בחומר נבין את מושג השראת EMF במצבים של התרחשותו. אנו רואים גם את השראות כפרמטר מפתח להתרחשות של שטף מגנטי כאשר מופיע שדה חשמלי במוליך.
אינדוקציה אלקטרומגנטית היא יצירת זרם חשמלי על ידי שדות מגנטיים המשתנים עם הזמן. הודות לתגליותיהם של פאראדיי ולנץ, גובשו דפוסים לחוקים, שהכניסו סימטריה להבנת זרימות אלקטרומגנטיות. התיאוריה של מקסוול הפגישה ידע על זרם חשמלי ושטפים מגנטיים. הודות לגילויו של הרץ, האנושות למדה על תקשורת.
תוֹכֶן
שטף מגנטי
שדה אלקטרומגנטי מופיע סביב מוליך בעל זרם חשמלי, אולם במקביל מתרחשת גם תופעה הפוכה - אינדוקציה אלקטרומגנטית.ראו את השטף המגנטי כדוגמה: אם מסגרת מוליך ממוקמת בשדה חשמלי עם אינדוקציה ומוזזת מלמעלה למטה לאורך קווי שדה מגנטי או ימינה או שמאלה בניצב אליהם, אז השטף המגנטי העובר דרך המסגרת יהיה קָבוּעַ.
כאשר המסגרת מסתובבת סביב הציר שלה, אז לאחר זמן מה השטף המגנטי ישתנה בכמות מסוימת. כתוצאה מכך, מופיע EMF של אינדוקציה במסגרת ומופיע זרם חשמלי, הנקרא אינדוקציה.
אינדוקציה EMF
הבה נבחן בפירוט מהו הרעיון של EMF של אינדוקציה. כאשר מוליך מונח בשדה מגנטי והוא נע עם מפגש קווי השדה, מופיע במוליך כוח אלקטרו-מוטיבי הנקרא אינדוקציה EMF. זה מתרחש גם אם המוליך נשאר נייח, והשדה המגנטי נע ומצטלב עם קווי הכוח המוליכים.
כאשר המוליך, שבו מתרחש ה-emf, נסגר למעגל החיצוני, עקב נוכחותו של emf זה, זרם אינדוקציה מתחיל לזרום במעגל. אינדוקציה אלקטרומגנטית כוללת את תופעת השראת EMF במוליך ברגע שהוא נחצה על ידי קווי שדה מגנטי.
אינדוקציה אלקטרומגנטית היא תהליך הפוך של הפיכת אנרגיה מכנית לזרם חשמלי. מושג זה וחוקיו נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת חשמל, רוב המכונות החשמליות מבוססות על תופעה זו.
חוקי פאראדיי ולנץ
חוקי פאראדיי ולנץ משקפים את דפוסי ההתרחשות של אינדוקציה אלקטרומגנטית.
פאראדיי מצא שהשפעות מגנטיות מופיעות כתוצאה משינויים בשטף המגנטי לאורך זמן.ברגע של חציית המוליך עם זרם מגנטי לסירוגין, נוצר בו כוח אלקטרו-מוטיבי, המוביל להופעת זרם חשמלי. גם מגנט קבוע וגם אלקטרומגנט יכולים ליצור זרם.
המדען קבע שעוצמת הזרם עולה עם שינוי מהיר במספר קווי הכוח שחוצים את המעגל. כלומר, EMF של אינדוקציה אלקטרומגנטית עומד ביחס ישר למהירות השטף המגנטי.
על פי חוק פאראדיי, נוסחאות האינדוקציה EMF מוגדרות כדלקמן:
E \u003d - dF / dt.
סימן המינוס מציין את הקשר בין הקוטביות של EMF המושרה, כיוון הזרימה והמהירות המשתנה.
על פי חוק לנץ, ניתן לאפיין את הכוח האלקטרו-מוטורי בהתאם לכיוונו. כל שינוי בשטף המגנטי בסליל מוביל להופעת EMF של אינדוקציה, ועם שינוי מהיר, נצפה EMF הולך וגובר.
אם לסליל, שבו יש EMF של אינדוקציה, יש קצר חשמלי למעגל חיצוני, אז זורם דרכו זרם אינדוקציה, כתוצאה מכך מופיע שדה מגנטי סביב המוליך והסליל מקבל את התכונות של סולנואיד. . כתוצאה מכך נוצר שדה מגנטי סביב הסליל.
E.Kh. לנץ קבע דפוס לפיו נקבעים כיוון זרם האינדוקציה בסליל והאינדוקציה EMF. החוק קובע כי האינדוקציה EMF בסליל, כאשר השטף המגנטי משתנה, יוצר זרם כיווני בסליל, בו השטף המגנטי הנתון של הסליל מאפשר להימנע משינויים בשטף המגנטי החיצוני.
חוק לנץ חל על כל המצבים של השראת זרם חשמלי במוליכים, ללא קשר לתצורתם ולשיטת שינוי השדה המגנטי החיצוני.
תנועת חוט בשדה מגנטי
הערך של EMF המושרה נקבע בהתאם לאורך המוליך שחוצה על ידי קווי הכוח. עם מספר גדול יותר של קווי שדה, הערך של ה-emf המושרה עולה. עם עלייה בשדה המגנטי ובאינדוקציה, מתרחש ערך גדול יותר של EMF במוליך. לפיכך, הערך של EMF של אינדוקציה במוליך הנע בשדה מגנטי תלוי ישירות בהשראת השדה המגנטי, באורך המוליך ובמהירות תנועתו.
תלות זו באה לידי ביטוי בנוסחה E = Blv, כאשר E הוא האינדוקציה emf; B הוא הערך של אינדוקציה מגנטית; I הוא אורך המנצח; v היא מהירות התנועה שלו.
שימו לב שבמוליך שנע בשדה מגנטי, ה-EMF האינדוקציה מופיע רק כאשר הוא חוצה את קווי השדה המגנטי. אם המוליך נע לאורך קווי הכוח, אז לא נגרמת EMF. מסיבה זו, הנוסחה חלה רק במקרים בהם תנועת המוליך מכוונת בניצב לקווי הכוח.
כיוון ה-EMF המושרה והזרם החשמלי במוליך נקבע על פי כיוון התנועה של המוליך עצמו. כדי לזהות את הכיוון, פותח כלל יד ימין. אם אתה אוחז בכף יד ימין כך שקווי השדה נכנסים לכיוונה, והאגודל מציין את כיוון התנועה של המוליך, אזי ארבע האצבעות הנותרות מצביעות על כיוון ה-emf המושרה ואת כיוון הזרם החשמלי במנצח.
סליל מסתובב
תפקודו של מחולל הזרם החשמלי מבוסס על סיבוב הסליל בשטף מגנטי, שבו יש מספר מסויים של סיבובים. EMF מושרה במעגל חשמלי תמיד כאשר הוא נחצה על ידי שטף מגנטי, המבוסס על נוסחת השטף המגנטי Ф \u003d B x S x cos α (אינדוקציה מגנטית מוכפלת בשטח הפנים שדרכו עובר השטף המגנטי, ובקוסינוס של הזווית שנוצרת על ידי וקטור הכיוון וקווי המישור הניצבים).
לפי הנוסחה, F מושפע משינויים במצבים:
- כאשר השטף המגנטי משתנה, וקטור הכיוון משתנה;
- השטח המוקף בקו המתאר משתנה;
- שינויים בזווית.
מותר להשרות EMF עם מגנט נייח או זרם קבוע, אבל פשוט כאשר הסליל מסתובב סביב צירו בתוך השדה המגנטי. במקרה זה, השטף המגנטי משתנה ככל שהזווית משתנה. הסליל בתהליך הסיבוב חוצה את קווי הכוח של השטף המגנטי, כתוצאה מכך, מופיע EMF. עם סיבוב אחיד, מתרחש שינוי תקופתי בשטף המגנטי. כמו כן, מספר קווי השדה שחוצים כל שנייה הופך שווה לערכים במרווחי זמן קבועים.
בפועל, במחוללי זרם חילופין, הסליל נשאר נייח, והאלקטרומגנט מסתובב סביבו.
אינדוקציה עצמית של EMF
כאשר זרם חשמלי לסירוגין עובר דרך הסליל, נוצר שדה מגנטי לסירוגין, המאופיין בשטף מגנטי משתנה הגורם ל-EMF. תופעה זו נקראת אינדוקציה עצמית.
בשל העובדה שהשטף המגנטי הוא פרופורציונלי לעוצמת הזרם החשמלי, אז נוסחת EMF ההשראה העצמית נראית כך:
Ф = L x I, כאשר L היא השראות, הנמדדת ב-H.ערכו נקבע לפי מספר הסיבובים ליחידת אורך וערך החתך שלהם.
אינדוקציה הדדית
כאשר שני סלילים ממוקמים זה לצד זה, הם רואים את EMF של אינדוקציה הדדית, אשר נקבעת על ידי התצורה של שני המעגלים והכיוון ההדדי שלהם. עם הגדלת ההפרדה של המעגלים, ערך השראות ההדדית יורד, מכיוון שיש ירידה בשטף המגנטי הכולל של שני הסלילים.
הבה נבחן בפירוט את תהליך הופעתה של אינדוקציה הדדית. ישנם שני סלילים, זרם I1 זורם דרך החוט של אחד עם N1 סיבובים, אשר יוצר שטף מגנטי ועובר דרך הסליל השני עם N2 מספר סיבובים.
ערך השראות ההדדית של הסליל השני ביחס לראשון:
M21 = (N2 x F21)/I1.
ערך שטף מגנטי:
F21 = (M21/N2) x I1.
ה-emf המושרה מחושב על ידי הנוסחה:
E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt.
בסליל הראשון, הערך של ה-emf המושרה:
E1 = - M12 x dI2/dt.
חשוב לציין כי הכוח האלקטרו-מוטורי הנגרם על ידי אינדוקציה הדדית באחד הסלילים הוא בכל מקרה פרופורציונלי ישר לשינוי הזרם החשמלי בסליל השני.
אז השראות ההדדית נחשבת שווה ל:
M12 = M21 = M.
כתוצאה מכך, E1 = - M x dI2/dt ו-E2 = M x dI1/dt. M = K √ (L1 x L2), כאשר K הוא מקדם הצימוד בין שני ערכי השראות.
השראות הדדית נמצאת בשימוש נרחב בשנאים, המאפשרים לשנות את הערך של זרם חשמלי לסירוגין. המכשיר הוא זוג סלילים שמפותלים על ליבה משותפת. הזרם בסליל הראשון יוצר שטף מגנטי משתנה במעגל המגנטי וזרם בסליל השני.עם פחות סיבובים בסליל הראשון מאשר בשני, המתח עולה, ובהתאם, עם מספר גדול יותר של סיבובים בסליל הראשון, המתח יורד.
בנוסף לייצור והפיכת אנרגיה חשמלית, התופעה של אינדוקציה מגנטית משמשת במכשירים אחרים. לדוגמה, ברכבות ריחוף מגנטי נעות ללא מגע ישיר עם הזרם במסילות, אך גבוהות בכמה סנטימטרים עקב דחייה אלקטרומגנטית.
מאמרים דומים:
