Interconectarea câmpurilor electrice și magnetice
Această descoperire a sugerat că un curent electric poate produce un câmp magnetic. Dar, în același timp, au existat și gânduri despre transformarea inversă, și anume, cum se obține un curent electric dintr-un câmp magnetic. Până la urmă, multe procese în natură sunt reversibile: din apă, se obține gheața, care poate fi topită din nou în apă.
Acum, acest lucru nu mai este surprinzător. Acesta este modul în care funcționează toate generatoarele electrice - în timp ce se rotește de ceva, se produce energie electrică, lumina strălucește. S-au oprit, s-au oprit rotirea și bulbul a ieșit.
Astfel, EMF la capetele conductorului apare numai dacă este deplasat într-un anumit mod într-un câmp magnetic. Sau, mai exact, câmpul magnetic trebuie să se schimbe în mod necesar, să fie variabil. Acest fenomen a primit denumirea de inducție electromagnetică, în ghidarea electromagnetică rusă: în acest caz, ei spun că conductorul este ghidat de EMF. Dacă o sarcină este conectată la o astfel de sursă de energie electrică, curentul va curge în circuit.
Mărimea EMF indusă depinde de mai mulți factori: lungimea conductorului, inducerea câmpului magnetic B și într-o mare măsură viteza conductorului într-un câmp magnetic. Cu cât rotorul generatorului este mai rapid, cu atât tensiunea de ieșire este mai mare.
Notă: Inducția electromagnetică (fenomenul apariției EMF la capetele unui conductor într-un câmp magnetic alternativ) nu trebuie confundat cu inducția magnetică - o cantitate fizică vectorică care caracterizează câmpul magnetic propriu-zis.
Trei moduri de a genera emf
Această metodă a fost analizată în prima parte a articolului. Este suficient să mutați conductorul în câmpul magnetic al unui magnet permanent sau invers, pentru a muta (aproape întotdeauna prin rotire) un magnet în apropierea conductorului. Ambele variante permit în mod unic obținerea unui câmp magnetic alternativ. În acest caz, metoda de obținere a EMF se numește inducție. Este inducția utilizată pentru a produce EMF în generatori diferiți. În experimentele lui Faraday din 1831, magnetul sa mișcat treptat în interiorul bobinei.
Acest nume sugerează că doi participanți la acest fenomen participă. În unul dintre ele un flux de curent în schimbare, care creează în jurul lui un câmp magnetic alternativ. Dacă în continuare există un alt conductor, atunci la capetele sale există un EMF variabil.
O astfel de metodă de producere a EMF se numește inducție reciprocă. Prin principiul inductivității reciproce funcționează toate transformatoarele, numai conductorii sunt realizați sub formă de bobine, iar nucleele fabricate din materiale feromagnetice sunt utilizate pentru a spori inducția magnetică.
În cazul în care curentul în prima oprire conductor (circuit deschis), sau chiar devin foarte puternice, dar constant (nici o schimbare), nici EMF nu va fi capabil de a obține la capătul celui de al doilea conductor. De aceea, transformatoarele funcționează numai pe curent alternativ: dacă o baterie galvanică este conectată la înfășurarea primară, atunci nu va mai exista tensiune pe ieșirea bobinei secundare.
EMF în bobina secundară este indusă numai atunci când se schimbă câmpul magnetic. Mai mult, cu cât rata de schimbare este mai rapidă, este viteza și nu valoarea absolută, cu atât este mai mare EMF indus.
Dacă scoatem al doilea conductor, atunci câmpul magnetic din primul conductor va pătrunde nu numai în spațiul din jur, ci și în conductorul propriu-zis. Astfel, sub influența câmpului său în conductor, este indus un EMF, care se numește EMF de auto-inducție.
Fenomenul autoinducției în 1833 a fost studiat de omul de știință rus Lenz. Pe baza acestor experimente a fost posibil să se găsească o regularitate interesantă: EMF de autoinducție contracarează întotdeauna, compensează câmpul magnetic alternativ extern care provoacă acest CEM. Această dependență se numește regula Lenz (nu trebuie confundată cu legea Joule-Lenz).
Semnul minus din formula se referă doar la contracararea EMF a autoinducției cu cauzele generării sale. Dacă bobina este conectată la o sursă de curent continuu, curentul va crește destul de lent. Acest lucru este foarte vizibil în „continuitatea“ de lichidare a indicatorului transformatorului ohmmetru primar: viteza săgeată în direcția diviziunii zero a scalei este mult mai mică decât atunci când se testează rezistențe.
Când bobina este deconectată de la sursa de curent, EMF cu autoinducție provoacă aprinderea contactelor releului. În cazul în care bobina este controlată de un tranzistor, de exemplu o bobină de releu, o diodă în direcția opusă este plasată în paralel cu sursa de alimentare. Aceasta se face pentru a proteja elementele semiconductoare de efectele auto-inducției EMF, care pot fi zeci sau chiar sute de ori mai mari decât tensiunea sursei de alimentare.
Pentru a realiza experimentele, Lenz a construit un dispozitiv interesant. La capetele rolei de aluminiu sunt fixate două inele de aluminiu. Un inel este solid, iar celălalt este făcut propil. Piciorul se slăbea liber pe ac.
