Elektromagnetische inductie

Het uiterlijk in de inductie van de EMF van de dirigent

Als je zet magnetisch veld draad en beweeg het zo dat het de veldlijnen kruist terwijl het beweegt, dan zal de draad hebben elektromotorische krachtEMF-inductie genoemd.

Er zal een inductie-EMK optreden in de geleider, zelfs als de geleider zelf stationair blijft en het magnetische veld zal bewegen en de geleider met zijn krachtlijnen zal kruisen.

Als de geleider waarin de inductie-EMF wordt geïnduceerd, is gesloten voor een extern circuit, dan zal onder invloed van deze EMF een stroom door het circuit vloeien, de zogenaamde inductie stroom.

Het fenomeen van EMF-inductie in een geleider wanneer deze zijn magnetische veldlijnen kruist, wordt elektromagnetische inductie genoemd.

Elektromagnetische inductie is het omgekeerde proces, dat wil zeggen de omzetting van mechanische energie in elektrische energie.

Het fenomeen van elektromagnetische inductie wordt veel gebruikt in Elektrotechniek… Het apparaat van verschillende elektrische machines is gebaseerd op het gebruik ervan.

De grootte en richting van de EMF-inductie

Laten we nu eens kijken wat de grootte en richting zal zijn van de EMF die in de geleider wordt geïnduceerd.

De grootte van de inductie-EMV hangt af van het aantal krachtlijnen dat de draad per tijdseenheid passeert, d.w.z. van de snelheid van de beweging van de draad in het veld.

De grootte van de geïnduceerde EMF is recht evenredig met de bewegingssnelheid van de geleider in een magnetisch veld.

De grootte van de geïnduceerde EMF hangt ook af van de lengte van dat deel van de draad dat wordt doorkruist door de veldlijnen. Hoe groter het deel van de geleider dat wordt doorkruist door de veldlijnen, hoe groter de geïnduceerde emf in de geleider. Ten slotte, hoe sterker het magnetische veld, dat wil zeggen hoe groter de inductie, hoe groter de EMF in de geleider die dit veld doorkruist.

De EMF-waarde van een inductie die optreedt in een geleider wanneer deze in een magnetisch veld beweegt, is dus recht evenredig met de inductie van het magnetische veld, de lengte van de geleider en de snelheid van zijn beweging.

Deze afhankelijkheid wordt uitgedrukt door de formule E = Blv,

waarbij E de inductie-EMK is; B — magnetische inductie; I is de lengte van de draad; v is de snelheid van de draad.

Er moet goed aan worden herinnerd dat in een geleider die in een magnetisch veld beweegt, EMF van inductie alleen optreedt als deze geleider wordt gekruist door de magnetische veldlijnen van het veld. Als de geleider langs de veldlijnen beweegt, dat wil zeggen, hij kruist niet, maar lijkt erlangs te glijden, dan wordt er geen EMF in geïnduceerd. Daarom is de bovenstaande formule alleen geldig als de draad loodrecht op de magnetische veldlijnen beweegt.

De richting van de geïnduceerde emf (evenals de stroom in de draad) hangt af van de richting waarin de draad beweegt. Er is een rechterhandregel voor het bepalen van de richting van de geïnduceerde EMF.

Als je de palm van je rechterhand zo vasthoudt dat de magnetische veldlijnen erin komen, en de gebogen duim de bewegingsrichting van de geleider zou aangeven, dan zouden de uitgestrekte vier vingers de actierichting van de geïnduceerde EMF aangeven en de richting van de stroom in de geleider.

Rechterhand regel

EMF-inductie in de spoel

We hebben al gezegd dat om een ​​EMF van inductie in een draad te creëren, het nodig is om de draad zelf of het magnetische veld in een magnetisch veld te brengen. In beide gevallen moet de draad worden gekruist door de magnetische veldlijnen van het veld, anders wordt er geen emf geïnduceerd. De geïnduceerde emf, en dus de geïnduceerde stroom, kan niet alleen voorkomen in een rechte draad, maar ook in een tot een spoel gedraaide draad.

Bij verhuizing naar binnen wikkelen van een permanente magneet wordt er een EMF in geïnduceerd vanwege het feit dat de magnetische flux van de magneet de windingen van de spoel kruist, dat wil zeggen op dezelfde manier als bij het verplaatsen van een rechte draad in het veld van een magneet.

