Die verskynsel van elektromagnetiese induksie is 'n verskynsel wat bestaan uit die voorkoms van 'n elektromotoriese krag of spanning in 'n liggaam geleë in 'n magnetiese veld wat voortdurend verander. 'n Elektromotoriese krag as gevolg van elektromagnetiese induksie ontstaan ook as 'n liggaam in 'n statiese en nie-eenvormige magneetveld beweeg, of in 'n magnetiese veld roteer sodat sy lyne wat 'n geslote lus sny, verander.
geïnduseerde elektriese stroom
Onder die konsep van "induksie" word bedoel die ontstaan van 'n proses as gevolg van die impak van 'n ander proses. Byvoorbeeld, 'n elektriese stroom kan geïnduseer word, dit wil sê, dit kan voorkom as gevolg van die blootstelling van 'n geleier aan 'n magnetiese veld op 'n spesiale manier. So 'n elektriese stroom word geïnduseer genoem. Die toestande vir die vorming van 'n elektriese stroom as gevolg van die verskynsel van elektromagnetiese induksie word later in die artikel bespreek.
Die konsep van 'n magneetveld
VoorheenOm die verskynsel van elektromagnetiese induksie te begin bestudeer, is dit nodig om te verstaan wat 'n magnetiese veld is. In eenvoudige terme, 'n magnetiese veld is 'n gebied van die ruimte waarin 'n magnetiese materiaal sy magnetiese effekte en eienskappe vertoon. Hierdie gebied van die ruimte kan uitgebeeld word met behulp van lyne wat magnetiese veldlyne genoem word. Die aantal van hierdie lyne verteenwoordig 'n fisiese grootheid wat magnetiese vloed genoem word. Die magneetveldlyne is gesluit, hulle begin by die noordpool van die magneet en eindig by die suide.
Magnetiese veld het die vermoë om op enige materiale met magnetiese eienskappe in te werk, soos ystergeleiers van elektriese stroom. Hierdie veld word gekenmerk deur magnetiese induksie, wat B aangedui word en in teslas (T) gemeet word. 'n Magnetiese induksie van 1 T is 'n baie sterk magneetveld wat met 'n krag van 1 newton op 'n puntlading van 1 coulomb inwerk, wat loodreg op die magneetveldlyne vlieg teen 'n spoed van 1 m/s, dit wil sê, 1 T=1 Ns / (mCl).
Wie het die verskynsel van elektromagnetiese induksie ontdek?
Elektromagnetiese induksie, op die beginsel waarop baie moderne toestelle gebaseer is, is in die vroeë 30's van die XIX eeu ontdek. Die ontdekking van die verskynsel van elektromagnetiese induksie word gewoonlik aan Michael Faraday (ontdekkingsdatum - 29 Augustus 1831) toegeskryf. Die wetenskaplike is gebaseer op die resultate van die eksperimente van die Deense fisikus en chemikus Hans Oersted, wat ontdek het dat 'n geleier waardeur 'n elektriese stroom vloei skep'n magneetveld om homself, dit wil sê, dit begin magnetiese eienskappe toon.
Faraday het op sy beurt die teenoorgestelde van die verskynsel ontdek wat deur Oersted ontdek is. Hy het opgemerk dat 'n veranderende magneetveld, wat geskep kan word deur die parameters van die elektriese stroom in die geleier te verander, lei tot die verskyning van 'n potensiaalverskil aan die punte van enige stroomgeleier. As hierdie ente byvoorbeeld deur 'n elektriese lamp verbind word, sal 'n elektriese stroom deur so 'n stroombaan vloei.
Gevolglik het Faraday 'n fisiese proses ontdek, as gevolg waarvan 'n elektriese stroom in 'n geleier verskyn as gevolg van 'n verandering in die magnetiese veld, wat die verskynsel van elektromagnetiese induksie is. Terselfdertyd, vir die vorming van 'n geïnduseerde stroom, maak dit nie saak wat beweeg nie: die magnetiese veld of die geleier self. Dit kan maklik aangetoon word deur 'n toepaslike eksperiment oor die verskynsel van elektromagnetiese induksie uit te voer. Dus, nadat ons die magneet in die metaalspiraal geplaas het, begin ons dit beweeg. As jy die punte van die spiraal deur een of ander aanwyser van elektriese stroom in 'n stroombaan verbind, kan jy die voorkoms van stroom sien. Nou moet jy die magneet alleen los en die spiraal op en af beweeg relatief tot die magneet. Die aanwyser sal ook die bestaan van stroom in die stroombaan wys.
Faraday-eksperiment
Faraday se eksperimente het bestaan uit die werk met 'n geleier en 'n permanente magneet. Michael Faraday het die eerste keer ontdek dat wanneer 'n geleier binne 'n magneetveld beweeg, 'n potensiaalverskil aan sy ente ontstaan. Die bewegende geleier begin die magnetiese veldlyne oorsteek, wat simuleerdie effek van die verandering van hierdie veld.
Die wetenskaplike het ontdek dat die positiewe en negatiewe tekens van die gevolglike potensiaalverskil afhang van die rigting waarin die geleier beweeg. Byvoorbeeld, as die geleier in 'n magnetiese veld verhoog word, sal die resulterende potensiaalverskil 'n +- polariteit hê, maar as hierdie geleier verlaag word, sal ons reeds 'n -+ polariteit kry. Hierdie veranderinge in die teken van die potensiale, waarvan die verskil die elektromotoriese krag (EMK) genoem word, lei tot die verskyning in 'n geslote stroombaan van 'n wisselstroom, dit wil sê, 'n stroom wat voortdurend sy rigting na die teenoorgestelde verander.
