Inducció electromagnètica
L'aparició en la inducció de la FEM del conductor
Si poses camp magnètic cable i moveu-lo de manera que travessi les línies de camp mentre es mou, llavors el cable tindrà força electromotriuS'anomena inducció EMF.
Es produirà una FEM d'inducció al conductor encara que el conductor en si roman estacionari i el camp magnètic es mourà, travessant el conductor amb les seves línies de força.
Si el conductor en el qual s'indueix l'EMF d'inducció està tancat a qualsevol circuit extern, llavors sota l'acció d'aquest EMF fluirà un corrent pel circuit, l'anomenat corrent d'inducció.
El fenomen d'inducció de CEM en un conductor quan travessa les seves línies de camp magnètic s'anomena inducció electromagnètica.
La inducció electromagnètica és el procés invers, és a dir, la conversió d'energia mecànica en energia elèctrica.
El fenomen de la inducció electromagnètica s'utilitza àmpliament Enginyeria Elèctrica… El dispositiu de diverses màquines elèctriques es basa en el seu ús.
La magnitud i la direcció de la inducció EMF
Considerem ara quina serà la magnitud i la direcció de la CEM induïda al conductor.
La magnitud de l'EMF d'inducció depèn del nombre de línies de força que creuen el cable per unitat de temps, és a dir, de la velocitat del moviment del cable al camp.
La magnitud de la CEM induïda és directament proporcional a la velocitat de moviment del conductor en un camp magnètic.
La magnitud de l'EMF induït també depèn de la longitud d'aquesta porció del cable que travessen les línies de camp. Com més gran sigui la part del conductor creuada per les línies de camp, més gran serà la fem induïda al conductor. Finalment, com més fort sigui el camp magnètic, és a dir, com més gran sigui la seva inducció, més gran serà la FEM en el conductor que travessa aquest camp.
Així, el valor EMF d'una inducció que es produeix en un conductor quan es mou en un camp magnètic és directament proporcional a la inducció del camp magnètic, la longitud del conductor i la velocitat del seu moviment.
Aquesta dependència s'expressa amb la fórmula E = Blv,
on E és la FEM d'inducció; B - inducció magnètica; I és la longitud del cable; v és la velocitat del cable.
Cal recordar amb fermesa que en un conductor que es mou en un camp magnètic, la FEM d'inducció només es produeix si aquest conductor està travessat per les línies de camp magnètic del camp. Si el conductor es mou al llarg de les línies de camp, és a dir, no es creua, sinó que sembla que llisca al llarg d'elles, no s'hi indueix cap EMF. Per tant, la fórmula anterior només és vàlida quan el cable es mou perpendicularment a les línies del camp magnètic.
La direcció de la fem induïda (així com el corrent al cable) depèn de la direcció en què es mou el cable. Hi ha una regla de mà dreta per determinar la direcció de l'EMF induït.
Si agafeu el palmell de la mà dreta perquè hi entrin les línies del camp magnètic i el polze doblegat indicaria la direcció del moviment del conductor, els quatre dits estesos indicarien la direcció d'acció de l'EMF induït i la direcció. del corrent al conductor.
Regla de la mà dreta
Inducció EMF a la bobina
Ja hem dit que per crear un EMF d'inducció en un cable, cal moure el mateix cable o el camp magnètic a un camp magnètic. En ambdós casos, el cable ha de ser travessat per les línies de camp magnètic del camp, en cas contrari no s'induirà cap fem. La fem induïda i, per tant, el corrent induït, es pot produir no només en un cable recte, sinó també en un cable retorçat en una bobina.
Quan es mou dins bobines d'un imant permanent, s'hi indueix un EMF pel fet que el flux magnètic de l'imant travessa les espires de la bobina, és a dir, de la mateixa manera que quan es mou un fil recte en el camp d'un imant.