Când un magnet permanent a fost introdus într-un inel solid, acesta "a fugit" de la magnet, iar când magnetul a fost scos, el a căutat după el. Aceleași acțiuni cu inelul tăiat nu au cauzat nicio mișcare. Acest lucru se datorează faptului că într-un inel solid, sub influența unui câmp magnetic alternativ, apare un curent care creează un câmp magnetic. Și nu există nici un curent în inel deschis, prin urmare, nu există nici un câmp magnetic.
Un detaliu important al acestui experiment este că dacă magnetul este introdus în inel și rămâne imobil, atunci nu se observă nici o reacție a inelului de aluminiu cu prezența unui magnet. Aceasta confirmă încă o dată că inducerea EMF apare numai în cazul unei modificări a câmpului magnetic, iar magnitudinea EMF depinde de rata de schimbare. În acest caz, pur și simplu de la viteza de deplasare a magnetului.
Același lucru se poate spune despre inducția reciprocă și auto-inducția, numai schimbarea în puterea câmpului magnetic, mai precis, rata schimbării sale depinde de rata de schimbare a curentului. Pentru a ilustra acest fenomen, putem da un exemplu.
Fie ca două bobine identice să treacă prin două mari curenți: prin prima bobină 10A și prin cea de-a doua până la 1000, iar în ambele bobine curenții cresc liniar. Să presupunem că curentul din prima bobină într-o a doua sa schimbat de la 10 până la 15A, iar a doua de la 1000 la 1001A, care a cauzat apariția EMF autoindusă în cele două bobine.
Dar, în ciuda unei astfel de o mare importanță pentru curentul în a doua bobină, EMF autoindusă va fi mai mare în primul rând, deoarece există o rată actuală de schimbare a 5A / s, iar a doua doar 1A / sec. La urma urmei, EMF de auto-inducție depinde de rata de creștere curent (citiți câmpul magnetic), și nu de magnitudinea sa absolută.
Proprietățile magnetice ale unei bobine cu un curent depind de numărul de rotații, de dimensiunile geometrice. O creștere semnificativă a câmpului magnetic poate fi realizată prin introducerea unui miez feromagnetic în bobină. Proprietățile magnetice ale bobinei pot fi evaluate cu o precizie suficientă prin magnitudinea emf de inducție, inducție reciprocă sau auto-inducție. Toate aceste fenomene au fost considerate mai sus.
Caracteristica bobinei, care spune despre acest lucru, se numește coeficientul de inductanță (autoinducție) sau pur și simplu inductanța. În formule, inductanța este notată cu litera L, iar pe circuite aceeași literă desemnează bobinele de inductanță.
Unitatea de inductanță este Henry (HH). Inductanța 1Gn are o bobină în care, la schimbarea unui curent la 1А, se produce un al doilea EMF 1B. Această valoare este destul de mare: inductanța unuia sau mai multor HNs are înfășurări de rețea cu transformatoare suficient de puternice.
De aceea, adesea folosim valori de ordin mai mic, adică milli și micro Henry (mH și μH). Astfel de bobine sunt folosite în circuite electronice. Una dintre aplicațiile bobinelor este circuitele oscilatorii în dispozitivele radio.
De asemenea, bobinele sunt utilizate ca jetoane, al căror scop principal este să treacă fără pierderea curentului direct, în timp ce slăbesc variabila (filtre în surse de alimentare). În mod obișnuit, cu cât este mai mare frecvența de funcționare, cu atât este mai mică inductivitatea necesară de bobine.
Dacă luați un transformator de rețea suficient de puternic și măsurați rezistența înfășurării primare cu un multimetru, se pare că este doar câțiva ohmi și chiar aproape de zero. Se pare că curentul printr-o astfel de înfășurare va fi foarte mare și chiar va tinde spre infinit. Se pare că un scurtcircuit este inevitabil! De ce nu-i așa?
Una dintre proprietățile de bază ale bobinelor de inductanță este rezistența inductivă, care depinde de inductanță și de frecvența curentului alternativ care este aplicat bobinei.
Este ușor de observat că, pe măsură ce crește frecvența și inductanța, crește rezistența inductivă și la un curent constant devine, în general, zero. Prin urmare, când se măsoară rezistența bobinelor cu un multimetru, se măsoară numai rezistența activă a firului.
Designul inductoarelor este foarte divers și depinde de frecvențele la care funcționează bobina. De exemplu, pentru a funcționa în gama decimetrică de undă radio, se utilizează adesea bobinele realizate cu cabluri tipărite. În producția de masă, această metodă este foarte convenabilă.
Inductanța unei bobine depinde de dimensiunile sale geometrice, miezul, numărul de straturi și formă. În prezent, se produce un număr suficient de inductori standard care sunt similari cu rezistorii convenționali cu conductori. Marcarea acestor bobine se realizează prin inele colorate. Există, de asemenea, bobine pentru montarea pe suprafață, folosite ca jgheaburi. Inductanța acestor bobine este de câteva miliarde.
Citiți același lucru
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: