Een praktische toepassing van de wet van Faraday van elektromagnetische inductie

Het woord "inductie" in het Russisch betekent de processen van opwinding, richting, creatie van iets. In de elektrotechniek wordt deze term al meer dan twee eeuwen gebruikt.

Na het lezen van de publicaties uit 1821 waarin de experimenten van de Deense wetenschapper Oersted werden beschreven op de afbuigingen van een magnetische naald in de buurt van een geleider die een elektrische stroom voert, stelde Michael Faraday zichzelf de taak: magnetisme omzetten in elektriciteit.

Na 10 jaar onderzoek formuleerde hij de basiswet van elektromagnetische inductie, waarin hij uitlegde dat een elektromotorische kracht wordt geïnduceerd in elke gesloten lus. De waarde wordt bepaald door de mate van verandering van de magnetische flux die de beschouwde lus binnendringt, maar genomen met een minteken.

Transmissie van elektromagnetische golven op afstand

De eerste gok die bij de wetenschapper opkwam, werd niet bekroond met praktisch succes.

Hij plaatste twee gesloten draden naast elkaar.Bij de ene plaatste ik een magnetische naald als indicator van de passerende stroom, en in de andere draad gaf ik een impuls van een krachtige galvanische bron uit die tijd: een voltpaal.

De onderzoeker veronderstelde dat met een stroompuls in het eerste circuit het veranderende magnetische veld daarin een stroom in de tweede draad zou opwekken, die de magnetische naald zou afbuigen. Maar het resultaat bleek negatief te zijn - de indicator werkt niet. Het ontbrak hem eerder aan gevoeligheid.

Het brein van de wetenschapper voorziet de creatie en transmissie van elektromagnetische golven op afstand, die nu worden gebruikt in radio-uitzendingen, televisie, draadloze besturing, Wi-Fi-technologieën en soortgelijke apparaten. Hij was gewoon gefrustreerd door de onvolmaakte elementenbasis van de meetinstrumenten van die tijd.

Elektriciteit productie

Na een slecht experiment veranderde Michael Faraday de voorwaarden van het experiment.

Voor het experiment gebruikte Faraday twee spoelen met gesloten lus. In het eerste circuit voedde hij een elektrische stroom van een bron, en in het tweede zag hij de verschijning van een EMF. De stroom die door de windingen van spoel #1 gaat, creëert een magnetische flux rond de spoel, dringt door spoel #2 en vormt er een elektromotorische kracht in.

Tijdens het experiment van Faraday:

• schakel een puls in om spanning te leveren aan het circuit met stationaire spoelen;
• toen de stroom werd toegepast, introduceerde het de bovenste spoel in de onderste spoel;
• vaste spoel nr. 1 permanent en spoel nr. 2 erin geïntroduceerd;
• veranderde de bewegingssnelheid van de spoelen ten opzichte van elkaar.

In al deze gevallen observeerde hij de manifestatie van EMF-inductie in de tweede spoel. En met alleen gelijkstroom die door wikkeling nr. 1 en stationaire spoelen ging, was er geen elektromotorische kracht.

De wetenschapper stelde vast dat de EMF die in de tweede spoel wordt geïnduceerd, afhangt van de snelheid waarmee de magnetische flux verandert. Het is evenredig met zijn grootte.

Hetzelfde patroon komt volledig tot uiting bij het passeren van een gesloten lus magnetische veldlijnen van een permanente magneet. Onder invloed van EMF wordt in de draad een elektrische stroom opgewekt.

De magnetische flux in het beschouwde geval verandert in de lus Sk gecreëerd door een gesloten circuit.

Zo maakte de ontwikkeling van Faraday het mogelijk om een ​​roterend geleidend frame in een magnetisch veld te plaatsen.

Vervolgens was het gemaakt van een groot aantal windingen, vastgezet in roterende lagers.Aan de uiteinden van de spoel werden sleepringen en borstels geïnstalleerd die erop glijden, en een belasting werd aangesloten via de behuizingsklemmen. Het resultaat is een moderne alternator.

Het eenvoudigere ontwerp ontstaat wanneer de spoel op een stationaire behuizing wordt bevestigd en het magnetische systeem begint te draaien. In dit geval is de methode voor het genereren van stromen te wijten aan elektromagnetische inductie op geen enkele manier geschonden.

Het werkingsprincipe van elektromotoren

De wet van elektromagnetische inductie, die Michael Faraday pionierde, maakt een verscheidenheid aan elektromotorontwerpen mogelijk. Ze hebben een vergelijkbare structuur als generatoren: een beweegbare rotor en stator die met elkaar in wisselwerking staan ​​door roterende elektromagnetische velden.

Elektrische stroom gaat alleen door de statorwikkeling van de elektromotor. Het induceert een magnetische flux die het magnetische veld van de rotor beïnvloedt. Hierdoor ontstaan ​​krachten die de motoras doen draaien. Zie over dit onderwerp — Het werkingsprincipe en het apparaat van de elektromotor

Transformatie van elektriciteit

Michael Faraday bepaalde het uiterlijk van een geïnduceerde elektromotorische kracht en een geïnduceerde stroom in een nabijgelegen spoel toen het magnetische veld in de naburige spoel veranderde.

De stroom in de nabijgelegen spoel wordt geïnduceerd wanneer het schakelcircuit in spoel 1 wordt ingeschakeld en is altijd aanwezig tijdens het bedrijf van de generator naar spoel 3.

De werking van alle moderne transformatorapparaten is gebaseerd op deze eigenschap, de zogenaamde wederzijdse inductie.

Om de doorgang van magnetische flux te verbeteren, hebben ze geïsoleerde wikkelingen die op een gemeenschappelijke kern zijn geplaatst met minimale magnetische weerstand. Het is gemaakt van speciale staalsoorten en wordt gevormd door dunne platen op elkaar te stapelen in de vorm van secties met een bepaalde vorm, een zogenaamde magnetische kern.

Transformatoren brengen, als gevolg van wederzijdse inductie, de energie van een wisselend elektromagnetisch veld over van de ene spoel naar de andere, dus er treedt een verandering op, een transformatie van de spanningswaarde aan de ingangs- en uitgangsaansluitingen.

De verhouding van het aantal windingen in de wikkelingen bepaalt de transformatiecoëfficiënt en de dikte van de draad, de constructie en het volume van het kernmateriaal - de waarde van het uitgezonden vermogen, de bedrijfsstroom.

Werking van inductoren

De manifestatie van elektromagnetische inductie wordt waargenomen in de spoel wanneer de waarde van de stroom die erin stroomt verandert. Dit proces wordt zelfinductie genoemd.

Wanneer de schakelaar in het bovenstaande diagram is ingeschakeld, verandert de geïnduceerde stroom het karakter van de lineaire toename van de bedrijfsstroom in het circuit, evenals tijdens de uitschakeling.

Wanneer er geen constante, maar een wisselspanning op de in de spoel gewikkelde draad wordt gezet, dan vloeit de waarde van de stroom, verminderd met de inductieve weerstand, er doorheen.Zelfinductie-energie verschuift de stroom in fase ten opzichte van de aangelegde spanning.

Dit fenomeen wordt gebruikt in smoorspoelen die zijn ontworpen om de grote stromen te verminderen die optreden onder bepaalde bedrijfsomstandigheden. Dergelijke apparaten worden met name gebruikt in het circuit voor het aansteken van fluorescentielampen.

Het kenmerk van het ontwerp van het magnetische circuit van de smoorspoel is de uitsparing van de platen, die is gemaakt om de magnetische weerstand tegen de magnetische flux verder te vergroten als gevolg van de vorming van een luchtspleet.

Chokes met gesplitste en instelbare positie van het magnetische circuit worden gebruikt in veel radio- en elektrische apparaten. Heel vaak zijn ze te vinden in de constructie van lastransformatoren. Ze verminderen de grootte van de elektrische boog die door de elektrode gaat tot de optimale waarde.

Inductie ovens

Het fenomeen van elektromagnetische inductie komt niet alleen tot uiting in draden en spoelen, maar ook in massieve metalen voorwerpen. De stromen die erin worden geïnduceerd, worden meestal wervelstromen genoemd.Tijdens de werking van transformatoren en smoorspoelen veroorzaken ze verwarming van het magnetische circuit en de hele structuur.

Om dit fenomeen te voorkomen, zijn de kernen gemaakt van dunne metalen platen en geïsoleerd met een vernislaag, die de doorgang van geïnduceerde stromen voorkomt.

In verwarmingsconstructies beperken wervelstromen niet, maar creëren ze de meest gunstige voorwaarden voor hun doorgang. Inductie ovens worden veel gebruikt in de industriële productie om hoge temperaturen te creëren.

Elektrotechnische meetinstrumenten

Een grote klasse inductieapparaten blijft werken op elektriciteit.Elektrische meters met een roterende aluminium schijf vergelijkbaar met de constructie van een vermogensrelais, dempingskiezersystemen, werken volgens het principe van elektromagnetische inductie.

Gasmagnetische generatoren

Als, in plaats van een gesloten frame, een geleidend gas, vloeistof of plasma in het veld van een magneet beweegt, dan zullen de ladingen van elektriciteit onder invloed van magnetische veldlijnen in strikt gedefinieerde richtingen gaan afwijken en een elektrische stroom vormen. Het magnetische veld op de gemonteerde elektrodecontactplaten wekt een elektromotorische kracht op. Onder zijn werking wordt een elektrische stroom gegenereerd in het aangesloten circuit naar de MHD-generator.

Zo manifesteert de wet van elektromagnetische inductie zich in MHD-generatoren.

Er zijn geen ingewikkelde roterende onderdelen zoals de rotor. Dit vereenvoudigt het ontwerp, stelt u in staat om de temperatuur van de werkomgeving aanzienlijk te verhogen en tegelijkertijd de efficiëntie van elektriciteitsopwekking te verhogen. MHD-generatoren werken als back-up- of noodbronnen die gedurende korte tijd aanzienlijke elektriciteitsstromen kunnen opwekken.

Dus de wet van elektromagnetische inductie, ooit onderbouwd door Michael Faraday, blijft vandaag relevant.