Una aplicació pràctica de la llei de Faraday de la inducció electromagnètica
La paraula "inducció" en rus significa els processos d'excitació, direcció, creació d'alguna cosa. En enginyeria elèctrica, aquest terme s'ha utilitzat durant més de dos segles.
Després de llegir les publicacions de 1821 que descriuen els experiments del científic danès Oersted sobre les deflexions d'una agulla magnètica prop d'un conductor que transportava un corrent elèctric, Michael Faraday es va proposar la tasca: convertir el magnetisme en electricitat.
Després de 10 anys d'investigació, va formular la llei bàsica de la inducció electromagnètica, explicant que una força electromotriu s'indueix en qualsevol bucle tancat. El seu valor ve determinat per la velocitat de canvi del flux magnètic que penetra el bucle considerat, però es pren amb un signe menys.
Transmissió d'ones electromagnètiques a distància
La primera conjectura que va venir a la ment del científic no va ser coronada amb èxit pràctic.
Va col·locar dos cables tancats un al costat de l'altre.A prop d'un vaig instal·lar una agulla magnètica com a indicador del corrent que passa, i a l'altre cable vaig donar un impuls d'una potent font galvànica d'aquella època: un pol de volts.
L'investigador va plantejar la hipòtesi que amb un pols de corrent al primer circuit, el camp magnètic canviant induiria un corrent al segon cable, que desviaria l'agulla magnètica. Però el resultat va resultar negatiu: l'indicador no funciona. Més aviat li faltava sensibilitat.
El cervell del científic preveu la creació i transmissió d'ones electromagnètiques a distància, que ara s'utilitzen en radiodifusió, televisió, control sense fil, tecnologies Wi-Fi i dispositius similars. Simplement estava frustrat per l'element imperfecte base dels aparells de mesura d'aquella època.
Producció d'electricitat
Després d'un mal experiment, Michael Faraday va canviar les condicions de l'experiment.
Per a l'experiment, Faraday va utilitzar dues bobines de llaç tancat. En el primer circuit va alimentar un corrent elèctric d'una font, i en el segon va observar l'aparició d'un EMF. El corrent que passa per les espires de la bobina #1 crea un flux magnètic al voltant de la bobina, penetra la bobina #2 i hi forma una força electromotriu.
Durant l'experiment de Faraday:
- encendre un pols per subministrar tensió al circuit amb bobines estacionàries;
- quan s'aplicava el corrent, introduïa la bobina superior a la bobina inferior;
- es va fixar permanentment la bobina núm. 1 i hi va introduir la bobina núm. 2;
- va canviar la velocitat de moviment de les bobines entre si.
En tots aquests casos va observar la manifestació de la inducció de CEM a la segona bobina. I amb el corrent continu que només passava pel bobinatge número 1 i les bobines estacionàries, no hi havia força electromotriu.
El científic va determinar que l'EMF induït a la segona bobina depèn de la velocitat a la qual canvia el flux magnètic. És proporcional a la seva mida.
El mateix patró es manifesta plenament quan es passa un bucle tancat línies de camp magnètic d'un imant permanent. Sota la influència de l'EMF, es genera un corrent elèctric al cable.
El flux magnètic en el cas considerat canvia en el bucle Sk creat per un circuit tancat.
Així, el desenvolupament creat per Faraday va permetre col·locar un marc conductor giratori en un camp magnètic.
Després es va fer d'un gran nombre de voltes fixades en coixinets rotatius, als extrems de la bobina s'hi instal·laven anelles i raspalls lliscants, i es connectava una càrrega a través dels terminals de la carcassa. El resultat és un alternador modern.
El seu disseny més senzill es crea quan la bobina es fixa en una carcassa estacionària i el sistema magnètic comença a girar. En aquest cas, el mètode de generació de corrents es deu a inducció electromagnètica no violada de cap manera.
Principi de funcionament dels motors elèctrics
La llei de la inducció electromagnètica, que Michael Faraday va ser pionera, permet una varietat de dissenys de motor elèctric. Tenen una estructura similar als generadors: un rotor i un estator mòbils que interactuen entre ells a causa dels camps electromagnètics rotatius.
El corrent elèctric només passa pel bobinatge de l'estator del motor elèctric. Indueix un flux magnètic que afecta el camp magnètic del rotor. Com a resultat, sorgeixen forces que fan girar l'eix del motor. Veure sobre aquest tema - El principi de funcionament i el dispositiu del motor elèctric
Transformació elèctrica
Michael Faraday va determinar l'aparició d'una força electromotriu induïda i un corrent induït en una bobina propera quan el camp magnètic de la bobina veïna va canviar.
El corrent a la bobina propera s'indueix quan el circuit de commutació s'encén a la bobina 1 i sempre està present durant el funcionament del generador a la bobina 3.
El funcionament de tots els dispositius de transformació moderns es basa en aquesta propietat, l'anomenada inducció mútua.
Els transformadors, a causa de la inducció mútua, transfereixen l'energia d'un camp electromagnètic altern d'una bobina a una altra, de manera que es produeix un canvi, una transformació del valor de la tensió als seus terminals d'entrada i sortida.
La relació entre el nombre de voltes dels bobinatges determina el coeficient de transformació i el gruix del cable, la construcció i el volum del material del nucli: el valor de la potència transmesa, el corrent de funcionament.
Funcionament dels inductors
La manifestació de la inducció electromagnètica s'observa a la bobina quan canvia el valor del corrent que hi circula. Aquest procés s'anomena autoinducció.
Quan l'interruptor s'activa al diagrama anterior, el corrent induït canvia el caràcter de l'augment lineal del corrent de funcionament al circuit, així com durant l'apagat.
Quan no s'aplica una tensió constant, sinó alterna, al fil bobinat de la bobina, el valor del corrent, reduït per la resistència inductiva, hi flueix.L'energia d'autoinducció desfasa el corrent respecte a la tensió aplicada.
Aquest fenomen s'utilitza en bobines dissenyades per reduir els grans corrents que es produeixen en determinades condicions de funcionament. En particular, s'utilitzen aquests dispositius en el circuit d'encesa de làmpades fluorescents.
La característica del disseny del circuit magnètic del choke és el tall de les plaques, que es crea per augmentar encara més la resistència magnètica al flux magnètic a causa de la formació d'un buit d'aire.
Els estranguladors amb posició de circuit magnètic dividit i ajustable s'utilitzen en molts dispositius de ràdio i elèctrics. Molt sovint es poden trobar en la construcció de transformadors de soldadura. Redueixen la magnitud de l'arc elèctric passat per l'elèctrode al valor òptim.
Forns d'inducció
El fenomen de la inducció electromagnètica es manifesta no només en cables i bobines, sinó també a l'interior de qualsevol objecte metàl·lic massiu. Els corrents induïts en ells solen anomenar-se corrents de Foucault, durant el funcionament dels transformadors i les bobines, provoquen l'escalfament del circuit magnètic i de tota l'estructura.
Per evitar aquest fenomen, els nuclis estan fets de fines làmines metàl·liques i s'aïllen amb una capa de vernís, que impedeix el pas dels corrents induïts.
A les estructures de calefacció, els corrents de Foucault no limiten, sinó que creen les condicions més favorables per al seu pas. Forns d'inducció s'utilitzen àmpliament en la producció industrial per crear altes temperatures.
Aparells electrotècnics de mesura
Una gran classe de dispositius d'inducció continua funcionant a l'electricitat.Els comptadors elèctrics amb un disc d'alumini giratori similar a la construcció d'un relé de potència, sistemes de marcatge amortidor, funcionen segons el principi d'inducció electromagnètica.
Generadors magnètics de gas
Si, en lloc d'un marc tancat, un gas conductor, líquid o plasma es mou en el camp d'un imant, llavors les càrregues d'electricitat sota l'acció de les línies de camp magnètic començaran a desviar-se en direccions estrictament definides, formant un corrent elèctric. El seu camp magnètic a les plaques de contacte de l'elèctrode muntat indueix una força electromotriu. Sota la seva acció, es genera un corrent elèctric al circuit connectat al generador MHD.
Així, la llei de la inducció electromagnètica es manifesta en els generadors MHD.
No hi ha peces giratòries complicades com el rotor. Això simplifica el disseny, permet augmentar significativament la temperatura de l'entorn de treball i, al mateix temps, l'eficiència de la generació d'electricitat. Els generadors MHD funcionen com a fonts de reserva o d'emergència capaços de generar fluxos d'electricitat importants durant períodes curts de temps.
Així, la llei de la inducció electromagnètica, justificada en un moment per Michael Faraday, continua sent rellevant avui dia.