Kenmerke van elektromagnetiese induksie ontdek deur Faraday
Om te weet wie die verskynsel van elektromagnetiese induksie ontdek het en hoekom daar 'n geïnduseerde stroom is, sal ons sommige van die kenmerke van hierdie verskynsel verduidelik. Dus, hoe vinniger jy die geleier in 'n magnetiese veld beweeg, hoe groter sal die waarde van die geïnduseerde stroom in die stroombaan wees. Nog 'n kenmerk van die verskynsel is soos volg: hoe groter die magnetiese induksie van die veld, dit wil sê hoe sterker hierdie veld, hoe groter is die potensiaalverskil wat dit kan skep wanneer die geleier in die veld beweeg. As die geleier in 'n magnetiese veld in rus is, ontstaan geen EMK daarin nie, aangesien daar geen verandering is in die lyne van magnetiese induksie wat die geleier kruis nie.
Elektriese stroomrigting en linkerhandreël
Om die rigting in die geleier te bepaal van elektriese stroom wat geskep word as gevolg van die verskynsel van elektromagnetiese induksie, kan jygebruik die sogenaamde linkerhandreël. Dit kan soos volg geformuleer word: as die linkerhand so geplaas word dat die lyne van magnetiese induksie, wat by die noordpool van die magneet begin, die palm binnegaan, en die uitsteekende duim in die bewegingsrigting van die geleier in die veld van die magneet, dan sal die oorblywende vier vingers van die linkerhand die rigting van beweging geïnduseerde stroom in die geleier aandui.
Daar is nog 'n weergawe van hierdie reël, dit is soos volg: as die wysvinger van die linkerhand langs die lyne van magnetiese induksie gerig is, en die uitstaande duim in die rigting van die geleier gerig is, dan is die middelvinger wat 90 grade na die palm gedraai word, sal die rigting van die verskynde stroom in die geleier aandui.
Die verskynsel van selfinduksie
Hans Christian Oersted het die bestaan van 'n magnetiese veld om 'n geleier of spoel met stroom ontdek. Die wetenskaplike het ook gevind dat die kenmerke van hierdie veld direk verband hou met die sterkte van die stroom en sy rigting. As die stroom in die spoel of geleier veranderlik is, sal dit 'n magnetiese veld opwek wat nie stilstaan nie, dit wil sê, dit sal verander. Op sy beurt sal hierdie wisselveld lei tot die verskyning van 'n geïnduseerde stroom (die verskynsel van elektromagnetiese induksie). Die beweging van die induksiestroom sal altyd teenoorgesteld wees van die wisselstroom wat deur die geleier sirkuleer, dit wil sê, dit sal elke verandering in die rigting van die stroom in die geleier of spoel weerstaan. Hierdie proses word selfinduksie genoem. Die gevolglike elektriese verskilpotensiale word die EMK van selfinduksie genoem.
Let daarop dat die verskynsel van selfinduksie nie net voorkom wanneer die rigting van die stroom verander nie, maar ook wanneer dit verander, byvoorbeeld wanneer dit toeneem as gevolg van 'n afname in weerstand in die stroombaan.
Vir die fisiese beskrywing van die weerstand wat uitgeoefen word deur enige verandering in stroom in 'n stroombaan as gevolg van self-induksie, is die konsep van induktansie bekendgestel, wat gemeet word in henries (ter ere van die Amerikaanse fisikus Joseph Henry). Een Henry is so 'n induktansie waarvoor, wanneer die stroom met 1 ampère in 1 sekonde verander, 'n EMK in die proses van selfinduksie ontstaan, gelyk aan 1 volt.
Wisselstroom
Wanneer 'n induktor in 'n magnetiese veld begin draai, as gevolg van die verskynsel van elektromagnetiese induksie, skep dit 'n geïnduseerde stroom. Hierdie elektriese stroom is veranderlik, wat beteken dat dit sistematies van rigting verander.
Wisselstroom is meer algemeen as gelykstroom. Dus, baie toestelle wat vanaf die sentrale elektriese netwerk werk, gebruik hierdie tipe stroom. Wisselstroom is makliker om te induseer en te vervoer as gelykstroom. As 'n reël is die frekwensie van huishoudelike wisselstroom 50-60 Hz, dit wil sê in 1 sekonde verander sy rigting 50-60 keer.
Die meetkundige voorstelling van wisselstroom is 'n sinusvormige kromme wat die afhanklikheid van spanning op tyd beskryf. Die volle tydperk van die sinusvormige kromme vir huishoudelike stroom is ongeveer 20 millisekondes. Volgens die termiese effek is wisselstroom soortgelyk aan stroomDC, waarvan die spanning Umax/√2 is, waar Umax die maksimum spanning op die WS sinusvormige kromme is.
Die gebruik van elektromagnetiese induksie in tegnologie
Die ontdekking van die verskynsel van elektromagnetiese induksie het 'n ware oplewing in die ontwikkeling van tegnologie veroorsaak. Voor hierdie ontdekking kon mense net in beperkte hoeveelhede elektrisiteit opwek deur elektriese batterye te gebruik.
Hierdie fisiese verskynsel word tans gebruik in elektriese transformators, in verwarmers wat geïnduseerde stroom in hitte omskakel, en in elektriese motors en motoropwekkers.
