Fenomen elektromagnetne indukcije je pojav, ki sestoji iz pojava elektromotorne sile ali napetosti v telesu, ki se nahaja v magnetnem polju, ki se nenehno spreminja. Elektromotorna sila kot posledica elektromagnetne indukcije nastane tudi, če se telo giblje v statičnem in neenakomernem magnetnem polju ali se vrti v magnetnem polju tako, da se njegove črte, ki sekajo zaprto zanko, spremenijo.
inducirani električni tok
Pod pojmom "indukcija" je mišljen nastanek procesa kot posledica vpliva drugega procesa. Na primer, električni tok se lahko inducira, torej se lahko pojavi kot posledica izpostavljanja prevodnika magnetnemu polju na poseben način. Takšen električni tok imenujemo induciran. Pogoji za nastanek električnega toka kot posledica pojava elektromagnetne indukcije so obravnavani v nadaljevanju članka.
Koncept magnetnega polja
PredZa začetek preučevanja pojava elektromagnetne indukcije je treba razumeti, kaj je magnetno polje. Preprosto povedano, magnetno polje je območje prostora, v katerem magnetni material kaže svoje magnetne učinke in lastnosti. To območje prostora je mogoče upodobiti s črtami, imenovanimi črte magnetnega polja. Število teh vrstic predstavlja fizično količino, imenovano magnetni tok. Linije magnetnega polja so zaprte, začnejo se na severnem polu magneta in končajo na južnem.
Magnetno polje ima sposobnost delovanja na vse materiale z magnetnimi lastnostmi, kot so železni prevodniki električnega toka. Za to polje je značilna magnetna indukcija, ki je označena z B in se meri v teslah (T). Magnetna indukcija 1 T je zelo močno magnetno polje, ki deluje s silo 1 newton na točkovni naboj 1 kulon, ki leti pravokotno na črte magnetnega polja s hitrostjo 1 m / s, to je 1 T=1 Ns / (mCl).
Kdo je odkril pojav elektromagnetne indukcije?
Elektromagnetna indukcija, na principu katere temeljijo številne sodobne naprave, je bila odkrita v zgodnjih 30-ih letih XIX stoletja. Odkritje pojava elektromagnetne indukcije običajno pripisujejo Michaelu Faradayju (datum odkritja - 29. avgust 1831). Znanstvenik je temeljil na rezultatih poskusov danskega fizika in kemika Hansa Oersteda, ki je odkril, da prevodnik, skozi katerega teče električni tok, ustvarjamagnetno polje okoli sebe, to pomeni, da začne kazati magnetne lastnosti.
Faraday pa je odkril nasprotje fenomenu, ki ga je odkril Oersted. Opazil je, da spreminjajoče se magnetno polje, ki ga lahko ustvarimo s spreminjanjem parametrov električnega toka v prevodniku, vodi do pojava potencialne razlike na koncih katerega koli tokovnega prevodnika. Če so ti konci povezani, na primer preko električne svetilke, bo skozi takšno vezje tekel električni tok.
Vsled tega je Faraday odkril fizični proces, zaradi katerega se v prevodniku zaradi spremembe magnetnega polja pojavi električni tok, kar je pojav elektromagnetne indukcije. Hkrati za nastanek induciranega toka ni pomembno, kaj se premika: magnetno polje ali sam prevodnik. To je mogoče zlahka pokazati z izvedbo ustreznega eksperimenta na pojavu elektromagnetne indukcije. Torej, ko smo magnet postavili v kovinsko spiralo, ga začnemo premikati. Če konce spirale prek nekega indikatorja električnega toka povežete v vezje, lahko vidite videz toka. Zdaj bi morali magnet pustiti pri miru in spiralo premikati gor in dol glede na magnet. Indikator bo pokazal tudi obstoj toka v vezju.
Faradayev eksperiment
Faradayjevi eksperimenti so bili sestavljeni iz dela s prevodnikom in trajnim magnetom. Michael Faraday je prvi odkril, da ko se prevodnik premika znotraj magnetnega polja, na njegovih koncih nastane potencialna razlika. Gibljivi prevodnik začne prečkati črte magnetnega polja, kar simuliraučinek spremembe tega polja.
Znanstvenik je odkril, da so pozitivni in negativni znaki nastale potencialne razlike odvisni od smeri, v kateri se vodnik premika. Na primer, če je prevodnik dvignjen v magnetnem polju, bo imela nastala potencialna razlika polarnost +-, če pa se ta prevodnik zniža, potem bomo že dobili polarnost -+. Te spremembe predznaka potencialov, katerih razlika se imenuje elektromotorna sila (EMF), vodijo do pojava v zaprtem krogu izmeničnega toka, to je toka, ki nenehno spreminja svojo smer v nasprotno.
