Sähkömagneettisen induktion määritellään induktio sähkömotorinen voima (jännite) väliaineessa tai lähellä elin, koska läsnä muuttuvan magneettikentän. Brittiläinen fyysikko ja kemisti Michael Faraday löysi tämän ilmiön vuoden 1831 aikana Faradayn sähkömagneettisen induktion lain kautta.
Faraday suoritti kokeellisia testejä kestomagneetilla, jota ympäröi lankakela, ja tarkkaili jännitteen induktiota mainitussa kelassa ja alla olevan virran kiertoa.
Michael Faraday
Tämän lain mukaan suljetun silmukan indusoitu jännite on suoraan verrannollinen magneettisen vuon muutosnopeuteen, kun se kulkee pinnan läpi ajan suhteen. Siten on mahdollista indusoida jänniteeron (jännitteen) esiintyminen viereisessä rungossa vaihtelevien magneettikentien vaikutuksesta johtuen.
Tämä indusoitu jännite puolestaan aiheuttaa virran kiertämisen, joka vastaa indusoitua jännitettä ja analyysikohteen impedanssia. Tämä ilmiö on päivittäisen käytön energiajärjestelmien ja -laitteiden toimintaperiaate, kuten moottorit, generaattorit ja sähkömuuntajat, induktiouunit, induktorit, akut jne.
Kaava ja yksiköt
Faradayn havaitsema sähkömagneettinen induktio jaettiin tiedemaailman kanssa matemaattisen mallinnuksen avulla, joka mahdollistaa tämän tyyppisten ilmiöiden toistamisen ja niiden käyttäytymisen ennustamisen.
Kaava
Sähkömagneettisen induktion ilmiöön liittyvien sähköisten parametrien (jännite, virta) laskemiseksi on ensin määritettävä, mikä on magneettisen induktion arvo, jota nykyisin tunnetaan magneettikenttänä.
Jotta tiedetään, mikä on tietyn pinnan läpi kulkeva magneettinen vuo, on laskettava mainitun alueen magneettisen induktion tulos. Niin:
Missä:
Φ: Magneettinen flux
B: Magneettinen induktio
S: Pinta
Faradayn laki osoittaa, että ympäröiviin kappaleisiin indusoitu sähkömoottorivoima annetaan magneettisen vuon muutosnopeudella suhteessa aikaan, kuten jäljempänä esitetään:
Missä:
ε: Sähkömoottorivoima
Korvaamalla magneettivuon arvo edellisessä lausekkeessa, meillä on seuraava:
Jos integraaleja käytetään yhtälön molemmille puolille rajallisen reitin rajaamiseksi alueelle, joka liittyy magneettiseen vuotoon, saadaan tarkempi likiarvo vaaditulle laskelmalle.
Lisäksi sähkömoottorin voiman laskemista suljetussa piirissä rajoitetaan myös tällä tavalla. Siten sovellettaessa integraatiota molemmissa yhtälön jäsenissä saadaan, että:
Mittayksikkö
Magneettinen induktio mitataan Teslasissa kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI). Tätä mittayksikköä edustaa kirjain T, ja se vastaa seuraavien perusyksiköiden joukkoa.
Yksi tesla vastaa tasaista magneettista induktiota, joka tuottaa yhden weberin magneettisen vuon yhden neliömetrin pinnan yli.
Cegesimaalisen yksikköjärjestelmän (CGS) mukaan magneettisen induktion mittayksikkö on gauss. Kummankin yksikön välinen vastaavuussuhde on seuraava:
1 tesla = 10 000 gaussia
Magneettisen induktion mittayksikkö velkaa nimensä serbo-kroatialaiselle insinööri, fyysikko ja keksijä Nikola Tesla. Se nimettiin tällä tavalla 1960-luvun puolivälissä.
Kuinka se toimii?