Si l'imant es baixa lentament a la bobina, l'EMF que sorgeix serà tan petit que l'agulla del dispositiu potser ni tan sols es desvia. Si, per contra, l'imant s'insereix ràpidament a la bobina, la desviació de la fletxa serà gran. Això vol dir que la magnitud de l'EMF induït i, en conseqüència, la força del corrent a la bobina depèn de la velocitat de l'imant, és a dir, de la rapidesa amb què les línies de camp del camp creuen les espires de la bobina. Si ara, alternativament, s'introdueixen inicialment un imant fort i després un imant feble a la bobina a la mateixa velocitat, llavors notareu que amb un imant fort l'agulla del dispositiu es desviarà en un angle més gran.Vol dir que la magnitud de l'EMF induït i, en conseqüència, la força del corrent a la bobina depèn de la magnitud del flux magnètic de l'imant.
Finalment, si el mateix imant s'introdueix a la mateixa velocitat, primer en una bobina amb un gran nombre de voltes, i després amb un nombre molt menor, llavors en el primer cas l'agulla del dispositiu es desviarà en un angle més gran que en el segon. Això vol dir que la magnitud de l'EMF induït i, en conseqüència, la força del corrent a la bobina depèn del nombre de voltes. Els mateixos resultats es poden obtenir si s'utilitza un electroimant en comptes d'un imant permanent.
La direcció d'inducció de l'EMF a la bobina depèn de la direcció del moviment de l'imant. Com determinar la direcció de la FEM d'inducció, diu la llei establerta per E. H. Lenz.
Llei de Lenz de la inducció electromagnètica
Qualsevol canvi en el flux magnètic dins de la bobina s'acompanya de l'aparició d'un EMF d'inducció en ella, i com més ràpid és el canvi del flux magnètic que penetra a la bobina, més gran serà l'EMF.
Si la bobina en la qual es crea l'EMF d'inducció es tanca a un circuit extern, aleshores un corrent d'inducció flueix per les seves espires, creant un camp magnètic al voltant del cable, a causa del qual la bobina es converteix en un solenoide. Resulta que el camp magnètic extern canviant indueix un corrent induït a la bobina, que al seu torn crea el seu propi camp magnètic al voltant de la bobina: el camp actual.
Estudiant aquest fenomen, E. H. Lenz va establir una llei que determina la direcció del corrent d'inducció a la bobina i, en conseqüència, la direcció de la EMF d'inducció.La fem d'inducció que es produeix a la bobina quan el flux magnètic canvia en ella crea un corrent a la bobina en una direcció tal que el flux magnètic de la bobina creat per aquest corrent evita que el flux magnètic extern canviï.
La llei de Lenz és vàlida per a tots els casos d'inducció de corrent en cables, independentment de la forma dels cables i de com s'aconsegueix el canvi en el camp magnètic extern.
Quan l'imant permanent es mou en relació a la bobina de filferro connectada als terminals del galvanòmetre, o quan la bobina es mou en relació a l'imant, es genera un corrent induït.
Corrents d'inducció en conductors massius
El flux magnètic canviant és capaç d'induir un EMF no només en les espires de la bobina, sinó també en conductors metàl·lics massius. Penetrant el gruix d'un conductor massiu, el flux magnètic indueix un EMF en ell, que crea corrents d'inducció. Aquests anomenats corrents de Foucault s'estenen per un cable sòlid i es fan curtcircuits en ell.
Els nuclis dels transformadors, els nuclis magnètics de diverses màquines i dispositius elèctrics són només aquells cables massius que s'escalfen pels corrents d'inducció que s'hi originen. Aquest fenomen és indesitjable, per tant, per reduir la magnitud dels corrents d'inducció, les parts de les màquines elèctriques i el nucli del transformador no són massius, sinó que consisteixen en làmines primes aïllades entre si amb paper o una capa de vernís aïllant. Per tant, el camí de propagació dels corrents de Foucault al llarg de la massa del conductor està bloquejat.
Però de vegades a la pràctica també s'utilitzen corrents de Foucault com a corrents útils. L'ús d'aquests corrents es basa, per exemple, en el treball forns de calefacció per inducció, comptadors d'electricitat i els anomenats amortidors magnètics de les parts mòbils dels instruments de mesura elèctrics.
Vegeu també: El fenomen de la inducció electromagnètica a les pintures