Ηλεκτρομαγνητική φόρμουλα και μονάδες επαγωγής, πώς λειτουργεί και παραδείγματα



Το ηλεκτρομαγνητική επαγωγή ορίζεται ως η επαγωγή μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης (τάσης) σε ένα κοντινό μέσο ή σώμα λόγω της παρουσίας ενός μεταβλητού μαγνητικού πεδίου. Αυτό το φαινόμενο ανακαλύφθηκε από το βρετανικό φυσικό και χημικό Michael Faraday, κατά τη διάρκεια του έτους 1831, από τον νόμο του Faraday για ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Faraday διεξήγαγε πειραματικές δοκιμές με ένα μόνιμο μαγνήτη που περιβάλλεται από ένα πηνίο σύρματος και παρατηρήθηκαν επαγωγή μιας τάσεως επί του εν λόγω πηνίου, και την κυκλοφορία ενός υπόγειο ρεύμα.

Αυτός ο νόμος υποδεικνύει ότι η τάση που προκαλείται σε κλειστό βρόχο είναι ευθέως ανάλογη με την ταχύτητα αλλαγής της μαγνητικής ροής όταν διασχίζει μια επιφάνεια σε σχέση με το χρόνο. Έτσι, είναι εφικτό να επάγεται η ύπαρξη διαφοράς τάσης (τάσης) σε γειτονικό σώμα λόγω της επίδρασης μεταβλητών μαγνητικών πεδίων.

Με τη σειρά του, αυτή η επαγόμενη τάση προκαλεί την κυκλοφορία ενός ρεύματος που αντιστοιχεί στην επαγόμενη τάση και την αντίσταση του αντικειμένου της ανάλυσης. Το φαινόμενο αυτό είναι η αρχή της δράσης των ηλεκτρικών συστημάτων και των συσκευών καθημερινής χρήσης, όπως: κινητήρες, γεννήτριες και ηλεκτρικοί μετασχηματιστές, επαγωγικοί κλίβανοι, πηνία, μπαταρίες κλπ..

Ευρετήριο

  • 1 Τύπος και μονάδες
    • 1.1 Φόρμουλα
    • 1.2 Μονάδα μέτρησης
  • 2 Πώς λειτουργεί?
  • 3 Παραδείγματα
  • 4 Αναφορές

Τύπος και μονάδες

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή που παρατηρείται από τον Faraday μοιράστηκε στον κόσμο της επιστήμης μέσω μαθηματικών μοντέλων που επιτρέπουν την αναπαραγωγή αυτού του τύπου φαινομένων και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς τους.

Φόρμουλα

Για να υπολογίσουμε τις ηλεκτρικές παραμέτρους (τάση, ρεύμα) που σχετίζονται με το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, πρέπει πρώτα να καθορίσουμε ποια είναι η τιμή της μαγνητικής επαγωγής, γνωστή σήμερα ως μαγνητικό πεδίο.

Για να μάθουμε ποια είναι η μαγνητική ροή που διασχίζει μια συγκεκριμένη επιφάνεια, τότε το προϊόν της μαγνητικής επαγωγής πρέπει να υπολογιστεί από την εν λόγω περιοχή. Έτσι:

Πού:

Φ: Μαγνητική ροή [Wb]

Β: Μαγνητική επαγωγή [Τ]

S: Επιφάνεια [m2]

Ο νόμος του Faraday υποδεικνύει ότι η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται στα περιβάλλοντα σώματα δίνεται από το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής σε σχέση με το χρόνο, όπως περιγράφεται παρακάτω:

Πού:

ε: Ηλεκτροκινητική δύναμη [V]

Όταν αντικαθιστάμε την τιμή της μαγνητικής ροής στην προηγούμενη έκφραση, έχουμε τα εξής:

Εάν εφαρμοστεί ολοκληρώματα και στις δύο πλευρές της εξίσωσης, προκειμένου να ορίσει ένα πεπερασμένο μονοπάτι για τη μαγνητική ροή που σχετίζονται με την περιοχή, μια προσέγγιση επιτυγχάνεται πιο ακριβής υπολογισμός απαιτείται.

Επιπλέον, ο υπολογισμός της ηλεκτροκινητικής δύναμης σε ένα κλειστό κύκλωμα περιορίζεται επίσης με αυτόν τον τρόπο. Έτσι, κατά την εφαρμογή της ενσωμάτωσης και στα δύο μέλη της εξίσωσης, προκύπτει ότι:

Μονάδα μέτρησης

Η μαγνητική επαγωγή μετράται στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI) στο Teslas. Αυτή η μονάδα μέτρησης αντιπροσωπεύεται από το γράμμα Τ και αντιστοιχεί στο σύνολο των ακόλουθων βασικών μονάδων.

Μια tesla είναι ισοδύναμη με την μαγνητική επαγωγή ομοιόμορφου χαρακτήρα που παράγει μαγνητική ροή 1 weber σε επιφάνεια ενός τετραγωνικού μέτρου.

Σύμφωνα με το Cegesimal System of Units (CGS), η μονάδα μέτρησης της μαγνητικής επαγωγής είναι gauss. Η σχέση ισοδυναμίας μεταξύ των δύο μονάδων είναι η ακόλουθη:

1 tesla = 10 000 gauss

Η μονάδα μέτρησης της μαγνητικής επαγωγής οφείλει το όνομά της στον μηχανικό, φυσικό και εφευρέτη Σερβο-Κροάτη Νίκολα Τέσλα. Ονομάστηκε με αυτόν τον τρόπο στα μέσα του 1960.

Πώς λειτουργεί?

Ονομάζεται επαγωγή επειδή δεν υπάρχει φυσική σύνδεση μεταξύ του πρωτεύοντος και του δευτερεύοντος στοιχείου. κατά συνέπεια, τα πάντα συμβαίνουν μέσω έμμεσων και άυλων συνδέσεων.

Το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής συμβαίνει δεδομένης της αλληλεπίδρασης των γραμμών δύναμης ενός μεταβλητού μαγνητικού πεδίου στα ελεύθερα ηλεκτρόνια ενός κοντινού αγώγιμου στοιχείου.

Για το σκοπό αυτό, το αντικείμενο ή το μέσο στο οποίο λαμβάνει χώρα η επαγωγή πρέπει να είναι διατεταγμένο κάθετα σε σχέση με τις γραμμές ισχύος του μαγνητικού πεδίου. Με αυτόν τον τρόπο, η δύναμη που ασκείται στα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι μεγαλύτερη και, συνεπώς, η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι πολύ ισχυρότερη.

Με τη σειρά του, η κατεύθυνση της κυκλοφορίας του επαγόμενου ρεύματος δίνεται από την κατεύθυνση που δίνεται από τις γραμμές ισχύος του μεταβλητού μαγνητικού πεδίου.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν τρεις μέθοδοι μέσω των οποίων η ροή του μαγνητικού πεδίου μπορεί να μεταβάλλεται για να προκαλέσει ηλεκτρομαγνητική δύναμη σε σώμα ή κοντινό αντικείμενο:

1- Τροποποιήστε τη μονάδα μαγνητικού πεδίου, με μεταβολές στην ένταση της ροής.

2- Αλλάξτε τη γωνία μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και της επιφάνειας.

3- Τροποποιήστε το μέγεθος της εγγενούς επιφάνειας.

Στη συνέχεια, μετά από τροποποίηση ενός μαγνητικού πεδίου, μια ηλεκτρεγερτική δύναμη η οποία επάγεται στο παρακείμενο αντικείμενο, ανάλογα με την αντίσταση στη ροή του ρεύματος, όπως είναι κύριοι (σύνθετη αντίσταση) θα παράγει ένα επαγόμενο ρεύμα.

Με αυτή τη σειρά ιδεών, το ποσοστό αυτού του επαγόμενου ρεύματος θα είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο από το πρωτεύον, ανάλογα με τη φυσική διαμόρφωση του συστήματος.

Παραδείγματα

Η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι η βάση λειτουργίας των ηλεκτρικών μετασχηματιστών τάσης.

Ο λόγος μετασχηματισμού ενός μετασχηματιστή τάσης (μειωτήρας ή ανελκυστήρας) δίνεται από τον αριθμό περιελίξεων που έχει κάθε περιέλιξη του μετασχηματιστή.

Έτσι, ανάλογα με τον αριθμό των σπειρών, η δευτερεύουσα τάση μπορεί να είναι υψηλότερη (μετασχηματιστής) ή μικρότερο (μετασχηματιστή stepdown), ανάλογα με την εφαρμογή εντός του ηλεκτρικού δικτύου.

Κατά παρόμοιο τρόπο, οι στρόβιλοι που παράγουν ηλεκτρισμό στα υδροηλεκτρικά κέντρα λειτουργούν επίσης χάρη στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Σε αυτή την περίπτωση, τα πτερύγια της στροβίλου κινούν τον άξονα περιστροφής που βρίσκεται ανάμεσα στον στρόβιλο και τη γεννήτρια. Στη συνέχεια, αυτό έχει ως αποτέλεσμα την κινητοποίηση του ρότορα.

Με τη σειρά του, ο ρότορας αποτελείται από μια σειρά περιελίξεων που, όταν βρίσκονται σε κίνηση, δημιουργούν ένα μεταβλητό μαγνητικό πεδίο.

Ο τελευταίος προκαλεί ηλεκτροκινητική δύναμη στον στάτορα της γεννήτριας, η οποία συνδέεται με ένα σύστημα το οποίο επιτρέπει την μεταφορά της ενέργειας που παράγεται στη διάρκεια της διεργασίας..

Μέσα από τα παραπάνω δύο παραδείγματα είναι εφικτό να εντοπίσουμε πώς η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι μέρος της ζωής μας σε στοιχειώδεις εφαρμογές της καθημερινής ζωής.

Αναφορές

  1. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (s.f.). Ανακτήθηκε από: electronics-tutorials.ws
  2. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή (s.f.). Ανακτήθηκε από: nde-ed.org
  3. Σήμερα στην ιστορία 29 Αυγούστου 1831: Ανακαλύφθηκε ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ανακτήθηκε από: mx.tuhistory.com
  4. Martín, Τ., Και Serrano, Α. (S.f.). Μαγνητική επαγωγή Πολυτεχνείο της Μαδρίτης. Μαδρίτη, Ισπανία Ανακτήθηκε από: montes.upm.es
  5. Sancler, V. (s.f.). Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή Ανακτήθηκε από: euston96.com
  6. Wikipedia, Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια (2018). Tesla (μονάδα). Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org