Als de magneet langzaam in de spoel wordt neergelaten, zal de EMF die erin ontstaat zo klein zijn dat de naald van het apparaat misschien niet eens afwijkt. Als de magneet daarentegen snel in de spoel wordt gestoken, zal de afbuiging van de pijl groot zijn. Dit betekent dat de grootte van de geïnduceerde EMF en daarmee de sterkte van de stroom in de spoel afhangt van de snelheid van de magneet, dat wil zeggen van hoe snel de veldlijnen van het veld de windingen van de spoel kruisen. Als nu afwisselend eerst een sterke magneet en daarna een zwakke magneet met dezelfde snelheid in de spoel worden gestoken, dan zul je merken dat bij een sterke magneet de naald van het apparaat een grotere hoek gaat afwijken.Dit betekent dat de grootte van de geïnduceerde EMF en dienovereenkomstig de sterkte van de stroom in de spoel afhangt van de grootte van de magnetische flux van de magneet.

Als tenslotte dezelfde magneet met dezelfde snelheid wordt ingebracht, eerst in een spoel met een groot aantal windingen en vervolgens met een veel kleiner aantal, dan zal in het eerste geval de naald van het apparaat een grotere hoek afwijken dan in de seconde. Dit betekent dat de grootte van de geïnduceerde EMF en daarmee de sterkte van de stroom in de spoel afhangt van het aantal windingen. Dezelfde resultaten kunnen worden verkregen als een elektromagneet wordt gebruikt in plaats van een permanente magneet.

De richting van inductie van EMF in de spoel hangt af van de bewegingsrichting van de magneet. Hoe de richting van EMF van inductie te bepalen, zegt de wet opgesteld door E. H. Lenz.

Lenz' wet van elektromagnetische inductie

Elke verandering in de magnetische flux in de spoel gaat gepaard met het verschijnen van een EMF van inductie erin, en hoe sneller de verandering van de magnetische flux die de spoel binnendringt, hoe groter de EMF erin.

Als de spoel waarin de inductie-EMK wordt gecreëerd, is gesloten voor een extern circuit, stroomt er een inductiestroom door zijn windingen, waardoor een magnetisch veld rond de draad ontstaat, waardoor de spoel in een solenoïde verandert. Het blijkt dat het veranderende externe magnetische veld een geïnduceerde stroom in de spoel induceert, die op zijn beurt zijn eigen magnetische veld rond de spoel creëert - het huidige veld.

Bij het bestuderen van dit fenomeen stelde E.H. Lenz een wet vast die de richting van de inductiestroom in de spoel en daarmee de richting van de inductie-EMK bepaalt.De emf van inductie die in de spoel optreedt wanneer de magnetische flux erin verandert, creëert een stroom in de spoel in een zodanige richting dat de magnetische flux van de spoel die door deze stroom wordt gecreëerd, voorkomt dat de externe magnetische flux verandert.

De wet van Lenz is geldig voor alle gevallen van stroominductie in draden, ongeacht de vorm van de draden en hoe de verandering in het externe magnetische veld wordt bereikt.

Wanneer de permanente magneet beweegt ten opzichte van de draadspoel die is aangesloten op de klemmen van de galvanometer, of wanneer de spoel beweegt ten opzichte van de magneet, wordt een geïnduceerde stroom opgewekt.

Inductiestromen in massieve geleiders

De veranderende magnetische flux kan een EMF opwekken, niet alleen in de windingen van de spoel, maar ook in massieve metalen geleiders. Door de dikte van een massieve geleider te doordringen, induceert de magnetische flux een EMF erin, die inductiestromen creëert. Deze zgn wervelstromen verspreid over een massieve draad en daarin kortgesloten worden.

De kernen van transformatoren, magnetische kernen van verschillende elektrische machines en apparaten zijn alleen die massieve draden die worden verwarmd door de inductiestromen die erin ontstaan.Dit fenomeen is daarom ongewenst om de omvang van de inductiestromen te verminderen, de delen van elektrische machines en de kern van de transformator zijn niet massief, maar bestaan ​​uit dunne platen die van elkaar zijn geïsoleerd met papier of een laag isolerende vernis. Daarom is het voortplantingspad van wervelstromen langs de massa van de geleider geblokkeerd.

Maar soms worden in de praktijk ook wervelstromen gebruikt als nuttige stromingen. Het gebruik van deze stromingen is gebaseerd op bijvoorbeeld het werk inductie verwarmingsovens, elektriciteitsmeters en de zogenaamde magnetische dempers van bewegende delen van elektrische meetinstrumenten.

Zie ook: Het fenomeen van elektromagnetische inductie in schilderijen