Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Η εμφάνιση στην επαγωγή του EMF του αγωγού

Αν βάλεις μαγνητικό πεδίο σύρμα και μετακινήστε το έτσι ώστε να διασχίζει τις γραμμές πεδίου καθώς κινείται, τότε το σύρμα θα έχει ηλεκτροκινητική δύναμηΟνομάζεται επαγωγή EMF.

Ένα επαγωγικό EMF θα συμβεί στον αγωγό ακόμα κι αν ο ίδιος ο αγωγός παραμείνει ακίνητος και το μαγνητικό πεδίο θα κινηθεί, διασχίζοντας τον αγωγό με τις γραμμές δύναμής του.

Εάν ο αγωγός στον οποίο επάγεται το EMF επαγωγής είναι κλειστός σε οποιοδήποτε εξωτερικό κύκλωμα, τότε κάτω από τη δράση αυτού του EMF θα ρέει ρεύμα μέσω του κυκλώματος, το λεγόμενο ρεύμα επαγωγής.

Το φαινόμενο της επαγωγής EMF σε έναν αγωγό όταν αυτός διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού του πεδίου ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική.

Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρολόγων μηχανικών… Η συσκευή διαφόρων ηλεκτρικών μηχανών βασίζεται στη χρήση της.

Το μέγεθος και η κατεύθυνση της επαγωγής EMF

Ας εξετάσουμε τώρα ποιο θα είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση του EMF που προκαλείται στον αγωγό.

Το μέγεθος του επαγωγικού EMF εξαρτάται από τον αριθμό των γραμμών δύναμης που διασχίζουν το σύρμα ανά μονάδα χρόνου, δηλαδή από την ταχύτητα της κίνησης του σύρματος στο πεδίο.

Το μέγεθος του επαγόμενου EMF είναι ευθέως ανάλογο με την ταχύτητα κίνησης του αγωγού σε ένα μαγνητικό πεδίο.

Το μέγεθος του επαγόμενου EMF εξαρτάται επίσης από το μήκος αυτού του τμήματος του σύρματος που διασχίζεται από τις γραμμές πεδίου. Όσο μεγαλύτερο είναι το τμήμα του αγωγού που διασχίζεται από τις γραμμές πεδίου, τόσο μεγαλύτερο είναι το επαγόμενο emf στον αγωγό. Τέλος, όσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η επαγωγή του, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF στον αγωγό που διασχίζει αυτό το πεδίο.

Έτσι, η τιμή EMF μιας επαγωγής που εμφανίζεται σε έναν αγωγό όταν αυτός κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογη με την επαγωγή του μαγνητικού πεδίου, το μήκος του αγωγού και την ταχύτητα της κίνησής του.

Αυτή η εξάρτηση εκφράζεται με τον τύπο E = Blv,

όπου E είναι το EMF επαγωγής. Β — μαγνητική επαγωγή. I είναι το μήκος του σύρματος. v είναι η ταχύτητα του σύρματος.

Πρέπει να θυμόμαστε σταθερά ότι σε έναν αγωγό που κινείται σε μαγνητικό πεδίο, το EMF επαγωγής εμφανίζεται μόνο εάν αυτός ο αγωγός διασχίζεται από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου του πεδίου. Εάν ο αγωγός κινείται κατά μήκος των γραμμών πεδίου, δηλαδή δεν διασταυρώνεται, αλλά φαίνεται να γλιστρά κατά μήκος τους, τότε δεν προκαλείται EMF σε αυτόν. Επομένως, ο παραπάνω τύπος ισχύει μόνο όταν το σύρμα κινείται κάθετα στις γραμμές του μαγνητικού πεδίου.

Η κατεύθυνση του επαγόμενου emf (καθώς και του ρεύματος στο καλώδιο) εξαρτάται από την κατεύθυνση στην οποία κινείται το καλώδιο. Υπάρχει ένας κανόνας του δεξιού χεριού για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του επαγόμενου EMF.

