ett resultat uppstår krafter som roterar motoraxeln. Se om detta ämne - Funktionsprincipen och enheten för elmotorn

Elomvandling

Michael Faraday bestämde utseendet på en inducerad elektromotorisk kraft och en inducerad ström i en närliggande spole när magnetfältet i den intilliggande spolen ändrades.

Strömmen i den närliggande spolen induceras när omkopplarkretsen slås på i spole 1 och är alltid närvarande under drift av generatorn till spole 3.

Driften av alla moderna transformatorenheter är baserad på denna egenskap, den så kallade ömsesidiga induktionen.

För att förbättra passagen av magnetiskt flöde har de isolerade lindningar placerade på en gemensam kärna med minimalt magnetiskt motstånd. Den är gjord av speciella typer av stål och bildas genom att stapla tunna plåtar i form av sektioner av en viss form, kallad en magnetisk kärna.

Transformatorer, på grund av ömsesidig induktion, överför energin från ett växlande elektromagnetiskt fält från en spole till en annan, så en förändring inträffar, en transformation av spänningsvärdet vid dess ingångs- och utgångsterminaler.

Förhållandet mellan antalet varv i lindningarna bestämmer omvandlingskoefficienten och tjockleken på tråden, konstruktionen och volymen av kärnmaterialet - värdet på den överförda effekten, driftsströmmen.

Drift av induktorer

Manifestationen av elektromagnetisk induktion observeras i spolen när värdet på strömmen som flyter i den ändras. Denna process kallas självinduktion.

När omkopplaren slås på i diagrammet ovan ändrar den inducerade strömmen karaktären av den linjära ökningen av driftsströmmen i kretsen, såväl som under avstängningen.

När inte en konstant, utan en växelspänning appliceras på tråden som är lindad i spolen, flyter strömvärdet, reducerat med det induktiva motståndet, genom den.Självinduktionsenergi fasförskjuter strömmen med avseende på den pålagda spänningen.

Detta fenomen används i drossel som är utformade för att minska de stora strömmar som uppstår under vissa driftsförhållanden. I synnerhet används sådana anordningar i kretsen för belysning av lysrör.

Funktionen i designen av chokens magnetiska krets är utskärningen av plattorna, som skapas för att ytterligare öka det magnetiska motståndet mot det magnetiska flödet på grund av bildandet av ett luftgap.

Drosslar med delad och justerbar magnetisk kretsposition används i många radio- och elektriska enheter. Ganska ofta kan de hittas i konstruktionen av svetstransformatorer. De minskar storleken på den elektriska ljusbågen som passerar genom elektroden till det optimala värdet.

Induktionsugnar

Fenomenet med elektromagnetisk induktion manifesteras inte bara i ledningar och spolar, utan också inuti alla massiva metallföremål. De strömmar som induceras i dem kallas vanligtvis virvelströmmar. Under driften av transformatorer och chokes orsakar de uppvärmning av magnetkretsen och hela strukturen.

För att förhindra detta fenomen är kärnorna gjorda av tunna metallplåtar och isolerade med ett lager av lack, vilket förhindrar passage av inducerade strömmar.

I uppvärmningsstrukturer begränsar inte virvelströmmar, utan skapar de mest gynnsamma förhållandena för deras passage. Induktionsugnar används ofta i industriell produktion för att skapa höga temperaturer.

Elektrotekniska mätanordningar

En stor klass av induktionsanordningar fortsätter att fungera inom el.Elektriska mätare med en roterande aluminiumskiva som liknar konstruktionen av ett kraftrelä, dämpningssystem, fungerar enligt principen om elektromagnetisk induktion.

Gasmagnetiska generatorer

Om, istället för en sluten ram, en ledande gas, vätska eller plasma rör sig i en magnets fält, kommer laddningarna av elektricitet under inverkan av magnetfältlinjer att börja avvika i strikt definierade riktningar och bilda en elektrisk ström. Dess magnetfält på de monterade elektrodkontaktplattorna inducerar en elektromotorisk kraft. Under dess verkan genereras en elektrisk ström i den anslutna kretsen till MHD-generatorn.

Således manifesterar lagen om elektromagnetisk induktion sig i MHD-generatorer.

Det finns inga komplicerade roterande delar som rotorn. Detta förenklar designen, gör att du avsevärt kan öka temperaturen i arbetsmiljön och samtidigt effektiviteten av elproduktion. MHD-generatorer fungerar som reserv- eller nödkällor som kan generera betydande flöden av el under korta tidsperioder.

Således fortsätter lagen om elektromagnetisk induktion, underbyggd vid en tidpunkt av Michael Faraday, att vara relevant idag.