Lastnosti elektromagnetne indukcije, ki jih je odkril Faraday
Ko vemo, kdo je odkril pojav elektromagnetne indukcije in zakaj obstaja induciran tok, bomo razložili nekatere značilnosti tega pojava. Torej, hitreje kot premikate prevodnik v magnetnem polju, večja bo vrednost induciranega toka v vezju. Druga značilnost pojava je naslednja: večja kot je magnetna indukcija polja, torej močnejše je to polje, večjo potencialno razliko lahko ustvari pri premikanju prevodnika v polju. Če prevodnik miruje v magnetnem polju, v njem ne nastane EMF, saj se črte magnetne indukcije, ki prečkajo prevodnik, ne spremenijo.
Smer električnega toka in pravilo leve roke
Če želite določiti smer v prevodniku električnega toka, ki nastane kot posledica pojava elektromagnetne indukcije, lahkouporabite tako imenovano pravilo leve roke. Formuliramo ga lahko takole: če je leva roka postavljena tako, da črte magnetne indukcije, ki se začnejo na severnem polu magneta, vstopijo v dlan, štrleči palec pa je usmerjen v smeri gibanja prevodnika v polje magneta, potem bodo preostali štirje prsti leve roke kazali smer gibanja induciranega toka v prevodniku.
Obstaja še ena različica tega pravila, ta je naslednja: če je kazalec leve roke usmerjen vzdolž črt magnetne indukcije, štrleči palec pa je usmerjen v smeri prevodnika, potem srednji prst, obrnjen za 90 stopinj na dlan, bo kazal smer toka, ki se pojavi v prevodniku.
Fenomen samoindukcije
Hans Christian Oersted je odkril obstoj magnetnega polja okoli prevodnika ali tuljave s tokom. Znanstvenik je tudi ugotovil, da so značilnosti tega polja neposredno povezane z močjo toka in njegovo smerjo. Če je tok v tuljavi ali prevodniku spremenljiv, potem bo ustvaril magnetno polje, ki ne bo mirujoče, torej se bo spremenilo. Po drugi strani bo to izmenično polje povzročilo pojav induciranega toka (pojav elektromagnetne indukcije). Gibanje indukcijskega toka bo vedno v nasprotju z izmeničnim tokom, ki kroži skozi prevodnik, to pomeni, da se bo upiral vsaki spremembi smeri toka v prevodniku ali tuljavi. Ta proces se imenuje samoindukcija. Posledica električne razlikepotencialov imenujemo EMF samoindukcije.
Upoštevajte, da se pojav samoindukcije ne pojavi samo, ko se spremeni smer toka, ampak tudi, ko se spremeni, na primer, ko se poveča zaradi zmanjšanja upora v vezju.
Za fizični opis upora, ki ga povzroči kakršna koli sprememba toka v tokokrogu zaradi samoindukcije, je bil uveden koncept induktivnosti, ki se meri v henriah (v čast ameriškemu fiziku Josephu Henryju). En henry je taka induktivnost, za katero, ko se tok spremeni za 1 amper v 1 sekundi, v procesu samoindukcije nastane EMF, enak 1 voltu.
izmenični tok
Ko se induktor začne vrteti v magnetnem polju, kot posledica pojava elektromagnetne indukcije, ustvari inducirani tok. Ta električni tok je spremenljiv, kar pomeni, da sistematično spreminja smer.
Izmenični tok je pogostejši kot enosmerni tok. Torej številne naprave, ki delujejo iz centralnega električnega omrežja, uporabljajo to vrsto toka. Izmenični tok je lažje inducirati in prenašati kot enosmerni tok. Praviloma je frekvenca gospodinjskega izmeničnega toka 50-60 Hz, torej v 1 sekundi se njegova smer spremeni 50-60-krat.
Geometrijska predstavitev izmeničnega toka je sinusna krivulja, ki opisuje odvisnost napetosti od časa. Celotna doba sinusne krivulje za gospodinjski tok je približno 20 milisekund. Glede na toplotni učinek je izmenični tok podoben tokuDC, katere napetost je Umax/√2, kjer je Umax največja napetost na AC sinusni krivulji.
Uporaba elektromagnetne indukcije v tehnologiji
Odkritje fenomena elektromagnetne indukcije je povzročilo pravi razcvet v razvoju tehnologije. Pred tem odkritjem so ljudje lahko proizvajali električno energijo le v omejenih količinah z električnimi baterijami.
Trenutno se ta fizični pojav uporablja v električnih transformatorjih, v grelnikih, ki pretvarjajo inducirani tok v toploto, ter v električnih motorjih in avtomobilskih generatorjih.