Εάν κρατάτε την παλάμη του δεξιού σας χεριού έτσι ώστε οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου να εισέλθουν σε αυτήν και ο λυγισμένος αντίχειρας να δείχνει την κατεύθυνση κίνησης του αγωγού, τότε τα εκτεταμένα τέσσερα δάχτυλα θα δείχνουν την κατεύθυνση δράσης του επαγόμενου EMF και την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό.

Κανόνας του δεξιού χεριού

Επαγωγή EMF στο πηνίο

Έχουμε ήδη πει ότι για να δημιουργηθεί ένα EMF επαγωγής σε ένα καλώδιο, είναι απαραίτητο να μετακινήσετε είτε το ίδιο το καλώδιο είτε το μαγνητικό πεδίο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Και στις δύο περιπτώσεις, το καλώδιο πρέπει να διασταυρωθεί από τις γραμμές μαγνητικού πεδίου, διαφορετικά δεν θα προκληθεί emf. Το επαγόμενο emf, και επομένως το επαγόμενο ρεύμα, μπορεί να συμβεί όχι μόνο σε ένα ευθύ σύρμα, αλλά και σε ένα σύρμα στριμμένο σε πηνίο.

Όταν κινείστε μέσα πηνία ενός μόνιμου μαγνήτη, ένα EMF προκαλείται σε αυτό λόγω του γεγονότος ότι η μαγνητική ροή του μαγνήτη διασχίζει τις στροφές του πηνίου, δηλαδή με τον ίδιο τρόπο όπως όταν μετακινείτε ένα ευθύ σύρμα στο πεδίο ενός μαγνήτη.

Εάν ο μαγνήτης χαμηλώσει αργά στο πηνίο, τότε το EMF που προκύπτει σε αυτό θα είναι τόσο μικρό που η βελόνα της συσκευής μπορεί να μην αποκλίνει καν. Αν, αντίθετα, ο μαγνήτης εισαχθεί γρήγορα στο πηνίο, η εκτροπή του βέλους θα είναι μεγάλη. Αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος του επαγόμενου EMF και, κατά συνέπεια, η ισχύς του ρεύματος στο πηνίο εξαρτάται από την ταχύτητα του μαγνήτη, δηλαδή από το πόσο γρήγορα οι γραμμές πεδίου του πεδίου διασχίζουν τις στροφές του πηνίου. Αν τώρα, εναλλάξ, αρχικά ένας ισχυρός μαγνήτης και μετά ένας αδύναμος μαγνήτης μπουν στο πηνίο με την ίδια ταχύτητα, τότε θα παρατηρήσετε ότι με έναν ισχυρό μαγνήτη η βελόνα της συσκευής θα αποκλίνει σε μεγαλύτερη γωνία.Σημαίνει ότι το μέγεθος του επαγόμενου EMF και, κατά συνέπεια, η ισχύς του ρεύματος στο πηνίο εξαρτάται από το μέγεθος της μαγνητικής ροής του μαγνήτη.

Τέλος, εάν ο ίδιος μαγνήτης εισαχθεί με την ίδια ταχύτητα, πρώτα σε ένα πηνίο με μεγάλο αριθμό στροφών και μετά με πολύ μικρότερο αριθμό, τότε στην πρώτη περίπτωση η βελόνα της συσκευής θα αποκλίνει κατά μεγαλύτερη γωνία από ό,τι στο το δεύτερο. Αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος του επαγόμενου EMF και, κατά συνέπεια, η ισχύς του ρεύματος στο πηνίο εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών του. Τα ίδια αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν εάν χρησιμοποιηθεί ηλεκτρομαγνήτης αντί για μόνιμο μαγνήτη.

Η κατεύθυνση επαγωγής του EMF στο πηνίο εξαρτάται από την κατεύθυνση κίνησης του μαγνήτη. Πώς να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του EMF επαγωγής, λέει ο νόμος που θεσπίστηκε από τον E. H. Lenz.

Ο νόμος του Lenz για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Οποιαδήποτε αλλαγή στη μαγνητική ροή μέσα στο πηνίο συνοδεύεται από την εμφάνιση ενός EMF επαγωγής σε αυτό και όσο πιο γρήγορη είναι η αλλαγή της μαγνητικής ροής που διεισδύει στο πηνίο, τόσο μεγαλύτερο είναι το EMF σε αυτό.

Εάν το πηνίο στο οποίο δημιουργείται το επαγωγικό EMF είναι κλειστό σε ένα εξωτερικό κύκλωμα, τότε ένα ρεύμα επαγωγής ρέει μέσα από τις στροφές του, δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το καλώδιο, λόγω του οποίου το πηνίο μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Αποδεικνύεται ότι το μεταβαλλόμενο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα επαγόμενο ρεύμα στο πηνίο, το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί το δικό του μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο - το τρέχον πεδίο.

Μελετώντας αυτό το φαινόμενο, ο E. H. Lenz δημιούργησε έναν νόμο που καθορίζει την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής στο πηνίο και, κατά συνέπεια, την κατεύθυνση του επαγωγικού EMF.Το emf επαγωγής που εμφανίζεται στο πηνίο όταν αλλάζει η μαγνητική ροή σε αυτό δημιουργεί ένα ρεύμα στο πηνίο σε τέτοια κατεύθυνση ώστε η μαγνητική ροή του πηνίου που δημιουργείται από αυτό το ρεύμα να εμποδίζει την αλλαγή της εξωτερικής μαγνητικής ροής.

Ο νόμος του Lenz ισχύει για όλες τις περιπτώσεις επαγωγής ρεύματος στα καλώδια, ανεξάρτητα από το σχήμα των συρμάτων και τον τρόπο με τον οποίο επιτυγχάνεται η αλλαγή στο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Όταν ο μόνιμος μαγνήτης κινείται σε σχέση με το συρμάτινο πηνίο που συνδέεται με τους ακροδέκτες του γαλβανόμετρου ή όταν το πηνίο κινείται σε σχέση με τον μαγνήτη, δημιουργείται ένα επαγόμενο ρεύμα.

Ρεύματα επαγωγής σε ογκώδεις αγωγούς

Η μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή είναι ικανή να επάγει ένα EMF όχι μόνο στις στροφές του πηνίου, αλλά και σε τεράστιους μεταλλικούς αγωγούς. Διαπερνώντας το πάχος ενός τεράστιου αγωγού, η μαγνητική ροή προκαλεί ένα EMF σε αυτόν, το οποίο δημιουργεί ρεύματα επαγωγής. Αυτά τα λεγόμενα δινορεύματα απλώνονται σε ένα συμπαγές σύρμα και βραχυκυκλώνονται σε αυτό.

Οι πυρήνες των μετασχηματιστών, οι μαγνητικοί πυρήνες των διαφόρων ηλεκτρικών μηχανών και συσκευών είναι μόνο εκείνα τα ογκώδη καλώδια που θερμαίνονται από τα επαγωγικά ρεύματα που προκύπτουν σε αυτούς. Οι ηλεκτρικές μηχανές και ο πυρήνας του μετασχηματιστή δεν είναι ογκώδεις, αλλά αποτελούνται από λεπτά φύλλα μονωμένα μεταξύ τους με χαρτί ή ένα στρώμα μονωτικού βερνικιού. Επομένως, η διαδρομή διάδοσης των δινορευμάτων κατά μήκος της μάζας του αγωγού είναι μπλοκαρισμένη.

Αλλά μερικές φορές στην πράξη τα δινορεύματα χρησιμοποιούνται και ως χρήσιμα ρεύματα. Η χρήση αυτών των ρευμάτων βασίζεται, για παράδειγμα, στην εργασία φούρνοι επαγωγικής θέρμανσης, μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας και τους λεγόμενους μαγνητικούς αποσβεστήρες κινητών μερών ηλεκτρικών οργάνων μέτρησης.

Δείτε επίσης: Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε πίνακες ζωγραφικής