Sitä kutsutaan induktioksi, koska primaarisen ja toissijaisen elementin välillä ei ole fyysistä yhteyttä; näin ollen kaikki tapahtuu epäsuorien ja aineettomien yhteyksien kautta.
Sähkömagneettisen induktion ilmiö tapahtuu, kun otetaan huomioon muuttuvan magneettikentän voimalinjojen vuorovaikutus läheisen johtavan elementin vapaiden elektronien kanssa.
Tätä varten esine tai väliaine, jolla induktio tapahtuu, on järjestettävä kohtisuoraan magneettikentän voimalinjoihin nähden. Tällä tavoin vapaisiin elektroneihin kohdistuva voima on suurempi ja sen seurauksena sähkömagneettinen induktio on paljon voimakkaampi.
Induktoidun virran kiertosuunnan puolestaan antaa muuttuvan magneettikentän voimalinjojen antama suunta.
Toisaalta, on olemassa kolme menetelmää, joiden avulla magneettikenttävuota voidaan muuttaa indusoimaan sähkömoottorivoima lähellä olevaan kappaleeseen tai esineeseen:
1- Muokkaa magneettikentän moduulia virtauksen voimakkuuden muutosten avulla.
2- Muuta magneettikentän ja pinnan välistä kulmaa.
3- Muokkaa luontaisen pinnan kokoa.
Sitten, kun magneettikenttää on muokattu, viereiseen esineeseen indusoidaan sähkömoottorivoima, joka tuottaa indusoidun virran sen virran kiertovastuksesta riippuen (impedanssi).
Tässä ajatusjärjestyksessä mainitun indusoidun virran osuus on suurempi tai pienempi kuin ensiövirta, järjestelmän fysikaalisesta konfiguraatiosta riippuen.
esimerkit
Sähkömagneettisen induktion periaate on sähköjännitemuuntajien toiminnan perusta.
Jännitemuuntajan muuntamissuhde (asteittainen tai asteittainen) annetaan jokaisella muuntajan käämityksellä olevien käämien lukumäärällä.
Siten, käämien lukumäärästä riippuen, toisiojännite voi olla korkeampi (askelmuuntaja) tai matalampi (askelmuuntaja) muun muassa kytkettyyn sähköjärjestelmään kuuluvan sovelluksen mukaan.
Samalla tavoin sähköä tuottavat turbiinit vesivoimakeskuksissa toimivat myös sähkömagneettisen induktion ansiosta.
Tässä tapauksessa turbiinin siivet liikuttavat pyörimisakselia, joka sijaitsee turbiinin ja generaattorin välillä. Tämä johtaa sitten roottorin mobilisointiin.
Roottori puolestaan koostuu sarjasta käämejä, jotka liikkeessä aiheuttavat muuttuvan magneettikentän.
Jälkimmäinen indusoi sähkömoottorivoiman generaattorin staattorissa, joka on kytketty järjestelmään, joka mahdollistaa prosessin aikana syntyneen energian kuljettamisen verkossa.
Edellä esitettyjen kahden esimerkin avulla on mahdollista havaita, kuinka sähkömagneettinen induktio on osa elämäämme arkipäivän perussovelluksissa.
Viitteet
- Sähkömagneettinen induktio (sf). Palautettu osoitteesta: elektroniikka-ohjeet.ws
- Sähkömagneettinen induktio (sf). Palautettu osoitteesta: nde-ed.org
- Tänään historiassa. 29. elokuuta 1831: Sähkömagneettinen induktio löydettiin. Palautettu osoitteesta: mx.tuhistory.com
- Martín, T. ja Serrano, A. (toinen). Magneettinen induktio. Madridin ammattikorkeakoulu. Madrid, Espanja. Palautettu: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Elektromagneettinen induktio. Palautettu osoitteesta: euston96.com
- Wikipedia, Vapaa tietosanakirja (2018). Tesla (yksikkö). Palautettu osoitteesta: es.wikipedia.org